KR102658079B1 - 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판 및 제조 방법 및 플랜지 부품 - Google Patents

배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판 및 제조 방법 및 플랜지 부품 Download PDF

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Abstract

인성 및 가공성이 우수한 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스강의 두께 게이지 강판을 제공한다. 본 발명은, 질량%로, C: 0.003 내지 0.030%, Si: 2.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, P: 0.050% 이하, S: 0.040% 이하, Cr: 10.0 내지 19.0%, N: 0.030% 이하, Ti: 0.07 내지 0.50%, Al: 0.010 내지 0.20%, Mo: 0 내지 1.50% , B: 0 내지 0.0030%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 K값이 150 이상이고, 판면의 경도가 170HV 이하이고, 판두께가 5.0 내지 11.0mm의 강판이다. K값=-0.07×Cr-6790×Free(C+N)-1.44×d+267. 여기서 Free(C+N)은 고용 (C+N) 농도(질량%)에 상당하고, d는 평균 결정 입자직경(㎛)이다.

Description

배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판 및 제조 방법 및 플랜지 부품
본 발명은 배기관 플랜지 부품으로 가공하기 위한, 인성이 우수한 두께 게이지의 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판을 사용한 플랜지 부품에 관한 것이다. 여기서, 배기관 플랜지 부품은 배기관이 되는 강관의 단부에 용접 접합되어, 당해 배기관과 다른 부재와의 체결 기능을 담당하는 플랜지부를 구성하게 되는 강제 부품이다.
자동차 배기 가스 유로는 배기 매니폴드, 프론트 파이프, 머플러, 센터 파이프 등, 여러가지 부재로 구성된다. 이들 배기관 부재는 플랜지부로 체결된다. 도 1에, 플랜지부를 갖는 배기관 부재의 외관을 모식적으로 예시한다. 강관(1)의 단부에 플랜지 부품(2)이 용접 접합되어, 배기관 부재를 구성하고 있다. 배기관 부재에 사용하는 플랜지 부품(2)을 본 명세서에서는 특히 「배기관 플랜지 부품」이라고 부르고 있다. 배기관 플랜지 부품의 치수 형상은 배기관의 사양에 따라 다소 다르지만, 프레스 금형에 의한 냉간 단조에 의해 제조되는 경우가 많다. 배기 가스가 흐르는 중앙부의 큰 구멍 외에, 볼트 체결에 사용하는 구멍을 갖고, 절삭 가공도 실시되고 있는 것이 일반적이다.
이러한 배기관 플랜지 부품에는, 종래, 보통강이 많이 사용되고 있었지만, 최근, 내식성 등의 관점에서 스테인리스강으로의 시프트가 진행되고 있다. 적용 강종으로서, 오스테나이트계 스테인리스강보다 열팽창계수가 작고 재료 비용도 싼, 페라이트 단상계 강종의 욕구가 크다. 내식성, 내열성 등의 재료 특성면에서 자동차 배기 가스 유로의 배기관 플랜지 부품에 적합하다고 생각되는 페라이트 단상계 강종의 하나로서, Ti 함유 페라이트계 스테인리스강을 들 수 있다.
자동차 배기 가스 유로의 배기관 플랜지 부품으로 가공하기 위한 스테인리스 강재로서는 두께 게이지(예: 판두께 5.0 내지 11.0mm)의 강판이 요구되는 경우가 많다. 하지만, 일반적으로 페라이트 단상계 강종은 저온 인성이 낮다. 특히 Ti 함유 페라이트계 스테인리스강은, 두께 게이지 강판으로부터 플랜지 부품으로의 가공시나, 얻어진 플랜지 부품에 대하여 행해지는 엄격한 충격 테스트에 있어서, 인성 부족의 지적 대상이 되기 쉬운 강종이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개소60-228616호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개소64-56822호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 특개2012-140688호
Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 인성을 향상시키는 방법으로서, 특허문헌 1에는, 열간 압연 후 급냉을 행하여, 450℃ 이하의 온도에서 권취하는 수법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 열연 마무리 온도를 조성에 따라 높게 하고, 권취 후에 급수랭하는 수법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 대책을 강구하여도, 판두께가 두꺼워지면, 배기관 플랜지 부품에 적용하기 위한 인성 개선 효과는 충분하지 않다. 특허문헌 3에는, 570℃ 이상으로 권취하여 코일로 하고, 코일 최외주의 표면 온도가 550℃인 시간을 5분 이상 확보한 후에 수조에 침지하는 수법이 개시되어 있다. 하지만, 강판의 결정 입자직경에 따라서는, 저온 인성의 추가적인 향상이 요망된다.
