KR20140117476A

KR20140117476A - 페라이트계 스테인리스박

Info

Publication number: KR20140117476A
Application number: KR1020147021635A
Authority: KR
Inventors: 아키토 미즈타니; 미츠유키 후지사와; 히로키 오타; 히로유키 오가타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-10-07
Also published as: JP5522330B2; EP2811044B1; RU2578308C1; WO2013114833A1; MX346735B; US9920409B2; ES2651071T3; CN104093872B; TW201335388A; CA2860746A1; MX2014009125A; CA2860746C; EP2811044A4; US20150010771A1; EP2811044A1; JPWO2013114833A1; TWI467033B; CN104093872A

Abstract

배기 가스 온도가 가솔린차에 비하여 저온인 차량에 탑재되는 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체에 적합한 스테인리스박을 제공한다.
질량％로, C: 0.05％ 이하, Si: 2.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, S: 0.005％ 이하, P: 0.05％ 이하, Cr: 11.0∼25.0％, Ni: 0.05∼0.30％, Al: 0.01∼1.5％, Cu: 0.01∼2.0％, N: 0.10％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박이다.

Description

페라이트계 스테인리스박{FERRITIC STAINLESS STEEL FOIL}

본 발명은, 내(耐)형상 변화성, 내피막 박리성 및 제조성이 우수한 페라이트계 스테인리스(ferritic stainless steel)박에 관한 것이다.

최근, 자동차(automobile)의 배기 가스 규제가 강화되고 있어, 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체(catalyst carrier for automotive exhaust gas purifying facility)로서 스테인리스박(stainless steel foil)을 이용한 메탈 허니컴(metal honeycomb)이 탑재되는 케이스가 증가하고 있다. 메탈 허니컴은, 세라믹스제의 허니컴 담체와 비교하여, 개공률(aperture ratio)을 크게 취할 수 있을 뿐만 아니라, 내열 충격 특성이나 내진동 특성이 우수하여, 사용되는 비율이 증가하고 있다. 특히, 트럭 등 대형차에 탑재되는 경우는, 담체 형상도 대형(大型)이 되기 때문에, 형상의 자유도가 높은 메탈 허니컴이 많이 사용되고 있다.

이 메탈 허니컴은, 예를 들면, 평탄한 스테인리스박(평박(flat foil))과 물결 형상으로 가공된 스테인리스박(파박(corrugated foil))을 교대로 겹쳐 쌓아 허니컴 구조(honeycomb structure)로 하고, 추가로 이 스테인리스박의 표면에 촉매 물질(catalytic material)을 도포하여 배기 가스 정화 장치에 이용된다. 도 1에 메탈 허니컴의 일 예를 나타내지만, 이것은 평박(1)과 파박(2)을 겹쳐 쌓은 것을 롤 형상으로 감아 가공하고, 그 외주를 외통(external cylinder; 3)으로 고정하여 제작한 메탈 허니컴(4)이다.

스테인리스강에 약 3질량％를 초과하는 Al을 함유시키면, 표면에 Al₂O₃의 산화 피막(oxide layer)이 생성되어 내산화성(oxidation resistance)이 현저하게 개선되기 때문에, 메탈 허니컴용의 스테인리스박에는, 20질량％ Cr-5질량％ Al계 또는 18질량％ Cr-3질량％ Al계 등으로 대표되는 고(高)Al 함유 페라이트계 스테인리스박이 주로 이용되고 있다.

가솔린차(gasoline powered automobile)의 경우, 배기 가스 정화 장치 내는 배기 가스 온도에 더하여 촉매 반응(catalytic reaction)에 의해 온도가 상승하여, 1000℃ 이상의 고온에 도달하는 경우도 있다. 따라서, 촉매 담체에는 고온에서의 내산화성이 매우 우수한 고Al 함유 페라이트계 스테인리스박이 적용되고 있다. 촉매 담체에는 내산화성에 더하여, 반복하여 고온에 노출되어도 형상이 변화하지 않을 것, 냉각 중에 산화 피막이 박리되지 않을 것, 워시 코팅(wash coat)과의 밀착성이 우수할 것이 요구된다. 고Al 함유 페라이트계 스테인리스박은 이들 특성이 우수하기 때문에, 널리 이용되고 있다.

