KR101463311B1

KR101463311B1 - 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101463311B1
Application number: KR1020120150050A
Authority: KR
Inventors: 유한진; 김영태; 하헌재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-11-18
Also published as: KR20140080350A

Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 배기계용 소재의 안정화 원소로 있는 Ti단독 및 Ti+Nb 복합 첨가물을 Si으로 대체하여 고온산화 특성의 향상 및 용접부 입계 부식 특성을 향상한 페라이트 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은 C: 0.02wt% 이하, N: 0.02wt% 이하, Si: 0.5 ~ 1.5wt%, Mn: 1.0wt% 이하, Cr: 10.0 ~ 13wt%, Ti: 0.1 ~ 0.3wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, C + N 값이 0.03 이하이고, Si + 2Ti 값이 0.8 이상이며, Ti/(C+N)의 비가 8 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법{Ferritic stainless steel sheet and manufacturing method thereof}

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 배기계용 소재의 안정화 원소로 있는 Ti단독 및 Ti+Nb 복합 첨가물을 Si으로 대체하여 고온산화 특성의 향상 및 용접부 입계 부식 특성을 향상한 페라이트 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인리스강은 화학성분이나 금속조직에 따라 분류된다. 금속조직에 따를 경우, 스테인리스강은 오스테나이트계(300계), 페라이트계(400계), 마르텐사이트계, 이상계로 분류된다.

이러한 스테인리스강 중 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 우수하여 각종 주방용품, 자동차 배기계 부품, 건축자재, 가전제품 등에 주로 사용된다.

한편, 자동차 배기계용 머플러는 자동차의 운행조건 등의 상황에 따라 온도가 400℃ 이상으로 가열되고, 이러한 온도 분위기에 장시가 노출되면 "입계예민화"라고 불리는 현상이 발생하게 된다. 예를 들어 페라이스계 스테인리스강이 400℃ 이상의 영역에서 장시간 노출되는 경우 모재 내부의 Cr성분이 C과 결합하여 Cr₂₃C₆ 등의 Cr카바이드가 입계 부근에 석출되고, 입계 부근의 Cr 농도가 감소하면서 자동차 배기계 내부에 잔존하는 응축수 성분 등과 같은 부식요소에 노출되는 경우 입계 부식이 발생하게 되는 것이다.

자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강에서는 내식성, 내입계부식성을 위해 C, N 함량을 낮게하고자 제강 정련공정인 AOD 공정 후 다시 VOD 공정을 거치기 때문에 제조원가가 상승한다.

또한 AOD 공정만을 경유하는 경우 C, N 함량이 높아 입계부식 방지를 위해서는 고용 C, N을 캐칭하기 위하여 Ti 함량을 높게 첨가한다. 그러나, Ti 함량을 높게 첨가하면 Ti 산화물 생성량 증가로 제강성 Ti 개재물이 증가하여 코일의 표면결함이 다량 발생하여 정상 제품의 생산이 어렵게 되는 문제가 있었다.

그리고, C, N함량 및 Ti 함량이 높아지면 TIG 용접한 파이프의 용접부 저온 충격특성이 저하하여 자동차 배기계 부품생산 시 파이프 확관율이 열위하여 파단이 자주 발생하는 문제점 때문에 기온이 낮은 경우 배기계 엔드 파이프(end pipe)등과 같이 TIG 용접후 파이프를 확관하는 경우 등에 있어서 파단불량이 자주 발생하고, 높은 Ti 함량이 제강 정련공정 중 Ti의 재산화에 의한 강의 청정성이 크게 떨어져 표면결함이 다발하는 문제가 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래에 알려진 기술들을 살펴보면 다음과 같다.

