KR20160014685A - 용접부의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 - Google Patents

Abstract

용접부의 내식성이 뛰어난 페라이트계 스테인리스강을 제공한다. 질량%로 C:0.001~0.025%, Si:0.05~0.30%, Mn:0.35~2.0%, P:0.05%이하, S:0.01%이하, Al:0.05~0.80%, N:0.001~0.025%, Cr:16.0~20.0%, Ti:0.12~0.50%, Nb:0.002~0.050%, Cu:0.30~0.80%, Ni:0.05~0.50% 미만, V:0.01~0.50%를 함유하고, 아래의 식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강. 0.50<25×C+18×N+Ni+0.11×Mn+0.46×Cu …(1) 또한, 식 중 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

Description

용접부의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강{FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT WELD CORROSION RESISTANCE}

본 발명은, 용접을 할 때에 용접 상대재에서 용접 비드로 침입하는 탄소 및 질소 또는 대기에서 침입하는 질소에 기인한 내식성 저하가 발생하기 어려운 페라이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

페라이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여, 적은 Ni량으로 내식성을 확보할 수 있다. Ni는 고가의 원소이므로, 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여, 저 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해서, 열 전도율이 높고, 열 팽창률이 작으며, 또한, 응력 부식 균열이 일어나기 어려운 등의 우수한 특성이 있다. 이 점에서, 페라이트계 스테인리스강은, 자동차 배기계 부재, 지붕, 창호 등의 건축재, 주방 기기나 저수 탱크, 온수 저장 탱크 등의 물을 사용하는 재료 등, 폭넓은 용도에 적용되어 왔다.

이들 구조물의 제작에 있어서는, 오스테나이트계 스테인리스강, 특히 SUS304(18%Cr-8%Ni)(JIS G 4305) 등과, 페라이트계 스테인리스강을 조합하여 사용되는 경우가 많다. 이러한 스테인레스강의 용접 방법으로는, 일반적으로 TIG용접이 이용된다. 이 경우에도, 용접부에 대해서 모재부와 마찬가지로 양호한 내식성이 요구된다.

이러한 과제에 대해서, Cr보다도 C 및 N과의 친화력이 큰 Ti, Nb를 첨가함으로써, C 및 N을 Ti, Nb의 탄질화물로 고정하여, Cr 탄질화물의 생성을 억제하여 예민화(銳敏化)의 발생을 억제하고, 양호한 내식성을 확보하는 방법이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 Ti와 Nb를 복합 첨가함으로써, 페라이트계 스테인레스강의 내입계(耐粒界) 내식성을 향상시킨 강이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 Nb를 첨가함으로써, 내입계 부식성을 향상시킨 강이 개시되어 있다.

그러나, 어느 발명도 0.3 질량% 이상의 Mo 첨가를 필요로 한다. Mo는 모재의 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나, 강한 페라이트 생성 원소이기 때문에, 0.3 질량%의 Mo가 첨가된 경우, 용접부의 페라이트상의 생성이 촉진되어, 용접부의 예민화가 조장되므로, 충분한 용접부의 내식성을 얻을 수 없다. 또한, 모두 0.1 질량% 이상의 Nb 첨가를 필요로 한다. 그러나, 다량의 Nb를 포함하는 강을 용접한 경우, 고용 Nb가 용접부에서 조대(粗大) Nb 석출물로 생성되어, 용접 균열 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 용접부의 내식성을 Nb나 Ti 등의 탄질화물 생성 원소의 첨가만에 의해 얻는 것은, 생산성과 실용성을 고려하면 최적의 방안이라고는 할 수는 없다.

특허문헌 1 : 일본 특개 2007-270290호 공보

특허문헌 2 : 일본 특개 2010-202916호 공보

따라서, 본 발명은, Ti, Nb의 과도한 첨가를 필요로 하지 않는, 용접부의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 종래 이상의 용접부의 내식성 저하를 억제할 수 있는 기술에 대해서 예의 검토했다. 먼저, 발명자들은 충분한 용접부의 내식성을 얻기 위해서 허용되는 예민화 정도에 대해서 16~20 질량% Cr강을 이용하여 계통적으로 조사했다. 그 결과, 예민화에 의한 용접부의 내식성의 저하는, Cr 탄질화물에 의한 페라이트상의 입계피복율(입계피복율에 대해서는 실시예의 측정 방법을 참조)이 40%를 넘었을 경우에 현재화(顯在化)하는 것을 알아냈다.

