KR20120108785A - Ferritic stainless steel having excellent high temperature strength - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차용 배기 매니폴드 (Exhaust Manifold)에 사용되는 고온특성 및 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 원소량을 제어하여 고온내산화성, 고온내염부식성, 고온강도, 열피로특성 및 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 자동차 배가스에 의하여 발생하는 환경문제의 심각성에 대응하여 유럽, 미국 및 일본 등의 다수의 국가에서 배가스 유해물질의 배출에 대한 법 규제가 실행되고 있다. 이에 따라, 자동차등의 배기계에 사용되는 소재도 역시 각국의 높은 환경규제에 대응하도록 다양한 방향으로 연구되고 있다. 구체적으로, 자동차 소재의 경량화, 터보엔진에 의한 배가스의 온도상승 및 자동차의 연비 향상 등이 연구되고 있으며, 이를 위하여 기존에 사용되던 페라이트계 스테인리스강보다 고온강도, 내열성 및 내식성 등이 우수한 고온용 페라이트계 스테인리스강에 대한 수요가 증가하고 있다.In recent years, in response to the seriousness of environmental problems caused by automobile exhaust gas, a number of countries, such as Europe, the United States, and Japan, are implementing legal regulations on the emission of harmful substances. Accordingly, materials used in exhaust systems such as automobiles have also been studied in various directions to cope with high environmental regulations in each country. Specifically, the weight reduction of automobile materials, the rise of exhaust gas temperature by turbo engine, and the improvement of fuel efficiency of automobiles have been studied. For this purpose, the ferrite for high temperature, which has superior high temperature strength, heat resistance and corrosion resistance, is higher than the existing ferritic stainless steel. The demand for stainless steels is increasing.
페라이트계 스테인리스강은 열팽창계수가 낮아 열피로특성이 우수하고, 고온에서의 내산화성 및 산화피막 밀착성이 우수하며, 또한 가격이 저렴하기 때문에 자동차 배기계용 소재로 널리 사용되고 있다. 최근, 환경오염에 대한 규제가 강화됨에 따라 자동차 배가스에 대한 규제도 강화되고 있다. 즉, 자동차 엔진의 연소온도 및 배가스의 온도는 점차 상승하고, 연비개선과 더불어 배가스의 정화효율은 높아지는 추세로 변화되고 있다. 따라서, 배가스를 엔진에서부터 촉매장치까지 유도하는 기능을 갖는 배기 매니폴드용 소재로는 고온강도, 열피로특성, 고온내산화성, 고온내염부식성 및 성형성이 보다 우수한 페라이트계 스테인리스강이 요구되고 있다. Ferritic stainless steel is widely used as a vehicle exhaust system material because of its low thermal expansion coefficient, excellent thermal fatigue characteristics, excellent oxidation resistance and oxide film adhesion at high temperatures, and low cost. Recently, as regulations on environmental pollution are strengthened, regulations on automobile exhaust gas are also being tightened. In other words, the combustion temperature of the engine and the exhaust gas temperature gradually increases, fuel efficiency is improved and the exhaust gas purification efficiency is increasing. Therefore, as a material for an exhaust manifold having a function of inducing exhaust gas from an engine to a catalyst device, ferritic stainless steel having excellent high temperature strength, thermal fatigue characteristics, high temperature oxidation resistance, high temperature salt corrosion resistance, and moldability is required.
배기 매니폴드용 소재는 과거 구상흑연주철, 혹은 내열성 및 고온특성이 우수한 Si 구상흑연주철이 많이 사용되다가, 배가스 온도상승 및 경량화에 대한 요구에 따라 최근에는 스테인리스강을 많이 사용하는 추세이다. 상기 스테인리스강은 초기에는 409L강, 430J1L강이 사용되다가, 최근에는 배가스 온도 상승, 가공성 향상 및 저 Cost 소재 요구로 429EM강, 441강 및 444강 등이 많이 사용되고 있다. 반면, 이러한 소재는 배기 매니폴드의 최대 사용온도를 870℃로 제한하며, 상기 온도보다 높은 온도에서 배기 매니폴드를 사용하는 경우에는 상기 소재들의 적용이 불가능하다는 문제점이 있다. Exhaust manifold material has been used in the past, nodular graphite cast iron or Si nodular cast iron having excellent heat resistance and high temperature characteristics, and in recent years, a lot of stainless steels have been used in accordance with the demand for exhaust gas temperature rise and weight reduction. The stainless steel is initially used 409L steel, 430J1L steel, and recently, 429EM steel, 441 steel and 444 steel are used a lot as the exhaust gas temperature rise, workability improvement and low-cost material requirements. On the other hand, such a material limits the maximum use temperature of the exhaust manifold to 870 ° C, and there is a problem in that the materials are not applicable when the exhaust manifold is used at a temperature higher than the temperature.
한편, 배기 매니폴드 등의 자동차 배기계 부품은 제한된 공간내에 장착되어야 하므로 다양한 구성이 요구되므로, 복잡한 형상으로 설계되는 경우가 많다. 이에 적합하고자, 상기 배기 매니폴드용 소재는 그 요구되는 특성으로 충분한 가공성이 확보되어야 하며, 성형후 두께감소의 형태변형이 없어야 한다는 등의 다양한 특성이 요구된다. 최근에는 배가스 정화기능을 높이기 위하여, 고온의 배가스를 신속하게 컨버터 (converter)에 도달시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 이에 따라, 배기 매니폴드와 컨버터를 직접 연결하는 등 배기 매니폴드와 컨버터 사이의 거리를 단축시키는 등 성형품의 형상이 더욱 복잡하게 성형 되고 있다. 따라서, 배기 매니폴드용 소재는 내열성과 동시에 가공성 향상되어야 하며, 동시에 저코스트화가 요구되고 있다.On the other hand, vehicle exhaust system components such as exhaust manifolds are required to be mounted in a limited space, so various configurations are required, and therefore they are often designed in a complicated shape. In order to be suitable for this, the exhaust manifold material is required to have a variety of properties, such as the required properties to ensure sufficient processability, there should be no shape deformation of the thickness reduction after molding. In recent years, in order to improve the exhaust gas purification function, research is being conducted to quickly reach a converter of a high temperature exhaust gas. As a result, the shape of the molded article is further complicated by shortening the distance between the exhaust manifold and the converter by directly connecting the exhaust manifold and the converter. Therefore, the material for exhaust manifold must improve heat resistance and workability simultaneously, and at the same time, low cost is required.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 시그마상 생성을 억제시킴으로써 고온에서의 내구성이 향상된 페라이트계 스테인리스강을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a ferritic stainless steel with improved durability at high temperatures by suppressing the generation of sigma phase.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소정의 높은 인장강도를 및 우수한 성형성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공하기 위함이다.In addition, another object of the present invention is to provide a ferritic stainless steel having a predetermined high tensile strength and excellent formability.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 중량%로, C: 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하, Si: 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 이하, Mn: 0 wt% 초과 내지 2.0 wt% 이하, P: 0 wt% 이상 내지 0.02 wt% 이하, S: 0 wt% 이상 내지 0.02 wt% 이하, Cr: 12 wt% 이상 내지 19 wt% 이하, Mo: 0 wt% 이상 내지 1.0 wt% 이하, W: 2 wt% 이상 내지 7 wt% 이하, Ti: 0 wt% 이상 내지 0.3 wt% 이하, Nb: 0 wt% 초과 내지 0.6 wt% 이하, N: 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하, Al: 0 wt% 이상 내지 0.01 wt% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온강도가 우수한 페라이트계 스테인리스강을 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the present invention is by weight, C: more than 0 wt% to 0.01 wt%, Si: more than 0 wt% to 0.5 wt%, Mn: 0 greater than or equal to wt% and less than or equal to 2.0 wt%, P: greater than or equal to 0 wt% and less than or equal to 0.02 wt%, S: greater than or equal to 0 wt% and less than or equal to 0.02 wt%, Cr: greater than or equal to 12 wt% and less than or equal to 19 wt%, and Mo: 0 wt% Or more to 1.0 wt% or less, W: 2 wt% or more to 7 wt% or less, Ti: 0 wt% or more to 0.3 wt% or less, Nb: more than 0 wt% to 0.6 wt% or less, N: more than 0 wt% to Ferrite-based stainless steel having excellent high temperature strength, characterized by containing 0.01 wt% or less, Al: 0 wt% or more and 0.01 wt% or less, balance Fe and other unavoidable impurities.
