KR20080052501A - 자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강및 용접 강관 - Google Patents

자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강및 용접 강관 Download PDF

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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, C: 0.03질량% 이하, Si: 1질량% 이하, Mn: 1.5질량% 이하, Ni: 0.6질량% 이하, Cr: 10 내지 20질량%, Nb: 0.5질량% 이하, Ti: 0.05 내지 0.3질량%, Al: 0.03 초과 내지 0.12질량%, Cu: 1 초과 내지 2질량%, V: 0.2질량% 이하, N: 0.03질량% 이하, B: 0.0005 내지 0.02질량%, O: 0.01질량% 이하, 및 잔여량의 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하며, 하기 수학식 1 및 2의 관계를 만족시키는 자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강에 관한 것이다.
수학식 1
Figure 112007088273009-PAT00001
수학식 2
Figure 112007088273009-PAT00002
당해 강으로 고온 강도 및 용접 인성이 우수하고 적정 조관 조건에 관한 자유도를 크게 확보할 수 있는 자동차 배기 가스 유로 부재를 제작할 수 있다.
Figure P1020070126945
자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강, 용접 강관, 엑조스트매니폴드, 촉매 컨버터 케이스, 프론트 파이프, 센터 파이프.

Description

자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강 및 용접 강관{Ferritic stainless steel for automobile exhaust gas passage components and welded steel pipe}
본 발명은, 엑조스트 매니폴드(exhaust manifold), 촉매 컨버터 케이스(외통), 프론트 파이프, 센터 파이프로 대표되는 자동차 배기 가스 유로 부재(automobile exhaust gas passage component)에 사용하는 페라이트계 스테인레스 강 및 이의 용접 관, 및 이들을 사용한 자동차 배기 가스 유로 부재에 관한 것이다.
엑조스트 매니폴드, 촉매 컨버터 케이스, 프론트 파이프, 센터 파이프 등의 자동차 배기 가스 유로 부재는, 700℃를 초과하는 고온 영역에서의 내고온 산화성 및 고온 강도가 우수한 것이 요구된다. 이러한 내열성을 구비한 재료로서, 특허문헌 1 및 2에는, Cu를 약 1 내지 2질량% 첨가한 페라이트계 스테인레스 강이 개시되어 있다. 강 중의 Cu는 가열에 의해 Cu 상으로서 석출되어 강의 고온 강도 및 열 피로 특성을 향상시킨다.
상기한 자동차 배기 가스 유로 부재의 대부분은, 용접 강관을 성형함으로써 제조된다. 최근에는 엔진룸(engine compartment) 내에 탑재되는 각종 장치가 증가하여, 배기 가스 유로 부재의 수용 스페이스는 감소되는 경향이 있다. 이로 인해 배기 가스 유로 부재는 강관을 복잡 형상으로 가공함으로써 제조되는 경우가 많아졌다. 따라서, 배기 가스 유로 부재에 사용하는 용접 강관에는 종래보다 훨씬 우수한 성형성이 요구되게 되었다.
페라이트계 스테인레스 강으로 제조된 용접 강관의 성형성을 개선시키기 위한 기술에 관해서는, 특허문헌 3에, Al 또는 Ti의 미량 첨가에 의해 용접부의 인성 및 2차 가공성을 개선하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 발명자들의 연구에 의하면, 상기한 바와 같이 Cu를 1 내지 2% 정도 함유시켜 고온 강도의 향상을 도모한 페라이트계 스테인레스 강의 경우, Al 또는 Ti를 미량 첨가하더라도, 고주파 용접으로 조관된 강관의 인성을 충분히 확보하는 것은 어려운 것을 알 수 있었다. 또한, 촉매 컨버터 케이스 등은 TIG 용접이나 레이저 용접으로 조관된 강관에 대하여 대단히 엄격한 축관 가공(프레싱 또는 스피닝)을 실시함으로써 제조되는 점에서, 인성의 확보가 한층 더 중요해진다. 요컨대, Cu를 1 내지 2% 정도 함유하는 페라이트계 스테인레스 강의 경우, 특허문헌 3에 개시되는 Al 또는 Ti를 미량 첨가하는 기술만으로는, 용접 강관의 인성을 충분히 개선할 수 없는 것이 판명되었다.
