KR100501625B1

KR100501625B1 - 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100501625B1
Application number: KR10-2001-0082579A
Authority: KR
Inventors: 야자와요시히로; 무라키미네오; 오자키요시히로; 후쿠다구니오; 미야자키아투시; 가토야스시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2005-07-18
Also published as: EP1227168B1; EP1227168A1; DE60110539T2; KR20020051877A; US20040094240A1; US20020117240A1; US6786981B2; DE60110539D1

Abstract

본 발명의 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판은, 질량 기준으로, 탄소 약 0.1% 이하; 규소 약 1.0% 이하; 망간 약 1.5% 이하; 인 약 0.06% 이하; 황 약 0.03% 이하; 알루미늄 약 1.0% 이하; 크롬 약 11% 내지 약 20%; 니켈 약 2.0% 이하; 몰리브덴 약 0.5% 내지 약 3.0%; 바나듐 약 0.02% 내지 약 1.0%; 질소 약 0.04% 이하; 니오브 약 0.01% 내지 약 0.8% 및 티탄 약 0.01% 내지 약 1.0% 중 1종 이상; 및 잔량의 철 및 부수적인 불순물을 포함한다. 본 페라이트계 스테인리스 강판은, 상기 조성을 갖는 슬래브를 거친 압연하는 단계; 거친 압연 강판을 마무리 압연시 최종 롤틈에서 약 3.5MN/m 이상의 선상 압력하 열간 압연하는 단계; 열간 압연 강판을 약 75% 이상의 총압하율로 냉간 압연하는 단계; 및 냉간 압연 강판을 어닐링하는 단계에 의해 제조된다. 상기 냉간 압연 단계는 1회의 압연 단계 또는 중간 어닐링을 포함하는 2회 이상의 압연 단계를 포함한다.

Description

연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판 및 그의 제조방법{FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET FOR FUEL TANK AND FUEL PIPE AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명은 가솔린, 메탄올 등과 같은 유기 연료용 용기 및 배관 부재로 적합한 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료 탱크 및 연료 파이프로 용이하게 성형할 수 있고 유기 연료, 특히, 주변 환경에서 생성되는 유기산을 포함하는 열화 가솔린에 내식성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 연료 탱크는 연강판의 표면을 납합금으로 도금, 성형하고 턴도금 강판을 용접하여 제조한다. 그러나, 납을 함유하는 물질의 지속적인 사용은 환경문제에 대한 날로 증대되는 관심으로 엄격히 제한되어 가고 있다.

몇 가지 턴 도금 강판의 대체재료가 개발되었다. 유감스럽게도, 이 대체재료는 하기와 같은 문제점을 갖는다. 납을 함유하지 않는 도금 재료로서 Al-Si 도금 재료는 용접성 및 장기간의 내식성에 있어서 신뢰도가 떨어지므로 제한된 분야에서만 사용된다. 수지성 재료를 연료 탱크에 사용하는 시도가 있었으나, 본질적으로 연료 투과성인 수지성 재료의 공업적 이용은 연료 증발 및 재활용에 대한 규제와 같은 환경하에서 한계를 갖는다. 또한, 라이닝 처리가 필요하지 않은 오스테나이트계 스테인리스강의 사용이 시도되었다. 오스테나이트계 스테인리스강은 페라이트계 스테인리스강과 비교하여 더 우수한 가공성 및 높은 내식성을 보이지만, 이러한 오스테나이트계 스테인리스강은 연료 탱크용으로는 고가이고, 응력부식균열(SCC)의 가능성이 많다. 그러므로, 오스테나이트계 스테인리스강은 아직 실용화되지 못하고 있다.

대조적으로, 니켈을 포함하지 않는 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여 재료비 측면에서 유리하지만, 주변 환경에서 생성되는 포름산 및 초산과 같은 유기산을 포함하는 소위 "열화 가솔린"에 대한 내식성이 불만족스럽다. 더욱이, 페라이트계 스테인리스강은 복잡한 형상을 갖는 연료 탱크의 성형을 위한 심인발(deep drawing) 및 연장된 연료 파이프 및 굽은 연료 파이프를 성형하기 위한 파이프의 신장가공 및 굽힘가공에 대한 충분한 가공성을 보여주지 못한다.

일본 특허 공개 제 6-136485 호 및 제 6-158221 호에는 내식성 및 가공성 모두를 얻기 위하여 내식성 강판층 및 우수한 가공성을 갖는 저탄소 또는 극저탄소 강판층을 각각 포함하는 이중층 강판이 개시되어 있다. 그러나, 그러한 이중층 강판은 대량 생산에 부적합하다.

본 발명의 목적은 우수한 가공성 및 열화 가솔린에 대한 높은 내식성을 가지며 자동차 연료 탱크 및 연료 파이프에 유용한 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 약 0.4 내지 약 1.0mm의 범위의 두께를 가지며 우수한 심인발 가공성, 즉, 약 1.50 이상, 바람직하게는 약 1.90 이상의 r-값을 갖는다.

본 발명의 r-값은 일본공업규격(JIS) 제 Z2254 호에 따라 하기 수학식 1로 산정한 평균 소성변형률(plastic strain ratio)을 나타낸다:

상기 식중,

r₀은 강판의 압연 방향에 평행하게 채취한 시험편을 사용하여 측정한 소성변형률이며,

r₄₅는 강판의 압연 방향에 45°로 채취한 시험편을 사용하여 측정한 소성변형률이며,

r₉₀은 강판의 압연 방향에 90°로 채취한 시험편을 사용하여 측정한 소성변형률이다.

약 1.50 미만의 r-값은 복잡한 연료 탱크 형상의 심인발 및 복잡한 굽은 파이프 형상의 굽힘 가공을 곤란하게 하고, 강판을 가공할 수 있더라도 높은 충격 취성(脆性, impact brittleness)(2차 가공취성)을 보인다.