상기 Mo는 중량%로 0.8 wt% 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The Mo may be characterized in that less than 0.8 wt% by weight.
또한, 상기 페라이트계 스테인리스강의 열연소둔조직은 시그마상분율을 5% 이하로 포함할 수 있다.In addition, the hot-rolled annealing structure of the ferritic stainless steel may include a sigma phase fraction of 5% or less.
상기 W는 중량%로 3 wt% 이상 내지 6 wt% 이하일 수 있다. W may be 3 wt% or more and 6 wt% or less by weight.
Mo+0.83W는 중량%로 3.5 wt% 이상 내지 5.0 wt% 이하일 수 있다.Mo + 0.83W may be at least 3.5 wt% and up to 5.0 wt% by weight.
또한, 본 발명은 [(Ti+1/2Nb)/(C+N)]은 19.5 이상 내지 32 이하일 수 있다.In addition, in the present invention, [(Ti + 1 / 2Nb) / (C + N)] may be 19.5 or more and 32 or less.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 시그마상 생성이 억제되어 고온에서의 향상된 내구성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, the generation of sigma phase can be suppressed to provide a ferritic stainless steel having improved durability at high temperatures.
또한, 본 발명에 따르면 높은 성형성을 유지하면서 동시에 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a ferritic stainless steel having excellent moldability while maintaining high moldability.
도 1은 고온강도에 미치는 Mo 및 W의 영향에 대한 평가결과를 나타낸 그래프.
도 2a는 Mo 단독첨가강에서의 열연소둔조직의 광학현미경사진.
도 2b는 Mo+W 복합첨가강에서의 열연소둔조직의 광학현미경사진.
도 3는 Mo 및 W의 첨가량에 따른 페라이트계 스테인리스강의 열피로특성을 평가한 그래프.
도 4는 Mo 및 W의 첨가량에 따른 페라이트계 스테인리스강의 고온내산화성을 평가한 그래프.
도 5는 Mo 및 W의 첨가량에 따른 페라이트계 스테인리스강의 고온내염부식성을 평가한 그래프.1 is a graph showing the evaluation results for the effect of Mo and W on high temperature strength.
Figure 2a is an optical micrograph of the hot-annealed structure in Mo-added steel.
2b is an optical micrograph of a hot rolled annealing structure in Mo + W composite additive steel.
3 is a graph evaluating the thermal fatigue characteristics of ferritic stainless steel according to the addition amount of Mo and W.
Figure 4 is a graph evaluating the high temperature oxidation resistance of ferritic stainless steel according to the addition amount of Mo and W.
5 is a graph evaluating the high temperature salt corrosion resistance of ferritic stainless steel according to the addition amount of Mo and W.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms. In the following description, it is assumed that a part is connected to another part, But also includes a case in which other elements are electrically connected to each other in the middle thereof. In the drawings, parts not relating to the present invention are omitted for clarity of description, and like parts are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
본 발명은 자동차용 배기 매니필드용으로 사용이 가능한 페라이트계 스테인리스강에 관한 발명으로, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 고온에서의 내산화성, 내염부식성, 강도, 열피로특성이 향상되고, 우수한 성형성을 갖는다. 구체적으로, 상기 페라이트계 스테인리스강은 고온에서의 내산화성, 내염부식성 등의 고온특성을 향상시킬 수 있는 원소의 첨가량을 관리하여 불필요한 손실을 없애 원가를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 스테인리스강은 자동차용 배기 매니폴드용에 적합하도록 우수한 내산화성, 내염부식성 및 고온특성을 기본적으로 확보하는 것을 특징으로 할 수 있다.The present invention relates to a ferritic stainless steel that can be used for exhaust manifolds for automobiles, and the ferritic stainless steel according to the present invention has excellent oxidation resistance, corrosion resistance, strength, and thermal fatigue characteristics at high temperatures. It has moldability. Specifically, the ferritic stainless steel can reduce the cost by eliminating unnecessary losses by managing the amount of the element that can improve the high temperature characteristics such as oxidation resistance, corrosion resistance, etc. at high temperatures. In addition, the ferritic stainless steel according to the present invention may be characterized in that it basically ensures excellent oxidation resistance, salt corrosion resistance and high temperature characteristics to be suitable for the exhaust manifold for automobiles.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 우수한 고온강도를 갖는 것으로, 중량%로 C: 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하, Si: 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 이하, Mn: 0 wt% 초과 내지 2.0 wt% 이하, P: 0 wt% 이상 내지 0.02 wt% 이하, S: 0 wt% 이상 내지 0.02 wt% 이하, Cr: 12 wt% 이상 내지 19 wt% 이하, Mo: 0 wt% 이상 내지 1.0 wt% 이하, W: 2 wt% 이상 내지 7 wt% 이하, Ti: 0 wt% 이상 내지 0.3 wt% 이하, Nb: 0 wt% 초과 내지 0.6 wt% 이하, N: 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하, Al: 0 wt% 이상 내지 0.01 wt% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. Ferritic stainless steel according to a preferred embodiment of the present invention has excellent high temperature strength, by weight% C: more than 0 wt% to 0.01 wt%, Si: more than 0 wt% to 0.5 wt%, Mn: 0 greater than or equal to wt% and less than or equal to 2.0 wt%, P: greater than or equal to 0 wt% and less than or equal to 0.02 wt%, S: greater than or equal to 0 wt% and less than or equal to 0.02 wt%, Cr: greater than or equal to 12 wt% and less than or equal to 19 wt%, and Mo: 0 wt% Or more to 1.0 wt% or less, W: 2 wt% or more to 7 wt% or less, Ti: 0 wt% or more to 0.3 wt% or less, Nb: more than 0 wt% to 0.6 wt% or less, N: more than 0 wt% to 0.01 wt% or less, Al: 0 wt% or more and 0.01 wt% or less, balance Fe and other unavoidable impurities.
상기 페라이트계 스테인리스강은 고온내산화성, 고온내염부식, 고온강도, 열피로특성 및 성형성이 우수하다. 이는 상기 페라이트계 스테인리스강에 포함되는 각각의 합금원소 및 이의 첨가량에 따라 영향받을 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강을 구성하는 각 성분계에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 성분계는 중량%로 기준으로 하였다.The ferritic stainless steel is excellent in high temperature oxidation resistance, high temperature corrosion resistance, high temperature strength, thermal fatigue characteristics and formability. This may be affected by the respective alloying elements included in the ferritic stainless steel and the amount thereof added. Hereinafter, each component system which comprises the ferritic stainless steel of this invention is demonstrated in detail. The following component systems were based on the weight percentage.
