KR101841379B1

KR101841379B1 - 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판, 그 제조 방법 및 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판

Info

Publication number: KR101841379B1
Application number: KR1020167020455A
Authority: KR
Inventors: 데츠유키 나카무라; 히로키 오타; 지카라 가미
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2018-03-22
Also published as: JPWO2015118855A1; ES2706305T3; TW201538749A; CN105960476B; EP3103889A4; WO2015118855A1; EP3103889A1; US10837075B2; JP5904306B2; TWI553129B; CN105960476A; EP3103889B1; KR20160103100A; US20170175217A1

Abstract

고온 피로 특성 및 내산화성이 우수한 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판, 및 그 냉연 어닐링 강판의 소재에 바람직한 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판을 제공한다.
질량％ 로, C : 0.015 ％ 이하, Si : 1.00 ％ 이하, Mn : 1.00 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 12.0 ％ 이상 23.0 ％ 이하, Al : 0.20 ％ 이상 1.00 ％ 이하, N : 0.020 ％ 이하, Cu : 1.00 ％ 이상 2.00 ％ 이하, Nb : 0.30 ％ 이상 0.65 ％ 이하를, Si 및 Al 이 Si ≥ Al 을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 비커스 경도가 205 미만인 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판으로 한다. 그 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써, 고온 피로 특성 및 내산화성이 우수한 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판이 얻어진다.

Description

페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판, 그 제조 방법 및 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판{HOT ROLLED AND ANNEALED FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND COLD ROLLED AND ANNEALED FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET}

본 발명은, Cr 함유 강에 관한 것으로, 특히 자동차나 오토바이의 배기관이나 컨버터 케이스, 화력 발전 플랜트의 배기 덕트 등의 고온 하에서 사용되는 배기계 부재에 사용하기에 바람직한, 우수한 내산화성과 고온 피로 특성을 겸비한 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 그 제조 방법, 그리고 그 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써 얻어지는 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판에 관한 것이다.

자동차의 이그조스트 매니폴드나 배기관, 컨버터 케이스 등의 고온에서 사용되는 배기계 부재는 엔진의 시동 및 정지시에 가열 및 냉각되어, 열 팽창 및 열 수축을 반복한다. 그 때, 배기계 부재는 주변의 부품으로 구속되어 있기 때문에, 열 팽창 및 열 수축이 제한되어 그 소재에 열 변형이 발생한다. 이 열 변형에 의해 열 피로가 발생한다. 또한, 엔진 운전시에 고온에서 유지되었을 때에 진동에 의해 고온 피로가 발생한다. 그래서, 이들 부재의 소재에는, 우수한 내산화성과 함께 우수한 열 피로 특성 및 고온 피로 특성 (이하, 이들 세 가지 특성을 통합하여 「내열성」이라고 한다.) 이 요구된다.

내열성이 요구되는 배기계 부재에 사용되는 소재로서는, 현재, Nb 와 Si 를 첨가한 Type429 (14 질량％ Cr-0.9 질량％ Si-0.4 질량％ Nb) 와 같은 Cr 함유 강이 많이 사용되고 있다. 그러나, 엔진 성능의 향상에 수반되어, 배기 가스 온도가 900 ℃ 를 초과하는 온도까지 상승해 오면, Type429 로는 요구 특성, 특히 열 피로 특성이나 고온 피로 특성을 충분히 만족할 수 없게 되었다.

상기 문제에 대응할 수 있는 소재로서, 예를 들어, Nb 에 더하여 Mo 를 첨가하여 고온 내력을 향상시킨 Cr 함유 강이나, JIS G 4305 에 규정된 SUS444 (19 질량％ Cr―0.5 질량％ Nb―2 질량％ Mo), 혹은 특허문헌 1 에 제안되어 있는 바와 같이 Nb, Mo 및 W 를 첨가한 페라이트계 스테인리스강 등이 개발되고 있다. 특히, SUS444 나 특허문헌 1 에 제안되어 있는 페라이트계 스테인리스강은, 내열성 및 내식성 등의 제반 특성이 우수한 점에서, 고온하에서 사용되는 배기계 부재의 소재로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 요즈음에 Mo 나 W 등의 희소 금속의 비정상적인 가격의 폭등이나 변동을 계기로 하여 저렴한 원료를 사용하고 또한 Mo 나 W 를 첨가한 Cr 함유 강과 동등한 내열성을 갖는 재료의 개발이 요망되고 있다.

이러한 요망에 대하여, 고가의 Mo 나 W 를 사용하지 않고 페라이트계 스테인리스강의 내열성 향상을 도모하는 기술이 수많이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 2 에는, 10 ∼ 20 질량％ Cr 강에, Nb : 0.50 질량％ 이하, Cu : 0.8 ∼ 2.0 질량％, V : 0.03 ∼ 0.20 질량％ 를 첨가한 자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인리스강이 제안되어 있다. 그리고, 특허문헌 2 에는, V 및 Cu 의 복합 첨가에 의해, 페라이트계 스테인리스강의 900 ℃ 이하에서의 고온 강도, 가공성 및 저온 인성이 개선되고, Nb 및 Mo 첨가 강과 동일 레벨이 얻어지는 것으로 기재되어 있다.

또, 특허문헌 3 에는, 10 ∼ 20 질량％ Cr 강에, Ti : 0.05 ∼ 0.30 질량％, Nb : 0.10 ∼ 0.60 질량％, Cu : 0.8 ∼ 2.0 질량％, B : 0.0005 ∼ 0.02 질량％ 를 첨가하고, 장경 0.5 ㎛ 이상의 ε-Cu 상 (Cu 의 석출물) 이 10 개/25㎛²이하로 조정된 조직을 갖는 페라이트계 스테인리스강이 제안되어 있다. 그리고, 특허문헌 3 에는, ε-Cu 상의 존재 형태를 어느 특정 상태로 해 둠으로써, 페라이트계 스테인리스강의 열 피로 특성이 개선되는 것으로 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 4 에는, 15 ∼ 25 질량％ Cr 강에, Cu : 1 ∼ 3 질량％ 를 첨가한 자동차 배기계 부품용 페라이트계 스테인리스강이 제안되어 있다. 그리고, 특허문헌 4 에는, 소정량의 Cu 를 첨가함으로써, 중간 온도역 (600 ∼ 750 ℃) 에서는 Cu 에 의한 석출 강화, 고온도역에서는 Cu 에 의한 고용 강화가 얻어져, 페라이트계 스테인리스강의 열 피로 특성이 향상되는 것으로 기재되어 있다.

