KR20130133079A

KR20130133079A - 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강

Info

Publication number: KR20130133079A
Application number: KR1020137029446A
Authority: KR
Inventors: 도오루 마쯔하시; 미찌오 나까따
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2013-12-05
Also published as: EP2395121B1; EP2395121A4; CN102308012A; EP2395121A1; JP5489759B2; AU2010211864A1; KR20110104089A; TW201035335A; TWI480390B; NZ594089A; KR101370205B1; AU2010211864B2; JP2010202973A; WO2010090041A1; US20110280760A1; US8894924B2

Abstract

이 페라이트계 스테인리스 강은, 질량％로, C:0.020％ 이하, N:0.025％ 이하, Si:1.0％ 이하, Mn:0.5％ 이하, P:0.035％ 이하, S:0.01％ 이하, Cr:16 내지 25％, Al:0.15％ 이하, Ti:0.05 내지 0.5％ 및 Ca:0.0015％ 이하를 함유하고, 잔량부로서, Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족시킨다.
[수학식 1]

[또한, 수학식 1 중의 Al, Ti, Si, Ca는, 강 중의 각 성분의 함유량(질량％)임]

Description

블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강 {FERRITE STAINLESS STEEL WITH LOW BLACK SPOT GENERATION}

본 발명은, TIG 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이다.

본원은, 2009년 2월 9일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-027828호 및 2010년 2월 1일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-20244에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

페라이트계 스테인리스 강은, 일반적으로 내식성이 우수할 뿐만 아니라, 오스테나이트계 스테인리스 강과 비교하여 열팽창 계수가 작은 것이나, 내응력 부식 균열성이 우수한 등의 특징을 갖는다. 이로 인해, 식기, 주방 기기나 지붕재를 비롯한 건축 외장 재료, 저수ㆍ저탕용 재료 등에 널리 사용되고 있다. 또한 최근, Ni 원료의 가격 상승에 의해, 오스테나이트계 스테인리스 강으로부터의 전환 수요도 많아, 그 용도는 확대되고 있다.

이러한 스테인리스 강의 구조체에 있어서는, 용접 시공은 불가결한 것이다. 원래, 페라이트계 스테인리스 강은, 그 C, N 고용한(固溶限)이 작으므로, 용접부에서 예민화를 발생하여, 내식성이 저하되는 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해, C, N량의 저감이나 Ti나 Nb 등의 안정화 원소의 첨가에 의한 C, N의 고정 등에 의해, 용접 금속부의 예민화를 억제하는 방법(예를 들어, 특허문헌 1 참조)이 제안되어 있고, 널리 실용화되고 있다.

또한, 페라이트계 스테인리스 강의 용접부에 있어서의 내식성에 대해서는, 용접의 입열에 의해 발생한 스케일부에서는, 내식성이 열화되는 것이 알려져 있고, 오스테나이트계 스테인리스 강과 비교하여, 불활성 가스에 의한 실드를 충분히 실시하는 것이 중요한 것이 알려져 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 식 P1＝5Ti＋20(Al－0.01)≥1.5(식 중의 Ti, Al은, 강 중의 각각의 함유량을 나타냄)를 만족시키도록 Ti와 Al을 첨가함으로써, 용접 열영향부의 내식성을 개선하는 Al 산화 피막을, 용접시의 강의 표층부에 형성시키는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, Al과 Ti의 복합 첨가에 더하여, Si를 일정량 이상 첨가함으로써, 용접부의 내간극 부식성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 4Al＋Ti≤0.32(식 중의 Al, Ti는, 강 중의 각각의 함유량을 나타냄)를 만족시킴으로써, 용접시의 입열을 저감시켜 용접부의 스케일 생성을 억제하여, 용접부의 내식성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

전술한 종래 기술은, 용접부나 용접 열영향부의 내식성을 개선시키는 것을 목적으로 한 것이다.

