KR20150021124A

KR20150021124A - 내열성과 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150021124A
Application number: KR20157001564A
Authority: KR
Inventors: 쥰이찌 하마다; 신이찌 데라오까; 요시하루 이노우에; 노리히로 간노
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2015-02-27
Also published as: JP5546922B2; EP2557189A1; WO2011118854A1; US20130008573A1; JP2011202257A; EP2557189A4; US8980018B2; EP2557189B1; KR20120120456A; CN102971441A

Abstract

장시간 열 이력을 받아도 강도 열화가 적은 저비용의 배기 부품용 페라이트계 스테인리스 강판이며, 질량％로, C:0.010％ 미만, N:0.020％ 이하, Si:0.1％ 초과 내지 2.0％ 이하, Mn:2.0％ 이하, Cr:12.0 내지 25.0％, Cu:0.9 초과 내지 2％, Ti:0.05 내지 0.3％, Nb:0.001 내지 0.1％, Al:1.0％ 이하, B:0.0003 내지 0.003％ 이하를 함유하고, Cu／(Ti＋Nb)가 5 이상, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

내열성과 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법 {FERRITE STAINLESS STEEL SHEET HAVING HIGH THERMAL RESISTANCE AND PROCESSABILITY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 특히 고온 강도나 내산화성이 필요한 배기계 부재 등의 사용에 적합한, 내열성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.

자동차의 배기 매니폴드, 프론트 파이프 및 센터 파이프 등의 배기계 부재는, 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 통과시키므로, 배기 부재를 구성하는 재료에는, 내산화성, 고온 강도, 열 피로 특성 등 다양한 특성이 요구된다.

종래, 자동차 배기 부재에는 주철이 사용되는 것이 일반적이었지만, 배기 가스 규제의 강화, 엔진 성능의 향상, 차체의 경량화 등의 관점으로부터, 스테인리스강제의 배기 매니폴드가 사용되게 되었다.

배기 가스의 온도는, 차종이나 엔진 구조에 의해 다르지만, 600 내지 800℃ 정도로 되는 경우가 많고, 이와 같은 온도 영역에서 장시간 사용되는 환경에 있어서, 높은 고온 강도, 내산화성을 갖는 재료가 요망되고 있다.

스테인리스강 중에서도, 오스테나이트계 스테인리스강은, 내열성이나 가공성이 우수하다. 그러나 오스테나이트계 스테인리스강은, 열팽창 계수가 크기 때문에, 배기 매니폴드와 같이 가열ㆍ냉각을 반복해서 받는 부재에 사용하면, 열 피로 파괴가 발생하기 쉽다.

한편, 페라이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 열팽창 계수가 작으므로, 열 피로 특성이나 내스케일 박리성이 우수하다. 또한, Ni을 함유하지 않으므로, 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 재료 비용이 저렴하여, 범용적으로 사용된다.

페라이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스강에 비해, 고온 강도가 낮으므로, 고온 강도를 향상시키는 기술이 개발되어 왔다.

고온 강도를 향상시킨 페라이트계 스테인리스강에는, 예를 들어 SUS430J1(Nb 첨가 강), Nb-Si 첨가 강, SUS444(Nb-Mo 첨가 강)가 있다. 이들은, 모두 Nb 첨가에 의한 고용 강화, 또는 석출 강화에 의해 고온 강도를 높게 한 것이다.

Nb 첨가 강에는, 제품판의 경질화, 연신율의 저하 및 딥드로잉성의 지표로 되는 r값이 낮다고 하는 문제가 있다.

제품판의 경질화는, 고용 Nb나 석출 Nb의 존재에 의해, 상온에 있어서 경질화가 발생하는 현상이다.

재결정 집합 조직의 발달이 억제되므로, 연신율이 저하되거나, r값이 낮아져, 배기 부품을 성형할 때의 프레스성, 형상 자유도가 낮아진다.