또한 본 발명은 일축인장(uniaxial stretching)시 25% 변형에서 약 50㎛ 이하의 표면 리징(ridge) 높이를 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공한다. 자동차 연료 탱크용 강판의 가공중 형성되는 리징은, 이 탱크를 강판의 프레스 성형에 의해 제조하기 때문에 그렇게 작지만은 않다. 본 발명자들의 조사에 따르면 리징은 연료 탱크의 제조에 사용되는 강한 프레스 성형 가공시 강판의 균열을 일으킨다. 그러므로, 리징 높이는 낮아야 한다. 판금 가공시 발생하는 리징은 미가공 강판 편의 프레스 다이와의 접촉 상태에 따라 다양하며 윤활유 필름의 국소적 부재로 인하여 "마멸(gnawing)" 또는 "마손(galling)"의 결과를 낳는다. 또한 마멸은 리징을 따라 균열을 일으킨다.

본 발명자들의 계속된 조사에 따르면, 복잡한 형상을 갖는 연료 탱크의 가공에 적합한 우수한 프레스 성형성을 보이는 강판은 일축인장시 25% 변형에서 약 50㎛ 이하의 표면 리징 높이를 갖는다. 여기에서, 가공중 발생하는 강판 상의 리징은 강판이 압연 방향으로 인장될 때 인장 방향에 수직 방향의 리징 높이에 의해 평가한다.

또한 본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 연료 탱크 및 연료 파이프로의 강압 성형의 경우 및 윤활제를 사용하지 않는 프레스 성형의 경우에 있어서 종래 기술의 문제점을 해결한다. 즉, 본 발명은 윤활제를 사용하지 않는 가공법에 의해 우수한 심인발 가공성을 가지며 윤활유로 강판을 처리하는 윤활 단계를 필요로 하지 않는 페라이트계 스테인리스강을 제공한다.

본 발명자들은 페라이트계 스테인리스 강판의 표면에 아크릴 수지를 주재로 포함하는 윤활 도형재를 소정의 양으로 도포하면 강판 및 프레스 다이 사이의 동적 마찰 계수를 감소시킴으로써 "마멸"을 방지하며, 더 복잡한 형상을 갖는 물품의 가공을 가능케 한다는 사실을 발견하였다.

본 발명자들은 열화 가솔린에서의 내식성 및 페라이트계 스테인리스 강판의 r-값에 있어서 페라이트계 스테인리스 강판의 조성 및 그 제조방법의 영향을 집중적으로 연구하였으며 그 결과 강판에 적절한 양의 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V)을 첨가함으로써 열화 가솔린에 대한 내식성이 현저하게 개선된다는 사실을 발견하였다.

몰리브덴의 첨가는 가공성을 저하시키므로, 본 발명자들은 추가적으로 몰리브덴 포함 강판의 가공성의 기준값으로서 r-값을 연구한 결과, 특정 방법에 의해 높은 r-값이 얻어진다는 사실을 발견하였다.

더욱이, 본 발명자들은 열간 압연 페라이트계 스테인리스 강판에 대한 최적화된 어닐링(annealing) 조건이 리징 높이를 최소화하고 우수한 프레스 성형성을 제공하며, 강판 표면에 윤활 도형재의 도포가 성형시 활주성(sliding performance)을 개선시키고, 강판 및 프레스 다이 사이의 동적 마찰 계수를 감소시키며 더 복잡한 형상을 갖는 물품의 성형을 용이하게 한다는 사실을 발견하였다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판은 질량 기준으로, 탄소 약 0.1% 이하; 규소 약 1.0% 이하; 망간 약 1.5% 이하; 인 약 0.06% 이하; 황 약 0.03% 이하; 알루미늄 약 1.0% 이하; 크롬 약 11% 내지 약 20%; 니켈 약 2.0% 이하; 몰리브덴 약 0.5% 내지 약 3.0%; 바나듐 약 0.02% 내지 약 1.0%; 질소 약 0.04% 이하; 니오브 약 0.01% 내지 약 0.8% 및 티탄 약 0.01% 내지 약 1.0% 중 1종 이상; 및 잔량(balance)의 철 및 부수적인 불순물을 포함한다.

바람직하게, 본 페라이트계 스테인리스 강판은 일축인장시 25% 변형에서 약 50㎛ 이하의 표면 리징 높이를 갖는다.

바람직하게, 아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 및 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 윤활 도형재가 약 0.5g/m² 내지 약 4.0g/m²의 도포량으로 페라이트계 스테인리스 강판의 표면에 소성에 의해 피복된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법은, 질량 기준으로, 탄소 약 0.1% 이하; 규소 약 1.0% 이하; 망간 약 1.5% 이하; 인 약 0.06% 이하; 황 약 0.03% 이하; 알루미늄 약 1.0% 이하; 크롬 약 11% 내지 약 20%; 니켈 약 2.0% 이하; 몰리브덴 약 0.5% 내지 약 3.0%; 바나듐 약 0.02% 내지 약 1.0%; 질소 약 0.04% 이하; 니오브 약 0.01% 내지 약 0.8% 및 티탄 약 0.01% 내지 약 1.0% 중 1종 이상; 및 잔량의 철 및 부수적인 불순물을 포함하는 슬래브를 거친 압연하는 단계; 거친 압연 강판을 마무리 압연시 최종 롤틈에서 약 3.5MN/m 이상의 선상 압력하 열간 압연하는 단계; 1회의 압연 단계(rolling stage) 또는 중간 어닐링을 포함하는 2회 이상의 압연 단계를 포함하는 냉간 압연으로, 상기 열간 압연 강판을 약 75% 이상의 총압하율(gross reduction rate)로 냉간 압연하는 단계; 및 냉간 압연 강판을 어닐링하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 열간 압연 강판을 하기 수학식 2 및 3에 따라 열간 압연 강판 어닐링에 적용시킨다:

상기 식중,

T는 어닐링 온도(℃)이며,

t는 보유 시간(분)이다.