특허문헌 2 ∼ 4 에 제안된 기술은, Cu 를 첨가하여 페라이트계 스테인리스강의 열 피로 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, Cu 를 첨가한 경우에는, 페라이트계 스테인리스강의 열 피로 특성은 향상되기는 하지만, 내산화성이 현저히 저하된다. 즉, Cu 를 첨가하여 페라이트계 스테인리스강의 내열성을 개선하고자 한 경우에는, 열 피로 특성은 향상되기는 하지만, 강 자체의 내산화성이 오히려 저하되기 때문에, 종합적으로 보면 내열성이 저하된다.

한편, Al 을 적극적으로 첨가함으로써, 페라이트계 스테인리스강의 내열성 향상을 도모하는 기술도 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 5 에는, 13 ∼ 25 질량％ Cr 강에, 고용 강화 원소인 Al 을 0.2 ∼ 2.5 질량％ 첨가하고, 추가로 Nb : 0.5 초과 ∼ 1.0 질량％, Ti : 3×([％C]＋[％N]) ∼ 0.25 질량％ ([％C], [％N] 은 각각 질량％ 로 나타낸 C, N 의 함유량.) 를 첨가한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강이 제안되어 있다. 그리고, 특허문헌 5 에는, 소정량의 Al, Nb 및 Ti 를 첨가함으로써, 페라이트계 스테인리스강의 내열 피로성이 향상되는 것으로 기재되어 있다.

또, 특허문헌 6 에는, 10 ∼ 25 질량％ Cr 강에, Si : 0.1 ∼ 2 질량％ 및 Al : 1 ∼ 2.5 질량％ 를, Si 와 Al 이 Al＋0.5×Si : 1.5 ∼ 2.8 질량％ 를 만족하도록 첨가하고, 추가로 Ti : 3×(C＋N) ∼ 20×(C＋N) 질량％ 를 첨가한 촉매 담지용 내열 페라이트계 스테인리스강이 제안되어 있다. 그리고, 특허문헌 6 에는, 소정량의 Si, Al 및 Ti 를 첨가함으로써, 엔진 배기 가스 분위기에서 촉매층과 모재의 계면에 차단 성능이 높은 Al₂O₃ 주체의 산화 피막을 형성시킬 수 있게 되어, 페라이트계 스테인리스강의 내산화성이 향상되는 것으로 기재되어 있다.

또, 특허문헌 7 에는, 6 ∼ 20 질량％ Cr 강에, Ti, Nb, V 및 Al 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 1 질량％ 이하 첨가한 Cr 함유 페라이트계 강이 제안되어 있다. 그리고, 특허문헌 7 에는, Al 등의 첨가에 의해, 강 중의 C 나 N 과 탄질화물이 고정되는 결과, Cr 함유 페라이트계 강의 성형성이 향상되는 것으로 기재되어 있다.

그러나, Al 을 적극적으로 첨가하는 기술 중, 특허문헌 5 에 제안된 기술에서는, 강의 Si 함유량이 낮기 때문에, Al 을 적극적으로 첨가해도 Al 이 우선적으로 산화물 또는 질화물을 형성하여 Al 의 고용량이 저하되는 결과, 페라이트계 스테인리스강에 소정의 고온 강도를 부여할 수 없다.

특허문헌 6 에 제안된 기술에서는, 1 질량％ 이상의 다량의 Al 을 첨가하고 있기 때문에, 페라이트계 스테인리스강의 실온에 있어서의 가공성이 현저히 저하될 뿐만 아니라, Al 이 O (산소) 와 잘 결부되기 때문에, 오히려 내산화성이 저하되어 버린다. 특허문헌 7 에 제안된 기술에서는, 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이 얻어지기는 하지만, Cu 나 Al 의 첨가량이 적거나 혹은 첨가되어 있지 않기 때문에, 우수한 내열성이 얻어지지 않는다.

이상과 같이, Al 첨가에 의해 페라이트계 스테인리스강의 고온 강도나 내산화성을 개선하고자 해도, Al 만을 적극적으로 첨가한 것만으로는, 이들 효과는 충분히 얻어지지 않는다. 또한, Cu 와 Al 을 복합 첨가해도, 이들 원소의 첨가량이 적은 경우에는, 우수한 내열성이 얻어지지 않는다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은, 특허문헌 8 의 16 ∼ 23 질량％ Cr 강에, Si : 0.4 ∼ 1.0 질량％ 및 Al : 0.2 ∼ 1.0 질량％ 를, Si ≥ Al 을 만족하도록 첨가하고, 추가로 Nb : 0.3 ∼ 0.65 질량％, Cu : 1.0 ∼ 2.5 질량％ 를 첨가한 페라이트계 스테인리스강을 개발하였다. 이 강에서는, 소정량의 Nb와 Cu 를 복합하여 함유함으로써, 폭넓은 온도역에서 고온 강도를 상승시켜 열 피로 특성을 개선하였다. Cu 를 함유하면 내산화성이 저하되기 쉽지만, 적정량의 Al 을 함유시킴으로써, 내산화성의 저하를 방지하였다. 또, Cu 의 함유에서는 열 피로 특성을 개선할 수 없는 온도역이 있지만, 적정량의 Al 을 함유시킴으로써 이 온도역에서의 열 피로 특성도 개선하였다. 또한 Si 함유량과 Al 함유량의 비를 적정화함으로써, 고온 피로 특성도 개선하였다.

일본 공개특허공보 2004-18921호 국제 공개 제2003/004714호 일본 공개특허공보 2006-117985호 일본 공개특허공보 2000-297355호 일본 공개특허공보 2008-285693호 일본 공개특허공보 2001-316773호 일본 공개특허공보 2005-187857호 일본 공개특허공보 2011-140709호

배기계 부품에는 경량화나 배기 저항 저감이 요구되고 있어, 이를 위해, 더 박육화하는 것이나 복잡한 형상으로 하는 것이 검토되고 있다. 박육화하여 엄격한 가공을 하면, 판 두께가 크게 감소되는 경우가 있다. 판 두께가 감소된 부분은 고온 피로에 의해 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 온도가 가장 높아지는 부분이 아니라, 온도가 낮아도 엄격한 가공에 의해 두께가 감소된 부분에서 균열이 발생하는 것도 생각될 수 있다. 그래서, 배기계 부품에 사용되는 강재에는, 최고 온도뿐만 아니라, 중간의 온도역 (700 ℃ 근방) 에서도 우수한 고온 피로 특성을 갖는 것이 요구되어 왔다. 그러나, 특허문헌 8 의 강은, 850 ℃ 에 있어서의 고온 피로 특성만을 검토하며 개발하였고, 700 ℃ 근방에서의 고온 피로 특성에 대해서는 검토의 여지가 있었다.