그 밖에, 용접부가 아닌 소재 자신의 내후성 및 내간극 부식성을 향상시키는 수단으로서, P를 적극적으로 첨가하고, Ca 및 Al을 적정량 첨가하는 기술이 있다(예를 들어, 특허문헌 5 참조). 특허문헌 5에 있어서, Ca 및 Al은, 강 중의 비금속 개재물의 형상과 분포를 제어하기 위해 첨가되어 있다. 또한, 특허문헌 5의 최대의 특징은, P를 0.04％ 초과하여 첨가하는 것이며, 특허문헌 5에는 용접시의 효과에 대해서는 전혀 기재가 없다.

종래의 페라이트계 스테인리스 강에 있어서는, 용접부에 있어서의 실드 조건을 적정화해도, 용접 후의 용접 이면 비드 상에 일반적으로 블랙 스폿이나 슬래그 스폿이라 불리는 흑점이 점재하는 경우가 있었다. 블랙 스폿은, TIG(Tungsten Inert Gas) 용접의 응고시에, 산소와의 친화력이 강한 Al, Ti, Si, Ca가 산화물로서 용접 금속 상에 고화된 것이다. 블랙 스폿의 발생에는, 용접 조건, 특히 불활성 가스에 의한 실드 조건이 크게 영향을 미치고 있어, 실드가 불충분할수록 블랙 스폿이 많이 발생한다.

또한, 블랙 스폿 자신은 산화물이므로, 블랙 스폿이 소량 점재하고 있어도, 용접부의 내식성 및 가공성에는 전혀 문제가 없다. 그러나 블랙 스폿이 다량으로 생성되거나 연속적으로 생성되면, 용접부를 연마 처리하지 않고 그대로 사용하는 경우의 외관을 손상시킬 뿐만 아니라, 용접부를 가공하였을 때에 블랙 스폿부의 박리가 발생하는 경우가 있다. 블랙 스폿부의 박리가 발생하면, 가공성이 저하되거나, 박리된 블랙 스폿부와의 간극에 있어서, 간극 부식이 발생하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 또한, 용접 후에 가공을 실시하지 않는 경우라도, 블랙 스폿이 두껍게 생성되면, 구조상, 용접부에 응력이 가해지는 제품에서는, 블랙 스폿이 박리되어 내식성이 저하되는 경우가 있다.

따라서, TIG 용접부의 내식성을 향상시키기 위해서는, 단순히 용접 비드부나 용접 스케일부 자체의 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 용접부에 생성되는 블랙 스폿을 제어하는 것이 중요하다. 용접시에 발생하는 변색을 수반하는 스케일에 대해서는, 용접의 실드 조건을 강화하는 방법에 의해, 거의 억제 가능하다. 그러나 TIG 용접부에 생성되는 블랙 스폿에 대해서는, 실드 조건을 강화하였다고 해도, 종래의 기술로는 충분히 억제할 수 없었다.

일본 공고 특허 소55-21102호 공보 일본 공개 특허 평5-70899호 공보 일본 공개 특허 제2006-241564호 공보 일본 공개 특허 제2007-270290호 공보 일본 공개 특허 평7-34205호 공보

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, TIG 용접부에 블랙 스폿이 생성되기 어렵고, 용접부의 내식성 및 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는, 블랙 스폿의 생성량을 억제하기 위해, 이하에 나타내는 바와 같이 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, Al, Ti, Si, Ca량을 최적화함으로써, TIG 용접부에 있어서의 블랙 스폿의 생성을 억제할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강을 상도하였다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로, C:0.020％ 이하, N:0.025％ 이하, Si:1.0％ 이하, Mn:0.5％ 이하, P:0.035％ 이하, S:0.01％ 이하, Cr:18.0 내지 25％, Al:0.03 내지 0.15％, Ti:0.05 내지 0.5％, Ca:0.0015％ 이하를 함유하고, 잔량부로서 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.

(2) 질량％로, Nb:0.6％ 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.

(3) 질량％로, Mo:3.0％ 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.

(4) 질량％로, Cu:2.0％ 이하, Ni:2.0％ 이하로부터 선택되는 1종 또는 2종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.

