KR101979717B1

KR101979717B1 - 요소 scr 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR101979717B1
Application number: KR1020177005681A
Authority: KR
Inventors: 준이치로 히라사와; 타카요시 야노; 신 이시카와; 치카라 가미
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2019-05-17
Also published as: EP3153599B1; ES2717547T3; US20180195157A1; EP3153599A1; TWI610889B; JP6086159B2; EP3153599A4; KR20170038048A; TW201615546A; WO2016035241A1; CN106661697A; JPWO2016035241A1

Abstract

요소 SCR 환경에서의 내식성이 우수하고, 요소 SCR 케이스체의 내구성을 향상시킨 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판을 제공한다. 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 0.01∼0.50％, Mn: 0.01∼0.50％, P: 0.040％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.20％, Cr: 20.5∼24.0％, Cu: 0.40∼0.80％, Ni: 0.05∼0.6％, N: 0.020％ 이하를 함유하고, Ti: 0.01∼0.40％, Nb: 0.01∼0.55％로부터 선택되는 1종 또는 2종을 추가로 함유하고, 잔부 Fe 및 그 외 불가피적 불순물로 이루어지고, Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N)(식 중의 Ti, Nb, C 및 N는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)을 만족하도록 한다.

Description

요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판{FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET FOR UREA SCR CASING}

본 발명은, 요소(尿素;urea) SCR 촉매 담체(catalyst carrier)의 케이스체(casing)에 이용하는 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.

요소 SCR(SCR: Selectiｖe　Catalytic　Reduction(선택적 촉매 환원))은, 요소수(aqueous urea)를 분해하여 만들어지는 암모니아(NH₃)에 의해, 촉매를 통하여 NOx을 질소(N₂)와 물(H₂O)로 환원하여 무해화하는 환경 기술이고, 주로 디젤 트럭차에 이용되고 있다.

이 요소수를 고온하에서 분해하여 NH₃를 생성하는 과정에서, 암모늄 카바메이트(NH₂COONH₄)라는 부식성이 강한 물질이 생성되는 것이 알려져 있다.

종래, 요소 SCR 촉매 담체에는 주로 세라믹이 이용되고 있고, 그 원통형의 세라믹제의 요소 SCR 촉매 담체는, 케이스체로서 페라이트계 스테인리스 강판으로 감겨져 보존유지(保持)되고 있다. 그 때문에, 그 페라이트계 스테인리스 강판의 내측(세라믹측)은, 암모늄 카바메이트에 의한 부식에 견디는 것이 요구되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 질산 침지 산 세정을 한 10.0∼20.0질량％의 Cr을 함유하는 페라이트계 스테인리스 강판을 요소 SCR 시스템 부품에 이용하는 것이 기재되어 있다.

일본공개특허공보 2012-112025호

그런데, 요소 SCR 시스템을 도입한 디젤 트럭차는, 도시의 단거리 수송에서, 원거리 수송까지 다양한 사용 방법이 있어, 배기 가스의 온도 및 배기 가스량에 의해, 부식성의 암모늄 카바메이트의 발생량이 상이하다고 추정된다. 그리고, 암모늄 카바메이트가 많이 발생하는 경우에는, 페라이트계 스테인리스 강판의 부식이 진행하기 쉽다고 생각된다.

이 점, 전술한 특허문헌 1의 페라이트계 스테인리스 강에서는, 경우에 따라 요소 SCR 케이스체의 암모늄 카바메이트에 대한 내식성이 부족하여 극심한 부식이 발생한다는 문제가 있어, 보다 내식성이 우수한 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판의 제공이 요구되고 있었다.

그래서, 본 발명은, 요소 SCR 환경하에서의 내식성이 우수한 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 요소 제조 플랜트용 재료의 평가에 이용되는 Huey시험에 의해 요소 환경하에서의 여러 가지의 합금 원소의 내식성에의 영향을 조사했다. 그 결과, 강판에 20.5질량％ 이상의 Cr과 0.40질량％ 이상의 Cu와 적당량의 Ti 혹은 Nb를 함유시킴으로써, 요소 SCR 케이스체에 사용하기에 적절한 우수한 내식성이 얻어지는 것을 발견했다.

