KR20110099787A

KR20110099787A - 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20110099787A
Application number: KR1020117017681A
Authority: KR
Inventors: 미사 사끼야; 도오루 마쯔하시; 시게오 후꾸모또
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-08
Also published as: JP5676896B2; WO2010109870A1; JP2010248625A; CN102341516A

Abstract

이 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은, 질량％로, C:0.030％ 이하, N:0.030％ 이하, Si:0.30％ 이하, Mn:0.30％ 이하, P:0.040％ 이하, S:0.020％ 이하, Cr:16 내지 26％, Al:0.015 내지 0.5％, Ti:0.05 내지 0.50％, Nb:0.05 내지 0.50％, Mo:0.5 내지 3.0％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Si의 함유율에 대한 Al의 함유율의 비를 Al/Si로 할 때, 하기의 수학식 1을 만족시킨다.
[수학식 1]

Description

내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 {FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT LOCAL CORROSION RESISTANCE}

본 발명은 급수ㆍ급탕 설비, 식품 제조 설비, 건축 외장재나 설비, 가정용 전화 제품 중, 염화물 이온 등의 할로겐화물 이온을 포함하는 환경에서 사용되는 기기에 있어서, 우수한 내국부 부식성이 필요한 부재에 사용되는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

본원은 2009년 3월 27일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-078605호 및 2010년 3월 23일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-66608호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

오스테나이트계 스테인리스강은 일반적으로 내식성 및 연신, 늘림 성형성 등의 가공성이 우수하므로, 용도는 광범위에 걸치고 있다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은 가격의 변동이 격렬하여 경제적으로 불안정한 것이나 응력 부식 균열 발생의 우려가 있으므로, 내응력 부식 균열성이 우수하고 경제적으로 안정된 페라이트계 스테인리스강의 대체ㆍ적용이 확대되고 있다. 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비교하여, 적절한 성분계이면, 높은 내식성을 가질 뿐만 아니라, 높은 딥드로잉 성형성 및 우수한 표면 품위 등의 특성을 갖고 있으므로, 이들 이점을 살려서, 지금까지 오스테나이트계 스테인리스강밖에 적용되고 있지 않았던, 보다 광범위한 용도로의 적용이 검토되고 있다. 그러나, 페라이트계 스테인리스강은 부식의 진전 속도가 오스테나이트계 스테인리스강보다도 빠르기 때문에, 일단 부식이 발생되어 버리면, 적녹 상태로 부식이 진전되어 버린다. 그로 인해, 적용 기기의 외장에 사용되는 경우에는, 적녹이 눈에 띄어 버리는 문제가 있고, 위생상 녹 발생조차도 인정되지 않는 식품 제조 설비 등으로의 적용에는 문제가 있다. 이들은 복잡한 형상이나 용접부 등의 간극 구조를 갖는 구조물로의 적용의 경우에 있어서도, 간극 부식으로서 동일한 문제, 즉 대기 부식이나 부식에 의한 피팅(pitting) 등의 우려가 있다.

스테인리스강의 일반적인 국부 부식으로서, 피팅의 발생 기구를 설명한다. 염화물 이온 등의 할로겐화물 이온을 포함하는 환경에, 스테인리스강이 노출되는 경우, 염화물 이온 농도가 높아지거나, 또는 환경의 전위가 높아진 경우에, 염화물 이온에 의해 부동태 피막 중 국부적으로 약한 부분이 선택적으로 파괴된다. 피막의 파괴와 동시에 스테인리스강 소지(素地)의 국부적인 용해가 발생하여 부식 구멍이 생기고, 그 속에서 생성된 금속 이온이 가수 분해 반응을 일으켜, 수소 이온을 발생시킨다. 이 수소 이온에 의해 구멍 내부의 액은 저pH로 되고, 스테인리스강의 성분으로 결정되는 부식 임계 pH(탈부동태화 pH)를 하회한 경우에 피팅이 진전된다.