바람직하게, 아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 및 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 윤활 도형재는 약 0.5g/m² 내지 약 4.0g/m²의 도포량으로 열간 압연한 또는 어닐링한 열간 압연 강판의 표면에 소성에 의해 피복된다.

발명의 바람직한 실시형태

본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스 강판의 조성 및 공정 조건의 한정 이유를 이하 설명한다. 각 성분의 함량은 질량백분율(이하 편의상 백분율, 즉, %로 나타낸다)에 의해 나타낸다.

탄소(C): 약 0.1% 이하.

입자경계(grain boundary)를 강화하고 2차 가공에 대한 내취성(brittle resistance)을 증강시키기 위하여 소정 양의 탄소를 첨가하지만, 과량의 탄소는 카바이드로서 입자경계에 침전되며 이 카바이드는 2차 가공에 대한 내취성 및 입자경계에서의 내식성에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 부정적인 영향은 약 0.1%를 초과하는 탄소 함량에서 현저하므로, 탄소 함량은 약 0.1% 이하로 제한된다. 바람직하게, 탄소 함량은 2차 가공에서 내취성 개선의 관점에서 약 0.002% 내지 약 0.008%의 범위이다.

규소(Si): 약 1.0% 이하.

규소는 산화 및 내식성을 개선하므로, 연료 탱크의 외표면 및 내표면의 내식성의 개선에 기여한다. 그러한 효과를 달성하기 위하여 규소 함량은 바람직하게 약 0.2% 이상이다. 그러나, 약 1.0%를 초과하는 규소 함량은 강판의 취약화 및 2차 가공시 용접부에서 내취성의 열화를 초래한다. 그러므로, 규소 함량은 약 1.0% 이하, 바람직하게 약 0.75% 이하이다.

망간(Mn): 약 1.5% 이하.

망간은 내산화성을 개선시킨다. 그러한 효과를 달성하기 위하여 바람직하게 약 0.5% 이상의 망간이 사용되지만, 과량의 망간은 강판의 연성(toughness)의 열화 및 2차 가공시 용접부의 내취성의 열화를 가져온다. 그러므로, 망간 함량은 약 1.5% 이하, 바람직하게는 약 1.30% 이하이다.

인(P): 약 0.06% 이하.

입자경계에서 쉽게 침전되는 인은 연료 탱크 제조를 위한 심인발과 같은 강한 가공후 입자경계의 강도를 감소시킨다. 그러므로, 바람직하게 인 함량은 2차 가공시 내취성(강한 가공후 약한 충격에 의한 균열에 대한 저항성)을 개선시키기 위하여 가능한 한 적어야 한다. 유의성 있게 낮은 인 함량은 제강공정의 생산비 증가를 가져오므로, 인 함량은 약 0.06% 이하, 더 바람직하게는 약 0.03% 이하이다.

황(S): 약 0.03% 이하.

황은 스테인리스강의 내식성을 저해하지만, 제강공정시의 탈황 비용의 관점에서 상한으로서 약 0.03%가 허용가능하다. 바람직하게, 황 함량은 망간 및 티탄에 의해 고정될 수 있는 약 0.01% 이하이다.

알루미늄(Al): 약 1.0% 이하.

알루미늄은 제강공정중 탈산제(deoxidizer)로서 필수적인 원소이지만, 과량의 알루미늄은 개재물에 기인하는 표면 외관상태 및 내식성의 열화를 일으킨다. 그러므로, 알루미늄 함량은 약 1.0% 이하, 바람직하게 약 0.50% 이하로 제한된다.

크롬(Cr): 약 11% 내지 약 20%.

강에서 충분한 내취성 및 내식성을 달성하기 위해서 약 11% 이상의 크롬이 포함되어야 한다. 한편, 약 20%를 초과하는 크롬 함량은, 비록 r-값이 높더라도 강도의 증가 및 연성(ductility)의 감소로 가공성의 열화를 가져온다. 그러므로, 크롬 함량은 약 11% 내지 약 20%의 범위이다. 바람직하게, 크롬 함량은, 용접부에서의 내식성의 관점에서, 약 14% 이상, 더욱 바람직하게는 약 14% 내지 약 18%의 범위이다.

니켈(Ni): 약 2.0% 이하.

바람직하게 스테인리스강의 내식성을 개선하기 위하여 약 0.2% 이상의 니켈이 포함된다. 약 2.0%를 초과하는 니켈의 함량은 오스테나이트 상의 형성에 의한 강의 경화 및 응력 부식 균열을 일으킨다. 그러므로, 니켈 함량은 약 2.0% 이하, 바람직하게는 약 0.2% 내지 약 0.8%의 범위이다.

몰리브덴(Mo): 약 0.5% 내지 약 3.0%.

바나듐과 마찬가지로 몰리브덴은 열화 가솔린에 대한 내식성의 개선에 효과적이다. 열화 가솔린에 대한 우수한 내식성을 달성하기 위하여 약 0.5% 이상의 몰리브덴이 요구된다. 그러나, 약 3.0%를 초과하는 몰리브덴 함량은 어닐링중 형성되는 침전에 의하여 가공성을 열화시킨다. 그러므로, 몰리브덴 함량은 약 0.5% 내지 약 3.0%의 범위, 바람직하게는 약 0.7% 내지 약 1.6%이다.

바나듐(V): 약 0.02% 내지 약 1.0%.