그 요지는 다음과 같다.

[1]질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 0.01∼0.50％, Mn: 0.01∼0.50％, P: 0.040％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.20％, Cr: 20.5∼24.0％, Cu: 0.40∼0.80％, Ni: 0.05∼0.6％, N: 0.020％ 이하를 함유하고, Ti: 0.01∼0.40％, Nb: 0.01∼0.55％로부터 선택되는 1종 또는 2종을 추가로 함유하고, 잔부 Fe 및 그 외 불가피적 불순물로 이루어지고, Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N) … (1)

(식(1) 중의 Ti, Nb, C 및 N는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

을 만족하는 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판.

[2]추가로 질량％로, Mo: 0.01∼0.25％를 함유하는 상기 [1]에 기재된 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판.

[3]추가로 질량％로, V: 0.01∼0.20％, Zr: 0.01∼0.20％, Ca: 0.0002∼0.0020％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판.

본 발명의 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판은, 요소 SCR 환경하에서의 내식성이 우수하여, 요소 SCR 케이스체의 내구성을 향상시킬 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명에 따른 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판은, 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 0.01∼0.50％, Mn: 0.01∼0.50％, P: 0.040％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.20％, Cr: 20.5∼24.0％, Cu: 0.40∼0.80％, Ni: 0.05∼0.6％, N: 0.020％ 이하를 함유하고, Ti: 0.01∼0.40％, Nb: 0.01∼0.55％로부터 선택되는 1종 또는 2종을 추가로 함유하고, 잔부 Fe 및 그 외 불가피적 불순물로 이루어지고, Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N)(식 중의 Ti, Nb, C 및 N는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)을 만족하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판은, 암모늄 카바메이트에 대한 내식성이 우수하여, 요소 SCR 케이스체의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판(이하, 「본 발명의 강판」이라고 함)의 성분 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 강판 중의 각 성분의 「％」는, 특별히 설명이 없는 한, 「질량％」를 나타낸다.

[C: 0.020％ 이하]

C는, 강판의 가공성 및 인성(toughness)을 저하시키는 원소로서, C함유량이 0.020％를 초과하면, 그 악영향이 현저하게 되기 때문에, C함유량은 0.020％ 이하로 한정한다. 특히, 가공성 및 인성의 관점에서, C함유량은 0.017％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, C함유량은 0.012％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

[Si: 0.01∼0.50％]

Si는, 탈산제로서 필요한 원소이다. 그 효과는, Si를 0.01％ 이상 함유시킴으로써 얻을 수 있다. 그러나, 냉연판 어닐링시에 산화하여 표면에 SiO₂ 피막을 형성하여, 산 세정성을 저하시키는 것으로부터, Si함유량은 0.50％를 상한으로 한다. 산 세정성의 관점에서는, Si함유량은 0.20％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Mn: 0.01∼0.50％]

Mn은, 탈산제로서 필요한 원소이다. 그 효과는, Mn을 0.01％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 그러나, 과잉하게 첨가하면 강판의 가공성을 저하시키는 것으로 부터, Mn함유량은 0.50％ 이하로 한정한다. 강판의 가공성의 관점에서는, Mn함유량은 0.30％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한, 0.20％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

[P: 0.040％ 이하]

P는, 강판의 가공성 및 인성을 저하시키는 원소로서, 가능한 한 낮은 것이 바람직하고, P함유량은 0.040％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, P함유량은 0.030％ 이하이다.

