KR102384703B1 - 흑색 페라이트계 스테인리스 강판 - Google Patents

흑색 페라이트계 스테인리스 강판 Download PDF

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토모아키 사이다
카즈나리 이마카와
사토시 스즈키
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닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
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Abstract

용접된 후에도 양호한 인성 및 내식성을 확보할 수 있는 동시에, 표면의 흑색도를 유지할 수 있는, 용접성에 우수한 흑색 스테인리스 강판을 제공한다. 본 발명은 질량%로, C : 0.020 % 이하, Si : 1.0 % 이하, Mn : 0.35 % 이하, P : 0.04 % 이하, S : 0.005 % 이하, Cr : 11 ~ 25 %, Mo : 1.0 % 이하, N : 0.020 % 이하, Al : 0.4 % 이하, Ti : 10 (C + N) ~ 0.3 %, Nb : 0.05 % 이하, O : 0.01 % 이하를 함유하는 스테인리스강을 소지로 하고, 상기 소지 위에 산화 피막이 형성된 표면을 가지고 있으며, 상기 표면은 명도 지수(L *)가 L * ≤ 45, 크로마네틱스 지수(a *, b *)가 -5 ≤ a * ≤ 5, -5 ≤ b * ≤ 5, 흑색도(E)가 E = (L *2 + a *2 + b *2)1/2 ≤ 45 의 범위에 있는, 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판이다.

Description

흑색 페라이트계 스테인리스 강판
본 발명은, 흑색의 균일한 색조를 구비한 의장성에 더해, 용접성에 우수한 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.
스테인리스강은 내식성, 의장성에 우수한 소재이고, 스테인리스 무구재(無垢材)를 가지는 광택이 있는 은백색의 표면을 활용하여 내장·외장재, 배기 가스 경로 부재 등에 사용되고 있다. 한편으로, 은백색 이외의 의장이 요구되는 경우는, 다양한 색조를 가지는 스테인리스강이 적용된다. 스테인리스강에 흑색 색조를 부여하는 수단으로는 화학 발색법, 도장법, 산화 처리법 등이 채용되고 있다.
산화 처리법은, 산화성 분위기에서 스테인리스강을 가열하여, 표면에 형성한 산화 피막에 의해 흑색 색조를 부여하는 것이다. 산화 처리법은, 스테인리스강의 제조 공정에서의 소둔(燒鈍) 처리를 이용할 수 있으므로, 공정 수를 추가할 필요가 없고, 화학 발색법 및 도장법에 비해 저렴하게 흑색 색조를 부여하는 것이 가능하다.
산화 처리법에 의한 스테인리스강의 흑색 처리는, 산화 피막의 조성 및 두께가 영향을 주기 때문에, 스테인리스강의 화학 성분 외에 분위기, 가열 온도, 가열 시간 등의 처리 조건을 선정할 필요가 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 0.1 ~ 1.5 질량%의 Ti를 함유시킨 스테인리스강을 대기 중에서 특정 온도 범위로 가열하는 것으로, 흑색 색조를 가지는 스테인리스강을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 특허 문헌 2에는, 흑색 색조 부여에 적합한 노점(露点)에 대해 기재되어 있다. 특허 문헌 3에는, 0.05 ~ 1.0 %의 Ti를 함유시킨 스테인리스강을 산소 농도 5 ~ 15 체적%의 분위기에서 가열하는 것으로, 밀착성이 좋은 흑색 피막을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 특허 문헌 4에는, 열연(열간 압연) 후에 # 150 이상의 연마 벨트로 마무리 연마한 후, 열연률 50 % 이상으로 냉간 압연하고 산화 처리를 실시하여, 균일한 흑색 피막을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 특허 문헌 5에는, 산화 피막 직하의 Cr 빈화층(貧化層)에서의 Cr 농도 및 산화 피막내층의 Al 농도를 규제하는 것으로, 내식성에 우수한 산화 피막을 형성하는 방법이 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공고 평성 4-33863 호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 평성 11-61376 호 공보 특허 문헌 3 : 특허 제 3198979 호 공보 특허 문헌 4 : 특허 제 3657356 호 공보 특허 문헌 5 : 특허 제 3770995 호 공보
자동차의 배기계 부재 등의 제품은 강판을 가공한 후에 용접되며, 소정 형상으로 성형되고, 그 후, 제품 표면에 도장 처리가 실시된다. 이 도장 처리는, 제조 비용의 증가로 이어진다. 또한, 배기계 부재와 같은 제품은 고온에 노출되기 때문에, 적정한 도료를 선택할 필요가 있다. 그래서 도장 처리를 생략하기 위해, 내식성과 의장성에 우수한 흑색 스테인리스 강판의 적용이 검토되고 있다. 그러나, 산화 처리법에 의해 흑색화된 흑색 스테인리스 강판은, 용접시에 표면의 산화 피막이 용접부에 말려들게 되어, 용접부의 인성(靭性)을 저하시키는 경우가 있다. 또한, 용접시의 가열이 흑색 스테인리스 강판의 흑색도나 내식성에 영향을 줄 가능성이 있다.
