KR100240742B1

KR100240742B1 - 자동차 배기재료용 열연페라이트강

Info

Publication number: KR100240742B1
Application number: KR1019950009472A
Authority: KR
Inventors: 미야자끼아쓰시; 요꼬따다께시; 도가시후사오
Original assignee: 에모또 간지; 가와사끼세이데쓰 가부시키가이샤
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2000-01-15
Also published as: DE69500714T2; CN1049699C; US5792285A; EP0678587B1; DE69500714D1; KR950032676A; CN1119218A; EP0678587A1

Abstract

본 발명은, 자동차의 배기가스재료, 특히 고온으로 가열되는 배기 다기관, 배기 파이프 등의 재료로서 열연소둔상태로 이용될 수 있는 페라이트강에 관한 것으로, 필수합금원소로서 Si : 0.4중량%~2중량%, Cr : 6중량%~17중량%, P : 0.025중량%~ 0.10중량%, Nb : 0.35중량%~0.60중량%를 함유하고, 불순물 원소가 하기의 범위로 제한되어 있으며, C : 0.02중량% 이하, Mn : 0.8중량% 이하, N : 0.015중량% 이하, Al : 0.02중량% 이하, Ti : 0.02중량% 이하, Zr : 0.02중량% 이하 또 성분의 중량%가 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

잔부는 Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 배기재료용 열연페라이트강이다.

Description

자동차 배기재료용 열연 페라이트강

제1도는 열연소둔판, 또는 냉연소둔판의 신장에 미치는 Nb/(C+N), Zr/(C+ N), Al/(C+N), 의 영향을 나타내는 그래프.

제2도는 열연소둔판의 신장 및 Cr 의 영향을 나타내는 그래프.

제3a, b도는 열연소둔후의 압연방향의 금속조직을 나타내는 도면대용사진.

제4도는 TIG 용접부 응고균열의 일예인 금속조직을 나타내는 도면대용사진.

제5a, b도는 표 4의 용접가공성을 평가하기 위한 TIG 용접조건 및 180도 굽힘의 시험조건을 설명하는 사시도.

본 발명은, 자동차의 배기계 재료, 특히 고온으로 가열되는 배기 다기관, 배기 파이프 등의 재료로서 열연소둔상태로 이용될 수 있는 페라이트강에 관한 것이다.

종래, 자동차의 배기 다기관이나 배기 파이프 등의 배기계 재료에는, 구형흑연주철 또는 알루미늄 도금 보통강이 사용되어 왔다. 그러나 근년, 자동차의 연비, 배기가스 정화특성의 개선, 고출력화를 목적으로서, 엔진의 공연비의 최적화를 도모한 결과, 엔진으로부터의 배기온도가 800℃ 이상으로 상승하고, 이들의 종래재료에서는, 내산화성, 고온내력 등의 고온특성이 부족하게 되고, 대신에 주로 SUH409L 계의 스테인레스강이 사용되게 되었다.

5mm 두께 이상의 두께를 갖는 구형흑연주철제의 배기 다기관을 1.5~2.5mm 두께 정도의 스테인레스강제로 함으로써, 그 중량을 수십 % 경감할 수 있으며, 자동차 전체의 연비개선의 효과는 크다. 또한, 박막의 스테인레스강제로 함으로써 열용량이 작아지기 때문에, 배기 온도의 저하를 방지하고, 배기 가스중의 NOX 등을 정화하는 촉매의 활성효과를 조기에 끌어내고, 배기 가스 정화특성이 크게 향상된다.

이와 같이, 스테인레스강은 자동차의 배기계재료로서 매우 우수함에도 불구하고, 이하에 나타내는 이유때문에 스테인레스강의 배기 다기관, 배기 파이프의 채용은 일부차종에 한정되어 있다.

[고비용]

상기한 스테인레스강은, 소재 자체의 비용이 주철, 알루미늄 도금 보통 강에 비하여 높다.

또, 주철은 형상의 자유도가 큰것에 비하여, 스테인레스강에서는, 파이프, 판 어느 것에 있어서도, 복잡한 굽힘, 프레스 가공을 실시하기 위하여, 냉연-소둔 공정을 필수로 하고 있으며, 제조 비용을 더욱 높이는 원인으로 되어 있다.