바나듐은 몰리브덴과의 조합에 의해 열화 가솔린에 대한 내식성의 개선에 효과적이다. 그러한 개선은 약 0.02% 이상의 바나듐 함량에서 발현된다. 그러나, 약 1.0%를 초과하는 바나듐 함량은 어닐링중 침전에 의한 가공성의 열화를 가져온다. 그러므로, 바나듐 함량은 약 0.02% 내지 약 1.0%, 바람직하게는 약 0.05% 내지 약 0.3%의 범위이다.

몰리브덴 및 바나듐 함량과 열화 가솔린에 대한 내식성 사이의 관계를 이하 기술한다. 도 1은 페라이트계 스테인리스 강판에서 몰리브덴 및 바나듐 함량과 내식성 사이의 관계를 설명하는 그래프이다. 페라이트계 스테인리스 강판은 탄소 약 0.003% 내지 약 0.005%, 규소 약 0.07% 내지 약 0.13%, 망간 약 0.15% 내지 약 0.35%, 인 약 0.02% 내지 약 0.06%, 황 약 0.01% 내지 약 0.03%, 크롬 약 14.5% 내지 약 18.2%, 니켈 약 0.2% 내지 약 1.0%, 알루미늄 약 0.02% 내지 약 0.04%, 니오브 약 0.001% 내지 약 0.45%, 티탄 약 0.3% 내지 약 0.5%, 및 질소 약 0.004% 내지 약 0.011%를 포함하며, 내식성은 800ppm의 포름산을 포함하는 열화 가솔린에서 120시간동안 측정한다. 그래프에서, 부호 ○는 열화 가솔린에서 내식성 시험후 외관이 변하지 않은 것을 나타내며, 부호 ●는 표면에 붉은 녹이 관찰된 것을 나타낸다.

도 1은 몰리브덴 및 바나듐의 양자 모두를 포함하며 몰리브덴 함량 약 0.5% 이상 및 바나듐 함량 약 0.02% 이상을 갖는 시료가 열화 가솔린에서 높은 내식성을 가짐을 보여준다.

질소(N): 약 0.04% 이하.

질소는 입자경계를 강화하여 탱크 등을 제조하는 2차 가공시 내취성을 개선시키지만, 과량의 질소는 니트라이드로서 입자경계에 침전되어 내식성에 부정적인 영향을 미친다. 그러므로, 질소 함량은 약 0.04% 이하, 바람직하게는 약 0.020% 이하이다.

니오브(Nb): 약 0.01% 내지 약 0.8%, 및 티탄(Ti): 약 0.01% 내지 약 1.0%.

니오브 및 티탄은 고용체 상태에서 r-값을 증가시키는 화합물로서 탄소 및 질소를 고정시킨다. 질소 및 탄소를 고정시키는 각 원소의 함량은 약 0.01% 이상이다. 이 원소들은 단독으로 또는 조합으로 포함될 수 있다. 약 0.8%를 초과하는 니오브 함량은 연성의 현저한 열화를 일으키고, 약 1.0%를 초과하는 티탄 함량은 표면 외관상태 및 연성의 열화를 유발한다. 바람직하게 니오브 함량은 약 0.05% 내지 약 0.4%의 범위이며 티탄 함량은 약 0.05% 내지 약 0.40%의 범위이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판은 2차 가공시 내취성을 개선하기 위하여 코발트(Co) 약 0.3% 이하 및 붕소(B) 약 0.01% 이하를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 페라이트계 스테인리스 강판은, 강판이 상술한 장점들을 나타내는 한, 하기 부수적인 불순물을 포함할 수 있다: 지르코늄(Zr) 약 0.5% 이하, 칼슘 약 0.1% 이하, 탄탈(Ta) 약 0.3% 이하, 텅스텐 약 0.3% 이하, 구리 약 1% 이하, 및 주석(Sn) 약 0.3% 이하.

본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스 강판은 공지의 페라이트계 스테인리스 강판의 제조에 일반적으로 사용되는 방법에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 열간 압연 및 냉간 압연의 조건은, 아래 기술하는 바와 같이, 부분적으로 변경된다. 바람직하게, 제강시 상기 필수 성분 및 필요에 따라 첨가되는 보조 성분을 포함하는 강판은 전로 또는 전기로에서 제조되며 진공 산소 탈탄화(vacuum oxygen decarbonization: VOD)에 의한 2차 정제에 적용시킨다. 용융 강을 여하한 주조 가공법에 적용시킬 수 있으며, 바람직하게, 생산성 및 품질의 관점에서 연속식 주조 가공법에 적용시킨다. 연속식 주조 가공법에 의해 수득한 강 재료를 약 1,000℃ 내지 약 1,250℃ 사이의 온도로 가열하고 열간 압연하여 소정의 두께를 갖는 열간 압연 강판을 형성시킨다.

열간 압연시 최종 롤틈에서 선상 압력은 높은 r-값을 갖는 강판을 연속적으로 생산하기 위하여 약 3.5MN/m 이상이다. 선상 압력은 압연시 압력을 강판 폭으로 나눈 값을 나타낸다. 높은 선상 압력은 변형력이 강판에 축적되기 때문에 지속적으로 높은 r-값을 얻기 위해서는 숙고해야 한다. 높은 선상 압력은 열간 압연 온도의 감소, 고합금화, 열간 압연 속도의 증가 및 롤러 직경의 증가의 여하한 조합에 의하여 달성된다.

