KR102389026B1

KR102389026B1 - 페라이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR102389026B1
Application number: KR1020207023389A
Authority: KR
Inventors: 타카요시 야노; 마나미 이치카와; 테츠유키 나카무라; 쿠니오 후쿠다; 신 이시카와; 레이코 스기하라; 카츠히사 야마우치; 히데야 마츠모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-04-20
Also published as: CN111727268B; MX2020008492A; JP6547927B1; KR20200105932A; CN111727268A; JPWO2019159606A1

Abstract

양호한 내식성을 가짐과 함께, Ni 함유 납재를 이용한 고온에서의 경납땜을 행하는 경우에 양호한 경납땜성을 나타내는 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것이다. 질량％로, C: 0.003∼0.020％, Si: 0.05∼0.60％, Mn: 0.05∼0.30％, P: 0.040％ 이하, S: 0.020％ 이하, Cr: 17.0∼22.0％, Ni: 0.20∼0.80％, Cu: 0.30∼0.80％, Mo: 0.01∼0.10％, Al: 0.001∼0.015％, Nb: 0.25∼0.60％, N: 0.020％ 이하를 함유하고, 이하의 식 (1)을 충족함과 함께, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖도록 한다. 4Ni－(Si＋Mn)≥0.00％ …(1)(식 (1) 중의 Ni, Si, Mn은, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

Description

페라이트계 스테인리스강

본 발명은, 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 특히 Ni 함유 납재(brazing filler metal)를 이용한 고온에서의 경납땜(brazing)을 행하는 경우에 양호한 경납땜성(brazeability)을 나타냄과 함께, 내식성도 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보호의 입장으로부터, 자동차에 대하여 연비의 더 한층의 향상이나 배기가스 정화의 강화가 요구되고 있다. 이 때문에, 배열 회수기나 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러 등의 배기가스 재순환 장치의 자동차로의 적용이 확대되고 있다.

여기에서, 배열 회수기란, 엔진 냉각수의 열을 난방에 이용하거나, 배기가스의 열로 엔진의 냉각수를 따뜻하게 하여 엔진 시동 시의 난기 시간(warm-up time)을 짧게 하거나 함으로써, 연비를 향상시키는 장치이다. 일반적으로, 배열 회수기는, 촉매 컨버터와 머플러와의 사이에 설치되고, 파이프, 플레이트, 핀, 사이드 플레이트 등을 조합한 열 교환기 부분과, 입측·출측 파이프 부분으로 구성된다. 그리고, 배기가스는, 입측 파이프로부터 열 교환기 부분으로 들어가고, 거기에서, 그 열을 핀 등의 전열면을 통하여 냉각수로 전달하여, 출측 파이프로부터 배출된다. 또한, 이러한 배열 회수기의 열 교환기 부분을 구성하는 플레이트나 핀의 접착, 조립에는, Ni 함유 납재에 의한 경납땜이 주로 이용된다.

또한, EGR 쿨러는, 이그조스트 매니폴드(exhaust manifold) 등으로부터 일부의 배기가스를 받아들이는 파이프와, 받아들인 배기가스를 냉각하는 열 교환기와, 냉각한 배기가스를 엔진의 흡기측으로 되돌리는 파이프로 구성된다. EGR 쿨러는, 구체적인 구조로서는, 이그조스트 매니폴드로부터 배기가스를 엔진의 흡기측으로 환류시키는 경로 상에, 수류 통로와 배기가스 통로를 겸비하는, 열 교환기를 갖는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 함으로써, 배기측에 있어서의 고온의 배기가스가, 열 교환기에 의해 냉각되고, 냉각된 배기가스가 흡기측으로 환류되어 엔진의 연소 온도를 저하시키고, 고온하에서 생성되기 쉬운 NO_X를 억제한다. 또한, EGR 쿨러의 열 교환기 부분은, 경량화, 콤팩트화, 비용 저감 등의 이유로부터, 얇은 판을 핀 형상으로 서로 겹쳐 구성되어 있고, 이들의 접착, 조립에는, 역시 Ni 함유 납재에 의한 경납땜이 주로 이용된다.

