KR20120118067A - 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강 - Google Patents

Abstract

이 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강은, 질량％로, C:≤0.015％, Si:0.01 내지 0.50％, Mn:0.01 내지 0.50％, P:≤0.050％, S:≤0.010％, N:≤0.015％, Al:0.010 내지 0.100％, Cr:16.5 내지 22.5％, Ni:0.5 내지 2.0％, Sn:0.01 내지 0.50％를 함유하고, Ti:0.03 내지 0.30％ 및 Nb:0.03 내지 0.30％ 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 더 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

Description

자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강{FERRITE-BASED STAINLESS STEEL FOR USE IN COMPONENTS OF AUTOMOBILE EXHAUST SYSTEM}

본 발명은, 가열 후의 내식성이 우수하고, 자동차 배기계 부재에 적절하게 사용할 수 있는 합금 절약형(합금 원소의 함유량이 적은 조성)의 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이다. 특히, 센터 파이프, 머플러, 테일 파이프 등 비교적 온도 조건이 마일드한 환경에 노출되는 부품에 적합하고, 고가의 합금 원소인 Mo를 함유하지 않거나, 혹은 Mo량이 가능한 한 절감되면서도, 가열 후에 있어서 충분한 내식성을 확보할 수 있는 페라이트계 스테인리스 강재에 관한 것이다.

본원은, 2010년 3월 15일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-057865호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

배기계 부품에는, 페라이트계 스테인리스 강판·강관이 다용되고 있다. 예를 들어, SUH409L은, Cr을 11％ 함유하고, 또한 C, N을 Ti로 고정하여, 용접부의 예민화를 방지하는 동시에 우수한 가공성을 갖는 강종이다. 이 SUH409L은, 700℃ 이하에서 충분한 고온 특성을 갖고, 응축수 부식에 대해서도 어느 정도의 저항성을 발휘하므로, 가장 많이 사용되고 있다. 또한, Cr을 17％ 함유하고, 또한 C, N을 Ti로 고정한 AISI439나, 또한 Mo를 함유하는 SUS436J1L이나 SUS436L 등과 같이, 내(耐)응축수 부식성과 염해 내식성을 향상시킨 강종도 사용되고 있다.

한편, 최근의 바이오 연료 등의 연료의 다양화나 연비 향상 규제 등에 의해, 자동차 배기계 재료를 둘러싸는 부식 환경이 변화되고 있다. 또한, 신흥국 시장에서는, 조악 연료에 기인한 배기 가스 응축수의 저pH화가 문제시되고 있다. 이러한 상황을 고려하여, 보다 고도의 내식성이 필요하다고 여겨지게 되었다. 이에 대해, 종래의 배기계 재료의 체계로부터 보면, Mo를 함유시켜 내식성을 높인 SUS436L 등이 적합하다고 여겨지고 있다. 그러나 오늘날의 자원 가격 상승의 상황에 있어서, Mo는 가장 고가인 합금 원소 중 하나로서 알려져 있어, Mo를 포함하지 않거나 혹은 Mo량이 가능한 한 절감되고, 또한 SUS436L 이상의 내식성이 발휘되는 새로운 강종이 요망되고 있다.

이러한 문제에 관하여, 종래부터 몇 가지의 기술이 제시되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, Mo를 함유시키지 않는 대신 Cu:0.3 내지 2.0％와 P:0.06 내지 0.5％를 복합하여 함유시킴으로써, 17Cr-1Mo 강 상당 이상의 내식성을 확보한 강이 개시되어 있다. 그러나 Cu, P는 모두 고용(固溶) 강화 원소이므로, 이들을 다량으로 함유시키는 것에 의한 가공성의 열화가 불가피하다. 배기계 부품에 적용되는 소재에는, 내식성뿐만 아니라 가공성도 불가결한 요소이므로, 이 강을 배기계 부재에 적용하는 것은 곤란하다.

특허문헌 2에서는, Mo를 함유시키지 않는 대신 Cu:0.5 내지 2.0％와 V:0.05 내지 2.0％를 복합하여 함유시킴으로써, 17Cr-0.5Mo 강 상당 이상의 내식성을 확보한 강이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 1의 경우와 마찬가지로, Cu는 고용 강화 원소이므로, 다량으로 함유시키는 것에 의한 가공성의 열화가 불가피하다. 또한, V는, Mo와 마찬가지로 고가의 합금 원소라고 하는 문제가 있다.

