KR20180123532A

KR20180123532A - 마텐자이트계 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR20180123532A
Application number: KR1020187029446A
Authority: KR
Inventors: 데츠유키 나카무라; 신 이시카와; 치카라 가미
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-11-16
Also published as: EP3444371A1; EP3444371A4; CN108779530A; US10988825B2; KR102169859B1; US20190119775A1; ES2862309T3; WO2017179346A1; EP3444371B1; JPWO2017179346A1; JP6226111B1; CN108779530B

Abstract

질량%로, C:0.030%이상 0.20%미만, Si:0.01%이상 2.0%이하, Mn:0.01%이상 3.0%이하, P:0.050%이하, S:0.010%이하, Cr:10.0%이상 16.0%이하, Ni:0.01%이상 0.80%이하, Al:0.001%이상 0.50%이하, Zr:0.005%이상 0.50%이하, 및 N:0.030%이상 0.20%미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성으로 한다.

Description

마텐자이트계 스테인리스 강판

본 발명은 강도와 가공성, 더 나아가서는 내식성도 우수한 마텐자이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.

자동차의 배기계 부품의 각 부품간은 배기가스, 냉각수, 윤활유 등의 누출을 방지할 목적으로 가스켓이라 불리는 시일 부품으로 시일되어 있다. 가스켓은 관내의 압력 변동 등에 의해서 간극이 넓어진 경우와 좁아진 경우의 어느 경우에도 시일 성능을 발휘하지 않으면 안 되기 때문에, 비드라고 불리는 볼록부가 가공되어 있다. 비드는 사용 중에 압축과 그 완화가 반복되기 때문에, 높은 강도가 필요하게 된다. 또, 비드의 형상에 따라서는 엄격한 가공이 실시되는 경우가 있기 때문에, 가스켓용 재료에는 우수한 가공성도 요구되고 있다. 또한, 가스켓은 사용 중, 배기가스나 냉각수 등에 노출되기 때문에, 내식성도 필요하게 된다. 가스켓용 재료의 내식성이 충분하지 않으면, 부식을 기인으로 해서 파괴가 생겨 버리는 경우도 있다.

종래, 가스켓용 재료로서는 강도와 가공성을 높은 수준으로 양립한 오스테나이트계 스테인리스강의 SUS301(17질량%Cr-7질량%Ni)이나 SUS304(18질량%Cr-8질량%Ni) 등이 많이 사용되어 왔다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은 고가의 원소인 Ni를 많이 함유하기 때문에, 재료 코스트면에서 큰 과제를 갖고 있다. 또, 오스테나이트계 스테인리스강에는 응력 부식 깨짐에 대한 감수성이 높다는 과제도 있다.

이에 대해, Ni 함유량이 적기 때문에 저렴하고, 담금질 열처리에 의해서 높은 강도가 얻어지는 스테인리스강으로서, SUS403(12질량%Cr-0.13질량%C) 등의 마텐자이트계 스테인리스강, 더 나아가서는 마텐자이트를 포함하는 복층 조직을 갖는 스테인리스강이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 질소 함유 분위기 중에서 담금질 열처리를 실행하는 것에 의해, 표층부를 질화시켜 오스테나이트상을 형성함으로써 피로 특성의 개선을 도모한 마텐자이트계 스테인리스강 및 마텐자이트 + 페라이트 2상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 오스테나이트 + 페라이트의 2상 온도역에서 담금질을 실행함으로써 경도와 가공성을 양립시킨 마텐자이트 + 페라이트 2상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는 질소 함유 분위기 중에서 열처리를 실행함으로써 표층부가 마텐자이트 + 잔류 오스테나이트상, 내층부가 마텐자이트 단상인 복층 조직 스테인리스강이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 4에는 복층화 열처리 후에 시효 처리를 실행함으로써 스프링 특성을 향상시킨 마텐자이트 + 페라이트 2상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 5에는 냉간 압연율을 규정함으로써 소기한 경도를 갖는 마텐자이트 + 페라이트 2상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 6에는 표층부를 마텐자이트 + 잔류 오스테나이트의 2상으로 한 스테인스강이 개시되어 있다.

특허문헌 7에는 SUS403 등에 질소를 흡수시켜 표층부에 질소 화합물을 석출시킨 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 8에는 최외 표층으로부터 적어도 1㎛의 깊이의 표층부가 마텐자이트 단상의 층으로 덮여 있는 복층 조직 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2002-38243호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 제2005-54272호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 제2002-97554호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 평성3-56621호 특허문헌 5: 일본국 특허공개공보 평성8-319519호 특허문헌 6: 일본국 특허공개공보 제2001-140041호 특허문헌 7: 일본국 특허공개공보 제2006-97050호 특허문헌 8: 일본국 특허공개공보 평성7-316740호

그러나, 특허문헌 1∼8의 스테인리스강은 모두 가공성과 강도의 양립이라는 관점에서 불충분하며, 경량화를 의도하여 박육화되고, 더욱 높은 강도가 필요하게 된 경우에 대응할 수 없는 경우가 있다.

