KR20120036959A - Ｅｇｒ 쿨러용 페라이트계 스테인리스강 및 ｅｇｒ 쿨러 - Google Patents

Abstract

Ni 납땜에 제공되는 EGR 쿨러 부재로서 적합한 페라이트계 스테인리스강, 및 이것을 사용한 EGR 쿨러를 제공한다. 질량%로, C: 0.03% 이하, Si: 0.1 초과 내지 3%, Mn: 0.1 내지 2%, Cr: 10 내지 25%, Nb: 0.3 내지 0.8%, N: 0.03% 이하를 함유하고, 그 밖에 필요에 따라, (a) Mo, Cu, V 및 W 중 1종 이상을 합계 4% 이하의 범위, (b) Ti, Al 및 Zr 중 1종 이상을 합계 0.3% 이하의 범위, (c) Ni 및 Co 중 1종 이상을 합계 5% 이하의 범위, (d) REM(희토류 원소) 및 Ca 중 1종 이상을 합계 0.2% 이하의 범위로 각각 선택적으로 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 페라이트계 스테인리스강을 사용하여 Ni 납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러를 얻는다.

Description

ＥＧＲ 쿨러용 페라이트계 스테인리스강 및 ＥＧＲ 쿨러{FERRITIC STAINLESS STEEL FOR EGR COOLER AND EGR COOLER}

본 발명은 EGR 쿨러를 구성하는 부재로서 사용하는 페라이트계 스테인리스강 및 그 부재를 사용하여 구성되는 EGR 쿨러에 관한 것이다.

자동차를 비롯한 내연 기관 탑재 차량에서는 배기 가스 중의 NO_x 저감이나 연비 향상을 목적으로 하여, EGR(Exhaust Gas Recirculation; 배기 가스 재순환)의 수법이 채용되는 경우가 있다. 이것은 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스의 일부를 취출하여, 내연 기관의 흡기측에서 다시 흡기시키는 기술이며, 주로 디젤 기관에서 보급되어 왔지만, 최근에는 가솔린 기관에도 적용되게 되었다.

EGR 시스템에 있어서는 배기 가스를 순환 가능한 온도까지 냉각시키는 장치가 필요해진다. 이것이 EGR 쿨러이다.

도 1, 도 2에 일반적인 EGR 쿨러의 구조를 모식적으로 예시한다. 외통으로 구성되는 배기 가스 유로의 일부에 2장의 칸막이판으로 구분된 섹션이 형성되고, 그 섹션에서는 냉각수로 열을 보내는 열 교환기가 구성되어 있다. 칸막이판으로 구분된 이 섹션을 여기에서는 「열 교환 섹션」이라고 부른다. 칸막이판에는 구멍을 형성한 개소에 통기관이 접합되어 있고, 열 교환 섹션에서는 통기관 중을 배기 가스가 흐른다. 통기관의 주위에는 냉각수가 흐르도록 되어 있다. 통기관은 금속제의 단순한 파이프로 구성되는 타입(도 1)이나, 관의 내부에 핀을 설치한 타입(도 2) 등이 있다.

EGR 쿨러는 외통, 칸막이판, 통기관, 또는 추가로 통기관 내의 핀과 같은 금속 부재로 구성되고, 이들 부재는 납땜에 의해 접합된다. 단, 열 교환 섹션 입구측의 배기 가스 온도는 최고 800℃ 정도, 출구측의 온도는 최고 200℃ 정도에 도달하는 경우가 있기 때문에, 일반적인 열 교환기의 조립에 사용되는 Cu 납으로는 내구성이 부족하다. 그래서, EGR 쿨러에는 내고온 산화성 및 고온 강도가 우수한 Ni 납(JIS Z3265의 BNi-5, BNi-6 등)이 적용된다.

EGR 쿨러를 구성하는 금속 부재에는 이하와 같은 특성이 요구된다.

(1) Ni 납땜성이 양호한 것.

(2) 융설염(融雪鹽)에 대한 내식성이 양호한 것. EGR 쿨러는 엔진룸 내에 설치되어 노면에 뿌려진 융설염이 부착되기 쉬운 환경에 있기 때문이다.

(3) LLC(롱라이프 쿨런트: 예를 들면 에틸렌글리콜)에 대한 내식성이 양호한 것. EGR의 냉각수에는 통상 LLC가 첨가되기 때문이다.