본 발명은, 산화 처리에 의해 흑색 색조가 부여된 흑색 스테인리스 강판이며, 용접된 후에도 양호한 인성 및 내식성을 확보할 수 있는 동시에, 표면의 흑색도를 유지할 수 있는, 용접성에 우수한 흑색 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 검토하고, 페라이트계 스테인리스강의 합금 성분 및 강판 표면의 산화 피막을 제어하는 것으로, 용접부의 인성 및 내식성을 양호하게 확보할 수 있는 동시에, 표면의 흑색도를 유지할 수 있다는 것을 발견, 본 발명에 이르렀다. 구체적으로, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
(1) 본 발명은 질량%로, C : 0.020 % 이하, Si : 1.0 % 이하, Mn : 0.35 % 이하, P : 0.04 % 이하, S : 0.005 % 이하, Cr : 11 ~ 25 %, Mo : 1.0 % 이하, N : 0.020 % 이하, Al : 0.4 % 이하, Ti : 10 (C + N) ~ 0.3 %, Nb : 0.05 % 이하, O : 0.01 % 이하를 함유하는 스테인리스강을 소지(素地)로 하고, 상기 소지 위에 산화 피막이 형성된 표면을 가지고 있으며, 상기 표면은, 명도 지수(L *)가 L * ≤ 45, 크로마네틱스 지수(a *, b *)가 -5 ≤ a * ≤ 5, -5 ≤ b * ≤ 5, 흑색도(E)가 E = (L *2 + a *2 + b *2)1/2 ≤ 45의 범위에 있는, 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판이다.
(2) 본 발명은 상기 스테인리스강이 질량 %로, Ni : 1.0 % 이하, Cu : 1.0 % 이하, V : 1.0 % 이하, B : 0.01 % 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, (1)에 기재된 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판이다.
(3) 본 발명은 상기 스테인리스강이 질량 %로, Ca : 0.01 % 이하, REM : 0.01 % 이하, Zr : 0.1 % 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, (1) 또는 (2)에 기재된 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판이다.
(4) 본 발명은, 평판부의 흑색도와 용접열 영향부의 흑색도의 흑색도 차가 10 이하이고, 또한, 평판부와 용접열 영향부의 공식(孔食) 전위차가 100 mV 이하인, (1) ~ (3)의 어느 하나에 기재된 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판이다.
(5) 본 발명은, (1) ~ (4)의 어느 하나에 기재된 흑색 페라이트계 스테인리스강을 포함하는 용접 구조체이다.