배기관 플랜지 부품으로 가공하기 위해서는, 냉간 단조, 천공, 절삭 등이 실시된다. 따라서, 가공성이 양호한 것도 중요하다.
본 발명은 배기관 플랜지 부품의 소재로서 적합한, 인성 및 가공성이 우수한 Ti 함유 페라이트계 스테인리스강의 두께 게이지 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명자들의 연구에 의하면, Ti 함유 페라이트계 스테인리스강의 두께 게이지 강판의 인성은 페라이트상의 매트릭스 중에 고용되어 있는 C양 및 N양을 저감함으로써 향상되는데, 그 향상의 정도는 페라이트 결정 입자직경에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성된 것이다.
상기 목적은, 이하의 발명에 의해 달성된다.
[1] 질량%로 C: 0.003 내지 0.030%, Si: 2.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, P: 0.050% 이하, S: 0.040% 이하, Cr: 10.0 내지 19.0%, N: 0.030% 이하, Ti: 0.07 내지 0.50%, Al: 0.010 내지 0.20%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 가지고, 하기 (1)식에 의해 정의되는 K값이 150 이상이며, 판면의 경도가 170HV 이하이고, 판두께가 5.0 내지 11.0mm인 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판.
K값=-0.07×Cr-6790×Free(C+N)-1.44×d+267 … (1)
여기서, (1)식의 Cr의 개소에는 강 중 Cr 함유량(질량%)의 값이 대입된다. Free(C+N)은 강 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)에서 전해 추출법으로 회수되는 추출 잔사 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)을 뺀 값(질량%)이다. d는 압연 방향 및 판두께 방향에 평행한 단면(L 단면)을 연마한 관찰면에 대하여, JIS G0551: 2013의 부속서 C에 규정되는 직선 시험선에 의한 절단법에 의해 구해지는 평균 결정 입자직경(㎛)이다.
[2] 질량%로, 추가로 Mo: 1.50% 이하를 함유하는 화학 조성을 갖는 상기 [1]에 기재된 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판.
[3] 질량%로, 추가로 B: 0.0030% 이하를 함유하는 화학 조성을 갖는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판.
[4] 상기 화학 조성을 갖는 강의 슬래브를 가열로에서 가열한 후 950 내지 1120℃의 온도에서 로에서 꺼내고, 조압연기에 의해 압연하여 판두께 20 내지 50mm, 표면 온도 700 내지 850℃의 중간 슬래브로 하고, 이어서 상기 중간 슬래브에 열간 압연을 실시하여 판두께 5.0 내지 11.0mm로 한 후 표면 온도 650 내지 800℃에서 권취함으로써 열연 강판을 얻는 공정,
상기 열연 강판을 800 내지 1100℃에서 소둔하여, 판면의 경도가 170HV 이하의 열연 소둔 강판을 얻는 공정을 갖는, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
[5] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판을 사용한 플랜지 부품.
[6] 상기 플랜지 부품이 자동차의 배기관 플랜지 부품인 상기 [5]에 기재된 플랜지 부품.
「판면」이란 판두께 방향 단부의 표면이다. 판면의 경도는, JIS Z2244: 2009에 따라, 산화 스케일이 제거되어 있는 판면에 HV30(시험력 294.2N)으로 압자를 밀어넣는 방법에 의해 구할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인성 및 가공성이 우수한 Ti 함유 페라이트계 스테인리스강의 두께 게이지 강판을 안정적으로 실현할 수 있다. 이 강판은 자동차 배기 가스 유로의 배기관에 사용하는 플랜지 부품의 가공 소재로서 극히 유용하다.
도 1은 플랜지부를 갖는 배기관 부재의 외관을 모식적으로 예시한 도면.
[화학 조성]
본 발명에서는 이하에 나타내는 성분 원소를 함유하는 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 한다. 강판의 화학 조성에 관한 「%」는 특별히 언급하지 않는 한 질량%를 의미한다.