(4) 고온 강도와 내고온 산화성이 양호한 것. EGR 쿨러는 고온의 배기 가스에 노출되기 때문이다.

(5) 응결수의 결로에 대한 내식성이 양호한 것. EGR 쿨러에 있어서는 운전 중에는 배기 가스 출구측 부근에 결로가 생기기 쉽고, 또한 운전 후에는 배기 가스 접촉 개소에 결로가 생기기 쉽기 때문이다.

일본 공개특허공보 제(평)7-292446호 일본 공개특허공보 2003-193205호

상기의 요구 특성으로부터, 현재, EGR 쿨러를 구성하는 금속 부재에는 SUS304, SUS316으로 대표되는 오스테나이트계 스테인리스강이 주로 사용되고 있다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은 열팽창 계수가 크기 때문에, 고온에서 생성된 산화 스케일이 냉각시에 박리되어 엔진 내로 유입되거나, 가열?냉각의 반복에 의한 열 피로 파괴가 일어나거나 하기 쉽다. 고온 강도에 관해서도 더욱 개선이 요망된다. 또한 고가의 Ni를 다량으로 함유하기 때문에 재료 비용도 높다.

한편, 페라이트계 스테인리스강은 열팽창 계수가 오스테나이트계 강종(鋼種)보다도 작고, 또한 재료 비용도 일반적으로 오스테나이트계 강종보다 염가이다. 배기 가스 경로를 구성하는 배기 매니폴드나 머플러 등에는 페라이트계 스테인리스강이 많이 사용되고 있다. 그러나, Ni 납땜을 가하는 경우에는 재료를 예를 들면, 1100℃ 이상과 같은 고온에 노출시킬 필요가 있다. 이러한 고온에서는 통상적으로 페라이트계 스테인리스강은 결정립의 조대화를 일으켜 인성의 저하를 초래하기 쉽다.

상기 특허문헌 1에는 납땜성이 양호한 열 교환기용 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 그러나, 납땜성에 관해서는 Cu 납땜을 상정하고 있으며, Ni 납땜성의 개선이나, 그 때의 결정립 조대화의 억제에 관해서는 의도되고 있지 않다.

본 발명은 Ni 납땜에 제공되는 EGR 쿨러 부재로서 적합한 페라이트계 스테인리스강, 및 이를 사용한 EGR 쿨러를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적은, 질량%로, C: 0.03% 이하, Si: 0.1 초과 내지 3%, Mn: 0.1 내지 2%, Cr: 10 내지 25%, Nb: 0.3 내지 0.8%, N: 0.03% 이하를 함유하고, 바람직하게는 C와 N의 합계 함유량이 0.01% 이상이며, 그 밖에 필요에 따라,

(a) Mo, Cu, V 및 W 중 1종 이상을 합계 4% 이하의 범위,

(b) Ti, Al 및 Zr 중 1종 이상을 합계 0.3% 이하의 범위,

(c) Ni 및 Co 중 1종 이상을 합계 5% 이하의 범위,

(d) REM(희토류 원소) 및 Ca 중 1종 이상을 합계 0.2% 이하의 범위

로 각각 선택적으로 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 EGR 쿨러 부재용 페라이트계 스테인리스강에 의해 달성된다.

또한 본 발명에서는 상기의 강으로 이루어지는 강재를 구성 부재에 가지고, 적어도 그 부재를 다른 부재에 Ni 납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러가 제공된다. 상기 부재로서는, 예를 들면 외통, 칸막이판, 통기관, 통기관 중에 장착되는 핀 등을 들 수 있다.

또한, 상기의 강으로 이루어지는 강재를 자동차 배기 가스 및 냉각수의 양쪽에 접촉하는 부재에 가지고, 적어도 그 부재를 다른 부재에 Ni 납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러가 제공된다. 자동차 배기 가스 및 냉각수의 양쪽에 접촉하는 부재로서는, 예를 들면 외통, 칸막이판, 통기관 등을 들 수 있다.

본 발명에 의하면, Ni 납땜성 및 인성(靭性)이 양호한 페라이트계 스테인리스강이 제공되었다. 이 강철을 사용함으로써, 오스테나이트계 스테인리스강을 부재에 사용한 종래의 EGR 쿨러에 비해, 보다 고온 강도가 높고, 산화 스케일의 박리가 적고, 또한 재료 비용이 낮은 EGR 쿨러가 실현된다.