본 발명에 따라, 용접된 후에도 양호한 인성 및 내식성을 확보할 수 있는 동시에, 표면의 흑색도가 유지되고 양호한 내(耐)피막 박리성을 가지는, 용접성에 우수한 흑색 스테인리스 강판을 제공할 수 있다. 당해 흑색 스테인리스 강판을 프레스에 의한 성형 및 용접에 의한 가공에 적용할 수 있으므로, 배기계 부재 등의 제품에 널리 적용 가능하다. 또한, 용접 후에 있어서도 강판 표면에 흑색 색조가 유지되므로, 도장을 생략하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 발명은 이하의 설명에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 흑색 페라이트계 스테인리스 강판은, 구체적으로 이하의 성분을 함유한다. 또한, 이하에 기재하는 각 원소의 함유량을 나타내는 % 표시는, 특히 거절하지 않는 한, 질량%를 의미한다.
C는, 스테인리스강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이다. C 함유량을 저감하면, 탄화물의 생성이 적어져, 용접부의 내식성 및 예민화 특성을 향상시키기 때문에, 0.020 % 이하가 바람직하고, 0.015 % 이하가 보다 바람직하다. 한편, C 함유량을 저감시키는 정련 처리 시간이 길어지면, 제조 비용의 상승을 초래하기 때문에, C 함유량의 하한은 0.005 % 이상으로 함유해도 된다.
Si는, 내(耐)스케일 박리성 등의 내(耐)고온 산화성을 향상시키는 합금 성분이고, 0.05 % 이상을 함유해도 된다. 한편, Si를 과잉으로 함유시키면 강판의 연성이 저하되어, 가공성의 저하나 저온 인성의 저하를 초래한다. 그렇기 때문에, Si의 함유량은 1.0 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.7 % 이하이다.
Mn은, 내스케일 박리성 등의 내고온 산화성의 향상에 유효한 원소이고, 0.04 % 이상을 함유해도 된다. 한편, Mn을 과잉으로 함유시키면 가공성 및 용접성이 저하된다. 또한, Cr의 함유량이 적은 경우에는 Mn의 첨가에 의해 마르텐사이트 상(相)의 형성이 촉진되어, 용접부의 가공성을 저하시킬 가능성이 있다. 그렇기 때문에, Mn의 함유량은 0.35 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.30 % 이하이다.
P 및 S는, 스테인리스강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 용접부의 인성을 저하시키기 때문에, 가능한 한 함유량을 저감하는 것이 바람직하다. P 및 S의 함유량은 각각 0.04 % 이하, 0.005 % 이하로 하였다.
Cr은, 스테인리스강의 표면에 부동태 피막을 형성하는 주요한 합금 원소이고, 내(耐)공식성, 내(耐)간격 부식성 및 일반 내식성의 향상을 가져온다. 흑색 색조를 가지는 균일한 산화 피막을 형성하려면, 11 % 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 17 % 이상이다. 한편, Cr을 과잉으로 함유시키면 기계적 성질이나 인성의 저하를 초래하고, 나아가서는 비용을 증대시키는 요인이 된다. 그렇기 때문에, Cr 함유량은 25 % 이하가 바람직하다. 일반적인 사용에는 23 % 이하여도 된다.
Mo는, Cr과 마찬가지로, 내식성 수준을 향상시키기 위해 유효한 원소이다. 한편, Mo를 과잉으로 함유시키면 산화 처리시에 국소적으로 산화 피막이 형성되기 때문에, 균일한 흑색 피막의 형성을 저해한다. 또한, 용접열 영향부에서의 산화 피막의 형성이 진행되기 쉽고, 용접열 영향부의 색조와 평판부의 색조의 차이가 커지기 때문에, 외관이 손상된다. 그렇기 때문에, Mo 함유량은 1.0 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.60 % 이하이다.
N은, 불가피적 불순물이고, Ti와 결합하여 질화물을 형성한다. 후기하는 것과 같이, 흑색 피막의 형성에는 Ti를 필요로 하는 바, N 함유량이 많아지면 철 중의 고용(固溶) Ti 량이 감소하기 때문에, 흑색 피막의 형성이 저해된다. 또한, 형성된 질화물은 부식의 기점이 되기 쉽고, 내식성, 특히 내공식성을 저하시킨다. 또한, 용접부의 인성 저하를 초래한다. 그렇기 때문에, N 함유량은 0.020 % 이하로 하였다.