이와 같이, 마텐자이트계 스테인리스강은 응력 부식 깨짐에 대한 감수성이 작고, 코스트면에서도 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 저렴하지만, 강도와 가공성의 양립이라는 점에서 개선의 여지가 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로써, 우수한 강도와 가공성을 양립할 수 있고, 더 나아가서는 우수한 내식성이 얻어지는 마텐자이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은 마텐자이트계 스테인리스 강판의 강도와 가공성에 관한 연구를 실행하고, 이하의 지견을 얻었다.

(1) 가스켓의 비드(볼록부)와 같은 국소적으로 어려운 가공이 실시하는 부품에 대해서는 가공성으로서, 인장 시험에 있어서의 신장의 값에 부가하여, 인장 시험에 있어서의 극한 변형능을 향상시키는 것이 유효하다.

(2) 비드 가공시의 깨짐에 대해서는 MnS 등의 조대한 황화물이 기점으로 되기 쉽고, 조대한 황화물의 저감이 유효하다.

(3) 조대한 황화물의 저감에는 S의 저감에 부가하여, Zr을 첨가하는 것이 극히 유효하며, 이것에 의해, 신장에 부가하여, 극한 변형능을 향상시켜, 비드 가공시의 깨짐을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기의 지견에 의거하여, 또한 검토를 가한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

１．질량%로, C:0.030%이상 0.20%미만, Si:0.01%이상 2.0%이하, Mn:0.01%이상 3.0%이하, P:0.050%이하, S:0.010%이하, Cr:10.0%이상 16.0%이하, Ni:0.01%이상 0.80%이하, Al:0.001%이상 0.50%이하, Zr:0.005%이상 0.50%이하, 및 N:0.030%이상 0.20%미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 마텐자이트계 스테인리스 강판.

2．질량%로, Cu:0.01%이상 3.0%이하, Mo:0.01%이상 0.50%이하, 및 Co:0.01%이상 0.50%이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 상기 1에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

3．질량%로, Ti:0.001%이상 0.50%이하, Nb:0.001%이상 0.50%이하, 및 V:0.001%이상 0.50%이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 상기 1 또는 상기 2에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

４. 질량%로, B:0.0002%이상 0.0100%이하, Ca:0.0002%이상 0.0100%이하, 및 Mg:0.0002%이상 0.0100%이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 상기 1 내지 3 중의 어느 하나에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

５．인장 강도가 1300MPa이상이고 또한 신장이 7.0%이상이고, 극한 변형능이 0.5이상인 상기 1 내지 4 중의 어느 하나에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

본 발명에 따르면, 우수한 강도와 가공성을 양립하고, 더 나아가서는 담금질 처리만을 실행하는 경우 뿐만 아니라 담금질-템퍼링 처리를 실행하는 경우에도 우수한 내식성을 갖는 마텐자이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은 자동차의 가스켓 부품에 바람직하게 이용할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명의 스테인리스 강판의 성분 조성에 대해 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량%」이지만, 이하, 특히 단정하지 않는 한 단지「%」로 나타낸다.

C:0.030%이상 0.20%미만

C는 고온에서 오스테나이트상을 안정화시켜, 담금질 열처리 후의 마텐자이트량을 증가시킨다. 마텐자이트량이 증가하면 고강도화된다. 또, C는 마텐자이트 자체를 단단하게 하여 강을 고강도화한다. 그 효과는 C의 0.030%이상의 함유에서 얻어진다. 그러나, C량이 0.20%이상이 되면, 가공성이 크게 저하하고, 우수한 신장 및 극한 변형능이 얻어지지 않고, 또, 우수한 강도-신장 밸런스가 얻어지지 않게 된다. 또한, C는 강 중의 Cr과 결부되어 탄화물로서 석출하기 때문에, C가 과도하게 증가하면, 강에 고용하는 Cr의 양이 감소하여 강의 내식성이 저하한다. 또한, 이 이후, 특히 단정하지 않는 한 강에 고용되는 Cr의 양을 단지 강중 Cr량이라고 한다. 따라서, C량은 0.030%이상 0.20%미만의 범위로 한다. 바람직하게는 0.050%초과, 더욱 바람직하게는 0.100%초과이다. 또, 바람직하게는 0.160%미만, 더욱 바람직하게는 0.150%미만이다.