슬라브의 가열온도, 혹은 열간압연 개시온도를 통상의 1250℃ 정도로부터 저하시키면, 고가공성을 얻을 수 있는 것은 이미 알려져 있다. 그러나, 이 방법에서는 열연롤의 마모, 압하 하중의 증대에 의한 설비에의 부하의 증대를 유도한 결과, 열연소둔상태에서 사용가능하게 한 장점을 저해하고, 결국 고비용으로 되어 버린다.

[가공의 곤란함]

자동차의 배기재료에 우수한 고온내력이 있으면, 박막화가 가능하며 경량화에 기여할 수 있다. 일반적으로 페라이트계 스테인레스강의 고온 내력화의 수단으로서, Nb를 첨가하는 것은 주지이다. 문제는 그 고온내력을 유지한 채 실온의 가공성 열화를 어떻게 적게할 수 있는가에 있으며, 많은 선행기술이 있다. 그러나, 본원이 개시하는 바와 같은 열연소둔상태의 재료를 이용하여, 자동차 배기재료로 가공하는 것은, 종래는 불가능으로 되어 있었으며, 실용에 제공할 수 있는 재료는 없었다.

자동차 배기재료 분야에 있어서의 종래기술을 개시한 문헌으로서, 일본국 특개평 4-74852호 공보, 일본국 특개소 60-145359호 공보 (미국특허 제 4640722호), 일본국 특공평 1-41694호 공보 (미국특허 제 4286986호), 일본국 특개소 64-68448호 공보 (미국특허 제 4821808호), 미국특허 제 44179호, 미국특허 제 3997373 등이 있지만, 이들은 모두 냉연소둔판으로의 사용을 전제로 하고 있으며, 열연판의 사용을 의도하고 있지 않다. 일반적으로 냉연소둔판은, 냉간압연에 의해 열연조직이 파괴되기 때문에, 충분한 냉연 압하율만 있으면, 열연소둔판의 가공성은 문제가 없다. 이들의 개시예에서 나타내는 재료는, 열연소둔상태에서는 자동차 배기재료로서 충분한 가공성은 없다.

열연판 사용을 전제로 한 페라이트계 스테인레스강의 개시예로서는, 일본국 특개소 57-85960호 공보 (미국특허 제4331474호), 미국특허 제3650731호, 일본국 특개평 4-232231호 공보 등이 있다. 그러나 이들의 재료는 하기에 나타내는 바와 같이, 자동차 배기재료용도로서 충분한 성능을 갖고 있지 않다.

일본국 특개소 57-85960호 공보 (미국특허 제 4331474호)에 개시된 재료로는, 동 공보의 표 2에 나타내고 있는 바와 같이 열연판의 신장이 작고, 자동차 배기재료용도로서 충분한 가공성을 갖고 있지 않다.

또, 미국특허 제 3650731호, 일본국 특개평 4-232231호 공보에 개시된 재료에서는 인성을 개성하기 위하여, 열간압연의 마무리에 있어서 ｒ상이 50% 이상~ 100%로 하는 것을 특징으로 하고 있다. 그래서, 이들의 재료를 용접부의 굽힘 가공성이 요구되는 자동차 배기재용도에 이용한 경우, 용접부에 ｒ상으로부터 변태한 마르텐사이트(a') 상이 생성되는 결과, 표 4에 나타내는 바와 같이, 굽힘 가공성이 열화된다. 또 자동차 배기재료에서는 고온과 실온의 반복가열ㆍ냉각을 받기 때문에, a+a'의 2 상이면, a' 가 a 또는 ｒ상으로 변태하고, 그 열팽창, 수축량이 타부위와 다르며, 변형발생의 원인으로 되며, 그것이 파손으로 이어진다.

이상과 같이, 현상에서는, 통상의 열연-소둔상태에서 자동차의 배기부재로 사용가능한 고온특성과 가공성을 동시에 만족하는 값이 싼 재료는 존재하지 않는다. 따라서, 이와 같은 재료가 개발되면, 연료소비율의 개선, 배기가스 정화특성의 개선, 또한 엔진의 고성능화가 가능하며, 매우 유익하다.