상기 페라이트계 스테인리스강에서, C는 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하일 수 있다. 상기 C는 페라이트계 스테인리스강의 상온강도를 증가시킬 수 있으므로, 상기 C는 0 wt% 초과로 첨가될 수 있다. 반면, 상기 C의 첨가량이 0.01 wt%을 초과하는 경우에는 페라이트계 스테인리스강의 상온강도가 증가되는 한편, 상대적으로 고온강도 및 상온에서의 연성, 가공성, 인성 등이 저하될 수 있다. 따라서, C는 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 C는 0.005 wt% 이하로 첨가될 수 있다.In the ferritic stainless steel, C may be more than 0 wt% to 0.01 wt% or less. Since the C may increase the room temperature strength of the ferritic stainless steel, the C may be added in excess of 0 wt%. On the other hand, when the amount of C added exceeds 0.01 wt%, the room temperature strength of the ferritic stainless steel is increased, while the ductility, workability, toughness, etc. at relatively high temperature strength and room temperature may decrease. Therefore, C is preferably added at more than 0 wt% to 0.01 wt% or less. More preferably C may be added at 0.005 wt% or less.
Si는 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 이하로 포함될 수 있다. 상기 Si는 페라이트계 스테인리스강의 용강상태에서 탈산제로서 작용하는 원소로서 제강 과정에서 필요한 원소이다. 또한, 상기 Si는 페라이트계 스테인리스강의 내산화성을 개선시키는데 유리하게 작용할 수 있다. 반면, 상기 Si가 0.5 wt%를 초과하여 첨가되는 경우, Si 고용강화현상에 의하여 페라이트계 스테인리스강의 경도가 상승할 수 있으므로, 상기 페라이트계 스테인리스강의 연신율 및 가공성 등이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 Si는 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. Si may be included at more than 0 wt% and up to 0.5 wt%. Si is an element that acts as a deoxidizer in the molten steel state of ferritic stainless steel and is an element necessary in the steelmaking process. In addition, the Si may advantageously work to improve the oxidation resistance of ferritic stainless steel. On the other hand, when the Si is added in excess of 0.5 wt%, since the hardness of the ferritic stainless steel can be increased by the Si solid-solution strengthening phenomenon, the elongation and workability of the ferritic stainless steel may be lowered. Therefore, Si according to the present invention is preferably added at more than 0 wt% to 0.5 wt% or less.
Mn은 0 wt% 초과 내지 2.0 wt% 이하로 포함될 수 있다. 페라이트계 스테인리스강은 자동차용 배기 매니폴드용 소재로 사용될 때, 고온에서 스케일 등이 생성될 수 있다. 이때, 생성된 스케일은 쉽게 탈락될 수 있으며, 또한 탈락된 스케일은 촉매장치 (컨버터)에 유입되어 촉매장치를 통로를 막을 수 있다. 따라서, 페라이트계 스테인리스강은 스케일에 대하여 내박리성을 갖아야 하므로, 이를 위하여 Mn을 포함할 수 있다. 반면, 상기 Mn의 첨가량이 2.0 wt%를 초과하는 경우에는 상기 Mn과 S이 서로 반응하여 MnS를 형성할 수 있다. 상기 MnS는 페라이트계 스테인리스강의 내식성에 불리한 영향을 미칠 수 있으므로, 상기 Mn은 0 wt% 초과 내지 2.0 wt% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. Mn may be included between 0 wt% and 2.0 wt% or less. When ferritic stainless steel is used as a material for automobile exhaust manifolds, scale and the like may be produced at high temperatures. At this time, the generated scale can be easily dropped, and the dropped scale can flow into the catalytic device (converter) to block the passage of the catalytic device. Therefore, the ferritic stainless steel should have peeling resistance with respect to scale, and may include Mn for this purpose. On the other hand, when the amount of Mn added exceeds 2.0 wt%, Mn and S may react with each other to form MnS. Since MnS may adversely affect the corrosion resistance of ferritic stainless steel, the MnS is preferably included in more than 0 wt% to 2.0 wt% or less.
P는 0 wt% 이상 내지 0.02 wt% 이하로 포함될 수 있다. 상기 P는 페라이트계 스테인리스강의 강도를 증가시킬 수 있지만, 가공성을 저하시킬 수 있다. 또한, 페라이트계 스테인리스강의 제강공정에서 P는 불순물로 처리되는 경우가 대부분이므로 가능한 저감시키는 것이 바람직하다. 반면, 공정단계에서 P를 극도로 저감하는 것은 정련비용이나 생산성 측면에서 비효율적이므로 P는 0.02 wt% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. P may be included at 0 wt% or more and 0.02 wt% or less. The P may increase the strength of the ferritic stainless steel, but may decrease workability. In the steelmaking process of ferritic stainless steel, P is often treated with impurities, so it is desirable to reduce as much as possible. On the other hand, the extremely low P in the process step is inefficient in terms of refining cost and productivity, it is preferable that P is included in less than 0.02 wt%.
S는 0 wt% 이상 내지 0.02 wt% 이하로 포함될 수 있다. S는 페라이트계 스테인리스강 내에서 개재물로써 존재할 수 있고, 또한 내식성을 저하시키는 불순물로 작용할 수도 있다. 따라서, 상기 페라이트계 스테인리스강의 내식성을 향상시키기 위해서는 상기 S의 첨가량을 최대한 낮추는 것이 바람직하지만, 공정단계에서 S를 극도로 낮추는 것은 비용이나 시간적인 면에서 비효율적일 수 있다. 따라서, 상기 S의 첨가량은 0.02 wt% 이하로 제어하는 것이 바람직할 수 있고, 또한 상기 S의 첨가량을 0.003 wt% 이하로 제어하는 것이 특히 바람직할 수 있다. S may be included at 0 wt% or more and 0.02 wt% or less. S may exist as an inclusion in the ferritic stainless steel and may also serve as an impurity that lowers the corrosion resistance. Therefore, in order to improve the corrosion resistance of the ferritic stainless steel, it is preferable to lower the amount of S added as much as possible, but extremely lowering S in the process step may be inefficient in terms of cost or time. Therefore, it may be desirable to control the amount of S added to 0.02 wt% or less, and it may be particularly desirable to control the amount of S added to 0.003 wt% or less.
Cr은 12 wt% 이상 내지 19 wt% 이하로 포함될 수 있다. 상기 Cr은 페라이트계 스테인리스강의 내식성 및 내산화성 향상을 위하여 반드시 첨가되어야 하는 합금원소이다. 즉, 페라이트계 스테인리스강은 Cr의 첨가량이 낮으면 충분한 내식성을 얻기 곤란하므로, 상기 Cr은 12 wt% 이상으로 포함될 수 있다. 반면, 상기 Cr의 첨가량이 19 wt%를 초과한 경우, 상기 페라이트계 스테인리스강의 내식성은 향상되는 반면, 강도가 너무 높아지고 이에 따라서 연신율 및 충격특성이 급격하게 저하될 수 있다. 따라서, 페라이트계 스테인리스강에서, Cr은 12 wt% 이상 내지 19 wt% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.Cr may be included at 12 wt% or more and 19 wt% or less. Cr is an alloying element that must be added to improve corrosion resistance and oxidation resistance of ferritic stainless steel. That is, ferritic stainless steel is difficult to obtain sufficient corrosion resistance when the addition amount of Cr is low, the Cr may be included in more than 12 wt%. On the other hand, when the addition amount of Cr exceeds 19 wt%, while the corrosion resistance of the ferritic stainless steel is improved, the strength is too high and thus the elongation and impact characteristics may be drastically lowered. Therefore, in ferritic stainless steel, Cr is preferably contained at 12 wt% or more and 19 wt% or less.