일본 공개특허 제2006-077300호(특허문헌 1)는 Cr:10∼20%, C:0.001∼0.02%, Si:0.01∼1.0%, Mn:0.01∼1.0%, P:0.01∼0.04%, N:0.001∼0.020%, Nb:0.1∼0.6%, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물이 되는 페라이트계 스테인리스강 냉연판을 소둔하는 때, 1000∼1080℃에 가열후, 냉각 과정에 있어서 800∼975℃에 있어서 5∼300sec 유지하는 것을 특징으로 하는 연질인 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법이지만, Nb 단독 첨가강이다.

일본 공개특허 제2006-063380호(특허문헌 2)는 C:0.025%이하, N:0.025%이하, C+N:0.03%이하, Cr:12∼30%, Al:2.5∼8%, Nb:0.3∼0.7, 또한 Ti:0.02∼0.2%이하, Zr:0.02∼0.2%이하의 1종 이상을 함유하고, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물으로 이루어지고, 금속 조직이 미 재결정 조직인 고내식, 고내충격 특성을 갖는 고Al 함유 페라이트계 스테인리스 강판과 중량 검지 센서 기판용 결정화 유리로부터 900℃까지의 평균 선팽창 계수의 차이가 10% 미만이다. 재결정 온도가 850℃초, 1150℃ 이하에서, 800∼900℃로 20∼120분의 유리 층과의 소성 열처리를 행하는 강으로 내충격 특성이 우수한 중량 검지 센서 기판용 용도로 사용되며, 고 Al을 첨가한 강이다.

일본 공개특허 제2005-314740호(특허문헌 3)는 C:0.015%이하, Si: 0.10∼0.25%, Mn: 0.10∼0.3%, 단 Si≤Mn인 것, P:0.04% 이하, S:0.01% 이하, Al:0.001∼0.2%, N:0.015%이하, Cr:15∼20%,Ni:0.5%이하, Mo:1.0∼2.5%, V:0.2%이하, Ti:3X(C+N)∼0.25 %, Nb:0.3∼1%, 단 C+N:0.02% 이하를 만족하는 성분을 함유하고, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, Cu:0.1∼1.0%, B:0.0003∼0.005%를 포함하며, 그 강은 판두께 1∼3 mm, 950 ℃로의 0.2%내력이 15MPa 이상, 상온으로의 평균 펴짐치가 30%이상, 평균 r치가 1.3 이상의 강판. 또 제조 방법은, ingot 또는 슬래브를 주조하고, 열간 압연, 열연판 소둔, 산세정, 냉간 압연, 최종 소둔, 산세를 행하고 제품을 얻는 공정에 있어서, 열연판 소둔의 온도를 800 ∼950 ℃ 로 하는 것을 특징으로 하는 강으로서, Mo를 첨가한 강이다.

일본 공개특허 제2005-200746호(특허문헌 4)는 C:0.001∼0.02%, N:0.001∼0.02%, C+N:0.002∼0.03%, Si:0.03∼0.5%, Mn:0.05∼0.5%, Cu:0.1∼0.8%, Cr:11∼15% 미만, Nb:0.2∼0.5%, Ti:0.02∼0.3%, Al:0∼0.2%, Ni:0∼1%, B:0∼0.005%로, Mo,W의 1종 이상을 포함하고, 나머지Fe 및 불가피 불순물로 되는 것을 특징으로 하는 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스강이다. 또한, Ca:0.0002∼0.005%, REM:0.0001∼0.01%및 Y:0.0001∼0.01%중의 1종 이상을 함유하는 강이다.

그러나, 상기의 특허문헌에 기재된 기술들은 용접부의 예민화를 방지하기 위하여 C+N의 관리 및 Ti, Nb 등의 안정화 원소의 첨가 및 안정화 원소의 첨가량에 관련된 식의 도출 및 REM 등의 희토류를 첨가하는 것으로 제조공정상의 높은 원가상승 등의 문제점이 있었다.

일본 공개특허 제2006-077300호 (2006. 03. 23) 일본 공개특허 제2006-063380호 (2006. 03. 09) 일본 공개특허 제2005-314740호 (2005. 11. 10) 일본 공개특허 제2005-200746호 (2005. 07. 28)

본 발명은 고온산화특성 및 용접부 내식성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공한다.