특허문헌 3에서는, 가공성을 확보하기 위해 Si량을 저감하고, 또한 가공성을 손상시키지 않고 내식성을 향상시키는 Co를 0.01 내지 1.0％ 함유시켜, 18Cr-Mo 강 정도의 내식성을 확보한 강이 개시되어 있다. 그러나 Co 함유량이 0.05％ 정도의 미량이라도 좋은 것은, Cr이 25％ 정도나 함유되는 경우이며, Cr량이 18％ 정도인 경우, 0.5％ 정도의 Co 함유량을 필요로 한다. 또한, Co도 Mo와 마찬가지로, 고가이고 희소한 합금 원소라고 하는 문제가 있다.

특허문헌 4에서는, Ni:0.1 내지 2.0％ 및 Cu:0.1 내지 1.0％ 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 합계량:0.6％ 이상 함유시킴으로써, Mo를 포함하지 않고 내식성이 높아진 강이 개시되어 있다. 그러나 SUS436L을 초과하는 내식성을 얻기 위해서는, 20％의 Cr 및 1％의 Ni를 함유하는 강 정도로 합금 원소를 다량으로 함유할 필요가 있어, 비용이 반드시 저렴해지는 것은 아니라고 하는 문제가 있다. 또한, Cu는 Mo보다도 강을 강화하는 원소로, 소량의 Cu 함유량으로도 가공성이 떨어진다고 하는 문제가 있다.

한편, 본 발명의 합금 절약(합금 원소의 함유량이 적음)이라고 하는 취지에 가까운 점에서 흥미로운 기술로서는, 종래는 거의 주목받고 있지 않았던 Sn, Sb를 합금 원소로서 극히 미량만 함유시킴으로써, 강재의 특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 5에서는, 0.02 내지 0.2％의 Sb를 함유시킴으로써, 내산화성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스 강이 제시되어 있다. 특허문헌 6에서는, 0.005 내지 0.10％의 Sn, Sb 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유시킴으로써, P의 입계 편석을 방지하여, 황산으로 산세할 때의 입계 부식에 기인하는 표면 흠집이 없는 페라이트계 스테인리스 강판이 제시되어 있다. 또한, 특허문헌 7에서는, 용접 열영향부에 있어서의 Cr 탄질화물 기인의 입계 부식을 억제하기 위해 0.5％ 이하의 Sn을 함유하는 것이 유효하다고 제시되어 있다.

그러나, 이들 기술에서는, 본 발명에서 다루는 배기계 부품의 가열 후의 염해 내식성, 응축수 내식성을 서술하고 있지 않다.

한편, 최근에 와서 Sn, Sb에 의한 내식성을 향상시키는 효과에 착안하여, 새로운 강종의 개발이 이루어지게 되었다.

예를 들어, 특허문헌 8에서는, Sn, Sb 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유하고, 내간극 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 9에서도, 간극부로부터의 유동 녹을 억제하기 위해, Sn, Sb를 선택 원소로서 함유하는 페라이트계 스테인리스 강판이 제시되어 있다.

이들 기술은, 모두 간극 부식을 다룬 것이다. 페라이트계 스테인리스 강에 있어서, 간극 부식을 억제하기 위해서는, 상응하는 합금 원소의 함유량이 필요해진다. 이로 인해, 이들 기술에서는, 전반적으로 합금 원소의 함유량이 많아, 내식성 이외의 특성(예를 들어, 가공성이나 비용)을 반드시 만족시킬 수 있는 레벨에 있다고는 할 수 없어, 보다 적정화를 도모할 여지가 있다.

일본 특허 출원 공개 평6-145906호 공보 일본 특허 공고 소64-4576호 공보 일본 특허 제2756190호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-92163호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-146345호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-92872호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-38221호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-190003호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-97079호 공보

본 발명은, Mo를 함유하지 않거나, 혹은 Mo량이 절감되고, 또한 SUS436L(17Cr-1.2Mo계)과 동등 이상의 내식성과 가공성을 갖는 강의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서 다루는 내식성은, 머플러 등과 같이 비교적 저온도의 영역에서 사용되는 배기계 부품에 요구되는 일반 평면부에 있어서의 응축수 내식성과 염해 내식성을 대상으로 한다. 특히, 본 발명은, 소재가 가열되어 산화막이 형성된 후의 내식성, 즉, 배기계 부품의 수명을 결정하는 공식의 특성을 다룬다. 또한, 본 발명에서는 가열 환경은 400℃의 대기 분위기를 전제로 한다. 또한, 가열 환경에 있어서 산화막이 형성되기에 충분한 시간인 8hr에 걸쳐 유지된 후의 내식성을 다룬다.