Al은, 페라이트계 스테인리스강 표면에 치밀한 보호성의 산화 피막을 형성하여 내산화성을 향상시키는 합금 성분이고, 0.04 % 이상을 함유할 수 있다. 한편, Al을 과잉으로 함유시키면 저온 인성이 저하되기 때문에, Al 함유량은 0.4 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 % 이하이다.
Ti는, C 및 N과 친화력이 강한 원소이기 때문에, 탄질화물을 형성하여 입계 부식을 억제할 수 있다. 또한, 산화 처리에 의해 Ti 및 Cr 산화물로 이루어진 흑색 피막을 형성한다. 그렇기 때문에, Ti는, C 및 N의 함유량(질량%)의 10 배 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Ti를 과잉으로 함유시키면 표면 품질이나 가공성이 저하된다. 또한, 산화 피막의 성장이 불균일하게 되어, 표면에 얼룩이 발생하기 쉽다. 그렇기 때문에 Ti의 함유량은 0.3 % 이하가 바람직하다.
Nb는, Ti와 마찬가지로, C 및 N과 친화력이 강한 원소이고, 탄질화물을 형성하여 입계 부식을 억제한다. 한편, Nb의 산화물은, Ti 및 Cr 산화물에 의한 흑색 피막의 형성을 저해하여 흑색도가 풍부한 균일한 산화 피막의 형성을 곤란하게 한다. 그렇기 때문에, Nb의 함유량은 0.05 % 이하인 것이 바람직하고, 0.02 % 이하가보다 바람직하다.
O는, 불가피적 불순물이고, 용접시에 Al 등과 산화물을 형성하여 인성을 저하시키기 때문에, 가능한 한 함유량을 저감하는 것이 바람직하다. 그렇기 때문에, O의 함유량은 0.01 % 이하로 하였다.
필요에 따라 Ni : 1.0 % 이하, Cu : 1.0 % 이하, V : 1.0 % 이하, B : 0.01 % 이하의 적어도 1 종 이상을 함유시키는 것이 바람직하다.
Ni는, 내식성의 향상 및 가공성의 저하를 방지하는 작용을 가지는 합금 성분이고, 0.05 % 이상을 함유해도 된다. 한편, Ni은, 오스테나이트 생성 원소이며, 함유량이 과다해지면 용접부의 상(相)발란스를 해칠 가능성이 있고, 또한 비용을 증대시키는 요인이 되기도 한다. 그렇기 때문에, Ni의 함유량은 1.0 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.7 % 이하이다.
Cu는, Mo와 마찬가지로, 내식성, 특히 내공식성을 향상시키는데 있어 중요한 원소이고, 0.01 % 이상을 함유해도 된다. 한편, Cu를 과다하게 첨가하면 강판이 경질화하여 가공성의 저하를 초래한다. 그렇기 때문에, Cu 함유량은 1.0 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.50 % 이하이다.
V는, 인성을 손상시키지 않고 고온 강도를 향상시키는 합금 성분이고, 0.01 % 이상을 함유해도 된다. 한편, V를 과잉으로 함유시키면 강판이 경질화하여 가공성의 저하를 초래한다. 그렇기 때문에, V 함유량은 1.0 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.50 % 이하이다.
B는, 저온 인성을 향상시키는 합금 성분이고, 0.0005 % 이상을 함유해도 된다. 한편, B를 과잉으로 함유시키면 연성이 저하되어 가공성의 저하를 초래한다. 그렇기 때문에, B 함유량은 0.01 % 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0050 % 이하이다.