간극 부식의 경우, 부식의 발생 기구는 피팅과 동일하지만, 간극 구조에 의한 액성의 변화가 피팅보다도 현저하다. 이로 인해, 간극 부식의 경우에는, 간극 부식이 발생할 때까지의 유도 기간과, 간극 부식 발생 후의 모재의 용해에 있어서의 성장의 기간의 2개로 나누어 생각할 필요가 있다. 따라서, 내간극 부식성을 높이기 위해서는, 부식의 발생을 방지하는 것, 혹은 간극 부식의 진행을 지연시키는 것, 또한 그 양쪽의 내식성 향상을 스테인리스강에 부여할 필요가 있다.

이상과 같이, 스테인리스강의 국부 부식은 부동태 피막이 국부적으로 파괴됨으로써 발생하는 현상으로, 부동태 피막의 약한 부분이 적으면, 국부 부식은 발생하기 어려워진다. 이 피막을 약하게 하는 것으로서, 소지에 포함되는 비금속 개재물의 존재가 널리 알려져 있다. 비금속 개재물이, 사용되는 환경에서 용이하게 용해되지 않는 조성으로 함으로써 국부 부식의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

국부 부식의 발생 억제에 대해서는, 예를 들어 특허 문헌 1에서는 비금속 개재물에 의해 발생하는 부동태 피막의 용해에 대해, Mo를 첨가함으로써 피막의 수복 능을 높여 우수한 내피팅성을 담보하고, 또한 용접부 내식성의 향상을 위해, C, N량의 규정, Ti나 Nb 등의 안정화 원소의 첨가가 제안되어 있다. 이는 C량이나 N량을 저감시키고, 또한 Ti 및 Nb 첨가에 의해 C 및 N과 탄ㆍ질화물을 형성함으로써, Cr 탄화물의 입계 석출을 방지하여, 내입계 부식성을 높인 것이다. 특허 문헌 1에서는, Cr과 Mo에 의해 내식성의 향상을 예로 들고 있지만, 비금속 개재물 자체의 용해성을 제어하고 있지 않다. 그로 인해 과잉의 Cr이나 Mo를 첨가할 필요가 있고, 그것에 의해 가공성이나 인성의 저하나 비용 상승을 일으킨다고 하는 문제가 있었다.

또한, 비금속 개재물 자신의 용해성을 제어한 예로서, 특허 문헌 2에는 상기와 같이 Ti를 첨가한 후에 S, Al을 저감시킴으로써, 수용성 개재물 기인의 초기 녹을 억제하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 이 방법에서는, S나 Al을 저하시키는 데 정련 시간의 증가 및 비용 상승을 피할 수 없고, 또한 내식성의 요구 레벨이 낮은 11.5 내지 13.5％ Cr 상당 강에서의 초기 녹이 문제로 되고 있어, 급수ㆍ급탕 설비, 식품 제조 설비 등의 내식성 요구가 높은 용도로는 적절하지 않다.

또한, 간극 부식에 대해서는, 특허 문헌 3이나 특허 문헌 4에는 간극 부식의 내피팅성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 전자의 특허 문헌 3에서는 Ni 첨가 및 Ni에 Cu, Nb을 복합화함으로써 우수한 내간극 부식성을 담보하고, 또한 특허 문헌 4에서는 Sn, Sb 첨가를 함으로써, 간극 부식 발생 후의 성장 속도를 억제하여, 우수한 내간극 부식성을 담보하고 있다. 그러나, 이들 기술은, 부식의 성장을 억제한다고는 하고 있지만, 간극 부식 발생을 억제하는 것에는 언급하고 있지 않다. 이로 인해 예를 들어, 식품 제조 설비나 급수ㆍ급탕 설비 등의 위생 관리가 엄격한 용도에 있어서는, 부식이 발생한 경우에는 금속 이온이 용출되는 것은 피할 수 없다.

일본 특허 공고 소55-21102호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-323907호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-257544호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-190003호 공보

본 발명에서는 국부 부식, 즉 피팅이나 간극 부식을 방지하는 것을 고려한, 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 과제로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 비금속 개재물의 조성과 내국부 부식성의 평가를 예의 검토한 결과, Cr, Mo의 적당량 첨가, 탈산 원소인 Al의 적정량 첨가와 Al/Si비의 밸런스에 의한 비금속 개재물 조성의 제어에 의해, 국부 부식의 발생을 억제하는 것이 가능한 것을 발견하였다. 또한, 최적 Ni 첨가량의 검토에 의해, 간극 부식의 성장을 더욱 억제시킬 수 있다고 하는 지식도 얻어졌다. 본원 발명은 이들 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것으로, 그 요지로 하는 바는 특허청구의 범위에 기재한 것과 같은 하기 내용이다.