다음으로, 발명자들은 Cr 탄질화물에 의한 페라이트상의 입계피복율을 저감하는 방법에 대해서 검토했다. 그 결과, 오스테나이트 생성 원소인 Mn 및 Cu의 첨가에 의해 오스테나이트상을 안정화하는 것이, 용접부의 내식성 향상에 매우 효과적인 것을 알아냈다.

즉, Mn 및 Cu의 첨가에 의해, 오스테나이트상을 안정화한 경우, 용접시의 페라이트상의 생성을 억제할 수 있다는 것과 함께, 페라이트상의 고용(固溶) 한도 이상으로 포함된 C 및 N을 페라이트상보다도 고용화가 압도적으로 큰 오스테나이트상 중에 고용시킨 상태에서 안정화함으로써, Cr 탄질화물의 생성에 의한 예민화를 방지할 수 있어, 용접부의 내식성이 현격히 향상하는 것을 알아냈다.

또한, C 및 N을 오스테나이트상 중에서 고용하기 때문에, 종래의 Ti, Nb 등만에 의해 C 및 N의 고정화를 하는 것에 비해, 더 많은 C 및 N 량에서도 예민화를 방지할 수 있는 것도 밝혀냈다. 발명자들은 상기 효과를 얻을 수 있는 강 성분에 대해서 계통적으로 조사하여, 상기 효과는 오스테나이트상을 안정화하는 C, N, Ni, Mn 및 Cu의 함유량이 아래의 식 (1)을 만족하는 경우에 얻을 수 있다는 것을 알아냈다.

0.50<25×C+18×N+Ni+0.11×Mn+0.46×Cu …(1)

또한, 식 중의 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

또한, 본 효과는, 종래 기술인 Ti, Nb 첨가에 의한 C 및 N의 고정화와 병용할 수 있으므로, Ti나 Nb의 과도한 첨가를 필요로 하지 않고도, 종래의 강보다도 월등히 우수한 용접부의 내식성을 얻을 수 있다.

본 발명은, 상기의 지식에 의해 이루어진 것으로, 그 요지는 아래와 같다.

[1] 질량%로, C:0.001~0.025%, Si:0.05~0.30%, Mn:0.35~2.0%, P:0.05% 이하, S:0.01% 이하, Al:0.05~0.80%, N:0.001~0.025%, Cr:16.0~20.0%, Ti:0.12~0.50%, Nb:0.002~0.050%, Cu:0.30~0.80%, Ni:0.05% 이상 0.50% 미만, V:0.01~0.50%를 함유하고, 아래의 식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접부의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

0.50<25×C+18×N+Ni+0.11×Mn+0.46×Cu …(1)

또한, 식 중의 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

[2] 또한, 질량%로, Zr:0.01~0.50%, W:0.01~0.20%, REM:0.001~0.10%, Co:0.01~0.20%, B:0.0002~0.010%, Sb:0.05~0.30% 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 용접부의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

본 발명에 따르면, 용접 상대재에서 모재에 C 및 N이 침입하는 것과 같은 용접 조건에서도 우수한 내식성을 가진 페라이트계 스테인레스강을 얻을 수 있다.

아래에, 본 발명의 각 구성 요건의 한정 이유에 대해서 설명한다.

1. 성분 조성 및 금속 조직에 대해서

먼저, 본 발명의 강의 성분 조성을 규정한 이유를 설명한다. 또한, 성분%는 모두 질량%를 의미한다.

