KR102364524B1 - Fe-Cr 합금 및 그 제조 방법, 그리고 저항 발열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전기 저항률이 높고, 1000 ℃ 초과의 고온에서의 내산화성이 우수한, 저항 발열체로서 사용하기에 바람직한 Fe-Cr 합금을, 그 유리한 제조 방법 과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 Fe-Cr 합금은, Si 함유량 및 Al 함유량을 동시에 높인 성분 조성으로 하고, 또한, 그 성분 조성의 Si 함유량, Al 함유량 및 Cr 함유량에 대하여, 다음 식 (1) 의 관계를 만족시킨다. 또, 당해 Fe-Cr 합금은, Si 함유량이 1.5 질량％ 이하인 판재에, 열 CVD 법에 의해 침규 처리를 실시함으로써, Si 함유율을 1.5 질량％ 초과 10.0 질량％ 이하로 함으로써 제조된다. 14.0 ≤ ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Crㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)

Description

Fe-Cr 합금 및 그 제조 방법, 그리고 저항 발열체
본 발명은 전기 저항률 및 내산화성이 우수한 Fe-Cr 합금에 관한 것이다.
저항 발열체에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 줄열에 의해 물체를 가열하는 방법을 저항 가열이라고 한다. 이 방법은, 전기 에너지에서 열 에너지로의 변환 효율이 양호하고, 또 제어 장치도 간편하게 할 수 있기 때문에, 공업용 전기로나 전열 조리기 등의 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
이 저항 가열에 있어서 사용되는 저항 발열체는, Ni-Cr 합금이나 Fe-Cr 합금으로 대표되는 금속 발열체와, SiC 로 대표되는 비금속 발열체로 분류할 수 있다. 이 중에서, 금속 발열체는, 비금속 발열체에 비해 가공성이 우수하기 때문에, 박재 (箔材) 나 선재로 가공할 수 있다. 그 때문에, 금속 발열체는, 창유리나 마루 등의 얇은 부재나, 장갑 등의 굽힘 부하가 가해지는 부재에도 적용 가능하다.
이와 같은 금속 발열체로서, 예를 들어, JIS C 2520 에는, 전열용 합금선 및 전열용 합금띠로서 Ni-Cr 합금 3 종 (전열용 니켈크롬선 및 띠의 1 ∼ 3 종) 과, Fe-Cr 합금 2 종 (전열용 철크롬선 및 띠의 1 ∼ 2 종) 이 규정되어 있다. 여기에서, Ni-Cr 합금은, Cr : 15 ∼ 21 ％, Si : 0.75 ∼ 3 ％ 를 주요 첨가 원소로 하는 Ni 기 합금이고, Fe-Cr 합금은, Cr : 17 ∼ 26 ％, Al : 2 ∼ 6 ％, Si : 1.5 ％ 이하를 주요 첨가 원소로 하는 Fe 기 합금이다 (또한, 각 원소의 「％」는 질량％ 이고, 이하 동일하다).
또, 특허문헌 1 에는,
「질량％ 로, C : 0.080 ％ 이하, Si : 1.5 ∼ 5.0 ％, Mn : 5 ％ 이하, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.003 ％ 이하, Ni : 10 ∼ 15 ％, Cr : 15 ∼ 22 ％, Mo : 3 ％ 이하, Cu : 3.5 ％ 이하, N : 0.2 ％ 이하, O : 0.01 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 20 ∼ 600 ℃ 에서의 체적 저항률의 평균 온도 계수가 0.00100/℃ 이하, β(c)/β(A) 로 정의되는 체적 저항률의 냉간 가공률 의존성 지수가 0.970 이상 1.030 이하의 범위인 것을 특징으로 하는, 체적 저항률의 냉간 가공률 의존성이 작은 스테인리스박 또는 스테인리스선재. 여기에서 β(c) 는 박의 압연율 또는 선의 감면율이 50 ％ 인 가공재에 있어서의 200 ℃ 에서의 체적 저항률, β(A) 는 어닐링재의 200 ℃ 에서의 체적 저항률을 각각 나타낸다.」
가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2 에는,
「질량％ 로, C : 0.080 ％ 이하, Si : 1.5 ∼ 5.0 ％, Mn : 5 ％ 이하, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.003 ％ 이하, Ni : 10 ∼ 15 ％, Cr : 15 ∼ 22 ％, Mo : 3 ％ 이하, Cu : 3.5 ％ 이하, N : 0.2 ％ 이하, O : 0.01 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, Ni/Si 의 비율이 3 ∼ 7 의 범위이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 20 ∼ 600 ℃ 에서의 체적 저항률의 평균 온도 계수가 0.00100/℃ 이하, β(c)/β(A) 로 정의되는 체적 저항률의 냉간 가공률 의존성 지수가 0.970 이상 1.030 이하의 범위인 것을 특징으로 하는, 체적 저항률의 냉간 가공률 의존성이 작은 저항 발열체용 스테인리스박 또는 스테인리스선재. 여기에서 β(c) 는 박의 압연율 또는 선의 감면율이 50 ％ 인 가공재에 있어서의 200 ℃ 에서의 체적 저항률, β(A) 는 어닐링재의 200 ℃ 에서의 체적 저항률을 각각 나타낸다.」
가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2013-159837호 일본 공개특허공보 2016-094662호
그런데, 금속 발열체의 전기 저항률은, 일반적으로 비금속 발열체보다 낮다. 따라서, 필요한 발열량을 얻기 위해서는, 박재나 선재로 가공함으로써 금속 발열체의 단면적을 작게 하여, 길이를 벌 필요가 있다. 그러나, 발열체의 사용량 삭감이나 형상의 자유도를 향상시키는 관점에서, 보다 전기 저항률이 높은 금속 발열체가 요구되고 있는 것이 현 상황이다.