또한, 특히 고주파 용접 조관(pipe-making)에 있어서는, 업셋량(amount of upset)과 입열(入熱)에 의해서 정해지는 조관 조건에 의해서 용접부의 인성이 좌우 되기 쉽다. Cu를 1 내지 2% 함유하는 페라이트계 스테인레스 강에서는, 조관 조건이 최적 조건으로부터 벗어난 경우에 안정적이고 양호한 인성을 확보하는 것이 한층 더 어려운 상황에 있다.
특허 문헌 1: 국제 공개공보 제WO 03/004714호
특허 문헌 2: 일본 공개특허공보 제2006-117985A호
특허 문헌 3: 일본 공개특허공보 제2005-264269A호
본 발명은, 내고온 산화성과 고온 강도가 우수한 Cu 함유 페라이트계 스테인레스 강에 있어서, 조관시에 형성되는 용접부(이하, 단순히 용접부라고 할 때는, 용접 금속과 그 근방의 열 영향부를 포함한다)의 인성이 우수하고, 특히 고주파 용접 조관하는 경우에는 적정 조관 조건에 관한 자유도를 크게 확보할 수 있는 자동차 배기 가스 유로 부재용의 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상세한 검토의 결과, Cu 상의 석출을 이용하여 고온 강도를 높인 페라이트계 스테인레스 강에 있어서 용접부의 인성을 확보하기 위해서는, Ti와 Al을 복합 첨가하는 것 이외에, Al 함유량을 강 중의 O(산소) 함유량과의 관계에 있어서 엄밀히 규정하는 것이 매우 유효하고, 이에 의해 고주파 용접 조관에서의 적정 조관 조건 범위가 확대되는 것을 밝혀냈다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, C: 0.03질량% 이하, Si: 1질량% 이하, Mn: 1.5질량% 이하, Ni: 0.6질량% 이하, Cr: 10 내지 20질량%, Nb: 0.5질량% 이하, Ti: 0.05 내지 0.3질량%, Al: 0.03 초과 내지 0.12질량%, Cu: 1 초과 내지 2질량%, V: 0.2질량% 이하, N: 0.03질량% 이하, B: 0.0005 내지 0.02질량%, O: 0.01질량% 이하이고, 추가로, 필요에 따라서, Mo, W, Zr 및 Co 중의 1종 이상을 총량 4질량% 이하의 범위에서 함유하고, 잔여량의 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 하기 수학식 1 및 2를 만족시키는 조성의 자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강에 의해 성취된다.
Figure 112007088273009-PAT00003
Figure 112007088273009-PAT00004
상기 수학식 1 및 2의 각각의 원소 기호에는 질량%로 표시된 당해 원소의 함유량의 값이 대입된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 강으로 이루어진 용접 강관을 사용한, 엑조스트 매니폴드, 촉매 컨버터, 프론트 파이프, 센터 파이프 및 기타 배기 가스 유로로 대표되는 자동차 배기 가스 유로 부재가 제공된다.
본 발명에 의하면, 자동차 배기 가스 유로 부재에 요구되는 내열성(내고온 산화성 및 고온 강도)을 구비하고, 용접부의 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강 용접 강관이 실현된다. 더구나, 이러한 용접 강관을 제조할 때는, 적정 조관 조건의 자유도가 확대된다. 따라서, 라인 속도가 빠른 고주파 용접 조관에 있어서도, 예를 들면, 용접부의 인성이 양호한 고품질의 강관을 안정적으로 제조할 수 있다.
이하, 페라이트계 스테인레스 강의 조성에 관해서 설명한다.
C 및 N은, 일반적으로는 크리프 강도 등의 고온 강도 향상에 유효한 원소이지만, 과잉 함유하면 산화 특성, 가공성, 저온 인성, 용접성이 저하된다. 본 발명에서는 C, N 모두 0.03질량% 이하의 함량으로 제한한다.
