KR102003225B1 - 응축수 부식저항성이 우수한 알루미늄 도금 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 - Google Patents

응축수 부식저항성이 우수한 알루미늄 도금 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스 강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.035%이하, S: 0.01% 이하, 크롬(Cr): 11 내지 15%, Ti: 0.15 내지 0.5%, N: 0.013% 이하, Sb: 0.03 내지 0.5%, Cu: 0.05 내지 0.4%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 모재 및 스테인리스강 모재 상에 형성된 알루미늄 도금층을 포함하며, 스테인리스강 모재 및 알루미늄 도금층 사이의 계면에 Al17Fe32Mn0.8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon) 및 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)을 포함하는 도금 화합물을 포함한다.

Description

응축수 부식저항성이 우수한 알루미늄 도금 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법{ALUMINIUM PLATED FERRITIC STAINLESS STEEL WITH IMPROVED CORROSION RESISTANCE FOR WATER CONDENSATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스 강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
스테인리스강 중 특히 페라이트계 스테인리스 냉연제품은 열팽창율, 열피로 특성 등의 고온 특성이 우수하고 응력부식균열에 강하다. 이에 따라서, 페라이트계 스테인리스강은 자동차 배기계 부품, 가정용 기구, 구조물, 가전 제품, 엘리베이터 등에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 자동차 배기계 부재는 배기가스의 온도에 따라 고온부재(Hot part)와 저온부재(Cold part)로 구분되어 있다. 고온부재의 자동차 부품은 매니폴드(Exhaust manifold), 컨버터(Converter) 및 벨로우즈(Bellows) 등이 있고, 이들 부품의 사용온도는 주로 600 이상으로 고온강도, 고온열피로 및 고온염부식 특성 등이 우수해야 한다. 반면, 저온부재(Cold part)는 사용온도가 400 이내로 주로 자동차 배기가스의 소음을 저감하는 머플러(muffler) 등의 부재가 여기에 해당된다.
이러한 자동차 배기계 저온부재는 자동차 연료 중의 유황(S) 성분에 의하여 발생되는 응축수 부식특성, 겨울철 제설염 사용에 따른 외면발청 부식특성 등의 이유로 스테인리스(STS) 409, 409L, 439, 436L 또는 Al 도금 스테인리스 409 등의 강종이 사용되고 있으나, 고온으로 인한 변색으로 인해 알루미늄 도금 스테인리스강이 사용되고 있는 추세이다.
예를 들어, 스테인리스 강 중 가장 저렴한 STS 409L 강종은 크롬(Cr) 11 중량%에, 탄소(C), 질소(N)을 티타늄(Ti)으로 안정화하여 용접부의 예민화를 방지하고 가공성이 우수한 강종으로, 700℃ 이하의 온도에서 주로 사용하고 있다. 또한 자동차 배기계에서 발생하는 응축수 성분에 대하여도 다소의 부식저항성을 가지고 있기 때문에 가장 많이 사용되고 있는 강종이다.
최근 자동차 보급율이 급격하게 증가하고 있는 중국, 중남미, 인도 등의 국가의 경우, 가솔린 성분 중에 황(S) 함유량이 다른 선진국에 비하여 상당히 많이 함유되어 있는 실정이다. 예를 들어, 한국, 일본의 경우 가솔린 성분 중 황(S) 함유량을 10ppm 이하로 규정하고 있지만, 중국의 경우 500ppm 이하로 규정하고 있으며, 실제로는 지역에 따라 그 이상의 황(S) 성분을 함유하고 있다.