특히, 종래에 자동차 배기계용 소재의 안정화 원소로 사용되는 Ti단독 및 Ti+Nb 복합 첨가물을 Si으로 대체함으로 제조원가를 낮추면서, 내입계부식 저항성 및 저온충격특성과 내식성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은 C: 0.02wt% 이하, N: 0.02wt% 이하, Si: 0.5 ~ 1.5wt%, Mn: 1.0wt% 이하, Cr: 10.0 ~ 13wt%, Ti: 0.1 ~ 0.3wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, C + N 값이 0.03 이하이고, Si + 2Ti 값이 0.8 이상이며, Ti/(C+N)의 비가 8 이상인 것을 특징으로 한다.

단, 상기 C + N, Si + 2Ti 및 Ti/(C+N)에서 C, N, Si 및 Ti는 각 성분의 함량(wt%)을 의미함.

상기 스테인리스강은 Ca: 0.0005 ~ 0.002wt%, Zr: 0.0002 ~ 0.01wt%를 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 스테인리스강은 공식전위 값이 50mV 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 스테인리스강은 연신율이 33% 이상인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 페라이트계 스테인리스강 제조방법은 C: 0.02wt% 이하, N: 0.02wt% 이하, Si: 0.5 ~ 1.5wt%, Mn: 1.0wt% 이하, Cr: 10.0 ~ 13wt%, Ti: 0.1 ~ 0.3wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, Si + 2Ti 값이 0.8 이상이고, Ti/(C+N)의 비가 8 이상인 슬래브를 제조하고, 상기 슬래브를 열간 조압연, 열간 마무리압연, 소둔 및 냉간 압연을 실시하되, 상기 냉간 압연은 70 ~ 80%의 압하율로 압연을 실시하는 것을 특징으로 한다.

단, 상기 Si + 2Ti 및 Ti/(C+N)에서 Si, Ti, C 및 N는 각 성분의 함량(wt%)을 의미함.

상기 열간 마무리압연은 740 ~ 880℃의 온도범위에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 자동차 배기계용 소재의 안정화 원소로 사용되는 Ti단독 및 Ti+Nb 복합 첨가물을 대체하여 Si를 첨가함에 따라 고가의 안정화 원소인 Ti 및 Nb의 함량을 줄여 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

그리고, Si 및 Ti/(C+N)의 함량을 적절하게 조정함에 따라 내입계부식 저항성 및 저온충격특성과 내식성이 우수하면서, 제조과정에서 표면결함 발생율이 매우 낮은 장점을 갖는 페라이트계 스테인리스강의 제조가 가능한 효과가 있다. 또한 내입계부식 저항성, 저온충격특성 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 자동차 배기계 머플러 부품에 적용하여 머플러의 품질을 향상시킴에 따라 부품의 보증기간 연장에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예와 비교예에 따른 페라이트계 스테인리스강을 400 ~ 800℃ 온도범위에서 열처리한 후 입계부식 정도를 등급으로 나타낸 그래프(TTS)이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 C: 0.02wt% 이하(0wt% 제외), N: 0.02wt% 이하(0wt% 제외), Si: 0.5 ~ 1.5wt%, Mn: 1.0wt% 이하(0wt% 제외), Cr: 10.0 ~ 13wt%, Ti: 0.1 ~ 0.3wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 필요에 따라 Ca: 0.0005 ~ 0.002wt%, Zr: 0.0002 ~ 0.001wt%를 1종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 한다.