또한, Nb는 원료 비용이 높아, 다량으로 첨가하면, 제조 비용이 상승한다.

Nb 이외의 첨가 원소에 의해 우수한 고온 특성이 얻어지면, Nb 첨가량을 억제할 수 있어, 저비용이고 가공성이 우수한 내열 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것이 가능하게 된다.

특허문헌 1 내지 6에는, Cu 첨가에 관한 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1에서는, 저온 인성 향상을 위해 0.5％ 이하의 Cu의 첨가가 검토되어 있다.

특허문헌 2에 기재된 기술은, Cu의, 강의 내식성 및 내후성을 높이는 작용을 이용한 기술이다.

특허문헌 3 내지 6에는, Cu 석출물에 의한 석출 강화를 이용하여 600℃, 혹은 700 내지 800℃의 온도 영역에 있어서의 고온 강도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

이들 기술은, 모두 Nb의 첨가가 필요하여, 비용이나 가공성의 면에서 문제가 있다.

또한, Cu 석출물을 이용한 고온 강도 향상에는, Cu 석출물이 장시간 고온에 노출되면, 석출물의 응집ㆍ합체에 의한 조대화가 급속하게 진행되므로, 석출 강화능이 현저하게 저하된다.

그 결과, 배기 매니폴드와 같이, 엔진의 기동ㆍ정지에 수반되는 열사이클을 받는 부재에 사용하면, 장시간의 사용에 의해 현저하게 고온 강도가 저하되어, 열 피로 파괴가 일어날 위험성이 발생한다.

또한, Nb를 다량으로 첨가한 성분계에서는, 고온 가열 시에 조대한 Laves상과 모상 계면에 Cu 석출물이 석출되므로, Cu 석출물에 의한 석출 강화의 효과가 얻어지지 않는다.

특허문헌 6에는, Nb-Cu-B 복합 첨가에 의해 미세한 Cu를 석출시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나 Laves상과의 복합 석출은 회피할 수 없고, 또한, 미량의 Mo의 첨가가 필요하여, 가공성이나 비용에 문제가 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-37176호 공보 특허 제3446667호 공보 국제 공개 WO2003／004714호 공보 특허 제3468156호 공보 특허 제3397167호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-240143호 공보

내열성의 관점으로부터, 고온 강도를 향상시키기 위해, Cu를 미세하게 석출시키는 검토는 이루어져 있지만, 가공성이나 비용의 관점으로부터 불충분하다. 또한, 장시간 고온으로 유지된 경우의, 석출물의 조대화에 수반되는 대폭적인 강도 저하라고 하는 문제는 해결되어 있지 않다.

이들 문제를 해결한, 저비용이고, 또한 강도 안정성이 우수한 배기 부품용 페라이트계 스테인리스강이 요망되고 있다.

본 발명은, 장시간의 열 환경 하에서도 고온 강도 안정성이 높은, 내열성과 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제공을 과제로 한다. 특히, 높은 가공성과 강도가 요구되고, 600 내지 800℃로 되는 열 환경 하에서 사용되는 배기 부품에 적합한, 배기 부품용 페라이트계 스테인리스강의 저렴한 제공을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, Cu의 석출의 거동과 조대화의 거동 및 600 내지 800℃ 정도에 있어서의 고온 강도에 대해, Ti, Nb의 영향을 고려하여, 상세하게 조사하였다.

그 결과, Cu, Ti 및 Nb의 양을 조정함으로써, 고온 장시간의 열처리(시효 처리)에 수반되는 Cu 석출물의 조대화를 억제하고, Cu 석출물에 의한 석출 강화를 장시간의 시효 후에 있어서도 유효하게 작용시키는 것이 가능한 것을 발견하였다.

구체적으로는, Cu／(Ti＋Nb)를 5 이상으로 함으로써, 600 내지 800℃에서 장시간의 시효 처리를 실시해도, 종래의 Nb를 다량으로 함유하는 강 이상의 고온 강도를 달성할 수 있는 것을 발견하였다.