본 발명은, 자동차 배기계 재료에 필요한 고온특성, 즉 고온 내력, 내산화성, 고온염해 특성을 가지며, 또한 통상의 제조방법을 이용하여도 상온에서의 고가공성을 확보할 수 있는 값이 싼 열연페라이트강의 개발을 목적으로 하고 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 재료성분과 열연강판 소둔후의 특성을 예의검토한 결과 , Nb, P를 비롯하여 각종원소를 적정범위로 관리한 경우만, 통상의 열연소둔공정에 의해 제조가능한 자동차 배기재료용 열연페라이트강을 얻을 수 있는 것을 지견하고, 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 제1 태양은, 필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

를 함유하고, 불순물 원소가 하기의 범위로 제한되어 있으며,

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

본 발명의 제2 태양은, 필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또한 최적합금원소로서

Mo : 0.1중량%~3.0중량% Cu : 0.1중량%~1.0중량%

의 1종 또는 2종을 함유하고,

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

본 발명의 제3 태양은, 필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또한 최적합금원소로서

Ni : 1중량% 이하 Co : 0.5중량% 이하

의 1종 또는 2종을 함유하고,

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

본 발명의 제4 태양은, 필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또한 최적합금원소로서

Mo : 0.1중량%~3.0중량% Cu : 0.1중량%~1.0중량%

의 1종 또는 2종 및,

Ni : 1중량% 이하 Co : 0.5중량% 이하

의 1종 또는 2종을 함유하고,

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

자동차 배개재료로서 중요한 특성은, (A) 가공성 (B) 고온내력, 고온염해 특성, 내산화성 (C) 제조성이다. 이하에 (A)(B)(C)의 평가기준과 그를 달성하기 위한 본원의 기술사상을 상세히 설명한다.

자동차 배기재료로서의 특성을 판정하기 위한 평가기준

(A) 자동차 배기재료용도의 가공에는, 딥 드로잉 가공은 적으며, 주로 굽힘, 튜브 확장 등의 신장성에 지배되는 가공이 주체로 된다. 그와 같은 점으로부터 각종 자동차 배기재료에 요구되는 기계적 성질을 조사한 바, 2mm 두께의 강판에 있어서, 파단신장이 34% 이상일 것, 가공설비의 능력의 문제로부터 항복응력 (YS)이 350 MPa 이하일 것이 필요한 것이 판명되었다.

본원에서는, 열연판을 소둔한 상태에서의 신장, YS를 평가하지만, 미소둔 열연판을 이용하여, 조관하고, 그후 소둔한 경우도, 본원에 함유되는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 이 경우 조관시의 변형도 제외되기 때문에, 열연소둔판을 조관한 경우 보다도, 보다 고가공성을 얻을 수 있다.

(B) 필요로 하는 고온특성은 이하와 같이 정리된다.

현재의 엔진의 배기온도는 기껏해야 800℃ 이하인 것으로, 금후 연비개선, 배기가스 정화특성의 개선, 고출력화를 목적으로서, 850℃ 이상으로 배기온도가 상승하는 경향이 있다. 따라서, 고온내력은 700℃, 900℃ 또는 내산화성은 대기중 730℃, 830℃, 930℃ 에서 200 시간 가열하여 평가하였다.

또 노면으로부터의 튀기는 물 등이 자동차 배기재료에 부착되어, 그후 고온으로 가열됨으로써 고온염해부식이 발생한다. 열연소둔판과 냉연소둔판에서는 표면성상이 상위하기 때문에, 열연판에서는, 고온염해 특성의 열화가 걱정된다. 그래서 냉연소둔판의 SUH409L도 포함하여 700℃ 에서의 이 특성을 평가하였다.

(C) 열연소둔판을 제조할 때, 열연직후의 인성이 충분하지 못하면, 열연판의 감기, 되감기시에, 동기, 취성파단하는 경우가 있다. 이와 같은 파단이 발생하면, 인적인 위험 이외에, 조업을 현저하게 저해한다.

이 취성파단을 회피하는 데에는, 미소둔열연판의 0℃ 에서의 샤르피(Charpy) 흡수 에너지가 50J/㎠ 이상일 것이 필요하다.

자동차 배기재료로서의 평가기준을 달성하기 위한 본원의 기술사상

이와 같은 고가공성이면서 높은 고온특성을 같는 열연소둔판을 통상의 열연방법, 즉, 함부로 저온에서의 열연을 지향하지 않고, 통상공정인 SRT가 1250℃인 경우에서 얻을 수 없으면, 비용적으로 열연소둔판을 사용하는 장점이 감소되어 줄어들어 버린다. 따라서, 본 발명에 있어서, 가장 중요한 점은, (1) 충분한 인성을 가지고 통상의 열연공정이 가능하면, 고가공성을 발휘하는 성분계을 알아내고, 또, (2) 고온내력에 관해서는, 열연소둔판의 상태에서 충분한 고온내력을 발휘시키는 성분계를 알아낼 것, 또한 (3) 자동차 배기재료로서는의 충분한 내산화성, 고온염해 특성을 가즌열연소둔판 성분계를 알아내는 점도 중요하다.