또, 금속 발열체에서는, 합금 중의 Cr 이나 Al 이 고온에서 보호성의 산화 피막을 형성함으로써 우수한 내산화성이 얻어진다. 그러나, 장기간의 사용에 의해 합금 중의 Cr 이나 Al 이 소비되어 이들 원소의 농도가 저하되면, 보호성의 산화 피막을 유지할 수 없게 되어, 이상 산화나 발열체의 파손 등을 초래한다.
특히, 자동차 등의 배기 가스 정화 장치 직전에 설치되고, 배기 가스를 승온시켜 촉매와의 반응을 촉진시키는 용도에 사용되는 발열체는, 최고 도달 온도가 1000 ℃ 를 초과하는 경우도 있어, 한층 더 우수한 내산화성이 요구된다.
여기에서, JIS C 2520 에 규정되어 있는 합금 중, Ni-Cr 합금의 전열용 니켈크롬선 및 띠의 2 종과 3 종은, 최고 사용 온도가 각각 1000 ℃ 와 800 ℃ 로, 최고 사용 온도가 1000 ℃ 를 초과하는 용도에서는 사용할 수 없다. 또, 전열용 니켈크롬선 및 띠의 1 종은, 최고 사용 온도가 1100 ℃ 이기는 하지만, Ni 함유량이 77 ％ 이상이기 때문에 매우 고가이다. 또한, 전기 저항률도, 체적 저항률로 101 ∼ 112 μΩㆍ㎝ (1.01 ∼ 1.12 μΩㆍm) 로, 충분하다고는 할 수 없다.
한편, Fe-Cr 합금은, Ni-Cr 합금과 비교하여 최고 사용 온도가 높아, 전열용 철크롬선 및 띠의 1 종은 1250 ℃, 2 종은 1100 ℃ 이다. 또, Fe-Cr 합금은, Ni-Cr 합금과 비교하여 전기 저항률도 높아, 체적 저항률로, 전열용 철크롬선 및 띠의 1 종이 142 μΩㆍ㎝ (1.42 μΩㆍm), 2 종이 123 μΩㆍ㎝ (1.23 μΩㆍm) 이다.
그러나, 이와 같은 전열용 철크롬선 및 띠의 1 종 및 2 종도 1000 ℃ 를 초과하는 고온에서 장시간 사용하면, 발열체의 산화 속도가 빨라 Al 이 조기에 소비된다. 이 현상은, 판두께가 얇은 박재나 직경이 가는 선재에서 특히 현저하며, 결과적으로, 수명의 대폭적인 단시간화를 초래한다. 또, 1000 ℃ 를 초과하는 고온에서는, 보호성의 산화 피막의 박리가 발생하기 쉬워, 발열체의 파손이나 단열 (斷裂) 을 초래하기 쉽다는 문제도 있다.
또, 특허문헌 1 및 2 에 기재된 합금은, Fe-Cr 합금이지만, 오스테나이트 안정화 원소인 Ni 를 10 ∼ 15 ％ 함유하기 때문에 오스테나이트 조직을 가지고 있어, 페라이트 조직을 갖는 Fe-Cr 합금보다 고온에서의 강도가 높다는 이점이 있다. 그러나, 오스테나이트 조직은 페라이트 조직보다 열팽창률이 높기 때문에, 가열시의 체적 팽창에 따라 큰 열응력이 발생한다. 특히, 최고 사용 온도가 1000 ℃ 를 초과하는 조건에서 가열과 냉각이 반복해서 실시되면, 열응력에 의한 변형이나 파단이 생기기 쉬워, 오히려 수명의 단시간화를 초래한다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로서, 전기 저항률이 높고, 내산화성, 특히 1000 ℃ 초과의 고온에서의 내산화성이 우수한, 저항 발열체로서 사용하기에 바람직한 Fe-Cr 합금을, 그 유리한 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 상기의 Fe-Cr 합금을 사용한 저항 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그래서, 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 여러 가지로 검토를 거듭하였다. 그 결과, 다음의 지견을 얻었다.
(1) Fe-Cr 합금에 있어서 우수한 전기 저항률과 고온에서의 내산화성을 양립시키려면, Si 함유량 및 Al 함유량을 동시에 높이는 것이 유효하다. 특히, Al 함유량이 2.0 ％ 를 초과하면, 고온 환경하에서는 표면에 Al2O3 의 보호 피막이 생성되어, 내산화성이 대폭 향상된다. 이와 같이, Si 함유량 및 Al 함유량을 동시에 높이면서, 또한 Cr 을 일정량 이상 함유시켜 이것들의 합계량을 소정량 이상으로 함으로써, 전기 저항률과, 고온에서의 내산화성의 양방을 향상시킬 수 있다.