이것은, 배기 부재와 같이 반복해서 열사이클을 받고, 장기에 사용되는 부품의 내구 안정성에 대해, 극히 유효하다.

전술한 바와 같이, Nb 첨가 강, 또는 Nb-Ti 복합 첨가 강을, 600 내지 800℃의 온도 영역에서 장시간 가열하면, Fe과 Nb, 혹은 Fe과 Ti의 금속간 화합물(각각, Fe₂Nb, Fe₂Ti)이 생성된다. 이들은 Laves상이라고 불리는 석출물이고, 시간과 함께 급속하게 조대화하고, 고용 Nb 및 고용 Ti이 감소한다.

이와 같은 상태에서는, Laves상에 의한 석출 강화나, 고용 Nb 및 고용 Ti에 의한 고용 강화의 효과는 얻어지지 않으므로, 고온 강도가 저하된다.

또한, 이에 의해, 열 피로 특성이나 크리프 특성이 열화되어, 부품 손상이 가속적으로 진행되어, 파괴에 이른다.

Cu를 첨가하면, Cu의 미세 석출에 의해 석출 강화가 작용하지만, 동시에 Nb나 Ti이 다량으로 첨가되어 있는 경우에는, Laves상과 복합 석출되어, 미세 석출의 효과가 작아진다.

본 발명자들은, Ti과 Nb의 첨가량을 Cu 첨가량에 대해 낮게 억제함으로써, Laves상 석출을 억제하거나, 또는 Laves상의 미세 석출 강화의 작용과 함께, Nb나 Ti의 클러스터를 이용하여 Cu를 미세 석출시키는 방법을 발견하였다.

이와 같이 석출된 Cu는, 장시간의 열처리를 실시해도 조대화가 억제되어, 고온 강도 안정성이 높아진다.

이상의 지식으로부터, 본 발명에서는, 미세한 Cu 석출물의 안정성을 확보하여, 우수한 내열 성능을 갖는 배기 부품용의 페라이트계 스테인리스 강판을 저렴하게 제공하는 것을 가능하게 하였다.

본 발명의 요지는, 이하와 같다.

(1) 질량％로, C:0.010％ 미만, N:0.020％ 이하, Si:0.1％ 초과 내지 2.0％ 이하, Mn:0.28 내지 2.0％, Cr:12.0 내지 25.0％, Cu:0.9％ 초과 내지 2.0％, Ti:0.05 내지 0.3％, Nb:0.001 내지 0.1％, Al:1.0％ 이하 및 B:0.0003 내지 0.0030％ 이하를 함유하고, Cu, Ti 및 Nb의 함유량이 Cu／(Ti＋Nb)≥5를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어져, 시효 없이 700℃의 0.2％ 내력이 98MPa 이상인 것을 특징으로 하는 내열성과 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판.

(2) 질량％로, Mo:0.50％ 이하, V:0.50％ 이하 및 Sn:0.50％ 이하 중 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 내열성과 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하고, 계속해서, 700 내지 850℃에서 1 내지 100hr의 열처리를 실시하고, 그 후 냉간 압연 및 어닐링을 실시하고, 시효 없이 700℃의 0.2％ 내력이 98MPa 이상인 강판을 얻는 것을 특징으로 하는 내열성과 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 다량으로 Nb를 첨가하지 않아도 고온 강도와 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판이 얻어지고, 특히 배기 매니폴드, 프론트 파이프 및 센터 파이프 등의 배기계 부재에 사용함으로써, 환경 대책이나 부품의 저비용화 등에 큰 효과가 얻어진다.

도 1은 Cu／(Ti＋Nb)의 값과, 700℃에서 100시간 시효 열처리한 후의 700℃의 0.2％ 내력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명 강과 비교 강의, 고온 인장 시험에 있어서의 0.2％ 내력을 나타내는 도면이다.