도 1은 EGR 쿨러의 구조를 모식적으로 예시한 도면.
도 2는 통기관 내에 핀을 갖는 타입의 EGR 쿨러의 구조를 모식적으로 예시한 도면.

상기한 바와 같이, EGR 쿨러의 내구성을 향상시키기 위해서는 열팽창 계수의보다 작은 페라이트계 강종의 채용이 유리해진다. 그러나, EGR 쿨러의 사용 환경에서는, 그 구성 부재가 700℃ 이상, 최고 800℃ 정도의 고온에 노출되는 경우가 있다. 이 경우, 특히 페라이트계 강종에서는 고온 강도의 저하를 방지하는 대책이 중요해진다. 또한 Ni 납땜시에는 1050 내지 1150℃ 정도의 고온으로 유지되는 점에서, 결정립의 조대화를 억제하기 위한 성분 설계가 중요하다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 상온에서부터 600℃ 정도까지의 중온역에 있어서는 오스테나이트계 스테인리스강보다도 높은 강도 레벨을 나타낸다. 그러나, 700℃ 이상과 같은 고온역에서는 강도 레벨의 저하가 커진다. 이러한 고온 강도의 저하를 방지하기 위한 수법으로서, Nb 첨가가 유효한 것이 알려져 있다. 즉, 페라이트계 스테인리스강에 Nb를 0.2질량% 정도 첨가함으로써 고온 강도는 현저하게 개선된다. Nb에 의한 고온 강도의 향상은 주로 「고용 Nb」에 의한 것이다. 따라서, 고온 용도에 사용하는 페라이트계 스테인리스강에서는 고용 Nb량을 충분히 확보하기 위해서 통상 C, N의 함유량을 가능한 한 저감시키는 성분 설계가 이루어지고 있다.

한편, 페라이트계 스테인리스강의 결정립 조대화를 억제하기 위해서도, 고용 Nb는 유효하게 작용할 것으로 생각된다. 그러나, 발명자들의 연구에 의하면, Ni 납땜 온도에서의 결정립 조대화를 억지하기 위해서는, 0.2질량% 정도의 Nb 첨가로는 불충분한 것을 알게 되었다. 다양한 Ni 납재를 사용한 상세한 검토의 결과, 0.3질량% 이상의 Nb 함유량을 확보하는 것이 중요한 것이 밝혀졌다.

Nb 첨가에 의한 결정립 조대화의 억제는, 고용 Nb에 의한 조대화 억제 작용 이외에, Nb 탄화물, Nb 질화물 또는 Nb 탄질화물(이들을 통합하여「Nb 탄화물?질화물」이라고 부른다)에 의한 핀 고정 효과도 크게 기여하는 것으로 생각된다. 따라서 본 발명의 강철에 있어서의 성분 설계에서는, C, N 함유량을 어느 정도 확보 하는 편이 오히려 유리해진다. 구체적으로는 C와 N의 합계 함유량을 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 효과적이다. 또한 Nb 함유량을 충분히 확보함으로써, Fe₂Nb(Laves)나, Fe₃NbC(M6X) 등의 석출물에 의한 핀 고정 효과도 결정립 조대화의 억제에 유효하게 작용할 것으로 생각된다.

결정립의 조대화가 억제됨으로써 특히 저온 인성의 저하 방지에 효과가 있다.

Nb 이외의 합금 성분에 관해서는, Mo, Cu, V, W의 각 원소도 고용량이 증대됨에 따라 고온 강도의 향상에 기여하는 것을 알 수 있었다. 또한 Ni, Co는 결정립이 약간 조대화된 경우에 있어서의 인성 저하의 억제에 매우 유효한 것을 알 수 있었다. 한편, Ti, Al, Zr, REM, Ca는, Ni 납땜을 행할 때, 강재 표면에 있어서의 Ni 납재의 흐름(젖음성)을 나쁘게 하는 요인을 가지고 있는 것이 밝혀졌다. 이것은 Ni 납땜의 가열시에, 강재 표면에 이들 원소의 산화물이 형성되기 쉬운 것이 원인이 아닐까 생각된다. 단, 후술과 같이 이들 원소의 함유량을 적정 범위로 규제하면 문제는 없다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성된 것이다. 이하에, 각 합금 성분에 관해서 설명한다.