본 발명자들은, 각종 스테인리스 강재에 대해, 방대한 횟수의 염해 부식 시험 및 응축수 부식 시험을 행해 왔다. 그 결과, 적량의 Sn과 Ni를 복합 첨가함으로써, 가열 후의 내식성이 비약적으로 향상하여, 그 효과는 Mo의 효과를 상회한다고 하는 지식을 얻었다.

본 발명은, 상기 지식에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요건을 이하에 나타낸다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강은, 질량％로, C:≤0.015％, Si:0.01 내지 0.50％, Mn:0.01 내지 0.50％, P:≤0.050％, S:≤0.010％, N:≤0.015％, Al:0.010 내지 0.100％, Cr:16.5 내지 22.5％, Ni:0.5 내지 2.0％, Sn:0.01 내지 0.50％를 함유하고, Ti:0.03 내지 0.30％ 및 Nb:0.03 내지 0.30％ 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 더 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로부터 이루어진다.

(2) 상기 (1)에 기재된 본 발명의 일 형태에 관한 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강은, 질량％로, B:0.0002 내지 0.0050％를 더 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 본 발명의 일 형태에 관한 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강은, 질량％로, Mo:0.01 내지 0.50％ 및 Cu:0.01 내지 0.35％ 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유해도 된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, Mo를 함유하지 않거나, 혹은 Mo량이 절감되고, 또한 SUS436L과 동등 이상의 가열 후의 내식성과 가공성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강을 제공할 수 있다. 이로 인해, 산업상의 효과는 크다.

도 1은 가열 후의 내식성에 미치는 Mo, Sn, Ni의 영향을 나타내는 도면으로, (a)는 염해 내식성, (b)는 응축수 내식성에 대해 나타내는 도면이다.
도 2는 SUS436L과 동등한 가공성을 확보하기 위한 Sn 및 Ni의 함유량의 적정 영역을 나타내는 도면이다.

본 발명자들은, 내식성을 지배하는 Cr의 함유량을 17％로 고정하고, Mo, Sn, Ni의 함유량을 변화시킨 강판과, Sn과 Ni를 모두 함유시킨 강판을 사용하여, 400℃×8Hr의 가열 처리 후의 염해 내식성과 응축수 내식성을 조사하였다.

염해 내식성은, JASO-M609-91에 규정되는 복합 사이클 부식 시험에 의해 평가하였다. 여기서, 복합 사이클 부식 시험에서는, 염수 분무, 건조 및 습윤을 반복하여 행하였다. 염수 분무에서는, 5％의 NaCl을 35℃의 온도로 2Hr 시료에 분무 하였다. 건조에서는, 상대 습도 20％의 분위기에서 60℃의 온도로 시료를 4Hr 방치하였다. 습윤에서는, 상대 습도 90％의 분위기에서 50℃의 온도로 시료를 2Hr 방치하였다.

응축수 내식성은, JASO-M611-92-A에 준거한 응축수 부식 시험에 의해 평가하였다. 단, 응축수 부식 시험의 조건 중, 부식액의 Cl 이온 농도를 1000ppm으로 변경한 점이 JASO 규격과 다르다.

결과의 일례를 도 1에 나타낸다. 도 1은, 합금 원소의 함유량과 최대 부식 깊이의 관계를 나타내는 도면으로, (a)는 염해 부식, (b)는 응축수 부식의 결과를 나타낸다. 도 1의 횡축에 기재된 합금 원소 함유량이라 함은, 도 1 중의 각주(부호의 설명)에 기재된 Mo, Ni, Sn의 각각의 함유량을 의미한다. 각주의 「Ni＋0.14％Sn」이라 함은, Sn 함유량을 0.14％로 고정하고, Ni의 함유량을 도 1의 횡축과 같이 변화시키고 있는 것을 나타낸다. 「Sn＋0.61％Ni」도 마찬가지로, Ni 함유량을 0.61％로 고정하고, Sn의 함유량을 도 1의 횡축과 같이 변화시키고 있는 것을 나타낸다.