우선, 본 발명의 스테인리스강의 성분 조성에 대해 설명한다. 이하,「％」는, 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.

각 성분 조성에서, 함유량의 하한의 규정이 없는 것에 대해서는, 불가피적 불순물 레벨까지 포함하는 것을 나타낸다.

C는, 성형성과 내식성을 열화시켜, 고온 강도의 저하를 초래하므로, 그 함유량은 적을수록 좋다. 따라서 C의 함유량은, 0.010％ 미만으로 한다. C의 함유량을 과도하게 저감시키면, 정련 비용이 증가한다. 내산화성도 고려하면, C의 함유량은, 0.002 내지 0.009％가 바람직하다.

N는, C와 마찬가지로, 성형성과 내식성을 열화시켜, 고온 강도의 저하를 초래하므로, 그 함유량은 적을수록 좋다. 따라서 N의 함유량은, 0.020％ 이하로 한다. N의 함유량을 과도하게 저감시키면 정련 비용이 증가한다. 내산화성도 고려하면, 0.002 내지 0.015％가 바람직하다.

Si는, 탈산제로서 유용한 원소로, 탈산제로서의 효과를 얻기 위해서는, 0.1％ 초과의 첨가가 필요하다. 또한, Si는, 내산화성이나 고온 강도의 향상을 가져오지만, 함유량이 2.0％ 초과로 되면 가공성이 현저하게 열화되고, 또한 Laves상 생성을 촉진하므로, Si의 함유량은 2.0％ 이하로 한다. 제조성, 고온 강도 및 내산화성을 고려하면, Si의 함유량은, 0.2 내지 1.5％가 바람직하다.

Mn은, 탈산제로서 첨가되는 원소이고, 또한, 600 내지 800℃ 정도의 온도 영역에서의 고온 강도의 상승에 기여한다. 또한, 장시간 사용 중에, Mn계 산화물을 표층에 형성하여, 스케일 밀착성의 향상이나, 이상 산화의 억제에 기여한다. Mn의 함유량이 2.0％를 초과하면, 상온 연성이 저하되고, 또한, MnS이 형성됨으로써 내식성이 저하된다. 상온 연성이나 스케일 밀착성을 고려하면, Mn의 함유량은 0.1 내지 1.5％가 바람직하다.

Cr은, 필요한 내산화성이나 내식성을 얻기 위해 필수적인 원소이다. Cr의 함유량이 12.0％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. Cr의 함유량이 25.0％를 초과하면, 가공성의 저하나 인성의 열화를 초래한다. 따라서 Cr의 함유량은, 12.0 내지 25.0％로 한다. 제조성이나 고온 연성을 고려하면, 12.5 내지 20.0％가 바람직하다.

Cu는, 특히 600 내지 800℃ 정도의 온도 영역에 있어서의 고온 강도 향상에 유효한 원소이다. 이것은, 주로, 600 내지 800℃ 정도의 온도 영역에 있어서의, Cu 석출물에 의한 석출 강화에 의한 효과이다.

이 효과를 얻기 위해서는, Cu의 함유량을 0.90％ 초과로 할 필요가 있다. Cu의 함유량이 2.0％를 초과하면, 열간 압연 시에 균열이 발생하고, 또한 상온 연성이 현저하게 저하된다. 따라서 Cu의 함유량은, 0.9 초과 내지 2.0％로 한다. 강도 안정성, 내산화성 및 용접성을 고려하면, 1.0 내지 1.5％가 바람직하다.

Ti은, C, N, S과 결합하여, 내식성, 내입계 부식성, 상온 연성 및 딥드로잉성을 향상시키는 원소이다. 또한, Ti 클러스터나 미세한 Ti(C, N)의 석출에 의해 Cu 석출물과의 상호 작용에 의해 고온 강도가 효과적으로 향상된다.