생성된 열간 압연 강판은, 필요하고 바람직하다면, 약 900℃ 내지 약 1,100℃의 범위의 온도에서 연속식 어닐링(열간 압연 강판 어닐링), 산세척, 및 냉간 압연에 적용시켜 냉간 압연 강판을 형성시킨다. 냉간 압연 단계는, 필요시, 생산 공정상의 이유에 따른 중간 어닐링을 포함하는 2회 이상의 냉간 압연 단계를 포함할 수 있다. 높은 r-값을 갖는 강판을 제조하기 위하여, 열간 압연시 최종 롤틈에서 상술한 선상 압력이 확보되어야 하며, 1회의 냉간 압연 단계 또는 2회의 냉간 압연 단계를 포함하는 냉간 압연 단계에서 총압하율은 약 75% 이상, 더욱 바람직하게, 약 82% 이상이어야 한다.

바람직하게 냉간 압연 강판은 약 800℃ 내지 약 1,100℃의 범위의 온도에서 연속식 어닐링(냉간 압연 강판 어닐링) 및 산세척에 적용시켜 최종 생성물로서 냉간 압연 어닐링 강판을 형성시킨다. 냉간 압연 어닐링 강판은 용도에 따른 강판의 형상 및 품질을 조정하기 위하여 약한(slight) 압연에 적용시킬 수 있다.

도 2는 슬래브의 마무리 열간 압연시 최종 롤틈에서 선상 압력 및 후속 냉간 압연의 총압하율의 최종 생성물의 r-값에서 미치는 영향을 설명하는 그래프이며, 이때, 상기 슬래브는 탄소 약 0.003% 내지 약 0.005%, 규소 약 0.07% 내지 약 0.13%, 망간 약 0.15% 내지 약 0.35%, 인 약 0.02% 내지 약 0.06%, 황 약 0.01% 내지 약 0.03%, 크롬 약 14.5% 내지 약 18.2%, 니켈 약 0.2% 내지 약 1.0%, 몰리브덴 약 0.5% 내지 약 1.6%, 바나듐 약 0.02% 내지 약 0.43%, 알루미늄 약 0.02% 내지 약 0.04%, 니오브 약 0.001% 내지 약 0.45%, 티탄 약 0.3% 내지 약 0.5%, 질소 약 0.004% 내지 약 0.011%, 및 실질적으로 철인 잔량을 포함한다.

도 2는 몰리브덴 약 0.5% 이상을 포함하는 고합금화 강에서 높은 r-값은, 열간 압연 최종 롤틈에서의 선상 압력 약 3.5MN/m 이상 및 총 냉간 압연 압하율 75% 이상에서 안정적으로 달성된다는 것을 보여준다.

본 발명에 따른 강판의 제조 방법을 이하 설명한다. 본 발명에 따른 강판은 페라이트계 스테인리스 강판의 제조에 사용되는 공지 방법에 의해 제조되지만, 제조 조건은 부분적으로 변경된다. 즉, 냉간 압연 어닐링 강판은, 제강, 열간 압연, 어닐링, 산세척, 냉간 압연 및 최종 어닐링을 통하여 제조한다.

상기 조성을 갖는 강은 전로 또는 전기로에서 제조되며 용해물을 VOD에 의한 2차 정제공정에 적용시킨다. 용융 강은 공지의 주조 가공법에 적용시킬 수 있으며, 바람직하게 생산성 및 품질의 관점에서 연속식 주조 가공법에 적용시킨다. 연속식 주조 가공법에 의해 수득한 강 재료를 약 1,000℃ 내지 약 1,250℃ 사이의 온도로 가열하고 열간 압연하여 소망하는 두께를 갖는 열간 압연 강판을 형성시킨다.

열간 압연 강판을 어닐링한다. 어닐링 조건은 낮은 리징 높이 및 우수한 프레스 성형성을 갖는 강판의 연속적 제조에 필수적 요건이다. 어닐링 온도 T(℃) 및 보유 시간 t(분)은 수학식 2(900≤T+20t≤1,150)를 충족시키도록 결정된다. 일반적으로 연속식 가열로가 공업적 설비로서 사용된다. 바람직하게 보유 시간 t는 생산성 및 조절성의 관점에서 약 10분 이하이다.

도 3은 탄소 약 0.003% 내지 약 0.005%, 규소 약 0.07% 내지 약 0.13%, 망간 약 0.15% 내지 약 0.35%, 인 약 0.02% 내지 약 0.06%, 황 약 0.01% 내지 약 0.03%, 크롬 약 14.5% 내지 약 18.2%, 니켈 약 0.2% 내지 약 1.0%, 몰리브덴 약 0.5% 내지 약 1.6%, 바나듐 약 0.04% 내지 약 0.43%, 알루미늄 약 0.02% 내지 약 0.04%, 니오브 약 0.001% 내지 약 0.45%, 티탄 약 0.3% 내지 약 0.5%, 질소 약 0.004% 내지 약 0.011%, 및 잔량의 철을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강판의 리징 높이에 미치는 열연 강판 어닐링 조건의 영향을 설명하는 그래프이다. 도 3은 수학식 2(900≤T+20t≤1,150)를 충족시키는 어닐링 온도 T 및 보유 시간 t의 조합이 약 50㎛ 이하의 리징 높이를 달성할 수 있게 함을 보여준다.

냉간 압연은 총압하율 약 84%, 마무리 어닐링 온도 약 900℃, 및 보유 시간 약 60초에서 수행된다.

어닐링후, 열간 압연 강판은 산세척 및 냉간 압연에 적용시켜 냉간 압연 강판을 제조한다. 이 냉간 압연 단계는 제조 공정상 필요시 중간 어닐링을 포함하는 2회 이상의 냉간 압연 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 냉간 압연중 총압하율은 약 75% 이상이다. 바람직하게, 냉간 압연 강판은 약 800℃ 내지 약 1,100℃ 사이의 온도에서 (연속식) 최종 어닐링 및 산세척에 적용시켜 최종 생성물로서 냉간 압연 어닐링 강판을 제조한다. 냉간 압연 어닐링 강판은 용도에 따라 강판의 형상 및 품질을 조정하기 위하여 약한 압연에 적용시킬 수 있다.

