KR20150075543A - 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Si의 함량을 제어하여 알루미늄 도금시에 발생할 수 있는 미도금 결함을 개선한 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 409L 페라이트계 스테인리스강으로서, wt%로, C: 0.03% 이하(0% 제외), Si: 0.5% 이하(0% 제외), Mn: 1.0 이하(0% 제외), P: 0.04% 이하(0% 제외), S: 0.03이하(0% 제외), Ni: 0.6% 이하(0% 제외), Cr: 10.50 ~11.75%, Ti: 6×C ~ 0.75%(여기서, C는 C의 함량을 의미함), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Si/Mn의 함량비율이 3.2보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강{Ferritic stainless steel sheet with excellent coating adhesion}

본 발명은 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 Si의 함량을 제어하여 알루미늄 도금시에 발생할 수 있는 미도금 결함을 개선한 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

일반적으로 오스테나이트계의 스테인리스강은 니켈(Ni)을 포함하고 있으며, 우수한 기계적 특성, 내식성, 용접성 등으로 인해 산업적으로 널리 사용되고 있다. 그런데, 이러한 오스테나이트계의 스테인리스강은 특성향상을 위해 함유되는 Ni의 가격이 비쌀 뿐만 아니라 가격/생산의 불안정성으로 인해 Ni을 함유하지 않는 페라이트계 스테인리스강에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다.

페라이트계 스테인리스강은 BCC(체심입방격자)의 결정학적 구조와 고온에서 상온까지 상변태가 없는 페라이트 단상 조직의 특성을 갖는다.

이러한 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 응력부식균열에 대한 저항성 및 열팽창특성이 우수하고, 가격경쟁력이 높으며, 이러한 기계적 특성에 따라 자동차 배기계 등에 대한 사용량이 증가하고 있다. 페라이트계 스테인리스강을 대표하는 것이 STS409L 강종이다.

최근에는 자동차 배기계 산업에 있어서 보증연한이 확대되고 있는 추세이며, 이에 따라 배기계 부재의 내구성 향상에 대한 요구가 있으며, 그에 따라 응축수 환경하에서의 내식성의 향상이 크게 중요시되고 있다. 이러한 산업계의 요구에 따라 페라이트계 스테인리스강의 내식성 향상을 목적으로 강재 표면에 Al 또는 Al-Si계 합금을 도금하여 내식성을 크게 향상시킨 소재가 개발되었다.

하지만, 409L 페라이트계 스테인리스강에 알루미늄을 도금하는 경우에 부분적으로 미도금 결함이 발생문제가 있었다.

그래서, 종래에는 페라이트계 스테인리스강의 도금밀착성을 향상시키기 위하여 강판의 표면을 처리하여 알루미늄과의 도금밀착성이 좋은 도금층을 형성한 다음 알루미늄 도금을 실시하였다. 이러한 방법에 대해서는 "도금밀착성 및 내식성이 우수한 용융알루미늄 도금스테인레스 강판의 제조방법(공개특허공보 10-1998-052520; 특허문헌 1) 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

하지만, 특허문헌 1은 알루미늄 도금층을 형성하기 위하여 별도의 Ni-Co 예비도금층을 형성하는 추가 공정이 추가되어 비용 및 생산시간이 증가되는 단점이 있었다.

한편, 탄소강의 경우 아연도금을 실시할 때 강 중 Si의 함량이 높으면 Mn과 복합산화물을 표층에 형성하여, Al이 표면에 고르게 도금되는 것을 방해한다고 알려져 있다. 또한 Si의 함량이 너무 낮으면 제강공정에서 제대로 탈산이 이루어지 않아 표층에 또다른 개재물성 결함(SCAB)을 유발하기 때문에 적정한 Si 함량 설정에 어려움이 많았다

그래서, 아연도금을 실시하는 탄소강의 도금밀착성을 개선하기 위해 적정 Si 함유량을 설정하는 것에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

특히, 409L 페라이트계 스테인리스강의 알루미늄 도금시 미도금 결함이 발생되는 원인을 분석하기 위하여 스테인리스강의 미도금부의 성분을 분석하였다.