이와 같이, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열 교환기 부분은, Ni 함유 납재를 이용한 경납땜에 의해 접착, 조립되어 있는 점에서, 이들 열 교환기 부분에 이용되는 소재에는, Ni 함유 납재에 대한 양호한 경납땜성이 요구된다. 추가로, 배기가스에는, 질소 산화물(NO_X), 황 산화물(SO_X), 탄화수소(HC)가 약간 포함되기 때문에, 이들이 열 교환기에서 결로하여, 부식성이 강한 산성의 응축수가 된다. 이 때문에, 이들 열 교환기 부분에 이용되는 소재에는, 상온에서의 내식성도 요구된다. 특히 경납땜 열처리 시에는 고온이 되기 때문에, 입계의 Cr이 우선적으로 C나 N과 반응하여, Cr 결핍층이 생긴다는, 소위 예민화를 막아 내식성을 확보하는 것이 필요하다.

이상과 같은 점에서, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열 교환기 부분에는, 통상, 탄소 함유량을 저감한 예민화하기 어려운 SUS316L, SUS304L 등의 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되어 왔다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은, Ni를 다량으로 함유하기 때문에 고비용이 되는 것이나, 열팽창이 크기 때문에, 이그조스트 매니폴드 주위 부품과 같이, 고온에서 격렬한 진동으로 구속력을 받는 사용 환경에서의 피로 특성, 고온에서의 열피로 특성이 낮다는 점에 문제가 있었다.

그래서, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열 교환기 부분에 오스테나이트계 스테인리스강 이외의 강을 이용하는 것이 검토되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, EGR 쿨러용 재료로서, Cr, Cu, Al, Ti 등의 성분을 일정한 관계식에 있어서 첨가하고, 또한 Al, Ti 첨가량을 억제함으로써 경납땜성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

더하여, 특허문헌 2에는, Ni 경납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러 부재로서, Al, Ti, Zr 첨가량을 억제함으로써 경납땜성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 경납땜용 페라이트계 스테인리스 강재로서, Ti 첨가량을 억제함으로써 경납땜성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2010-121208호 일본공개특허공보 2009-174040호 일본공개특허공보 2010-285683호

그러나, 특허문헌 1∼3에 기재된 기술에서는, 이용하는 납재나 경납땜 조건 등에 따라서는, 경납땜성이 불충분한 경우도 있었다. 특히, 종래의 기술에서는, 전술한 바와 같은, 양호한 내식성을 얻으면서, Ni 함유 납재를 이용한 고온에서의 경납땜성을 충분히 확보할 수 있다고는 아직 말할 수 없었다.

본 발명은, 상기의 현상을 감안하여 개발된 것으로서, 양호한 내식성을 가짐과 함께, Ni 함유 납재를 이용한 고온에서의 경납땜을 행하는 경우에 양호한 경납땜성을 나타내는 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 양호한 경납땜성이란, 강판 표면에 Ni 함유 납(JIS 규격: BNi-5)을 설치하고, 1170℃, 1Torr의 질소 캐리어 가스 분위기에서 10분간 가열하고, 상온까지 냉각한 후, 가열 전의 납재의 원 상당 직경(circle-equivalent diameter)에 대한 가열 후의 납재의 원 상당 직경의 비(납재의 확산율)가 150％ 이상인 것을 가리킨다.

또한, 양호한 내식성이란, 상기의 Ni 함유 납에 의한 경납땜 처리 후의 강판을 이용하여, 납재가 부착되어 있지 않은 부분으로부터 20㎜각(square)의 시험편을 채취하고, 11㎜각의 측정면을 남겨 시일재로 피복하고, 추가로 이 시험편을 30℃의 3.5％NaCl 수용액 중에 침지시키고, 상기 NaCl 수용액의 농도 이외는 JIS G 0577에 준거하여, 측정한 공식 전위(pitting potential) Vc'100이 150㎷(vs SCE) 이상인 것을 가리킨다.