도 1로부터, Mo, Sn, Ni는, 모두 내식성을 향상시키는 것이 명백하다. 특히, Sn은, Mo에 비해 약 2.5배 우수한 내식성을 향상시키는 효과를 발현하는 원소인 것을 알 수 있었다. 또한, Ni는, Mo와 동등한 내식성을 향상시키는 효과를 발현하는 원소인 것을 알 수 있었다. 이와 같이, Ni, Sn은, 단독으로도 Mo를 대체하는 기능을 갖는다고 할 수 있지만, Ni와 Sn을 모두 함유시킨 경우에는, 그 효과가 더욱 강해지는 것을 알 수 있었다. 특히, 0.1％ 정도의 미량의 Sn과 함께 Ni를 함유하는 경우에는, Ni를 단독으로 함유하는 경우보다도, Ni 함유량을 2/3 정도로 절감할 수 있다. Ni, Sn은, 모두 고용 강화 원소로서 가공성을 떨어뜨리므로, 미량의 Sn을 첨가함으로써 Ni를 절감할 수 있는 효과는, 자원 절약·합금 비용의 절감뿐만 아니라, 가공성의 점에서도 장점을 발생시킨다. 이와 같이, Sn-Ni 복합 첨가 강은, Mo 함유 강을 대체하기에 충분한 가치를 갖는 강종이라고 평가할 수 있었다.

이러한 Sn-Ni가 공존하는 것에 의한 효과의 발현 기구는 해명되지 않았다. 그러나 Sn 및 Ni는, 모두 부식 발생 과정에서는 효과가 없는 원소이며, 부식 진전 과정에 있어서, 활성 용해의 억제 및 재부동태화의 촉진의 작용을 발휘한다고 추측된다. 또한, 가열 처리에 의해 형성되는 산화 피막을 치밀화하는 작용에도 Sn 및 Ni가 관여한다고 추측된다. 이러한 작용은, 초기 녹 등의 발수(發銹)(녹의 발생) 문제에는 유용하지 않지만, 공식 수명의 개선에는 유효하여, 외관보다도 수명이 중시되는 배기계 부재에는, 절호의 개선 수단이 될 수 있다.

다음에, 내식성 조사에 사용한 소재에 대해 가공성도 조사하였다. JIS Z 2201에 있어서의 13호 B 시험편을 제작하고, 이 시험편을 사용하여 인장 시험을 행하여, 전연신값을 측정하였다. 이 전연신값에 의해 가공성을 평가하였다. 얻어진 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에서는, SUS436L의 연신값(30.7％)을 비교 기준으로 하여, 동등한 가공성을 확보할 수 있는 Sn, Ni의 함유량의 범위를 나타낸다. 이것으로부터, Sn 함유량의 상한을 0.5％로 설정하고, 또한 Ni 함유량의 상한을 2.0％로 설정하면 되는 것을 알 수 있었다.

이상의 점으로부터, Sn, Ni의 적량을 복합 첨가함으로써, SUS436L을 대체하는 배기계 재료로서 실용적으로 이용할 수 있다고 평가할 수 있었다.

또한, 합금 절약의 목적으로부터는 역행하지만, 가일층의 내식성 향상을 추구하여 소량의 Mo, Cu를 함유시켜도 된다. 단, Mo, Cu에 의한 내식성의 향상 효과는, Sn-Ni 공존 효과(Sn, Ni가 공존함으로써 얻어지는 효과)에는 미치지 못하므로, Sn-Ni보다도 우선적으로 함유시키는 것은 아니다. 또한, Mo, Cu의 함유에 의해, 합금 비용이 증가할 뿐만 아니라, 가공성이나 제조성도 떨어지는 점을 배려할 필요가 있다. Cu의 함유량은 0.35％를 상한으로 하고, Mo의 함유량은 0.50％를 상한으로 하는 것이 좋다.

이하, 본 실시 형태에 있어서의 합금 원소의 작용과 그 함유량의 한정 이유에 대해 상세하게 서술한다.

C, N : C 및 N은, 용접 열영향부에 있어서의 입계 부식의 원인이 되는 원소로, 가열 후의 내식성도 열화시킨다. 또한, 냉간 가공성을 열화시킨다. 이로 인해, C, N의 함유량은, 가능한 한 저레벨로 제한해야 하며, C, N의 함유량의 상한은, 각각 바람직하게는 0.015％이고, 보다 바람직하게는 0.010％이다.