C와 N의 함량은 0.02wt% 이하(0wt% 제외)인 것이 바람직하다. C와 N은 강중에서 Ti,Nb(C, N) 탄질화물 형성원소이면서 침입형으로 존재하며, C와 N의 함량이 높아지면 Ti,Nb(C,N) 탄질화물을 형성하지 않는 고용 C, N가 소재의 연신율 및 저온충격특성을 저하시키고, 용접후 600℃ 이하에서 장시간 사용하는 경우 Cr₂₃C₆ 탄화물이 생성되어 입계부식이 발생되기 때문에 C와 N의 함량을 각각 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 특히 C + N 함량이 높은 상태에서 Ti 함량을 높게 첨가하면 제강성 개재물 증가로 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고, 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제점과 고용 C, N 증가에 의한 연신율 및 충격특성이 저하하기 때문에 C + N 함량을 0.03% 이하로 한정한다. C + N에서 C와 N은 각 성분의 함량(wt%)을 의미한다.

Si의 함량은 0.5 ~ 1.5wt%인 것이 바람직하다. Si는 본 발명에서 과제로 되고 있는 고온산화 특성 향상 및 용접부 내식성 향상 및 예민화 방지를 위한 필수적 원소로서, 최소한 0.5wt% 이상을 첨가하여야 입계부식 방지에 효과가 있으나 1.5wt%이상 첨가할 경우 강도의 증가 및 제조조건의 제약 등에 의하여 그 함유량을 0.5 ~ 1.5wt%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn의 함량은 1.0wt% 이하(0wt% 제외)인 것이 바람직하다. Mn의 함량이 높아지면 MnS 등의 석출물을 형성하여 내공식성을 감소시키는 단점이 있으나 적정량의 Mn의 첨가는 고온에서 형성된 Cr, Fe 산화물(Oxide) 등의 산화스케일의 밀착력을 증가시켜 스케일 박리성을 향상시키는 장점이 있으므로 그 함유량은 내공식성 및 산화스케일의 밀착성을 고려하여 1wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Cr의 함량은 10.0 ~ 13wt%인 것이 바람직하다. Cr은 10wt% 미만에서는 스테인리스강의 기본특성인 내식성이 부족하기 때문에 Cr량은 10wt% 이상으로 한다. 또한 Cr량이 높으면 연신율, 충격특성, 용접부의 인성이 약화되기 때문에 Cr의 함유량은 10.0 ~ 13wt%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti의 함량은 0.1 ~ 0.3wt%인 것이 바람직하다. Ti의 첨가량이 너무 많아지면 제강성 개재물이 증가하여 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생되고, 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제점이 있다. 그리고, Ti의 첨가량이 너무 많아지면 고용 Ti 함량 증가로 연신율 및 저온충격특성이 저하한다.

특히 C + N 함량 대비 Ti 첨가량이 너무 낮아 (Ti)/(C+N)비가 낮아지면 입계부식이 발생하여 내식성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문에 Ti 첨가량은 0.2% 이하로 한정하면서, Ti/(C+N)의 비를 8 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. Ti/(C+N)에서 Ti, C 및 N은 각 성분의 함량(wt%)을 의미한다.

또한, Si + 2Ti 값은 0.8 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.

Ca의 함량은 필요에 따라 0.0005 ~ 0.002wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. Ca은 용접성을 향상시키는 것에 대한 필수적인 원소이다. 용접성을 향상시키기 위해서는 0.0005%이상의 첨가가 필요하다. 그러나 0.002%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화개재물의 크기가 증가하여 내식성에 악영향을 미치기 때문에 상한은 0.002%로 한다.

Zr의 함량은 필요에 따라 0.0002 ~ 0.01wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. Zr은 Ca과 같이 용접성을 향상시키는 것에 대한 필수적인 원소이다. 또한 Zr은 산화물 입자의 크기를 최소화하여 강재의 내식성도 개선하는 역할을 한다. 용접성 및 내식성을 향상시키기 위해서는 0.0002%이상의 첨가가 필요하다. 그러나 0.01%이상 첨가되는 경우에는 첨가량 증가에 따른 원가 상승과 함께 제강공정 중 노즐 막힘 등의 문제점이 있어 상한은 0.01%로 한다

한편, 본 발명은 종래의 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강에서 안정화 원소로 사용되는 Ti단독 및 Ti+Nb 복합 첨가물을 Si으로 대체하여 고온산화 특성의 향상 및 용접부 입계 부식 특성을 향상시키는 것으로서, 경제성을 고려하여 Si + 2Ti 값을 0.8 이상으로 유지하여 Si의 함량을 Ti에 대하여 높게 유지하는 하는 것이 바람직하다. Si + 2Ti에서 Si 및 Ti는 각 성분의 함량(wt%)을 의미한다.