이들의 효과를 얻기 위해서는, Ti을 0.05％ 이상 첨가할 필요가 있다. Ti의 함유량이, 0.3％를 초과하면, Fe₂Ti이 생성되고, Cu 석출물의 복합 석출 사이트로 되어, Cu가 조대 석출된다. 따라서 Ti의 함유량은 0.05 내지 0.3％로 한다. 내산화성이나 제조성을 고려하면, 0.07 내지 0.2％가 바람직하다.

Nb는, 고온 강도를 향상시키는 원소이다. 단, 고가이므로, 그 함유량은 적은 쪽이 좋다. Nb를 0.001％ 이상 첨가하면, Fe₂Nb가 극히 미세하게 석출되고, Cu 석출물과의 상호 작용에 의해 고온 강도가 효과적으로 향상된다. Nb의 첨가량이 0.1％를 초과하면, Fe₂Nb가 조대 생성되고, 이에 수반하여 Cu도 조대 석출되므로, 고온 강도의 향상이 부족하여, 시효 열화도 심하게 된다. 따라서 Nb의 함유량은, 0.001 내지 0.1％로 한다. 제조성이나 가공성을 고려하면, 0.001 내지 0.05％가 바람직하다.

Al은, 탈산 원소로서 작용하고, 내산화성을 향상시키는 효과도 있다. Al은, 1.0％ 이하를 필요에 따라 첨가할 수 있지만, 반드시 첨가하는 것은 아니어도 된다. 또한, Al은, 고용 강화 원소로서 600 내지 700℃의 강도 향상에 유용하지만, 첨가량이 1.0％를 초과하면, 경질화되어 균일 연신율이 현저하게 저하되고, 또한, 인성이 현저하게 저하된다. 표면 흠집의 발생이나 용접성, 제조성을 고려하면, 0.01 내지 0.50％가 바람직하다.

B는, 제품의 프레스 가공 시의 2차 가공성을 향상시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, B의 함유량은 0.0003％ 이상으로 할 필요가 있다. B를 0.0030％를 초과하여 첨가하면, 경질화, Cr과 B의 석출물 생성에 의한 입계 부식 및 용접 균열이 발생한다. 따라서 B의 함유량은 0.0003 내지 0.0030％로 한다. 제조성을 고려하면, 0.0003 내지 0.0015％가 바람직하다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판에서는, Cu, Ti, Nb의 함유량을, Cu／(Ti＋Nb)≥5를 만족시킬 필요가 있다.

도 1에 Cu／(Ti＋Nb)와, 700℃에서 100시간 시효 열처리한 후의 700℃의 0.2％ 내력의 관계를 나타낸다. 도 1로부터, Cu／(Ti＋Nb)가 5 이상인 경우에, 범용 Nb 첨가 강 이상의 고온 강도로 되는 것을 알 수 있다.

도 2에 Cu 첨가 강인 강 A(본 발명 강)[0.006％ C-0.009％ N-0.86％ Si-0.28％ Mn-13.9％ Cr-1.21％ Cu-0.10％ Ti-0.001％ Nb-0.07％ Al-0.0005％ B, Cu／(Ti＋Nb)=10] 및 범용 Nb 첨가 강인 강 B(비교 강)(0.006％ C-0.009％ N-0.90％ Si-0.35％ Mn-13.8％ Cr-0.45％ Nb)의 고온 인장 시험 결과를 나타낸다.

고온 인장 시험은, JISG0567에 준거하여 압연 방향으로 인장 시험을 실시하고, 600, 700, 800 및 900℃에 있어서의 0.2％ 내력을 측정하였다.

또한, 각 온도에서 100시간 시효 열처리한 후, 각 온도에서 인장 시험을 실시한 결과도 도 2에 나타낸다.

도 2 중의 세모의 기호는 강 A, 동그라미의 기호는 강 B를 나타낸다. 또한, 백색 표시 기호는 시효 없이 인장 시험을 실시한 결과, 빈틈없이 칠한 기호는, 100시간 시효 열처리한 후, 인장 시험을 실시한 결과를 나타내고 있다.