본 발명의 목적은, 이들 문제를 해결하여, 우수한 내산화성을 가짐과 함께, 700 ℃ 근방에서의 고온 피로 특성도 우수한 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 그 제조 방법, 그리고 그 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써 얻어지는 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 특허문헌 8 에 제안된 페라이트계 스테인리스강, 즉 Cu, Al 및 Nb 의 첨가에 의해 내열성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스강에 관해서, 배기계 부재에 적용되는 경우에 상정되는 사용 온도 (실온 ∼ 850 ℃) 의 최고 온도 (850 ℃) 에 있어서의 고온 피로 특성뿐만 아니라, 중간 온도역 (700 ℃ 근방) 에서의 고온 피로 특성도 향상시키기 위해 예의 검토를 거듭하였다.

본 발명자들은, Cu, Al 및 Nb 를 첨가한 페라이트계 스테인리스강 소재에, 여러 조건에서 열간 압연, 열연 강판 어닐링을 실시함으로써 얻어진 페라이트계 스테인리스 강판 (열연 어닐링 강판), 및 열연 강판 어닐링에 이어서 산세, 냉간 압연, 냉연 강판 어닐링, 산세를 실시함으로써 얻어진 페라이트계 스테인리스 강판 (냉연 어닐링 강판) 에 대해서 조직 관찰을 실시하였다. 이어서, 각각의 페라이트계 스테인리스 강판 (열연 어닐링 강판, 냉연 어닐링 강판) 을 700 ℃ 로 가열하여 고온 피로 시험을 실시하였다.

그 결과, ε-Cu 의 석출이 억제된 조직으로 함으로써 700 ℃ 근방에서도 우수한 고온 피로 특성이 얻어진다는 지견을 얻었다. 또한, 열간 압연 공정에 있어서, 권취 온도를 최적화함으로써, 열연 어닐링 강판이나 냉연 어닐링 강판의 ε-Cu 의 석출이 억제 가능하다는 지견을 얻었다.

또, ε-Cu 의 석출량과 페라이트계 스테인리스 강판의 경도에는 상관 관계가 있어, ε-Cu 의 석출량이 많아질수록, 페라이트계 스테인리스 강판의 경도가 상승하는 것을 확인하고, ε-Cu 의 석출량을 정량화하는 대신에 경도를 측정하고, 열연 어닐링 강판의 경도와 700 ℃ 에 있어서의 고온 피로 특성에 대해서 검토하였다. 그 결과, 권취 온도를 최적화하여 열연 어닐링 강판의 비커스 경도를 205 미만으로 함으로써, ε-Cu 석출량이 억제되어, 700 ℃ 근방에서 우수한 고온 피로 특성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판이 얻어진다는 지견을 얻었다.

이상과 같이, 소정량의 Cu, Al 및 Nb 를 첨가하고, 또한 열연 후의 열이력을 최적화하여 ε-Cu 의 석출을 제어함으로써, 배기계 부재에 적용되는 경우에 상정되는 사용 온도 (실온 ∼ 850 ℃) 의 최고 온도 (850 ℃) 에 있어서의 고온 피로 특성뿐만 아니라, 중간 온도역 (700 ℃ 근방) 에서의 고온 피로 특성도 우수한 강이 얻어지는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 질량％ 로, C : 0.015 ％ 이하, Si : 1.00 ％ 이하, Mn : 1.00 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 12.0 ％ 이상 23.0 ％ 이하, Al : 0.20 ％ 이상 1.00 ％ 이하, N : 0.020 ％ 이하, Cu : 1.00 ％ 이상 2.00 ％ 이하, Nb : 0.30 ％ 이상 0.65 ％ 이하를, Si 및 Al 이 이하의 (1) 식,

Si ≥ Al … (1)

(상기 (1) 식 중, Si, Al 은 각 원소의 함유량 (질량％))

을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 비커스 경도가 205 미만인 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.

[2] 상기 [1] 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ni : 0.50 ％ 이하, Mo : 1.00 ％ 이하 및 Co : 0.50 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.

[3] 상기 [1] 또는 [2] 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ti : 0.50 ％ 이하, Zr : 0.50 ％ 이하, V : 0.50 ％ 이하, B : 0.0030 ％ 이하, REM : 0.08 ％ 이하, Ca : 0.0050 ％ 이하 및 Mg : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.

[4] 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써 얻어지는 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판.

[5] 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판의 제조 방법으로서, 강 슬래브에 열간 압연, 열연 강판 어닐링을 순차적으로 실시하고,

상기 열간 압연에 있어서의 코일 권취 온도를 600 ℃ 미만으로 하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 우수한 내산화성 및 고온 피로 특성을 갖고, 자동차 등의 배기계 부재에 바람직한 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 그 제조 방법, 그리고 그 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써 얻어지는 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은, 넓은 온도역에 걸쳐 우수한 고온 피로 특성을 나타내는 페라이트계 스테인리스 강판이 얻어지기 때문에, 페라이트계 스테인리스강의 추가적인 용도 전개를 가능하게 하여, 산업상 각별한 효과를 발휘한다.

도 1 은, 실시예의 고온 피로 시험에 사용하는 시험편의 형상을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판은, 질량％ 로, C : 0.015 ％ 이하, Si : 1.00 ％ 이하, Mn : 1.00 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 12.0 ％ 이상 23.0 ％ 이하, Al : 0.20 ％ 이상 1.00 ％ 이하, N : 0.020 ％ 이하, Cu : 1.00 ％ 이상 2.00 ％ 이하, Nb : 0.30 ％ 이상 0.65 ％ 이하를, Si 및 Al 이 (1) 식, 즉 Si ≥ Al (식 중, Si, Al 은 각 원소의 함유량 (질량％)) 을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 비커스 경도가 205 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판은, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다

본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판의 성분 조성의 한정 이유는 이하와 같다. 또, 이하의 성분 조성을 나타내는 ％ 는, 특별히 언급하지 않는 한 질량％ 를 의미하는 것으로 한다.

C : 0.015 ％ 이하

C 는, 강의 강도를 높이는 데에 유효한 원소이지만, 0.015 ％ 를 초과하여 함유시키면, 강의 인성 및 성형성이 대폭 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.015 ％ 이하로 한다. 또한, C 함유량은, 강의 성형성을 확보하는 관점에서는 0.008 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 배기계 부재로서의 강도를 확보하는 관점에서는 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. C 함유량은, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상이다.

Si : 1.00 ％ 이하

Si 는, 강의 내산화성을 향상시키는 원소임과 함께, 후술하는 Al 의 고용 강화능을 유효하게 활용하기 위해서도 중요한 원소이다. 이들 효과 발현에는, Si 함유량을 0.02 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Si 함유량이 1.00 ％ 를 초과하여 과잉으로 되면, 강의 가공성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 1.00 ％ 이하로 한다. 또, Si 는 수증기를 함유한 분위기에서의 강의 내산화성 향상에 유효한 원소이고, 수증기를 함유한 분위기에서의 내산화성이 필요한 경우에는 그 함유량을 0.40 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Si 함유량은, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이상 0.90 ％ 이하이다.