본 발명자들은, Ni 함유 납재를 이용한 고온에서의 경납땜을 행하는 경우에 있어서, 각종 스테인리스강의 성분 원소와 경납땜성과의 관계에 대해서, 예의 검토했다.

그 결과, 스테인리스강 중의 Al 함유량을 억제하고, 더하여, 스테인리스강에, Ni를 적당량 함유시키고, 추가로 Si와 Mn의 함유량을 Ni 함유량에 대하여 적절히 억제함으로써, Ni 함유 납재와의 젖음성(wettability)이 향상하는 것을 인식했다. 본 발명은, 상기의 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 질량％로,

C: 0.003∼0.020％,

Si: 0.05∼0.60％,

Mn: 0.05∼0.30％,

P: 0.040％ 이하,

S: 0.020％ 이하,

Cr: 17.0∼22.0％,

Ni: 0.20∼0.80％,

Cu: 0.30∼0.80％,

Mo: 0.01∼0.10％,

Al: 0.001∼0.015％,

Nb: 0.25∼0.60％,

N: 0.020％ 이하

를 함유하고, 이하의 식 (1)을 충족함과 함께, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.

4Ni－(Si＋Mn)≥0.00％ …(1)

(식 (1) 중의 Ni, Si, Mn은, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

[2] 추가로 질량％로,

Co: 0.01∼0.50％,

W: 0.01∼0.50％

중으로부터 선택한 1종 또는 2종을 함유하는 상기 [1]에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[3] 추가로 질량％로,

Ti: 0.01∼0.10％,

V: 0.01∼0.20％,

Zr: 0.01∼0.10％,

Mg: 0.0005∼0.0050％,

Ca: 0.0003∼0.0030％,

B: 0.0003∼0.0030％,

REM(희토류 금속): 0.001∼0.100％,

Sn: 0.001∼0.100％,

Sb: 0.001∼0.100％

중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[4] 적어도 1개소 이상의 접합부가 경납땜에 의해 조립된 배열 회수기 또는 배기가스 재순환 장치용인 상기 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

본 발명에 의하면, 양호한 내식성을 가짐과 함께, Ni 함유 납재를 이용한 고온에서의 경납땜을 행하는 경우에 양호한 경납땜성을 나타내는 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명에 있어서, 강의 성분 조성을 상기의 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다. 또한, 강의 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「％」로 나타낸다.

C: 0.003∼0.020％

C 함유량이 많아지면 강도가 향상하고, 적어지면 가공성이 향상한다. 여기에서, C는, 충분한 강도를 얻기 위해 0.003％ 이상의 함유가 필요하다. 그러나, C 함유량이 0.020％를 초과하면, 가공성의 저하가 현저해지는 데다가, 입계에 Cr 탄화물이 석출하여 예민화를 일으켜 내식성이 저하하기 쉬워진다. 그 때문에, C 함유량은 0.003∼0.020％의 범위로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.004％ 이상이다. 또한, C 함유량은, 바람직하게는 0.015％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.010％ 이하이다.

Si: 0.05∼0.60％

Si는, 탈산제로서 유용한 원소이다. 그 효과는 0.05％ 이상의 Si의 함유로 얻어진다. 그러나, Si 함유량이 0.60％를 초과하면, 경납땜 열처리 시에 Si 산화물이나 Si 질화물 등의 Si 농화물이 강판 표면에 형성되기 쉬워지기 때문에, 경납땜성이 저하한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.05∼0.60％의 범위로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.20％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.30％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.40％ 이상이다. 또한, Si 함유량은, 바람직하게는 0.55％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다.

Mn: 0.05∼0.30％

Mn은 탈산 작용이 있고, 그 효과는 0.05％ 이상의 Mn의 함유로 얻어진다. 그러나, Mn 함유량이 많아지면, Si와 마찬가지로, 경납땜 열처리 시에 Mn 농화물이 강판 표면에 형성되기 쉬워져, 경납땜성이 저하한다. Mn 함유량을 0.30％ 이하로 함으로써, 경납땜성을 보다 높일 수 있다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.05∼0.30％의 범위로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.10％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 또한, Mn 함유량은, 바람직하게는 0.25％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하이다.