본 발명은 스테인리스강을 제조하기 위하여 상기와 같은 조성을 갖는 용강을 통상의 방법으로 연주하여 슬래브를 생산한 후 이를 열간 조압연, 열간 마무리압연, 열연 소둔, 냉간 압연 및 냉연 소둔을 실시한다.

이하 각 공정의 제조조건에 대하여 설명한다.

먼저, 열간 조압연 전 슬래브 가열온도가 높을수록 열연 조압연 중 재결정에 유리하지만 가열온도가 너무 높으면 표면결함이 다발하기 때문에 슬래브 가열온도는 1180℃로 한정한다.

그리고, 열간 조압연 중 발생되는 변형축적에너지가 높아 열간 마무리압연시 온도는 낮을수록 소둔시 재결정에 도움을 주기 때문에 열간 마무리압연시 온도는 낮을수록 연신율 향상에 유리하다. 하지만 마무리 압연온도가 너무 낮아지면 압연롤과 소재가 붙어서 발생하는 스티킹(Sticking) 결함이 생기기 때문에 열간 조압연 온도는 1020℃로 한정하고, 열간 마무리압연 온도범위는 740 ~ 880℃로 한정한다.

그리고, 냉간 압연시 소재의 냉간압하율이 너무 낮아지면 표면결함 제거 및 표면특성 확보가 어렵고, 냉간압하율이 높아지면 Lankford 값(r-bar)의 상승으로 성형성 향상에는 유리하기 때문에 소재 제조시 냉간압하율은 70 ∼ 80%로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고, 냉연 소둔 후 소둔판내 결정입도 번호는 6.0 이상 8.0 이하의 범위에서 연신율이 가장 우수하기 때문에 이 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

먼저, Si의 함량의 증가에 따른 입계 부식 특성을 향상 효과를 알아보기 위한 실험을 실시하였다.

하기의 [표 1]과 같은 조성으로 발명재와 비교재에 따른 자동차 배기계용 머플러 소재를 생산하였다. 특히 발명재(a)는 Si 함량이 0.5% 이상이고, 비교재(b)는 Si 함량이 0.5% 이하로 조정하였다. 하기의 [표 1]과 같은 조성을 갖는 발명재와 비교재 2종을 동일하게 1200℃에서 1h 균질화 열처리를 실시한 후 대기 중 400 ∼ 800 ℃ 범위에서 0.1h, 0.3h, 3h, 30h, 300h 시간 열처리 한 후 입계부식 발생 정도를 Modified Strauss 시험법으로 실험하였다. 이때 시험용액으로 6% CuSO₄ + 0.5% H₂SO₄ 수용액을 사용하고, 수용액의 하부에 Cu 볼을 깐 다음 비등 수용액에서 24시간 침지한 다음 무게감량 및 부식 깊이 등을 측정하여 입계부식 정도를 조사하였고 그 결과를 도 1에 나타내었다.

구분	함량(wt%)
구분	C	N	Mn	Si	P	S	Ti	TI(C+N)
발명재(a)	0.0053	0.0059	0.186	0.569	0.0201	0.0021	0.209	18.6
비교재(b)	0.0042	0.0045	0.291	0.413	0.0231	0.0009	0.195	22.4