본 발명은 그 결과에 기초하는 것으로, 이하의 구성을 요지로 한다. 즉, 본 발명은, (1) 질량％로,

C:0.030％ 이하, N:0.030％ 이하, Si:0.30％ 이하, Mn:0.30％ 이하, P:0.040％ 이하, S:0.020％ 이하, Cr:16 내지 26％, Al:0.015 내지 0.5％, Ti:0.05 내지 0.50％, Mo:0.5 내지 3.0％, Nb:0.05 내지 0.50％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

(2) 질량％로, Ni:0.32％ 초과 내지 3.0％를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

(3) 질량％로, Cu:1.0％ 이하, V:0.2％ 이하 및 Zr:0.2％ 이하의 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

(4) 질량％로, B:0.005％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3)에 기재된 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

본 발명의 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 급수ㆍ급탕 설비, 식품 제조 설비, 건축 설비, 가정용 전화 제품 등, 구조상 간극부가 존재하고, 염화물 이온 등의 할로겐화물 이온을 포함하는 환경에서 사용되는 기기 등에 있어서, 우수한 내국부 부식성이 필요한 부재에 사용되는 부재로서 유용하다. 특히, 본 발명의 적합 형태인 Ni를 첨가함으로써, 상기 간극부에 있어서의 내간극 부식성이 현저하게 개선된다.

도 1은 Cr, Mo, Al량이 본 발명의 범위 내의 강에 있어서의, Al/Si와 피팅성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 Cr, Mo, Al량이 본 발명의 범위 내의 강에 있어서의, Al/Si, Ni량과, 내간극 부식성의 관계를 나타내는 그래프이다.

급수ㆍ급탕 설비, 식품 제조 설비, 건축 설비, 가정용 전화 제품 등, 염화물 이온 등의 할로겐화물 이온을 포함하는 환경에서 사용되는 기기 등에 있어서는, 국부 부식 기인에 의한 금속 이온의 용출에 의한 적녹이 외관상의 문제가 되는 경우나, 금속 이온의 유출 자체가 문제가 되는 경우가 있다. 본 발명자들은, 우선 국부 부식이 발생할 때까지의 유도 기간과 그 재료 인자에 대해, 예의 연구를 진행하였다. 그 결과, 부식의 발생, 즉 부동태 피막의 파괴를 억제하기 위해서는, 비금속 개재물 중에 포함되는 S 석출물의 조성을 제어하는 것이 중요한 인자이고, 그것을 위해서는 Cr, Mo의 적당량 첨가 및 탈산 원소인 Al의 적당량 첨가 및 Al/Si비의 최적 범위의 확보가 유효한 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

스테인리스강의 피팅 및 간극 부식의 발생 빈도를 억제하기 위해서는, Cr량을 높이는 것, Mo를 첨가하는 것이 유효한 것은 일반적으로 알려져 있다. 그러나, Cr량의 증대는 부동태 피막의 강화에 기여한 것으로, 불균일성을 완화하는 것은 아니다. 여기서 말하는 불균일성이라 함은, 스테인리스강 표면에 있어서의 부동태 피막이 취약한 부분을 말하는 것으로, 편석, 결정립계 및 비금속 개재물의 존재가 그 원인의 하나라고 생각되고 있다. 이 중 부식의 기점으로 될 수 있는 비금속 개재물의 조성으로서는, 일반적으로 CaS나 MnS가 알려져 있고, 특히 페라이트계 스테인리스강에서는 CaS가 지배적이다. 이들 비금속 개재물은 이수용성이므로, 스테인리스강 표면에 노출된 상태로 수용액에 접하면, 부동태 피막은 건전하더라도, CaS가 우선적으로 용출되어 부식의 기점으로 된다. 이를 억제하기 위해서는, S 자체를 저감시키는 방법이나, CaS를 생성시키는 기초가 되는 CaOㆍAl₂O₃의 생성을 억제하여 비수용성의 비금속 개재물을 생성시키는 방법이 알려져 있다. S을 저감시키는 것은 근원적인 방법이지만, 스테인리스강의 정련 시간이 길어져 비용이 높아지는 문제가 있다.