이와 같은 (1)~(3)을 만족하는 성분계를 검토한 결과, 이하의 지견을 얻어서, 본 발명이 완성되었다.

(1) 통상의 열연중에 있어서, 즉, SRT 1250℃ 정도에 있어서, 2mmt 두께까지 열연하였을 때에, 열연판 소둔후 필요한 가공성을 얻는데에는, 제1도에 나타내는 바와 같이 Nb/(C+N)을 13 이상으로 할 필요가 있다. 그 이유는, 고온에서 석출되는 Nb 미세석출물이 회복재결정 거동을 지연하고, 열연중에 있어서, 충분한 변형이 소재에 부가되기 때문이라고 생각되지만 충분히 해명되어 있지는 않다. 제1도중에 병기하고 있는 바와 같이, C, N을 고정하는 다른 원소, Ti, Zr, Al로는 전혀 가공성이 향상되지 않는 점에 주목할 필요가 있다. 일반적으로 Nb, Ti, Zr, Al의 첨가는, 냉연소둔판에 있어서의 가공성의 향상을 목적으로 하는 것이지만, 열연소둔판에서는, 제1도와 같이 종래 지견과는 전혀다른 거동을 나타낸다. 제1도중에, 열연판 두께를 5mm 로 하여 냉연소둔을 행한 2mm의 냉연소둔판의 신장을 괄호내에 나타냈다. 냉연소둔판의 신장은 종래의 지견과 동일하게, Nb/(C+N), Ti/(C+N), Zr/(C+N), Al/(C+N)의 증가에 따라서, 향상된다. 또, 표 1에는 Nb의 첨가강에 Ti, Zr, Al을 복합첨가한 경우의 열연소둔판의 가공성을 나타낸다. 어느 것도 Nb 단독첨가강에 비하여, 가공성이 저하되어 있다. 이와 같이 열연소둔판의 가공성 향상은, 종래의 냉연소둔판에서의 지견을 이용할 수 없으며, Nb를 엄밀하게 단독첨가한 강조성으로 하지 않으면 열연소둔판의 가공성 향상은 달성할 수 없다는 신규인 지견을 알아 냈다. 제3도는, Nb/(C+N)=20.9 (강A(a))와 현용강(現用鋼) SUH409L (b)의 열연소둔판의 압연방향조직을 나타내는 현미경 사진이다. 제3도로부터 강A의 쪽이, 현저하게 균등립으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

표 2에는 Nb 함유량이 변화된 강의 미소둔열연판의 0℃ 샤르피 흡수에너지의 변화를 나타낸다. Nb의 절대치가 0.6%를 초과하면, 급격히 취화하고, 또 가공성이 열화하는 것을 알 수 있다.

다음에 본 원으로서 중요한 P량의 효과에 대하여 설명한다. 종래 P는 불가피적 불순물로 되고, 근년에는 0.02% 이하로 까지 저감시킨 강도 볼 수 있다. 그러나, 본원 발명자들은 저 P화가 오히려 열연소둔판의 가공성을 열화시키는 것, 즉 적당량의 P는 열연소둔판의 가공성을 향상시키는 것을 알아 내었다. 이것은, 탈 P공정의 간략화에 의한 저비용화가 가능함을 의미한다. 표 3에는, P 함유량을 변화시킨 강의 신장, 인성의 측정결과를 나타낸다. P량을 0.042%, 0.058%와 같이 JISG4304를 초과하여 함유시켜도 가공성이 열화되지 않고 오히려 JIS에 규정되어 있는 P 레벨 0.026%, 0.036% (강 H,B) 보다도 우수한 신장을 나타내며, 또 YS도 거의 변화하지 않는 것을 알아 내었다.

이와 같은 P의 효과는 현재, 해명되어 있지 않지만, 이하와 같이 측정하고 있다. 즉, 본질적으로는 P는 침입형 원소이며, 가공성, 인성에 악영향을 미친다. 그러나, 열연시에는, 재료의 회복, 재결정 거동이 열연소둔판의 특성에 크게 영향을 미친다. 본원 발명강에 있어서는, P가 그 본래의 침입형 원소의 악영향을 이길 수 있을 정도로 열연시의 회복, 재결정, 거동을 늦추고, 열연시의 변형이 충분히 도입되고, 그 소둔조직이 균일한 재결정 조직을 나타낸 것을 생각할 수 있다. 단 이것은 가설이며, 금속학적인 확인은 아직 되어 있지 않다.