Si : Si는, 가열 후의 내식성을 향상시키는 작용을 가지므로, 0.01％ 이상의 양으로 함유시킨다. 그러나 Si는 가공성을 열화시키므로, 다량으로 함유시켜서는 안 되며, Si 함유량의 상한을 0.50％로 제한하는 것이 좋다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.05 내지 0.30％이다.

Mn : Mn도, 가열 후의 내식성을 향상시키는 작용을 가지므로, 0.01％ 이상의 양으로 함유시킨다. 그러나 Mn은 가공성을 열화시키므로, 다량으로 함유시켜서는 안 되며, Mn 함유량의 상한을 0.50％로 제한하는 것이 좋다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.05 내지 0.30％이다.

P : P는 가공성을 열화시키는 원소이다. 이로 인해, P의 함유량은, 가능한 한 저레벨인 것이 바람직하다. 허용 가능한 P 함유량의 상한을 0.050％로 한다. P의 상한값은, 바람직하게는 0.030％이다.

S : S는, 가열 후의 내식성을 열화시키는 원소이다. 이로 인해, S의 함유량은, 가능한 한 저레벨인 것이 바람직하다. 허용 가능한 S 함유량의 상한을 0.010％로 한다. S 함유량의 상한값은, 바람직하게는 0.0050％이고, 더욱 바람직하게는 0.0030％이다.

Cr : Cr은, 가열 후의 내식성을 확보하기 위해 기본이 되는 원소로, 적량의 Cr을 함유하는 것이 필수적이다. Cr 함유량의 하한을 16.5％로 할 필요가 있다. 한편, Cr은 가공성을 열화시키는 원소인 것, 및 합금 비용 억제의 관점에서, Cr 함유량의 상한을 22.5％로 설정하는 것이 좋다. Cr 함유량은, 바람직하게는 16.8 내지 19.5％이다.

Al : Al은, 탈산 원소로서 유용하고, 가열 후의 내식성을 향상시키는 작용을 가지므로, 0.010％ 이상의 양으로 함유시킨다. 그러나 Al은 가공성을 열화시키므로, 다량으로 함유시켜서는 안 된다. Al 함유량의 상한을 0.100％로 제한하는 것이 좋다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.020 내지 0.060％이다.

본 실시 형태에 있어서는, Ti 및 Nb 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유한다.

Ti : Ti는, C, N을 탄질화물로서 고정하여 입계 부식을 억제하는 작용을 갖는다. 이로 인해, Ti를 함유하는 경우에는, Ti 함유량의 하한을 0.03％로 한다. 그러나, 과잉으로 함유시켜도 효과는 포화되어, 가공성을 손상시키므로, Ti 함유량의 상한을 0.30％로 한다. Ti 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.20％이다. 또한, Ti 함유량은, 바람직하게는 C 및 N의 합계량의 5배량 이상 또한 30배량 이하이다.

Nb : Ti와 마찬가지로, Nb는 C, N을 탄질화물로서 고정하여 입계 부식을 억제하는 작용을 갖는다. 이로 인해, Nb를 함유하는 경우에는, Nb 함유량의 하한을 0.03％로 한다. 그러나 과잉으로 함유시키면, 가공성을 손상시키므로, Nb 함유량의 상한을 0.30％로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.03 내지 0.10％이다.

Sn : Sn은, 미량으로 가열 후의 내식성을 대폭 개선하는 원소로서 극히 유용하며, 본 실시 형태의 스테인리스 강의 기본이 되는 합금 원소이다. Sn 함유량의 하한은 0.01％로 한다. Sn 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.05％이다. 한편, Sn은, 가공성을 열화시키는 원소로, 용접부 인성(靭性)도 열화시키므로, Sn을 0.5％를 초과하여 함유시키는 것은 바람직하지 않다. Sn 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.4％이고, 더욱 바람직하게는 0.3％이다.