P: 0.040％ 이하

P는, 강(steel)에 불가피적으로 포함되는 원소로서, 과잉인 함유는 용접성을 저하시키고, 입계 부식(intergranular corrosion)을 일으키기 쉽게 한다. 그 경향은, P의 0.040％ 초과의 함유로 현저해진다. 그 때문에, P 함유량은 0.040％ 이하로 한다. 바람직하게는, P 함유량은 0.030％ 이하이다.

S: 0.020％ 이하

S는, 강에 불가피적으로 포함되는 원소로서, 0.020％ 초과의 S의 함유는, MnS의 석출을 촉진하여, 내식성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는, S 함유량은 0.010％ 이하이다.

Cr: 17.0∼22.0％

Cr은, 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해 중요한 원소이다. Cr 함유량이 17.0％ 미만에서는, 경납땜 처리 후에 충분한 내식성이 얻어지지 않는다. 그러나, Cr 함유량이 많아지면, Ni 함유 납재를 이용한 고온에서의 경납땜 처리 시에 강판 표면에 Cr 산화 피막이 생성되어, 경납땜성이 열화한다. Cr 함유량을 22.0％ 이하로 함으로써, 경납땜성을 보다 높일 수 있다. 그 때문에, Cr 함유량은 17.0∼22.0％의 범위로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 18.5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 19.0％ 이상이다. 또한, Cr 함유량은, 바람직하게는 21.0％ 이하이고, 보다 바람직하게는 20.0％ 미만이다.

Ni: 0.20∼0.80％

Ni는, 본 발명에 있어서 중요한 원소의 하나이다. 0.20％ 이상의 Ni의 함유로, Ni 함유 납재와의 경납땜성이 향상한다. Ni를 함유시킴으로써 Ni 경납땜성이 향상하는 메커니즘은 확실하지는 않지만, 모재(base metal) 중에 Ni를 적당량 함유하는 경우, 납재에 포함되는 Ni와의 상호 작용에 의해, 젖음성이 향상하는 것이라고 생각된다. 그러나, Ni 함유량이 0.80％를 초과하면, 응력 부식 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.20∼0.80％의 범위로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 0.25％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.30％ 이상이다. 또한, Ni 함유량은, 바람직하게는 0.70％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.60％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.50％ 이하이다.

Cu: 0.30∼0.80％

Cu는, 내식성을 높이는 원소이다. 이 효과는, Cu 함유량이 0.30％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Cu 함유량이 0.80％를 초과하면, 열간 가공성이 저하한다. 그 때문에, Cu 함유량은, 0.30∼0.80％의 범위로 한다. Cu 함유량은, 바람직하게는 0.35％ 이상이다. 또한, Cu 함유량은, 바람직하게는 0.60％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다.

Mo: 0.01∼0.10％

Mo는, 스테인리스강의 부동태화 피막을 안정화시켜 내식성을 향상시킨다. 이 효과는 Mo 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Mo는 고가의 원소이기 때문에 비용의 증대를 초래한다. 또한, Mo 함유량이 0.10％를 초과하면, 열간 압연 시에 표면 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mo 함유량은, 0.01∼0.10％의 범위로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 0.05％ 이하이다.

Al: 0.001∼0.015％

Al은 탈산에 유용한 원소로서, 그 효과는 0.001％ 이상의 Al의 함유로 얻어진다. 그러나, Al 함유량이 0.015％를 초과하면, 경납땜 처리 시에 Al 산화물이나 Al 질화물 등의 Al 농화물이 강의 표면에 생성되고, 납재의 젖어 퍼짐성(wettability)이나 밀착성이 저하하여, 경납땜이 곤란하게 된다. 그 때문에, Al 함유량은 0.001∼0.015％의 범위로 한다. 바람직하게는, Al 함유량은 0.010％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, Al 함유량은 0.006％ 이하이다.