한쪽의 비금속 개재물의 비수용성화에 대해 서술한다. 비금속 개재물 CaS는, 앞서 서술한 바와 같이 정련 시에 탈산제로서 첨가된 Ca나 Al에 의해 생성되는 CaOㆍAl₂O₃가, 제조 과정에 있어서의 가열 처리에서 CaS를 생성시키는 것이 알려져 있다. 이를 억제하는 방법의 하나로서, Ti를 첨가하고, 비수용성의 비금속 개재물인 Ti₂Ca₄S₄를 생성시키는 방법이 있다. 그러나, 정련 시의 Ti 첨가 타이밍 등이 적절하지 않으면, Ti를 함유시키고 있어도 CaOㆍAl₂O₃가 생성되어, 부식의 기점이 되는 CaS가 존재해 버리는 경우가 있다. 또한, 탈산제에 Si를 사용한 경우에도, 비수용성의 비금속 개재물을 생성시키는 것은 가능하다. 그러나, Si 탈산은 Al 탈산에 비교하여 탈산 및 탈황 능력이 낮다고 하는 문제가 있다.

이와 같은 현상을 억제하기 위해, 부식의 기점으로 되는 수용성의 비금속 개재물을 극소화하는 것을 목적으로, 다양한 개재물 조성과 내식성의 관계를 조사한 결과, Ti를 첨가한 경우에는, 강 중의 Al/Si의 값을 일정값 이상으로 관리하는 것이 유효한 것을 명백하게 하였다. 종래의 지식에서는, Ti가 존재하지 않는 경우에는 Si의 첨가가 CaOㆍAl₂O₃의 생성을 억제하여 CaS를 저감시키는 것이 알려져 있었지만, 본 지식은, Ti가 존재하는 경우에는 Al/Si를 일정값 이상으로 하는, 즉 Si 첨가량을 상대적으로 내리는 것이, CaS 생성을 억제 가능하다는 새로운 지식에 기초하는 것이다.

본 지식에 대해, 실험적으로 확인한 결과를 이하에 나타낸다. Al, Si, Ti, Cr 등의 각종 성분 원소의, 내국부 부식성, 특히 여기서는 내피팅성에 미치는 영향을 검토하기 위해, 가속형의 염수 분무 시험을 실시하였다. 이 방법은 통상의 염수 분무 시험보다도 실제의 대기 부식 환경에 근접하도록 설정된 시험 방법이지만, 특히 수용성의 비금속 개재물을 현저하게 용해하기 위해 본 시험으로서 사용하였다. 분무액은 0.5％ NaCl 수용액에 0.2％의 과산화수소수 H₂O₂를 첨가한 것으로, 35℃의 환경에서 24시간 연속적으로 스테인리스강 표면에 분무하였다. 시험 제공재는 표면을 #600의 에머리 연마지로 습식 연마하고, 분무 시험기 내에 연직 방향보다도 30도 기울여 설치하였다.

상세 결과는 실시예에 기재하지만, Cr, Mo, Al의 원소 함유량이 본원 범위 내이고, 또한 Ti가 공존하고 있는 강종에서는, Al/Si가 0.10 이상인 경우에 점녹이나 대기 부식은 전혀 발생하지 않았다. 한편, 상기 Cr, Mo, Al의 원소 함유량이 범위 내이고, 또한 Ti가 공존하고 있어도 Al/Si가 0.10 미만인 경우나, Ti가 공존하고, Al/Si가 0.10 이상이라도 Cr, Mo, Al의 원소 함유량이 본원 범위 외인 경우에는 모두 점녹이나 대기 부식이 발생하였다. 또한, Ti가 본 발명의 범위 외인 경우에는 다른 요건을 만족시키고 있어도 용접부의 내식성이 악화되었다. 이 결과에 의해, Ti를 공존시키면서 Cr 등의 원소 비율, Al/Si의 밸런스를 제어하는 것이, 페라이트계 스테인리스강의 내국부 부식성을 향상시킨다고 하는 지식을 발견하였다.

