KR101956709B1

KR101956709B1 - 페라이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR101956709B1
Application number: KR1020147032640A
Authority: KR
Inventors: 테츠유키 나카무라; 히로키 오타; 히로유키 오가타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2019-03-11
Also published as: EP2857538A1; KR20150002872A; US20150139851A1; JP5505570B1; EP2857538B1; EP2857538A4; TWI503424B; MY160980A; TW201410884A; CN104364404B; CN104364404A; ES2673216T3; JPWO2013179616A1; WO2013179616A1

Abstract

스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공한다. 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.040％ 이하, S: 0.030％ 이하, Cr: 16.0％ 이상 20.0％ 이하, N: 0.020％ 이하, Nb: 0.30％ 이상 0.80％ 이하, Ti: 4×(C％＋N％)％ 이상 0.50％ 이하, Al: 0.20％ 미만, Ni: 0.05％ 이상 0.40％ 이하, Co: 0.01％ 이상 0.30％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강이다. 또한, 상기 C％, 상기 N％는 각각 C, N의 함유량(질량％)을 나타낸다.

Description

페라이트계 스테인리스강{FERRITIC STAINLESS STEEL}

본 발명은, 스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

자동차의 배기계 부재 중에서, 특히 엔진에 직결되어 있는 이그조스트 매니폴드(exhaust manifold)는 최고 사용 온도가 800℃∼900℃에도 달하는 혹독한 환경에서 사용되고 있다. 그 때문에, 그 재료에는 우수한 열피로 특성이 요구되며, Nb를 첨가한 페라이트계 스테인리스강이 주로 이용되고 있다. 특히 최근에는, 환경 문제 대책으로서 연비 향상 및 배기 가스의 클린화가 지향되어, 이그조스트 매니폴드는 보다 고온에서 사용되도록 되고 있다. 그 때문에, 소재의 스테인리스강에 대하여 더 한층의 열피로 특성의 향상이 요망되고 있다.

페라이트계 스테인리스강에 첨가된 Nb는, 강 중에 고용(固溶)함으로써 고온 강도를 높여 열피로 특성을 향상시킨다. 그러나, Nb는 강 중의 C나 N과 결합하여 탄질화물이 되기 쉽고, 고용 Nb량이 감소하여 열피로 특성이 저하되는 경우가 있다. 이러한 대책으로서 단순하게 Nb 첨가량을 늘리면 강의 가공성이 저하되기 때문에, Nb보다 C나 N과 결합하기 쉬운 Ti를 복합 첨가하여, C나 N을 Ti 탄질화물로서 생성시킴으로써 Nb 탄질화물의 생성을 막는 일도 행해지고 있다. 이 Nb-Ti 복합 첨가강의 대표적인 것이 Type441 페라이트계 스테인리스강(18％Cr-0.5％Nb-0.2％Ti)(EN10088-2: EN1.4509)이며, 이 강은 자동차의 이그조스트 매니폴드에 널리 사용되고 있다.

그러나, Nb-Ti 복합 첨가 페라이트계 스테인리스강은, 고온으로의 가열과 냉각을 반복하는, 소위 반복 산화를 받으면, 스케일(산화 피막)의 박리가 일어나기 쉬운 문제가 있다. 이그조스트 매니폴드는 엔진의 기동·정지할 때마다 가열과 급냉의 반복을 받는 엄격한 반복 산화의 환경에서 사용되기 때문에, 스케일이 박리되면, 지철(地鐵)이 직접 고온의 배기 가스에 노출되어 산화가 진행되고, 판두께가 감소하여, 경우에 따라서는 구멍이 나거나 변형되어 버리는 경우가 있다. 또한, 스케일이 박리된 개소가 기점이 되어 균열이 발생하는 경우도 있다. 이 때문에, Nb-Ti 복합 첨가 페라이트계 스테인리스강에는, 스케일이 박리되지 않는 우수한 스케일 밀착성도 요구되고 있다.