Nb: 0.25∼0.60％

Nb는, C 및 N과 결합함으로써, Cr 탄질화물의 석출에 의한 내식성의 저하(예민화)를 억제하는 원소이다. 이들 효과는, Nb 함유량이 0.25％ 이상에서 얻어진다. 한편, Nb 함유량이 0.60％를 초과하면, 용접부에서 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, Nb 함유량은, 0.25∼0.60％의 범위로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.30％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.33％ 이상이다. 또한, Nb 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.45％ 이하이다.

N: 0.020％ 이하

N 함유량이 0.020％를 초과하면, 내식성과 가공성이 현저하게 저하한다. 따라서, N 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는, N 함유량은 0.015％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, N 함유량은 0.010％ 이하이다. 또한, N 함유량의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 N 함유량의 저감은 비용의 증가를 초래하기 때문에, N 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

4Ni－(Si＋Mn): 0.00％ 이상 …(1)

식 (1) 중의 Ni, Si, Mn은, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.

본 발명에서는, 경납땜성의 향상을 위해 Ni, Si 및 Mn의 각각을 소정의 함유량으로 한다. 추가로 본 발명자들은, 예의 검토하여, 4Ni－(Si＋Mn)(Ni 함유량의 4배로부터 Si 함유량과 Mn 함유량을 뺀 것)이 0.00％ 미만이면, 소망하는 경납땜성이 얻어지지 않는 것도 인식했다. 그 때문에, 본 발명에서는, Ni 함유량, Si 함유량 및 Mn 함유량의 각각을 전술한 범위로 한 후에, 4Ni－(Si＋Mn)을 0.00％ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 0.25％ 이상이다. 특히, Cr 함유량을 20.0％ 미만, Al 함유량을 0.006％ 이하로 하고, 4Ni－(Si＋Mn)을 0.25％ 이상으로 함으로써, 보다 우수한 경납땜성이 얻어진다.

이상, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강에 있어서의 기본 성분(필수 성분)에 대해서 설명했다. 본 발명에 있어서의 성분 조성 중, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

또한, 본 발명에서는, 필요에 따라서, 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Co: 0.01∼0.50％

Co는, 내식성을 높이는 원소이다. 이 효과는, Co 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Co 함유량이 0.50％를 초과하면, 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, Co를 함유하는 경우는, Co 함유량은 0.01∼0.50％의 범위로 한다. Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.30％ 이하이다.

W: 0.01∼0.50％

W는, 내식성을 높이는 원소이다. 이 효과는, W 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, W 함유량이 0.50％를 초과하면, 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, W를 함유하는 경우는, W 함유량은 0.01∼0.50％의 범위로 한다. W 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, W 함유량은, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하이다.

Ti: 0.01∼0.10％

Ti는, 강 중에 포함되는 C 및 N과 결합하여, 예민화를 방지하는 효과를 갖는다. 그 효과는 Ti의 0.01％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Ti는 산소에 대하여 활성인 원소로서, 0.10％ 초과의 Ti의 함유는 경납땜 처리 시에 Ti 산화 피막을 강의 표면에 생성하여 경납땜성을 저하시킨다. 따라서, Ti를 함유하는 경우는, Ti 함유량은 0.01∼0.10％의 범위로 한다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이하이다.

V: 0.01∼0.20％

V는, Ti와 마찬가지로, 강 중에 포함되는 C 및 N과 결합하여, 예민화를 방지한다. 또한, V는, 질소와 결합하여 질소 농화층을 생성시키는 효과가 있다. 이들 효과는, V 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, V 함유량이 0.20％를 초과하면, 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, V를 함유하는 경우는, V 함유량은 0.01∼0.20％의 범위로 한다. V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.15％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

Zr: 0.01∼0.10％

Zr은, Ti나 Nb와 마찬가지로, 강 중에 포함되는 C 및 N과 결합하여, 예민화를 억제하는 원소이다. 이 효과는, Zr 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, Zr 함유량이 0.10％를 초과하면, 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, Zr을 함유하는 경우는, Zr 함유량은 0.01∼0.10％의 범위로 한다. Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 또한, Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이다.