Ni : Ni와 Sn을 복합 첨가함으로써, 비교적 소량의 Ni로 가열 후의 내식성이 대폭 개선된다. Ni는, 극히 유용한 원소로, 본 실시 형태의 스테인리스 강의 기본이 되는 합금 원소이다. Ni 함유량의 하한은 0.5％로 한다. 한편, Ni 함유량이 지나치게 많으면, 마르텐사이트 조직이 출현하여 경화되므로, Ni 함유량의 상한을 2.0％로 한다. Ni 함유량의 상한은, 바람직하게는 1.5％이고, 더욱 바람직하게는 1.0％이다.

본 실시 형태의 스테인리스 강은, 필요에 따라서 이하의 선택 원소를 함유해도 된다.

B : B는, Sn의 입계 편석을 억제하여, 입계 강도의 저하에 의한 2차 가공 취화나 열간 가공성 열화를 방지하는 데 유용한 원소이다. B는, 가열 후의 내식성에는 영향을 미치지 않는 원소이다. 이로 인해, 필요에 따라서 B를 함유해도 되고, B 함유량의 하한은 0.0002％로 한다. B 함유량이 0.0050％를 초과하면, 오히려 열간 가공성이 떨어지므로, B 함유량의 상한을 0.0050％로 하는 것이 좋다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0004 내지 0.0015％이다.

Mo : 합금 절약화(합금 원소의 함유량의 저감), 저비용의 관점으로부터 역행하지만, 가열 후에 있어서 궁극의 내식성을 도모할 경우에는, 미량의 범위에서 Mo를 함유시켜도 된다. Mo를 함유시키는 경우, Mo 함유량의 하한을 0.01％로 한다. 이에 의해, SUS436L의 가열 후의 내식성을 초과하는 것이 보다 용이해진다. 또한, 가공성이 떨어지지 않는 범위에서, Mo 함유량을 필요 최소한으로 그치게 할 필요가 있으므로, Mo 함유량의 상한을 0.50％로 한다. Mo 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.3％이고, 보다 바람직하게는 0.2％이다.

Cu : Mo와 마찬가지로, 합금 절약화(합금 원소의 함유량의 저감), 저비용의 관점으로부터는 역행되지만, 가열 후에 있어서 궁극의 내식성을 도모할 경우에는, 미량의 범위에서 Cu를 함유시켜도 좋다. Cu를 함유시킬 경우, Cu 함유량의 하한을 0.01％로 한다. 이에 의해, SUS436L의 가열 후의 내식성을 초과하는 것이 보다 용이해진다. 또한, 가공성이 떨어지지 않는 범위에서, Cu 함유량을 필요 최소한으로 그치게 할 필요가 있으므로, Cu 함유량의 상한을 0.35％로 한다. Cu 함유량은, 바람직하게는 0.10 내지 0.30％이다.

통상의 배기계 부재용 스테인리스 강판은, 이하의 방법에 의해 제조된다. 우선, 전로나 전기로 등에서 용제, 정련하여 강편을 제조한다. 이어서, 강편에 대해, 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 어닐링, 마무리 산세 등을 실시함으로써, 강판이 제조된다. 또한, 이 강판을 소재로 하여, 전기 저항 용접, TIG 용접, 레이저 용접 등에 의해, 통상의 배기계 부재용 스테인리스 강관이 제조된다.

상기한 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강은, 통상의 배기계 부재용 스테인리스 강판의 제조 방법에 의해, 강판으로서 제조된다. 또한, 상기한 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강은, 통상의 배기계 부재용 스테인리스 강관의 제조 방법에 의해 용접관으로서 제조된다.

이와 같이 하여 제조되는 페라이트계 스테인리스 강판은, 가공성의 점에서 SUS436J1L보다도 우수한 것이 바람직하고, 전연신값이 30.7％ 이상인 것이 바람직하다. 전연신값은, JIS Z 2201에 규정되는 인장 시험에 의해 구해진다. 통상법을 이용하여, 본 실시 형태의 성분을 갖는 스테인리스 강판을 제조함으로써, 전연신값을 양호한 범위로 할 수 있다.

본 실시 형태에서 규정하는 가열 후의 내식성은, 이하의 방법에 의해 측정된 최대 부식 깊이에 의해 평가된다. 우선, 평판의 부식 시험편을 대기 분위기에 있어서 400℃로 8시간 유지한다. 계속해서, 가열 처리된 부식 시험편에 대해, 복합 사이클 부식 시험 및 응축수 부식 시험을 행하여, 최대 부식 깊이를 측정한다.