한편, 디젤차의 배기 가스 온도는, 가솔린차만큼 고온은 되지 않고 도달 온도가 800℃ 정도인 것이 대부분이다. 농업 기계나 건축 기계 등 자동차 이외의 차량인 경우, 배기 가스의 최고 도달 온도는 더욱 저하된다. 따라서, 앞서 서술한 20질량％ Cr-5질량％ Al계 또는 18질량％ Cr-3질량％ Al계의 스테인리스박을 디젤차 등의 저(低)배기 가스 온도의 차량에 적용한 경우, 내산화성이 과잉인 경우가 대부분이었다. 한편, 이들 고Al 함유 페라이트계 스테인리스박은, 내산화성은 우수하기는 하지만, 제조성이 나쁘고, 제조 비용이 비싸다. 일반적으로, 페라이트계 스테인리스강에 Al을 첨가하면 인성(toughness)이 현저하게 저하되는 경향이 있고, 주조 후 슬래브의 냉각 중, 열연 코일의 전개 중 혹은 냉간 압연 중 등에 자주 판 파단이 발생하여, 장치 트러블이나 수율 저하의 원인이 되고 있었다.

이상의 문제를 해결하기 위해, Al 함유량을 최대한 저감시켜 제조성을 개선한 스테인리스박이 제안되고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, Al 함유량을 불순물 레벨∼0.8질량％로 제한하고, 고온에서 산화 Al 피막을 만들지 않고 산화 Cr 피막을 생성시킴으로써, 담체 성형시의 확산 접합성(diffusion bondability)을 개선한 스테인리스박제 메탈 허니컴이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, Al 함유량을 불순물 레벨∼0.8질량％로 제한하고, 또한 Mo를 0.3∼3질량％의 범위에서 함유함으로써, 내산화성, 확산 접합성 및 내황산 부식성을 개선한 스테인리스박제 메탈 허니컴이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 18질량％ Cr-3질량％ Al강을 베이스로 Al 함유량을 1.5∼2.5질량％ 미만으로 저감시키고, 추가로 결정립도(crystal grain size)를 제한함으로써, 가공성과 내산화성을 양립한 스테인리스강이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 평7-213918호 일본공개특허공보 평7-275715호 일본공개특허공보 2004-307918호

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 스테인리스박에서는, 박 표면에 생성되는 산화 Cr 피막과 지철(地鐵)과의 열팽창률 차가, 산화 Al 피막의 경우에 비하여 크기 때문에, 고온에서 크리프 변형(creep deformation)을 발생시켜, 박의 형상 변화나 표면의 산화 피막 박리를 발생시키는 경우가 있다. 이들 변형이나 박리가 발생하면, 표면에 담지시킨(supported) 촉매가 탈락해 버리기 때문에, 촉매 담체로서의 필요 특성을 충족시킬 수 없다.

특허문헌 3에 기재된 방법에서는, 박으로서 사용했을 때, 고온 산화 중에 Al이 고갈되어 Cr 피막이 생성되기 시작하면, 지금(base metal)의 내력이 충분하지 않기 때문에, 역시 피막의 열팽창률 차에 의해 발생하는 응력에 의해 형상 변화가 발생한다. 이와 같이, 제조성을 개선하기 위해 Al을 저감시킨 스테인리스박에 있어서는, 산화 피막의 차이에 기인하는 고온에서의 형상 변화 및 산화 피막 박리가 큰 문제가 되고 있다.

본 발명에서는, 이들 과제를 해결하고, 배기 가스 온도가 가솔린차에 비하여 저온인 차량에 탑재되는 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체에 사용되는 페라이트계 스테인리스박을 제공하는 것을 목적으로 한다. 내형상 변화성 및 내피막 박리성을 높이고, 또한 제조성이 우수한 스테인리스박을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 문제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 배기 가스 온도가 가솔린차에 비하여 저온인 경우에, 저Al 함유 강이라도 필요한 내산화 특성을 만족한 채로 박재(foil material)의 내형상 변화성 및 내피막 박리성을 향상시키는 방법을 발견했다.