Nb-Ti 복합 첨가 페라이트계 스테인리스강의 고온 강도나 열피로 특성을 향상시키는 방법으로서, 특허문헌 1 및 2에서는 Mo의 첨가가 개시되어 있다. 특허문헌 3∼5에서는 Mo, Cu, W의 첨가가 개시되어 있다. 스케일 밀착성을 개선하는 방법으로서, 특허문헌 3에서는 REM, Ca, Y, Zr의 첨가가 개시되어 있다. 특허문헌 5에서는 REM, Ca의 첨가가 개시되어 있다.

일본공개특허공보 평4-224657호 일본공개특허공보 평5-70897호 일본공개특허공보 2004-218013호 일본공개특허공보 2008-240143호 일본공개특허공보 2009-174040호

그러나, Mo나 W는 고가임과 함께, 강판의 표면 결함(소위 벗겨짐 등)을 늘릴 뿐만 아니라, 가공성을 저하시키는 결점을 갖고 있다. Cu는 상온에 있어서의 가공성을 크게 저하시킬 뿐만 아니라, 내산화성을 저하시켜 버리는 결점을 갖고 있다. 또한, REM, Ca, Y, Zr도 강판의 표면 결함을 증가시켜 버리는 결점이 있다.

본 발명은, 전술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 표면 성상을 손상시키는 일 없이, 스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, Nb-Ti 복합 첨가 페라이트계 스테인리스강의 스케일 밀착성에 관한 연구를 행하여, Ni를 적량 첨가함으로써 스케일 밀착성을 개선하여 스케일의 박리를 막을 수 있는 것을 발견했다.

또한, Nb-Ti 복합 첨가 페라이트계 스테인리스강의 열피로 특성에 관한 연구를 행하여, 특허문헌 1 혹은 2에서 용접부의 인성(靭性)을 향상시킨다고 개시되어 있는 Co에 대해서, Co를 적량 첨가함으로써 우수한 열피로 특성이 얻어지는 것을 추가로 발견했다. 이에 따라, 표면 성상을 손상시키는 일 없이, 스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이 얻어지게 된다.

본 발명은, 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.040％ 이하, S: 0.030％ 이하, Cr: 16.0％ 이상 20.0％ 이하, N: 0.020％ 이하, Nb: 0.30％ 이상 0.80％ 이하, Ti: 4×(C％＋N％)％ 이상 0.50％ 이하, Al: 0.20％ 미만, Ni: 0.05％ 이상 0.40％ 이하, Co: 0.01％ 이상 0.30％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강. 또한, 상기 C％, 상기 N％는 각각 C, N의 함유량(질량％)을 나타낸다.

[2] 질량％로, 추가로, Ca: 0.0005％ 이상 0.0030％ 이하, Mg: 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하, B: 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하 중으로부터 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[3] 질량％로, 추가로, Mo: 0.02％ 이상 0.10％ 미만, Cu: 0.01％ 이상 0.20％ 미만, V: 0.01％ 이상 0.50％ 미만 및 W: 0.02％ 이상 0.30％ 미만 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

본 발명에 의하면, 스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다. 또한, 표면 성상도 우수하다. 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수하기 때문에, 자동차의 배기계 부재에 적합하게 이용할 수 있다.

도 1은 열피로 시험편을 설명하는 도면이다.
도 2는 열피로 시험에 있어서의 온도 및 구속 조건을 설명하는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에 본 발명의 강의 성분 조성을 규정한 이유를 설명한다. 또한, 성분％는, 특별히 언급이 없는 한, 모두 질량％를 의미한다.

C: 0.020％ 이하

C는, 강의 강도를 높이는 데에 유효한 원소이며, 그 효과는 0.001％ 이상의 함유로 얻어지기 때문에, 0.001％ 이상이 바람직하다. 한편, 0.020％를 초과하여 함유하면, 스케일 박리가 일어나기 때문에, 0.020％ 이하로 한다. 또한, 가공성을 확보하는 관점에서는 적은 편이 바람직하고, 0.015％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.004％ 이상 0.008％ 이하의 범위이다.