C, N은, Nb와의 복합 첨가에 있어서, Nb 탄화물?질화물을 형성하는 원소이다. 이들 석출물에 의해 Nb가 소비되어 고용 Nb가 감소되면, 고용 Nb에 의한 고온 강도의 향상 효과 및 결정립 조대화의 억제 효과가 저해된다. 따라서, 본 발명에서는 C 함유량은 0.03질량% 이하로 제한할 필요가 있고, 0.025질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한 N 함유량도 0.03질량% 이하로 제한할 필요가 있고, 0.025질량% 이하인 것이 바람직하다.

단, Ni 납땜시의 결정립 조대화의 억제에 관해서는, 상기한 바와 같이 Nb 탄화물?질화물에 의한 핀 고정 효과도 기여할 수 있다. 따라서, 어느 정도의 C, N 함유량을 확보하는 것이 유리하다. 여러 가지로 검토한 결과, C와 N의 합계 함유량을 0.01질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 개개의 원소에 관해서는, C: 0.005질량% 이상, N: 0.005질량% 이상을 확보하는 것이 보다 바람직하다.

Si는 고온 산화 특성을 개선시키는 원소이다. 그러나, 과잉의 Si 함유는 페라이트상을 경질화시켜 가공성 열화의 요인이 된다. 또한 Ni 납땜성(Ni 납재와의 젖음성)을 열화시킨다. 여러 가지로 검토한 결과, Si 함유량은 0.1 초과 내지 3질량%의 범위로 제한되고, 0.3 내지 2.5질량%의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 상한은 1.5질량%로 규제할 수도 있다.

Mn은 고온 산화 특성, 특히 내스케일 박리성을 개선시키는 원소이다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 고온에서의 오스테나이트상의 생성을 조장시킨다. 본 발명에서는 Ni 납땜 온도에서 오스테나이트상이 생성되지 않는 페라이트 단상계의 성분 조성으로 하는 것이 바람직하다. 여러 가지로 검토한 결과, Mn 함유량은 0.1 내지 2질량%의 범위로 규정한다.

Cr은 고온에 있어서의 내산화 특성을 안정시키는 작용을 가진다. 이를 위해서는 10질량% 이상의 Cr 함유량을 확보할 필요가 있다. 그러나, 과잉의 Cr 함유는 제조성 및 강재의 가공성을 저해한다. 따라서, Cr 함유량은 25질량% 이하의 범위로 제한된다.

Nb는 본 발명에 있어서 중요한 원소이며, 상기한 바와 같이, 고온 강도의 상승과 Ni 납땜시의 결정립 조대화의 억제에 유효하게 작용한다. 고온 강도의 향상에 관해서는 주로 Nb의 고용 강화가 크게 기여하지만, 페라이트 매트릭스 중에 미세하게 분산된 Nb 탄화물?질화물에 의한 석출 강화도 고온 강도의 향상에 유효하다. 결정립 조대화의 억제에 관해서는, Nb의 고용 강화와 함께, Nb 탄화물?질화물에 의한 핀 고정 효과가 유효하게 작용한다. 이들 작용을 충분히 발휘시키기 위해서는 C, N 함유량을 상기의 범위로 규제한 뒤, Nb 함유량을 0.3질량% 이상 확보하는 것이 중요하다. 특히, Ni 납땜시의 결정립 조대화를 억제하기 위해서는 Nb 함유량을 높이는 것이 효과적이며, 0.4% 이상 또는 0.5% 이상의 Nb 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 단, Nb 함유량이 많아지면, 열간 가공성이나 강재의 표면 품질 특성에 악영향을 미치게 된다. 따라서, Nb 함유량은 0.8질량% 이하의 범위로 제한된다.

Mo, Cu, V, W도 주로 고용 강화에 의해 고온 강도의 향상에 기여한다. 따라서, 필요에 따라 이들 원소의 1종 이상을 함유시킬 수 있다. 특히, 이들 원소의 합계 함유량을 0.05질량% 이상 확보하는 것이 보다 효과적이다. 그러나, 이들 원소를 과잉으로 첨가하면 열간 가공성에 악영향을 미치게 된다. 또한 저온 인성을 저해하는 요인도 된다. 여러 가지로 검토한 결과, Mo, Cu, V, W의 1종 이상을 첨가하는 경우에는 그 합계 함유량을 4질량% 이하로 억제할 필요가 있다.