본 발명은 상기 인식에 추가로 검토를 더하여 이루어진 것으로, 그 요지는 다음과 같다.

[1] 질량％로, C: 0.05％ 이하, Si: 2.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, S: 0.005％ 이하, P: 0.05％ 이하, Cr: 11.0∼25.0％, Ni: 0.05∼0.30％, Al: 0.01∼1.5％, Cu: 0.01∼2.0％, N: 0.10％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박.

[2] 추가로, 질량％로, Nb: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％ 중 1종 또는 2종 이상을 합계로: 0.01∼3.0％ 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 페라이트계 스테인리스박.

[3] 추가로, 질량％로, REM을 0.01∼0.20％ 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 페라이트계 스테인리스박.

[4] 추가로, 질량％로, Ti: 0.01∼1.0％, Zr: 0.01∼0.20％, Hf: 0.01∼0.20％, Ca: 0.0010∼0.0300％ 및 Mg: 0.0015∼0.0300％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스박.

[5] 박두께가 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스박.

본 발명에 의해, 내형상 변화성, 내피막 박리성 및 제조성이 우수한 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체에 이용되는 스테인리스박을 제조하는 것이 가능해진다. 본 발명으로 얻어지는 스테인리스박은, 트랙터나 콤바인 등의 농업 기계, 불도저나 굴착기 등의 건설 기계와 같은 소위 오프 로드 디젤 자동차의 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체 외에, 공장 배기 가스의 정화 장치용 촉매 담체 등에 적합하다. 또한, 디젤 자동차나 가솔린 자동차, 이륜차의 촉매 담체 및 이들 촉매 담체의 외통재, 자동차나 이륜차의 머플러 배관용 부재(member for exhausting gas), 난방 기구나 연소 기구의 배기관용 부재 등에 이용해도 좋지만, 특별히 이들 용도로 한정되는 것은 아니다.

도 1은 금속제 허니컴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 고온 인장 시험편의 형상을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명자들은, 표면에 Al₂O₃ 산화물(oxide)을 생성하지 않는 페라이트계 스테인리스박의 고온에서의, 내형상 변화성, 내피막 박리성 및 제조성에 대해서 상세한 검토를 행한 결과, 이하의 인식을 얻어 본 발명에 이른 것이다. 또한, 스테인리스박이란 주로 판두께가 100㎛ 이하인 스테인리스강을 가리키지만, 특별히 이것으로 한정되는 것은 아니다.

(가) 고온 산화 후의 형상 변화를 억제하려면, 박 자체의 고온 강도 향상이 유효하다. 이것은, 산화 피막과 지철과의 열팽창률의 차이로부터 발생한 응력에 의한 변형이, 강도의 상승에 의해 완화되기 때문이다.

(나) 산화 피막의 박리의 원인 중 하나는, 고온에서 박에 형상 변화가 발생했을 때에 발생하는 크랙이나, 피막-지철 계면에 발생하는 보이드(void)인 것을 인식했다. 이들이 발생하면, 새로운 보호성이 부족한 표면이 생기고, 그 부분에 현저한 산화가 발생하여 박리로 이어진다. 이 크랙이나 보이드는, 고온 강도를 높여 형상 변화를 억제함으로써, 방지할 수 있다. 또한, 일반적으로 알려져 있는 바와 같이, REM의 첨가에 의해서도 내피막 박리성은 향상된다.

(다) 고온 강도의 개선에는, Cu 첨가에 의한 석출 강화가 유효하다. 더 한층의 강화를 달성할 목적으로, Nb, Mo 또는 W 등의 고용 강화 원소 첨가에 의한 강화를 병용해도 좋지만, 비교적 염가의 원소인 Cu를 이용하는 것이 바람직하다. 단, Cu는 고온에서의 내산화성을 저하시킨다. 그래서 본 발명자들은, 제조성에 영향을 주지 않을 정도의 적량의 Al을 동시에 함유시킴으로써, 강화 원소를 첨가해도 필요한 내산화성의 확보가 가능해지는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

1. 성분 조성에 대해서

이하에, 본 발명의 성분 조성에 대해서 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 ％는, 모두 질량％로 한다.