Si는, 내고온 산화성의 개선에 유효하다. 또한, 용접시에 대기 중의 산소와 결합하여, 강 중으로의 산소의 침입을 방지하는 작용을 나타낸다. 그러나, Si 함유량이 과잉 되면, 경도가 상승하여, 가공성, 저온 인성의 저하를 초래한다. 본 발명에서는, Si 함유량은 1질량% 이하로 제한되고, 예를 들면 0.1 내지 0.6질량%로 제한할 수도 있다.
Mn은, 내고온 산화성, 특히 내스케일 박리성(scale peeling resistance)을 개선시킨다. 또한, Si와 동일하게, 용접시에 대기 중의 산소와 결합하여, 강 중으로의 산소의 침입을 방지하는 작용을 나타낸다. 그러나, 과잉 첨가는 가공성, 용접성을 저해한다. 또한, Mn은 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에, 다량으로 첨가하면 마르텐사이트 상이 생성되기 쉬워져 가공성 등의 저하 요인이 된다. 이로 인해 Mn 함유량은 1.5질량% 이하로 제한되고, 1.3질량% 이하로 제한되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 0.1 내지 1질량% 미만으로 규정할 수도 있다.
Ni는, 오스테나이트 안정 원소이다. 과잉 함유시키면 Mn과 동일하게 마르텐사이트 상의 생성을 초래하여, 가공성 등의 저하 요인이 된다. Ni 함유량은 0.6질량%까지 허용된다.
Cr은, 페라이트 상을 안정화하는 동시에, 고온 강의 특성에 중시되는 내산화성의 개선에 기여한다. 그러나, 과잉의 Cr 함유는 강재의 취화나 가공성 저하를 초래한다. 이로 인해 Cr 함유량은 10 내지 20질량%로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 강의 사용 온도에 맞추어 조정된다. 예를 들면, 950℃까지의 우수한 내고온 산화성이 요구되는 경우는 16질량% 이상의 Cr 함유가 요망되고, 900℃까지이면 12 내지 16질량%의 범위이면 양호하다.
Nb는, 700℃를 초과하는 고온 영역에서의 우수한 고온 강도를 확보하기 때문에 대단히 유효한 원소이다. 본 발명의 조성물에서 고용 강화(solid solution strengthening)에 의한 기여가 크다고 생각된다. 또한, Nb는 C와 N을 고정시키고, 인성 저하의 방지에도 유효하다. 본 발명에서는, 하기 수학식 1을 만족시키도록 Nb를 함유시킴으로서, 고온 강도의 향상에 유효하게 작용하는 Nb량을 확보한다.
수학식 1
Figure 112007088273009-PAT00005
그러나, 과잉의 Nb 첨가는 가공성의 저하, 저온 인성의 저하 및 용접 고온 균열 감수성의 증대를 초래한다. 또한, 후술의 "적정 조관 조건율"을 저하시키는 요인이 된다. 이로 인해, Nb는 0.5질량% 이하의 범위에서 함유시킨다.
Ti는, 일반적으로 C와 N을 고정시키고, 성형성의 개선 및 인성 저하의 방지에 유효하다. 그러나, 용접부에서는 사정이 다르다. 주로 TiN의 형으로 고정된 대부분의 N은, 용접시에 고온에 노출됨으로써 TiN이 분해되어, 일단, 고온 영역에서는 고용 N이 된다. TiN은 강의 응고점에 가까운 고온 영역에서 형성되지만, 용 접 후의 냉각 속도는 대단히 빠르기 때문에, Ti만으로는 용접 후의 냉각 과정에서 N을 충분히 고정시킬 수 없다. 이로 인해 용접부에서는, N은 강 중에 고용 N으로서 존재하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이, Al을 Ti와 함께 복합 첨가한다. Ti의 C와 N 고정 효과를 충분히 발휘시키기 위해서 0.05질량% 이상의 Ti 함유량을 확보할 필요가 있다. 그러나, 과잉의 Ti 첨가는 TiN의 다량 생성에 기인하는 표면 성상의 열화를 초래하고, 또한 용접성 및 저온 인성에도 악영향을 미치게 된다. 이로 인해 Ti 함유량은 0.05 내지 0.3질량%로 규정된다.