복잡한 형상의 강한 가공 및 프레스 성형에서 윤활 비닐 또는 윤활유를 생략하기 위하여, 바람직하게, 강판의 표면에 약 0.5g/m² 내지 약 4.0g/m²의 도포량으로 윤활 도형재를 도포한다. 본 발명의 윤활 도형재는 칼슘 스테아레이트 약 3 내지 약 20부피% 및 폴리에틸렌 왁스 약 3 내지 약 20부피%를 포함한다.

도포된 윤활 도형재는 강판의 활주성을 개선시키고 복잡한 형상으로의 심인발을 용이하게 한다. 바람직하게, 윤활 도형재는 알칼리로 손쉽게 제거되는 제거가능 유형이다. 잔류 윤활 도형재를 포함하는 강판을 점(spot) 용접 또는 시임(seam) 용접에 적용시키면, 예민한 용접부가 현저한 내식성의 열화를 일으킨다.

프레스 성형 시험에 따르면, 활주성의 개선을 확실히 하기 위해서 윤활 도형재 약 0.5g/m² 이상이 도포 되어야 한다. 약 4.0g/m² 초과의 도포량에서는, 윤활 도형재의 효과가 더 이상 증강되지 못한다. 더욱이, 그러한 다량의 윤활 도형재를 갖는 강판은, 윤활 도형재가 용접시 전기 전도성을 저해하고 용접부에 과도한 민감화를 유발하기 때문에 시임용접 또는 점용접에 적합하지 못하다. 바람직하게, 강판상의 윤활 피복재의 도포량은, 용접성 및 가공성 사이의 양립성의 관점에서 약 1.0 내지 약 2.5g/m²이다. 윤활 도형재는 스테인리스 강의 일측면 또는 바람직하게 양측면에 도포될 수 있다.

상기 제조 단계에서 만들어지는 강판의 두께는 연료가 충전된 탱크에 충분한 강도를 안전하게 제공할 수 있기 위해서 바람직하게 약 0.4mm 이상이다. 그러나, 과도한 두께는 냉간 압연 압하율 및 r-값의 감소의 결과를 낳고 그에 의해 프레스 성형성 및 파이프 신장을 곤란하게 만든다. 그러므로, 바람직하게 최대 두께는 약 1.0mm이다. 본 발명에 따라 생성된 강판은 약 1.5 이상, 또는 최적의 제조 조건에서 약 1.9 이상의 r-값을 갖는다. 그러므로, 본 발명에 따른 강판은 연료 탱크 또는 파이프로 성형된 후 높은 내식성 및 높은 인성을 갖는다. 본 발명에 따른 강판으로 만든 연료 파이프는 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접, 금속 불활성 가스(MIG) 용접, 및 ERW를 포함하는 아크 용접; 전기 저항 용접; 및 레이저 용접과 같은 공지의 용접 방법에 의해 용접할 수 있다.

실시예 1

하기 표 1에 나타낸 조성을 갖는 강 슬래브를 1,120℃로 가열하고 열간 압연시켜 4.0 내지 5.5mm의 범위의 두께를 갖는 열간 압연 강판을 형성시켰다. 각 열간 압연 강판을 연속식 어닐링(열간 압연 어닐링)한 다음 냉간 압연하였다. 생성된 냉간 압연 강판을 연속식 어닐링(냉간 압연 어닐링)하고 산세척에 적용시켜 스케일을 제거하여 시험 강판을 제조하였다.

하기 표 2는 열간 압연시 최종 롤틈의 선상 압력, 냉간 압연시 총압하율 및 어닐링 온도와 같은 가공 조건을 나타낸다.

각 시험 강판의 r-값은 일본공업규격(JIS-Z2254)에 따라 측정하였다. 강판을 펀치 직경 33mm 및 블랭크 직경 70mm로 원통형 심인발에 적용시키고 균열을 시각적으로 관찰하였다. 심인발 가공한 시편을 포름산 1,200ppm 및 아세트산 400ppm을 포함하는 열화 가솔린 중에 5일동안 침지시켜 부식시험을 행하였다. 하기 표 2의 "열화 가솔린에 대한 내식성"에서 문자 "A"는 0.1g/m² 이하의 중량의 변화 및 외관 관찰시 붉은 녹이 없음을 나타내며, 문자 "B"는 "A" 이외의 경우를 나타낸다.

또한 표 2는 시험의 결과를 포함한다. 표 2는 본 발명에 따른 강판이 우수한 가공성 및 열화 가솔린에 대한 높은 내식성을 가짐을 보여준다.

강 번호		1	2	3	4	5	6	7
조성(질량%)	C	0.004	0.004	0.011	0.006	0.007	0.004	0.015
	Si	0.10	0.10	0.14	0.26	0.24	0.35	0.45
	Mn	0.18	0.18	0.28	0.22	0.25	0.10	0.40
	P	0.04	0.04	0.03	0.02	0.05	0.03	0.04
	S	0.01	0.01	0.02	0.01	0.02	0.01	0.02
	Al	0.04	0.04	0.03	0.02	0.08	0.15	0.02
	Cr	18.2	18.2	17.9	14.8	11.2	15.5	17.3
	Ni	0.2	0.2	0.3	0.7	0.4	0.8	0.4
	V	0.06	0.01	0.72	0.18	0.05	0.08	0.52
	Mo	1.2	1.2	0.7	1.6	2.1	0.4	0.8
	Nb	0.002	0.002	0.300	0.045	0.05	0.04	0.004
	Ti	0.300	0.300	0.200	0.010	0.350	0.01	0.004
	N	0.010	0.010	0.010	0.007	0.009	0.006	0.005
비고		EX	CE	EX	EX	EX	CE	CE
EX: 본 발명에 따른 실시예 CE: 비교 실시예

실시예 2

하기 표 3의 조성을 갖는 강 슬래브를 1,120℃로 가열하고 최종 열간 압연 온도 780℃로 열간 압연하여 두께 5.0mm의 열간 압연 강판을 형성시켰다. 각 열간 압연 강판을 표 4에 나타낸 조건하 어닐링하고, 산세척에 적용하여 스케일을 제거한 다음 두께 0.8mm으로 냉간 압연하였다. 냉간 압연 단계의 총압하율은 84%이었다. 생성된 냉간 압연 강판을 900℃ 이상에서 최종 어닐링하고 산세척에 적용시켜 스케일을 제거하여 시험 강판을 제조하였다.