(5) 질량％로, V:0.2％ 이하, Zr:0.2％ 이하로부터 선택되는 1종 또는 2종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.

(6) 질량％로, B:0.005％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.

본 발명에 따르면, TIG 용접부에 블랙 스폿이 생성되기 어렵고, TIG 용접부의 내식성 및 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강을 제공할 수 있다.

도 1은 TIG 용접시에 이면측에 발생한 블랙 스폿의 외관을 나타낸 사진이다.
도 2는 시험편의 이면측에 있어서의 블랙 스폿 및 용접 비드부의 원소 깊이 프로파일을 AES로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 BI값과 블랙 스폿 생성 길이비의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강은, 하기 수학식 1을 만족시킨다.

[수학식 1]

Al, Ti, Si, Ca는, 산소와의 친화력이 특히 강한 원소이며, TIG 용접시에 블랙 스폿을 생성시키는 원소이다. 또한, 강 중에 포함되는 Al, Ti, Si, Ca의 함유량을 많게 할수록 블랙 스폿이 생성되기 쉬워진다. 상기 수학식 1에 있어서의 Al, Ti, Si, Ca의 계수는, 블랙 스폿의 생성을 촉진시키는 작용의 크기(강도)와 강 중의 함유량에 기초하여 결정되어 있다. 보다 상세하게는, Al은, 후술하는 실험예에 나타내어지는 바와 같이, 블랙 스폿에 가장 고농도로 포함되어 있고, 블랙 스폿의 생성을 촉진시키는 작용이 특히 큰 원소이다. 이로 인해, 상기 수학식 1에 있어서, Al의 계수를 3으로 하고 있다. 또한, Ca는, 강 중의 함유량이 적음에도 불구하고, 블랙 스폿에 고농도로 포함되어 있고, 블랙 스폿의 생성을 촉진시키는 작용이 큰 원소이다. 이로 인해, Ca의 계수를 200으로 하고 있다.

상기 BI값이 0.8을 초과하면, 블랙 스폿의 생성이 현저해진다. 이에 대해, BI값이 0.8 이하이면 TIG 용접부의 블랙 스폿의 생성이 충분히 적어져, 우수한 내식성이 얻어진다. 또한, BI값이 0.4 이하인 경우에는, 블랙 스폿의 생성을 보다 효과적으로 억제할 수 있어, TIG 용접부의 내식성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

다음에, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강의 성분 조성에 대해, 상세하게 설명한다.

우선, 상기 수학식 1을 규정하는 각 원소에 대해 설명한다.

Al은, 탈산 원소로서 중요하고, 또한 비금속 개재물의 조성을 제어하여 조직을 미세화하는 효과도 있다. 그러나 Al은, 블랙 스폿의 생성에 가장 기여하는 원소이다. 또한, Al의 과잉의 첨가는, 비금속 개재물의 조대화를 초래하여, 제품의 흠집 발생의 기점으로 될 우려도 있다. 그로 인해, Al 함유량의 상한값을 0.15％ 이하로 한다. 탈산을 위해서는, Al을 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Al 함유량은, 보다 바람직하게는 0.03％ 내지 0.10％이다.

Ti는, C, N을 고정하고, 용접부의 입계 부식을 억제하여 가공성을 향상시키는 데 있어서, 매우 중요한 원소이다. 그러나 Ti의 과잉의 첨가는, 블랙 스폿을 생성시킬 뿐만 아니라, 제조시의 표면 흠집의 원인이 된다. 이로 인해, Ti 함유량의 범위를 0.05％ 내지 0.5％로 한다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.07％ 내지 0.35％이다.

Si는, 탈산 원소로서 중요한 원소이며, 내식성, 내산화성의 향상에도 유효하다. 그러나 Si의 과잉의 첨가는, 블랙 스폿의 생성을 촉진시킬 뿐만 아니라, 가공성, 제조성을 저하시킨다. 그로 인해, Si의 함유량의 상한값을 1.0％로 한다. 탈산을 위해서는, Si를 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Si의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 내지 0.3％이다.