Mn : 1.00 ％ 이하

Mn 은, 탈산제로서, 또한 강의 강도를 높이기 위해서 첨가되는 원소이다. 또한, Mn 은, 산화 스케일의 박리를 억제하여, 내산화성을 향상시키는 효과도 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Mn 함유량을 0.02 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mn 함유량이 1.00 ％ 를 초과하여 과잉으로 되면, 고온에서 γ 상이 잘 생성되어, 강의 내열성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 1.00 ％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.05 ％ 이상 0.80 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상 0.50 ％ 이하이다.

P : 0.040 ％ 이하

P 는, 강의 인성을 저하시키는 유해한 원소이고, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는, P 함유량을 0.040 ％ 이하로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.030 ％ 이하이다.

S : 0.010 ％ 이하

S 는, 강의 연신이나 r 값을 저하시키고, 성형성에 악영향을 미침과 함께, 내식성을 저하시키는 유해 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에 있어서는, S 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하고, 0.010 ％ 이하로 한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다.

Cr : 12.0 ％ 이상 23.0 ％ 이하

Cr 은, 내식성, 내산화성을 향상시키는 데에 유효한 중요 원소이다. Cr 함유량이 12.0 ％ 미만에서는, 충분한 내산화성이 얻어지지 않는다. 한편, Cr 은, 실온에 있어서 강을 고용 강화시켜, 경질화, 저연성화시키는 원소이고, 특히 그 함유량이 23.0 ％ 를 초과하면, 경질화나 저연성화에 의한 폐해가 현저해진다. 따라서, Cr 함유량은 12.0 ％ 이상 23.0 ％ 이하로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 14.0 ％ 이상 20.0 ％ 이하이다.

Al : 0.20 ％ 이상 1.00 ％ 이하

Al 은, Cu 함유 강의 내산화성을 향상시키는 데에 필요 불가결한 원소이다. 또한, Al 은, 강에 고용되어 고용 강화하는 원소이기도 하고, 특히 800 ℃ 를 초과하는 온도에서의 고온 강도를 상승시키는 내열성 향상 효과를 갖기 때문에, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 특히, 우수한 내산화성을 얻기 위해서는, Al 함유량을 0.20 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Al 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면, 강이 경질화되어 가공성이 저하되어 버린다. 따라서, Al 함유량은 0.20 ％ 이상 1.00 ％ 이하로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.25 ％ 이상 0.80 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이상 0.60 ％ 이하이다.

또한, 본 발명에 있어서는, Si 및 Al 을, 하기 (1) 을 만족하도록 함유시킨다. 또, (1) 식 중, Si 는 Si 함유량 (질량％) 이고, Al 은 Al 함유량 (질량％) 이다.

Si ≥ Al … (1)

전술한 바와 같이, Al 은, 고온에 있어서의 고용 강화 작용을 갖고, 강의 고온 강도를 증가시키는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, 강 중의 Al 함유량이 Si 함유량보다 많은 경우에는, Al 이 고온에서 우선적으로 산화물이나 질화물을 형성하고, 고용 Al 량이 감소하기 때문에, 고용 강화에 충분히 기여할 수 없게 된다. 한편, 강 중의 Si 함유량이 Al 함유량과 동등하거나 또는 Al 함유량보다 많은 경우에는, Si 가 우선적으로 산화되어, 강판 표면에 치밀한 산화물층을 연속적으로 형성한다. 이 산화물층은, 외부로부터의 산소나 질소의 내부 확산을 억제하는 효과가 있기 때문에, 당해 산화물층의 형성에 의해 Al 의 산화나 질화, 특히 질화가 최소한으로 억제되어, 충분한 Al 고용량을 확보할 수 있다. 그 결과, Al 의 고용 강화에 의해 강의 고온 강도가 향상되고, 열 피로 특성이나 고온 피로 특성이 대폭 개선된다. 이상과 같은 이유로 Si 및 Al 은 Si (질량％) ≥ Al (질량％) 을 만족하도록 함유시킨다.

N : 0.020 ％ 이하

N 은, 강의 인성 및 성형성을 저하시키는 원소이고, 그 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면 이들 현상이 현저히 나타난다. 따라서, N 함유량은 0.020 ％ 이하로 한다. 또, 강의 인성, 성형성을 확보하는 관점에서는, N 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하고, 0.015 ％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. 단, 극단적인 N 저감에는 탈질에 시간이 걸리기 때문에, 강재의 제조 비용 증가로 이어진다. 따라서, 비용과 성형성을 양립시킨다는 관점에서, N 함유량은 0.004 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Cu : 1.00 ％ 이상 2.00 ％ 이하

Cu 는, ε-Cu 의 석출 강화에 의해 강의 고온 강도를 높여 열 피로 특성이나 고온 피로 특성의 향상을 도모하는 데에 있어서 매우 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Cu 함유량을 1.00 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Cu 함유량이 2.00 ％ 를 초과하면, 본 발명의 열간 압연 공정에서의 권취 온도의 최적화를 실시해도 열연 어닐링판에서 ε-Cu 가 석출되어 버려, 700 ℃ 에서의 우수한 고온 피로 특성이 얻어지지 않는다. 이상과 같은 이유로 Cu 함유량은 1.00 ％ 이상 2.00 ％ 이하로 한다. Cu 함유량은, 바람직하게는 1.10 ％ 이상 1.60 ％ 이하이다.

Nb : 0.30 ％ 이상 0.65 ％ 이하

Nb 는, 강 중의 C, N 과 탄질화물을 형성하여 이들 원소를 고정시키고, 강의 내식성이나 성형성, 용접부의 내입계 부식성을 높이는 작용을 가짐과 함께, 고온 강도를 상승시켜 열 피로 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과는, Nb 함유량을 0.30 ％ 이상으로 함으로써 확인된다. 그러나, Nb 함유량이 0.65 ％ 를 초과하면, Laves 상이 석출되기 쉬워져, 강의 취화를 촉진시킨다. 따라서, Nb 함유량은 0.30 ％ 이상 0.65 ％ 이하로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.35 ％ 이상 0.55 ％ 이하이다. 또, 특히 강의 인성이 요구되는 경우에는, Nb 함유량을 0.40 ％ 이상 0.49 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.40 ％ 이상 0.47 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

이상이 본 발명의 페라이트계 스테인리스의 기본 성분이지만, 본 발명에서는 상기 기본 성분에 더하여 필요에 따라 추가로, Ni, Mo 및 Co 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을, 이하의 범위로 함유할 수 있다.