[S: 0.010％ 이하]

S는, 인성을 저하시키는 원소로서, 가능한 한 낮은 것이 바람직하고, S함유량은 0.010％ 이하로 한다. 인성의 관점에서는, S함유량을 0.006％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Al: 0.01∼0.20％]

Al는 탈산제로서 유효한 원소이다. 그 효과는 Al를 0.01％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 그러나, Al를 과잉하게 함유하면, Al₂O₃ 개재물의 과도한 생성에 의해 소흔(scab flaws) 등이 발생하여 표면 품질이 저하하기 때문에, Al함유량은 0.20％ 이하로 한정한다. 표면 품질의 관점에서는, Al함유량은 0.05％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Cr: 20.5∼24.0％]

Cr은, 스테인리스 강판의 표면에 생성되는 부동태 피막을 강화시켜 부식의 발생을 억제하고, 본 발명의 특징인 요소 SCR 환경하에서의 암모늄 카바메이트에 대한 내식성의 향상에 유효한 원소 성분이다. 충분한 내식성을 얻기 위해서는, 20.5％ 이상의 Cr함유량이 필요하여, Cr함유량은 20.5％를 하한으로 한다. 더욱 바람직하게는, Cr함유량은 21.0％ 이상이다. 한편, Cr는, 강판의 인성을 저하시켜, 특히 24.0％를 초과하여 Cr를 함유하면 인성의 저하가 현저하게 되기 때문에, Cr함유량은 24.0％ 이하로 한정한다. 인성의 관점에서, Cr함유량은 22.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명자들은, 강판에 20.5％ 이상 24.0％ 이하의 Cr과, 후술하는 바와 같이 0.40％ 이상 0.80％ 이하의 Cu를 병용하여 함유시킴으로써, Cr이 부식의 발생을 억제하고, Cu가 부식의 진행을 억제하여, 그들의 상승효과에 의해, 강판이 암모늄 카바메이트에 대한 내식성에 우수한 것을 발견했다.

[Cu: 0.40∼0.80％]

Cu는, 부식에 의해 공식이 발생했을 경우에 공식의 확대((progress of pitting corrosion)부식의 진행)를 억제하는 작용이 있어, 요소 SCR 환경하에서의 암모늄 카바메이트에 대한 내식성 향상에 특히 유효한 원소 성분이다. 그 효과는, Cu를 0.40％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 한편, Cu를 0.80％를 초과하여 함유하면 인성을 저하시키기 때문에, Cu는 0.80％ 이하 함유시킨다. 인성의 관점에서는, Cu는 0.60％ 이하 함유시키는 것이 바람직하다.

[Ni: 0.05∼0.6％]

Ni은, 내식성 및 인성을 향상시키는 효과를 갖고, 그 효과는, Ni을 0.05％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 그러나, 원료 비용이 비싸기 때문에, Ni함유량은 0.6％ 이하로 한다.

[N: 0.020％ 이하]

N는, C와 동일하게 가공성 및 인성을 저하시키는 원소로서, N함유량이 0.020％를 초과하면 그 악영향이 현저하게 되기 때문에, 0.020％ 이하로 한정한다. 특히, 가공성 및 인성의 관점에서, N함유량은 0.015％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.012％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

[Ti: 0.01∼0.40％, Nb: 0.01∼0.55％로부터 선택되는 1종 또는 2종] 또한 [Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N)]

Ti 및 Nb는 탄질화물을 형성하여, Cr이 탄소 및 질소와 결합되어 내식성을 저하시키는 예민화현상을 억제한다. 그 효과는, Ti함유량 혹은 Nb함유량을 0.01％ 이상으로 하여,

Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N) … (1)

을 만족하도록 함으로써 얻어진다 (식 (1) 중의 Ti, Nb, C 및 N은, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄). 또한, 예민화 억제의 관점에서는, (1)식을 만족함과 함께, Ti함유량을 0.20％ 이상으로 하든지, Nb함유량을 0.30％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti, Nb를 과도하게 함유하여도, 예민화 억제 효과가 포화할 뿐만 아니라, 인성의 저하를 초래하기 때문에, Ti함유량은 0.40％ 이하, Nb함유량은 0.55％ 이하로 한다. 인성의 관점에서는 Ti함유량은 0.35％ 이하, Nb함유량은 0.45％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.