Ti는 0 wt% 이상 내지 0.3 wt% 이하로 포함될 수 있다. 상기 Ti는 페라이트계 스테인리스강의 고온강도와 내입계부식성을 향상시키기 위하여 첨가되는 합금 원소이다. 상기 페라이트계 스테인리스강 중의 Ti의 첨가량이 0.3 wt% 초과하면 제강성 개재물이 증가하여 스캡 (scab) 등의 표면결함이 빈번하게 발생할 수 있고, 연주시 노즐막힘 등이 발생하여 공정효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 고용 Ti의 증가로 페라이트계 스테인리스강의 연신율 및 저온충격성을 저하시킬 수 있다. 또한, 상기 페라이트계 스테인리스강 중에서 Ti와 Nb가 함께 첨가되는 경우, 상기 페라이트계 스테인리스강을 고온에서 장시간 사용하면 Fe3Nb3C 탄화물 석출될 수 있고, 조대화가 발생하여, 고온열화를 유발할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 Ti의 첨가량은 0.3 wt% 이하일 수 있다.Ti may be included at 0 wt% or more and 0.3 wt% or less. Ti is an alloying element added to improve high temperature strength and intergranular corrosion resistance of ferritic stainless steel. If the amount of Ti added in the ferritic stainless steel exceeds 0.3 wt%, steelmaking inclusions may increase and surface defects such as scab may frequently occur, and nozzle clogging may occur during performance, thereby lowering process efficiency. have. In addition, the increase in the solid solution Ti can reduce the elongation and low temperature impact of the ferritic stainless steel. In addition, when Ti and Nb are added together in the ferritic stainless steel, when the ferritic stainless steel is used for a long time at a high temperature,
N의 첨가량은 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하일 수 있다. 상기 N은 C와 마찬가지로 페라이트계 스테인리스강의 강도를 높이는 역할을 하지만, 연성 및 가공성을 저하시킬 수 있다. 특히, 페라이트계 스테인리스강의 충분한 용접부 인성 및 가공성을 확보하기 위해서, 상기 N은 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 N는 0.007 wt% 이하로 포함되는 것이 특히 바람직할 수 있다.The amount of N added may be greater than 0 wt% and up to 0.01 wt%. N acts to increase the strength of ferritic stainless steel like C, but may reduce ductility and workability. In particular, in order to ensure sufficient weld toughness and workability of the ferritic stainless steel, the N is preferably contained in more than 0 wt% to 0.01 wt% or less. In this case, it may be particularly preferable that N is included in an amount of 0.007 wt% or less.
상기 페라이트계 스테인리스강에서 Mo의 첨가량은 0 wt% 이상 내지 1.0 wt% 이하일 수 있다. 또한, 상기 Mo는 0.8 wt% 이하인 것이 특히 바람직할 수 있고, 이때 상기 페라이트계 스테인리스강의 열연소둔조직은 시그마상분율을 5% 이하로 포함할 수 있다. 바람직하기로는 상기 W는 2 wt% 이상 내지 7 wt% 이하일 수 있고, 더욱 바람직하기로는 상기 W는 3 wt% 이상 내지 6 wt% 이하로 포함될 수 있다. The amount of Mo added in the ferritic stainless steel may be 0 wt% or more and 1.0 wt% or less. In addition, Mo may be particularly preferably 0.8 wt% or less, wherein the hot-rolled annealing structure of the ferritic stainless steel may include a sigma phase fraction of 5% or less. Preferably, W may be 2 wt% or more and 7 wt% or less, and more preferably, W may be included in 3 wt% or more and 6 wt% or less.
페라이트계 스테인리스강은 고온강도를 향상시키기 위하여 Mo를 첨가하는 등의 다양한 연구와 노력이 있어왔다. 이중 Mo를 첨가하는 방법에서 페라이트계 스테인리스강에 첨가된 Mo가 3 wt% 이상인 경우, 페라이트계 스테인리스강의 시그마상을 생성시키는 단점이 있다. 시그마상은 상기 페라이트계 스테인리스강을 제조하는데 불량을 유발할 수 있을 뿐 아니라, 자동차용 배기 매니폴드용으로 사용될 경우에도 내구성에 문제가 될 수 있다. 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 Mo를 저감시켜 시그마상의 생성을 억제시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 고온강도 확보를 위해서 Mo의 첨가량은 1 wt%이하일 수 있다.Ferritic stainless steel has been researched and made various efforts such as adding Mo to improve high temperature strength. If Mo is added to the ferritic stainless steel is more than 3 wt% in the method of adding Mo, there is a disadvantage in generating a sigma phase of the ferritic stainless steel. The sigma phase may not only cause defects in manufacturing the ferritic stainless steel, but also may be a problem in durability when used for automobile exhaust manifolds. Ferritic stainless steel according to the present invention can reduce the Mo to suppress the generation of sigma phase. In addition, the ferritic stainless steel according to the present invention may be added in an amount of 1 wt% or less in order to secure high temperature strength.
상기 Mo의 첨가량은 0.8 wt% 이하인 것이 특히 바람직할 수 있다. 페라이트계 스테인리스 제강 공정에서, 상기 제강 고정은 대량으로 이루어지기 때문에 첨가되는 물질의 양을 미량으로 제어하는 것은 용이하지 않으므로, 이를 제어하기 위한 노력은 비효율적일 수 있다. 반면, Mo 등의 원소는 고가의 원료이므로 상기 Mo의 첨가량을 미세하게 조정하는 것은 생산비를 절감하는데 유리하게 작용할 수 있다. 따라서, 상기 Mo의 첨가량은 0.8 wt% 이하로 조절함으로써, 소정의 페라이트계 스테인리스강의 물성을 유지함과 동시에 공정효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.It may be particularly preferable that the amount of Mo added is 0.8 wt% or less. In the ferritic stainless steel making process, since the steel fixing is made in a large amount, it is not easy to control the amount of the added substance in a small amount, and thus an effort to control the steel may be inefficient. On the other hand, since elements such as Mo are expensive raw materials, fine adjustment of the amount of Mo may advantageously reduce production costs. Therefore, by controlling the amount of Mo added to 0.8 wt% or less, there is an advantage that the process efficiency can be improved while maintaining the physical properties of the predetermined ferritic stainless steel.