시효 없이 인장 시험을 실시한 결과에서는, 강 A는 범용 Nb 첨가 강인 강 B에 비해, 600 내지 700℃ 미만의 고온 내력이 높고, 800℃ 이상에서도 동등 이상의 고온 내력을 나타내었다.

시효 열처리한 후, 인장 시험을 실시한 결과도, 강 A는 Nb 첨가 강인 강 B 이상의 고온 내력을 나타내고 있어, 장시간 강도 안정성이 우수한 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 스테인리스강은, 범용 Nb 첨가 강과 동등 이상의 내열성을 갖고, 내열성이 우수한 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 있어서의 강 성분의 Cu／(Ti＋Nb)는, 5 이상으로 한다. 도 1로부터, Cu／(Ti＋Nb)가 15 정도로 되면, 강도가 포화되는 것을 알 수 있다. 제조성이나 가공성도 고려하면, Cu／(Ti＋Nb)의 상한은, 15로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판에는, 사용 환경에 따라, Mo, V 및 Sn 중 1종 이상을 더 첨가해도 된다.

이들 원소는, 고온 강도나 내식성을 향상시키는 작용이 있지만, 고가이므로, 첨가량은 0.5％ 이하로 한다. 제조성이나 용접성을 고려하면, 0.01 내지 0.3％가 바람직하다.

다음에, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 스테인리스 강판의 제조 방법은, 제강, 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 어닐링, 산세의 각 공정으로 이루어진다.

제강은, 상기한 필수 성분 및 필요에 따라 첨가되는 선택 성분을 함유하는 강을 전로 용제하고, 계속해서 2차 정련을 행하는 방법이 적합하다. 용제한 용강은, 공지의 주조 방법(연속 주조)에 따라서, 슬래브로 한다.

슬래브는, 소정의 온도로 가열되고, 소정의 판 두께로 연속 압연으로 열간 압연된다.

스테인리스 강판의 냉간 압연은, 통상 롤 직경이 60 내지 100㎜ 정도의 젠지미아 압연기로 리버스 압연하거나, 롤 직경이 400㎜ 이상의 탠덤식 압연기로 일방향 압연한다. 본 발명에서는, 어느 압연 방법을 채용해도 상관없다. 가공성의 지표인 r값을 높게 하기 위해서는, 롤 직경이 400㎜ 이상의 탠덤식 압연기로 냉간 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 탠덤식 압연은, 젠지미아 압연에 비해, 생산성에서도 우수하다.

본 발명의 스테인리스 강판의 제조 방법에서는, 생산성의 관점으로부터, 페라이트계 스테인리스 강판의 제조에 있어서 통상 실시되는 열연판 어닐링을 생략해도 상관없다. 단, 열연 강판에 700 내지 850℃에서 1 내지 100hr의 열처리를 실시한 후, 냉간 압연과 어닐링을 실시하면, 가공성이 더욱 향상된다.

Cu 첨가 강을 냉간 압연 후에 재결정 어닐링하면, 어닐링 과정에서 Cu가 석출되어, 재결정이 지연된다. 그 결과, 재결정 집합 조직(판면과 <111> 방향이 수직)의 발달이 억제되어, 딥드로잉 가공성의 지표인 r값이 향상되지 않는다.

한편, 냉간 압연 전에 Cu를 석출시킨 후에 냉간 압연 후 재결정 어닐링하는 경우, 어닐링 과정 전에 이미 Cu는 석출되어 있으므로, 어닐링 과정에서는, 석출 현상에 의한 재결정의 지연은 발생하지 않는다. 그러나 Cu가 미세 석출된 상태에서는, 전위나 결정립계의 이동을 멈추는 작용이 발생하므로, 재결정립의 생성이 지연된다.

본 발명에서는, 재결정 집합 조직과 Cu 석출 상태의 관계를 상세하게 연구한 결과, 냉간 압연 전에 Cu의 석출 입자의 직경이 50㎚ 이상이면, 재결정의 지연은 발생하지 않아, r값을 향상시킬 수 있는 것이 판명되었다.