복합 사이클 부식 시험은, JASO-M609-91에 따라서 행한다. 그리고 부식 시험 후의 시험편의 최대 부식 깊이를 측정한다. 응축수 부식 시험은, 부식액의 Cl 이온 농도를 1000ppm으로 하는 것 이외에는, JASO-M611-92-A에 준거하여 행한다. 그리고 부식 시험 후의 시험편의 최대 부식 깊이를 측정한다. 얻어진 최대 부식 깊이의 결과를, 비교 기준인 SUS436L의 최대 부식 깊이와 비교함으로써, 우열을 평가한다.

부식 시험 전에, 부식 시험편에 대해 대기 분위기에서 가열 처리를 실시하는 것은, 실제 차량의 배기계 부재가 조우하는 조건(즉, 배기 가스의 고온에 의해 산화 피막이 형성되는 조건)을 도입할 필요가 있기 때문이다. 이 산화 피막은, 피막/지철 계면의 Cr 농도에 영향을 미치는 동시에, 피막의 환경 물질을 차단하도록 작용한다. 이로 인해, 산화 피막을 형성하는 열처리를 행하지 않는 경우, 실제 차량에 있어서의 배기계 부재의 부식 특성을 모의할 수 없어, 정당한 평가를 할 수 없다. 본 실시 형태에서 함유되는 Sn, Ni는, 지철의 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 산화막의 성장 거동이나 치밀성 등에도 영향을 미친다. 이로 인해, Sn, Ni는, 산화막의 부식 물질을 차단하는 효과에도 기여한다. 그 결과로서, Sn, Ni는, 가열 후의 내식성을 향상시키는 작용을 발휘한다고 추측된다.

또한, 응축수 부식 시험에 있어서, Cl 이온 농도를 1000ppm으로 하는 이유를 이하에 나타낸다. JASO 규격대로 Cl 이온 농도가 100ppm인 경우, SUS436L급의 스테인리스 강은 거의 부식되지 않아, 평가 결과는, 실제 차량의 부식 문제(부식 사례)로부터 괴리되는 경우가 있다(평가 결과와 실제 차량의 부식 사례 사이에 상관 관계가 보이지 않는 경우가 있다). 이로 인해, 실제 차량에서 발생한 부식 사례를 바탕으로 하여, 보다 가혹한 조건으로 하기 위해, Cl 이온 농도를 1000ppm으로 설정한다.

실시예

실시예에 기초하여, 본 실시 형태를 보다 상세하게 설명한다.

표1, 표 2에 나타내는 조성의 강을 150㎏ 진공 용해로에서 용제하고, 주조하여 50㎏의 강괴를 얻었다. 이어서, 강괴에 대해, 열연-열연판의 어닐링-산세-냉연-어닐링-마무리 산세의 공정을 실시하여, 판 두께 1.2㎜의 강판을 제작하였다. 열연판의 제작 공정에서는, 소재 두께가 90㎜인 강괴에 대해, 1160℃의 가열 온도에서 9패스의 열간 압연을 실시하여, 판 두께를 3.2㎜로 하고, 이어서 수냉하였다. 열연판의 어닐링 공정에서는, 열연판을 940℃에서 3분간 공냉하였다. 냉연판의 제작 공정에서는, 소재 두께가 3.2㎜인 열연판에 대해, 마무리 두께가 1.0㎜로 되도록 냉간 압연을 실시하였다. 어닐링 공정에서는, 냉연판을 920℃에서 1분간 공냉하였다. 열연판의 산세 공정에서는, 열연판에 대해 숏 블라스트를 실시하고, 이어서 황산 수용액을 사용하여 산세하였다. 마무리 산세의 공정에서는, 질불산 수용액(질산과 불화수소산의 혼합액)을 사용하여 산세하였다.

표 1, 표 2에 있어서, 본 실시 형태에서 규정된 범위로부터 벗어나는 성분값에 밑줄을 부여하고 있다. 또한, 표 1, 표 2에 기재된 원소 이외의 잔량부는, 철 및 불가피 불순물이다.