Al는, 일반적으로 탈산제이고, 또한 내고온 산화성을 개선하는 원소이다. 그러나, 본 발명에서는, 특히 용접부에서의 N을 고정시키는 원소로서 중요하다. 상술과 같이, 용접부에서, Ti만으로는 용접 후의 냉각 과정에서 충분히 N을 고정시킬 수 없다. 그런데, Al는 Ti와 달리, 1000℃ 이하의 비교적 저온 영역으로 질화물을 형성한다. 이로 인해, Ti와 함께 Al을 첨가함으로써, 용접부에서, 용접 후의 냉각 과정에서 N이 효과적으로 고정되어 인성 저하가 경감된다. 또한, Ti와 Al에 의한 N의 고정에 의해서 일그러짐 시효가 경감되어, 용접부에서의 2차 가공성이 개선된다.
또한, 용접부에서, Al은 강 중에 존재하는 N을 고정시킬 뿐 아니라, 외부의 N 및/또는 O(산소)가 용접부의 강 중에 침입하는 것을 직접 방지하는 작용을 갖는다. 즉, 조관시에는 용융 금속이 노출되는 대기 중(통상적으로 N2, Ar 등으로 밀봉되어 있다)에 공기가 혼입하는 경우가 있으며, 이의 혼입량이 많으면 대기 중의 N 및 O가 용접부로부터 강 중으로 침입하기 쉽고, 인성 저하를 야기하는 요인이 된 다. 그러나, Al를 적량 함유한 페라이트계 스테인레스 강에서는, 강 중의 Al이 대기 중의 N 및 O의 침입을 저지하는 작용을 한다. 이러한 메카니즘은 반드시 명확하지 않지만, 본 발명의 강을 사용한 용접 강관의 용접부 표층을 분석하면 Al이 농화되어 있는 점에서, 강 중의 Al은 용접동안 Al2O3를 형성하여, N 및 O가 내부로 확산되는 것을 차단하는 것으로 추찰된다.
이러한 Al의 작용을 충분히 도출하여 고주파 용접 조관에 있어서의 적정 조관 조건의 자유도를 넓게 확보하기 위해서는, 0.03질량%를 초과하는 Al 함유량을 확보할 필요가 있다. 그러나, 과잉의 Al 함유는 용접시에 다량의 산화물을 형성하여, 오히려 가공 균열의 출발점으로서 작용한다. Al 함유량의 상한은 0.12질량%로 제한된다.
또한 Al 함유량은, 강 중의 O(산소) 함유량과의 관계로 하기 수학식 2를 만족시키도록 추가로 조정되어야 있다:
수학식 2
Figure 112007088273009-PAT00006
후술의 실시예에서 나타내는 바와 같이, 수학식 2를 만족시키는 Al 함유량 범위에서 고주파 용접 조관에 있어서의 적정 조관 조건의 자유도가 현저히 향상된다. 즉, 수학식 2에서 "Al-(54/48) O"로 나타내어지는 Al량은, 용접부에서, 강 중에 존재하는 O와 결합하여 Al2O3를 형성함으로써 소비되는 Al를 뺀, 나머지 Al(여기서 "유효 Al"이라고 부른다)의 양을 나타내는 것이다. 유효 Al량이 0.02질량% 이 상이 되면, 용접시 대기 중에 혼입되는 O와 유효 Al이 신속히 결합하여, 대기 중의 N과 O의 내부 확산이 효과적으로 차당되는 것으로 생각되며, 결과적으로 고주파 용접 조관에 있어서의 적정 조관 조건의 자유도가 현저히 개선된다. 그러나, 유효 Al량이 0.1%를 초과하면, 반대로 적정 조관 조건의 자유도는 급격히 저하하게 된다. 그 이유로서, 용접부에 과잉의 Al 산화물이 형성되어, 이것이 가공 균열의 기점이 되는 것으로 생각된다.
Cu는, 고온 강도를 높이는 데에 있어서 중요한 원소이다. 보다 구체적으로, 본 발명에서는 Cu 상(ε-Cu 상이라고 불리는 경우가 있다)의 미세 분산 석출 현상을 이용하여, 특히 500 내지 700℃에서의 강도를 높인다. 이를 위해서는 1질량%를 초과하는 Cu 함유가 필요하다. 그러나, 과잉의 Cu 함유는 가공성, 저온 인성, 용접성을 저하시키기 때문에 Cu 함유량은 2질량% 이하로 제한된다.