가솔린 성분 중 황(S) 성분은 자동차 배기가스의 응축수 성분 중의 황산이온(SO4 2-)으로 농축되어 pH 2 이하의 부식성이 강한 황산(H2SO4) 이 형성되어, 기존의 STS 409L 강종으로는 내식성을 확보할 수 없다. 이에 따라 점차적으로 STS 439, 436L 등과 같이 크롬(Cr) 성분을 17 중량% 이상 또는 몰리브덴(Mo)을 함유한 고크롬(Cr) 계통의 스테인리스 소재를 적용하고 있으나, 이러한 소재의 경우 자원 가격이 점점 상승하는 문제가 있어, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 고가의 원소를 첨가하지 않거나 또는 미량의 원소만을 첨가한 우수한 응축수 내식특성 및 우수한 표면외관을 갖는 스테인리스 소재의 개발이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스 강 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.035%이하, S: 0.01% 이하, 크롬(Cr): 11 내지 15%, Ti: 0.15 내지 0.5%, N: 0.013% 이하, Sb: 0.03 내지 0.5%, Cu: 0.05 내지 0.4%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 모재 및 상기 스테인리스강 모재 상에 형성된 알루미늄 도금층을 포함하며, 상기 스테인리스강 모재 및 상기 알루미늄 도금층 사이의 계면에 Al17Fe32Mn0 . 8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon) 및 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)을 포함하는 도금 화합물을 포함한다.
또한, 상기 Sb는 0.07 내지 0.15%일 수 있다.
또한, 상기 Cu는 0.07 내지 0.3%일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 도금층에 인접한 상기 스테인리스강 모재의 표면부에 Sb이 상기 스테인리스강 모재 전체에 비해 9배 이상 농화되어 있을 수 있다.
또한, 응축수 부식 특성 평가 시, 최대 공식 깊이가 0.3mm 이하일 수 있다.
또한, 5% 황산 분위기에서 임계전류밀도가 8mA 이하이고, 공식전위는 144mV 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.035%이하, S: 0.01% 이하, 크롬(Cr): 11 내지 15%, Ti: 0.15 내지 0.5%, N: 0.013% 이하, Sb: 0.03 내지 0.5%, Cu: 0.05 내지 0.4%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계, 상기 슬라브를 열간 압연하는 단계, 상기 열간 압연이 진행된 강판을 냉간 압연하는 단계 및 상기 냉간 압연이 진행된 강판에 대해 알루미늄 도금을 진행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 열간 압연은 1100 내지 1200℃의 온도 범위로 재가열하여 열간 압연하고, 900 내지 1100 ℃의 온도범위에서 열연 소둔하고, 상기 냉간 압연은 60% 이상의 압하율로 진행하고, 800 내지 900 ℃의 온도범위에서 냉연 소둔할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래 페라이트계 스테인리스 강 중 기존 크롬(Cr) 11~14중량%에 해당하는 스테인리스강에 통상의 규소(Si) 첨가 수준에서 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)을 0.05 중량% 이상 첨가하여 원가 상승 및 제조성의 저하를 초래하지 않고 응축수 부식저항성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강을 이용하여 자동차 배기계용 머플러와 같은 배기계 저온부재로 사용할 수 있으며, 연료에 황(S)을 다량 포함한 중국 등의 지역에서 제조 원가 상승 없이 우수한 내식성을 갖는 자동차 배기계용 부품을 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강과 미첨가한 스테인리스강의 자동차 배기계 응축수 부식용액에서의 최대 공식 깊이를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층 및 스테인리스강 모재와의 계면을 투과전자현미경(TEM) EDS(Energy-Dispersive Spectroscopy)로 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 모재를 투과전자현미경(TEM) EDS(Energy-Dispersive Spectroscopy)로 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층 및 스테인리스강 모재와의 계면을 X선 회절(XPD)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층을 박리한 후 스테인리스강을 X선 회절(XPD)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가하지 않은 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층 및 스테인리스강 모재와의 계면을 X선 회절(XPD)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 페라이트계 스테인리스강에 대해 설명한 후, 페라이트 스테인리스강의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명자들은 고순도 페라이트계 스테인리스강의 내식성에 미치는 미량원소 특히, Cu 및 Sb의 청가 효과에 대한 구체적인 연구를 통하여 이하의 지견을 얻을 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.01% 이하, Cr: 11 내지 15%, Ti: 0.15 내지 0.5%, N: 0.013% 이하, Sb: 0.05 내지 0.5%, Cu: 0.05 내지 0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 함금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C의 함량은 0.01% 이하이다.
또한, N의 함량은 0.013% 이하이다.