상기한 Ti를 첨가한 페라이트계 스테인리스강에 Al/Si를 일정값 이상으로 한다고 하는 지식은 간극 부식에 있어서도 동일한 효과를 발휘하는 것을 명백하게 하였다.

이는 간극 부식도 그 발생 기구는 간극 내부의 액성이 저pH, 고Cl화됨으로써 부동태 피막이 용해됨으로써 발생하므로, 피막 용해의 기점은 피막이 취약한 수용성 비금속 개재물로 되기 때문이다. 단, 간극 부식의 경우에는, 피팅과 달리, 간극 내의 액성 변화가 크고, 또한 간극 내의 액량도 피팅에 비교하여 많기 때문에, 부식 기점을 저감시켜도 간극 부식이 발생하는 경우가 있다. 그때 Cr, Mo뿐만 아니라, Ni를 적정량 첨가함으로써 간극 부식의 성장 속도를 억제할 수 있다.

이 효과를 확인하기 위해, 2매의 동일 조성의 스테인리스강을 겹쳐서 스폿 용접한 것을, 염화나트륨 및 염화구리로 조정한 600ppm의 염화물 이온(Cl^-) 및 20ppm의 2가의 구리 이온(Cu² ^＋)을 함유한 수용액 중에 침지하여, 산소를 불어 넣은 상태에서 80℃로 각각 14일간 유지한 후의 내간극 부식성을 간극 부식의 발생 유무 및 간극 부식 깊이로 평가하였다. 본 환경은 저탕 탱크 내의 환경의 모의 시험으로서 사용되는 방법의 하나이지만, 보다 간극 부식성을 엄격하게 평가하기 위해 Cu² ^＋ 이온 농도를 일반의 온수 환경 상당(약 0.2 내지 10ppm)보다 높게 설정하였다.

이 결과, Al/Si비가 0.10 이상이고, 또한 Ni가 첨가되어 있는 경우에는, 간극 부식의 저감 효과가 커, 간극 부식 발생이 발생하지 않았거나, 혹은 간극 부식이 발생해도 간극 부식 깊이가 40㎛에 도달하지 않았다. 이것으로부터, Al/Si비의 밸런스 제어 및 Ni 첨가는 페라이트계 스테인리스강에 있어서 내간극 부식성을 향상시킨다고 하는 지식을 발견하였다.

본 발명은 이와 같은 지식에 기초하여 이루어진 것이다. 이하에 본 발명에서 규정되는 화학 조성에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

C 및 N은, 페라이트계 스테인리스강에서는 그 고용한이 작기 때문에, 지나치게 많은 경우 또는 용접부에서는 Cr의 탄질화물을 석출하고, 특히 입자에 국부적인 Cr 결핍부를 발생해 버려, 내식성이 열화된다. 이로 인해 C 및 N도 0.030％ 이하로 할 필요가 있다.

또한, C 및 N의 바람직한 범위는 0.015％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.002 내지 0.008％이다.

Al은 탈산 원소로서 유용한 원소로, 본 지식에서는 Ti와의 공존 하에서 국부 부식 발생의 방지에 효과적이다. 이 효과는 본 발명이 대상으로 하는 Cr 함유량에서는, Al이 0.015％ 이상, Si와의 밸런스가 수학식 1의 관계를 만족시킴으로써 얻어진다. 그러나, 과잉으로 첨가하면, 제조 시에 표면흔을 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 상한을 0.5％로 하였다. 바람직하게는 0.020 내지 0.4％이다.

Si는 탈산 원소로서 유용하고, 내식성에 유효한 원소이다. 그러나, 본 지식에서는, Ti 존재 하에서는 결과적으로 CaS의 생성을 촉진시키는 원소이므로 상한을 0.30％로 하였다. 또한, Si의 바람직한 범위는 0.05 내지 0.20％이다.