표 4에, 각 성분계의 페라이트강의 열연소둔판의 신장 및 용접부의 가공성을 나타낸다.

가공성 파라미터 : Pa=Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu ≤16.5이 초과하면, 어느 강도 파단 신장이 34% 미만이며, 가공성이 떨어지고, 열연소둔상태에서는 자동차 배기재료용도의 가공에 견딜 수 없다. 한편, Pa가 11 미만에서는, 용접부의 가공성이 열화되어 있다. 여기에서 용접부의 가공성 평가는, 제5a도에 나타내는 형상의 샘플을, 용접속도 600mm/min, 용접전류 200A, 편면의 표면을 Ar로 15L/min으로 밀봉(seal)한 조건에서, 제5a도에 나타내는 바와 같이 TIG 맞대기 용접하고, 표 4 중에 나타낸 샘플이, 제5b도에 나타내는 바와 같이 균열되지 않고 180도 굽힘 가공할 수 있는지의 여부로 평가하였다.

제2도에, 열연소둔판의 가공성에 미치는 Cr량의 영향을 나타낸다. Ti, Zr, Al 첨가강, Nb 첨가강과 함께 Cr량 저감에 의해 신장은 향상하지만, Ti, Zr, Al 첨가강에서는, Cr량을 10% 정도로 저감한 경우에 있어서도 신장은 30% 정도이며, 목표로 하는 34% 에는 훨씬 못미친다. 한편, Nb 첨가강에서는, Cr량이 17% 이하이면, 목표로 하는 34%의 신장을 달성하고 있다.

또한, 표 5에는 용접부의 응고균열에 미치는 N, Nb의 영향을 나타낸다. N이 0.015% 이하, 또 Nb 0.6% 이하에서는 응고균열은 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

(2) 열연소둔판의 고온내력을 판정한 결과를 , 표 6에 나타낸다. 본 발명강인 Nb 첨가강의 700℃ 고온내력은, Ti, Zr, Al 첨가강이나 현용강 SUH409L과 비교하여 2배 이상을 나타내고, 또 900℃의 고온내력도 2배 가까이 우수한 것을 알 수 있다.

(3) 열연소둔판의 내산화성을 측정한 결과를 표 7에 나타낸다. 각 조성의 강을, 대기중에서 730, 830, 930℃의 각 온도에서 200시간 방치한 후, 표면상태를 관찰하고, Fe의 산화물을 주체로 하는 스케일 덩어리(scale nodules) 생성된 상태를 비정상산화로 판정하였다.

현용강 SUH409L이 830℃, 200시간에서 비정상 산화된 것에 대하여, 본 발명강은 모두 930℃, 200시간 대기중에서 가열하여도 비정상 산화되지 않았으며, 내산화성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 검토결과, 즉, Nb 단독첨가, P 첨가, 저 Cr화, 타성분의 균형의 적정화를 종합하여 비로소, 통상의 제조방법을 이용한 열연소둔상태에서도, 자동차 배기재료용도에 적용가능한 값이 싼 고가공성 열연페라이트강을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은, 현용강 SUH409L 보다 현저하게 고내열화하면서, 통상의 열연공정으로 자동차 배기재료용도의 가공에 대응가공한 고가공성을 가지며, 또한 현용강 보다도 현저하게 값이 싸게 제조가능한 저비용 열연페라이트강을 제공하는 것이다. 이하에 본 발명강에 있어서의 각 화학성분치의 함유량의 한정이유를 설명한다.

C : C는 페라이트상의 안정성, 가공성, 내산화성을 향상히키는 것으로부터 상한을 0.02%로 한다. 바람직하게는, 0.01% 이하이다. 가장 바람직하게는, 0.006% 이하이다.

Si : Si 는, 내산화성, 고온염해 특성을 향상시키고, 또 페라이트상을 안정화시키기 위한 유효한 원소이며, 본 용도에는 최저 0.4% 필요하다. 표 8 에 나타내는 바와 같이 특히 고온염해 특성의 향상에는, 바람직하게는 0.6% 이상이다. 그리고, 고온염해 특성의 평가방법은 실시예의 항에서 설명한다. 또, Si는 실온의 YS를 상승시키지만, 1% 정도까지는 신장의 열화는 작다. 그러나 1%를 초과하면, 신장이 열화되고, 특히 2%를 초과하여 함유시키면, 신장의 열화, YS의 상승이 크다. 따라서, 0.4% 이상 2% 이하로 한다. 바람직하게는, 0.8% 이상 1.3% 이하이다.