Si: 1.0％ 이하

Si는, 내산화성 향상을 위해 유효한 원소이며, 그 효과는 0.01％ 이상의 첨가로 얻어지기 때문에, 0.01％ 이상이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 첨가하면 가공성이 저하되기 때문에, 1.0％ 이하로 한다. 또한, 바람직하게는 0.3％ 초과 0.6％ 이하의 범위이다.

Mn: 1.0％ 이하

Mn은, 강의 강도를 높이는 원소이며, 또한, 탈산제로서의 작용도 갖는다. 그 효과는 0.01％ 이상의 첨가로 얻어지기 때문에, 0.01％ 이상이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 첨가하면, 산화 증량을 현저하게 증가시켜 내산화성을 저하시켜 버리기 때문에, 1.0％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.2％ 이상 0.6％ 이하의 범위이다.

P: 0.040％ 이하

P는, 인성을 저하시키는 원소이며, 저감하는 것이 바람직하고, 0.040％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.035％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.030％ 이하이다.

S: 0.030％ 이하

S는, 성형성과 내식성을 저하시키기 때문에 적은 편이 바람직하고, 0.030％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.006％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.003％ 이하이다.

Cr: 16.0％ 이상 20.0％ 이하

Cr은, 내산화성을 향상시키기 위해 필요한 원소이며, 양호한 내산화성을 얻기 위해, 16.0％ 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 20.0％를 초과하여 첨가하면 강이 경질화하여 제조성이나 가공성이 저하되기 때문에 20.0％ 이하로 한다. 바람직하게는, 17.0％ 이상 19.0％ 이하의 범위이다.

N: 0.020％ 이하

N은, 강의 인성 및 성형성을 저하시키기 때문에 적은 편이 바람직하고, 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.015％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.012％ 이하이다.

Nb: 0.30％ 이상 0.80％ 이하

Nb는, 고용 강화에 의해 고온 강도를 현저하게 상승시켜 열피로 특성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그 효과는 0.30％ 이상의 첨가로 나타난다. 한편, 0.80％를 초과하는 과잉한 첨가는 강의 인성을 저하시킬 뿐만 아니라, 고온에 있어서 Laves상(Fe₂Nb)을 형성하여 오히려 고온 강도를 저하시키기 때문에 0.80％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.40％ 이상 0.60％ 이하의 범위이다.

Ti: 4×(C％＋N％)％ 이상 0.50％ 이하　C％, N％는 각각 C, N의 함유량(질량％)을 나타낸다.

Ti는, 우선적으로 C, N과 결합되어 탄질화물을 생성함으로써, Nb 탄질화물의 생성을 막음과 함께, 내식성, 성형성 및 용접부의 입계(粒界) 부식성을 향상시킨다. 이들 효과를 얻기 위해서는 4×(C％＋N％)％ 이상의 첨가가 필요하다. 이보다 적으면 C, N을 완전하게 Ti 탄질화물로서 생성시킬 수 없고, Nb 탄질화물이 형성되어 Nb 고용량이 감소하여 열피로 특성이 저하된다. 한편으로, 과잉한 첨가는 강의 인성이 저하되기 때문에, 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 5×(C％＋N％)％ 이상 0.30％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.10％ 이상 0.25％ 이하이다.

Al: 0.20％ 미만

Al은 탈산에 유효한 원소이며, 그 효과는 0.01％ 이상의 첨가로 얻어지기 때문에, 0.01％ 이상이 바람직하다. 한편, 강을 경질화시켜 가공성을 저하시키기 때문에, 0.20％ 미만으로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상 0.10％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.02％ 이상 0.06％ 이하이다.