C는 강을 경질화시켜, 강판의 인성을 저하시키는 요인이 된다. C 함유량(고용 C와 화합물로서 존재하는 C의 총량)은 0.030% 이하로 제한된다. 0.020% 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.015% 이하로 관리해도 좋다. 과잉의 저C화는 제강에 대한 부하를 증대시켜, 비용 상승이 된다. 여기에서는, C 함유량 0.003% 이상의 강판을 대상으로 한다.
Si 및 Mn은 탈산제로서 유효한 것 외에, 내고온 산화성을 향상시키는 작용을 갖는다. Si에 대해서는 0.02% 이상, Mn에 대해서는 0.10% 이상의 함유량을 확보하는 것이 보다 효과적이다. 이들 원소는 다량으로 함유하면 강의 취화를 초래하는 요인이 된다. Si 함유량은 2.0% 이하로 제한되고, 1.0% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Mn 함유량도 2.0% 이하로 제한되고, 1.0% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
P 및 S는 다량으로 함유하면 내식성 저하 등의 요인이 된다. P 함유량은 0.050%까지 허용할 수 있고, S 함유량은 0.040%까지 허용할 수 있다. 과잉의 저P화, 저S화는 제강에 대한 부하를 증대시켜 비경제적이다. 통상, P 함유량은 0.010 내지 0.050%, S 함유량은 0.0005 내지 0.040%의 범위에서 조정하면 좋다.
Cr은 스테인리스강으로서의 내식성을 확보하기 위해 중요하다. 내고온 산화성의 향상에도 유효하다. 이러한 작용을 발휘시키기 위해, 10.0% 이상의 Cr 함유량이 필요하다. 다량으로 Cr을 함유하면 강이 경질화되어, 두께 게이지 강판의 인성 향상에 지장을 초래하는 경우가 있다. 여기에서는 Cr 함유량이 19.0% 이하의 강을 대상으로 한다.
N은, C와 마찬가지로, 강판의 인성을 저하시키는 요인이 된다. N 함유량(고용 N과 화합물로서 존재하는 N의 총량)은 0.030% 이하로 제한된다. 0.020% 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.015% 이하로 관리해도 좋다. 과잉의 저N화는 제강에 대한 부하를 증대시켜, 비용 상승이 된다. 통상, N 함유량은 0.003% 이상의 범위로 조정하면 좋다.
Ti는 C, N과 결합하여 Ti 탄질화물을 형성함으로써, Cr 탄질화물의 입계 편석을 억제하고, 강의 내식성 및 내고온 산화성을 높게 유지하는 데 극히 유효한 원소이다. Ti 함유량은 0.07% 이상으로 할 필요가 있다. 0.09% 이상으로 하는 것이 보다 효과적이며, 0.15% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. Ti 함유량이 과대해지면, 강판의 인성 저하를 조장하므로 바람직하지 않다. 여러가지로 검토한 결과, Ti 함유량은 0.50% 이하로 제한되고, 0.40% 이하의 범위로 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 명세서에서 「탄질화물」이란 C, N의 1종 이상이 금속 원소와 결합한 화합물을 말한다. Ti 탄질화물의 예라면, TiC, TiN 및 Ti(C, N)이 이에 해당한다.
Al은 탈산제로서 유효하다. 그 작용을 충분히 얻기 위해, 0.010% 이상의 Al 함유량이 되도록 첨가하는 것이 효과적이다. 다량의 Al 함유는 인성 저하의 요인이 된다. Al 함유량은 0.20% 이하로 제한된다.
Mo는 내식성의 향상에 유효하며, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그 경우, 0.01% 이상의 Mo 함유량으로 하는 것이 보다 효과적이다. 다량의 Mo 함유는 인성에 악영향을 미치는 경우가 있다. Mo 함유량은 0 내지 1.50%의 범위로 한다.
B는 2차 가공성 향상에 유효하며, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그 경우, 0.0010% 이상의 함유량을 확보하는 것이 보다 효과적이다. 단, B 함유량이 0.0030%를 초과하면 Cr2B의 생성에 의해 금속 조직의 균일성이 손상되고, 가공성이 저하되는 경우가 있다. B 함유량은 0 내지 0.0030%의 범위로 한다.