Mn : Mn은, 페라이트상의 안정성, 내산화성, 가공성에 유해한 원소이지만, 0.8% 까지의 함유라면, 본 용도에 있어서 문제로 되지 않는다. 고가공성을 얻기 위하여, 바람직하게는 0.1% 이하이다. 가장 바람직하게는 0.05% 이하이다.

Cr : Cr 은 내산화성을 확보하기 위하여 필요한 원소이다. 6% 미만에서는 타원소를 어떻게 제조하여도 본 용도에 적합한 가공성, 내산화성을 확보할 수 없다. 한편, 17%를 초과하면, 제2도에 도시된 바와 같이 가공성의 열화가 크며, 또 비용이 커지기 때문에 6% 이상 17% 이하로 한정한다. 특히 가공성을 우선하는 경우는, 10% 이상 15% 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10% 이상 15% 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10% 이상 12% 이하이다.

P : P는, 본 발명에 있어서 중요한 원소의 하나이다. 종래는 불가피적 불순물로 되어 있었지만, 열연소둔상태에서의 가공성에는, 오히려 일정량 함유되어 있는 쪽이 바람직하다는 지견을 얻었다. P가 0.025% 이하에서는, 탈 P 공정에 의한 비용상승이 크며, 또 가공성도 저하된다. 한편, 0.10%를 초과하면, 제조비용은 낮아져도, 가공성의 열화가 크다. 따라서, 0.025% 이상 0.10% 이하로 한정한다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 가공성의 점으로부터, 바람직하게는, 0.03% 이상 0.07% 이하이다. 또한 바람직하게는, 0.04% 이상 0.06% 이하이다.

N : N 은 C와 같이 낮은 쪽이 바람직하다. 특히 Nb 함유강에서는, 용접부의 응고균열이 발생되기 쉽게 하기 때문에, 0.015% 이하일 것이 필요하다. 바람직하게는 0.010% 이하이다.

Al : Al 은, 열연소둔판의 가공성에 유해하기 때문에, 가급적으로 함유량을 낮게하는 것이 좋지만, 필요 이상의 저하는 비용 상승을 초래하기 때문에 상한을 0.02%로 한다. 바람직하게는 0.005% 이하이다.

Ti : Ti 도 Al과 같은 이유에 의해 0.02% 이하이다. 바람직하게는 0.005% 이하이다. 가장 바람직하게는 0.001% 이하이다.

Zr : Zr도 Al, Ti와 동일한 이유에 의해 0.02% 이하이다. 바람직하게는 0.005% 이하이다.

Nb ; Nb도 본 발명에 중요한 원소의 하나이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 열연소둔판에 있어서 충분한 가공성을 얻는 데에는, 안정화 원소로서 Nb 를 단독으로 첨가하지 않으면 안되며, Ti, Zr, Al과 같은 다른 안정화 원소에서는, 냉연소둔강판의 가공성은 향상되어도, 열연소둔판의 가공성에는 전혀 효과가 없다. 또한 표 1에 나타낸 바와 같이, Nb 첨가강에 Ti, Zr, Al이 복합첨가되면, Nb 단독첨가에서의 효과가 감소되어 버린다. 따라서, 열연소둔판의 가공성 향상을 위한 Ti, Zr, Al은 가능한한 낮게 한정하고, Nb는 (C+N)의 13배 이상의 첨가가 필요하다. 동시에, 고온내력의 향상을 위하여, 0.35% 이상 첨가한다. 한편 표 2에 나타내는 바와 같이, Nb 첨가량이 0.6%를 초과하면, 가공성이 저하함과 동시에, 인성이 현저하게 열화된다. 또, 표 5에 나타낸 바와 같이, 용접부의 응고균열도 발생한다. 따라서, 상한을 0.6%로 한다. 바람직하게는 0.40%~0.55%, 보다 바람직하게는, 0.45%~0.50%로 한다. 제4도에 비교강 20의 응고균열의 일례를 도시하였다.

하기식 (2)에 나타내는 가공성 파라미터(Pa)가 11 미만이면, 표 4에 나타내는 바와 같이, 용접부가 a, a' 의 2 상으로 되고, 그 부분의 가공성이 열화된다. 한편, 가공성 파라미터 16.5를 초과하면, 가공성의 열화가 크며, 이미 Nb, P 을 적정화 하여도, 열연소둔판의 가공성이, 자동차 배기재료용도는 불충분한 것으로 된다. 따라서, 가공성 파라미터(Pa)는 11 이상 16.5 이하로 한정한다. 바람직하게는, 13 이상 15.5 이하이다.