Ca는, 탈산 원소로서 매우 중요하고, 비금속 개재물로서 강 중에 미량으로 포함된다. 단, Ca는, 매우 산화되기 쉽기 때문에, 용접시에 블랙 스폿을 생성시키는 큰 요인이 된다. 또한, Ca는, 수용성 개재물을 생성시켜, 내식성을 저하시키는 경우도 있다. 이로 인해, Ca의 함유량은, 최대한 낮은 것이 바람직하고, Ca의 함유량의 상한값을 0.0015％ 이하로 한다. Ca의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0012％ 이하이다.

다음에, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강을 구성하는 그 밖의 원소에 대해 설명한다.

C는, 내입계 부식성 및 가공성을 저하시키므로, 그 함유량을 저감시킬 필요가 있다. 이로 인해, C의 함유량의 상한값을 0.020％ 이하로 한다. 그러나 C의 함유량을 과도하게 저감시키면, 정련 비용이 악화되므로, C의 함유량은, 0.002％ 내지 0.015％인 것이 보다 바람직하다.

N은, C와 마찬가지로 내입계 부식성, 가공성을 저하시키므로, 그 함유량을 저감시킬 필요가 있다. 이로 인해, N의 함유량의 상한을 0.025％ 이하로 한다. 그러나 N의 함유량을 과도하게 저감시키면, 정련 비용이 악화되므로, N의 함유량은 0.002％ 내지 0.015％인 것이 보다 바람직하다.

Mn은, 탈산 원소로서 중요한 원소이다. 그러나 Mn을 과잉으로 첨가하면, 부식의 기점으로 되는 MnS를 생성하기 쉬워지고, 또한 페라이트 조직을 불안정화시킨다. 이로 인해, Mn의 함유량을 0.5％ 이하로 한다. 탈산을 위해서는, Mn을 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Mn의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 내지 0.3％이다.

P는, 용접성, 가공성을 저하시킬 뿐만 아니라, 입계 부식을 발생하기 쉽게 하므로, 낮게 억제할 필요가 있다. 그로 인해 P의 함유량을 0.035％ 이하로 한다. P의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.001％ 내지 0.02％이다.

S는, CaS나 MnS 등의 부식의 기점으로 되는 수용성 개재물을 생성시키므로, 저감시킬 필요가 있다. 그로 인해, S의 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 단, 과도한 저감은 비용의 악화를 초래한다. 이로 인해, S의 함유량은, 0.0001％ 내지 0.005％인 것이 보다 바람직하다.

Cr은, 스테인리스 강의 내식성을 확보하는 데 있어서 가장 중요한 원소이며, 페라이트 조직을 안정화하기 위해 16％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 Cr은 가공성, 제조성을 저하시키므로, 상한을 25％ 이하로 한다. Cr의 함유량은, 바람직하게는 16.5％ 내지 23％이고, 보다 바람직하게는 18.0％ 내지 22.5％이다.

Nb는, 그 특성상, 단독 또는 Ti와 복합하여 첨가하는 것이 가능하다. Nb를 Ti와 함께 함유시키는 경우, (Ti＋Nb)/(C＋N)≥6[식 중의 Ti, Nb, C, N은, 강 중의 각 성분의 함유량(질량％)임]을 만족시키는 것이 바람직하다.

Nb는, Ti와 마찬가지로, C, N을 고정하고, 용접부의 입계 부식을 억제하여 가공성을 향상시키는 원소이다. 단, Nb의 과잉의 첨가는, 가공성을 저하시키므로, Nb의 함유량의 상한을 0.6％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Nb를 함유시킴으로써, 상기한 특성을 향상시키기 위해서는, Nb를 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Nb의 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 내지 0.5％이고, 더욱 바람직하게는 0.15％ 내지 0.4％이다.