[K값]
하기 (1)식으로 표시되는 K값은 상기 화학 조성 범위의 Ti 함유 페라이트계 스테인리스강의 두께 게이지 강판(판두께 5.0 내지 11.0mm)에서의 U 노치 충격 시험편(충격 방향이 압연 방향과 판두께 방향에 수직인 방향)을 사용한 20℃에서의 샤르피 충격값(J/㎠)을 강 중 Cr 함유량, 고용 C+N량, 평균 결정 입자직경으로부터 정밀하게 추정하는 지표이다.
K값=-0.07×Cr-6790×Free(C+N)-1.44×d+267 … (1)
여기서, (1)식의 Cr의 개소에는 강 중 Cr 함유량(질량%)의 값이 대입된다. Free(C+N)는 강 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)으로부터 전해 추출법으로 회수되는 추출 잔사 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)을 뺀 값(질량%)이다. d는, 압연 방향 및 판두께 방향에 평행한 단면(L 단면)을 연마한 관찰면에 대하여, JIS G0551: 2013의 부속서 C에 규정되는 직선 시험선에 의한 절단법에 의해 구해지는 평균 결정 입자직경(㎛)이다.
발명자들의 상세한 검토에 의하면, 두께 게이지 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 상온 부근의 인성은 Cr 함유량, 고용 C+N량, 및 페라이트 평균 결정 입자직경의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었다. 상기 화학 조성을 충족하고, 또한 K값이 150 이상이 되도록 Cr 함유량, 고용 C+N량 및 평균 결정 입자직경이 조정되어 있으면, 두께 게이지 강판의 소재를 배기관 플랜지 부품으로 가공하는 경우나, 얻어진 배기관 플랜지 부품을 사용하는 경우 등에 있어서, 인성 저하에 기인하는 트러블을 방지하는 데 신뢰성이 충분히 확보되는 것이 확인되었다. 따라서, 본 명세서에서는 상기 K값이 150 이상인 것을 요건으로 한다. 열연 소둔 강판에서의 고용 C+N량과 페라이트 평균 결정 입자직경은 후술하는 열연 조건에 의해 컨트롤할 수 있고, K값이 150 이상의 열연 강판을 나누어 만들 수 있다.
상기 (1)식의 Free(C+N)은 고용 (C+N) 농도(질량%)에 상당하는 것이다. 이하의 방법으로 Free(C+N)을 구할 수 있다.
[Free(C+N)을 구하는 법]
10질량%의 아세틸아세톤, 1질량%의 테트라메틸암모늄클로라이드, 89질량%의 메틸알코올로 이루어진 비수계 전해액 중에서, 강판에서 채취한 질량 기지(旣知)의 샘플에 포화 감홍 기준 전극(SCE)에 대하여 -100mV 내지 400mV의 전위를 부여하고, 샘플 매트릭스(금속 소지)를 전부 용해시킨 후, 미용해물을 포함하는 액을 구멍 직경 0.05㎛의 멤브레인 필터로 여과하고, 필터에 남아 있는 고형분을 추출 잔사로서 회수한다. 추출 잔사 중의 C 및 N을, C에 대해서는 적외선 흡수식-고주파 연소법으로, N에 대해서는 임펄스 가열 융해-열전도도법으로 각각 분석하고, 추출 잔사 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량 Insol(C+N)(강 중에서 차지하는 질량%)을 산출한다. Free(C+N)(질량%)는 하기 (2)식에 의해 구해진다.
Free(C+N)= Total(C+N)-Insol(C+N) … (2)
여기서, Total(C+N)은 강 중에 존재하는 C와 N의 합계량(질량%), Insol(C+N)은 추출 잔사 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)이다.
[경도]
강판 소재로부터 배기관 플랜지 부품을 제조할 때에는, 프레스 금형에 의한 냉간 단조, 천공, 절삭 등의 가공이 실시된다. 따라서, 배기관 플랜지 부품용의 강판 소재는 충분히 연질화되어 있는 것이 바람직하다. 여러가지로 검토한 결과, 판두께 5.0 내지 11.0mm의 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판을 배기관 플랜지 부품으로 가공하는 경우, 170HV 이하의 경도로 연질화되어 있는 것이 극히 효과적이다. 이것보다 단단하면, 플랜지 부품의 치수 정밀도가 저하되기 쉽다. 경우에 따라서는, 플랜지 부품에 대한 가공이 불가능하게 되는 경우도 있다. 과도하게 연질화되는 것은 강판 제조 공정에서의 부하를 증대시켜 비경제적이다. 통상, 130HV 이상의 범위에서 조정하면 좋다. 연질화의 처리는 열연 강판에 후술하는 소둔을 실시함으로써 행할 수 있다. 여기서 말하는 경도는 강판의 판면에 HV30(시험력 294.2N)으로 압자를 밀어 넣는 방법에 의해 구할 수 있다.