C:0.001~0.025%

C는 불가피하게 포함되는 원소이다. C량이 많을수록 강도가 향상되고, 적을수록 가공성이 향상된다. 충분한 강도를 얻기 위해서는, 0.001% 이상의 함유가 필요하다. 그러나, 0.025%를 넘어 함유하면 가공성의 저하가 현저하게 되고, Cr 탄화물의 석출에 의한 국소적인 Cr 결핍에 기인한 내식성의 저하(예민화)가 발생하기 쉽게 된다. 그래서, C량은 0.001~0.025% 범위로 한다. 다만, C량이 적을수록 내식성 및 가공성의 관점에서는 바람직하지만, C량을 극도로 저하시키는 것은 정련에 시간이 걸려, 제조상 바람직하지 않다. 따라서, 바람직하게는 0.003~0.018%의 범위로 한다. 더 바람직하게는 0.005~0.012%의 범위이다.

Si:0.05~0.30%

Si는 용접부의 내식성 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.05% 이상의 함유가 필요하며, 함유량이 많을수록 그 효과는 커진다. 그러나, Si 함유량이 0.30%를 넘으면 용접부의 성형성이나 인성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, Si량은 0.05~0.30% 범위로 한다. 바람직하게는 0.05~0.25%의 범위이다. 또한, 더 바람직하게는 0.08~0.20%의 범위이다.

Mn:0.35~2.0%

Mn은 본 발명에서 특히 중요한 원소이다. Mn은 탈산제로서 유효한 원소인 동시에, 오스테나이트상을 안정화하는 효과를 가진다. 소정량의 Mn을 함유시킴으로써, 용접시의 페라이트상의 생성을 억제할 수 있어, 페라이트상의 고용 한도 이상으로 포함된 C 및 N을 페라이트상보다도 고용 한도가 큰 오스테나이트상 중에 고용시킨 상태에서 안정화함으로써, Cr 탄질화물의 생성에 의한 예민화를 방지하는 효과를 가져오므로, 용접부의 내식성이 향상된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.35% 이상의 Mn을 함유할 필요가 있다. 그러나, Mn함유량이 2.0%를 넘으면, 모재가 지나치게 경질화하여 연성이 저하하는 동시에, 용접부에 대해서는, 용접부의 경질화에 의한 인성의 저하가 발생하므로 바람직하지 않다. 따라서, Mn량은 0.35~2.0%의 범위로 한다. 바람직하게는 0.50~1.5%의 범위이다. 더 바람직하게는 0.75~1.25%의 범위이다.

P:0.05% 이하

P는 강에 불가피하게 포함되는 원소이며, 과잉 함유는 용접성을 떨어뜨리고, 입계 부식을 발생하기 쉽게 한다. 이러한 경향은 0.05% 이상 함유에서 현저하게 된다. 따라서 P량은 0.05%이하로 한다. 바람직하게는 0.03%이하이다.

S:0.01% 이하

S도 P와 마찬가지로 강에 불가피하게 포함되는 원소이며, 0.01% 이상 함유로 내식성이 저하한다. 따라서 S량은 0.01% 이하로 한다. 바람직하게는 0.008% 이하이다.

Al:0.05~0.80%

Al도 Si와 마찬가지로, 용접부의 내식성을 향상시키는 원소이다. Al은 N과의 친화력이 Cr보다도 강하기 때문에, 용접부에 N이 혼입된 경우에, N을 Cr질화물이 아닌 Al질화물로 석출시켜, 예민화를 억제하는 효과가 있다. 또한, Al은 제강 공정에서의 탈산에 유용한 원소이기도 하다. 이들의 효과는 0.05% 이상 함유하는 것으로 얻을 수 있다. 그러나, 0.80%를 넘어서 Al을 함유하면, 페라이트 결정립이 조대화하여, 가공성과 생산성이 저하한다. 따라서, Al량은 0.05~0.80% 범위로 한다. 바람직하게는 0.10~0.60%의 범위이다. 더 바람직하게는 0.15~0.50%의 범위이다.

N:0.001~0.025%

N은 C와 마찬가지로 강 중에 불가피하게 함유되는 원소이다. N 함유량이 많으면 강도가 향상되고, 적을수록 가공성이 향상된다. 충분한 강도를 얻기 위해서는, 0.001% 이상의 함유가 적당하다. 그러나, 함유량이 0.025%를 넘으면 연성이 현저히 저하하고, Cr 질화물의 석출을 조장함으로써 내식성의 저하가 발생하므로 바람직하지 않다. 따라서, N량은 0.001~0.025% 범위로 한다. 내식성의 관점에서 N은 적을수록 바람직하다. 그러나, N량을 저감하려면 정련 시간을 증가시킬 필요가 있어, 생산성 저하를 초래한다. 따라서, 0.003~0.025%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.003~0.015%의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.003~0.010%의 범위이다.