Ni : 0.50 ％ 이하

Ni 는, 강의 인성을 향상시키는 원소이다. 또한, Ni 는, 강의 내산화성을 향상시키는 효과도 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량을 0.05 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ni 는, 강력한 γ 상 형성 원소 (오스테나이트상 형성 원소) 이기 때문에, Ni 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면 고온에서 γ 상이 생성되어 내산화성이나 열 피로 특성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Ni 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량은, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 이하이다.

Mo : 1.00 ％ 이하

Mo 는, 강의 고온 강도를 증가시켜 열 피로 특성이나 고온 피로 특성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Mo 함유량을 0.05 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명과 같은 Al 함유 강에서 Mo 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면 내산화성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Mo 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 1.00 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량은, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.

Co : 0.50 ％ 이하

Co 는, 강의 인성 향상에 유효한 원소이다. 또한, Co 는, 강의 열 팽창 계수를 저감시키고, 열 피로 특성을 향상시키는 효과도 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Co 함유량을 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Co 는, 고가의 원소인 것에 더하여, 그 함유량이 0.50 ％ 를 초과해도 상기 효과가 포화될 뿐이다. 따라서, Co 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하이다. 또, 우수한 인성이 요구되는 경우에는, Co 함유량을 0.02 ％ 이상 0.20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 페라이트계 스테인리스는, 필요에 따라 추가로, Ti, Zr, V, B, REM, Ca 및 Mg 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을, 이하의 범위로 함유할 수 있다.

Ti : 0.50 ％ 이하

Ti 는, Nb 와 마찬가지로 강 중의 C, N 을 고정시켜, 내식성이나 성형성을 향상시키고, 용접부의 입계 부식을 방지하는 원소이다. 또한, Ti 는, 본 발명의 Al 함유 강에 있어서 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti 함유량이 0.50 ％ 를 초과하여 과잉으로 되면, 조대한 질화물의 생성에 의해 강의 인성 저하를 초래한다. 그리고, 강의 인성이 저하되는 결과, 예를 들어, 열연 강판 어닐링 라인에서 반복적으로 받는 굽힘-펼침에 의해 강판이 파단되는 등, 제조성에 악영향을 미치게 된다. 따라서, Ti 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 ％ 이하이다.

Zr : 0.50 ％ 이하

Zr 은, 강의 내산화성을 향상시키는 원소이고, 그 효과를 얻기 위해서는 Zr 함유량을 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Zr 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, Zr 금속간 화합물이 석출되어, 강을 취화시킨다. 따라서, Zr 을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

V : 0.50 ％ 이하

V 는, 강의 가공성 향상에 유효한 원소임과 함께, 강의 내산화성 향상에도 유효한 원소이다. 이들 효과는, V 함유량이 0.01 ％ 이상인 경우에 현저해진다. 한편, V 함유량이 0.50 ％ 를 초과하여 과잉으로 되면, 조대한 V(C, N) 의 석출을 초래하여, 강의 표면 성상을 저하시킨다. 따라서, V 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.01 ％ 이상 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상 0.40 ％ 이하, 한층 더 바람직하게는 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 미만이다.

B : 0.0030 ％ 이하

B 는, 강의 가공성, 특히 2 차 가공성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, B 함유량을 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B 함유량이 0.0030 ％ 를 초과하여 과잉으로 되면, BN 을 생성하여 강의 가공성을 저하시킨다. 따라서, B 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.0030 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0010 ％ 이상 0.0030 ％ 이하이다.

REM : 0.08 ％ 이하

REM (희토류 원소) 는, Zr 과 마찬가지로 강의 내산화성을 향상시키는 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서는, REM 함유량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, REM 함유량이 0.08 ％ 를 초과하면 강이 취화된다. 따라서, REM 을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.08 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. REM 함유량은, 보다 바람직하게는 0.04 ％ 이하이다.

Ca : 0.0050 ％ 이하

Ca 는, 연속 주조시에 발생하기 쉬운 Ti 계 개재물 석출에 의한 노즐의 폐색을 방지하는 데에 유효한 성분이다. 그 효과를 얻기 위해서는, Ca 함유량을 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 강의 표면 결함을 발생시키지 않고 양호한 표면 성상을 얻기 위해서는, Ca 함유량을 0.0050 ％ 이하로 할 필요가 있다. 따라서, Ca 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.0050 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0005 ％ 이상 0.0020 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.0005 ％ 이상 0.0015 ％ 이하이다.

Mg : 0.0050 ％ 이하

Mg 는, 슬래브의 등축정률을 향상시키고, 강의 가공성이나 인성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 또한, Mg 는, Nb 나 Ti 의 탄질화물의 조대화를 억제하는 데에 유효한 원소이다. Ti 탄질화물이 조대화되면, 취성 균열의 기점이 되기 때문에, 강의 인성이 저하된다. 또한, Nb 탄질화물이 조대화되면, Nb 의 강 중의 고용량이 저하되기 때문에, 열 피로 특성의 저하로 이어진다. Mg 는, 이들 문제를 해소하는 데에 유효한 원소이고, 그 함유량을 0.0010 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mg 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 강의 표면 성상이 악화된다. 따라서, Mg 를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.0050 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mg 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0010 ％ 이상 0.0025 ％ 이하이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 포함되는 상기 이외의 원소 (잔부) 는, Fe 및 불가피적 불순물이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판은, 상기와 같이 조성을 규정함과 함께, 열연 어닐링 강판의 ε-Cu 의 석출량을 가능한 한 저감시킨 조직으로 함으로써, 비커스 경도를 205 미만으로 저감시키는 것을 특징으로 한다.

열연 어닐링 강판의 비커스 경도 : 205 미만

본 발명에 있어서, Cu 는, ε-Cu 의 석출 강화에 의해 강을 고강도화시키고, 열 피로 특성이나 고온 피로 특성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그러나, ε-Cu 가 석출되기 쉬운 온도 (700 ℃ 근방) 에서 강이 장시간 사용된 경우, 고온 피로 특성은 초기 ε-Cu 의 석출 상태, 즉 상기 온도로 가열되기 전의 ε-Cu 의 석출 상태에 크게 좌우된다.

초기 상태에서 이미 강 중에 ε-Cu 가 석출된 경우, 700 ℃ 에서의 사용을 개시하면, 이미 석출된 ε-Cu 를 핵으로 하고 조대한 ε-Cu 만이 석출되어 석출 강화 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 초기 상태에서 강 중에 ε-Cu 가 석출되지 않으면, 700 ℃ 에서 사용 개시 후에 ε-Cu 가 미세하게 석출되어 강화 효과가 얻어진다. 또한, 미세하게 석출되기 때문에 조대화의 진행이 매우 느려, 보다 장기간에 걸쳐 석출 강화 효과가 얻어진다. 이상과 같은 이유로 초기 상태에서의 강의 ε-Cu 석출량을 최대한 저감시킴으로써, ε-Cu 가 석출되기 쉬운 온도 (700 ℃ 근방) 에서의 고온 피로 특성이 비약적으로 향상된다.