[판두께]
상술한 바와 같이, 자동차 배기 가스 유로의 배기관 플랜지 부품에 적용하는 스테인리스강 소재로서는 판두께 5.0 내지 11.0mm의 두께 게이지 강판의 수요가 높다. 한편, Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 판두께가 5.0mm 이상이 되면, 배기관 플랜지 부품을 제조할 때나, 얻어진 배기관 플랜지 부품에 심한 충격 시험을 실시할 때 등에, 인성 부족의 문제가 현재화되기 쉬워진다. 그래서, 본 발명에서는 판두께 5.0mm 이상의 강판을 대상으로 하여 인성 개선을 도모하기로 하였다. 판두께 5.5mm 이상의 강판을 대상으로 하는 것이 보다 효과적이다. 판두께가 11.0mm 이하의 범위이면, 화학 조성 및 K값을 상술한 범위로 조정함으로써, 배기관 플랜지 부품으로의 가공시나, 그 부품의 사용시에서의 인성 부족은 현저하게 개선 되는 것이 확인되었다. 인성에 대한 신뢰성은 두께를 9.0mm 이하로 규정함으로써 한층 향상된다.
[제조 방법]
인성 및 가공성이 우수한 상기의 두께 게이지 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법을 이하에 개시한다.
[용제]
연속 주조법에 의해 주조 슬래브를 제조한다. 주괴법에 의해 주괴를 만들고, 단조 또는 분괴(分塊) 압연으로 슬래브를 제조해도 좋다. 슬래브 두께는 200 내지 250mm로 하는 것이 바람직하다.
[슬래브 가열]
상기 슬래브를 가열로에 넣고, 950℃ 이상의 온도로 가열한다. 가열 시간(재료 온도가 950℃ 이상으로 유지되는 시간)은 예를 들어 50 내지 120분의 범위에서 설정할 수 있다. 950℃ 이상의 온도로 가열함으로써, 주조시에 생성된 조대한 TiC가 Ti+C로 분해되어, TiC가 거의 소실된 조직 상태를 실현할 수 있다. TiN에 대해서는 1150℃에서도 아직 완전히는 분해하지 않지만, N의 완전 고용화에는 특별히 집착할 필요는 없다. 재료의 최고 도달 온도는 1120℃ 이하의 범위에서 설정할 수 있는데, 로에서 꺼낼 때의 재료 온도(추출 온도)는 후술하는 온도 범위로 조정할 필요가 있다.
[조압연]
가열 후의 슬래브를 추출 온도 950 내지 1120℃에서 로에서 꺼내어, 조압연기에 의해 압연한다. 추출 온도가 이것보다 높으면, 재결정 페라이트상의 평균 결정 입자직경이 조대화되기 쉽고, 상술한 K값이 150 이하인 열연 강판을 얻는 것이 어려워진다. 조압연은 1 패스 또는 복수 패스의 압연으로 행하고, 판두께 20 내지 50mm의 중간 슬래브를 제조한다. 그 때, 조압연에 의해 얻어지는 중간 슬래브의 표면 온도가 700 내지 850℃가 되도록 컨트롤하는 것이 중요하다. 즉, 적어도 조압연의 최종 패스 온도가 700 내지 850℃의 범위가 되도록 추출 온도 및 조압연 패스 스케줄을 설정한다. 이 온도 범위는 TiC의 재석출이 발생하는 온도역에 겹친다. 미고용의 TiC가 거의 잔존하지 않은 상태에서, 조압연 중에 TiC를 재석출시키면, 많은 사이트에서 미세한 TiC가 발생한다. 중간 슬래브 중에는, 이러한 수많은 TiC 또는 이미 석출되어 있는 TiN을 핵으로서 생성한 Ti 탄질화물이 미세 분산된 상태가 된다. 미세 분산된 Ti 탄질화물은 자속 고정(flux pinning) 효과에 의해 페라이트 재결정립의 조대화를 억제하는 작용을 발휘한다. 중간 슬래브의 표면 온도가 850℃를 초과하는 고온에서 조압연을 행하면, TiC가 활발하게 재석출하는 온도보다 고온에서의 조압연이 되므로, 상기 자속 고정 효과가 충분히 발휘되지 않고, 조대 결정립이 생성되어, 결정립 미세화 효과가 불충분해진다. 한편, 중간 슬래브의 표면 온도가 700℃를 밑돌면, 후술하는 마무리 열간 압연에서의 변형 저항이 증대하거나, 권취 온도가 너무 낮아지거나 하는 요인이 된다. 조압연의 합계 압연율은 80 내지 90%로 하는 것이 바람직하다.