Cr:16.0~20.0%

Cr은 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위한 가장 중요한 원소이다. Cr 함유량이 16.0% 미만에서는, 용접에 의한 산화로 표층의 Cr이 감소하여 용접 비드나 그 주변에 있어서 충분한 내식성을 얻을 수 없다. 또한, 용접시에 용접 상대재 또는 대기에서 혼입하는 N에 기인하는 예민화가 더욱 조장되므로 바람직하지 않다. 한편, Cr 함유량이 20.0%를 넘으면, 인성의 저하나, 소둔 후의 탈 스케일성이 저하되므로 바람직하지 않다. 따라서 Cr량은 16.0%~20.0% 범위로 한다. 바람직하게는 16.5%~19.0%의 범위이다. 더욱 바람직하게는 17.0~18.5%의 범위로 한다.

Ti:0.12~0.50%

Ti는 C 및 N과 우선적으로 결합하여 Cr 탄질화물의 석출에 의한 예민화에 기인한 내식성 저하를 억제하는 원소이다. 이 효과는 0.12% 이상 함유하는 것으로 얻어진다. 그러나, 함유량이 0.50%를 넘으면 조대한 Ti 탄질화물이 생성하여, 표면 결함을 일으키므로 바람직하지 않다. 따라서 Ti량은 0.12~0.50% 범위로 한다. 바람직하게는 0.15~0.40%의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.20~0.35%의 범위이다.

Nb:0.002~0.050%

Nb는 C 및 N과 우선적으로 결합하여 Cr 탄질화물의 석출에 의한 예민화에 기인한 내식성 저하를 억제하는 원소이다. 또한, Nb는 용접부의 결정 입경을 미세화하고, 용접부의 인성 및 굴곡성을 향상시키는 효과도 있다. 이들 효과는 0.002% 이상 함유하는 것으로 얻을 수 있다. 한편 Nb는 재결정 온도를 상승시키는 원소이기도 하므로, 0.050%를 넘어 함유하면 재결정에 필요한 소둔 온도가 고온화하기 때문에, 고속 냉연판 소둔 라인을 이용한 소둔 공정에서 소둔이 불충분하게 되므로, 미 재결정립과 재결정립니 혼재함으로써 가공성 저하가 발생하므로 바람직하지 않다. 따라서, Nb량은 0.002~0.050% 범위로 한다. 바람직하게는 0.010~0.045%의 범위이다. 더 바람직하게는 0.015~0.040%의 범위이다.

Cu:0.30~0.80%

Cu는 내식성을 향상시키는 원소이며, 수용액 중이나 약산성의 물방울이 부착된 경우에 모재 및 용접부의 내식성을 향상시키는 데 특히 유용한 원소이다. 또한, Cu는 Ni와 같이, 강한 오스테나이트 생성 원소이며, 용접부의 페라이트상의 생성을 억제하고, Cr 탄질화물의 석출에 의한 예민화를 억제하는 효과가 있다. 이들의 효과는 0.30% 이상 함유하는 것에서 의하여 얻을 수 있다. 한편 0.80%를 넘어서 Cu를 함유하면, 열간 가공성이 저하하므로 바람직하지 않다. 따라서 Cu량은 0.30~0.80%범위로 한다. 바람직하게는 0.30~0.60%의 범위이다. 더 바람직하게는 0.35~0.50%의 범위이다.

Ni:0.05% 이상 0.50% 미만

Ni은 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소이며, 부동태피막(不動態皮膜)이 형성되지 못해, 활성 용해가 발생하는 부식 환경에서 부식의 진행을 억제하는 원소이다. 또한, Ni는 강한 오스테나이트 생성 원소이며, 용접부에서의 페라이트 생성을 억제하고, Cr 탄질화물의 석출에 의한 예민화를 억제하는 효과가 있다. 이들 효과는 0.05% 이상 함유함으로로써 얻어진다. 그러나, Ni를 0.50% 이상 함유하면, 가공성이 저하하고, 응력 부식 균열 감수성이 커진다. 또한, Ni는 고가의 원소이므로, 제조 비용의 증대를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 그래서, Ni량은 0.05% 이하 0.50% 미만의 범위로 한다. 바람직하게는 0.10~0.30%의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.15~0.25%의 범위이다.