Ni: 0.05％ 이상 0.40％ 이하

Ni는, 본 발명에 있어서 스케일 밀착성을 확보하기 위해 중요한 원소이며, 그를 위해서는 0.05％ 이상 첨가하는 것이 필요하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 강은 적량의 Co 첨가에 의해 열팽창 계수가 저감되고 있기 때문에, Co 무첨가 강 혹은 Co의 첨가량이 부족한 강에 비하여, 보다 소량의 Ni 첨가량으로 상기 효과가 얻어진다. 한편, Ni는 고가의 원소인 것에 더하여, 0.40％를 초과하여 첨가하면 고온에서 γ상을 생성하여 오히려 스케일 밀착성을 저하시킨다. 따라서, Ni 첨가량은, 0.05％ 이상 0.40％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.10％ 이상 0.30％ 이하의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 0.20％ 이상 0.30％ 이하의 범위이다.

Co: 0.01％ 이상 0.30％ 이하

Co는, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 열피로 특성을 향상시키는 데에 필요한 원소이며, 그러기 위해서는 적어도 0.01％ 이상의 첨가가 필요하다. Co는, 강의 열팽창 계수를 저감하여 승온시의 팽창량을 적게 하고, 승온 및 냉각시에 발생하는 변형량을 작게 함으로써 열피로 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 강의 열팽창 계수를 저감함으로써, 강과 스케일의 열팽창 계수의 차이가 작아져, 냉각시에 스케일이 박리되기 어려워진다. 그 때문에, 보다 소량의 Ni 첨가에 의해 스케일의 박리를 방지할 수 있는 효과가 있다. 한편, 0.10％를 초과하여 첨가하면, 산화 피막과 지철의 계면에 Co가 농화하여, 스케일 밀착성이 저하된다. 0.30％를 초과하여 첨가하면, 이 계면 농화의 부작용이 상기의 열팽창 계수 저감에 의한 스케일 박리 방지 효과를 없애, 냉각시에 스케일이 박리된다. 이 때문에, Co는 0.30％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.02％ 이상 0.10％ 이하의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 0.03％ 이상 0.10％ 이하의 범위이다.

본 발명은, 상기 필수 성분을 함유하고 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스케일 밀착성과 열피로 특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이다. 또한, 필요에 따라서, Ca, Mg 및 B 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, 혹은, Mo, Cu, V 및 W 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을, 하기의 범위에서 첨가할 수 있다.

Ca: 0.0005％ 이상 0.0030％ 이하

Ca는, 연속 주조시에 발생하기 쉬운 Ti계 개재물 석출에 의한 노즐의 폐색을 방지하는 데에 유효한 성분이다. 그 효과는 0.0005％ 이상의 첨가로 얻어진다. 한편, 표면 결함을 발생시키지 않고 양호한 표면 성상을 얻기 위해서는 0.0030％ 이하로 할 필요가 있다. 따라서, Ca를 첨가하는 경우는, 0.0005％ 이상 0.0030％ 이하의 범위로 한다. 보다 바람직하게는 0.0005％ 이상 0.0020％ 이하의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.0005％ 이상 0.0015％ 이하의 범위이다.

Mg: 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하

Mg는 슬래브의 등축정률(equiaxed crystal ratio)을 향상시켜, 가공성이나 인성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 또한, Nb나 Ti의 탄질화물의 조대화를 억제하는 데에 유효한 원소이다. Ti 탄질화물이 조대화하면, 취성 균열의 기점이 되기 때문에 인성이 저하된다. 또한, Nb 탄질화물이 조대화하면, Nb의 강 중의 고용량이 저하되기 때문에, 열피로 특성의 저하로 연결된다. 상기 효과는 0.0002％ 이상의 첨가로 얻어진다. 한편, Mg 첨가량이 0.0020％를 초과하면, 강의 표면 성상을 악화시켜 버린다. 따라서, Mg를 첨가하는 경우는, 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0002％ 이상 0.0015％ 이하의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.0004％ 이상 0.0010％ 이하의 범위이다.

B: 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하

B는, 가공성, 특히 2차 가공성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 그들 효과는 0.0002％ 이상의 첨가로 얻어진다. 한편, 0.0020％를 초과하여 첨가하면 강의 가공성, 인성이 저하되기 때문에, 0.0020％ 이하로 한다. 따라서, B를 첨가하는 경우는, 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0003％ 이상 0.0010％ 이하의 범위이다.