Ti(C, N) 탄질화물 형성 원소로 침입형으로 존재하는 탄소(C) 및 질소(N)은, 그 함량이 과다하면 Ti(C, N)의 탄질화물을 형성하지 않고, 고용으로 존재하게 된다. 이와 같이 고용으로 존재하는 C, N은 소재의 연신율 및 저온충격특성을 저하시키고, 용접 후 600℃ 이하에서 장시간 사용하는 경우 탄화크롬(C6Cr23)이 생성되어 입계 부식이 발생하는 바, 상한을 C의 경우에는 0.01%, N의 경우에는 0.013%로 한정할 수 있다.
또한, C와 N의 합(C+N)의 함량이 높아지면 Ti 함량을 높게 첨가하는 경우에 제강성 개재물 증가로 스켑(scab)과 같은 표면 결함이 많이 발생하게 되며, 연주 시 노즐 막힘 현상이 발생하고, 고용 C, N 증가에 의한 연신율 및 충격특성이 저하되는 바, (C+N)의 함량을 0.02% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Si의 함량은 0.1 내지 0.5%이다.
규소(Si)는 탈산제로 첨가되는 원소이며, 페라이트 상 형성 원소로 페라이트 상의 안정성을 높이고, 공식전위 및 내산화특성을 향상시키는 바, 0.1%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과도한 경우, 제강성 Si 개재물의 증가 및 표면 결함 등의 문제점이 발생할 수 있는 바, 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다.
Mn의 함량은 0.5% 이하이다.
망간(Mn)의 함량이 높아지면 황화망간(MnS)등의 석출물을 형성하여 내공식성을 저하시킨다. 그러나 Mn의 함량이 너무 적어지면, 정제 비용의 증가 등을 발생시키므로 망간(Mn)의 함량을 0.5% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
P의 함량은 0.035% 이하이다.
또한, S의 함량은 0.01% 이하이다.
인(P), 황(S)은 입계 편석 및 황화망간(MnS) 석출물 등을 형성하여 열간가공성을 저하시키므로 그 함량이 가능한 적을수록 바람직하다. 그러나, P, S의 과도한 저감은 정제 비용의 증가 등을 발생시키므로 P의 경우는 그 상한을 0.035%, S의 경우에는 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr의 함량은 11 내지 15%이다.
크롬(Cr)은 스테인리스강의 내식성 향상 원소 중 가장 많이 함유되어 기본이 되는 원소로, 응축수 분위기 내식성의 발현을 위해서는 11% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 내식성 등은 향상이 되나 강도가 높고 연신율, 충격성이 저하되고 미량원소(Cu, Sb) 첨가 효과가 없으며 제조원가가 상승하는 문제가 있는 바, 그 상한을 15%로 한정할 수 있다.
Ti의 함량은 0.15 내지 0.5%이다.
티타늄(Ti)은 탄소 및 질소를 고정하여 입계부식 발생을 방지하는 원소로, Ti/(C+N)의 비가 낮아지면 용접부 등에 입계부식이 발생하여 내식성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 따라 Ti은 0.15% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만 그 함량이 과다할 경우, 제강성 개재물이 증가하여 스캡(scab)과 같은 표면 결함이 발생하고, 연주 시 노즐 막힘 현상이 발생하는 바, 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다.
Sb의 함량은 0.03 내지 0.5%이다.
안티몬(Sb)은 공식 저항성 및 내황산부식성을 확보하기 위한 필수원소로, 0.03%를 첨가하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 Sb의 최소 함량을 0.05%로 한정할 수 있다. 다만 그 함량이 과다할 경우, 제조 공정 진행 상에서 문제가 생길 수 있는 바, 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다. 보다 바람직하게는 Sb의 함량을 0.07 내지 0.15%로 제어할 수 있다.
Cu의 함량은 0.05 내지 0.5%이다.