V는, Nb와 Cu와의 복합 첨가에 의해서 고온 강도의 향상에 기여한다. 또한, Nb와의 공존에 의해, V는 가공성, 저온 인성, 내립계 부식 감수성(resistance to grain boundary corrosion susceptibility), 용접열 영향부의 인성을 개선시킨다. 그러나, 과잉 첨가하면 오히려 가공성, 저온 인성을 초래하게 되기 때문에, V를 0.2질량% 이하의 범위에서 함유시킨다. V 함유량은 0.01 내지 0.2질량%의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.03 내지 0.15질량%로 하는 것이 보다 바람직하다.
B는, 2차 가공 취성을 개선하기 때문에 유효하다. 이의 메카니즘은 입계(grain boundary) 고용에서의 산소의 감소 및/또는 입계 강화에 의한 것으로 추찰된다. 그러나, 과잉의 B 첨가는 제조성이나 용접성을 열화시킨다. 본 발명에서 0.0005 내지 0.02질량%의 범위에서 B를 함유시킨다.
강 중에 존재하는 O(산소)는, 용접부의 인성에 악영향을 미치기 때문에, 적은 것이 바람직하다. 또한, 상술의 유효 Al량을 확보하는 관점에서도, 가능한 한 적은 것이 바람직하다. O 함유량은 0.01질량% 이하인 동시에, Al 함유량과의 관계에 있어서 상기 수학식 2를 만족시킬 필요가 있다.
Mo, W, Zr 및 Co는, 본 발명의 성분계의 페라이트계 스테인레스 강의 고온 강도를 향상시키기 때문에 유효하다. 필요에 따라서, 이들의 1종 이상을 첨가할 수 있다. 그러나, 다량의 첨가는 강의 취화를 초래하기 때문에, 이러한 원소를 첨가하는 경우는 이의 총 함유량이 4질량% 이하가 되도록 한다. 총 함유량이 0.5 내지 4질량%의 범위가 되도록 첨가하는 것이 보다 효과적이다.
상기의 조성을 갖는 페라이트계 스테인레스 강은, 일반적인 스테인레스 강의 제강 공정으로 용제할 수 있으며, 이후, 예를 들면, "열간 압연→어닐링(annealing)→산 세정(pickling)"의 공정, 또는 추가로 "냉간 압연→어닐링→산 세정"을 1회 이상 실시하는 공정에 의해서, 판 두께 1 내지 2.5mm 정도의 어닐링 강판으로 한다. 그러나, Cu 상의 석출에 의해서 충분한 고온 강도를 실현하기 위해서는, 마무리 어닐링에 있어서, 900℃에서 400℃까지의 평균 냉각 속도를 10 내지 30℃/초의 범위로 제어하는 것이 바람직하다. 여기에서, "마무리 어닐링"이란, 강재의 제조 단계에서 이루어지는 최후의 어닐링이고, 예를 들면 950 내지 1100℃에서 균열 0 내지 3분 유지하는 열처리를 들 수 있다.
이러한 어닐링 강판(소재)을, 소정의 관 형상으로 롤 폴딩(roll-folding)하 여, 소재의 맞댐부(butt joint)를 용접함으로써 조관하여, 용접 강관을 수득한다. 용접 방법으로서는, TIG 용접, 레이저 용접, 고주파 용접 등의 각종 공지된 조관 용접법을 적용할 수 있다. 수득된 강관은, 필요에 따라서, 열처리 공정 및/또는 산 세정 공정을 거친 후, 배기 가스 유로 부재로 성형 가공된다.
실시예
표 1에 기재한 조성의 페라이트계 스테인레스 강을 용제하고, "열간 압연→어닐링/산 세정→냉간 압연→마무리 어닐링/산 세정"의 공정으로, 각 강종 모두 판 두께 2.0mm 및 1.5mm의 2종류의 판 두께의 소재 강판을 수득하였다. 상기 마무리 어닐링에서는 1050℃ ×균열 1분의 가열 후, 900℃에서 400℃까지의 평균 냉각 속도가 10 내지 30℃/초의 범위가 되도록 냉각시켰다.