Mg: 0.0005∼0.0050％

Mg는, 탈산제로서 작용한다. 이 효과는 Mg 함유량이 0.0005％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Mg 함유량이 0.0050％를 초과하면, 강의 인성이 저하하여 제조성이 저하할 우려가 있다. 그 때문에, Mg를 함유하는 경우는, Mg 함유량은 0.0005∼0.0050％의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, Mg 함유량은 0.0020％ 이하이다.

Ca: 0.0003∼0.0030％

Ca는, 용접부의 용입성을 개선하여 용접성을 향상시킨다. 그 효과는, Ca 함유량이 0.0003％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Ca 함유량이 0.0030％를 초과하면, S와 결합하여 CaS를 생성하여, 내식성을 악화시키는 경우가 있다. 그 때문에, Ca를 함유하는 경우는, Ca 함유량은 0.0003∼0.0030％의 범위로 한다. Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0005％ 이상이다. 또한, Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.

B: 0.0003∼0.0030％

B는, 2차 가공 취성을 개선하는 원소이다. 그 효과는, B 함유량이 0.0003％ 이상에서 발현한다. 그러나, B 함유량이 0.0030％를 초과하면, 고용 강화에 의해 연성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, B를 함유하는 경우는, B 함유량은 0.0003∼0.0030％의 범위로 한다.

REM(희토류 금속): 0.001∼0.100％

REM(희토류 금속: La, Ce, Nd 등의 원자 번호 57∼71의 원소)은, 탈산에 유효한 원소이다. 그 효과는, REM 함유량이 0.001％ 이상에서 얻어진다. 그러나, REM 함유량이 0.100％를 초과하면, 열간 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, REM을 함유하는 경우는, REM 함유량은 0.001∼0.100％의 범위로 한다. REM 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 또한, REM 함유량은, 보다 바람직하게는 0.050％ 이하이다.

Sn: 0.001∼0.100％

Sn은, 가공 표면 거칠어짐 억제에 유효한 원소이다. 그 효과는, Sn 함유량이 0.001％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Sn 함유량이 0.100％를 초과하면, 열간 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, Sn을 함유하는 경우는, Sn 함유량은 0.001∼0.100％의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, Sn 함유량은 0.050％ 이하이다.

Sb: 0.001∼0.100％

Sb는, Sn과 마찬가지로, 가공 표면 거칠어짐 억제에 유효한 원소이다. 그 효과는, Sb 함유량이 0.001％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Sb 함유량이 0.100％를 초과하면, 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, Sb를 함유하는 경우는, Sb 함유량은 0.001∼0.100％의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, Sb 함유량은 0.050％ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 적합한 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기의 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 열간 압연하여 열연판으로 하고, 당해 열연판에 필요에 따라서 열연판 어닐링을 실시하고, 그 후, 당해 열연판에 냉간 압연을 실시하여 소망 판두께의 냉연판으로 하고, 추가로 필요에 따라서 당해 냉연판에 냉연판 어닐링을 실시함으로써, 상기의 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강(페라이트계 스테인리스 강판)을 제조할 수 있다.

또한, 열간 압연이나 냉간 압연, 열연판 어닐링, 냉연판 어닐링 등의 조건은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 방법에 따르면 좋다.

강을 용제하는 제강 공정은, 전로 혹은 전기로 등에서 용해한 강을 VOD법 등에 의해 2차 정련하고, 상기 필수 성분 및 필요에 따라서 첨가되는 성분을 함유하는 강으로 하는 것이 바람직하다. 용제한 용강은, 공지의 방법으로 강 소재로 할 수 있지만, 생산성 및 품질면에서는, 연속 주조법에 따르는 것이 바람직하다. 강 소재는, 그 후, 바람직하게는 1050∼1250℃로 가열되고, 열간 압연에 의해 소망하는 판두께의 열연판으로 된다. 물론, 판재 이외에 열간 가공할 수도 있다. 상기 열연판은, 그 후 필요에 따라서 900∼1150℃의 온도에서 연속 어닐링을 실시한 후, 산 세정 등에 의해 탈스케일(descaling)하여, 열연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 산 세정 전에 쇼트 블라스트(shot blasting)에 의해 스케일 제거해도 좋다.