Mo는, 부동태 피막의 보수에 효과가 있어, 내식성을 향상시키는 데 매우 유효한 원소이다. 또한, Mo는, Cr과 함께 함유됨으로써, 내공식성을 효과적으로 향상시키는 효과가 있다. 또한, Mo는, Ni와 함께 함유됨으로써, 내유동녹성을 개선하는 효과가 있다. 그러나 Mo를 증가시키면, 가공성이 저하되고, 비용이 높아진다. 이로 인해, Mo의 함유량의 상한을 3.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Mo를 함유시킴으로써, 상기한 특성을 향상시키기 위해서는, Mo를 0.30％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Mo의 함유량은, 바람직하게는 0.60％ 내지 2.5％이고, 보다 바람직하게는 0.9％ 내지 2.0％이다.

Ni는, 활성 용해 속도를 억제시키는 효과를 갖고, 또한 수소 과전압이 작기 때문에, 재부동태화 특성이 우수하다. 단, Ni의 과잉의 첨가는, 가공성을 저하시켜, 페라이트 조직을 불안정하게 한다. 이로 인해, Ni의 함유량의 상한을 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ni를 함유시킴으로써, 상기한 특성을 향상시키기 위해서는, Ni를 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Ni의 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 내지 1.2％이고, 보다 바람직하게는 0.2％ 내지 1.1％이다.

Cu는, Ni와 마찬가지로, 활성 용해 속도를 저하시킬 뿐만 아니라, 재부동태화를 촉진시키는 효과를 갖는다. 그러나 Cu의 과잉의 첨가는, 가공성을 저하시킨다. 이로 인해, Cu를 첨가하는 경우는, 상한을 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu를 함유시킴으로써, 상기한 특성을 향상시키기 위해서는, Cu는 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cu의 함유량은, 바람직하게는 0.2％ 내지 1.5％이고, 더욱 바람직하게는 0.25％ 내지 1.1％이다.

V 및 Zr은, 내후성이나 내간극 부식성을 개선한다. 또한, Cr, Mo의 사용을 억제하고, V를 첨가하면, 우수한 가공성도 담보할 수 있다. 단, V 및/또는 Zr의 과도한 첨가는, 가공성을 저하시키는 동시에, 내식성을 향상시키는 효과도 포화되므로, V 및/또는 Zr을 함유하는 경우의 함유량의 상한을 0.2％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, V 및/또는 Zr을 함유시킴으로써, 상기한 특성을 향상시키기 위해서는, V 및/또는 Zr은, 0.03％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, V 및/또는 Zr의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 내지 0.1％이다.

B는 2차 가공 취성의 개선에 유효한 입계 강화 원소이다. 그러나 과도한 첨가는, 페라이트를 고용 강화하여 연성이 저하되는 원인이 된다. 이로 인해, B를 첨가하는 경우는, 하한을 0.0001％ 이하, 상한을 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B의 함유량은 0.0002％ 내지 0.0020％로 하는 것이 보다 바람직하다.

실시예

표 1 및 표 2에 나타내는 화학 성분(조성)을 갖는 페라이트계 스테인리스 강으로 이루어지는 시험편을, 이하에 나타내는 방법으로 제조하였다. 우선, 표 1 및 표 2에 나타내는 화학 성분(조성)의 주강을 진공 용해에 의해 용제하여 40㎜ 두께의 잉곳을 제조하고, 이것을 열간 압연으로 5㎜ 두께로 압연하였다. 그 후, 각각의 재결정 거동에 기초하여, 온도 800 내지 1000℃에서 1분간의 열처리를 행하고, 그리고 스케일을 연삭 제거하였다. 이어서 냉간 압연을 행하여 두께 0.8㎜의 강판을 제조하였다. 그 후, 최종 어닐링으로서, 각각의 재결정 거동에 기초하여 온도 800 내지 1000℃에서 1분간의 열처리를 행하고, 그리고 표면의 산화 스케일을 산세 제거하여 공시재로 하였다. 이것을 사용하여 No.1 내지 43의 시험편을 제조하였다.