Ti는 C, N 안정화를 위해 첨가되지만, 본 지식에서는 S를 고정하기 위해 더욱 필수의 원소로 된다. 또한, Ti는 용접부의 연성을 향상시키는 효과도 갖는다. 그러나, 다량의 첨가는 제조 시에 표면흔을 발생하기 쉬워져, 내식성 및 용접부의 강도를 내리기 때문에, 상한을 0.50％로 하였다. 또한, Ti가 적은 경우, 단락 0013에 기재한 바와 같이, 부식 기점으로 되는 비금속 개재물 CaS가 생성되어 버리므로, 본 발명의 효과가 얻어지지 않는다. 특히 용접부에 있어서는 그 효과가 현저해지므로, 평면부 및 용접부의 내식성 및 가공성 확보의 관점으로부터 하한을 0.05％로 하였다. 바람직하게는 0.07 내지 0.30％이다.

Cr은 내식성을 높이는 주원소로, 농도가 높을수록 내식성이 향상된다. 그러나, Cr량을 높이면, 인성의 저하로부터 제조성이 곤란해지고, 또한 강재가 경질화되어 가공성이 저하된다. 이로 인해, 상한을 26％로 하였다. 또한, 지나치게 낮으면 내식성이 저하되므로, 하한을 16％로 하였다. Cr의 바람직한 범위는 18 내지 24％이다.

Mn은 모재의 강도나 용접부의 인성을 향상시키지만, 지나치게 많으면 내식성의 저하를 일으키므로, 상한을 0.30％로 하였다. 또한, Mn의 바람직한 범위는 0.05 내지 0.15％이다.

P, S는 불가피적 불순물이지만, 열간 가공성이나 내식성을 저하시키는 원소이므로 낮은 쪽이 바람직하다. 이로 인해, P는 0.040％ 이하, S는 0.020％ 이하, 바람직하게는 0.010％ 이하로 하였다.

또한, P, S의 보다 바람직한 범위는 각각 0.010 내지 0.025％, 0.001 내지 0.008％이다.

Nb은 Ti와 마찬가지로, C 및 N의 안정화를 위해 첨가된다. 많을수록, C, N의 안정화능은 높지만, 지나치게 많으면 강도가 상승하여, 가공성을 저하시키므로, 상한을 0.50％로 하였다. 또한, Nb을 첨가하지 않고 Ti만을 첨가시킨 경우, 표면흔이 용접부의 강도 저하를 일으키므로, Nb의 하한을 0.05％로 하였다. 바람직하게는, 0.05 내지 0.40％이다.

또한, 안정화 원소로서의 Nb, Ti의 필요 첨가량은 C, N량에 의해 결정된다. 구체적으로는 페라이트계 스테인리스강에 있어서는, 예를 들어 SUS444에서는 JIS G4305에 있어서 「Ti, Nb, Zr 또는 그들의 조합 8×(C＋N％) 내지 0.8」의 첨가가 필요하다고 되어 있고, 본 발명도 이에 준하는 첨가량이 필요하다.

Mo는 Cr과 함께 내식성을 향상시킨다. 재부동태화능을 높여, 국부 부식의 발생에 대해 효과적이다. 그러나, Mo 함유량이 지나치게 많으면, 가공성 및 용접 시의 용해성이 저하되고, 또한 Mo 원료의 가격 변동이 커 비용 상승 요인으로 되기 쉽다. 이로 인해, 하한을 0.5％, 상한을 3.0％로 하였다. 바람직하게는, 1.0 내지 2.0％이다.

선택 원소에 대해 이하에 설명한다.

Ni는 내국부 부식성을 향상시키기 위해 유효한 원소로, 간극부의 내피팅성에 있어서, 국부 부식 발생 후의 성장 속도를 억제한다. 그 효과는 0.32％ 초과에서 발현하고, 함유량의 증가와 함께 그 효과는 높아지지만, 과잉의 첨가는 성형성의 저하, 내응력 부식 균열성의 저하를 초래할 우려가 있으므로, 상한을 3.0％로 하였다. 바람직하게는, 0.5 내지 2.0％이다.