V:0.01~0.50%

V는 내식성이나 가공성을 향상시키는 원소로, 용접부에 N을 혼입한 경우에 N과 결합함으로써 Cr 질화물의 생성을 억제하고, 용접부의 예민화를 저감하는 효과를 가진다. 이 효과는 0.01%이상 함유하는 것으로 얻어진다. 그러나, 함유량이 0.50%를 넘으면 가공성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 V량은 0.01~0.50% 범위로 한다. 바람직하게는 0.05~0.30%의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.08~0.20%의 범위이다.

0.50<25×C+18×N+Ni+0.11×Mn+0.46×Cu …(1)

또한, 식 중의 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

용접부의 C 및 N을 오스테나이트상 중에 고용시켜 고정화하기 위해서는, 용접 후의 냉각 조직 중에 오스테나이트상을 생성시킬 필요가 있다. 용접 후의 냉각 과정에서 오스테나이트상을 생성시키기 위해서는, 상기의 식 (1)을 만족할 필요가 있다. 식 (1)의 우변이 0.50 이하인 경우, 오스테나이트상의 안정화가 불충분하게 되어, 용접부에서 본 발명이 제공하는 고용 C 및 고용 N을 효과적으로 고정화하는 것만으로 오스테나이트상을 생성시킬 수 없다. 따라서 식 (1)의 우변은 0.5 초과로 한다. 바람직하게는 0.60 이상이다. 더 바람직하게는 0.70 이상이다.

이상이, 본 발명의 기본 화학 성분이며, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피한 불순물로서는, Ca:0.0020% 이하가 허용될 수 있다.

또한, 상기 기본 성분에 더하여, 용접 비드의 예민화의 억제 및 내식성 향상 등의 목적으로, 아래의 원소를 함유해도 된다.

Zr:0.01~0.50%

Zr은 C 및 N과 결합하여 예민화를 억제하는 효과가 있다. 이 효과는 0.01% 이상의 함유로 얻을 수 있다. 그러나, 0.50%를 넘어 함유하면 가공성이 떨어진다. 또한, Zr은 고가의 원소이므로, 과도한 첨가는 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 Zr을 함유하는 경우에는 0.01~0.50%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.10~0.35%의 범위이다.

W:0.01~0.20%

W는 Mo와 같이, 내식성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과는 0.01% 이상 함유하는 것에 의하여 얻을 수 있다. 그러나 0.20%를 넘어 함유하면 강도가 상승하고, 압연 하중의 증가 등에 의한 생산성 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 그래서 W를 함유하는 경우에는 0.01~0.20%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.05~0.15%의 범위이다.

REM:0.001~0.10%

REM은 내 산화성을 향상시키는 효과가 있고, 산화 스케일의 형성 억제에 의해 용접 템퍼 컬러(temper color) 직하에서의 Cr 결핍 영역의 형성 억제에 효과적이다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.001%이상의 함유가 필요하다. 그러나 0.10%를 넘어 함유되면 산세성(酸洗性) 등의 생산성을 떨어뜨린다. 또한, REM은 Zr와 마찬가지로 고가의 원소이므로, 과도한 함유는 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 그래서 REM을 함유하는 경우는 0.001~0.10%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.010~0.08%의 범위이다.

Co:0.01~0.20%

Co는 인성을 향상시키는 원소이다. 이 효과는 0.01% 이상의 함유에 의해 얻어진다. 한편, 0.20%를 넘어 함유하면 제조성을 떨어뜨린다. 따라서 Co를 함유하는 경우는 0.01~0.20%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.05~0.15%의 범위이다.

B:0.0002~0.010%

B는 이차 가공 취성(脆性)을 개선하는 원소이며, 그 효과는 0.0002% 이상 함유함으로써 얻어진다. 그러나, 0.010%를 넘어 함유하면 과도한 고용 강화에 의한 연성의 저하를 유인한다. 따라서 B를 함유하는 경우는 0.0002~0.010%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.0010~0.0075%의 범위이다.