상기 W의 첨가량이 2 wt% 미만이면 Fe2W 등과 같은 나노 사이즈의 미세석출물의 생성량과, 기지 (matrix)내의 W 고용량이 저하되어, 페라이트계 스테인리스강은 충분한 고온강도 및 열피로특성을 얻기 어렵다. 또한, 상기 W의 첨가량이 7 wt% 초과인 경우에는 상기 페라이트계 스테인리스강의 원재료비가 증가될 수 있으며, 또한 페라이트계 스테인리스강 내에 다량의 Fe2W가 생성되어 라인 통판성에 불리하게 작용하여 생산효율을 저하시키고, 용접성 및 성형성 등을 저하시킬 수 있다. 페라이트계 스테인리스강은 W을 더 포함함으로써 900℃에서 시험하는 고온인장시험에서 인장강도가 40MPa 이상으로, 고온에서 높은 강도를 요구하는 자동차용 배기 매니폴드용으로 적용이 가능하다.When the amount of W added is less than 2 wt%, the amount of nano-precipitated precipitates, such as Fe 2 W, and the amount of W dissolved in the matrix are lowered, and ferritic stainless steel hardly obtains sufficient high temperature strength and thermal fatigue characteristics. In addition, when the amount of the W added is more than 7 wt%, the raw material cost of the ferritic stainless steel may be increased, and a large amount of Fe 2 W is generated in the ferritic stainless steel, which adversely affects the line flowability, thereby lowering the production efficiency. , Weldability, moldability and the like can be reduced. The ferritic stainless steel further includes W, so that the tensile strength is 40 MPa or more in the high temperature tensile test tested at 900 ° C, and is applicable to an exhaust manifold for automobiles requiring high strength at high temperatures.
상기 Mo의 첨가량이 0.8 wt% 이하인 경우, 페라이트계 스테인리스강는 고온내산화성, 고온내염부식성, 고온강도 및 열피로특성 등을 확보하기 위하여 W를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 첨가되는 Mo 및 W는 페라이트계 스테인리스강의 고온강도에 미치는 영향을 고려할 때, 상기 두 원소의 관계는 Mo+0.84W = 3.5 wt% 이상 내지 5.0 wt% 이하로 표현될 수 있다. 이때, 상기 Mo+0.84W가 3.5 wt% 미만인 경우, 페라이트계 스테인리스강의 고온강도, 열피로수명, 고온내산화성, 고온내염부식성 특성이 저하될 수 있고, 5.0 wt% 초과인 경우에는 고온특성은 우수하나 상온가공성 인자인 연신율이 저하되고, 용접부 및 모재의 인성 또한 저하될 수 있다.When the amount of Mo is 0.8 wt% or less, the ferritic stainless steel may further include W to secure high temperature oxidation resistance, high temperature salt corrosion resistance, high temperature strength and thermal fatigue characteristics. In this case, the added Mo and W may be represented by Mo + 0.84W = 3.5 wt% or more to 5.0 wt% or less when considering the effect on the high temperature strength of the ferritic stainless steel. At this time, when the Mo + 0.84W is less than 3.5 wt%, the high temperature strength, thermal fatigue life, high temperature oxidation resistance, high temperature salt corrosion resistance characteristics of the ferritic stainless steel may be lowered, and when higher than 5.0 wt%, the high temperature characteristics are excellent. However, the elongation, which is a room temperature workability factor, may be lowered, and the toughness of the welded part and the base material may also be reduced.
페라이트계 스테인리스강은, Mo+0.83W는 3.5 wt% 이상 내지 5.0 wt% 이하로 포함할 수 있다. 페라이트계 스테인리스강 내에 포함된 Mo 및 W에 대하여, Mo+0.83W의 값이 3.5wt% 미만인 경우에는 상기 페라이트계 스테인리스강은 자동차용 배기 매니폴드용으로 사용되기 위하여 충분한 고온강도 및 열피로특성을 갖기 어렵다. 즉, 페라이트계 스테인리스강에서 Mo+0.83W의 값이 3.5wt% 미만로 포함된 경우에는, 이를 이용한 자동차용 배기 매니폴드의 최대 사용온도는 900℃ 이하로, 그보단 높은 온도에서는 사용할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 상기 Mo+0.83W의 값이 5.0 wt%를 초과하는 경우에는, 페라이트계 스테인리스강의 라인 통판성에 문제가 되어 생산성이 저하되고, 성형성 및 용접성도 저하되는 등의 문제를 유발할 수 있다.The ferritic stainless steel, Mo + 0.83W may comprise 3.5 wt% or more to 5.0 wt% or less. With respect to Mo and W contained in ferritic stainless steel, when the value of Mo + 0.83W is less than 3.5 wt%, the ferritic stainless steel has sufficient high temperature strength and thermal fatigue characteristics for use in automobile exhaust manifolds. Difficult to have That is, when the Mo + 0.83W value is less than 3.5wt% in ferritic stainless steel, the maximum use temperature of the automotive exhaust manifold using the same is not more than 900 ° C, which cannot be used at higher temperatures. There is. In addition, when the value of Mo + 0.83W exceeds 5.0 wt%, it may cause a problem in the line flowability of the ferritic stainless steel, resulting in a decrease in productivity, a decrease in moldability and weldability, and the like.
상기 페라이드계 스테인리스강에서, Ti는 0 wt% 이상 내지 0.3 wt% 이하이고, Nb는 0 wt% 초과 내지 0.6 wt% 이하이며, N는 0 wt% 초과 내지 0.01 wt% 이하, 및 Al는 0.01 wt%이하일 수 있다. 이때, 상기 원소들의 관계가 [(Ti+1/2Nb)/(C+N)]는 19.5 이상 내지 32 이하일 수 있다.In the ferride stainless steel, Ti is 0 wt% or more and 0.3 wt% or less, Nb is more than 0 wt% and 0.6 wt% or less, N is more than 0 wt% and 0.01 wt% or less, and Al is 0.01. It may be less than or equal to wt%. In this case, the relationship between the elements [(Ti + 1 / 2Nb) / (C + N)] may be 19.5 or more to 32 or less.
페라이트계 스테인리스강의 고온강도 및 열피로특성을 확보하기 위하여 소정의 Ti 및 Nb가 첨가되어야 한다. 이때, Ti 및 Nb의 첨가량이 소정 이하인 경우, 페라이트계 스테인리스강의 용접 열영향부에서 입계부식이 발생하거나, 또는 고온강도 및 열피로특성이 저하될 수 있다. 따라서, (Ti+1/2Nb)/(C+N)가 19.5 이상 첨가되도록 Ti 및 Nb의 첨가량을 조절할 수 있다. 반면, (Ti+1/2Nb)/(C+N)가 32를 초과하는 경우, 페라이트계 스테인리스강의 고온특성에는 유리할 수 있지만, 고용 Nb의 첨가량이 과다하게 높아져 상온 연신율, 인성 및 가공성이 저하될 수 있다. 따라서, (Ti+1/2Nb)/(C+N)는 19.5 이상 내지 32 이하로 포함될 수 있다.
In order to secure high temperature strength and thermal fatigue characteristics of ferritic stainless steel, predetermined Ti and Nb should be added. At this time, when the addition amount of Ti and Nb is less than a predetermined amount, grain boundary corrosion may occur in the weld heat affected zone of ferritic stainless steel, or high temperature strength and thermal fatigue characteristics may be reduced. Therefore, the addition amount of Ti and Nb can be adjusted so that (Ti + 1 / 2Nb) / (C + N) is added 19.5 or more. On the other hand, when (Ti + 1 / 2Nb) / (C + N) exceeds 32, it may be advantageous for the high temperature characteristics of the ferritic stainless steel, but the amount of solid solution Nb is excessively high, resulting in low room temperature elongation, toughness and workability. Can be. Therefore, (Ti + 1 / 2Nb) / (C + N) may be included in 19.5 or more and 32 or less.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통하여 설명하는데, 이는 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described through Examples and Comparative Examples, which are intended to facilitate the present invention, and the present invention is not limited by the following Examples and Comparative Examples.