또한, 표 1 및 표 2에 나타내는 화학 성분(조성)에 있어서, 잔량부는, 철 및 불가피 불순물이다.

이와 같이 하여 얻어진 No.1 내지 43의 시험편에 대해, 이하에 나타내는 용접 조건으로 TIG 용접하였다. 그리고 이하에 나타내는 방법에 의해 블랙 스폿 생성 길이비를 산출하였다. 또한, No.1 내지 43의 시험편에 대해, 이하에 나타내는 부식 시험을 행하였다.

(용접 조건)

TIG 용접은, 이송 속도 50㎝/min, 입열 550 내지 650J/㎠의 조건으로 동일 강종을 맞대어 행하였다. 실드에는, 토치측, 이면측 모두 아르곤을 사용하였다.

(블랙 스폿 생성 길이비)

블랙 스폿 생성 길이비는, TIG 용접 후의 블랙 스폿의 생성량을 나타내는 기준으로서 구하였다. 이 블랙 스폿 생성 길이비는, 용접부에 발생한 각 블랙 스폿의 용접 방향의 길이를 적산하고, 이 적산값을 전체 용접 길이로 나누어 구하였다. 구체적으로는, 길이 약 10㎝의 용접부를 디지털 카메라로 촬영하여 각 블랙 스폿의 길이를 측정하고, 화상 처리를 사용하여, 용접 길이 중에 있어서의 블랙 스폿의 길이의 총합의 용접 길이에 대한 비를 계산시킴으로써 구하였다.

(부식 시험)

부식 시험편으로서, 용접 시험편의 TIG 용접부를 돌출 가공한 것을 사용하였다. 돌출 가공은, JIS Z 2247에 준거한 에릭슨 시험 조건에서, 용접 시험편의 이면 파측을 표면으로 하여, 20㎜φ의 펀치를 사용하여 행하였다. 단, 돌출 높이는, 가공 조건을 맞추기 위해, 가공을 도중에서 정지하고, 6㎜로 되도록 가공하였다. 즉, 돌출 높이를 6㎜로 통일하였다. 내식성 평가는, JIS Z 2371에 준거하여, 5％ NaCl의 연속 분무 시험을 실시하고, 48시간 후의 유동녹의 유무로 평가하였다. 또한, 5％ NaCl의 연속 분무 시험에 의한 평가는, 용접부에 녹이 확인되지 않은 경우를 양호(Good), 녹이 발생한 경우를 불량(Bad)으로 하였다.

이상의 평가 결과를 표 3에 나타낸다.

표 1 내지 표 3에 나타내는 바와 같이, 화학 성분(조성)이 본 발명의 범위이며 BI값이 0.8 이하인 시험편 No.1 내지 33에서는, 블랙 스폿 생성 길이비가 작고, TIG 용접 후의 블랙 스폿의 생성이 적었다. 또한 에릭슨 시험기로 가공한 후의 내식성 시험편에 있어서의 5％ NaCl의 연속 분무 시험에서도, 용접부로부터의 녹은 확인되지 않았다. 이로 인해, 내식성이 양호하였다.

한편, BI값이 0.8을 초과하는 시험편 No.34 내지 41에서는, TIG 용접 후의 블랙 스폿 생성 길이비가 크고, 부식 시험에서 녹의 발생이 확인되었다.

또한, Cr의 조성비가 16％ 미만인 시험편 No.42 및 Ti의 조성비가 0.05％ 미만인 시험편 No.43에서는, 부식 시험에서의 녹의 발생이 확인되었다.

또한, 시험편 No.34 내지 43을, 녹 발생부를 수직으로 관찰할 수 있도록 단면 매립하여, 현미경으로 관찰한 결과, 부식 기점부에서의 블랙 스폿부의 박리가 확인되었다.

(제1 실험예)

냉간 압연으로 두께 1㎜의 강판을 제조한 것 이외에는, No.1의 시험편의 제조 방법과 마찬가지로 하여, 이하에 나타내는 화학 성분(조성)을 갖는 페라이트계 스테인리스 강의 공시재를 제조하였다. 이것을 사용하여 시험편 A 및 시험편 B를 얻었다.