Mo: 0.02％ 이상 0.10％ 미만

Mo는, 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시켜 열피로 특성을 향상시키는 원소이며, 그 효과는 0.02％ 이상의 첨가로 얻어진다. 그러나, 고가의 원소임과 함께, 다량으로 첨가하면 표면 결함이 발생할 뿐만 아니라, 가공성이 저하된다. 양호한 표면 성상 및 양호한 가공성을 얻기 위해, 0.10％ 미만으로 할 필요가 있다. 따라서, 첨가하는 경우는, 0.02％ 이상 0.10％ 미만의 범위로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이상 0.10％ 미만의 범위이다.

Cu: 0.01％ 이상 0.20％ 미만

Cu는, ε-Cu로서 석출함으로써 강을 강화하여 열피로 특성을 향상시킨다. 또한, 그 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상 첨가하는 것이 필요하다. 한편, 0.20％ 이상 첨가하면 강이 경질화하여 가공성이 저하되기 때문에 양호한 가공성을 얻기 위해 0.20％ 미만으로 한다. 따라서, Cu를 첨가하는 경우는, 0.01％ 이상 0.20％ 미만의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상 0.10％ 미만의 범위이다.

V: 0.01％ 이상 0.50％ 미만

V는, 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. 그 효과는, 0.01％ 이상으로 얻어진다. 한편, 0.50％ 이상 첨가하면, 조대한 V(C, N)가 석출되어 인성이 저하된다. 따라서, V를 첨가하는 경우는, 0.01％ 이상 0.50％ 미만의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.02％ 이상 0.20％ 미만의 범위이다.

W: 0.02％ 이상 0.30％ 미만

W는, Mo와 동일하게, 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 그 효과는 0.02％ 이상 첨가함으로써 얻어진다. 그러나, 고가의 원소이며, 또한 다량으로 첨가하면 표면 결함이 발생할 뿐만 아니라, 가공성이 크게 저하된다. 양호한 표면 성상 및 양호한 가공성을 얻기 위해, 0.30％ 미만으로 한다. 따라서, W를 첨가하는 경우는, 0.02％ 이상 0.30％ 미만의 범위로 한다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 통상의 스테인리스강의 제조 방법을 이용할 수 있다. 상기 성분 조성으로 이루어지는 강을 전로(converter furnace), 전기로 등의 용해로에서 용제하고, 추가로 레이들(ladle) 정련, 진공 정련 등의 2차 정련을 거쳐, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편(슬래브)으로 하고, 열간 압연, 열연판 어닐링, 산세정을 행하여 열연 어닐링 산세정판으로 한다. 또한, 냉간 압연, 마무리 어닐링, 산세정 등의 각 공정을 거쳐 냉연 어닐링판으로 하는 방법이 추천된다. 일 예는 이하와 같다.

전로 혹은 전기로 등에서 용제하여, AOD법 혹은 VOD법에 의해 2차 정련을 행하고 상기 성분 조성의 용강을 용제하여, 연속 주조법에 의해 슬래브로 한다. 이 슬래브를 1000∼1250℃로 가열하여, 열간 압연에 의해 소망하는 판두께의 열연판으로 한다. 이 열연판을 900℃∼1100℃의 온도에서 연속 어닐링을 행한 후, 쇼트 블라스팅(shot blasting)과 산세정에 의해 탈(脫)스케일을 행하여 열연 어닐링 산세정판으로 한다. 이 열연 어닐링 산세정판을 그대로 이그조스트 매니폴드 등의 본 발명이 대상으로 하는 용도에 이용하는 것도 가능하지만, 추가로, 냉간 압연과 어닐링·산세정을 행하여 냉연 어닐링 산세정판으로 할 수도 있다. 이 냉간 압연 공정에서는, 필요에 따라서 중간 어닐링을 포함하는 2회 이상의 냉간 압연을 행해도 좋다. 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연으로 이루어지는 냉연 공정의 총압하율은 60％ 이상, 바람직하게는 70％ 이상으로 한다. 냉연판 어닐링 온도는, 900∼1150℃, 바람직하게는 950∼1100℃이다. 또한, 용도에 따라서는, 산세정 후에 경도(輕度)의 압연(스킨 패스 압연 등)을 더하여, 강판의 형상, 품질 조정을 행할 수도 있다. 또한, 수소를 포함하는 환원 분위기에서 어닐링하여 산세정을 생략한 BA 마무리로 할 수도 있다.