C: 0.05％ 이하

C 함유량이 0.05％를 초과하면, 고온에서의 강도가 저하되고, 내산화성도 저하된다. 또한, 인성의 저하에 의한 제조성의 저하도 초래한다. 따라서, C 함유량은 0.05％ 이하, 바람직하게는 0.02％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 0.01％ 이하이다. 단, C 함유량은 최대한 저감하는 것이 바람직하다.

Si: 2.0％ 이하

Si는 내산화성을 개선하는 원소이지만, 함유량이 2.0％를 초과하면, 인성이 저하됨과 함께, 가공성의 저하에 의해 제조가 곤란해진다. 따라서, Si 함유량은 2.0％ 이하, 바람직하게는 1.0％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 0.5％ 이하로 한다. 단, 내산화성을 보다 향상시키는 경우에는, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1％ 이상 함유시킨다.

Mn: 1.0％ 이하

Mn 함유량이 1.0％를 초과하면, 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 1.0％ 이하, 바람직하게는 0.5％ 이하로 한다. 단, Mn은 강 중의 S를 고정하는 효과가 있기 때문에, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상 함유시킨다.

S: 0.005％ 이하

S 함유량이 0.005％를 초과하면, 촉매 담체에 있어서의 피막의 밀착성이나 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, S 함유량은 0.005％ 이하, 바람직하게는 0.003％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.001％ 이하이지만, 최대한 저감하는 것이 보다 바람직하다.

P: 0.05％ 이하

P 함유량이 0.05％를 초과하면, 촉매 담체에 있어서의 산화 피막의 밀착성이나 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, P 함유량은 0.05％ 이하, 바람직하게는 0.03％ 이하로 하지만, 최대한 저감하는 것이 보다 바람직하다.

Cr: 11.0∼25.0％

Cr은 고온에서의 내산화성 및 강도를 확보함에 있어서 필요 불가결한 원소이기 때문에, 11.0％ 이상 첨가한다. 그러나, Cr 함유량이 25.0％를 초과하면, 가공성이 저하되어, 본 발명의 목적인 우수한 제조성을 달성할 수 없게 된다. 따라서, Cr 함유량은 11.0∼25.0％의 범위로 한다. 바람직하게는 13.0∼20.0％의 범위이다. 제조 비용과 내산화성의 균형을 고려하면, 보다 바람직하게는 15.0∼18.0％의 범위이다.

Ni: 0.05∼0.30％

Ni는 촉매 담체 성형시의 납땜성(brazability)을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 그 함유량은 0.05％ 이상으로 한다. 그러나, 오스테나이트 안정화 원소(austenite-stabilizing element)인 Ni의 함유량이 0.30％를 초과하는 경우는, Cr이 산화되기 시작했을 때, 오스테나이트가 생성되어 박의 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)를 증가시켜, 박의 주름(wrinkle)이나 파단(셀 찢어짐) 등의 문제점이 발생한다. 따라서, Ni 함유량은 0.05∼0.30％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.08∼0.20％의 범위이다.

Al: 0.01∼1.5％

Al은 페라이트계 스테인리스강의 고온에서의 내산화성을 개선하는 원소이기 때문에, 0.01％ 이상 첨가한다. 그러나, 1.5％를 초과하여 첨가하면, 슬래브나 열연판의 인성이 저하되어 제조성이 저하된다. 따라서, 0.01∼1.5％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.05∼1.0％이며, 보다 바람직하게는 0.1∼1.0％의 범위이다. 제조성과 내산화성과의 균형을 고려하면, 보다 바람직하게는 0.2∼0.8％의 범위이다.