[화학 성분(조성)]

시험편 A

C:0.007％, N:0.011％, Si:0.12％, Mn:0.18％, P:0.22％, S:0.001％, Cr:19.4％, Al:0.06％, Ti:0.15％, Ca:0.0005％, 잔량부 : 철과 불가피 불순물

시험편 B

C:0.009％, N:0.010％, Si:0.25％, Mn:0.15％, P:0.21％, S:0.001％, Cr:20.2％, Al:0.15％, Ti:0.19％, Ca:0.0015％, 잔량부 : 철과 불가피 불순물

이와 같이 하여 얻어진 시험편 A 및 시험편 B에 대해, No.1의 시험편과 동일한 용접 조건으로 TIG 용접하여, TIG 용접시에 이면측에 발생한 블랙 스폿의 외관을 관찰하였다.

그 결과를 도 1에 나타낸다.

도 1의 (a)는, TIG 용접시에 이면측에 발생한 블랙 스폿의 외관을 나타낸 사진이다. 또한, 도 1의 (b)는, TIG 용접시에 이면측에 발생한 블랙 스폿의 외관을 나타낸 모식도로, 도 1의 (a)에 나타내는 사진에 대응하는 도면이다.

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 있어서, 좌측은 BI값이 0.49인 시험편 A의 사진이고, 우측은 BI값이 1.07인 시험편 B의 사진이다.

도 1에 있어서, 화살표로 나타내는 바와 같이, BI값이 0.49인 시험편 A 및 BI값이 1.07인 시험편 B의 양쪽에, 반점 형상의 블랙 스폿이 여기저기 보인다. 그러나 BI값이 큰 시험편 B(우측 사진)에 있어서, 블랙 스폿은 보다 많이 발생되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, BI값이 1.07인 시험편 B에 대해, 용접 비드부와 블랙 스폿부의 2개소에 대해, 오제 전자 분광 분석(AES) 측정을 행하였다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.

또한, AES 측정에 있어서는, 주사형 FE 오제 전자 분광 장치를 사용하여, 가속 전압 10keV, 스폿 직경 약 40㎚, 스퍼터 속도 15㎚/min의 조건으로, 산소의 강도가 거의 관측되지 않게 되는 깊이까지 측정을 실시하였다. 또한, AES의 측정 스폿은 작으므로, 측정 위치에 따라 오차가 발생하는 경우가 있지만, 개략의 두께를 나타내는 것으로서 금회 채용하였다.

도 2는 시험편의 이면측에 있어서의 블랙 스폿 및 용접 비드부에 있어서, 원소의 깊이 프로파일(깊이 방향의 원소의 농도 분포)을 AES로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2의 (a)는 용접 비드부의 결과이고, 도 2의 (b)는 블랙 스폿의 결과이다.

도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 용접 비드부는, Ti가 주체이며, Al, Si를 포함하는 두께 수백 Å의 산화물이었다. 한편, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 블랙 스폿은, Al이 주체이며, Ti, Si, Ca를 포함하는 두께 수천 Å의 두꺼운 산화물이었다. 또한, 도 2의 (b)에 나타내는 블랙 스폿의 그래프로부터, Al이 블랙 스폿에 가장 고농도로 포함되어 있고, Ca는 강 중에서의 함유량이 적음에도 불구하고, 블랙 스폿에 고농도로 포함되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

(제2 실험예)

C:0.002 내지 0.015％, N:0.02 내지 0.015％, Cr:16.5 내지 23％, Ni:0 내지 1.5％, Mo:0 내지 2.5％를 기본 조성으로 하고, 블랙 스폿의 주성분인 Al, Ti, Si, Ca 등의 함유량이 다른 다양한 화학 성분(조성)을 갖는 페라이트계 스테인리스 강의 공시재를, 시험편 A와 동일한 제조 방법에 의해 제조하였다. 이것을 사용하여, 복수의 시험편을 얻었다.