여기서, 배기계 부재의 소재로서 사용되는 페라이트계 스테인리스 강판은, 통상, 슬래브 등의 강 소재에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 그 열연 강판에 어닐링 처리 (열연 강판 어닐링) 를 실시하여 열연 어닐링 강판으로 하는 것, 혹은 어닐링 처리 (열연 강판 어닐링) 에 계속해서 산세 후, 그 열연 어닐링 강판에 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 하고, 그 냉연 강판에 어닐링 처리 (냉연 강판 어닐링) 및 산세를 실시하여 냉연 어닐링 강판으로 함으로써 얻어진다. 따라서, ε-Cu 가 석출되기 쉬운 온도 (700 ℃ 근방) 에서 충분한 고온 피로 특성을 확보하기 위해서는, 최종 제품판, 즉 열연 어닐링 강판, 냉연 어닐링 강판의 ε-Cu 석출량을 가능한 한 저감시킬 필요가 있다.

열연 어닐링 강판의 ε-Cu 석출량을 저감시키는 수단으로는, 열연 강판의 어닐링 (열연 강판 어닐링) 에 의해 강 중에 ε-Cu 를 고용시키는 수단이 고려된다. 그러나, 본 발명자들에 따른 검토 결과, 열연 강판 어닐링에서는 통상, 강판이 고온역으로 유지되는 시간이 짧기 때문에, 어닐링 전의 강판에 ε-Cu 가 조대하게 석출된 경우나 미세하더라도 다량으로 석출된 경우에는, 상기 어닐링 처리에 의해 반드시 충분히 고용될 수 없음이 명확해졌다. 그 한편으로, 어닐링 처리 전의 열연 강판에 있어서 ε-Cu 석출량이 충분히 저감되어 있으면, 그 이후의 공정에서 ε-Cu 는 거의 석출되지 않음이 확인되었다.

또, 냉연 어닐링 강판을 최종 제품판으로 하는 경우에는, 냉연 강판의 어닐링 (냉연 강판 어닐링) 에 의해 강 중에 ε-Cu 를 고용시키는 수단도 고려된다. 그러나, 냉연 강판 어닐링에 있어서도, 통상, 강판이 고온역으로 유지되는 시간이 짧기 때문에, 어닐링 전의 강판에 ε-Cu 가 조대하게 석출된 경우나 미세하더라도 다량으로 석출된 경우에는, 상기 어닐링 처리에 의해 반드시 충분히 고용될 수 없다. 또한, 냉연 어닐링 강판의 고온 피로 특성에 대해서 본 발명자들이 면밀히 조사한 결과, 냉연 어닐링 강판의 700 ℃ 근방에서의 고온 피로 특성은, 소재가 되는 열연 어닐링 강판의 ε-Cu 석출량에 의존하는 경향이 있음이 확인되었다.

또한, 강 중의 ε-Cu 석출량과 강의 경도 특성의 사이에는 상관이 있어, ε-Cu 석출량의 증가에 수반되어 경도가 상승하는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 그리고, 본 발명자들에 따른 검토 결과, 열연 어닐링 강판의 비커스 경도가 205 미만이 되도록 ε-Cu 석출량을 억제하면, ε-Cu 가 석출되기 쉬운 온도 (700 ℃ 근방) 에서의 고온 피로 특성을 충분히 확보할 수 있음이 판명되었다. 또, 열연 어닐링 강판의 비커스 경도가 205 미만이 되도록 ε-Cu 석출량을 억제하면, 열연 어닐링 강판을 모판으로 한 냉연 어닐링 강판도, ε-Cu 가 석출되기 쉬운 온도 (700 ℃ 근방) 에서 우수한 고온 피로 특성을 나타냄이 확인되었다.

이상과 같은 이유로 본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판은, 경도를 비커스 경도로 205 미만으로 한다. 바람직하게는 비커스 경도로 195 미만이다. 또, 상기 비커스 경도는, JIS Z 2244 에 의거하여 측정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판은, 기본적으로 페라이트계 스테인리스 강판의 통상적인 제조 방법이면 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 전로, 전기로 등 공지된 용해로에서 강을 용제하고, 혹은 추가로 레이들 정련, 진공 정련 등의 2 차 정련을 거쳐 상기 서술한 본 발명의 성분 조성을 갖는 강으로 하고, 이어서, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편 (슬래브) 으로 하고, 그 후, 열간 압연, 열연 강판 어닐링, 산세 혹은 표면 연마 등을 순차적으로 실시하여, 열연 어닐링 강판으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판은, 상기와 같이 하여 얻어진 열연 어닐링 강판에, 냉간 압연, 냉연 강판 어닐링, 산세 등을 순차적으로 실시하여, 냉연 어닐링 강판으로 할 수 있다. 단, 열연 후 (열연 강판 어닐링 전) 의 열연 코일 권취 온도에 대해서만 이하와 같이 규정할 필요가 있다.

열연 강판의 코일 권취 온도 : 600 ℃ 미만

본 발명에 있어서는, 열 피로 특성이나 고온 피로 특성을 높일 목적에서, 강에 1.00 ％ 이상의 Cu 를 함유시키고 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, Cu 를 1.00 ％ 이상 함유시킨 강에 대해서 ε-Cu 가 석출, 조대화되기 쉬운 온도역 (700 ℃ 근방) 에서 사용되는 경우의 고온 피로 특성 향상을 도모하는 데에 있어서는, ε-Cu 의 초기 석출을 억제하는 것이 중요하다.

여기서, 강판의 제조 공정에 있어서 ε-Cu 가 다량으로 석출, 또는 조대화되는 것은, 열연 코일의 권취시이다. 열연 코일 권취 온도를 600 ℃ 미만으로 한 경우, ε-Cu 의 석출은 최소한으로 억제된다. 또한, 비록 ε-Cu 가 석출되었다 하더라도 그 석출량은 소량이기 때문에, 이후의 열연 강판 어닐링시에 고온 유지됨으로써, ε-Cu 는 강 중에 고용된다. 즉, 열연 코일 권취 온도를 600 ℃ 미만으로 한 경우, 열연 코일 권취시의 ε-Cu 석출을 방지할 수 있고, 또한 비록 ε-Cu 가 석출되었다 하더라도, 그 석출량은 이후의 열연 강판 어닐링에 의해 강 중에 고용시킬 수 있을 정도로 억제된다. 이로써, 최종 제품판의 700 ℃ 근방에 있어서의 고온 피로 특성이 비약적으로 향상된다. 또, 열연 코일 권취 후의 ε-Cu 석출량에 대해서는, 열연 어닐링 강판의 경도를 측정함으로써 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 열연 어닐링 강판의 경도를, 비커스 경도로 205 미만으로 할 필요가 있다.