Cu: 0.01∼2.0％

Cu를 첨가하면, 미세한 석출물이 발생하여 박 자체의 강도가 상승하고, 산화 피막과 지철의 사이에 열팽창차가 발생했을 때의 크리프 변형을 억제하는 효과가 있기 때문에, 0.01％ 이상 첨가한다. 또한, Cu는, 내식성 향상 및 내염해 부식성(salt corrosion resistance)의 개선에 효과적인 원소이기도 하다. 그러나, Cu 함유량이 2.0％를 초과하면, 내산화성이 저하될 뿐만 아니라, 가공이 곤란해져, 비용 증대를 초래한다. 따라서, Cu 함유량은 0.01∼2.0％의 범위로 한다. 내형상 변화성 및 저비용을 고려하면, 바람직하게는 0.05∼1.5％의 범위이다. 추가로 고온 강도가 필요한 경우는 0.2∼1.5％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

N: 0.10％ 이하

N 함유량이 0.10％를 초과하면, 인성이 저하됨과 함께, 가공성의 저하에 의해 제조가 곤란해진다. 따라서, N 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.05％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

본 발명의 기본 성분 조성은, 이상이지만, 추가로, 고온에서의 강도와 가공성을 고려하여 Nb, Mo, W 중 1종 또는 2종 이상을 선택 원소로서 함유할 수 있다.

Nb: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％ 중 1종 또는 2종 이상을 합계로: 0.01∼3.0％

Nb는 박의 고온에서의 강도를 상승시켜, 내형상 변화성 및 내피막 박리성을 양호하게 한다. 그 효과는, Nb를 0.01％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, 1.0％를 초과하여 함유하면, 가공성이 저하되어 제조를 곤란하게 하기 때문에, Nb를 함유하는 경우는, 그 양은 0.01∼1.0％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1∼0.7％의 범위이다. 또한, 고온에서의 강도와 제조성의 균형을 고려하면 0.3∼0.6％의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Mo 및 W는, 모두 고온에서의 강도를 증대시켜, 촉매 담체의 수명이 양호해지기 때문에, 선택 원소로서 함유할 수 있다. 또한, 이들 원소는, 산화 피막을 안정화시켜, 내염해 부식성을 향상시킨다. 이러한 효과는, 모두, 0.01％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, 3.0％를 초과하면, 가공성의 저하에 의해 제조를 곤란하게 하기 때문에, Mo, W를 함유하는 경우는, 그 양은, 각각 0.01∼3.0％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.5∼2.5％의 범위이다.

또한, Nb, Mo, W 중 2종 이상을 함유하는 경우는, 그 양의 합계는 0.01∼3.0％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 0.01％ 미만에서는 소망하는 효과가 얻어지지 않고, 3.0％를 초과하면 가공성이 크게 저하되기 때문이다. 또한, 보다 바람직하게는 1.5∼2.5％의 범위이다.

또한, REM을 산화 피막의 개선을 목적으로 함유할 수 있다.

REM: 0.01∼0.20％

REM이란, Sc, Y 및 란타노이드계 원소(La, Ce, Pr, Nd, Sm 등 원자 번호 57∼71까지의 원소)로서, 함유량은 이들 원소의 총량이다. 일반적으로, REM은 산화 피막의 밀착성을 개선하여, 피막의 내박리성 향상에 매우 현저한 효과를 갖는다. 이러한 효과는 0.01％ 이상의 REM 함유량으로 얻어진다. 한편, REM 함유량이 0.20％를 초과하면, 이들 원소가 결정립계(crystal grain boundaries)에 농화되어 석출되고, 고온 가열시에 용융하여 열연판의 표면 결함의 요인이 된다. 따라서, REM을 함유하는 경우는, 그 양은 0.01∼0.20％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.03∼0.10％의 범위로 한다.

또한, 내산화성을 향상시킬 목적으로 Ti, Zr, Hf, Ca 및 Mg 중 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.