Sb:0.05~0.30%

Sb은 Al과 마찬가지로 TIG 용접의 가스 시일드가 불충분한 경우에, 대기에서 혼입되는 N을 잡는 효과가 있어, 충분한 가 스기일드를 하기 어려운 복잡한 형상을 갖는 구조체에 적용할 경우에, 특히 유용한 원소이다. 그 효과는 0.05% 이상 함유함으로써 얻을 수 있다. 그러나 0.30%를 넘어 함유되면, 제강 공정에서 비금속 개재물이 생성하며, 표면 성상이 악화된다. 또한, 열연판의 인성을 악화시킨다. 그래서 Sb을 함유하는 경우에는, 0.05~0.30%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.05~0.15%의 범위이다.

2. 제조 조건에 대해서

다음으로, 본 발명의 강의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다. 상기한 성분 조성의 용강을 전로, 전기로, 진공 용해로 등의 공지의 방법으로 용제하고, 연속주조법 또는 조괴-분괴법에 의해 강 소재(슬래브)로 한다. 이 슬래브를 1100~1250℃에서 1~24시간 가열 후에 열간 압연하거나, 또는 가열하지 않고 주조 상태로 직접, 열간 압연하여 열연판으로 한다.

통상, 열연판은 800~1100℃에서 1~10분의 열연판 소둔이 이루어진다. 또한, 용도에 따라서는 열연판 소둔을 생략해도 된다. 이어서, 열연판 산세 후, 냉간 압연에 의해 냉연판으로 한 후, 재결정 소둔, 산세를 하여 제품으로 한다.

냉간 압연은 신장성, 굴곡성, 프레스 성형성 및 형상의 관점에서 50% 이상의 압축율로 하는 것이 바람직하다. 냉연판의 재결정 소둔은, 일반적으로는 JIS G 0203의 표면 마무리, No.2B 마무리 제품의 경우, 양호한 기계적 성질을 가질 것, 및 산세성 면에서 800~950℃에서 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 광택을 요구하는 개소의 부재에는 마무리에 BA소둔(광휘소둔)을 하는 것이 효과적이다. 또한, 냉간 압연 후 및 가공 후에 더욱 표면 성상을 향상시키기 위해서는, 연마 등을 해도 된다.

[실시예 1]

아래에서, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하다.

표 1에 나타내는 화학 조성을 가지는 스테인리스 강을 50kg 소형 진공 용해로에서 용제했다. 이들의 강괴를 1150℃에서 1시간 가열 후, 열간 압연을 하여 3.5mm 두께의 열연판으로 했다. 이어서 이들의 열연판에 950℃에서 1분간의 열연판 소둔을 한 후, 표면에 쇼트블라스팅 처리를 한 후, 온도 80℃, 20 질량%의 황산 용액 안에 120초 침지 후, 15 질량%의 질산 및 3 질량%의 불산으로 된 온도 55℃의 혼합산 중에 60초 침지함으로써 산세를 하여, 탈 스케일을 하였다.

이어서, 판 두께 0.8mm까지 냉간 압연하고, 약 환원성 분위기(수소:5vol%, 질소:95vol%, 노점:-40℃)에서 900℃로 1분간 재결정 소둔을 하여, 냉연 소둔판을 얻었다. 이 냉연 소둔판을 온도 50℃, 15 질량%의 질산 및 0.5 질량%의 염산으로 이루어진 혼합산 용액 중에서 전해 산세함으로써 탈 스케일 처리를 하여, 냉연 산세 소둔판을 얻었다.

[표 1-1]

[표1-2]

또한, 표 1-1, 표 1-2는 연속된 일련의 표이다.

제작한 냉연판 및 시판의 오스테나이트계 스테인리스강 SUS304(C:0.07질량%, N:0.05질량%, Cr:18.2질량%, Ni:8.2질량%)의 판 두께 0.8mm의 냉연판을 이용하여, 맞대기 TIG용접(butt TIG welding)을 했다(본 발명의 냉연판 : 모재, 용접 상대재 : SUS304). 용접 전류는 90A, 용접 속도는 60cm/min로 하고, 시일드 가스로는 8vol%의 질소, 2vol%의 산소를 함유하는 Ar가스를 15L/min로 사용했다. 얻어진 표면측의 용접 비드 폭은 약 3mm였다.