(2) 그러나, Al 및 Si 는 인성을 저하시키는 원소로, 본 발명자들이, Cr 을 20 ％ 정도 함유시킨 Fe-Cr 합금을 사용하여, Si 함유량 및 Al 함유량을 변화시킨 재료를 제조한 결과, Si 함유량 및 Al 함유량이 많아짐에 따라, 열간 압연시나 냉간 압연시에 균열이 발생하기 쉬워져, 특히 판두께가 얇은 판재에 대한 가공이 곤란해진다는 문제가 발생하였다.
(3) 이 점을 해결하기 위해, 발명자들은 더욱 검토를 거듭하였다. 그 결과, 특히 판두께가 얇은 Fe-Cr 합금 판재의 Si 함유량 및 Al 함유량을 동시에 높이려면, Al 함유량을 높게 하는 한편, Si 함유량을 낮게 한 슬래브에 압연 가공을 실시하여 최종 판두께의 판재로 하고, 게다가, 이 판재에, 열 CVD 법에 의한 침규 처리를 실시하여, 최종 제품에서의 Si 함유량을 높이는 것이 유효한 것을 알아냈다. 이로써, Si 함유량 및 Al 함유량을 동시에 높인, 판두께가 얇은 Fe-Cr 합금이 얻어진다.
본 발명은, 상기의 지견에 기초하여, 더욱 검토를 가한 끝에 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 질량％ 로,
C : 0.020 ％ 이하,
Si : 1.5 ％ 초과 10.0 ％ 이하,
Mn : 1.0 ％ 이하,
P : 0.040 ％ 이하,
S : 0.010 ％ 이하,
Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％,
Al : 2.0 ∼ 6.5 ％,
N : 0.020 ％ 이하 및
Ni : 0.50 ％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가짐과 함께,
다음 식 (1) 의 관계를 만족하는, Fe-Cr 합금.
14.0 ≤ ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Crㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
여기에서, ％Si, ％Al 및 ％Cr 은, 상기 성분 조성에 있어서의 Si, Al 및 Cr 의 함유량 (질량％) 이다.
2. 상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％,
REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,
W : 0.01 ∼ 6.0 ％,
B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 1 에 기재된 Fe-Cr 합금.
3. 판두께가 200 ㎛ 이하인, 상기 1 또는 2 에 기재된 Fe-Cr 합금.
4. 질량％ 로,
C : 0.020 ％ 이하,
Si : 0.01 ∼ 1.5 ％,
Mn : 1.0 ％ 이하,
P : 0.040 ％ 이하,
S : 0.010 ％ 이하,
Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％,
Al : 2.0 ∼ 6.5 ％,
N : 0.020 ％ 이하 및
Ni : 0.50 ％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖는 슬래브에, 압연 가공을 실시하여 최종 판두께가 되는 판재로 하고,
그 판재에, 열 CVD 법에 의한 침규 처리를 실시함으로써, Si 함유량이 1.5 질량％ 초과 10.0 질량％ 이하이고, 또한, 다음 식 (1) 의 관계를 만족하는 Fe-Cr 합금을 얻는, Fe-Cr 합금의 제조 방법.
14.0 ≤ ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Crㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
여기에서, ％Si, ％Al 및 ％Cr 은, 상기 Fe-Cr 합금의 성분 조성에 있어서의 Si, Al 및 Cr 의 함유량 (질량％) 이다.
5. 상기 슬래브의 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％,
REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,
W : 0.01 ∼ 6.0 ％,
B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 4 에 기재된 Fe-Cr 합금의 제조 방법.
6. 상기 판재의 최종 판두께가 200 ㎛ 이하인, 상기 4 또는 5 에 기재된 Fe-Cr 합금의 제조 방법.
7. 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 Fe-Cr 합금으로 이루어지는, 저항 발열체.
본 발명에 의하면, 전기 저항률이 높고, 내산화성, 특히 1000 ℃ 초과의 고온에서의 내산화성이 우수한 Fe-Cr 합금을 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 Fe-Cr 합금은, 특히 고온에서의 내산화성이 우수하기 때문에, 자동차 등의 배기 가스 정화 장치 직전에 설치되는 배기 가스 승온 장치의 발열체나, 전기로나 전열 조리기의 발열체, 나아가서는, 촉매 담체, 스토브의 반사판, 연돌 부재 등으로서도 바람직하게 사용할 수 있다.
도 1 은, ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Cr 과 전기 저항률 (체적 저항률) 의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 Fe-Cr 합금의 성분 조성에 대하여 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히 「％」로 나타낸다.
C : 0.020 ％ 이하
C 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면, 열연 강판이나 냉연 강판의 인성이 저하되어 Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, C 함유량은 0.020 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 C 함유량의 저감은 정련 비용의 증가를 초래하기 때문에, C 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Si : 1.5 ％ 초과 10.0 ％ 이하
Si 는, Fe-Cr 합금의 전기 저항률을 높이는 기능이 있다. 전기 저항률의 향상의 효과를 충분히 얻기 위해서는, Si 함유량을 1.5 ％ 초과로 할 필요가 있다. 한편, Si 함유량이 10.0 ％ 를 초과하면, 취화가 현저해져 발열체의 형상으로 가공하는 것이 곤란해진다. 따라서, Si 함유량은 1.5 ％ 초과 10.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.7 ％ 이상, 보다 바람직하게는 2.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 6.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 4.0 ％ 이하이다.