Cu는 Cr, Mo에 추가하여 첨가함으로써, 내피팅성이나 내간극 부식성을 향상시킬 수 있다. 단, Cu의 첨가는 가공성을 저하시키므로, Cu 함유량의 상한을 1.0％로 한다. 보다 바람직한 범위는 Cu가 0.05 내지 0.50％로 한다.

V는 Cr, Mo에 추가하여 첨가함으로써, 페라이트계 스테인리스강의 약점인 방청성이나 내간극 부식성을 개선한다. 또한, 적절한 조합에 의해 SUS304와 동등 이상의 내식성이 얻어질 뿐만 아니라, Cr, Mo의 사용을 최소한으로 하여 V를 첨가하면, 연신이나 평균 r값의 저하도 작고, 내식성과 함께 우수한 가공성을 확보할 수 있다. V의 과도한 첨가는, 마찬가지로 가공성을 저하시키고, 또한 내식성 향상 효과도 포화되므로, V의 상한을 0.2％로 한다. V의 바람직한 범위는 0.05 내지 0.15％이다.

Zr은 부동태 피막의 강화나 개재물의 조성 제어를 통해, 방청성이나 내간극 부식성의 개선에 효과를 발휘한다. 그러나, 과도한 첨가는 연신의 저하를 초래하는 동시에, 제조 공정에서 주조가 곤란해지므로, Zr의 첨가량은 0.2％ 이하로 한다. Zr의 바람직한 범위는 0.05 내지 0.15％이다.

B는 고순도 페라이트계 스테인리스강의 2차 가공 취성 개선에 유효한 입계 강화 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해 0.0002％ 이상 첨가한다. 그러나, 과도한 첨가는 페라이트를 고용 강화하여 연성 저하의 원인으로 되므로, 상한을 0.005％로 한다. 바람직한 범위는 0.0005 내지 0.0020％이다.

이상의 원소에 추가하여 본 발명에서는, 내식성의 가일층의 향상이나 가공성, 표면 특성의 개선을 의도하여, Sn, Mg 중 1종 또는 2종 이상을 목적에 따라서 적절하게 첨가해도 좋다.

[실시예]

본 발명의 실시예를 이하에 기재한다.

표 1에 기재하는 성분 조성의 페라이트계 스테인리스강을 실험실의 진공 용해로에서 용제, 주조하였다. 이를 실험실에서 열간 압연, 열연판 어닐링ㆍ산세, 냉연, 냉연판 어닐링ㆍ산세를 실시하여 1.0㎜의 냉연판을 제작하였다. 또한, 냉연판 어닐링의 온도는 각각의 강재의 재결정 온도에 기초하여 950 내지 1050℃ 사이에서 조정하였다.

내피팅성의 평가는 단락 0014에 기재된 방법으로 실시하였다. 시험 제공재로부터 t×50×100㎜의 판을 절단하고, 시험면을 #600 에머리 연마지로 습식 연마 처리한 것을 시험편으로 하였다. 단부면은 절단의 영향을 크게 받으므로, 테이프로 피복 처리하여 시험에 제공하였다. 분무액은 0.5％ NaCl 수용액에 0.2％의 과산화수소수 H₂O₂를 추가한 것으로, 35℃의 환경에서 24시간 연속적으로 스테인리스강 표면에 분무하였다. 시험 제공재는 표면을 #600의 에머리 연마지로 습식 연마하고, 분무 시험기 내에 연직 방향보다도 30도 기울여 설치하였다. 평가 방법은 대기 부식이 발생하지 않았던 경우를 ○(good)로 하고, 대기 부식은 발생하지 않지만 점녹이 발생한 경우를 △(fair)로 하고, 명료한 대기 부식이 발생한 경우를 ×(bad)로 하였다. 본 발명에 있어서는, 경도의 녹이라고 하는 관점에서 △까지를 합격으로 판정하였다. 표 3 중에서는, 시험 1로서 기재하고 있다.

결과를 도 1에 도시한다. 이 도면에서는, Cr, Mo, Al이 본 청구 범위를 벗어나는 시험재는 제외하고 표시하였다.