또한, 이 상태를 얻기 위한 열처리 방법으로서, 열연 강판에 700 내지 850℃에서 1 내지 100hr의 열처리를 실시한 후, 냉간 압연과 어닐링을 실시함으로써, 딥드로잉성도 우수한 강판을 얻는 것이 가능해진다.

다른 공정의 방법은, 특별히 규정하지 않는다. 열연 조건, 열연 판 두께, 냉연판 어닐링 온도, 분위기 등은 적절하게 선택하면 된다. 또한, 냉연ㆍ어닐링 후에, 조질 압연을 실시하거나, 텐션 레벨러를 통과시켜도 상관없다. 제품판 두께는, 요구되는 부재의 두께에 따라, 선택하면 된다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성의 강을 용제하여 슬래브로 주조하고, 슬래브를 열간 압연하여, 5㎜ 두께의 열연 코일로 하였다. 그 후, 열연 코일을 산세하고, 2㎜ 두께까지 냉간 압연하고, 어닐링, 산세를 실시하여 제품판으로 하였다. 냉연판의 어닐링 온도는, 결정립도 번호를 6 내지 8 정도로 하기 위해, 850 내지 1000℃로 하였다.

표 중의 No.1, 4, 6 및 8은 본 발명 강, No.2, 3, 5, 7, 9 및 10은 참고 강, No.11 내지 25는 비교 강이다. No.11은, Nb-Si 첨가 강으로서 사용 실적이 있는 강이다. 표 1 중의 밑줄은, 본 발명에서 규정하는 범위로부터 벗어나 있는 것을 나타낸다.

얻어진 제품판으로부터, 고온 인장 시험편을 채취하고, 700℃에서 인장 시험을 실시하고, 0.2％ 내력을 측정하였다(JISG0567에 준거).

또한, 장시간의 고온 강도 안정성을 조사하기 위해, 제품판을 700℃에서 100시간 시효한 후의 고온 내력을 측정하였다.

또한, 내산화성의 시험으로서, 대기 중 900℃에서 200시간의 연속 산화 시험을 행하고, 이상 산화의 발생의 유무를 평가하였다(JISZ2281에 준거).

또한, 상온의 가공성의 평가로서, JIS13호 B 시험편을 제작하여 압연 방향과 평행 방향의 인장 시험을 행하고, 파단 연신율을 측정하였다.

본 발명의 스테인리스 강판의 필요 특성은, 고온 내력 및 상온에서의 파단 연신율이, 기존 강인 No.11의 고온 내력 및 상온에서의 파단 연신율 이상인 것이다. 표 2에 평가 결과를 나타낸다. 밑줄은, 본 발명의 스테인리스 강판의 필요 특성으로부터 벗어나 있는 것을 나타낸다.

표 2로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명에서 규정하는 성분 조성을 갖는 강은, Nb를 다량으로 첨가한 기존 강(No.11)에 비해 700℃에 있어서의 고온 내력이 높다. 특히, 시효 열처리 후의 고온 내력이 높고, 열적 안정성이 우수하다. 또한, 이상 산화의 문제도 없고, 상온에서의 기계적 성질에 있어서 파단 연성이 비교 강 이상으로, 가공성도 우수하다.

비교 강의 No.12, 13은, 각각 C와 N의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나 있어, 고온 강도, 내산화성, 가공성이 떨어진다.

No.14는, Si의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나 있어, 가공성이 떨어지는 동시에, 시효 후의 강도가 낮다.

No.15는, Mn의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나 있어, 가공성이 떨어진다.

No.16은, Cr의 양이 본 발명에서 규정하는 하한보다 적으므로, 고온 강도가 낮고, 또한 내산화성도 떨어진다.

No.17은, Cu의 양이 본 발명에서 규정하는 하한보다 적으므로 고온 강도가 낮다.