[마무리 열간 압연]
상기 중간 슬래브에 대하여 권취까지의 사이에 실시하는 일련의 열간 압연을 여기에서는 「마무리 열간 압연」이라고 부른다. 마무리 열간 압연은 리버스식 압연기를 사용하여 행하여도 좋고, 탠덤식의 연속 압연기를 사용하여 행하여도 좋다. 최종 패스 후의 판두께가 5.0 내지 11.0mm가 되고, 또한 후술하는 권취 온도를 실현할 수 있도록 패스 스케쥴을 설정한다. 마무리 열간 압연 중에도 자속 고정 효과에 의해 재결정립의 성장이 억제된다. 마무리 열간 압연의 합계 압연율은 예를 들어 65 내지 85%로 할 수 있다.
[권취]
마무리 열간 압연을 마친 강판은 표면 온도가 650 내지 800℃인 상태에서 코일 형상으로 권취한다. 650℃보다 저온에서 권취하면, 고온 강도가 상승하기 때문에, 정상적인 형태로 코일 형상을 권취할 수 없는 상태가 생기기 쉽다. 이러한 권취 이상이 발생하면, 재권취 공정을 통판(通板)할 필요가 있기 때문에 생산 비용 상승으로 이어진다. 800℃보다 고온에서 권취하면 동적인 2차 재결정화가 촉진되고, 결정립 조대화가 진행되기 쉽다. 이 경우, K값의 저하(즉 인성 저하)로 이어질 우려가 있다. 권취 후에는 그대로 대기 중에서 방랭하면 좋다. 수랭 등의 냉각 처리를 행하지 않아도, 상기의 자속 고정 효과에 의해서도 초래되는 효과는 유지된다. 저온 인성 개선은 결정립 미세화에 의한 바가 크다. 또한, 고용 C, N의 저감에 의한 매트릭스의 연질화도 저온 인성 개선에 기여하고 있다고 생각된다. 따라서, 본 발명의 제조 조건을 충족함으로써 인성이 우수한 Ti 함유 페라이트계 스테인리스강의 두께 게이지 열연 강판을 제공하는 것이 가능해진다.
[열연판 소둔]
상기와 같이 하여 얻어진 열연 강판에 소둔을 실시한다. 열연을 마친 채(소위 「as hot」)의 열연 강판에 실시하는 소둔을 「열연판 소둔」이라고 부른다. 열연판 소둔에 의해 얻어진 강판(그 후에 표면 산화 스케일을 제거한 강판도 포함한다.)을 「열연 소둔 강판」이라고 부른다. 열연판 소둔은 800 내지 1100℃의 온도 범위로 가열함으로써 행하고, 소둔 후의 강판에서의 판면의 경도가 170HV 이하가 되도록 온도 및 소둔 시간을 조정한다. 소둔 온도가 800℃보다 낮으면 충분히 재결정화하지 않고, 플랜지 부품을 제작할 때의 타발성이 악화된다. 이 경우, 버(burr) 등이 발생하기 쉬워져, 타발 금형의 수명이 대폭으로 단축되어 버린다. 1100℃보다 높으면 결정립이 조대화되기 쉽고, 플랜지 부품의 품질 저하의 요인이 된다. 170HV 이하의 열연 소둔 강판을 얻기 위한 적정한 소둔 조건은 미리 예비 실험에 의해 강의 화학 조성, 판두께에 따라 연화 거동을 파악해 둠으로써, 상기의 소둔 온도 범위 내에서 용이하게 설정할 수 있다. 통상, 800 내지 1100℃의 범위 내로 설정한 소둔 온도에서 균열(均熱) 0 내지 5분의 가열을 실시함으로써 양호한 결과를 얻을 수 있다. 여기에서, 균열 0분이란 재료 온도가 소정의 온도에 도달한 후 바로 냉각하는 경우를 말한다. 소둔 후에는 산세(酸洗)를 실시하여 표면의 산화 스케일을 제거하는 것이 일반적이다. 이 열연판 소둔은 두께 게이지의 열연 강판을 통판(通板)할 수 있는 연속 소둔 산세 라인에서 행하는 것이 효율적이다.