도 1은 스테인리스강에 발생된 미도금부를 보여주는 사진이고, 도 2는 스테인리스강에 발생된 미도금부를 보여주는 EDAX 사진이며, 도 3은 스테인리스강에 발생된 미도금부의 성분을 분석한 그래프이다.

도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이 페라이트계 스테인리스강의 표면에 알루미늄을 도금하는 경우 미도금부가 발생하고, 도 3에서 알 수 있듯이 미도금부에서 Si: 2.68wt%, Cr: 11.40wt%, Mn: 1.99wt%, Fe: 83.93wt%로 측정되는바, Cr, Mn 및 Fe는 409L 페라이트계 스테인리스강의 일반적인 함량과 유사하지만, Si는 409L 페라이트계 스테인리스강의 일반적인 Si 함량보다 대략 5 ~ 6배가 높은 것을 확인하였다. 이는 강판의 표층부에서 Si농화로 인한 Si 산화물이 생성되고, 이러한 Si 산화물이 미도금의 인자로 작용한다고 추정할 수 있다.

공개특허공보 10-1998-052520 (1998. 09. 25)

본 발명은 Si의 함량을 제어하여 알루미늄 도금시에 발생할 수 있는 미도금 결함을 개선할 수 있는 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 409L 페라이트계 스테인리스강으로서, wt%로, C: 0.03% 이하(0% 제외), Si: 0.5% 이하(0% 제외), Mn: 1.0 이하(0% 제외), P: 0.04% 이하(0% 제외), S: 0.03이하(0% 제외), Ni: 0.6% 이하(0% 제외), Cr: 10.50 ~11.75%, Ti: 6×C ~ 0.75%(여기서, C는 C의 함량을 의미함), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Si/Mn의 함량비율이 3.2보다 작은 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 Si는 0.45% 이하(0% 제외)인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 409L 페라이트계 스테인리스강으로서, wt%로, Si: 0.45% 이하(0% 제외)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 409L 페라이트계 스테인리스강에 함유된 Si의 함량 및 Si/Mn의 함량비율을 조절하여 강판의 표층부에 Si 및 Mn을 함유하는 복합산화물이 생성되는 것을 억제하여 알루미늄 도금시 미도금부가 발생하는 비율을 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 스테인리스강에 발생된 미도금부를 보여주는 사진이고,
도 2는 스테인리스강에 발생된 미도금부를 보여주는 EDAX 사진이며,
도 3은 스테인리스강에 발생된 미도금부의 성분을 분석한 그래프이고,
도 4는 Si함량과 미도금부의 발생율과의 관계를 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 409L 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 한다.

예를 들어 본 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 wt%로, C: 0.03% 이하(0% 제외), Si: 0.5% 이하(0% 제외), Mn: 1.0 이하(0% 제외), P: 0.04% 이하(0% 제외), S: 0.03이하(0% 제외), Ni: 0.6% 이하(0% 제외), Cr: 10.50 ~11.75%, Ti: 6×C ~ 0.75%(여기서, C는 C의 함량을 의미함), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 또한, Mo, Cu 및 N 등과 같은 성분이 극미량으로 함유될 수 있다.

여기서, C, Mn, P, S, Ni, Cr 및 Ti의 함량은 스테인리스강 냉연코일 중 강종 KS규격에서 STS409L 강종을 한정하고 있는 C, Mn, P, S, Ni, Cr 및 Ti의 함량 범위와 동일한 범위를 가진다.

하지만, Si의 함량은 0.5% 이하인 것이 바람직하다. KS규격에서는 STS409L 강종의 Si 성분함량을 1.0% 이하인 것으로 규정하고 있지만, 본 실시예에서는 강판의 표층부에 Si 산화물에 형성되는 것을 억제하기 위하여 Si의 함량을 0.5%로 한정한다. 다만, Si의 함량이 0.45 ~ 0.5%의 범위에서는 Si/Mn의 함량비율에 따라 복합 산화물이 형성되는 비율이 다르기 때문에 Si/Mn의 함량비율이 3.2보다 작은 값을 갖도록 제어한다.