Mn : 1.0 ％ 이하
Mn 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 강의 내산화성이 저하된다. 이 때문에, Mn 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.5 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.15 ％ 이하이다. 단, Mn 함유량을 0.01 ％ 미만으로 하려고 하면 정련이 곤란해지기 때문에, Mn 함유량은 0.01 ％ 이상이 바람직하다.
P : 0.040 ％ 이하
P 함유량이 0.040 ％ 를 초과하면, 강의 인성 및 연성이 저하되어 Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, P 함유량은 0.040 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.030 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 P 는 비용의 증가를 초래하기 때문에, P 함유량은 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S : 0.010 ％ 이하
S 함유량이 0.010 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되어 열연 강판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, S 함유량은 0.010 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.004 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 S 는 비용의 증가를 초래하기 때문에, S 함유량은 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％
Cr 은, 고온에서의 내산화성을 확보하는 데에 있어서 필요 불가결한 원소이다. 또, Al 및 Si 보다 효과는 작지만, 전기 저항률을 높이는 기능도 갖는다. 여기에서, Cr 함유량이 16.0 ％ 미만에서는, 고온에서의 내산화성을 충분히 확보할 수 없다. 한편, Cr 함유량이 30.0 ％ 를 초과하면, Fe-Cr 합금의 제조 과정에 있어서의 슬래브나 열연 강판의 인성이 저하되어, Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, Cr 함유량은 16.0 ∼ 30.0 ％ 로 한다. 바람직하게는 17.0 ％ 이상, 보다 바람직하게는 18.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 26.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 22.0 ％ 이하이다.
Al : 2.0 ∼ 6.5 ％
Al 은, 고온에서 Al2O3 을 주성분으로 하는 산화 피막 (이하, Al2O3 산화 피막이라고도 칭한다) 을 생성하여, 내산화성을 향상시키는 원소이다. 또, Al 은, 전기 저항률을 높이는 효과도 갖는다. 이러한 효과는, Al 함유량이 2.0 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, Al 함유량이 6.5 ％ 를 초과하면, 강의 인성의 저하로 인해, Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, Al 함유량은 2.0 ∼ 6.5 ％ 로 한다. 바람직하게는 4.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 6.0 ％ 이하이다.
N : 0.020 ％ 이하
N 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면, 인성이 저하되어 Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, N 함유량은 0.020 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 N 은 비용의 증가를 초래하기 때문에, N 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ni : 0.50 ％ 이하
Ni 는, 오스테나이트 조직을 안정화시키는 원소이다. 여기에서, Ni 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 고온에서 산화가 진행됨으로써 Al 이 고갈되어 Cr 이 산화되기 시작했을 때에, 오스테나이트 조직이 생성된다. 이로 인해, Cr-Fe 합금의 열팽창 계수가 변화하여, 결과적으로, 부재의 파단 등의 문제를 초래한다. 이 때문에, Ni 함유량은 0.50 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과잉으로 저감시키려고 하면 정련 비용이 증가하기 때문에, 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이상, 기본 성분에 대하여 설명했지만, 본 발명의 Fe-Cr 합금에서는, Si 함유량, Al 함유량 및 Cr 함유량이, 다음 식 (1) 의 관계를 만족할 필요가 있다.
14.0 ≤ ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Crㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
여기에서, ％Si, ％Al 및 ％Cr 은, 상기 Fe-Cr 합금의 성분 조성에 있어서의 Si, Al 및 Cr 의 함유량 (질량％) 이다.
즉, Fe-Cr 합금의 전기 저항률의 향상을 위해서는, Si 함유량 및 Al 함유량을 동시에 증가시키는 것이 유효하다. 또, Si 및 Al 만하지는 않지만, Cr 에도 Fe-Cr 합금의 전기 저항률을 향상시키는 효과가 있다. 이와 같이, Fe-Cr 합금의 전기 저항률은, Si 함유량, Al 함유량 및 Cr 함유량의 합계량에 따라 변화한다.
여기에서, 발명자들이 여러 가지 조건에서 Si, Al 및 Cr 함유량을 변화시킨 Fe-Cr 합금을 제조하고, 그 전기 저항률을 체적 저항률로 측정한 결과, 도 1 에 나타내는 바와 같이, Fe-Cr 합금의 체적 저항률은, ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Cr 과 거의 비례 관계가 되는 것을 알 수 있었다.
또, 동 도면으로부터, ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Cr 의 값을 14.0 이상으로 하면, JIS C 2520 에 규정된 전열용 철크롬선 및 띠의 1 종보다 우수한 체적 저항률 (142 μΩㆍ㎝ 초과) 이 얻어지는 것을 알 수 있다.
이 때문에, ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Cr 의 값은 14.0 이상으로 한다. 바람직하게는 14.5 이상, 보다 바람직하게는 15.0 이상이다. 또한, 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 18.0 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1 은, 후술하는 실시예에 있어서의 표 2 및 표 3 의 No.1 ∼ 10 및 No.12 ∼ 21 의 데이터를 플롯한 것이다.
또, 상기의 기본 성분에 더하여, 이하의 원소를 추가로 함유시킬 수 있다.
Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％
Ti 는, 강 중의 C 나 N 과 결합하여 인성을 향상시키는 효과나, 내산화성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, Ti 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, Ti 산화물이 Al2O3 피막 중에 다량으로 혼입되어, 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, Ti 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.
Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％
Zr 은, Al2O3 산화 피막의 밀착성을 개선함과 함께, 그 성장 속도를 저감시켜 내산화성을 향상시키는 효과가 있다. 이 때문에, Zr 은, 특히 우수한 내산화성이 필요한 경우에 첨가하는 것이 바람직하다. 또, Zr 은, C 및 N 을 고정시켜 인성을 향상시킨다. 이러한 효과는, Zr 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Zr 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, Fe 등과 금속 간 화합물을 형성하여, Fe-Cr 합금의 인성을 저하시킨다. 따라서, Zr 을 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.20 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％
Hf 는, Al2O3 산화 피막의 밀착성을 개선함과 함께, 그 성장 속도를 저감시켜 내산화성을 향상시키는 효과가 있다. 이 때문에, Hf 는, 특히 우수한 내산화성이 필요한 경우에 첨가하는 것이 바람직하다. 이 효과는, Hf 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Hf 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, Fe 등과 금속 간 화합물을 형성하여, 인성을 저하시킨다. 따라서, Hf 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.20 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
또한, Zr 과 Hf 를 동시에 함유시키는 경우, 인성 확보의 관점에서, 그 합계의 함유량을 0.20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
REM : 0.01 ∼ 0.20 ％
REM 이란, Sc, Y 및 란타노이드계 원소 (La, Ce, Pr, Nd, Sm 등 원자 번호 57 ∼ 71 까지의 원소) 를 말한다. REM 은, Al2O3 산화 피막의 밀착성을 개선하여, 산화가 반복해서 일어나는 환경하에 있어서, Al2O3 산화 피막의 내박리성을 향상시키는 효과가 있다. 이 때문에, REM 은, 특히 우수한 내산화성이 필요한 경우에 첨가하는 것이 바람직하다. 이 효과는, REM 함유량 (상기한 Sc, Y 및 란타노이드계 원소의 합계 함유량) 이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, REM 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되어 열연 강판의 제조가 곤란해진다. 따라서, REM 을 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.20 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
또한, REM 의 첨가에는, 비용 저감을 위해, 이것들이 분리 정제되어 있지 않은 금속 (미시메탈 등) 을 사용할 수도 있다.
Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％
Cu 는, 강 중에 석출되어 고온 강도를 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, Cu 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면, 강의 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Cu 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.10 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.03 ％ 이하이다.
Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％
Nb 는, 강 중의 C 나 N 과 결합하여 인성을 향상시키는 효과나, 내산화성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, Nb 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, Nb 산화물이 Al2O3 피막 중에 다량으로 혼입되어, 고온에서의 내산화성이 오히려 저하된다. 따라서, Nb 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.
V : 0.01 ∼ 0.50 ％
V 는, 강 중의 C 나 N 과 결합하여 인성을 향상시키는 효과나, 내산화성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, V 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, V 산화물이 Al2O3 피막 중에 다량으로 혼입되어, 고온에서의 내산화성이 오히려 저하된다. 따라서, V 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.
Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％
Mo 는, 고온에서의 강도를 증가시켜, Fe-Cr 합금을 발열체로서 사용할 때의 수명의 연장에 기여한다. 이 효과는, Mo 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, Mo 함유량이 6.0 ％ 를 초과하면, 가공성의 저하로 인해 Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 따라서, Mo 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 6.0 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하이다.
W : 0.01 ∼ 6.0 ％
W 는, 고온에서의 강도를 증가시켜, Fe-Cr 합금을 발열체로서 사용할 때의 수명의 연장에 기여한다. 이 효과는, W 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, W 함유량이 6.0 ％ 를 초과하면, 가공성의 저하로 인해 Fe-Cr 합금의 제조가 곤란해진다. 따라서, W 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 6.0 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하이다.
또한, Mo 와 W 를 동시에 함유시키는 경우, 가공성의 저하를 방지하기 위해 그 합계의 함유량을 6.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％
B 는, 강의 입계를 강화하여, 열간 압연 중의 균열을 방지하는 효과가 있다. 이 효과는, B 함유량이 0.0001 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, B 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 내산화성의 저하를 초래할 우려가 있다. 따라서, B를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.0001 ∼ 0.0050 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.0010 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.0040 ％ 이하이다.
Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％, Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
적당량의 Ca 혹은 Mg 는, Al2O3 산화 피막의 강에 대한 밀착성 향상과 성장 속도 저감에 의해 내산화성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과는, Ca 함유량이 0.0002 ％ 이상, Mg 함유량이 0.0002 ％ 이상에서 얻어진다. 보다 바람직하게는, Ca 함유량은 0.0005 ％ 이상, Mg 함유량은 0.0015 ％ 이상이다. 더욱 바람직하게는, Ca 함유량은 0.0010 ％ 이상이다. 그러나, 이들 원소를 과잉으로 첨가하면, 인성의 저하나 내산화성의 저하를 초래할 우려가 있다. 따라서, Ca 및 Mg 를 함유시키는 경우, Ca 함유량 및 Mg 함유량은 모두 0.0100 ％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.0050 ％ 이하이다.
상기 이외의 성분은, Fe 및 불가피적 불순물이다.
즉, 본 발명의 Fe-Cr 합금의 성분 조성은, 질량％ 로,
C : 0.020 ％ 이하, Si : 1.5 ％ 초과 10.0 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％, Al : 2.0 ∼ 6.5 ％, N : 0.020 ％ 이하 및 Ni : 0.50 ％ 이하를 함유하고,
필요에 따라, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％, Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％, REM : 0.01 ∼ 0.20 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％, W : 0.01 ∼ 6.0 ％, B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및 Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기에서 든 식 (1) 의 관계를 만족하는 것이다.