Ti, Al, Zr 중, Ti, Zr은 C나 N과 결합하여 미세 석출물을 형성하고, 이것이 강철 중에 분산됨으로써 고온 강도를 향상시키는 작용을 나타낸다. Al은 고온 산화 특성을 개선하는 작용을 나타낸다. 따라서, 필요에 따라 이들 원소의 1종 이상을 함유시킬 수 있다. 그러나, 이들 원소는 모두 다량으로 함유시키면 열간 가공성이나 표면 품질 특성의 저하를 초래하는 요인이 된다. 또한, 강재 표면에 강고한 산화 피막을 형성하는 원소이기 때문에, 그 산화 피막에 의해 Ni 납의 흐름이 나빠지는 경우가 있다. 검토의 결과, Ti, Al, Zr의 1종 이상을 첨가하는 경우에는, 그 합계 함유량을 0.3질량% 이하로 억제할 필요가 있다. 특히, 그 합계 함유량을 0.03 내지 0.3질량%의 범위로 하는 것이 효과적이며, 0.03 내지 0.25질량%로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ni, Co는, Ni 납땜에 의해 결정립이 약간 조대화된 경우에 있어서, 인성 저하의 억제에 현저하게 효과가 있다. 또한 이들 원소는 고온 강도의 향상에도 유리하다. 따라서, 필요에 따라 이들 원소의 1종 이상을 함유시킬 수 있고, 특히 Ni, Co의 합계 함유량을 0.5질량% 이상 확보하는 것이 보다 효과적이다. 그러나, Ni, Co의 과잉 첨가는 고온역에서의 오스테나이트 상의 생성을 초래하기 때문에 바람직하지 못하다. Ni, Co 중 1종 이상을 첨가하는 경우에는 Ni와 Co의 합계 함유량을 5질량% 이하의 범위로 억제할 필요가 있다.

REM(희토류 원소), Ca는 Al과 같이 고온 산화 특성을 향상시키는 원소이며, 본 발명에서는 필요에 따라 이들의 1종 이상을 첨가할 수 있다. 특히 REM, Ca의 합계 함유량을 0.01질량% 이상 확보하는 것이 보다 효과적이다. 그러나, 다량으로 첨가하면 인성 저하 등에 의해 제조성이 저하된다. 따라서, REM, Ca의 1종 이상을 첨가하는 경우에는, 그 합계 함유량을 0.2질량% 이하의 범위로 억제할 필요가 있다.

이상의 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강은 융설염에 대한 내식성, LLC에 대한 내식성, 및 응결수에 대한 내식성에 관해서는, 종래의 EGR 쿨러에 사용되고 있는 오스테나이트계 강종과 비교하여, 문제가 없는 레벨인 것이 확인되었다. 배기 가스 환경에 있어서의 고온 강도(0.2% 내력) 및 내스케일 박리성에 관해서는, 오스테나이트계 강종보다도 개선되어 있다.

상기 조성의 페라이트계 스테인리스강은 통상의 방법에 의해 강판이 되고, EGR 쿨러를 구성하는 외통, 칸막이판, 통기관, 통기관 중에 장착되는 핀 등의 부재로 가공된다. 이들 부재는 Ni 납땜에 의해 접합되어 EGR 쿨러가 구축된다. EGR 쿨러의 구성 부재의 반드시 전체를 본 발명의 강철로 구성할 필요는 없다. 단, 본 발명의 강철로 이루어지는 부재는 LLC에 대한 내식성이 충분히 확보되어 있는 동시에, 배기 가스 환경에 있어서의 고온 산화 특성과, Ni 납땜시의 결정립 조대화에 대한 저항력 및 젖음성이 동시에 개선된 것이다. 이로 인해, 특히 자동차 배기 가스 및 냉각수의 양쪽에 접촉하고, 또한 Ni 납땜이 가해지는 부재에 본 발명의 강철을 사용하는 것이 효과적이다.

그러한 부재로서는 예를 들면 외통, 칸막이판, 통기관을 들 수 있다.