인장 방향이 압연 방향과 상응하도록 하여 각 강판으로부터 장력(tensile) 시험편을 제조하였다. 시험편의 하나를 일축인장에 의해 25% 변형시켰다. 변형된 강판의 표면에 발생한 리징 높이를 인장 방향에 수직인 방향으로 측정하였다. 다른 시편을 100mm 직경을 갖는 구형 펀치 및 상업적으로 입수가능한 윤활유를 가지고 벌징(bulging) 시험에 적용시키고 균열이 형성되었을 때 프레스 성형성으로서 벌징 높이를 측정하였다. 각 강판으로부터 또 다른 시편을 제조하고 포름산 1,200ppm 및 아세트산 400ppm을 포함하는 열화 가솔린에 5일동안 침지시켜 부식시험을 수행하였다. 표 2에서 "열성 가솔린에 대한 내식성"에서 문자 "A"는 0.1g/m² 이하의 중량의 변화와 외관 관찰시 붉은 녹이 없음을 나타내며, 문자 "B"는 "A" 이외의 경우를 나타낸다. 또한 하기 표 4는 시험의 결과를 포함하고 있다.

표 4는 본 발명에 따른 각 강판이 낮은 리징 높이를 가지므로 우수한 가공성을 나타냄을 보여준다.

강 번호		A	B	C	D	E	F
조성(질량%)	C	0.004	0.011	0.006	0.080	0.004	0.005
	Si	0.70	0.14	0.26	0.10	0.70	0.69
	Mn	0.18	1.20	0.22	0.28	0.19	0.18
	P	0.04	0.03	0.02	0.04	0.03	0.04
	S	0.01	0.02	0.007	0.01	0.01	0.01
	Al	0.04	0.03	0.02	0.40	0.03	0.03
	Cr	18.2	17.9	14.8	11.8	18.3	18.2
	Ni	0.2	0.3	1.4	0.7	0.2	0.2
	Mo	2.1	0.7	1.6	1.2	0.4	1.3
	V	0.06	0.72	0.80	0.18	0.07	0.003
	Nb	0.60	0.30	0.045	0.002	0.60	0.50
	Ti	0.30	0.20	0.003	0.05	0.31	0.30
	N	0.010	0.010	0.007	0.020	0.010	0.010

강판 번호	강 번호	열간 압연 어닐링		리징높이(㎛)	벌징높이(mm)	평가^*	열화가솔린 내식성	비고
강판 번호	강 번호	온도(℃)	시간(분)	리징높이(㎛)	벌징높이(mm)	평가^*	열화가솔린 내식성	비고
1	A	1100	0.5	40	38	H	A	EX
2	A	1000	0.5	38	43	H	A	EX
3	A	900	0.5	39	37	H	A	EX
4	A	750	0.5	48	33	M	A	EX
5	B	1000	2.0	33	46	H	A	EX
6	B	900	2.0	32	49	H	A	EX
7	B	1000	3.0	29	49	H	A	EX
8	B	750	2.0	47	34	M	A	EX
9	C	850	4.0	24	51	H	A	EX
10	C	800	6.0	35	43	H	A	EX
11	C	950	6.5	36	49	H	A	EX
12	C	1100	5.0	59	26	L	A	CE
13	D	850	7.0	45	44	H	A	EX
14	D	800	8.0	42	46	H	A	EX
15	D	850	9.5	46	39	H	A	EX
16	D	800	9.5	45	38	H	A	EX
17	D	1150	8.5	54	24	L	A	CE
18	D	1000	8.5	61	22	L	A	CE
19	E	1000	0.5	40	42	H	B	CE
20	F	900	0.5	38	36	H	B	CE
* 평가기준 : H: 벌징높이≥35㎛ M: 35㎛>벌징높이≥30㎛ L: 30㎛>벌징높이 EX: 본 발명의 실시예 CE: 비교 실시예

실시예 3

실시예 1의 표 2에 나타낸 냉간 압연 강판 A(두께: 0.8mm)를 알칼리 용액으로 세척하고, 주성분으로 아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 5부피%, 및 폴리에틸렌 왁스 5부피%를 포함하는 다양한 양의 윤활 도형재를 상기 강판에 도포하였다. 각 강판을 80±5℃에서 15초동안 소성시켰다. 각 강판으로부터 제조된 시편의 점 용접성 및 활주성을 시험하였다. 그 결과를 하기 표 5에 나타낸다.

활주성 시험에서, 길이 300mm 및 폭 10mm의 시편을 플랫 다이 사이에, 면적압력 8kgf/mm²하 접촉 면적이 200mm²이 되도록 배치하고 인장력(pulling-out force)(F)에 의해 동적 마찰계수(μ)를 결정하였다. 점 용접성은 두께 0.8mm의 두 시편을 압력 2KN하에서 전류 5kA에서 크롬-구리 합금(직경 = 16mm) 및 R형 전극(반경 = 40mm)을 사용하여 용접하여 용접부분의 너겟 직경에 의해 평가하였다. 너겟 직경 3√t 이하는 불충분한 용접성(B)으로 평가하였고 너겟 직경 3√t 초과는 만족할만한 용접성(A)으로 평가하였으며, 여기서 t는 강판 두께를 의미한다.