구리(Cu)는 응축수 부식저항성을 확보하기 위한 필수원소로, 공식 저항성 및 내황산부식성을 확보하기 위해 0.05% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만 그 함량이 과다할 경우, 원가 상승 및 제조 공정 진행 상에서 문제가 생길 수 있는 바, 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다. 보다 바람직하게는 Cu의 함량을 0.07 내지 0.3%로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 알루미늄(Al) 도금 페라이트계 스테인리스강일 수 있으며, 이는 스테인리스강 모재 및 상기 스테인리스강 모재 상에 형성된 알루미늄 도금층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 스테인리스강 모재 및 알루미늄 도금층 사이의 계면에 도금 화합물로서 Al17Fe32Mn0 . 8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon) 및 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 알루미늄 도금층에 인접한 스테인리스강의 모재의 표면부에 안티몬(Sb)이 스테인리스강 모재 전체에 비해 9배 이상 농화되어 있다. 안티몬(Sb)은 다른 원소들에 비하여 비교적으로 산소 친화력이 강하여 산화스케일이 형성되는 스테인리스강의 표면부에 농화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 표면부에 안티몬(Sb)이 농화된 영역을 가질 뿐만 아니라, 스테인스강 모재 및 알루미늄 도금층 사이의 계면에 Al17Fe32Mn0 . 8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon) 및 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)을 포함하여, 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)이 포함되지 않거나, 표면부에 농화되지 않은 페라이트계 스테인리스강에 비하여 목적하는 개선된 내응축수 부식성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강과 미첨가한 스테인리스강의 자동차 배기계 응축수 부식용액에서의 최대 공식 깊이를 도시한 그래프이다. 도 1의 실시예는 본 발명의 실시예에 따라 알루미늄 도금 페라이트계 스테인리스강에 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)을 첨가한 페라이트계 스테인리스강이며, 비교예는 기존의 알루미늄(Al) 도금 409L강을 대상으로 응축수 부식 특성 평가 후 최대 공식 깊이를 나타낸 것이다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 응축수 부식 특성 평가시, 최대 공식 깊이가 0.3mm 이하일 수 있다. 이와 달리 기존의 Al 도금 409L강은 약 0.47mm 초과의 최대 공식 깊이를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 페라이트계 스테인리스강으로 구성되는 강판을 제조하는 일반적인 방법에 의해 제조될 수 있다.
예를 들면, 상기의 조성을 가지는 용강을 AOD법 또는 VOD법으로 정련한다. 이어서, 용강을 통상의 방법으로 연주하여 슬라브를 제조한 후, 열간 압연, 열연 소둔, 산세, 냉간 압연, 마무리 소둔, 산세의 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
구체적으로, 전술한 조성을 만족하는 용강을 연속 주조하여 슬라브를 제조한 후, 열간 압연, 열연 소둔, 냉간 압연 및 냉연 소둔하는 공정을 거쳐 제조될 수 있으며, 이러한 제조 공정은 통상의 STS 409L 제조 공정일 수 있다.
열간압연은 슬라브를 1,100 내지 1,200℃의 온도 범위에서 재가열하여 수행할 수 있다. 본 발명에서 슬라브 재가열온도가 높을수록 열연조업 중 재결정에 유리하지만, 재가열온도가 너무 높으면 표면 결함이 다발하고, 슬라브 가열 온도가 낮으면 표면결함이 발생되기 때문에 슬라브 재가열온도는 1,100 내지 1,200℃로 한정할 수 있다.
열간압연된 강판은 900 내지 1,100℃의 온도범위에서 열연 소둔할 수 있다.
이어서 60% 이상의 압하율로 냉간압연을 수행할 수 있다. 냉간압하율이 낮아지면 표면결함 제거 및 표면특성 확보가 어렵고, 반면에 냉간압하율이 높아지면 r-bar값 상승으로 가공성 향상에는 유리하기 때문에 냉간압하율은 60% 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.
냉간압연된 강판은 800 내지 900℃의 온도범위에서 냉간 소둔할 수 있다. 이후, 냉연 강판에 알루미늄 도금 공정을 거쳐 Al 도금 페라이트계 스테인리스 강을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은 알루미늄(Al) 도금된 페라이트계 스테인리스 강을 300 내지 500℃의 온도에서 48시간 이내로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
하기 [표 1]의 개발강과 같이 조성된 페라이트계 스테인리스강을 50Kg 진공용해설비에서 용해하여 120mm 두께의 슬라브를 제조하였다. 제조된 슬라브를 1100 내지 1200℃의 온도 범위 내에서 열간압연하여 3.0mm 두께의 열연 강판을 제조하였다. 이후, 열연 강판을 소둔하여 산세 후에 냉간 압연하여 1.2mm 두께의 냉연 강판을 제조하여 마무리 소둔을 실시하고 산세 공정을 수행하여 알루미늄(Al) 도금을 실시하였다.