실시예

표 1에 기재하는 화학 조성의 강철을 용제(溶製)하고, 얻어진 강괴를 환봉(丸棒) 및 판에 열간 단조함으로써, 직경 15mm의 환봉과, 판 두께 30mm의 판으로 가공하였다. 환봉에는 유지 온도를 1000 내지 1100℃의 범위 내로 설정하여 용체화 처리를 가하였다. 판은 열간 압연으로 판 두께 4mm의 열연판으로 하고, 여기에 소둔을 가한 후, 냉간 압연으로 판 두께 1.5mm으로 하고, 이어서 유지 온도를 1000 내지 1100℃의 범위 내로 설정하여 최종 소둔을 가하였다. 또한, B4, B5는 오스테나이트계 스테인리스강이다.

얻어진 강재를 사용하여 이하의 특성을 조사하였다.

〔열팽창 계수〕

용체화 처리 후의 환봉으로부터 5mm 각×50mm 길이의 시험편을 제작하고, 열팽창 측정 장치에 세트하여 승온 속도 2℃/분으로 상온(25℃)에서부터 700℃까지의 평균 열팽창 계수를 구하였다.

〔700℃에 있어서의 0.2% 내력〕

용체화 처리 후의 환봉으로부터 평행부의 직경이 10mm인 고온 인장 시험편을 제작하고, JIS G056에 준거하여 700℃의 고온 인장 시험을 실시하고, 0.2% 내력을 측정하였다. 700℃에 있어서의 0.2% 내력이 100N/㎟ 이상인 것은 EGR 쿨러로서 종래의 오스테나이트계 강종을 상회하는 특성을 나타내는 점에서, 여기에서는 그러한 특성을 구비하는 것을 합격으로 판정하였다.

〔반복 사이클에서의 고온 산화 특성〕

냉연 소둔판으로부터 25mm×35mm×1.5mm의 시료를 절단하고, 전면을 #400 습식 연마 마무리로 한 고온 산화 시험편을 제작하였다. 이 시험편에 관해서, EGR 쿨러 부재로서의 반복 사용을 모의하고, 대기+60℃ 포화 수증기의 분위기에 있어서 「900℃×25분 가열→상온에서 10분간 방랭」의 사이클을 1000사이클 실시하고, 시험편의 시험 전과 시험 후의 질량 변화(플러스는 증가, 마이너스는 감소)를 시험 전의 시험편의 표면적으로 나눔으로써, 단위 면적당의 질량 변화를 구하였다. 이 질량 변화의 절대값이 10mg/㎡ 이하이면, EGR 쿨러 부재로서 우수한 고온 산화 특성을 가지고 있는 것으로 평가되고, 5mg/㎡ 이하인 것은 특히 우수하다.

〔Ni 납땜성(젖음성)〕

냉연 소둔판으로부터 10mm×20mm×1.5mm의 납땜 시험편을 각 강종 2장씩 절단하였다. 이 중 1장의 시험편을 수평으로 둔 상태에서, 그 표면의 전면에 페이스트상의 Ni 납을 0.5mm 두께로 도포하였다. 그 위에 또 1장의 시험편을 포개고, 시험편/Ni 납/시험편의 3층으로 이루어지는 적층체를 구성하고, 이것을 수평으로 유지한 채 진공로에 넣고, 진공 처리 후에 1150℃에서 30분 동안 가열하였다. 냉각 후에 적층체를 취출하고, 상면에 포갠 분(Ni 납을 도포하지 않은 분)의 시험편 표면을 관찰하여, 표면 중 Ni 납으로 젖은 면적을 시험편 표면의 전면적으로 나눔으로써 Ni 납 피복율을 구하였다. Ni 납 피복율이 50% 이상인 것을 A, 20% 이상 50% 미만인 것을 B, 20% 미만인 것을 C로 평가하고, B 평가 이상을 합격으로 하였다. 또한, Ni 납은 19질량% Cr-10질량% Si-71질량% Ni 조성의 것(JIS Z3265의 BNi-5 상당품)을 사용하였다.

〔결정립 조대화에 대한 저항〕

상기의 Ni 납땜성을 평가한 시험편에 관해서, 그 단면(압연 방향 및 판 두께방향에 평행한 단면: L 단면)의 금속 조직을 광학현미경으로 관찰하였다. 에칭은 불화수소산+질산의 혼합산으로 행하였다. 평균 결정립 직경이 200㎛ 이하인 것을 A, 200㎛ 초과 500㎛ 이하인 것을 B, 500㎛ 초과인 것을 C로 평가하고, B 평가 이상을 합격으로 판정하였다.