추가로, 상기 열연 제품(열연 어닐링판 등)을, 냉간 압연 등의 공정을 거쳐 냉연 제품으로 해도 좋다. 이 경우의 냉간 압연은, 1회라도 좋지만, 생산성이나 요구 품질상의 관점에서 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연으로 해도 좋다. 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연의 총 압하율은 60％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70％ 이상이다. 냉간 압연한 강판은, 그 후, 바람직하게는 900∼1150℃, 더욱 바람직하게는 950∼1150℃의 온도에서 연속 어닐링(마무리 어닐링)하고, 산 세정하여, 냉연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연속 어닐링을 광휘 어닐링으로 행하여 산 세정을 생략해도 좋다. 추가로 용도에 따라서는, 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연(skin pass rolling) 등을 실시하여, 강판의 형상이나 표면 조도, 재질 조정을 행해도 좋다.

이상 설명한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 적어도 1개소 이상의 접합부가 경납땜에 의해 조립된 배열 회수기나 배기가스 재순환 장치에 적합하게 이용된다. 특히 상기 배열 회수기나 배기가스 재순환 장치의 열 교환기 부재에 적합하게 이용된다.

실시예

표 1에 나타낸 성분 조성을 갖는 강을 진공 용해로에서 용제하고, 1100∼1200℃에서 1시간 가열한 후, 열간 압연에 의해 판두께 4.0㎜의 열연판을 제조했다. 950∼1100℃에서 열연판 어닐링을 행한 후, 스케일을 제거하여 판두께 1.0㎜까지 냉간 압연했다. 950∼1100℃에서 마무리 어닐링을 행하여 얻어진 냉연 어닐링판을, 그의 표면을 에머리 연마지로 600번까지 연마하고, 아세톤에 의한 탈지를 행하여 시험에 제공했다.

이 냉연 어닐링판에 대해서, 이하와 같이 하여, Ni 함유 납재에 의한 경납땜을 행하여, (1) 경납땜성의 평가 및, 경납땜 처리 후의 냉연 어닐링판에 대해서, (2) 내식성의 평가를 실시했다.

(1) 경납땜성의 평가

제작한 냉연 어닐링판으로부터, 폭 50㎜, 길이 50㎜의 시험편을 잘라내어, 표면에 직경 10㎜, 두께 1㎜의 Ni 함유 납(JIS 규격: BNi-5)을 설치하고, 1170℃, 1Torr의 질소 캐리어 가스 분위기에서 10분간 가열한 후, 상온까지 냉각하여, 시험편 표면의 납재의 원 상당 직경을 측정했다.

가열 전에 대한 가열 후의 납재의 확산율＝(시험 후의 납재의 원 상당 직경/시험 전의 납재의 원 상당 직경)×100(％)

◎(합격, 특히 우수함): 160％ 이상

○(합격): 150％ 이상 160％ 미만

×(불합격): 150％ 미만

(2) 내식성의 평가

경납땜 처리 후의 각 냉연 어닐링판의 시험편을 이용하여, 납재가 부착되어 있지 않은 부분으로부터 20㎜각의 시험편을 채취하고, 이 시험편에 대하여 11㎜각의 측정면을 남겨 시일재로 피복했다. 이어서, 이 시험편을 30℃의 3.5％NaCl 수용액 중에 침지시키고, 상기 NaCl 수용액의 농도 이외는 JIS G 0577에 준거하여, 내식성 시험을 실시했다. 측정한 공식 전위 Vc'100을 표 2에 나타낸다. 또한, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열 교환기 부분의 사용 조건을 고려하면, 공식 전위 Vc'100이 150㎷(vs SCE) 이상이면 내식성이 우수하다고 판정할 수 있다.