실시예 2
하기 [표 1]의 실시예 2의 조성을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예
하기 [표 1]의 비교예 1 내지 8의 조성을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
구분 C Si Mn P S Al Ni Cr Ti N Sb Cu
실시예 1 개
발
강		 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 11 0.200 0.0070 0.1 0.3
실시예 2 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 14 0.200 0.0070 0.1 0.3
비교예 1 비
교
강		 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 11 0.200 0.0070 0.1 0
비교예 2 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 11 0.200 0.0070 0 0
비교예 3 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 11 0.200 0.0070 0 0.3
비교예 4 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 11 0.200 0.0070 0.02 0.4
비교예 5 비
교
강		 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 14 0.200 0.0070 0.1 0
비교예 6 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 14 0.200 0.0070 0 0.3
비교예 7 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 14 0.200 0.0070 0 0
비교예 8 0.005 0.25 0.27 0.005 0.002 0.034 0.10 14 0.200 0.0070 0.02 0.38
내식성의 평가는 일본 규격인 JASO-B M611-92에 따라 응축수 부식성을 평가하였다. 즉, Cl- 농도: 100ppm, NO3 - 농도: 20pmm, SO3 2- 농도: 600pmm, SO4 2- 농도: 600pmm, CH3COO- 농도: 800pmm, pH: 8.0±0.2의 수용액에서 80℃에 24시간 유지를 5회 반복 후 250℃에서 24시간 유지를 1 사이클(cycle)로 하여, 총 4 사이클 반복 후 최대 공식 깊이를 측정하였다.
상기 실시예 및 비교예 1-3, 5-7에 따른 스테인리스강을 상기 방법에 따라 응축수 부식성을 평가한 후 최대 공식 깊이(mm)를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 11Cr 14Cr
실시예1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 2 비교예 5 비교예 6 비교예 7
최대공식깊이(mm) 0.292 0.427 0.471 0.372 0.272 0.362 0.326 0.378
또한, 실시예 및 비교예 페라이트 스테인리스강의 황산분위기에서의 최대전류밀도와 공식전위를 측정하여 하기의 [표 3]에 나타내었다.
5% H2SO4수용액, 온도조건 30℃에서 스테인리스강의 양극분극 특성을 측정하였다. 시험 후 내식성 평가는 활성화 영역에서의 최대 부식전류밀도로 평가하였다. 또한 Cl- 농도 1% 용액, 온도조건 30℃에서 공식 저항성을 측정하였다.
임계전류밀도
(mA/cm2)		 공식전위
(mV)
실시예 1 8 144
실시예 2 5 187
비교예 1 40 119
비교예 3 32 125
비교예 5 24 142
비교예 7 18 159
도 1은 본 발명의 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강과 미첨가한 스테인리스강의 자동차 배기계 응축수 부식용액에서의 최대 공식 깊이를 도시한 그래프이다.
도 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 응축수 부식 특성 평가(JASO-B M611-92) 시, 최대 공식 깊이가 크롬을 11% 포함하는 경우에는 0.292mm, 크롬을 14% 포함하는 경우에는 0.272 mm 이다. 이와 달리 기존의 알루미늄(Al) 도금 409L 강의 최대 공식 깊이는 각각 0.471mm, 0.378mm 이다.
이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)을 첨가한 알루미늄(Al) 도금된 페라이트계 스테인리스강의 경우, 응축수 부식저항성이 향상됨을 확인할 수 있다.
또한 표 3을 참조하면, 구리(Cu)와 안티몬(Sb) 함량를 모두 만족하는 실시예 1 및 2의 경우, 임계전류밀도는 8 mA/cm2와 5 mA/cm2로 낮게 측정되었다.
구리(Cu)를 첨가하지 않고 안티몬(Sb)만 첨가한 비교예 1 및 5의 경우, 임계전류밀도가 각각 40mA/cm2, 24mA/cm2로 높게 측정되었다.
크롬(Cr)의 함량이 11중량%로 낮고, 안티몬(Sb)을 첨가하지 않고 구리(Cu)만 첨가한 비교예 3의 경우, 임계전류밀도가 32mA/cm2로 높게 측정되었다.