Ti: 0.01∼1.0％

Ti는 강 중의 C, N을 고정하여 가공성 및 내식성을 향상시키는 원소로서, 그 효과는 0.01％ 이상의 Ti 함유로 얻어진다. 그러나, Ti는 산화되기 쉬운 원소이며, 그 함유량이 1.0％를 초과하면, Ti 산화물이 피막 중에 다량으로 혼입하여, 납땜성이 현저하게 저하됨과 함께, 고온에서의 내산화성도 저하된다. 따라서, Ti를 함유하는 경우는, 그 양은 0.01∼1.0％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05∼0.20％의 범위로 한다.

Zr: 0.01∼0.20％

Zr은 강 중의 C, N과 결합하여, 크리프 특성을 개선한다. 또한, 인성이 향상됨과 함께, 가공성이 향상되어 박의 제조를 용이하게 한다. 또한, 산화 피막 중에 있어서 입계에 농화되어 고온에서의 내산화성이나, 고온에서의 강도, 특히 내형상 변화성을 향상시킨다. 이러한 효과는, 0.01％ 이상의 Zr 함유로 얻어지지만, Zr 함유량이 0.20％를 초과하면, Fe 등과 금속 간 화합물을 만들어, 내산화성을 저하시킨다. 따라서, Zr을 함유하는 경우는, 그 양은 0.01∼0.20％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01∼0.05％의 범위로 한다.

Hf: 0.01∼0.20％

Hf는 Al₂O₃ 피막과 지철의 밀착성을 양호하게 하고, 또한 고용 Al(solute Al)의 감소를 억제하기 때문에, 고온에서의 내산화성을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻으려면, Hf 함유량은 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Hf 함유량이 0.20％를 초과하면, 고온 산화를 촉진하여 내산화성을 저하시켜 버린다. 따라서, Hf 함유량은 0.01∼0.20％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.02∼0.10％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ca: 0.0010∼0.0300％

Ca는, Al₂O₃ 피막의 밀착성을 향상시키는 작용이 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ca 함유량은 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ca 함유량이 0.0300％를 초과하면, 인성이 저하되고, 고온에서의 내산화성도 저하된다. 따라서, Ca 함유량은 0.0010∼0.0300％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.0020∼0.0100％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

Mg: 0.0015∼0.0300％

Mg는, Ca와 동일하게, Al₂O₃ 피막의 밀착성을 향상시키는 작용이 있다. 이러한 효과를 얻으려면, Mg 함유량은 0.0015％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mg 함유량이 0.0300％를 초과하면, 인성이 저하되고, 고온에서의 내산화성도 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 0.0015∼0.0300％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.0020∼0.0100％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

2. 제조 조건에 대해서

당해 페라이트계 스테인리스박의 제조에는, 통상의 스테인리스강 제조 설비를 이용할 수 있다. 전술한 성분 조성을 함유하는 강을, 전로(converter)나 전기로 등에서 용제하고, VOD(Vacuum oxygen decarburization)나 AOD(Argon oxygen decarburization)로 2차 정련한 후, 조괴-분괴 압연법이나 연속 주조법으로 강 슬래브로 한다. 주조 후의 슬래브를 가열로(heating furnace)에 장입하고, 1150℃∼1250℃로 가열한 후에 열간 압연 공정에 제공한다. 이렇게 하여 얻어진 열연 강대에 대해서, 쇼트 블래스팅(shot blasting), 산세정(pickling), 기계 연마(mechanical polishing) 등으로 표면 스케일을 제거하고, 냉간 압연과 어닐링을 복수회 반복하여 행함으로써 박두께 100㎛ 이하의 스테인리스박을 얻는다. 박의 두께는, 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체로 했을 때에, 특히 내진동 특성이나 내구성이 필요한 경우는 50∼100㎛ 정도로 하고, 특히 높은 셀 밀도(cell density)나 저배압(low back pressure)이 필요시 되는 경우는 25∼50㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