또, 본 발명의 Fe-Cr 합금의 판두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전열 조리기나 배기 가스 정화 장치 직전에 탑재되는 배기 가스 승온 장치 등의 발열체에 사용하는 경우, 단면적을 작게 하고, 또한 표면적을 크게 하기 위해, 200 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 하한에 대해서는, 강도를 확보하기 위해 20 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 Fe-Cr 합금의 적합 제조 방법에 대하여 설명한다.
즉, 질량％ 로,
C : 0.020 ％ 이하, Si : 0.01 ∼ 1.5 ％, Mn : 1.0 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％, Al : 2.0 ∼ 6.5 ％, N : 0.020 ％ 이하 및 Ni : 0.50 ％ 이하를 함유하고,
필요에 따라, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％, Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％, REM : 0.01 ∼ 0.20 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％, W : 0.01 ∼ 6.0 ％, B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및 Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖는 용강을,
전로, 전기로, 진공 용해로 등의 공지된 방법으로 용제하고, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴법에 의해 슬래브로 한다.
여기에서, 슬래브 (및 후술하는 침규 처리 소재가 되는 판재) 의 성분 조성에 대하여 설명한다.
Si : 0.01 ∼ 1.5 ％
슬래브 (및 침규 처리 소재가 되는 판재) 의 Si 함유량은 1.5 ％ 이하로 한다. 즉, 슬래브의 Si 함유량이 1.5 ％ 를 초과하면, 인성이 저하되어, 특히 판두께 : 200 ㎛ 이하의 판재 (박재) 를 제조할 때에는, 열간 압연시나 냉간 압연시에 파단이 생겨 제조가 곤란해진다. 따라서, 슬래브의 Si 함유량은 1.5 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.5 ％ 이하이다. 한편, 슬래브의 Si 함유량이 0.01 ％ 미만이 되면, 내산화성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다.
또한, 슬래브에 있어서의 Si 이외 원소의 성분 조성은, 전술한 Fe-Cr 합금의 성분 조성과 동일하게 하면 된다.
단, 후술하는 열 CVD 법에 의한 침규 처리에서는, 기본적으로 Fe 가 Si 로 치환되지만, Fe 이외의 원소, 예를 들어, Al 이나 Cr 도 염화물을 생성하여 Si 와 치환되어, 슬래브 시점에서의 함유량보다 감소되는 경우가 있다. 특히, Al 이나 Cr 은 내산화성의 향상에 특히 중요한 역할을 하기 때문에, 침규 처리 후의 Cr 함유량 및 Al 함유량이 전술한 Fe-Cr 합금의 성분 조성을 하회하지 않도록 주의할 필요가 있다. 이와 같은 관점에서, 슬래브 (및 침규 처리 소재가 되는 판재) 의 Cr 함유량은 18.0 ∼ 30.0 ％, Al 함유량은 3.0 ∼ 6.5 ％ 로 하는 것이 각각 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cr 함유량은 19.0 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는, Cr 함유량은 22.0 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Al 함유량은 4.5 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는, Al 함유량은 6.0 ％ 이하이다.
이어서, 이 슬래브에 압연 가공을 실시하여, 최종 판두께가 되는 판재로 한다. 압연 가공 방법은 특별히 한정되지 않아, 통상적인 방법에 따르면 된다. 예를 들어, 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 그 열연 강판에, 냉간 압연과 어닐링을 실시하여 최종 판두께가 되는 판재 (침규 처리 소재) 를 얻거나, 또는, 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 그 열연 강판에 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연하여 최종 판두께가 되는 판재 (침규 처리 소재) 를 얻거나 하는 방법을 들 수 있다.
또, 열간 압연, 열연판 어닐링, 냉간 압연 및 어닐링의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않아, 통상적인 방법에 따르면 된다. 예를 들어, 슬래브를 1100 ∼ 1250 ℃ 에서 1 ∼ 24 시간 가열한 후, 열간 압연에 의해 판두께 : 2.0 ∼ 6.0 ㎜ 정도의 열연 강판으로 하고, 그 후, 필요에 따라 산세나 기계 연마에 의해 탈스케일을 실시하고, 상기의 열연 강판에 냉간 압연 및 어닐링을 실시하여 최종 판두께가 되는 냉연판으로 한다.
또한, 원하는 최종 판두께의 판재로 하기 위해, 냉간 압연 및 어닐링 (냉연판 어닐링) 은 반복해서 실시해도 되지만, 제조 효율의 관점에서, 냉간 압연 및 어닐링의 횟수는 적은 편이 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 판재에는, 이른바 박재 (예를 들어 판두께 : 20 ∼ 200 ㎛) 도 포함하는 것으로 한다.
이렇게 하여 얻어진 최종 판두께가 되는 판재에, 열 CVD 법에 의한 침규 처리를 실시한다.
여기에서, 열 CVD 법에 의한 침규 처리는, 최종 판두께로 한 판재에 대해, 고온에서 SiCl4 가스를 분사하여 Si 함유량을 상승시키는 방법이며, 예를 들어, 일본 특허공보 평6-45881호에 기재되는 바와 같이, 규소강 (전기 강판) 의 제조 기술로서 이용되는 경우가 있다.