1. 시편 제작1. Specimen Fabrication
표 1에는 각각의 실시예 및 비교예에서 사용된 시편의 화학성분표을 나타내었다. 표 1을 참조하면, 각각의 실시예 및 비교예들은 Fe-15 wt%Cr를 기본조성으로 하고, Mo, W, Nb의 첨가량 및 (Ti+1/2Nb)/(C+N)를 변화시켜 페라이트계 스테인리스강을 각각 제조하였다. 이중, 열연의 일부는 20mmt 및 5mmt로 각각 작업하여, 1050℃ 온도에서 열연소둔단계 및 냉연소둔단계를 거쳐 두께 2.0mm의 코일과 20mmt bar 시편을 제작하였다. 이와 같이 제작된 시편들은 아래 표 1과 같이 실시예 1~7 및 비교예 1~4이다.
Table 1 shows the chemical composition table of the specimen used in each Example and Comparative Example. Referring to Table 1, each of Examples and Comparative Examples is based on Fe-15 wt% Cr, by changing the addition amount of Mo, W, Nb and (Ti + 1 / 2Nb) / (C + N) Ferritic stainless steels were prepared, respectively. Some of the hot rolled parts were 20mmt and 5mmt, respectively, and a 2.0mm thick coil and 20mmt bar specimens were produced through a hot-rolled annealing step and a cold-rolled annealing step at a temperature of 1050 ° C. Specimens prepared as described above are Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 as shown in Table 1 below.
(표 1)(Table 1)
2. 페라이트계 스테인리스강의 상온 및 고온에서의 특성 평가2. Evaluation of characteristics of ferritic stainless steel at room temperature and high temperature
표 1에 기재된 바와 같이 제작된 각각의 실시예 1~7 및 비교예 1~4에 대하여 상온인장시험, 900℃에서의 고온인장시험과, 각각의 성분에 따른 고온특성을 확인하기 위하여 고온에서의 열피로수명, 내산화성 및 내염부식성을 평가하였다. For each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 produced as described in Table 1, the room temperature tensile test, the high temperature tensile test at 900 ° C., and the high temperature characteristics according to the respective components were examined. Thermal fatigue life, oxidation resistance and salt corrosion resistance were evaluated.
먼저, 표 1에 따른 시편들을 가공하여 열피로시편을 제작하였다, 이와 같이 제작된 열피로시편을 이용하여 200~900℃ 범위의 온도에서 구속율 0.3으로 열피로수명을 평가하였다. 또한, 내산화성을 평가하기 위하여 각각의 실시예 1~7 및 비교예 1~4를 1000℃에서 200시간 가열하였다. 이와 같이 가열에 의하여 생성된 산화 스케일을 산세하여 제거 후 무게변화를 측정하여 고온에서의 내산화성을 확인하였다. 내염부식성을 평가하기 위하여 26%NaCl 용액을 제작하였다. 실시예 1~7 및 비교예 1~4에 따른 시편을 500℃에서 2시간 등온으로 유지 후 제작된 26%NaCl 용액에서 5분간 침지하는 것을 총 10회 실시한 후 무게감량을 측정하여 고온에서의 내염부식성을 평가하였다. First, thermal fatigue specimens were manufactured by processing the specimens according to Table 1, and thermal fatigue life was evaluated using a thermal fatigue specimen prepared as described above at a temperature of 200 to 900 ° C. with a restraint rate of 0.3. In addition, in order to evaluate oxidation resistance, each Example 1-7 and Comparative Examples 1-4 were heated at 1000 degreeC for 200 hours. Thus, the oxidation scale produced by heating was pickled and the weight change after removal was measured to confirm the oxidation resistance at high temperature. A 26% NaCl solution was prepared to evaluate the salt corrosion resistance. After keeping the specimens according to Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 at isothermal temperature for 2 hours at 500 ° C. for 10 minutes, the sample was immersed in a 26% NaCl solution for 5 minutes, and then the weight loss was measured. Corrosion was evaluated.
아래, 표 2는 표 1에 따른 각각의 실시예 및 비교예에 대한 평가결과를 나타낸 것으로, 상온인장강도, r-bar값, 고온인장강도, 열피로수명, 고온내산화성 및 고온내염부식성에 대한 값을 나타낸 표이다.Table 2 below shows the evaluation results for each Example and Comparative Example according to Table 1, for room temperature tensile strength, r-bar value, high temperature tensile strength, thermal fatigue life, high temperature oxidation resistance and high temperature salt corrosion resistance A table showing values.
(표 2)(Table 2)
표 1 및 표 2를 참조하면, 성형의 용이성을 평가하는 항목인 상온인장강도 및 r-bar값은 실시예 1~7 및 비교예 1~4에서 모두 소정의 목표치를 만족함을 확인할 수 있었다. 반면, 고온에서의 특성을 평가하는 항목인 고온인장강도, 열피로수명, 고온내산화성 및 고온내염부식성에서는 실시예 1~7은 자동차용 배기 매니폴드용의 소재로 요구되는 소정의 목표치를 만족하였나, 반면 비교예 1~4에서는 상기 평가항목에 대하여 만족하지 못함을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1 and Table 2, it was confirmed that the room temperature tensile strength and the r-bar value, which are the items for evaluating the ease of molding, satisfy the predetermined target values in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, respectively. On the other hand, in the high temperature tensile strength, thermal fatigue life, high temperature oxidation resistance, and high temperature salt corrosion resistance, which are the items for evaluating the characteristics at high temperatures, Examples 1 to 7 satisfy the predetermined target values required for automobile exhaust manifold materials. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, it was confirmed that the evaluation items were not satisfied.
본 발명에 따른 실시예 1~7은 모두 Mo의 첨가량이 0.8 wt% 이하로 포함되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시예 1~7은 모두 W를 3 wt% 이상 내지 6 wt% 이하로 포함하고 있다. 이는, 통상 사용되는 Mo의 첨가량에 비하여 적게 첨가된 강임에도 불구하고, 900℃에서의 평가한 고온인장강도가 41MPa 이상을 나타냄으로써, 배기 매니폴드용 소재에 필요로 하는 고온인장강도를 만족함을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 실시예들은 페라이트계 스테인리스강의 성형성을 평가할 수 있는 항목인 상온연신율이 31% 이상, r-bar값이 0.9 이상으로 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 실시예 1~3, 5의 열피로수명은 각각 2250, 2260, 1860, 2520으로 모두 1800 사이클 (cycle) 이상을 만족함을 확인할 수 있었다. Examples 1 to 7 according to the present invention are all contained in an amount of 0.8 wt% or less of Mo added. In addition, Examples 1 to 7 according to the present invention all contain W in an amount of 3 wt% or more and 6 wt% or less. It is confirmed that this product satisfies the high temperature tensile strength required for the exhaust manifold material by exhibiting a high tensile strength of 41 MPa or higher at 900 ° C., despite being a steel added less than the amount of Mo commonly used. Could. In addition, the embodiments according to the present invention was confirmed that the room temperature elongation, which is an item capable of evaluating the formability of the ferritic stainless steel, is superior to 31% and r-bar value of 0.9 or more. In addition, the thermal fatigue life of Examples 1 to 3 and 5 according to the present invention was 2250, 2260, 1860, and 2520, respectively, and it was confirmed that all satisfy 1800 cycles or more.