열연 코일 권취 온도가 600 ℃ 이상인 경우, 권취시의 ε-Cu 석출량이 많아지고, 조대화도 진행된다. 그 후에 열연 강판 어닐링을 실시해도 ε-Cu 가 충분히 강 중에 다 고용되지 않기 때문에, 열연 어닐링 강판의 비커스 경도는 205 이상이 된다. 또한, 그 열연 어닐링 강판에서는 700 ℃ 에서 우수한 고온 피로 특성이 얻어지지 않는다.

이상과 같은 이유로 열연 코일 권취 온도를 600 ℃ 미만으로 한다. 이로써, ε-Cu 의 석출량이 매우 적어, 경도가 비커스 경도로 205 미만으로 억제된 열연 어닐링 강판이 얻어진다. 또한, 열연 코일 권취 온도는, 580 ℃ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 550 ℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판을 제조할 때에는, 열연 코일 권취 온도 이외의 제조 조건을 이하의 조건으로 하는 것이 바람직하다.

강을 용제하는 제강 공정은, 전로 혹은 전기로 등에서 용해된 강을 VOD 법 등에 의해 2 차 정련하고, 상기 필수 성분 및 필요에 따라 첨가되는 성분을 함유하는 강으로 하는 것이 바람직하다. 용제된 용강은, 공지된 방법으로 강 소재로 할 수 있는데, 생산성 및 품질의 관점에서는, 연속 주조법을 채용하는 것이 바람직하다. 강 소재는, 그 후, 바람직하게는 1000 ℃ 이상 1250 ℃ 이하의 온도로 가열되어, 열간 압연에 의해 원하는 판 두께의 열연 강판으로 된다. 열연 강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않지만, 대체로 4 mm 이상 6 mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 열연 강판의 권취 온도 (열연 코일 권취 온도) 는 600 ℃ 미만으로 한다. 바람직하게는 580 ℃ 미만, 보다 바람직하게는 550 ℃ 이하이다. 또, 상기에서는 열간 압연에 의해 열연 강판으로 하는 방법에 대해서 기재했는데, 물론 판재 이외의 형상으로 열간 가공할 수도 있다.

이상과 같이 하여 얻어진 열연 강판은, 그 후, 900 ℃ 이상 1100 ℃ 이하의 어닐링 온도에서 연속 어닐링하는 열연 강판 어닐링을 실시하고, 이어서, 산세 혹은 연마 등에 의해 스케일을 제거하여, 열연 어닐링 강판으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라 산세 전에 쇼트 블라스트에 의해 스케일을 제거해도 된다.

또, 열연 강판 어닐링 후, 냉각을 실시할 수 있지만, 이 냉각시에 있어서 냉각 속도 등의 조건은 특별히 한정되지 않는다.

이상과 같이 하여 얻어진 열연 어닐링 강판을 최종 제품판으로 해도 되지만, 그 열연 어닐링 강판에 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 하고, 또한 냉연 강판 어닐링 (마무리 어닐링), 산세 등을 실시함으로써 얻어지는 냉연 어닐링 강판을 최종 제품판으로 해도 된다.

상기 냉간 압연은, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연으로 해도 되고, 또한 냉간 압연, 마무리 어닐링, 산세의 각 공정은 반복적으로 실시해도 된다. 또한, 강판의 표면 광택이나 조도 조정이 요구되는 경우에는, 냉간 압연 후 혹은 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연을 실시해도 된다. 또, 강판에 따라 우수한 표면 광택이 요구되는 경우에는, BA 어닐링 (광휘 어닐링 (bright annealing)) 을 실시해도 된다.

냉간 압연은, 1 회여도 되지만, 생산성이나 요구 품질상의 관점에서 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연으로 해도 된다. 1 회 또는 2 회 이상의 냉간 압연의 총 압하율은, 60 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 70 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 냉간 압연에 의해 얻어진 냉연 강판은, 그 후, 바람직하게는 900 ℃ 이상 1150 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 950 ℃ 이상 1120 ℃ 이하의 온도에서 연속 어닐링 (마무리 어닐링) 하고, 산세하고, 냉연 어닐링 강판으로 하는 것이 바람직하다. 냉연 어닐링 강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않지만, 대체로 1 mm 이상 3 mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

열연 강판 어닐링의 경우와 마찬가지로 냉연 강판 어닐링 후 (중간 어닐링 후 및 마무리 어닐링 후), 냉각을 실시할 수 있지만, 이 냉각시에 있어서 냉각 속도 등의 조건은 특별히 한정되지 않는다.

또한, 용도에 따라서는, 마무리 어닐링 후 스킨 패스 압연 등을 실시하여, 냉연 어닐링 강판의 형상이나 표면 조도, 재질 조정을 실시하여, 최종 제품판으로 해도 된다.

이상과 같이 하여 얻어지는 최종 제품판 (열연 어닐링 강판 혹은 냉연 어닐링 강판) 은, 그 후, 각각의 용도에 따라 절단이나 굽힘 가공, 장출 (張出) 가공, 드로잉 가공 등의 가공을 실시하여, 자동차나 오토바이의 배기관, 촉매 외통재, 화력 발전 플랜트의 배기 덕트 혹은 연료 전지 관련 부재, 예를 들어 세퍼레이터, 인터 커넥터, 개질기 등으로 성형된다. 또, 이들 부재를 용접하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 MIG (Metal Inert Gas), MAG (Metal Active Gas), TIG (Tungsten Inert Gas) 등의 통상적인 아크 용접이나 스폿 용접, 심 용접 등의 저항 용접, 및 전봉 용접 등의 고주파 저항 용접, 고주파 유도 용접 등을 적용할 수 있다.

실시예

진공 용해로에서 용제하여, 주조된 표 1 의 화학 성분으로 갖는 강괴 (50 kg) 를 단조 (鍛造) 하여 2 분할하였다.

2 분할된 편방의 강괴를 1170 ℃ 에서 1 hr 가열 후, 열간 압연하여 판 두께 5 ㎜ 의 열연 강판으로 하고, 코일 권취 온도를 상정하여 450 ℃ ∼ 700 ℃ 에서 1 hr 유지한 후, 실온까지 냉각시켰다. 그 후, 1030 ℃ 의 온도에서 60 sec 균열하는 열연 강판 어닐링을 실시하여, 열연 어닐링 강판으로 하였다.