이 강판으로부터, 부식 시험편을 채취하여, 시험면을 #600 에머리 연마지를 사용하여 연마하였다. 이어서, 부식 시험편에 대해, 대기 분위기의 노 중에서 400℃의 온도로 8Hr의 가열 처리를 실시하였다. 가열 처리가 실시된 부식 시험편에 대해, 사이클 부식 시험 및 응축수 부식 시험을 실시하였다. 사이클 부식 시험에서는, 염해 환경을 모의한 JASO-M609-91에 따라서, 염수 분무, 건조 및 습윤을 반복하여 행하였다. 염수 분무에서는, 5％의 NaCl을 35℃의 온도로 시험편에 2Hr 분무하였다. 건조에서는, 상대 습도 20％의 분위기에서 60℃의 온도로 시험편을 4Hr 방치하였다. 습윤에서는, 상대 습도 90％의 분위기에서 50℃의 온도로 시험편을 2Hr 방치하였다. 응축수 부식 시험은, 시험액의 Cl 이온 농도를 1000ppm으로 한 것 이외에는, JASO-M611-92-A에 따라서 행하였다.

부식 시험 종료 후의 부식 시험편에 대해 탈청 처리를 실시하고, 이어서 현미경 초점 심도법에 의해 최대 부식 깊이를 구하였다.

또한, 부식 시험과 병행하여, 가공성을 평가하기 위해, 강판으로부터, JIS Z 2201에 있어서의 13호 B 시험편을 제작하여, 인장 시험을 행하였다. 그리고 시험편의 판 길이 방향의 전연신값을 평가하였다.

최대 부식 깊이와 SUS436L의 최대 부식 깊이의 비(강판 시료의 최대 부식 깊이/SUS436L의 최대 부식 깊이)가 1 미만인 경우, 내식성이 양호(good)하다고 평가하였다. 또한, 전연신값이 SUS436L의 전연신값(30.7％) 이상인 경우, 가공성이 양호(good)하다고 평가하였다.

시험 결과를 표 3에 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 가열 후의 내식성을 SUS436L과 동등 이상으로 향상시키는 것을 목표로 하고 있다. 이로 인해, 표 3에서는, 강판 시료의 최대 부식 깊이와 SUS436L의 최대 부식 깊이의 비(강판 시료의 최대 부식 깊이/SUS436L의 최대 부식 깊이)를 나타냈다.

또한, 비교예 No.101이 SUS436L이다.

비교예 No.102는, Cr 함유량이 적으므로, 충분한 내식성이 얻어지지 않았다. 비교예 No.103 내지 109에서는, Ni 함유량이 본 실시 형태에 규정의 범위 밖이었다. 비교예 No.110 내지 112에서는, Sn 함유량이 본 실시 형태에 규정의 범위 밖이었다. 비교예 No.113 내지 114에서는, Sn 및 Ni의 함유량이, 본 실시 형태에 규정의 범위 밖이었다. 이로 인해, 비교예 No.103 내지 114는, 가열 후의 내식성이 불충분하였다. 비교예 No.115 내지 117에서는, Sn 혹은 Ni의 함유량이 지나치게 많았으므로, 연신값이 SUS436L의 값보다 낮아, 가공성이 불충분하였다.

한편, 발명예 No.1 내지 17에서는, 합금 원소의 함유량이 적정하고, 가열 후의 내식성 및 가공성은 모두 SUS436L과 동등 이상의 충분히 만족할 만한 값이었다.

본 발명의 일 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강은, Mo를 함유하지 않거나, 혹은 Mo량이 절감되고, 또한 SUS436L과 동등 이상의 가공성과 가열 후의 내식성을 갖는다. 이로 인해, 본 발명의 일 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강은, 센터 파이프, 머플러, 테일 파이프 등의 자동차 배기계 부재용 재료로서 적절하게 적용할 수 있다.

Claims (3)

1. 질량％로,
   C:≤0.015％,
   Si:0.01 내지 0.50％,
   Mn:0.01 내지 0.50％,
   P:≤0.050％,
   S:≤0.010％,
   N:≤0.015％,
   Al:0.010 내지 0.100％,
   Cr:16.5 내지 22.5％,
   Ni:0.5 내지 2.0％,
   Sn:0.01 내지 0.50％를 함유하고,
   Ti:0.03 내지 0.30％ 및 Nb:0.03 내지 0.30％ 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 더 함유하고,
   잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강.
2. 제1항에 있어서, 질량％로, B:0.0002 내지 0.0050％를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로, Mo:0.01 내지 0.50％ 및 Cu:0.01 내지 0.35％ 중, 어느 한쪽 또는 양쪽을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스 강.

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