실시예 1~7의 고온내산화성에 대한 평가에서 각 실시예의 무게변화량의 최대값은 10.56 mg/cm2 (실시예 6)이고, 최소값은 7.8mg/cm2 (실시예 5)임을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1~4에서는 비교예 2, 3에서 스케일 탈락이 발생함을 확인할 수 있었다. An embodiment the maximum value of each of the Examples the weight changing amount in the evaluation of high-temperature oxidation resistance of 1-7 is 10.56 mg / cm 2 (Example 6), the minimum value is found to be 7.8mg / cm 2 (Example 5) . On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, it was confirmed that scale dropout occurred in Comparative Examples 2 and 3.
고온내염부식성의 경우, 실시예 1~7에서는 최대값이 2.996g/mm2로 무게감량이 3g/mm2 이하인데 반하여, 비교예 1~4에서는 최대값이 20.2 g/mm2이고 최소값이 14.378g/mm2 (비교예 4)로 실시예에 비하여 무계감량이 현저하게 증가되었음을 확인할 수 있었다. In the case of high temperature salt corrosion resistance, in Examples 1 to 7, the maximum value is 2.996 g / mm 2 and the weight loss is 3 g / mm 2 or less, whereas in Comparative Examples 1 to 4, the maximum value is 20.2 g / mm 2 and the minimum value is 14.378. g / mm 2 (Comparative Example 4) was confirmed that the weight loss is significantly increased compared to the Example.
즉, 위의 실험결과를 검토하면, 실시예 및 비교예에서는 상온에서의 성형성의 특징인 상온연신율 및 r-bar값은 대략 대등한 수치를 나타난데 반하여, 고온특성인 열피로특성, 고온내산화성 및 고온내염부식성에서는 비교예는 그 성능이 실시예에 비하여 열화됨을 확인할 수 있었다. 구체적으로 실시예 1~7의 각각에서 고온내산화성은 무게변화량이 11mg/cm2 이하로 모든 시편이 고온내산화성을 만족하였다. 반면, 비교예의 경우는 비교예 1, 4는 고온내산화성의 목표로하는 조건을 만족하지 못하였고, 더욱이 비교예 2, 3에서는 스케일 탈락까지 발생함을 확인할 수 있었다. 또한, 반복적으로 실시한 고온내부식성의 경우, 실시예 1~7은 무게감량이 3g/mm2 이하인데 반하여, 비교예의 경우 무게감량의 최대값은 20.2g/mm2로 4개의 시편이 모두 고온내부식성을 만족하지 못함을 확인할 수 있었다. In other words, when the above experimental results are examined, in the Examples and Comparative Examples, the room temperature elongation and the r-bar value, which are the characteristics of formability at room temperature, show roughly comparable values, while the thermal fatigue properties and the high temperature oxidation resistance which are high temperature characteristics And in the high temperature salt corrosion resistance it was confirmed that the comparative example is deteriorated in performance compared to the example. Specifically, in each of Examples 1 to 7, the high temperature oxidation resistance satisfies the high temperature oxidation resistance of all specimens with a weight change of 11 mg / cm 2 or less. On the other hand, in the case of the comparative example, Comparative Examples 1 and 4 did not satisfy the conditions aimed at high temperature oxidation resistance, and in Comparative Examples 2 and 3 it could be confirmed that even the scale drop out. In addition, in the case of repeated high temperature corrosion resistance, Examples 1 to 7 have weight loss of 3 g / mm 2 or less, whereas in Comparative Example, the maximum value of weight loss is 20.2 g / mm 2, and all four specimens have high temperature resistance. It was confirmed that the corrosion was not satisfied.
본 발명에 따른 실시예 1~7은 상온에서의 성형성뿐 아니라, 고온에서의 특성을 모두 만족함을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 고온에서 사용이 가능하고, 또한 성형성도 소정의 조건을 만족할 수 있다. 따라서, 상기 실시예들은 정밀한 성형성을 요구하는 자동차용 배기 매니폴드용으로 적용이 가능함을 확인할 수 있었다. Examples 1 to 7 according to the present invention can be confirmed that not only the moldability at room temperature, but also satisfies all the properties at high temperature. Therefore, the ferritic stainless steel according to the present invention can be used at a high temperature, and the moldability can also satisfy predetermined conditions. Therefore, the above embodiments were found to be applicable to the exhaust manifold for automobiles that require precise formability.
본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 고가의 원료인 Mo의 첨가량을 저감시키면서, 동시에 배기 매니폴드용 소재로 적합한 물성을 갖으므로 제조단가를 낮출 수 있다는 장점을 갖는다. 반면, 상기 Mo와 W의 함량을 만족하지 못하는 비교예의 경우는 고온에서의 특성인 열피로수명, 고온내산화성 및 고온내염부식성을 모두 만족하지 못함을 확인할 수 있었다.The ferritic stainless steel according to the present invention has the advantage that the manufacturing cost can be lowered since it has a suitable physical property for the exhaust manifold while reducing the addition amount of Mo which is an expensive raw material. On the other hand, in the case of the comparative example that does not satisfy the content of Mo and W, it was confirmed that the thermal fatigue life, high temperature oxidation resistance and high temperature salt corrosion resistance, which are characteristics at high temperature, are not all satisfied.
또한, 표 1 및 표 2를 참조하면, Mo+0.83W 값이 3.5% 이상 내지 5% 이하, [(Ti+1/2Nb)/(C+N)]의 값이 19.5 이상 내지 32 이하 범위 내로 제어하여 제작된 시편들은 또한 고온특성 및 상온성형성이 동시에 우수하여 모든 요구특성을 만족시키는 것으로 나타났다.In addition, referring to Table 1 and Table 2, Mo + 0.83W value is 3.5% or more and 5% or less, and the value of [(Ti + 1 / 2Nb) / (C + N)] is 19.5 or more and 32 or less. Controlled specimens were also found to meet all the required properties, with both high temperature and room temperature formation.
도 1은 고온강도에 미치는 Mo 및 W의 영향에 대한 평가결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the evaluation results of the effect of Mo and W on high temperature strength.
도 1을 참조하면, 중량%로 C: 0.005 wt%, N: 0.0006 wt%, Cr: 15 wt%, Nb: 0.4 wt% 및 Ti: 0.1 wt%를 동일하게 포함하되, Mo와 W의 첨가량을 변화시켜 페라이트계 스테인리스강의 고온강도에 미치는 Mo 및 W의 영향을 평가하였다. Referring to FIG. 1, the weight percent of C: 0.005 wt%, N: 0.0006 wt%, Cr: 15 wt%, Nb: 0.4 wt%, and Ti: 0.1 wt% are the same, but the addition amount of Mo and W is equal to The effects of Mo and W on the high temperature strength of ferritic stainless steels were evaluated.