실시예 1

이하 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다. 진공 용해에 의해 용제한 표 1에 나타내는 화학 조성의 강을, 1200℃로 가열 후, 900∼1200℃의 온도역(域)에서 열간 압연하여 판두께 3㎜의 열연 강판으로 했다. 얻어진 열연판의 제조 라인 통판성(threading performance)을 평가하기 위해, 폭 25㎜, 길이 300㎜의 단책 형상(strip-shaped)의 시험편을 잘라내어 반복하여 굽힘 시험을 행했다. 여기에서는, 열연판의 코일 권취(卷取)나 산세정-어닐링 라인(pickling-annealing line) 통판 시의 굽힘 가공을 상정하고, 굽힘 반경 25㎜로 복수회 굽힘 가공을 반복하여, 10회 이상의 굽힘 가공에서도 파단하지 않으면 충분한 통판성을 갖고 있다고 판단했다. 이 방법으로 평가한 결과, 강 No.1∼16까지의 강은 10회 이상 가공해도 파단하지 않고 양호한 가공성을 갖고 있었지만, Al 함유량이 본 발명 범위를 초과하는 강 No.17은 3회의 굽힘으로 파단했기 때문에 열연판의 가공성이 불충분하다고 판단하여, 이후의 검토로부터 제외했다. 다음으로, 강 No.1∼16까지의 열연 강판을 대기 중에서 1000℃×1분간의 어닐링을 행하고, 산세정 후, 냉간 압연을 행하여, 판두께 1.0㎜의 냉연 강판으로 했다. 이들 냉연 강판을, 대기 중에서 950∼1050℃×1분의 어닐링을 행한 후, 산세정하고, 클러스터 밀(cluster mill)에 의한 냉간 압연과 어닐링을 복수회 반복하여, 폭 100㎜, 박두께 40㎛의 박을 얻었다.

[표 1]

이와 같이 하여 얻은 냉연 강판 및 박에 대해서, 하기의 방법에 의해, 고온에서의 강도(파단 응력(rupture stress)), 내형상 변화성, 내피막 박리성 및 고온에서의 내산화성을 평가했다.

(1) 고온에서의 강도

우선, 판두께 1㎜의 냉연 강판에, 파판(corrugated sheet)과 평판(flat sheet)의 접점을 확산 접합 혹은 납땜 접합할 때의 열처리를 시뮬레이트하여, 1200℃×30분의 열처리를 4×10^-5Torr(5.3×10^-3㎩) 이하의 진공 중에서 행했다. 다음으로, 열처리 후의 냉연 강판으로부터 도 2에 나타내는 시험편을 잘라내고, 800℃에서 고온 인장 시험을 실시하여 0.2％ 내력을 측정했다. 이때, 인장 속도는, 최초 0.2㎜/min, 내력을 초과한 후에는, 5㎜/min으로 했다. 0.2％ 내력의 측정 결과는, 15㎫ 미만을 ×(불량), 15㎫ 이상 35㎫ 미만을 ○(양호), 35㎫ 이상을 ◎(우수)로 하고, ○(양호) 혹은 ◎(우수)를 본 발명의 목적을 만족한다고 했다.

(2) 고온에서의 내형상 변화성

우선, 박두께 40㎛의 박에, 확산 접합 혹은 납땜 접합시의 열처리에 상당하는 1200℃×30분의 열처리를 4×10^-5Torr(5.3×10^-3㎩) 이하의 진공 중에서 행했다. 다음으로, 열처리 후의 박으로부터 100㎜ 폭×50㎜ 길이의 시험편을 길이 방향으로 직경 5㎜의 원통 형상으로 둥글게 하고, 단부(端部)를 스폿 용접에 의해 고정시킨 것을, 각 박으로부터 각각 3개 제작하고, 대기 분위기로 중에서 1150℃×400시간 가열하여, 3개의 평균의 치수 변화량(가열 전의 원통 길이에 대한 가열 후의 원통 길이의 증분(增分)의 비율)을 측정했다. 평균의 치수 변화량의 측정 결과는, 5％ 초과를 ×(불량), 3％ 초과 5％ 이하를 ○(양호), 3％ 이하를 ◎(우수)로 하고, ○(양호) 혹은 ◎(우수)를 본 발명의 목적을 만족한다고 했다.