Figure 112007088273009-PAT00007
실시예 1: 고주파 용접 조관
판 두께 2.0mm의 소재 강판을 사용하여 다양한 조건에서 고주파 용접 조관을 실시하였다. 외부 직경 38.1mm ×판 두께 2.0mm의 용접 강관을 제조하였다.
〈적정 조관 조건율〉
수득된 강관에 대해, 이하의 방법으로 "적정 조관 조건율(%)"을 구하였다.
고주파 용접 조관에 있어서, 금속 유동 각도가 45°가 되는 업셋량 및 입열 조건을, 이 강종에 있어서의 "최적 조건"으로 정의한다. 도 1(a)에 예시되는 바와 같은 금속 유동 곡선이 나타나 있는 용접부 단면의 에칭 조직에 서, 강관의 외면으로부터의 거리가 두께(t)의 1/4이 되는 위치에 그은 선("기준선"이라고 한다)과, 금속 유동 곡선이 이루는 각도를 θ로 할 때(도 1(b) 참조), 이 강관에 있어서의 θ의 최대값을, 이 강관의 금속 유동 각도로 한다. 즉, 다양한 금속 유동 곡선중, 기준선과 이루는 각도(θ)가 최대가 되는 금속 유동 곡선을 선택함으로써, 금속 유동 각도가 측정된다. "업셋량"이란, 조관 용접시의 판의 맞댐량(butting amount)이다. 용접 용어로서의 "가압량(upset force)"에 상당한다. "입열"이란, 고주파 용접의 전력(=전류×전압)이다.
각 강 시트에 관해서, 상기 "최적 조건"을 기준(0%)으로 하여, "업셋량"을 3수준(-30%, 0%, +30%), 및 "입열"을 5수준(-40%, -20%, 0%, +20%, +40%)에서 변동시킴으로써, 총 15개의 용접 조건으로 고주파 용접 조관을 실시한다. 각 용접 조건으로 수득된 강관으로부터 길이 약 1000mm의 관을 절취하여, 5℃의 수조에 15분간 침지 유지한 후, 즉시 JIS G3459에 준거한 편평 시험(flattening test)[용접부는 압축 방향으로 직각 위치, 압축 후의 평판 치구간 거리(H)는 압축전의 관 외부 직경(D)의 1/3]을 실시한다. 전체 조건수 15 중, 용접부에 취성 균열이 발생하지 않는 조건수가 차지하는 비율(%)을 구하고, 이를 당해 강종에 있어서의 "적정 조관 조건율(%)"로 한다.
이렇게 하여 구한 적정 조관 조건율이 60% 이상인 강종은, 자동차 배기 가스 유로 부재에 요구되는 우수한 용접부 인성을 갖는 고주파 용접 강관이 계절(온도)을 막론하고, 안정적으로 제조 가능한 것으로 평가된다.
〈용접부의 천이 온도〉
각 강종의 상기 "최적 조건"으로 조관된 고주파 용접 강관에 관해서, 용접부를 포함하는 시험편을 절취하였다. 이 용접부에 해머가 닿도록 시험편을 샤르피 충격 시험기(Charpy impact tester)에 세팅하고 충격 시험을 실시하여, 천이 온도를 판정하였다. 천이 온도가 0℃ 이하인 것을 양호하다고 평가하였다.
실시예 2: 레이저 용접 조관
판 두께 1.5mm의 소재 강판을 사용하여, 레이저 용접 조관을 실시하고, 외부 직경 65mm ×판 두께 1.5mm의 용접 강관을 제조하였다. 용접 조건은, 용접 뒷면 비드의 폭이 판 두께와 동일 정도(1.5 내지 2.0mm의 범위)가 되도록 하였다.
〈용접부의 천이 온도〉
수득된 강관으로부터 용접부를 포함하는 시험편을 절취하여, 상기와 동일한 방법으로 충격 시험을 실시하여, 천이 온도를 판정하였다. 천이 온도가 0℃ 이하인 것을 양호하다고 평가하였다.