도 1에서 알 수 있듯이, 발명재와 비교재 모두 자동차 배기계 사용온도 범위로 있는 400 ~ 600℃에서 입계의 예민화가 발생하는 것을 알 수 있다. 하지만, 발명재(a)의 경우 비교재(b)보다 입계부식 발생 정도가 약한 것을 알 수 있다. 비교재(b)의 경우도 Ti/(C+N)의 비가 8 이상으로 입계부식에 대하여 우수한 저항성을 가지고 있어야 하나 Ti/(C+N)의 비가 낮은 발명재(a)보다 입계부식 정도가 심한 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터 Si 성분이 입계부식 방지에 유용한 성분으로 있는 것을 확인할 수 있었으며, 이들 결과로부터 입계 부식을 방지하기 위하여 첨가되는 Ti 첨가량을 감소시키는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 페라이트계 스테인리스강의 각 성분 함량에 따른 공식전위, 연신율, 결정입도, 입계부식 발생유무 및 고온산화특성에 대한 실험을 실시하였다.

하기 [표 2]와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강을 50Kg 진공용해 설비에서 용해하여 120mm 두께의 잉고트를 제조하였다. No.1∼5은 본 발명에 따른 발명재이고, No. 6∼10은 비교재의 성분을 나타내고 있다. No1∼3은 Si의 함량을 통상 0.6% 이상으로 증가한 강이고, No. 4은 Ca을 첨가한강, No. 5은 Zr을 첨가한 강이다. 그리고, No.10은 일반적인 자동차 배기계용 머플러 소재로 사용되고 있는 STS 409 강의 성분이다.

No		C	N	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Ti	Zr	Ca	(C+N)	Ti/ (C+N)
1	개 발 강	0.008	0.006	0.65	0.31	0.01	0.002	11.3	0.09	0.15			0.014	10.7
2		0.009	0.009	0.75	0.31	0.01	0.002	11.3	0.09	0.2			0.018	11.1
3		0.006	0.008	0.85	0.3	0.01	0.002	11.3	0.09	0.13			0.014	9.3
4		0.01	0.007	0.65	0.31	0.01	0.002	11.3	0.09	0.15		0.0009	0.017	8.8
5		0.004	0.0067	0.518	0.326	0.01	<0.002	11.25	0.093	0.21	0.0018		0.011	19.6
6	비 교 강	0.008	0.01	0.25	0.303	0.01	<0.002	11.31	0.092	0.198			0.018	11.0
7		0.009	0.0088	0.45	0.295	0.01	<0.002	11.32	0.09	0.214			0.018	12.0
8		0.008	0.006	0.47	0.3	0.01	0.002	11.3	0.09	0.19			0.014	13.5
9		0.01	0.008	0.34	0.3	0.01	0.002	11.3	0.09	0.35			0.018	19.4
10		0.006	0.006	0.45	0.3	0.01	0.002	11.3	0.09	0.19			0.012	15.8

이와 같이 제조된 잉고트를 1250℃에서 가열하고, 800℃ 마무리 압연온도로 열간압연하여 5.0mmt 두께의 열연판을 제조하고, 980℃에서 열연소둔후 산세하여 1.5mmt 두께로 냉간압연후 960℃ ~ 1055℃ 까지 냉연 소둔온도를 변화시켜 소둔 후 산세공정을 거처 냉연판을 제조하였다.

냉연판에 대하여서는 인장시험, 용접부 입계부식실험, 공식전위, 결정입도 등을 측정하였다.

용접의 방법으로서는 자동차 머플러의 용접방법을 모사할수 있는 TIG 용접 및 GMA용접을 병행하여 실시하였다.

GTA(TIG) 용접은 DC type 용접기(최대용접전류 350A)를 사용하였으며, bead on plate로 실시하였다. 용접조건은 용접전류 110A, 용접속도 0.32m/min, 텅스텐 전극경 : 2.5mm, 전극선단각 : 100o, Arc length 1.5mm, 보호가스 Ar (15l/min)로 있다.

GMA 용접은 AC 펄스 용접기를 사용하여 용접전류 71A, 용접전압 16.7V의 입열량 조건에서 용접속도 0.72m/min, 보호가스로 는 Ar분위기에 2% O₂ 포함하는 쉴딩(shielding) 가스 분위기에서 용접봉은 Y₃0₈ 와이어(1.2mmΦ)를 사용하여 용접을 하였다.