구체적으로는, 비산화성 분위기하의 열처리로에서 침규 처리 소재가 되는 판재를, 700 ℃ 이상 1400 ℃ 이하의 온도역으로 가열한다. 이어서, SiCl4 가스를 노 내에 도입한다. 그 결과, 침규 처리 소재가 되는 판재의 표면에서는,
SiCl4 ＋ 5Fe → Fe3Si ＋ 2FeCl2
의 반응에 의해 Fe3Si 가 생성되어, Si 농화상 (濃化相) 이 형성된다.
이 반응으로 소재인 Fe 가 Si 와 치환되어, 판재의 Si 함유량이 높아지는 것이다.
또한, 이 처리 후, 표층부에 농화되어 있는 Si 를 확산시켜 균질화하기 위해, 900 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역에서 1 분 이상 유지하는 열처리를 실시해도 된다.
이와 같이 하여, Si 함유량이 0.01 ∼ 1.5 ％, Al 함유량이 2.0 ∼ 6.5 ％ 인 침규 처리 소재가 되는 판재에, 열 CVD 법에 의한 침규 처리를 실시함으로써, Si 함유량 및 Al 함유량의 양방이 높은 Fe-Cr 합금을 안정적으로 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 침규 처리 후에 얻어지는 Fe-Cr 합금에 있어서의 Si 함유량 (침규 처리에 있어서의 Si 의 증가량) 은, 침규 처리의 처리 온도나 처리 시간 (20 ∼ 600 초의 범위에서 조정), 및/또는 SiCl4 가스 농도 (5 ∼ 40 체적％ 의 범위에서 조정, 잔부는 Ar 가스) 를 조정함으로써 제어할 수 있다.
실시예
50 ㎏ 소형 진공 용해로에 의해 용제한 표 1 에 나타내는 성분 조성이 되는 슬래브 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 를, 1200 ℃ 로 가열 후, 900 ∼ 1200 ℃ 의 온도역에서 열간 압연하여 판두께 : 3.0 ㎜ 의 열연 강판으로 하였다. 또한, 표 1 중의 강 기호 J 에서는, 열간 압연시에 균열이 발생하여 냉연 강판을 제작할 수 없었기 때문에, 침규 처리를 실시하지 못하고, 이후의 평가도 할 수 없었다. 이어서, 얻어진 열연 강판을, 대기 중, 900 ℃, 1 분간의 조건에서 열연판 어닐링하고, 산세로 표면 스케일을 제거한 후, 판두께 : 1.0 ㎜ 까지 냉간 압연하여, 냉연 강판으로 하였다. 또한, 표 1 중의 강 기호 K 에서는, 냉간 압연시에 균열이 발생하여 박재를 제작할 수 없었기 때문에, 침규 처리를 실시하지 못하고, 이후의 평가도 할 수 없었다. 이 냉연 강판을 대기 중, 900 ℃, 1 분간의 조건에서 냉연판 어닐링하고, 산세로 표면 스케일을 제거한 후, 추가로 냉간 압연을 실시하여, 판두께 : 40 ∼ 110 ㎛ 의 판재 (박재) 를 얻었다.
이어서, 얻어진 판재에 대해, 침규 처리를 실시하였다. 이 침규 처리는, 소형 배치식 가열로에서 실시하였다. 구체적으로는, 폭 : 50 ㎜, 길이 : 150 ㎜ 의 강편을 채취하고, Ar 분위기 중에서 950 ℃ ∼ 1100 ℃ 로 가열한 후, SiCl4 가스 농도가 15 체적％, 잔부가 Ar 가스가 되도록 이들 가스를 혼합하여, 가열로 내에 도입하였다. 처리 시간은, 25 초 ∼ 450 초로 하였다.
그 후, 추가로, 진공 중, 1150 ℃ 에서 30 분 유지한 후에 노냉 (爐冷) 하는 열처리를 실시하여, Fe-Cr 합금을 제작하였다.
이렇게 하여 얻어진 Fe-Cr 합금의 성분 조성을, Fe-Cr 합금의 일부로부터 절삭 분말을 채취하여, 습식 분석을 실시함으로써 측정하였다. 측정 결과를 표 2 에 병기한다. 또한, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
또, 이 Fe-Cr 합금을 사용하여, 이하의 요령으로, (1) 가공성, (2) 전기 저항률, 및 (3) 내산화성의 평가를 실시하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
(1) 가공성
가공성은, 얻어진 Fe-Cr 합금에, 자동차 등의 배기 가스 정화 장치에 사용되는 금속용 발열체에서 일반적으로 실시되는 물결 모양 형성 가공을 실시하여 평가하였다. 즉, 최대 굽힘 반경 : 0.5 ㎜, 물결 피치 : 2.0 ㎜, 물결 높이 : 2.0 ㎜ 의 기어상 롤 2 개 사이를 통과시킴으로써, 상기의 Fe-Cr 합금에 물결 모양 형성 가공을 실시하였다. 그리고, 파단이나 크랙이 발생하지 않고 가공할 수 있었을 경우를 ○ (양호), 파단이나 크랙이 발생한 경우를 × (불량) 로서 평가하였다.