실시예 3; 고온 강도의 측정
표 1의 각 강종에 관해서, 판 두께 2.0mm의 소재 강판을 사용하여 고온 인장력 시험을 실시하였다. 900℃에서의 0.2% 항복강도가 17MPa 이상인 것을 G(양호), 17MPa 미만인 것을 P(불량)로 평가하였다.
표 2에 이들의 결과를 기재하였으며, 도 2에 본 발명의 강 및 비교용 강 번호 21 내지 24에 관해서 유효 Al량 (Al-(54/48) O)와 적정 조관 조건율의 관계를 나타낸다.
Figure 112007088273009-PAT00008
표 2에 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 규정하는 범위로 이의 조성을 갖는 페라이트계 스테인레스 강(본 발명의 강)은 어느 것이라도, 고주파 용접 조관에 있어서의 적정 조관 조건율이 60% 이상이 되었다. 이들은 용접부의 천이 온도 및 고온 강도에 관해서도 양호하고, 엄격한 가공으로 제조되는 배기 가스 유로 부재에 적합한 것이 확인되었다. 특히, 수학식 2를 만족시키도록 Al 함유량과 O(산소) 함유량의 관계를 적정화함으로써, 적정 조관 조건의 자유도가 현저히 개선되는 것을 알 수 있다(도 2 참조).
이에 대하여 비교 강 번호 21 및 22는 Al 함유량이 낮아서, 수학식 2의 유효 Al량을 충분히 확보할 수 없었다. 이는, 용접시에 공기 중의 N과 O의 침입을 충분히 방지할 수 없었다고 생각되며, 적정 조관 조건율 및 용접부의 저온 인성을 악화시켰다. 번호 23 및 24는 반대로 Al 함유량이 지나치게 높음으로써 용접부에 다량의 Al 산화물이 생성되었다. 이들이 인성 저하의 요인이 되었다고 생각된다. 번호 25는 Nb 함유량 및 Cu 함유량이 지나치게 낮기 때문에 고온 강도가 불량해졌다. 번호 26은 Ti 함유량이 과잉이었던 것에 의해 저온 인성이 불량해졌다. 번호 27은 수학식 2를 만족시키지만, 강 중의 O(산소) 함유량이 지나치게 많기 때문에, 용접부의 저온 인성이 저하되어 적정 조관 조건율도 저하되었다. 번호 28은 Nb 함유량이 지나치게 많기 때문에 적정 조관 조건율이 저하되었다. 번호 29는 수학식 2를 만족시키지만, Al 함유량이 지나치게 많아서, 본 발명의 강보다 적정 조관 조건율 및 용접부의 저온 인성이 저하되었다.
도 1은 고주파 용접 관의 용접부 단면에 보이는 금속 유동을 예시한 현미경 사진이다.
도 2는 유효 Al량 (Al-(54/48) O)와 적정 조관 조건율의 관계를 도시한 그래프이다.

Claims (5)

  1. C: 0.03질량% 이하, Si: 1질량% 이하, Mn: 1.5질량% 이하, Ni: 0.6질량% 이하, Cr: 10 내지 20질량%, Nb: 0.5질량% 이하, Ti: 0.05 내지 0.3질량%, Al: 0.03 초과 내지 0.12질량%, Cu: 1 초과 내지 2질량%, V: 0.2질량% 이하, N: 0.03질량% 이하, B: 0.0005 내지 0.02질량%, O: 0.01질량% 이하, 및 잔여량의 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하며, 하기 수학식 1 및 2를 만족시키는, 자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강.
    수학식 1
    Figure 112007088273009-PAT00009
    수학식 2
    Figure 112007088273009-PAT00010
  2. 제1항에 있어서, Mo, W, Zr 및 Co 중의 1종 이상을 총 4% 이하의 범위로 추가로 함유하는, 자동차 배기 가스 유로 부재용 페라이트계 스테인레스 강.
  3. 제1항 또는 제2항에 따르는 강으로 이루어진 용접 강관.
  4. 제1항 또는 제2항에 따르는 강으로 이루어진 용접 강관을 형성함으로써 제조된 자동차 배기 가스 유로 부재.
  5. 제4항에 있어서, 엑조스트 매니폴드, 촉매 컨버터 케이스, 프론트 파이프 또는 센터 파이프인, 자동차 배기 가스 유로 부재.
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