실시예
표 1에 나타내는 강을 용제하여, 두께 약 200mm의 연속 주조 슬래브를 얻었다. 강의 화학 조성은 모두 본 발명의 규정을 충족하고 있다. 각 연속 주조 슬래브를 가열로에 넣고, 강종에 따라 표 2에 기재된 슬래브 가열 온도에서 50 내지 100분간 유지한 후 로에서 꺼내고, 바로 조압연기에 의한 조압연을 행하였다. 추출 온도는 슬래브 가열 온도와 같게 하였다. 조압연은 마무리 목표 판두께에 따라 7 내지 9 패스로 행하여, 두께 20 내지 50mm의 중간 슬래브를 제작하였다. 조압연기의 최종 패스 출측(出側)에서 중간 슬래브의 표면 온도를 측정하였다. 그 온도를 표 2 중에 「중간 슬래브 온도」로서 표시하였다. 얻어진 중간 슬래브에 대하여, 바로 6 스탠드의 밀(mill)을 구비하는 연속 열간 압연기 또는 코일러 퍼니스를 갖는 가역식 열간 압연기에 의해 마무리 열간 압연을 실시하고, 그 후, 권취하여 코일형상의 열연 강판을 얻었다. 권취 온도는 권취기 직전의 판 표면 온도를 측정함으로써 구하였다. 얻어진 열연 강판의 판두께는 표 2에 나타내었다. 각 열연 강판을 연속 소둔 산세 라인에 통판하고, 열연판 소둔 및 산세를 실시하여, 열연 소둔 강판을 얻었다. 열연판 소둔 조건은 표 2에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112018125573310-pct00001
각 열연 소둔 강판에 대하여, 그 강대(鋼帶)의 길이 방향 양단 부근 및 중앙 부근에서 시험용의 판재 샘플을 채취하였다. 그 3장의 판재로부터, 강대 폭 방향(압연 직각 방향)의 양 단부 부근 및 중앙 부근에서 각종 시험편을 잘라내어, 하나의 열연 소둔 강판의 코일에 대해 합계 9개소의 샘플링 위치에서 이하의 조사를 수행하였다.
Free(C+N), 및 평균 결정 입자직경 d를 상술한 방법으로 구하고, (1)식에 의해 K값을 산출했다. U 노치 충격 시험편을 제작하고, JIS Z2242: 2005에 따라 20 ℃에서의 샤르피 충격 시험을 행하였다. 해머에 의한 충격 부여 방향(즉 U 노치의 깊이 방향)은 압연 방향과 판두께 방향에 수직인 방향(즉 열연 소둔 강대의 판 폭 방향)으로 했다. 상술한 방법으로 판면의 경도를 측정하였다. 각 열연 소둔 강판 모두 상기 9개소의 샘플링 위치에서의 측정 결과에는 큰 편차는 보이지 않았지만, 여기에서는 평가 결과를 엄격하게 평가할 목적으로, K값이 가장 낮은 값(즉 가장 저성적의 값)이 된 샘플링 위치에서의 각 측정 결과를 당해 강판에 대한 성적값으로서 채용하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure 112018125573310-pct00002
본 발명에 따라 K값이 150 이상이 되는 조건으로 제조한 강판(본 발명예)은 모두 20℃의 U 노치 충격 시험편에 의한 충격값이 150J/㎠ 이상이 되어, 양호한 인성을 갖고 있다. 또한, 소둔에 의해 170HV 이하의 연질화를 실현할 수 있었다. 따라서, 이것들은 모두 배기관 플랜지 부품으로의 가공이 충분히 가능하며, 얻어진 플랜지도 사용시에 충분한 인성을 갖고 있다고 판단된다. 또한, 연속 라인을 사용한 강대의 제조에 있어서, 강대 전체 길이에 걸쳐 안정적으로 상기의 우수한 인성 개선 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.