본 발명 강인 No.1 내지 No.23, 27, 28, 34 내지 36의 강은, 명료한 대기 부식은 보이지 않고, 발생해도 미세한 점녹이 인정될 뿐이었다.

한편, 수학식 1의 값이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.24, Si 범위와 수학식 1의 값이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.25, Ni 범위와 수학식 1의 값이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.26, Ti나 Al 범위가 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.30, 33에서는 명료한 대기 부식이 발생하였다. Nb 범위가 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.31은 표면 손상이 발생하였다.

내간극 부식성의 평가는 단락 0016에 기재된 방법으로 행하였다. 시험 제공재로부터 20㎜×50㎜ 및 20㎜×20㎜의 판을 절단하고, 2매를 겹쳐서 그 중앙부를 스폿 용접하여 간극 부식 시험편으로 하였다. 스폿 용접 조건은 스폿 직경 8㎜, 전류값은 약 3.8㎄로 하였다. 내간극 부식성 시험은 600ppm의 Cl^-와 20ppm의 Cu² ^＋를 포함하는 수용액을 사용하고, 시험편의 간극부에 시험액을 충분히 침투시킨 후 시험편을 침지한 채 336 시간 방치하고, 취출한 후의 간극 부식의 유무로 평가하였다. 시험 온도는 80℃로 하였다. 평가 방법은 간극 부식이 발생하지 않았던 경우를 ○(good)로 하고, 간극 부식이 발생하지만 간극 부식이 성장성으로 되는 임계 간극 부식 깊이인 40㎛ 미만의 것을 △(fair)로 하고, 간극 부식이 발생하고 또한 간극 부식 깊이가 40㎛ 이상인 경우를 ×(bad)로 하였다. 본 발명에 있어서는, 간극 부식이 성장성이 아니라고 하는 관점으로부터 △까지를 합격으로 판정하였다. 표 3에서는 시험 2로서 기재하고 있다.

결과를 도 2에 도시한다. 이 도면에서는 Cr, Mo, Al이 본 청구 범위를 벗어나는 시험재는 제외하고 표시하였다. 또한, 도면 중 부호 ○, △, ×는 상술한 평가 결과에 대응하고 있다.

본 발명 강인 No.1 내지 No.23의 강은 간극 부식이 발생하지 않고, 또한 간극 부식이 발생한 것이라도 간극 부식 깊이가 40㎛ 미만으로, 양호한 내식성을 나타냈다. 한편, 수학식 1의 값이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.24, Si 범위와 수학식 1의 값이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.25, Ni 범위와 수학식 1이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.26, Ni 범위가 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.27, No.28, No.34 내지 36, Al 범위가 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.33은 간극 부식이 발생하고, 또한 성장성의 간극 부식으로 되는 임계 간극 부식 깊이 40㎛를 초과하고 있어, 내식성이 떨어지는 것이 판명되었다. 또한, Ti 범위가 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.30은 간극부의 모재 뿐만 아니라, 용접부의 내식성도 떨어진다. Nb 범위가 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.31은 표면 손상이 발생하였다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 우수한 내국부 부식성을 갖고 있어, 급수ㆍ급탕 설비, 식품 제조 설비, 건축 설비, 가정용 전화 제품 등의 구조상 간극부가 존재하고, 염화물 이온 등의 할로겐화물 이온을 포함하는 환경에서 사용되는 기기의 부재로서 적절하게 적용할 수 있다.

Claims

질량％로,
C:0.030％ 이하,
N:0.030％ 이하,
Si:0.30％ 이하,
Mn:0.30％ 이하,
P:0.040％ 이하,
S:0.020％ 이하,
Cr:16 내지 26％,
Al:0.015 내지 0.5％,
Ti:0.05 내지 0.50％,
Nb:0.05 내지 0.50％,
Mo:0.5 내지 3.0％
를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기의 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
[수학식 1]
제1항에 있어서, 질량％로, Ni:0.32％ 초과 내지 3.0％를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로, Cu:1.0％ 이하, V:0.2％ 이하, Zr:0.2％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로, B:0.005％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 내국부 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.