(2) 전기 저항률
전기 저항률은, JIS K 7194 에 규정하는 4 탐침법을 참고로 측정하였다. 장치는 미츠비시 화학 주식회사 제조 : MCP-T600 을 사용하였다. 즉, 상기 Fe-Cr 합금으로부터 50 ㎜ × 80 ㎜ 의 시험편을 각 5 개 잘라내고, 각 시험편의 중심부 1 점에서 저항을 측정하여, 체적 저항률을 산출하였다. 그리고, 이들의 평균값을, 당해 Fe-Cr 합금의 체적 저항률로 하고, 이하의 기준으로 평가하였다.
◎ (합격, 특히 우수함) : 체적 저항률이 150 μΩㆍ㎝ 초과
○ (합격, 우수함) : 체적 저항률이 142 μΩㆍ㎝ 초과 150 μΩㆍ㎝ 이하
× (불합격, 불량) : 체적 저항률이 142 μΩㆍ㎝ 이하
(3) 내산화성
내산화성은, 고온의 대기 중에서 유지하는 산화 시험에 의해 평가하였다. 즉, 상기 Fe-Cr 합금으로부터 폭 : 20 ㎜ × 길이 : 30 ㎜ 의 시험편을 2 장 채취하고, 대기 분위기 중, 1100 ℃ 에서 400 시간 산화시키는 처리를 실시하여, 처리 전후에서의 산화 증량 (산화 처리 전후에서의 시험편의 질량 변화량을, 산화 처리 전의 시험편의 표면적으로 나눈 값) 을 측정하였다. 그리고, 각 시험편의 산화 증량의 평균값을, 당해 Fe-Cr 합금의 산화 증량으로 하여, 이하의 기준으로 평가하였다.
◎ (합격, 특히 우수함) : 산화 증량이 10.0 g/㎡ 이하
○ (합격, 우수함) : 산화 증량이 10.0 g/㎡ 초과 15.0 g/㎡ 이하
× (불합격, 불량) : 산화 증량이 15.0 g/㎡ 초과
Figure 112020078883358-pct00001
Figure 112020078883358-pct00002
Figure 112020078883358-pct00003
표 3 으로부터, 발명예에서는 모두 높은 가공성과 전기 저항률, 나아가서는 우수한 내산화성이 얻어지고 있음을 알 수 있다.
한편, 비교예에서는 모두 열간 압연시 혹은 냉간 압연시에 균열이 발생하여 시험편을 제작할 수 없거나, 또는, 가공성, 전기 저항률 및 내산화성 중 적어도 한 가지가 충분하다고는 할 수 없었다.
또한, No.11 에 대해서는, Si 함유량이 과잉이기 때문에 재료가 매우 물러, (2) 전기 저항률 및 (3) 내산화성의 평가에서 사용할 소정 형상의 시험편을 잘라낼 수 없었다. 이 때문에, No.11 에 대해서는, (2) 전기 저항률 및 (3) 내산화성의 평가는 실시하지 않았다.

Claims (7)

  1. 질량％ 로,
    C : 0.020 ％ 이하,
    Si : 1.5 ％ 초과 10.0 ％ 이하,
    Mn : 1.0 ％ 이하,
    P : 0.040 ％ 이하,
    S : 0.010 ％ 이하,
    Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％,
    Al : 2.0 ∼ 6.5 ％,
    N : 0.020 ％ 이하 및
    Ni : 0.50 ％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가짐과 함께,
    다음 식 (1) 의 관계를 만족하고,
    판두께가 200 ㎛ 이하인, Fe-Cr 합금.
    14.0 ≤ ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Crㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
    여기에서, ％Si, ％Al 및 ％Cr 은, 상기 성분 조성에 있어서의 Si, Al 및 Cr 의 함유량 (질량％) 이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
    Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％,
    Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％,
    REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,
    Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,
    Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,
    W : 0.01 ∼ 6.0 ％,
    B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
    Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
    Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
    중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, Fe-Cr 합금.
  3. 질량％ 로,
    C : 0.020 ％ 이하,
    Si : 0.01 ∼ 1.5 ％,
    Mn : 1.0 ％ 이하,
    P : 0.040 ％ 이하,
    S : 0.010 ％ 이하,
    Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％,
    Al : 2.0 ∼ 6.5 ％,
    N : 0.020 ％ 이하 및
    Ni : 0.50 ％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖는 슬래브에, 압연 가공을 실시하여 최종 판두께가 되는 판재로 하고, 그 판재의 최종 판두께가 200 ㎛ 이하이고,
    그 판재에, 열 CVD 법에 의한 침규 처리를 실시함으로써, Si 함유량이 1.5 질량％ 초과 10.0 질량％ 이하이고, 또한, 다음 식 (1) 의 관계를 만족하는 Fe-Cr 합금을 얻는, Fe-Cr 합금의 제조 방법.
    14.0 ≤ ％Si ＋ 1.15 × ％Al ＋ 0.35 × ％Crㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
    여기에서, ％Si, ％Al 및 ％Cr 은, 상기 Fe-Cr 합금의 성분 조성에 있어서의 Si, Al 및 Cr 의 함유량 (질량％) 이다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬래브의 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
    Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％,
    Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％,
    REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,
    Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,
    Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,
    W : 0.01 ∼ 6.0 ％,
    B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
    Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
    Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
    중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, Fe-Cr 합금의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 Fe-Cr 합금으로 이루어지는, 저항 발열체.
  6. 삭제
  7. 삭제
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