또한, 필요에 따라 Ca, REM 또는 Zr을 첨가할 수 있다. Ca, REM 또는 Zr은 스테인리스강 중에 불가피적으로 포함되는 S 및 P에 대해 우선적으로 화합물을 형성하는 것으로, 용접부의 인성 저하를 억제하는 합금 성분이고, Ca 및 REM은 각각 0.001 % 이상, Zr은 0.01 % 이상을 함유할 수 있다. 한편, 이러한 원소를 과다하게 첨가하면 강판이 경질화하여 가공성의 저하를 초래하고, 또한, 제조시에 표면 흠이 생기기 쉬워져 제조성을 저하시킨다. 그렇기 때문에, Ca, REM 또는 Zr은, 적어도 1 종 이상을 Ca 및 REM은, 각각 0.01 % 이하, Zr은, 0.1 % 이하를 함유시키는 것이 바람직하다.
산화 처리에 의한 흑색 스테인리스 강판의 제조 방법은, 특허 문헌 1, 3 및 4에 기재된 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 스테인리스강 슬라브를 열간 압연하여, 얻어진 열연 코일을 소둔, 산세(酸洗)한 후에 # 150 이상의 연마 벨트로 표면에 마무리 연마를 실시한다. 다음으로, 냉연률 50 % 이상으로 냉간 압연한 후, 얻어진 냉연판을 산화성 분위기에 있어서 900 ℃ 이상에서 60초 이상 소둔하여, 흑색 스테인리스 강판을 얻을 수 있다. 또는, 열연 코일을 소둔, 산세한 후에 냉연, 소둔, 산세를 실시한 냉연 소둔판을 이용한 경우, # 150 이상의 연마 벨트로 표면에 마무리 연마를 실시한 후, 산화성 분위기에 있어서 900 ℃ 이상에서 60초 이상 소둔하는 것으로, 흑색 스테인리스 강판을 얻을 수 있다. 따라서, 마무리 연마 공정 없이도 흑색의 산화 피막 형성은 가능하지만, 균일한 산화 피막을 형성하기 위해 연마를 실시하는 것이 바람직하다. 흑색 스테인리스 강판은, 소정 형상으로 성형 가공된 후, 용접 접합된다. 용접 수단으로는, 일반적인 MIG 용접 및 TIG 용접이 사용된다.
(색조)
본 발명에 따른 흑색 스테인리스 강판은, 소지의 스테인리스강이 상술한 성분 조성을 가지는 것에 더해, 소지 위에 산화 피막이 형성된 표면 외관을 CIELAB (L * a * b * 표색계)에 의해 규정하였다. 시험재의 표면에 있어서, 밝기를 나타내는 명도 지수 L *, 색조를 나타내는 크로마네틱스 지수 a * b *, 흑색도 E = (L *2 + a *2 + b *2)1/2를 특정 범위로 하였다. 이러한 수치는, JIS Z 8722에 준거하는 색조 측정으로 얻을 수 있다. 강판의 평판부와, 용접부에서 5mm 떨어진 용접열 영향부에 있어서, 임의의 5 점으로 측정하여 평균된 수치를 얻었다. 본 발명에 따른 흑색 스테인리스 강판은, 그 표면이 L * ≤ 45, -5 ≤ a * ≤ 5, -5 ≤ b * ≤ 5 또한 E = (L *2 + a *2 + b *2)1/2 ≤ 45 의 범위를 가지고 있다. 또한, 상기 흑색도 E는, 일반적으로는 색차라 불리는 지표이고, 본 명세서에서는 "흑색도"라고 한다.
(흑색도 차)
본 명세서에서는, 평판부의 흑색도(E1)와, 용접열 영향부의 흑색도(E2)의 차이를 흑색도 차(ΔE)라 한다. 흑색 스테인리스 강판에 있어서, E1은, E2보다 큰 수치가 되는 것이 일반적이지만, 반대의 관계를 나타낸다 해도, "E1 - E2"의 절댓값에 따라 흑색도 차(ΔE)를 평가하면 된다. 본 발명에 따른 흑색 스테인리스 강판은, 용접 후의 흑색도 차(ΔE)가 10 이하인 특성을 가지고 있기 때문에, 평판부에 대한 용접열 영향부의 흑색도의 차가 작고, 용접 후에 있어서도 우수한 의장성을 확보할 수 있다. 흑색도 차(ΔE)는 5 이하이면, 더욱 바람직하다.