한편, Si의 함량이 0.45% 이하인 경우에는 Si/Mn의 함량비율에 상관없이 원하는 수준으로 Si 산화물이 생성되는 것을 억제할 수 있기 때문에 Si의 함량을 0.45% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이렇게 Si의 함량 및 Si/Mn의 함량비율을 제한하는 이유는 이후에 실험결과를 통하여 증명하겠다.

[실시예]

이하 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

상업 생산되는 409L 페라이트계 스테인리스강의 생산 조건에 따라 최종 냉연코일을 생산하였다. 이때 Si의 함량 및 Si/Mn의 함량비율을 아래의 표 1과 같이 변경하면서 생산된 용강을 이용하여 냉연코일을 생산하였다.

그리고, 준비된 냉연코일에 알루미늄도금을 실시하고 도금의 불량율을 측정하였다. 알루미늄의 도금량이 60g/㎡ 미만인 경우를 불량으로 판단하였고, 그 결과를 도 4 및 하기의 표 1에 나타내었다.

구분		Si/Mn 함량 비율
		1.7 ~ 2.2	2.2 ~ 2.7	2.7 ~ 3.2	3.2 ~ 3.7	3.7 ~ 4.2
Si함량 (wt%)	0.3 ~ 0.35	75	78	75	70	72
	0.35 ~ 0.4	70	70	68	60	65
	0.4 ~ 0.45	64	65	63	65	60
	0.45 ~ 0.5	62	60	60	58	52
	0.5 ~ 0.55	54	51	53	50	50
	0.55 ~ 0.6	53	55	51	52	50
	0.6 ~ 0.65	52	51	51	54	50
	0.65 ~ 0.7	57	57	50	51	50

도 3 및 표 1에서 알 수 있듯이 Si의 함량이 0.45% 이하인 경우에는 Si/Mn의 함량비율에 상관없이 도금량이 60g/㎡ 이상으로 도금이 양호하게 된 것을 확인할 수 있었다.

하지만, Si의 함량이 0.45 ~ 0.5%인 경우에는 Si/Mn의 함량비율에 따라 도금량 60g/㎡ 이상의 기준을 만족하지 못하는 경우가 발생하였다. 표 1에서 알 수 있듯이 Si/Mn의 함량비율이 낮을수록 도금성이 좋다. 이에 따라 Si의 함량이 0.45 ~ 0.5%인 경우에는 Si/Mn의 함량비율이 3.2 이하인 경우에 도금량 양호 기준인 60g/㎡을 달성하였다.

또한, Si의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 Si/Mn의 함량비율과 상관없이 도금량 양호 기준인 60g/㎡을 달성하지 못하였다.

따라서, 본 실시예에 따라 페라이트계 스테인리스강은 STS409L의 성분 규격을 만족하면서 Si의 함량을 0.45% 이하로 제한하거나 Si의 함량을 0.45 ~ 0.5%로 제한하면서 Si/Mn의 함량비율을 3.2보다 작게 제한함에 따라 409L 페라이트계 스테인리스강의 알루미늄 도금시 도금밀착성이 향상되어 미도금부가 발생하는 것을 방지할 수 있음을 확인하였다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (3)

1. 409L 페라이트계 스테인리스강으로서,
   wt%로, C: 0.03% 이하(0% 제외), Si: 0.5% 이하(0% 제외), Mn: 1.0 이하(0% 제외), P: 0.04% 이하(0% 제외), S: 0.03이하(0% 제외), Ni: 0.6% 이하(0% 제외), Cr: 10.50 ~11.75%, Ti: 6×C ~ 0.75%(여기서, C는 C의 함량을 의미함), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Si/Mn의 함량비율이 3.2보다 작은 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 Si는 0.45% 이하(0% 제외)인 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
   
3. 409L 페라이트계 스테인리스강으로서,
   wt%로, Si: 0.45% 이하(0% 제외)인 도금밀착성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
   

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