본 발명예의 상기 강판을 소재에 사용하여, 배기관 플랜지 부품으로의 가공을 모의한 냉간 단조 시험, 프레스 천공 시험, 절삭 시험을 실시하였다. 그 결과, 모두 인성 부족이나 연질화 부족에 기인하는 제조상의 장해는 보이지 않았다. 또한, 얻어진 냉간 단조 부품에 대하여, 출원인이 정한 매우 엄격한 조건으로의 낙추(落錘) 시험을 행하였다. 그 결과, 본 발명예의 어느 강판에서 얻은 시험편에서도 인성 부족에 기인하는 균열 등의 트러블은 발생하지 않았다.
비교예인 No. 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28은 슬래브 가열 온도, 중간 슬래브 온도, 권취 온도가 본 발명예로부터 높게 벗어나 있었기 때문에 TiC 등에 의한 석출물의 자속 고정 효과를 얻을 수 없고, 평균 결정 입자직경이 커지고, 그 결과, 인성이 저하되었다. No. 29에서는 슬래브 가열 온도, 중간 슬래브 온도는 본 발명의 조건을 만족하지만, 권취 온도가 낮기 때문에 권취한 코일의 형상이 나빠졌다. 또한, 강 중의 C, N 함유량이 높은 것에 비해 Ti 첨가량이 적으므로, Free(C+N)이 높아져, 인성이 저하되었다.
비교예의 각 강판을 소재에 사용하여, 상기와 동일한 조건에서 배기관 플랜지 부품으로의 가공을 모의한 냉간 단조 시험, 프레스 천공 시험, 절삭 시험을 실시하였다. 그 결과, No. 22에 대하여 경도는 본 발명 범위로부터 약간 높은 정도이지만, 인성이 낮기 때문에 천공 시험시에 크랙이 생겼다. No. 21, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29에 대해서는 인성이 낮고, 경도가 크기 때문에, 플랜지 부품으로의 제품화가 곤란하다.
1 강관
2 플랜지 부품

Claims (6)

  1. 질량%로, C: 0.003 내지 0.030%, Si: 0.02 내지 2.0%, Mn: 0.10 내지 2.0%, P: 0.050% 이하, S: 0.040% 이하, Cr: 10.0 내지 19.0%, N: 0.030% 이하, Ti: 0.07 내지 0.50%, Al: 0.010 내지 0.20%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 가지고, 하기 (1)식에 의해 정의되는 K값이 150 이상이며, 판면의 경도가 170HV 이하이고, 판두께가 5.0 내지 11.0mm인 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판.
    K값=-0.07×Cr-6790×Free(C+N)-1.44×d+267 … (1)
    여기서, (1)식의 Cr의 개소에는 강 중 Cr 함유량(질량%)의 값이 대입된다. Free(C+N)은 강 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)에서 전해 추출법으로 회수되는 추출 잔사 중에 존재하는 C와 N의 합계 함유량(질량%)을 뺀 값(질량%)이다. d는 압연 방향 및 판두께 방향에 평행한 단면(L 단면)을 연마한 관찰면에 대하여, JIS G0551: 2013의 부속서 C에 규정되는 직선 시험선에 의한 절단법에 의해 구해지는 평균 결정 입자직경(㎛)이다.
  2. 제1항에 있어서, 질량%로, 추가로 Mo: 1.50% 이하를 함유하는 화학 조성을 갖는, 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판.
  3. 제1항에 있어서, 질량%로, 추가로 B: 0.0030% 이하를 함유하는 화학 조성을 갖는, 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법으로서,
    상기 화학 조성을 갖는 강의 슬래브를 가열로에서 가열한 후 950 내지 1120℃의 온도에서 로에서 꺼내고, 조압연기(粗壓延機)에 의해 압연하여 판두께 20 내지 50mm, 표면 온도 700 내지 850℃의 중간 슬래브로 하고, 이어서 상기 중간 슬래브에 열간 압연을 실시하여 판두께 5.0 내지 11.0mm로 한 후 표면 온도 650 내지 800℃에서 권취함으로써 열연 강판을 얻는 공정,
    상기 열연 강판을 800 내지 1100℃에서 소둔하여, 판면의 경도가 170HV 이하의 열연 소둔 강판을 얻는 공정을 갖는, 배기관 플랜지 부품용 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강판을 사용한 플랜지 부품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플랜지 부품이 자동차의 배기관 플랜지 부품인, 플랜지 부품.
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