○(합격): 150㎷(vs SCE) 이상

×(불합격): 150㎷(vs SCE) 미만

표 2로부터, 발명예 No.1∼19, 29, 30에서는 모두, 경납땜성 및 내식성이 양호했다. 특히 Cr 함유량이 20.0％ 미만, Al 함유량이 0.006％ 이하 또한 4Ni－(Si＋Mn)≥0.25％의 No.1, 2, 4, 5, 7∼9, 14, 15, 17, 19, 29, 30은, 보다 우수한 경납땜성을 나타냈다.

이에 대하여, 성분 조성이 적정 범위 외가 되는 비교예 No.20∼28에서는, 양호한 경납땜성과, 양호한 내식성을 양립할 수 없었다.

보다 구체적으로는, 비교예 No.20(강 기호 B1)에서는, Si 함유량이 본 발명의 상한값 초과였기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.21(강 기호 B2)에서는, Mn 함유량이 본 발명의 상한값 초과였기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.22(강 기호 B3)에서는, Ni 함유량이 본 발명의 하한값 미만이었기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.23(강 기호 B4)에서는, Al 함유량이 본 발명의 상한값 초과였기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.24(강 기호 B5)에서는, Ti 함유량이 본 발명의 상한값 초과였기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.25(강 기호 B6)에서는, 4Ni－(Si＋Mn)(Ni 함유량의 4배로부터 Si 함유량과 Mn 함유량을 뺀 것)이 본 발명의 하한값 미만이었기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.26(강 기호 B7)에서는, Cr 함유량이 본 발명의 하한값 미만이었기 때문에, 양호한 내식성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.27(강 기호 B8)에서는, Cr 함유량이 본 발명의 상한값 초과였기 때문에, 양호한 경납땜성을 얻을 수 없었다.

또한, 비교예 No.28(강 기호 B9)에서는, Cu 함유량이 본 발명의 하한값 미만이었기 때문에, 양호한 내식성을 얻을 수 없었다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 경납땜에 의해 조립되는 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열 교환기 부재 등의 배기가스 재순환 장치에 이용하여 적합한 페라이트계 스테인리스강이 얻어지기 때문에, 산업상 매우 유용하다.

Claims

질량％로,
C: 0.003∼0.020％,
Si: 0.05∼0.60％,
Mn: 0.05∼0.30％,
P: 0.040％ 이하,
S: 0.020％ 이하,
Cr: 17.0∼22.0％,
Ni: 0.20∼0.80％,
Cu: 0.30∼0.80％,
Mo: 0.01∼0.04％,
Al: 0.001∼0.015％,
Nb: 0.25∼0.60％,
N: 0.020％ 이하
를 함유하고, 이하의 식 (1)을 충족함과 함께, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.
4Ni－(Si＋Mn)≥0.00％ …(1)
(식 (1) 중의 Ni, Si, Mn은, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)
제1항에 있어서,
추가로 질량％로,
Co: 0.01∼0.50％,
W: 0.01∼0.50％
중으로부터 선택한 1종 또는 2종을 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가로 질량％로,
Ti: 0.01∼0.10％,
V: 0.01∼0.20％,
Zr: 0.01∼0.10％,
Mg: 0.0005∼0.0050％,
Ca: 0.0003∼0.0030％,
B: 0.0003∼0.0030％,
REM(희토류 금속): 0.001∼0.100％,
Sn: 0.001∼0.100％,
Sb: 0.001∼0.100％
중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 1개소 이상의 접합부가 경납땜에 의해 조립된 배열 회수기용 또는 배기가스 재순환 장치용인 페라이트계 스테인리스강.
제3항에 있어서,
적어도 1개소 이상의 접합부가 경납땜에 의해 조립된 배열 회수기용 또는 배기가스 재순환 장치용인 페라이트계 스테인리스강.