(공식 전위 차)
공식 전위(V'c)는, 공식이 발생하는지 여부의 기준이 되는 것이고, 공식 전위가 사용 환경의 전위(자연 전위)보다도 높으면, 공식의 발생이 억제된다. 본 명세서에서는, 평판부의 공식 전위(V'c1) 와 용접열 영향부의 공식 전위(V'c2)의 차이를 공식 전위 차(ΔV'c)라 한다. 흑색 스테인리스 강판에 있어서, V'c1는, V'c2보다도 큰 수치가 되는 것이 일반적이지만, 반대의 관계를 나타낸다 해도 "V'c1 - V'c2"의 절댓값에 따라 공식 전위 차(ΔV'c)를 평가하면 된다. 본 발명에 따른 흑색 스테인리스 강판은, 용접 후의 공식 전위 차(ΔV'c)가 100mV 이하인 특성을 가지고 있기 때문에, 평판부에 비해, 용접열 영향부에서의 내식성의 저하가 작고, 용접 후에 있어서도 우수한 내식성을 유지할 수 있다. 공식 전위 차(ΔV'c)는, 50mV 이하이면, 더욱 바람직하다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 실시예에 대해 설명한다. 본 발명은, 이하의 설명에 한정되는 것은 아니다.
표 1에 나타내는 화학 성분을 가지는 스테인리스강(실시예 1 ~ 8, 비교예 1 ~ 11)을 용제하고, 열간 압연에 의해 판 두께 3.0mm의 열연판을 제작하였다. 이 열연판에 1050 ℃에서 3 분간 소둔을 실시한 후, 드라이 호닝을 이용하여 표면의 산화 피막을 제거하였다. 그 후, 판 두께 1.0mm 까지 냉간 압연하고, 1030 ℃에서 1 분간의 마무리 소둔을 실시한 후, 120 번, 240 번 및 400 번의 건식 연마지를 순차 이용하여 수연마를 실시하여, 강판 표면의 산화 스케일을 제거하였다. 표 1의 철 조성은 질량%로 나타내고 있으며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이다.
그 후, 얻어진 실시예 1 ~ 8, 비교예 1 ~ 9의 강판의 표면을 흑색화하기 위해, 대기 분위기 하에서 1050 ℃, 3 분의 열처리에 의한 흑색 처리를 실시하여 시험재(A)로 하였다. 얻어진 2 장의 흑색 스테인리스 강판을 용접하여 시험재(B)를 제작하였다. 용접은, 심선에 Y310을 이용하여 MIG 용접을 실시하였다. 또한, 비교예 10, 11은, 흑색 처리를 실시하지 않고 시험재로 하였다. 이러한 시험재를 소정의 평가 시험에 제공하였다.
[표 1]
Figure 112019083571738-pct00001
(평판부 흑색도의 평가 시험)
시험재(A)에 의해, 평판부 흑색도를 평가하였다. 시험재(A) 표면에서의 임의의 5 점에 대해, 측정 지름 3mmφ 정도의 분광 측색계에 의한 CIELAB (L * a * b * 표색계)를 이용하여, 명도 지수 L *, 크로마네틱스 지수 a * b *를 측정하여 평균값을 얻었다. L *, a *, b *가 L * ≤ 45, -5 ≤ a * ≤ 5, -5 ≤ b * ≤ 5를 모두 만족할 때를 합격으로 하였다. 또한, L *, a *, b *에 따라 평판부의 흑색도 E1 = (L *2 + a *2 + b *2)1/2을 산출하고, E1 ≤ 45를 만족할 때, 합격으로 하였다. 또한, 흑색 색조의 정도를 육안으로 평가하였다. 색조에 있어서 불균일한 부분이 관찰되지 않았던 것을 합격(○), 불균일한 부분이 관찰된 것을 불합격(×)으로 평가하였다.