이와 같이 하여 제조하여 얻은 열연 어닐링판 제품 혹은 냉연 어닐링판 제품을 이용하고, 각각의 용도에 따른 굽힘 가공 등을 행하여, 자동차나 오토바이의 배기관, 촉매 외통재 및 화력 발전 플랜트의 배기 덕트 혹은 연료 전지 관련 부재로 성형된다. 이들 부재를 용접하기 위한 용접 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니고, TIG, MIG, MAG 등의 각종 아크 용접 방법이나, 스폿 용접, 시임 용접 등의 저항 용접 방법 및, 전봉 용접 방법 등의 고주파 저항 용접, 고주파 유도 용접이 적용 가능하다.

실시예

표 1 및 표 2에 나타내는 성분 조성을 갖는 No.1∼37의 강을 진공 용해로에서 용제·주조하여 30㎏ 강괴로 했다. 이어서, 1170℃로 가열 후, 열간 압연을 행하여 두께 35㎜×폭 150㎜의 시트바(sheet bar)로 했다. 이 시트바를 2분할했다. 그의 하나를 단조(forging)에 의해 단면(cross section)이 30㎜×30㎜인 각봉(square bar)으로 하고, 950∼1050℃의 범위 내에서 어닐링 후, 기계 가공하여, 도 1에 나타낸 열피로 시험편을 제작했다. 이 시험편을 이용하여, 후술의 열피로 시험을 행했다. 어닐링 온도에 대해서는 950∼1050℃의 온도 범위 내에서 조직을 확인하면서 성분마다 설정했다. 이후의 어닐링에 대해서도 동일하다.

상기 2분할한 다른 한쪽의 시트바를 이용하여, 1050℃로 가열 후, 열간 압연하여 판두께 5㎜의 열연판으로 했다. 그 후 900∼1050℃의 온도 범위에서 열연판 어닐링하고, 산세정하여 열연 어닐링판을 제작했다. 이 단계에서, 강판의 표면 성상을 육안으로 관찰했다. 이것을 냉간 압연에 의해 판두께를 2㎜로 하고, 900∼1050℃의 온도 범위 내에서 마무리 어닐링하여 냉연 어닐링판으로 했다. 이것을 하기의 반복 산화 시험에 제공했다.

＜반복 산화 시험＞

상기의 냉연 어닐링판으로부터 20㎜ 폭×30㎜ 길이의 치수로 잘라내고, 전체 6면을 ＃320 에머리지(emery paper)로 연마하여 시험에 제공했다. 산화 시험 조건은, 대기 중에 있어서, 1000℃에서 20min 보존유지와 100℃에서 1min 보존유지를 400사이클 반복했다. 가열 속도 및 냉각 속도는, 각각 5℃/sec, 1.5℃/sec로 행했다. 시험 후에 스케일의 박리의 유무를 육안 관찰하여 스케일 밀착성을 평가했다. 얻어진 결과를 표 1 및 표 2에 아울러 나타낸다.

＜열피로 시험＞

상기 열피로 시험용 시험편에 대해서, 100℃-900℃ 사이에서 가열·냉각을 반복함과 동시에, 도 2에 나타낸 바와 같은 구속률 0.6으로 변형을 반복 부여하고, 열피로 수명을 측정했다. 측정 방법은, 일본 재료학회 표준 고온 저사이클 시험법(JSMS-SD-7-03)에 준거했다. 우선, 각 사이클의 100℃에 있어서 검출된 하중을, 도 1에 나타낸 시험편 균열(均熱) 평행부의 단면적(50.3㎟)으로 나누어, 그 사이클의 응력으로 했다. 그 사이클에 있어서의 응력이 초기(거동이 안정되는 5사이클째)의 응력에 대하여 75％까지 저하된 사이클수를 열피로 수명으로 했다. 이 수명 사이클수로 열피로 특성을 평가했다. 얻어진 결과를 표 1 및 표 2에 아울러 나타낸다.