식(2) Pa=Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu 여기에서 각 원소는 중량%의 수치를 나타내고, Ni, Co, Mo, Cu 에 대해서는, 그들의 첨가강의 경우에만 고려하면 된다.

다음에 선택원소의 한정이유를 설명한다.

Mo, Cu : 고온내력의 향상, 고온염해 특성의 향상을 위하여 첨가하여도 좋다. Mo, Cu 모두 0.1% 이상에서 그 효과가 나타나지만, 고가(高價) 원소이므로, 상한을 Mo은 3%로, Cu는 1%로 한정한다. 바람직한 범위는 Mo : 0.5%~2.5%, Cu : 0.3%~0.6% 이며, 보다 바람직하게는, Mo : 1.0%~1.5%, Cu : 0.4%~0.6% 이다.

Ni, Co : Ni, 냉연소둔판. 는 모두 용접부의 인성을 향상시킨다. 표 9에 각각의 효과를 나타낸다. 용접조건은 표 4의 경우와 동일하게 하였다. 바람직하게는, Co는 고가 원소이므로 Ni는 1%로, Co는 0.5%로 상한을 한정한다. 이들의 효과는 등가이기 때문에, 각각 단독, 혹은 복합첨가하여도 좋다. 바람직하게는, Ni 0.5% 이하, Co 0.2% 이하이다.

이하의 실시예에 의해, 더욱 이 설명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들의 예에 한정되는 것은 아니다.

표 1~9에 나타낸 바와 같은 각 조성의 강 (본 발명강, 비교강, 현용강 SUH409L)을 진공 용해로에서 용제하고, 30Kg 강괴(鋼傀)로 하였다. 열간단조에 의해 27mm 두께로 제조하고, 그후 슬라브 가열온도(STR)을 1250℃로 하여 열간압연에 의해 2mm 두께로 하고, 하기의 여러 특성을 조사 하였다.

샤르피 충격특성은, 압연방향에 수직으로 놋치를 넣은 시험편을 이용하고, 0℃의 값을 조사하였다.

실온에서의 압연방향의 신장, YS와, 700℃, 900℃의 고온내력을 Nb 함유강은 980℃, Nb 무첨가강은 930℃로 소둔하고, 입경을 대략 일정하게 고른 재료를 이용하여 조사하였다. 여기에서 고온내력은 변형속도 0.3%/min 으로 측정하였다.

내산화성은, 대기중 730℃, 830℃, 930℃, 200시간 산화시험후의 중량변화를 측정하였다.

고온염해 특성평가는, 2mmt× 2mmω× 30mmL 재를 이용하여, 포화 식염수에 5분 침지하고, 그후 700℃에서 2시간 가열하고 5분간의 공냉을 1사이클로 하고, 10 사이클 후의 최대침식 깊이로 평가하였다.

또, 용접성 시험으로서, 이 열연소둔판을 이용하여, TIG 용접을 행하고, 응고균열의 유무, TIG 용접부의 굽힘특성, 샤르피 충격특성을 조사하였다.

표 1~9에 나타낸 바와 같이, 본 발명강은 모두 자동차 배기재료용도에 필요한 이하의 특성을 얻었다.

(1) 미소둔 열연판의 0℃ 샤르피 흡수에너지 : 50J/㎠ 이상

(2) 열연소둔판의 신장, YS : 34% 이상, 35MPa 이하

(3) 열연소둔판의 TIG 용접특성 : 응고균열 없음

180도 굽힘 가능

(4) 열연소둔판의 700℃의 고온내력 : SUH409L의 그의 2배이상

열연소둔판의 900℃의 고온내력 : SUH409L의 그의 2배정도

(5) 열연소둔판의 930℃, 200시간후의 내산화성 : 비정상 산화하지 않음

(현용강인 SUH409L 의 냉연소둔강판의 내산화성은 830℃, 200시간후 비정상 산화하였다.)