결정립 크기는 광학현미경을 이용하여 측정하였다. 용접부의 입계부식시험에 있어서 GTA(TIG)용접 및 GMA 용접시험편에 대하여 자동차 배기계의 온도분위기를 모사하기 위하여 대기중 500℃에서 10 시간 예민화 열처리를 실시한 후 급냉을 하였다. 이후 Modified Strauss 시험법으로 시험용액은 6% Cu_SO₄ + 0.5% H₂SO₄ 수용액의 하부에 Cu 볼을 깐 다음 비등 수용액에서 24시간 침지한 다음 시험편의 단면조직관찰 및 U-bend test를 실시하여 입계부식성을 평가하였고, 그 결과를 하기의 [표 3]에 나타내었다.

No		공식전위 (mV)	연신율 (%)	결정입도	입계부식발생유무 (◎, X)	고온산화특성 (◎, ○△)
1	개 발 강	70	35	7.2	◎	◎
2		75	34	7.2	◎	◎
3		84	33	7.5	◎	◎
4		55	35	7.2	◎	○
5		50	36	7.3	◎	○
6	비 교 강	43	35	7.4	X	○
7		51	36	6.8	X	○
8		48	35	7.1	X	○
9		48	34	7.4	◎	△
10		55	36	7.3	X	○

여기서, 입계부식발생유무의 "◎"은 미발생을 의미하고, "X"는 발생을 의미하며, 고온산화특성의 "◎"은 STS 409L 대비 우수한 수준, "○"은 STS 409L 대비 동등한 수준, "△"은 STS 409L 대비 열휘한 수준을 의미한다.

상기 표 3에서 알 수 있듯이 Si의 함량을 0.5 ~ 1.5wt%로 유지하면서, C + N 값이 0.03 이하이고, Si + 2Ti 값이 0.8 이상이며, Ti/(C+N)의 비가 8 이상인 경우에 공식전위 값이 50mV 이상이고, 연신율이 33% 이상인 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 조건을 만족하는 경우에 입계부식이 발생하지 않으면서, 고온산화 특성이 STS 409L 대비 동등하거나 우수한 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims

C: 0.02wt% 이하, N: 0.02wt% 이하, Si: 0.5 ~ 1.5wt%, Mn: 1.0wt% 이하, Cr: 10.0 ~ 13wt%, Ti: 0.1 ~ 0.3wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고,
C + N 값이 0.03 이하이고, Si + 2Ti 값이 0.8 이상이며, Ti/(C+N)의 비가 8 이상이고, 공식전위 값이 50mV 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
단, 상기 C + N, Si + 2Ti 및 Ti/(C+N)에서 C, N, Si 및 Ti는 각 성분의 함량(wt%)을 의미함.
청구항 1에 있어서,
상기 스테인리스강은 Ca: 0.0005 ~ 0.002wt%, Zr: 0.0002 ~ 0.01wt%를 1종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 스테인리스강은 연신율이 33% 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
C: 0.02wt% 이하, N: 0.02wt% 이하, Si: 0.5 ~ 1.5wt%, Mn: 1.0wt% 이하, Cr: 10.0 ~ 13wt%, Ti: 0.1 ~ 0.3wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, Si + 2Ti 값이 0.8 이상이고, Ti/(C+N)의 비가 8 이상인 슬래브를 제조하고,
상기 슬래브를 열간 조압연, 열간 마무리압연, 소둔 및 냉간 압연을 실시하되, 상기 열간 마무리압연은 740 ~ 880℃의 온도범위에서 실시하고, 상기 냉간 압연은 70 ~ 80%의 압하율로 압연을 실시하는 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
단, 상기 Si + 2Ti 및 Ti/(C+N)에서 Si, Ti, C 및 N는 각 성분의 함량(wt%)을 의미함.
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