코일 권취시의 ε-Cu 석출 유무를 판단하기 위해서, 이상으로 얻어진 열연 어닐링 강판의 압연 방향에 평행한 단면에 있어서, JIS Z 2244 에 의거하여 비커스 경도를 측정하였다. 측정 위치는 판 폭 방향 중앙부의 판 두께 방향 중앙부이고, 하중은 300 g 으로 하고, 각 열연 어닐링 강판의 임의의 위치에서 10 지점 측정한 가운데 가장 높은 값을 열연 어닐링 강판의 비커스 경도로 하였다.

또한, 이상으로 얻어진 열연 어닐링 강판을, 산세하고, 압하율 60 ％ 의 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 하고, 그 냉연 강판을 1030 ℃ 의 온도에서 60 sec 균열하는 마무리 어닐링을 실시하고, 산세하여 판 두께가 2 mm 인 냉연 어닐링 강판으로 하였다. 얻어진 냉연 어닐링 강판으로부터 샘플, 시험편을 채취하여, 이하의 산화 시험 (대기 중 연속 산화 시험), 고온 피로 시험에 제공하였다.

＜대기 중 연속 산화 시험＞

이상과 같이 하여 얻어진 각종 냉연 어닐링 강판으로부터 30 mm × 20 mm 의 시험편을 잘라내어, 시험편 상부에 4 mmφ 의 구멍을 뚫고, 표면 및 단면을 #320 의 에메리지로 연마하여, 탈지 후, 1000 ℃ 로 가열 유지된 대기 분위기의 노 내에 매달아, 200 시간 유지하는 대기 중 연속 산화 시험을 실시하였다. 시험 후, 시험편의 질량을 측정하고, 이것에 박리된 스케일의 질량을 부가한 것과, 미리 측정해 둔 시험 전의 시험편의 질량의 차이를 구하여, 시험편의 총 6 면의 합계 표면적 (＝2 × (판 길이 × 판 폭 ＋ 판 길이 × 판 두께 ＋ 판 폭 × 판 두께)) 으로 나누어 산화 증량 (g/㎡) 을 산출하였다. 또, 시험은 각종 냉연 어닐링 강판에 대해 2 시험편으로 실시하여, 이하와 같이 내산화성을 평가하였다.

○ (합격) : 2 시험편 모두 이상 산화도 스케일 박리도 발생하지 않았던 것.

△ (불합격) : 2 시험편 모두 이상 산화는 발생하지 않지만, 1 혹은 2 시험편에 스케일 박리가 발생한 것.

× (불합격) : 1 혹은 2 시험편에 이상 산화 (산화 증량 ≥ 100 g/㎡) 가 발생한 것.

＜고온 피로 시험＞

이상과 같이 하여 얻어진 각종 냉연 어닐링 강판으로부터 도 1 에 나타내는 형상의 시험편을 제작하여, 850 ℃ 에서의 고온 피로 시험과 700 ℃ 에서의 고온 피로 시험에 제공하였다. 시험편 표면에 가해지는 최대 굽힘 응력을, 850 ℃ 의 시험에서는 75 MPa 가 되도록, 700 ℃ 의 시험에서는 110 MPa 가 되도록 하고, 1300 rpm (＝22 Hz) 의 속도로 응력비－1 의 굽힘을 반복적으로 부여하여 파단될 때까지의 반복 수를 계측하였다. 또, 여기서 말하는 응력비란, 최대 응력에 대한 최소 응력의 비를 나타내고, 응력비－1 에서는, ＋측과 －측으로 각각 동일한 응력을 부하하는 얼터네이트가 된다. 시험은 각종 냉연 어닐링 강판에 대해 2 회 실시하여, 적은 횟수로 파단되었을 때의 반복 수로 평가하였다. 고온 피로 특성은 이하와 같이 평가하였다.

(1) 850 ℃ 에서의 고온 피로 시험의 평가

○ (합격) : 반복 수 ≥ 10×10⁵ 회

× (불합격) : 반복 수 ＜ 10×10⁵회

(2) 700 ℃ 에서의 고온 피로 시험의 평가

○ (합격) : 반복 수 ≥ 22×10⁵ 회

× (불합격) : 반복 수 ＜22×10⁵ 회

이상으로 얻어진 결과를, 표 1 에 나타낸다.

표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 발명예 (No.1 ∼ 4, 6 ∼ 11, 13 ∼ 19, 21 ∼ 22, 24 ~ 25) 는 모두 열연 어닐링 강판의 비커스 경도가 205 미만이고, 내산화성과 700 ℃ 및 850 ℃ 에서의 고온 피로 특성이 우수하여, 본 발명의 목표를 만족시키고 있다. 한편, 강 조성이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 (No.28, 29) 및 열연 어닐링 강판의 비커스 경도가 205 이상인 비교예 (No.26, 27, 30 ∼ 34) 는, 700 ℃ 에서의 고온 피로 특성이 열등하여, 본 발명의 목표가 달성되지 않는다.

산업상 이용가능성

본 발명의 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판 및 냉연 어닐링 강판은, 자동차 등의 고온 배기계 부재용으로서 바람직할 뿐아니라, 동일한 특성이 요구되는 화력 발전 시스템의 배기계 부재나 고체 산화물 타입의 연료 전지용 부재로서도 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.015 ％ 이하, Si : 1.00 ％ 이하,
Mn : 1.00 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하,
S : 0.010 ％ 이하, Cr : 12.0 ％ 이상 23.0 ％ 이하,
Al : 0.20 ％ 이상 1.00 ％ 이하, N : 0.020 ％ 이하,
Cu : 1.00 ％ 이상 2.00 ％ 이하, Nb : 0.35 ％ 이상 0.65 ％ 이하
를, Si 및 Al 이 하기 (1) 식을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 비커스 경도가 205 미만인 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.
Si ≥ Al … (1)
(상기 (1) 식 중, Si, Al 은 각 원소의 함유량 (질량％))
제 1 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ni : 0.50 ％ 이하, Mo : 1.00 ％ 이하 및 Co : 0.50 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ti : 0.50 ％ 이하, Zr : 0.50 ％ 이하, V : 0.50 ％ 이하, B : 0.0030 ％ 이하, REM : 0.08 ％ 이하, Ca : 0.0050 ％ 이하 및 Mg : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ti : 0.50 ％ 이하, Zr : 0.50 ％ 이하, V : 0.50 ％ 이하, B : 0.0030 ％ 이하, REM : 0.08 ％ 이하, Ca : 0.0050 ％ 이하 및 Mg : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판에 냉간 압연 및 어닐링 처리를 실시함으로써 얻어지는 페라이트계 스테인리스 냉연 어닐링 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판의 제조 방법으로서,
강 슬래브에 열간 압연, 열연 강판 어닐링을 순차적으로 실시하고,
상기 열간 압연에 있어서의 코일 권취 온도를 450 ℃ 초과 600 ℃ 미만으로 하는 페라이트계 스테인리스 열연 어닐링 강판의 제조 방법.