(6) 700℃의 고온염해 특성 : SUH409L 보다 현저하게 우수하다. 표 1~9에 나타낸 비교강은 어느 성분이 본 발명의 범위외이며, 상술한 (1)~(6)의 특성의 하나 이상을 만족시키지 못하기 때문에, 열연소둔상태에서 자동차 배기재료 용도로의 적용이 곤란하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 통상의 열연공정을 이용하여도, 고가공성, 고내열성, 양호한 제조성을 겸비하는 자동차 배기재료용도의 값이 싼 열연재를 얻을 수 있다. 이 열연재를 자동차 배기재료용도에 적용함으로써, 엔진 특성의 향상, 석유자원의 절약, 대기환경의 보전에 현저하게 공헌할 수 있으며, 산업상 매우 유익한 효과를 가져온다.

본 발명은, 열연판을 재결정 소둔하여 자동차 배기재료용도로 제공하게 되지만, 열연판으로부터 파이프로 가공하는 경우는, 재결정 소둔공정이 파이프 가공의 전후 어느 때라도 지장이 없다.

또, 본 발명에서의 고온특성 평가는 700~930℃에서 행하고 있지만, 본 발명은, 이 온도로 표출되는 부재에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 머플러와 같이 기껏해야 500℃ 정도까지밖에 가열되지 않는 자동차 배기재료 부재라도, 본 발명은 최적으로 사용할 수 있다.

[표 1]

Nb 첨가강 열연소둔강판의 신장에 미치는 Ti, Zr, Al 복합첨가의 영향

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 2]

미소둔열연판의 인성 및 열연소둔판의 신장, YS에 미치는 Nb의 영향

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 3]

미소둔열연판의 인성 및 열연소둔판의 신장, YS에 미치는 P의 영향

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 4]

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(*1) 용접조건..V=600nm/min (*2) ○..균열없음 (*3) α : 페라이트 조직

(TIG) I=200A ×..균열 α' : 마르텐사이트 조직

편면이 Ar로 밀봉 151mm

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 5]

TIG 용접부의 응고균열에 미치는 N, Nb의 영향

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 6]

본 발명강 및 비교강의 열연소둔판의 고온

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 7]

본 발명강 열연소둔판 및 현용냉연소둔판(SUH409L)의 내산화성

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

20시간후 외관 ○...비정상 산화하지 않음

×...정상 산화

[표 8]

고온염해 특성에 미치는 Si의 영향

(* 청구의 범위의 밖임을 나타낸다) (**) C : 냉연소둔판

(1) Nb/(C+N) H : 열연소둔판

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

[표 9]

TIG 용접부의 인성에 미치는 Ni, Co, Mo, Cu의 영향(본 발명강)

(1) Nb/(C+N)

(2) Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu

Claims

필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

를 함유하고, 불순물 원소가 하기의 범위로 제한되어 있으며,

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

잔부는 Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 배기재료용 열연페라이트강.
필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

를 함유하고, 불순물 원소가 하기의 범위로 제한되어 있으며,

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또한 최적합금원소로서

Mo : 0.1중량%~3.0중량% Cu : 0.1중량%~1.0중량%

의 1종 또는 2종을 함유하고,

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

잔부는 Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 배기재료용 열연페라이트강.
필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

를 함유하고, 불순물 원소가 하기의 범위로 제한되어 있으며,

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또한 최적합금원소로서

Ni : 1중량% 이하 Co : 0.5중량% 이하

의 1종 또는 2종을 함유하고,

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

잔부는 Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 배기재료용 열연페라이트강.
필수합금원소로서

Si : 0.4중량%~2중량% Cr : 6중량%~17중량%

P : 0.025중량%~0.10중량% Nb : 0.35중량%~0.60중량%

를 함유하고, 불순물 원소가 하기의 범위로 제한되어 있으며,

C : 0.02중량% 이하 Mn : 0.8중량% 이하

N : 0.015중량% 이하 Al : 0.02중량% 이하

Ti : 0.02중량% 이하 Zr : 0.02중량% 이하

또한 최적합금원소로서

Mo : 0.1중량%~3.0중량% Cu : 0.1중량%~1.0중량%

의 1종 또는 2종 및,

Ni : 1중량% 이하 Co : 0.5중량% 이하

의 1종 또는 2종을 함유하고,

또 성분의 중량%가 하기 식(1) 및 (2)를 만족하고,

식(1) Nb/(C+N)≥13

식(2) 11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5

잔부는 Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 배기재료용 열연페라이트강.
제1항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 다기관.
제1항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 파이프.
제2항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 다기관.
제3항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 다기관.
제4항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 다기관.
제2항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 파이프.
제3항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 파이프.
제4항에 따른 열연페라인트강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 파이프.