또한, 본 발명에 있어서는, Mo, V, Zr, Ca는 필수 성분은 아니지만, 이하의 목적에서, 또한, 이하의 범위에서 함유할 수 있다.

[Mo: 0.01∼0.25％]

Mo는 내식성의 향상에 유효한 원소로서, 그 효과는, Mo의 0.01％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, 0.25％를 초과하여 Mo을 함유시키면 인성을 저하시키는 일이 있기 때문에, Mo를 함유시키는 경우에는, Mo함유량은 0.01∼0.25％로 한다.

[V: 0.01∼0.20％]

V은 함유시킴으로써 가공성을 높게 하는 원소이다. 그 효과는, V을 0.01％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 그러나, 0.20％를 초과하여 V을 함유시키면 표면 결함이 발생하여, 표면 성상을 저하시키는 경우가 있기 때문에, V을 함유시키는 경우에는, V함유량은 0.01∼0.20％로 한다.

[Zr: 0.01∼0.20％]

Zr은 함유시킴으로써 가공성을 높게 하는 원소이다. 그 효과는, Zr을 0.01％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 그러나, 0.20％를 초과하여 Zr을 함유시키면 표면 결함이 발생하여, 표면 성상을 저하시키는 경우가 있기 때문에, Zr을 함유시키는 경우는, Zr함유량은 0.01∼0.20％로 한다.

[Ca: 0.0002∼0.0020％]

Ca은, 탈산 효과가 있어, 필요에 따라서 함유시킨다. 그 효과를 얻기 위해서는, Ca함유량은, 0.0002％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.0005％ 이상으로 한다. 그러나, 0.0020％를 초과하여 Ca을 함유하여도 탈산 효과가 포화할 뿐만이 아니고, Ca가 개재물이 되어, 소흔을 발생시켜 표면 성상을 저하시키는 경우가 있기 때문에, Ca를 함유하는 경우는, Ca함유량은, 0.0020％ 이하로 한다.

[제조 방법]

본 발명의 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법은, 용강의 단계에서 전술한 바와 같이 용강의 조성을 성분 조정하는 이외는, 특별히 한정되지 않고, 페라이트계 스테인리스 강판의 제조에 일반적으로 채용되고 있는 방법을 적용할 수 있다.

상기 제조 방법에 있어서의, 바람직한 제조 조건에 대해서 이하 설명한다.

강을 용제하는 제강 공정은, 전로(converter) 혹은 전기로(electric furnace) 등에서 용해한 강을 VOD법 등에 의해 2차 정련하고, 상기 필수 성분 및 필요에 따라서 첨가되는 성분을 함유하는 강으로　하는 것이 바람직하다. 용제한 용강(molten steel)은, 공지의 방법으로 강 소재(슬래브(slab))로 할 수 있지만, 생산성 및 품질면에서는, 연속 주조법에 의한 것이 바람직하다. 강 소재는, 그 후, 1000∼1250℃로 가열되어, 열간 압연에 의해 소망하는 판 두께의 열연판으로 된다. 물론, 판재 이외의 형상으로 열간 가공하여도 좋다. 이렇게 하여 얻어진 열연판은, 그 후 850∼1100℃의 온도로 연속 어닐링을 실시한 후, 산 세정 등에 의해 탈스케일 하여도 좋다. 또한, 어닐링 후의 냉각 속도는 특별히 제한은 하지 않지만, 가능한 한 단시간에 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 산 세정 전에 숏 블라스팅(shot blasting)에 의해 스케일을 제거해도 좋다.