제작한 용접 비드를 포함하는 시편을 채취하여 아래의 시험을 했다.

1. 모재 및 용접부의 공식(孔食) 전위 시험

냉연 소둔 후의 시편 및 용접 후의 시편에서 20mm X 20mm의 시편을 채취하고, 10mm X 10mm의 측정면을 남기고 시일재로 피복한 시편을 제작했다. 용접 후의 시편에 대해서는 용접 비드를 포함하도록 시편을 채취하고, 용접에 의한 템퍼 컬러(산화 피막)를 남긴 채로 했다. 이들의 시편에 대해서, 30℃의 3.5질량% NaCl 용액 중에서 모재 및 용접부의 공식 전위를 측정했다. 측정에 있어서, 시편의 연마나 부동태화 처리를 하지 않았지만, 그 이외의 측정 방법은 JIS G 0577(2005)에 의했다.

모재의 공식 전위 : 150mV 이상, 용접부의 공식 전위 : 0mV 이상을 합격했다.

2. 중성 염수 분무 사이클 시험

용접 후의 시편에서, 용접 비드를 포함하는 100mm X 100mm의 시편을 채취하고, 표면을 #600 에메리 페이퍼(emery paper)로 연마 마무리한 후에, 단면부(端面部)를 시일한 시편을 제작하고, JIS H 8502에 규정된 중성 염수 분무 사이클 시험에 제공했다. 중성 염수 분무 사이클 시험은, 5 질량% NaCl 용액 분무(35℃, 2h) → 건조(60℃, 4h, 상대 습도 20~30%) → 습윤(moistness)(40℃, 2h, 상대 습도 95% 이상)이 1 사이클이다. 이를 15 사이클 실시한 후에 모재 또는 용접부의 부식 발생이 없는 경우를 합격으로 했다.

3. Cr 탄질화물에 의한 페라이트상의 입계 피복율 측정

용접한 시편의 용접 비드의 직각 방향으로 금속 조직 관찰용 시편을 채취하고, 경면(鏡面) 연마 후, 피크린산 염산 수용액으로 에칭하여 금속 조직 및 석출물을 출현시키고, 주사형 전자 현미경 및 에너지 분산형 X선 분광법을 이용한 조직 관찰 및 석출물의 상동정(相同定)을 하고, 용접 비이드부의 페라이트상의 Cr 탄질화물에 의한 입계 피복율을 측정했다.

입계 피복율은, 촬영한 조직 사진 중의 결정립의 입계 길이를 화상 해석 장치에 의해 계측하는 동시에, 입계상으로 석출된 Cr 탄질화물의 입계에 평행한 방향의 지름을 같은 화상 해석 장치로 계측하여, 입계 피복율(%) = (입계상의 Cr 탄질화물의 입계에 평행한 방향의 지름의 총계) ÷ (결정립의 입계 길이의 총계) × 100의 식으로 산출했다.

Cr 탄질화물에 의한 페라이트상의 입계 피복율이 40% 이하인 경우를 합격으로 했다.

4. 기계 특성 평가

제작한 냉연소둔판으로부터, 압연 방향과 평행하게 JIS 13B호 인장 시편을 채취하여, 인장 시험을 JIS Z2241에 따라서 하여, 파단 신장을 측정했다.

파단 신장이 25% 이상을 합격으로 했다.

5. 표면 품질 평가

냉연 소둔 후, 탈 스케일한 강판 표면을 육안으로 관찰하고, 탈 스케일 불량 및 선상(線狀) 하자 등의 표면 결함이 없는지 확인했다.

스케일 잔여물과 표면 결함이 없고, 양호한 표면 외관이 얻어지는 것을 합격 기준으로 했다.