먼저, Mo 및 W가 고온강도에 미치는 영향을 평가하고자 Mo 단독첨가강과 Mo+W 복합첨가강의 첨가량을 변화시켜 900℃ 고온인장강도를 평가하였다. X축은 Mo의 첨가량 (Mo 단독첨가강) 또는 Mo+W의 첨가량 (Mo+W 복합첨가강)을 나타내었고, Y축은 이에 따른 고온인장강도를 그래프로 도시하고, 관계식을 도출하였다. 이를 회귀방정식 (regression equation)을 사용하여 고온강도에 미치는 Mo 또는 Mo+W의 첨가량과의 관계를 나타내었다. 이 결과 900℃에서의 고온인장강도 (MPa) = 22.4 + 4.67Mo +3.91W의 관계식을 도출할 수 있었고, 따라서 고온강도에 미치는 W 원소의 기여도는 84% (W/Mo=3.91/4.67=0.84) 수준임을 알 수 있었다. First, to evaluate the effect of Mo and W on the high temperature strength, 900 ℃ high temperature tensile strength was evaluated by changing the addition amount of Mo alone and Mo + W composite additive steel. The X axis represents the amount of Mo added (Mo added steel) or the amount of Mo + W added (Mo + W composite added steel), and the Y axis shows the high temperature tensile strength according to the graph and derives a relational expression. The regression equation is used to show the relationship with the Mo or Mo + W addition on high temperature strength. As a result, the relation of high temperature tensile strength (MPa) = 22.4 + 4.67Mo + 3.91W at 900 ° C can be derived. Therefore, the contribution of W element to high temperature strength is 84% (W / Mo = 3.91 / 4.67 = 0.84 ) Level.
도 2a는 Mo 단독첨가강에서의 열연소둔조직의 광학현미경사진이고, 도 2b는 Mo+W 복합첨가강에서의 열연소둔조직의 광학현미경사진이다.FIG. 2A is an optical micrograph of a hot-annealed structure in Mo-added steel, and FIG. 2B is an optical micrograph of a hot-annealed structure in Mo + W composite steel.
도 2a 및 도 2b는 각각 Mo 단독첨가강과 Mo+W 복합첨가강의 열연소둔조직에서 시그마상분율을 비교한 광학현미경사진이다. 도 2a는 Mo를 3 wt%를 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 열연소둔조직으로, 상기 페라이트계 스테인리스강의 열연소둔조직은 시그마상분율이 20%까지 존재함을 확인할 수 있었다. 또한, 도 2b는 Mo를 0.5 wt%, W를 4.5 wt% 포함하는 페라이트계 스테인리스강으로, 상기 페라이트계 스테인리스강의 열연소둔조직인 시그마상분율이 시그마상을 5% 이하로 존재함을 확인할 수 있었다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, Mo+W 복합첨가강의 경우 Mo 단독첨가강에 비하여 열연소둔조직의 시그마상을 더 낮은 분율로 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 2A and 2B are optical micrographs comparing sigma phase fractions in hot-annealed structures of Mo-added steels and Mo + W composite-added steels, respectively. Figure 2a is a hot-rolled annealing structure of the ferritic stainless
도 3은 Mo 및 W의 첨가량에 따른 페라이트계 스테인리스강의 열피로특성을 평가한 그래프이다.3 is a graph evaluating the thermal fatigue characteristics of ferritic stainless steel according to the addition amount of Mo and W.
도 3을 참조하면, 실시예는 비교예에 비하여 900℃에서의 열피로수명이 우수함을 확인할 수 있었다. 즉, X축을 900℃에서의 고온인장강도로, Y축을 열피로수명의 진행 사이클 (cycle)이라 할때, 실시예에 대한 값은 모두 그래프상 우측 상부에 위치하는데 반해, 비교예는 그래프상 좌측 하부에 위치함을 확인할 수 있었다. 즉, 실시예는 900℃에서의 고온인장강도 및 열피로수명이 우수한데 반해, 비교예는 상대적으로 취약함을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 3, the Example was confirmed that the thermal fatigue life at 900 ℃ superior to the comparative example. That is, when the X axis is a high tensile strength at 900 ° C. and the Y axis is a thermal fatigue life cycle, the values for the examples are all located on the upper right side of the graph, whereas the comparative example is on the left side of the graph. It could be confirmed that it is located at the bottom. That is, while the Example is excellent in high temperature tensile strength and thermal fatigue life at 900 ℃, it was confirmed that the comparative example is relatively weak.
도 4는 Mo 및 W의 첨가량에 따른 페라이트계 스테인리스강의 고온내산화성을 평가한 그래프이다.Figure 4 is a graph evaluating the high temperature oxidation resistance of ferritic stainless steel according to the addition amount of Mo and W.
도 4를 참조하면, 비교예에서 상대적으로 무게변화가 적게 나타난 2개의 항목은 표면에서 스케일이 발생한 경우를 나타낸 것으로, 이를 제외하는 나머지 비교예는 실시예에 비하여 고온내산화성 결과에서 무게변화가 더 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 즉, 실시예는 비교예에 비하여 고온내산화성이 우수함을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 4, two items in which the change in weight is relatively small in the comparative example indicate a case in which scale occurs on the surface, and the remaining comparative example except this is more in weight change in the high temperature oxidation resistance result than the example. It can be seen that the larger. That is, the Example was confirmed to be excellent in high temperature oxidation resistance compared to the comparative example.
도 5는 Mo 및 W의 첨가량에 따른 페라이트계 스테인리스강의 고온내염부식성을 평가한 그래프이다.5 is a graph evaluating high temperature salt corrosion resistance of ferritic stainless steel according to the addition amount of Mo and W.
도 5는 Mo 또는 Mo+W의 첨가량에 따른 고온내염부식성을 실험한 결과로 이에 따른 무게변화량을 그래프로 도시하였다. Mo 또는 Mo+W의 첨가량이 증가할수록 대략 3 wt% 이상에서는 무게변화량이 7.5 g/cm2 이하로 나타난데 반해, Mo 또는 Mo+W의 첨가량이 2 wt% 이하에서는 무게변화량이 12.5 g/cm2 이상으로 나타남을 확인할 수 있었다. 즉, Mo+W의 첨가량은 페라이트계 스테인리스강의 고온내염부식성에 영향을 미칠 수 있고, Mo+W의 첨가량은 2 wt% 이하 보다는 3 wt% 이상에서 고온내염부식성에 대한 무게변화량이 더 양호함을 확인할 수 있었다.
5 is a graph showing the weight change according to the results of the high temperature salt corrosion resistance test according to the addition amount of Mo or Mo + W. As the amount of Mo or Mo + W added increased, the change in weight was less than 7.5 g / cm 2 at about 3 wt% or more, whereas at 2 wt% or less of Mo or Mo + W, the change in weight was 12.5 g / cm. It could be confirmed that it appeared as 2 or more. That is, the addition amount of Mo + W may affect the high temperature salt corrosion resistance of ferritic stainless steel, and the addition amount of Mo + W is better in the weight change for the high temperature salt corrosion resistance than 3 wt% or more than 2 wt% or less. I could confirm it.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalents thereof are included in the scope of the present invention Should be interpreted.
Claims (6)
상기 Mo는 중량%로 0.8 wt% 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
The Mo is ferritic stainless steel, characterized in that less than 0.8 wt% by weight.
상기 페라이트계 스테인리스강의 열연소둔조직은 시그마상분율을 5% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.The method of claim 2,
The hot-rolled annealing structure of the ferritic stainless steel is a ferritic stainless steel, characterized in that it comprises a sigma phase fraction of 5% or less.
상기 W는 중량%로 3 wt% 이상 내지 6 wt% 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
W is a ferritic stainless steel, characterized in that 3% by weight or more and 6% by weight or less by weight.
Mo+0.83W는 중량%로 3.5 wt% 이상 내지 5.0 wt% 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Mo + 0.83W is a ferritic stainless steel, characterized in that the weight percentage of 3.5 wt% or more to 5.0 wt% or less.
[(Ti+1/2Nb)/(C+N)]은 19.5 이상 내지 32 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
[(Ti + 1 / 2Nb) / (C + N)] is ferritic stainless steel, characterized in that 19.5 or more and 32 or less.
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