결과에 따르면, 활주성을 개선하기 위해서는 약 0.5g/m² 이상의 윤활 도형재가 도포되어야 한다. 그러나, 약 4.0g/m²을 초과하는 도포량에서는, 활주성의 개선이 포화되고 점 용접중 낮은 전기 전도성 때문에 용접성이 저해된다.

도포량	활주 시험	용접성
(g/m²)	(동적 마찰계수: μ)	(너겟 직경)
0.2	0.265	A
0.4	0.166	A
0.5	0.102	A
0.8	0.101	A
1.5	0.099	A
2.2	0.097	A
2.8	0.097	A
3.8	0.098	A
4.2	0.097	B
5.0	0.097	B
B: ≤3√t, A>3√t(t: 두께)

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스 강판은 우수한 가공성 및 열화 가솔린에 대한 높은 내식성을 보인다. 그러므로, 본 강판을 사용하여 제조한 용기 및 배관부재를 가혹 환경, 예를 들면, 열화 가솔린 또는 메탄올의 존재하에서도 안전하게 사용할 수 있다.

도 1은 페라이트계 스테인리스 강판 중의 몰리브덴 및 바나듐 함량이 열화 가솔린에서의 내식성에 미치는 영향을 설명하는 그래프이다.

도 2는 마무리 압연에서 최종 롤틈의 선상 압력 및 총 냉간 압연 압하율이 최종 생성물의 r-값에 미치는 영향을 설명하는 그래프이다.

도 3은 열간 압연 강판의 어닐링 조건이 리징 높이에 미치는 영향을 설명하는 그래프이다.

Claims

질량 기준으로, 탄소 0.1% 이하; 규소 1.0% 이하; 망간 1.5% 이하; 인 0.06% 이하; 황 0.03% 이하; 알루미늄 1.0% 이하; 크롬 11% 내지 20%; 니켈 2.0% 이하; 몰리브덴 0.5% 내지 3.0%; 바나듐 0.05% 내지 1.0%; 질소 0.04% 이하; 니오브 0.01% 내지 0.8% 및 티탄 0.01% 내지 1.0% 중 1종 이상; 및 잔량의 철 및 부수적인 불순물을 포함하는 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판.
제 1 항에 있어서,

페라이트계 스테인리스 강판이 일축인장에서 25% 변형시 50㎛ 이하의 리징(ridging) 높이를 갖는 페라이트계 스테인리스 강판.
제 1 항에 있어서,

아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 3 내지 20 체적% 및 폴리에틸렌 왁스 3 내지 20 체적%를 포함하는 윤활 도형재가 페라이트계 스테인리스 강판의 일측 또는 양측 표면에 0.5g/m² 내지 4.0g/m²의 도포량으로 도포되고 소성된 페라이트계 스테인리스 강판.
제 2 항에 있어서,

아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 3 내지 20 체적% 및 폴리에틸렌 왁스 3 내지 20 체적%를 포함하는 윤활 도형재가 페라이트계 스테인리스 강판의 일측 또는 양측 표면에 0.5g/m² 내지 4.0g/m²의 도포량으로 도포되고 소성된 페라이트계 스테인리스 강판.
제 1 항에 따른 페라이트계 스테인리스 강판으로 이루어진 연료 탱크.
제 1 항에 따른 페라이트계 스테인리스 강판으로 이루어진 연료 파이프.
제 1 항에 있어서,

1.5 이상의 r-값을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판.
질량 기준으로, 탄소 0.1% 이하; 규소 1.0% 이하; 망간 1.5% 이하; 인 0.06% 이하; 황 0.03% 이하; 알루미늄 1.0% 이하; 크롬 11% 내지 20%; 니켈 2.0% 이하; 몰리브덴 0.5% 내지 3.0%; 바나듐 0.05% 내지 1.0%; 질소 0.04% 이하; 니오브 0.01% 내지 0.8% 및 티탄 0.01% 내지 1.0% 중 1종 이상; 및 잔량의 철 및 부수적인 불순물을 포함하는 슬래브를 거친 압연하는 단계;

상기 거친 압연 강판을 마무리 압연시 최종 롤틈에서 3.5MN/m 이상의 선상 압력하에 열간 압연하는 단계;

상기 열간 압연 강판을 1회의 압연 단계 또는 중간 어닐링(annealing)을 포함하는 2회 이상의 압연 단계로 75% 이상의 총압하율로 냉간 압연하는 단계; 및

상기 냉간 압연 강판을 어닐링하는 단계를 포함하는

연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

열간 압연 강판을, 하기 수학식 2 및 3에 따라 열간 압연 어닐링한 후, 냉간 압연 및 최종 어닐링에 적용시키는 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법:

수학식 2

수학식 3

상기 식중,

T는 어닐링 온도(℃)이며,

t는 보유 시간(분)이다.
제 8 항에 있어서,

아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 및 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 윤활 도형재를, 열간 압연 또는 어닐링 열간 압연 강판의 일측 또는 양측 표면에 0.5g/m² 내지 4.0g/m²의 도포량으로 도포하고 소성하는 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

아크릴 수지, 칼슘 스테아레이트 및 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 윤활 도형재를, 열간 압연 또는 어닐링 열간 압연 강판의 일측 또는 양측 표면에 0.5g/m² 내지 4.0g/m²의 도포량으로 도포하고 소성하는 연료 탱크 및 연료 파이프용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 8 항에 따른 방법으로 제조된 페라이트계 스테인리스 강판으로 이루어진 연료 탱크.
제 8 항에 따른 방법으로 제조된 페라이트계 스테인리스 강판으로 이루어진 연료 파이프.