(용접부 흑색도의 평가 시험)
용접을 실시한 시험재(B)에 의해, 용접부 흑색도를 평가하였다. 시험재(B)에 있어서, 용접부에서 5mm 떨어진 용접열 영향부의 임의의 5 점에 대해, 분광 측색계에 의한 측정을 실시하여, 용접열 영향부의 흑색도(E2)를 얻었다. 전술한 측정으로 얻어진 평판부의 흑색도(E1)와의 흑색도 차(ΔE)를 산출하였다. 흑색도 차(ΔE)가 5 이하일 때를 양호(◎), 5 초과에서 10 이하일 때를 합격(○), 10 을 초과할 때를 불합격(×)으로 평가하였다.
(내식성의 평가 시험)
시험재(B)를 절삭 가공하여, 20mm × 15mm 크기의 내식성 시험편을 제작하였다. 평판부의 내식성 시험편은, 시험재(B)의 용접부에서 50mm 떨어진 곳에서 잘라냈다. 용접열 영향부의 내식성 시험편은, 당해 용접부가 시험편의 중앙이 되도록 잘라냈다. 시험편의 일단에 도선을 스팟용접하여 연결하고, 시험면 10mm × 10mm 이외를 실리콘 수지로 피복하였다. 용접열 영향부의 내식성 시험편은, 용접부가 노출 시험면의 중앙이 되도록 피복하였다. 시험액으로, 3.5 %의 NaCl 수용액을 사용하고, 30 ℃에서 Ar 탈기에 있어서 시험을 실시하였다. 상기 NaCl 수용액 중에 시험면을 완전히 담가 10 분간 방치를 한 후, 퍼텐쇼스탯(potentiostat)을 이용한 동(動)전위법에 의해 전위 주사(掃引) 속도 20mV / min로, 자연 전극 전위에서 애노드 전류 밀도가 500μA / cm 2에 도달할 때까지 전위를 측정하여, 애노드 분극 곡선을 얻었다. 공식 전위는, 애노드 분극 곡선에 있어서 100μA / cm 2에 대응하는 전위 중, 최귀한 값으로 하였다.
흑색 스테인리스 강판에서의 평판부의 공식 전위(V'c1), 용접열 영향부의 공식 전위(V'c2)를 각각 측정하여, 양자의 공식 전위 차(ΔV'c)를 얻었다. 공식 전위 차(ΔV'c)가, 50mV 이하일 때를 양호(◎), 100mV 이하일 때를 합격(○), 100mV 를 초과할 때를 불합격(×)으로 평가하였다.
(피막 밀착성의 평가 시험)
시험재(B)의 용접부가 중앙이 되도록 50mm × 50mm의 크기로 잘라내어 시험편을 제작하였다. 압축 시험기를 이용하여, 시험편의 용접부에 수직으로 R = 2mm에서 각도 90 °로 구부려, 용접부에서의 산화 피막의 박리의 유무를 육안으로 확인하였다. 박리가 없었던 것을 합격(○), 박리가 생긴 것을 불합격(×)으로 평가하였다.
(용접부의 인성의 평가 시험)
상기 피막 밀착성의 평가와 같은 시험편을 이용하고, 압축 시험기를 이용하여, 시험편의 용접부에 평행하게 R = 2mm에서 각도 90 °로 구부려, 용접부에서의 균열의 유무를 육안으로 확인하였다. 용접부에 균열이 없었던 것을 합격(○), 균열이 생긴 것을 불합격(×)으로 평가하였다.
상기 흑색도, 내식성, 피막 밀착성, 용접부 인성에 대한 평가 시험의 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure 112019083571738-pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위에 포함되는 실시예 1 ~ 8의 흑색 스테인리스 강판은, 평판부와 용접열 영향부에 있어서, 각각의 흑색도 및 내식성의 차가 작았다. 또한, 실시예 1 ~ 8은, 용접부에서의 피막 밀착성에 우수함과 동시에, 용접부의 인성이 양호한 것도 확인되었다.