또한, 상기 열연 어닐링판 또는 열연판을, 냉간 압연 등의 공정을 거쳐 냉연 제품으로 하여도 좋다. 이 경우의 냉간 압연은, 1회이여도 좋지만, 생산성이나 요구 품질상의 관점에서 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연으로 하여도 좋다. 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연 공정의 총 압하율은 60％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70％ 이상이다. 냉간 압연한 강판은, 그 후, 바람직하게는 850∼1150℃, 더욱 바람직하게는 900∼1100℃의 온도로 연속 어닐링(마무리 어닐링)하고, 산 세정하여, 냉연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 여기에서도, 어닐링 후의 냉각 속도는 특별히 제한은 하지 않지만, 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다. 추가로 용도에 따라서는, 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연(skin pass rolling) 등을 실시하고, 강판의 형상이나 표면 조도, 재질 조정을 행하여도 좋다.

실시예 1

이하 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다. 실시예로서, 이하의 방법으로 공시재로 되는 냉연판을 얻었다.

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 50kg 강괴(ingot)를 진공 용해로에서 용제하고, 1200℃로 가열 후 리버스 압연기(reverse rolling mill)에 의한 열간 압연에 의해 두께 3㎜의 열연판으로 하고, 930∼1100℃에서 어닐링한 후, 산 세정으로 탈스케일하여 열연 산 세정판으로 했다. 다음으로 그 열연 산 세정판을, 리버스 압연기에 의한 냉간 압연에 의해 판두께 1.0㎜로 하고, 880∼970℃에서의 마무리 어닐링을 행한 후, 60℃의 혼산(질산 10질량％＋불산 3질량％)에 침지하여 탈스케일하여, 냉연판을 얻었다.

요소 SCR 환경에서의 내식성을 조사하기 위해서, 상기의 냉연판인 공시재에 대해 JIS G 0573(스테인리스강의 65％ 질산 부식 시험 방법)에 준거한 시험을 행하여, 48시간의 부식 속도(g/㎡/h)를 구했다. 부식 속도가 0.35g/㎡/h 이하인 것을 합격으로 판정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명예는 요소 SCR 부식 시험에 모두 합격하여, 우수한 내식성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 한편, Cu함유량이 본 발명의 성분 범위보다 적은 No.13, Cr함유량이 본 발명의 성분 범위보다 적은 No.14, Ti 혹은 Nb함유량이 본 발명의 식 (1)로 나타내는 「Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N)」를 만족하지 않는 No.15 및 No.16은, 요소 SCR 부식 시험에서 불합격이었다. 이와 같이, 본 발명 강이 요소 SCR 환경에서의 내식성이 우수한 것을 알았다.

산업상의 이용 가능성

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 강판은, 요소 SCR 환경에서의 내식성이 우수하기 때문에, 요소 SCR 촉매 담체를 보존유지하는 케이스체 재료로서 적합하다.

Claims

질량％로,
C: 0.020％ 이하,
Si: 0.01∼0.50％,
Mn: 0.01∼0.50％,
P: 0.040％ 이하,
S: 0.010％ 이하,
Al: 0.01∼0.20％,
Cr: 20.5∼24.0％,
Cu: 0.40∼0.80％,
Ni: 0.05∼0.6％,
N: 0.020％ 이하,
를 함유하고,
Ti: 0.20∼0.40％을 추가로 함유하고,
잔부 Fe 및 그 외 불가피적 불순물로 이루어지고,
Ti＋Nb×48/93≥8×(C＋N) … (1)
(식 (1) 중의 Ti, Nb, C 및 N는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)
을 만족하고,
JIS G 0573에 준거한 시험에서 48시간의 부식 속도가 0.35g/㎡/h 이하인 요소 SCR 환경하에서의 내식성이 우수한 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항에 있어서,
추가로 질량％로, Mo: 0.01∼0.25％를 함유하는 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가로 질량％로,
V: 0.01∼0.20％,
Zr: 0.01∼0.20％,
Ca: 0.0002∼0.0020％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 요소 SCR 케이스체용 페라이트계 스테인리스 강판.