이와 같이 하여 얻어진 복수의 시험편에 대해, No.1의 시험편과 동일한 용접 조건으로 TIG 용접하고, No.1의 시험편과 마찬가지로 하여 블랙 스폿 생성 길이비를 산출하였다.

그 결과, Al, Ti, Si, Ca가 증가할수록, 블랙 스폿 생성 길이비가 커지는 경향을 나타냈다. 이들 원소는, 산소와의 친화력이 특히 강하지만, 이 중 특히 Al의 효과가 크고, 또한 Ca는, 강 중의 함유량이 적음에도 불구하고 블랙 스폿에의 영향이 큰 것이 판명되었다. 또한 Ti, Si도, 마찬가지로 블랙 스폿의 생성에 기여하는 것을 알 수 있었다.

이것으로부터, Al, Ti, Si, Ca의 첨가량이 많은 경우에는, 실드를 실시해도, 블랙 스폿이 발생할 우려가 크고, 특히 Al, Ti는, 블랙 스폿의 생성에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

또한, 복수의 시험편의 각각에 대해, 하기 수학식 1로 나타내어지는 BI값을 산출하여, 블랙 스폿 생성 길이비와의 관계를 조사하였다.

[수학식 1]

그 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3은, BI값과 블랙 스폿 생성 길이비의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, BI값이 클수록, 블랙 스폿 생성 길이비가 커지는 것을 알 수 있다.

또한, 복수의 시험편의 각각에 대해, No.1의 시험편과 마찬가지로 하여, 부식 시험을 행하였다. 그 결과도 도 3에 나타낸다. 도 3의 그래프에 기재된 ●는, 부식 시험에서 녹이 발생하지 않은 시험편의 데이터이고, ×는 부식 시험에서 녹의 발생이 확인된 시험편의 데이터이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, BI값이 0.8을 초과하면, 분무 시험에서 녹의 발생이 확인되었다.

이상의 결과로부터, 도 3에 나타내는 상기 수학식 1을 만족시키는 페라이트계 스테인리스 강은, TIG 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적고, 내식성이 우수한 것을 알 수 있었다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 강은, 외장재, 건재, 옥외 기기류, 저수ㆍ저탕 탱크, 가전 제품, 욕조, 주방 기기, 잠열 회수형 가스 급탕기(온수 공급기)의 드레인수 회수기와 그 열교환기, 각종 용접 파이프 등과 같이, 옥외·옥내의 일반적인 용도로, TIG 용접되어 형성되는 구조체에 있어서, 내식성을 필요로 하는 부재에 적절하게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강은, TIG 용접 후에 가공을 실시하는 부재에 적합하다. 또한, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강은, 내식성 뿐만 아니라 TIG 용접부의 가공성도 우수하므로, 가공이 엄격한 부재에도 널리 적용 가능하다.

Claims

질량％로,
C:0%초과 0.020％ 이하,
N:0%초과 0.025％ 이하,
Si:0%초과 1.0％ 이하,
Mn:0%초과 0.5％ 이하,
P:0%초과 0.035％ 이하,
S:0%초과 0.01％ 이하,
Cr:18.0 내지 25％,
Al:0.03 내지 0.15％,
Ti:0.05 내지 0.5％ 및
Ca:0.0005 내지 0.0015％ 이하를 함유하고,
잔량부로서, Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고,
하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.
[수학식 1]

[또한, 수학식 1 중의 Al, Ti, Si, Ca는, 강 중의 각 성분의 함유량(질량％)임]
제1항에 있어서, 질량％로, Nb:0%초과 0.6％ 이하, Mo:0%초과 3.0％ 이하, Cu:0%초과 2.0％ 이하, Ni:0%초과 2.0％ 이하, V:0%초과 0.2％ 이하, Zr:0%초과 0.2％ 이하, B:0%초과 0.005％ 이하에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접부의 블랙 스폿의 생성이 적은 페라이트계 스테인리스 강.