(3) 고온에서의 내피막 박리성

우선, 박두께 40㎛의 박에, 확산 접합 혹은 납땜 접합시의 열처리에 상당하는 1200℃×30분의 열처리를 4×10^-5Torr(5.3×10^-3㎩) 이하의 진공 중에서 행했다. 다음으로, 열처리 후의 박으로부터 20㎜ 폭×30㎜ 길이의 시험편을 3개 채취하고, 대기 분위기로 중에서 [800℃×20min 보존유지(保持)→200℃ 이하까지 냉각]을 1사이클로 하여, 300사이클 반복했다. 시험 종료 후의 시험편을 육안으로 관찰하고, 검사 실시부의 면적에 대한 스케일 박리부의 면적의 비율을 구했다(박리 면적/검사 실시 면적×100). 측정 결과가, 3％ 초과를 ×(불량), 1％ 초과 3％ 이하를 ○(양호), 1％ 이하에서 거의 박리가 보이지 않는 것을 ◎(우수)로 하고, ○(양호) 혹은 ◎(우수)이면 본 발명의 목적을 만족한다고 했다.

(4) 고온에서의 내산화성

우선, 박두께 40㎛의 박에, 확산 접합 혹은 납땜 접합시의 열처리에 상당하는 1200℃×30분의 열처리를 4×10^-5Torr(5.3×10^-3㎩) 이하의 진공 중에서 행했다. 다음으로, 열처리 후의 박으로부터 20㎜ 폭×30㎜ 길이의 시험편을 3개 채취하고, 대기 분위기로 중에서 800℃×400시간 가열하여, 3개의 평균의 산화 증량(가열 전후 중량 변화를 초기의 표면적으로 나눈 양)을 측정했다. 이때, 산화 증량에는, 가열 후에 시험편으로부터 박리한 스케일도 회수하여, 더했다. 평균의 산화 증량의 측정 결과는, 10g/㎡ 초과를 ×(불량), 5g/㎡ 초과 10g/㎡ 이하를 ○(양호), 5g/㎡ 이하를 ◎(우수)로 하고, ○(양호) 혹은 ◎(우수)를 본 발명의 목적을 만족한다고 했다.

결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

발명예인 강 No.1∼9 및 13∼15는, 고온에서의 강도, 내형상 변화성이 높고, 고온에서의 내피막 박리성 및 내산화성도 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 이들 강은, 인성이 우수하기 때문에, 통상의 스테인리스강 생산 설비를 이용하여 효율적으로 생산하는 것이 가능했다. 한편, 비교예인 강 No.10∼12 및 16은, 고온에서의 강도, 내형상 변화성, 내피막 박리성 및 내산화성 중 적어도 하나의 특성이 뒤떨어져 있어, 촉매 담체로서 이용하기에는 적합하지 않다.

본 발명에 의하면, 배기 가스 온도의 최고 도달 온도가 약 800℃ 이하인 비교적 저온에서 이용되는 배기 가스 정화 장치용 촉매 담체에 적합한 스테인리스박을, 통상의 스테인리스강 생산 설비를 이용하여 효율 좋게 제조하는 것이 가능해져 산업상 매우 유효하다.

1 : 평박
2 : 파박
3 : 외통
4 : 메탈 허니컴

Claims

질량％로, C: 0.05％ 이하, Si: 2.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, S: 0.005％ 이하, P: 0.05％ 이하, Cr: 11.0∼25.0％, Ni: 0.05∼0.30％, Al: 0.01∼1.0％, Cu: 0.01∼2.0％, N: 0.10％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박.
제1항에 있어서,
추가로, 질량％로, Nb: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％ 중 1종 또는 2종 이상을 합계로: 0.01∼3.0％ 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가로, 질량％로, REM을 0.01∼0.20％ 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 질량％로, Ti: 0.01∼1.0％, Zr: 0.01∼0.20％, Hf: 0.01∼0.20％, Ca: 0.0010∼0.0300％ 및 Mg: 0.0015∼0.0300％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
박 두께가 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스박.