또한, 표 1 및 표 2에 있어서, 각 시험의 판정 기준은 이하와 같다.

(1) 스케일 밀착성: 반복 산화 시험 후의 시험편 표면에서 스케일이 박리된 면적이 5％ 미만인 것을 ○(합격), 5％ 이상을 ×(불합격), 이상(異常) 산화가 발생한 것을 ××(불합격)로 판정했다.

(2) 열피로 특성: 열피로 수명이 600사이클 이상인 것을 ◎(합격, 특히 우수함), 540사이클 이상 600사이클 미만을 ○(합격), 540사이클 미만을 ×(불합격)로 판정했다.

표 1 및 표 2로부터, 본 발명예인 No.1∼17 및 No.25∼37은, 모두, 스케일 밀착성 및 열피로 특성 모두 우수했다. 특히 Mo, Cu, V, W 중 어느 1종 이상을 포함하는 본 발명예 No.8∼17은 열피로 특성이 특히 우수했다. 또한, 본 발명예의 모든 열연 어닐링 산세정판의 표면 성상은, 표면 결함이 없어 양호했다.

한편 Cr이 14.5％로 본 발명 범위보다 낮은 비교예 No.18에서는, 이상 산화가 일어났다. C가 0.023％로 본 발명 범위보다 높은 비교예 No.19에서는, 스케일 박리가 일어나 스케일 밀착성이 불합격이었다. 비교예 No.20은 Type441 상당강이지만, Co가 0.01％ 미만으로 본 발명 범위보다 낮기 때문에, 열피로 특성이 불합격이며, 또한, Ni가 0.05％ 첨가되어 있음에도 불구하고 스케일 밀착성도 불합격이었다. Co가 0.01％ 미만으로 본 발명 범위보다 낮은 비교예 No.21은, 열피로 특성이 불합격이었다. Ni가 0.04％ 혹은 0.02％로 본 발명 범위보다 낮은 비교예 No.22 및 23, Ni가 0.45％로 본 발명 범위보다 높은 비교예 No.24는 스케일 밀착성이 불합격이었다.

이상으로부터, 본 발명 범위의 강이, 스케일 밀착성 및 열피로 특성이 우수한 것은 분명하다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 스케일 밀착성 및 열피로 특성이 우수하기 때문에, 이그조스트 매니폴드, 각종 배기 파이프, 컨버터 케이스나 머플러 등의 자동차 등의 배기계 부재용으로 적합하다. 또한, 화력 발전 시스템의 배기계 부재나 연료 전지용 부재로서도 적합하다.

Claims

질량％로, C: 0.001% 이상 0.020％ 이하, Si: 0.01% 이상 1.0％ 이하, Mn: 0.01% 이상 1.0％ 이하, P: 0.040％ 이하, S: 0.030％ 이하, Cr: 16.0％ 이상 20.0％ 이하, N: 0.020％ 이하, Nb: 0.30％ 이상 0.80％ 이하, Ti: 4×(C％＋N％)％ 이상 0.50％ 이하, Al: 0.01% 이상 0.20％ 미만, Ni: 0.05％ 이상 0.40％ 이하, Co: 0.01％ 이상 0.30％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강. 또한 상기 C％, 상기 N％는 각각 C, N의 함유량(질량％)을 나타낸다.
제1항에 있어서,
질량％로, 추가로, Ca: 0.0005％ 이상 0.0030％ 이하, Mg: 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하, B: 0.0002％ 이상 0.0020％ 이하 중으로부터 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
질량％로, 추가로, Mo: 0.02％ 이상 0.10％ 미만, Cu: 0.01％ 이상 0.20％ 미만, V: 0.01％ 이상 0.50％ 미만, W: 0.02％ 이상 0.30％ 미만 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.