No.18은, Cu의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나 있어, 내산화성과 가공성이 떨어진다.

No.19와 20은, 각각 Nb와 Ti의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나, Cu／(Ti＋Nb)가 5 미만이므로, 시효 후 강도가 낮고, 가공성도 떨어진다.

No.21 및 22는, 각각 B과 Al의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나 있어, 가공성이 떨어진다.

No.23, 24 및 25는, 각각 Mo, V 및 Sn의 양이 본 발명에서 규정하는 상한을 벗어나 있어, 가공성이 떨어진다.

표 3에, 표 1에 나타내는 강 1, 5, 8, 9의 열연 강판을 사용하여, 표 3에 나타내는 조건으로 열처리한 후에 냉연과 어닐링을 실시한 제품판의 r값과 상온 연신율을 나타낸다.

여기서, 상온의 파단 연신율은 상기에 명기한 방법으로 측정하였다.

r값의 평가는, JIS13호 B 인장 시험편을 채취하여, 압연 방향, 압연 방향과 45°방향, 압연 방향과 90°방향으로 15％ 변형을 부여한 후에, 하기 수학식 1 및 수학식 2를 사용하여, 평균 r값을 산출하였다.

여기서, W0는 인장 전의 판 폭, W는 인장 후의 판 폭, t0는 인장 전의 판 두께, t는 인장 후의 판 두께이다.

여기서, r0은 압연 방향의 r값, r45는 압연 방향과 45°방향의 r값, r90은 압연 방향과 90°방향의 r값이다.

표 3의 결과로부터, 본 발명의 바람직한 열처리 조건으로 열처리한 경우, 평균 r값이 향상되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명의 바람직한 열처리 조건에 의해 제조한 강은, 상온 연성에 더하여, 딥드로잉성도 향상되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, Nb나 Mo과 같은 고가의 합금 원소를 다량으로 첨가하지 않아도, 고온 특성과 가공성이 우수한 스테인리스 강판을 제공할 수 있어, 특히 배기 부재에 적용함으로써, 부품 비용의 저감이나 경량화에 의한 환경 대책 등 사회적 기여는 각별히 크다.

Claims

질량％로,
C:0.010％ 미만,
N:0.020％ 이하,
Si:0.1％ 초과 2.0％ 이하,
Mn:0.28 내지 2.0％,
Cr:12.0 내지 25.0％,
Cu:0.9％ 초과 1.5％ 이하,
Ti:0.05 내지 0.3％,
Nb:0.001 내지 0.1％,
Al:1.0％ 이하,
B:0.0003 내지 0.0030％ 및
V:0.50％ 이하를 함유하고,
Cu, Ti 및 Nb의 함유량이 Cu／(Ti＋Nb)≥5를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어져, 시효 없이 700℃의 0.2％ 내력이 98MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 내열성과 가공성이 우수한 배기 부품용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항에 있어서, 700℃에서 100시간 시효 후의 700℃의 0.2％ 내력이 41MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 내열성과 가공성이 우수한 배기 부품용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로,
Mo:0.50％ 이하 및
Sn:0.50％ 이하 중 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 내열성과 가공성이 우수한 배기 부품용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항에 기재된 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하고, 계속해서, 700 내지 850℃에서 1 내지 100hr의 열처리를 실시하고, 그 후 냉간 압연 및 어닐링을 실시하고, 시효 없이 700℃의 0.2％ 내력이 98MPa 이상인 강판을 얻는 것을 특징으로 하는, 내열성과 가공성이 우수한 배기 부품용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제3항에 기재된 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하고, 계속해서, 700 내지 850℃에서 1 내지 100hr의 열처리를 실시하고, 그 후 냉간 압연 및 어닐링을 실시하고, 시효 없이 700℃의 0.2％ 내력이 98MPa 이상인 강판을 얻는 것을 특징으로 하는, 내열성과 가공성이 우수한 배기 부품용 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.