〔저온 인성〕

1.5mm 두께의 냉연 소둔판을 상기 Ni 납땜성 평가와 동등한 히트 패턴으로 열처리한 후, 그 강판으로부터 V노치 샤르피 충격 시험편을 제작하고, JIS Z2242에 준거하여 0℃에서의 샤르피 충격 시험을 실시하였다. 시험편은 해머가 부딪히는 방향이 압연 방향에 대해 직각 방향(C 방향)이 되도록 채취하였다. 0℃에서의 샤르피 충격값이 100J/c㎡ 이상인 것을 A, 50J/c㎡ 이상 100J/c㎡ 미만인 것을 B, 50J/c㎡ 미만인 것을 C로 평가하고, B 평가 이상을 합격으로 판정하였다.

이들 결과를 표 2에 기재한다.

표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예의 페라이트계 스테인리스강은, 비교예 B4, B5의 오스테나이트계 스테인리스강에 비해, 열팽창 계수가 훨씬 작고, 700℃에서의 0.2% 내력 및 반복 사이클에서의 고온 산화 특성에 있어서도 우수하였다. 또한 Ni 납땜성(젖음성), 결정립 조대화에 대한 저항, 및 저온 인성에 관해서도 EGR 쿨러 부재로서 충분히 만족할 수 있는 특성을 구비하고 있는 것이 확인되었다.

이것에 대해 비교예 B1은 C 함유량이 높고, 또한 Nb 함유량이 낮기 때문에 고용 Nb량이 부족하고, 고온 강도(700℃의 0.2% 내력) 및 결정립 조대화에 대한 저항 성능이 떨어졌다. 또한, Mn 함유량이 높기 때문에 고온에서 오스테나이트상이 생성되고, 이것이 일부 마르텐사이트상으로 변형된 것을 생각할 수 있으며, 저온 인성도 떨어졌다. B2는 Nb 함유량이 낮았지만, C, N 함유량도 비교적 낮은 점에서 고용 Nb량은 적절히 확보되어 고온 강도(700℃의 0.2% 내력)는 양호하였다. 그러나, Nb 탄화물?질화물의 미세 분산이 적고, 결정립 조대화에 대한 저항 성능은 불충분하였다. B3은 Ti 함유량이 과잉이었기 때문에 Ni 납땜시에 표면에 산화막이 생기기 쉬워져 Ni 납땜성이 떨어졌다. 또한, Mo, Cu, V, W의 합계 함유량이 지나치게 높았던 것에 의해 저온 인성이 떨어졌다. B4, B5는 오스테나이트계 스테인리스강이며, 열팽창 계수가 높다. 고온 강도(700℃의 0.2% 내력)도 다른 페라이트계 강종보다 낮은 레벨이었다. 또한, 열팽창 계수가 높은 것도 영향을 주어 반복 사이클에서는 스케일이 박리되기 쉬워 질량 변화가 마이너스의 큰 값이 되었다. B6은 Ti, Al, Zr의 합계 함유량이 지나치게 높았기 때문에 Ni 납땜시에 표면에 산화막이 생기기 쉬워져 Ni 납땜성이 떨어졌다.

Claims (8)

1. 질량%로, C: 0.03% 이하, Si: 0.1 초과 내지 3%, Mn: 0.1 내지 2%, Cr: 10 내지 25%, Nb: 0.3 내지 0.8%, N: 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 EGR 쿨러 부재용 페라이트계 스테인리스강.
2. 제 1 항에 있어서, 또한 Mo, Cu, V 및 W 중 1종 이상을 합계 4% 이하의 범위로 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 또한 Ti, Al 및 Zr 중 1종 이상을 합계 0.3% 이하의 범위로 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한 Ni 및 Co 중 1종 이상을 합계 5% 이하의 범위로 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한 REM(희토류 원소) 및 Ca 중 1종 이상을 합계 0.2% 이하의 범위로 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, C 및 N의 합계 함유량이 0.01질량% 이상인 페라이트계 스테인리스강.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 강으로 이루어지는 강재를 구성 부재에 가지고, 적어도 그 부재를 다른 부재에 Ni 납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 강으로 이루어지는 강재를 자동차 배기 가스 및 냉각수의 양쪽에 접촉하는 부재에 가지고, 적어도 그 부재를 다른 부재에 Ni 납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러.
   

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