반면, 비교예 1 ~ 9의 흑색 스테인리스 강판은, 본 발명의 성분 조성 범위 외이기 때문에, 흑색도, 내식성, 피막 밀착성 또는 용접부 인성의 어느 하나에서 실시예 1 ~ 8보다도 떨어졌다. 비교예 1은 S 함유량이 0.005 %를 초과하고 있으며, 또한, 비교예 2는 산소 함유량이 0.01 %를 초과하고 있기 때문에, 모두 용접부의 인성이 떨어졌다. 비교예 3은 Cr 함유량이 11 %보다 적기 때문에, 흑색의 산화 피막을 형성하지 않고, 흑색도가 본 발명의 범위 외이고, 또한 열 영향부의 내식성 및 피막 밀착성이 저하되었다. 비교예 4는 Ti 함유량이 C 및 N의 총합의 10 배보다 적기 때문에, 용접열 영향부의 내식성이 저하되었다. 비교예 5, 6은 Ti 함유량이 C 및 N의 총합의 10 배보다 적고, 또한 Nb 함유량이 0.05 %를 초과하고 있기 때문에, 흑색도가 본 발명의 범위 외이고, 또한 피막의 형성이 균일하지 않기 때문에, 불균일한 색조를 나타냈다. 비교예 7, 8은 Mo 함유량이 1.0 %를 초과하기 때문에, 용접시의 가열에 의해 용접열 영향부의 산화가 국소적으로 진행하여, 용접열 영향부의 색조와 평판부의 그것의 차이가 명료해졌다. 비교예 9는 N 함유량이 0.020 %를 초과하고 있기 때문에, 흑색의 산화 피막을 형성하지 않고, 흑색도가 본 발명의 범위 외이고, 또한 용접열 영향부의 내식성이 저하되었다.
비교예 10, 11은 본 발명의 범위 내의 성분 조성이지만, 흑색화의 산화 처리를 실시하지 않았던 참고예이다. 용접 후의 외관 및 내식성의 시험 결과에 따르면, 평판부와 용접열 영향부 사이에서 명료한 차이가 생겼다. 흑색 처리에 의해 형성된 산화 피막은, 스테인리스 강판에 흑색 표면을 부여하는 의장성에 더해, 용접 후에도 양호한 내식성을 확보할 수 있다는 점에서 기여하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 질량%로, C : 0.020 % 이하, Si : 1.0 % 이하, Mn : 0.35 % 이하, P : 0.04 % 이하, S : 0.005 % 이하, Cr : 17 ~ 25 %, Mo : 0.60 % 이하, N : 0.020 % 이하, Al : 0.4 % 이하, Ti : 10 (C + N) ~ 0.3 %, Nb : 0.05 % 이하, O : 0.01 % 이하를 함유하는 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 스테인리스강을 소지로 하고, 상기 소지 위에 산화 피막이 형성된 표면을 가지고 있으며,
    상기 표면은, 명도 지수(L *)가 L * ≤ 45, 크로마네틱스 지수(a *, b *)가 -5 ≤ a * ≤ 5, -5 ≤ b * ≤ 5, 흑색도(E)가 E = (L *2 + a *2 + b *2)1/2 ≤ 45의 범위에 있는, 것을 특징으로 하는 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테인리스강이, 질량 %로, Ni : 1.0 % 이하, Cu : 1.0 % 이하, V : 1.0 % 이하, B : 0.01 % 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 것을 특징으로 하는 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스테인리스강이, 질량 %로, Ca : 0.01 % 이하, REM : 0.01 % 이하, Zr : 0.1 % 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 것을 특징으로 하는 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    평판부의 흑색도와 용접열 영향부의 흑색도의 흑색도 차가 5 이하이고, 또한, 평판부와 용접열 영향부의 공식 전위차가 50 mV 이하인, 것을 특징으로 하는 용접성에 우수한 흑색 페라이트계 스테인리스 강판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항을 특징으로 하는 흑색 페라이트계 스테인리스강을 포함하는 용접 구조체.
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