시험 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

본 발명의 요건을 만족하는 강 No.1~20은, 모두 모재의 공식 전위가 150mV 이상, 용접 비드의 공식 전위가 0mV 이상인 동시에, 중성 염수 분무 사이클 시험에 의해서도 부식이 발생하지 않아, 오스테나이트계 스테인리스강과 용접한 경우에도 충분한 내식성이 있었다. 또한, 강 No.1~20은 모두 용접 후의 Cr 탄질화물에 의한 페라이트상의 입계 피복율이 40% 이하이며, 소정의 예민화 방지 효과를 얻고 있다. 또한, 인장 시험에 의한 파단 신장은 모두 25% 이상으로 양호한 가공 특성이 얻는 동시에, 표면 결함도 허용되지 않았다.

한편, Cr량이 본 발명의 범위를 넘어선 강 No.21은, 열간 압연 후의 강판의 인성이 현저히 저하하고, 이후의 제조 공정을 실시하지 못하여, 특성을 평가할 수 없었다.

Cr량이 본 발명의 범위를 밑도는 강 No.22는, 충분한 공식 전위를 얻지 못하고, 또한, 중성 염수 분무 사이클 시험에서 모재 및 용접부에서의 부식이 생기고, 소정의 내식성을 얻지 못했다.

Mn량이 본 발명의 범위를 밑도는 강 No.23은, 모재에 대해서는 충분한 내식성이 얻어졌지만, 용접부에 관해서는 충분한 내식성을 얻지 못했다.

한편, Mn량 또는 Al량이 본 발명의 범위를 넘어선 강 No.24 및 25는, 소정의 모재 및 용접부 내식성은 얻을 수 있었으나, 강판이 경질화한 것에 의해서 연성이 저하 하고, 소정의 기계적 특성을 얻지 못했다.

Ti량이 본 발명의 범위를 넘어선 강 No.26은, 소정의 내식성 및 기계적 특성이 얻어졌지만, 조대한 Ti계 개재물이 다량으로 생성한 것에 기인하는 표면 결함이 발생하여, 소정의 표면 성상을 얻을 수 없었다.

각 원소의 함유량은 본 발명의 범위를 만족하지만, 오스테나이트 안정화 원소의 함유량이 식 (1)의 범위를 밑도는 강 No.27~30은, 소정의 모재의 내식성 및 기계적 특성은 얻을 수 있었다. 그러나, 소정의 용접 비이드부의 공식 전위 및 용접부의 내식성은 얻을 수 없었다. No.27~30의 용접부의 단면 조직을 조사한 결과, 모두 페라이트상 입계에 입계 피복율이 50% 이상으로 매우 다량의 Cr 탄질화물이 석출된 것이 확인됐다. 강 No.27~30에서는 오스테나이트 안정화 원소가 부족했기 때문에, 용접 후 냉각 중에 페라이트상이 생성하고, 입계상에 Cr 탄질화물의 생성을 억제하지 못한 결과, 현저한 예민화가 발생하여, 소정의 용접부 내식성을 얻을 수 없었다고 생각된다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 의하면 Ti, Nb의 과잉 첨가를 필요로 하지 않고, 우수한 내식성, 기계적 특성 및 표면 성상을 가진 페라이트계 스테인레스강을 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌다.

본 발명으로 얻어진 페라이트계 스테인리스강은, 용접에 의해서 구조체의 제작이 이루어지는 용도, 예를 들면, 머플러 등의 자동차 배기계 재료, 창호, 환기구, 덕트 등의 건축용 재료 등에의 적합하다.

Claims (2)

1. 질량%로 C:0.001~0.025%, Si:0.05~0.30%, Mn:0.35~2.0%, P:0.05%이하, S:0.01%이하, Al:0.05~0.80%, N:0.001~0.025%, Cr:16.0~20.0%, Ti:0.12~0.50%, Nb:0.002~0.050%, Cu:0.30~0.80%, Ni:0.05% 이상 0.50% 미만, V:0.01~0.50%를 함유하고, 또한 아래의 식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
   0.50<25×C+18×N+Ni+0.11×Mn+0.46×Cu …(1)
   또한, 식 중의 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.
2. 제1항에 있어서,
   질량%로, Zr:0.01~0.50%, W:0.01~0.20%, REM:0.001~0.10%, Co:0.01~0.20%, B:0.0002~0.010%, Sb:0.05~0.30% 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.