표 3에서와 같이, 구리(Cu)와 안티몬(Sb)을 모두 첨가한 실시예들은 비교예들에 비하여 임계전류밀도가 감소하고, 공식전위가 증가하여 내황산부식성이 향상됨을 알 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 자동차 배기계 응축수 용액에서 임계부식 전류밀도는 8mA/cmr 이하이며, 공식전위는 144mV 이상일 수 있다.
도 2, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층과 스테인리스강 모재와의 계면 및 모재를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) EDS(Energy-Dispersive Spectroscopy)로 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
또한, 하기 [표 4]는 본 발명의 일 실시예에 따라 스테인리스강 모재 및 알루미늄 도금층에 인접한 스테인리스강 모재의 표면부 농화층에서의 주요 성분을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
Element (wt.%) 계면 모재
Fe 75.39 88.52
Cr 11.01 10.69
Al 10.12 0.07
Si 2.21 0.34
Sb 0.93 0.11
Cu 0.34 0.26
Total 100 100
[표 4]를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 알루미늄 도금층에 인접한 스테인리스강 모재의 표면부에 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)이 스테인리스강 모재 대비 1.5배, 9배 이상 농화되어 있음을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층 및 스테인리스강 모재와의 계면을 X선 회절(XPD)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참고하면, 스테인리스강 모재 및 알루미늄 도금층 사이의 계면에 도금 화합물로서 Al17Fe32Mn0 . 8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon), Al(Aluminum)을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가한 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층을 박리한 후 스테인리스강을 X선 회절(XPD)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 스테인리스강 모재 및 알루미늄 도금층 사이의 계면에 도금 화합물로서 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 구리(Cu) 및 안티몬(Sb)를 첨가하지 않은 스테인리스강의 알루미늄(Al) 도금층 및 스테인리스강 모재와의 계면을 X선 회절(XPD)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스테인리스강 모재 및 알루미늄(Al) 도금층 사이의 계면에 Al17Fe32Mn0 . 8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon) 및 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)이 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.035%이하, S: 0.01% 이하, 크롬(Cr): 11 내지 15%, Ti: 0.15 내지 0.5%, N: 0.013% 이하, Sb: 0.03 내지 0.5%, Cu: 0.05 내지 0.4%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 모재 및 상기 스테인리스강 모재 상에 형성된 알루미늄 도금층을 포함하는 페라이트계 스테인리스강에 있어서,
    상기 스테인리스강 모재 및 상기 알루미늄 도금층 사이의 계면에 Al17Fe32Mn0.8Si2(Aluminum Iron Manganese Silicon) 및 Cu3Ti3O(Copper Titanium Oxide)을 포함하는 도금 화합물을 포함하는 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    중량%로, 상기 Sb는 0.07 내지 0.15%인 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강.
  3. 제1항에 있어서,
    중량%로, 상기Cu는 0.07 내지 0.3%인 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 도금층에 인접한 상기 스테인리스강 모재의 표면부에 Sb이 상기 스테인리스강 모재 전체에 비해 9배 이상 농화되어 있는 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    응축수 부식 특성 평가시, 최대 공식 깊이가 0.3mm 이하인 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    5% 황산 분위기에서 임계전류밀도가 8mA 이하이고, 공식전위는 144mV 이상인 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강.
  7. 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.035%이하, S: 0.01% 이하, 크롬(Cr): 11 내지 15%, Ti: 0.15 내지 0.5%, N: 0.013% 이하, Sb: 0.03 내지 0.5%, Cu: 0.05 내지 0.4%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 열간 압연하는 단계;
    상기 열간 압연이 진행된 강판을 냉간 압연하는 단계; 및
    상기 냉간 압연이 진행된 강판에 대해 알루미늄 도금을 진행하는 단계;를 포함하는 응축수 부식저항성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강 의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열간 압연은 1100 내지 1200℃의 온도 범위로 재가열하여 열간 압연하고, 900 내지 1100 ℃의 온도범위에서 열연 소둔하고, 상기 냉간 압연은 60% 이상의 압하율로 진행하고, 800 내지 900 ℃의 온도범위에서 냉연 소둔하는 내황산부식성이 우수한 자동차 배기계용 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
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