Si:0.01%이상 2.0%이하

Si는 강의 강도를 증가시키는데 유효한 원소이며, 그 효과는 Si의 0.01%이상의 함유에서 얻어진다. 그러나, Si는 고온에서 페라이트상을 형성하기 쉽게 하는 원소이며, 그 양이 2.0%를 넘으면 담금질 열처리 후의 마텐자이트량이 감소하여 소정의 강도가 얻어지지 않게 된다. 따라서, Si량은 0.01%이상 2.0%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.10%초과, 더욱 바람직하게는 0.30%초과이다. 또, 바람직하게는 1.00%미만, 더욱 바람직하게는 0.60%미만이다.

Mn:0.01%이상 3.0%이하

Mn은 고온에서 오스테나이트상을 안정화시키는 효과를 갖는 원소이며, 담금질 열처리 후의 마텐자이트량을 증가시킬 할 수 있다. 또, 강의 강도를 높이는 효과도 갖는다. 이들 효과는 Mn의 0.01%이상의 함유에서 얻어진다. 그러나, Mn량이 3.0%를 넘으면, 조대한 MnS로서 다량으로 석출되고, 내식성이 저하할 뿐만 아니라 가공성이 크게 저하한다. 따라서, Mn량은 0.01%이상 3.0%이하로 한다. 바람직하게는 0.10%초과, 더욱 바람직하게는 0.30%초과, 더욱 바람직하게는 0.40%초과이다. 또, 바람직하게는 1.00%미만, 더욱 바람직하게는 0.60%미만, 가일층 바람직하게는 0.50%미만이다.

P:0.050%이하

P는 인성을 저하시키는 원소이며, 극력 적은 편이 바람직하고, P량은 0.050%이하로 한다. 바람직하게는 0.040%이하이다. 더욱 바람직하게는 0.030%이하이다. 또한, P량의 하한은 특히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 P는 제조 코스트의 증가를 초래하기 때문에, 통상 0.010% 정도이다.

S:0.010%이하

S는 내식성을 저하시킬 뿐만 아니라, 가공성을 현저히 저하시키는 원소이다. 본 발명에서 소기하는 가공성을 얻기 위해서는 그 함유량은 적은 편이 바람직하며, S량은 0.010%이하로 한다. 바람직하게는 0.005%이하이다. 더욱 바람직하게는 0.003%이하이다.

또한, S를 저감하는 것만으로는 가공성, 특히 극한 변형능의 향상 효과는 한정적이다. 따라서, 후술하는 바와 같이, S량의 저감에 부가하여, Zr을 소정량 첨가하고, 이들의 상승효과에 의해, 극한 변형능을 향상시키는 것이 중요하다.

Cr:10.0%이상 16.0%이하

Cr은 내식성을 확보하기 위해 중요한 원소이며, 그 효과는 Cr의 10.0%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Cr량이 16.0%를 넘으면, 강이 경질화되어 제조성이나 가공성이 저하한다. 또, 페라이트상이 형성되기 쉬워지기 때문에, 담금질 열처리 후의 마텐자이트량이 감소하고, 충분한 강도가 얻어지지 않게 되어 버린다. 따라서, Cr량은 10.0%이상 16.0%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 11.0%이상, 더욱 바람직하게는 12.0%이상이다. 또, 바람직하게는 14.0%이하, 더욱 바람직하게는 13.0%이하이다.

Ni:0.01%이상 0.80%이하

Ni는 고온에 있어서 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이며, 담금질 열처리 후의 마텐자이트량을 증가시키는 효과를 갖는다. 또, 강의 고강도화에도 기여할 수 있다. 이들 효과는 Ni의 0.01%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Ni량이 0.80%를 넘으면, 가공성이 저하하여, 우수한 강도-신장 밸런스가 얻어지지 않게 된다. 따라서, Ni량은 0.01%이상 0.80%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.03%초과, 더욱 바람직하게는 0.05%초과이다. 또, 바람직하게는 0.50%미만, 더욱 바람직하게는 0.20%미만이다.

Al:0.001%이상 0.50%이하

Al은 탈산에 유효한 원소이며, 그 효과는 0.001%이상의 함유에서 얻어진다. 그러나, Al은 고온에서 페라이트상을 안정화시키는 원소이며, 그 양이 0.50%를 넘으면, 담금질 열처리 후에 충분한 마텐자이트량을 확보할 수 없게 된다. 그 때문에, Al량은 0.001%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01%이상, 더욱 바람직하게는 0.02%이상이다. 또, 바람직하게는 0.35%미만, 더욱 바람직하게는 0.10%미만이다.

Zr:0.005%이상 0.50%이하

Zr은 S와 결부되어 황화물로서 석출함으로써, MnS 등의 조대한 황화물의 석출을 억제하고, 극한 변형능을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 본 발명에서는 상술한 S의 저감에 부가하여, Zr을 소정량 첨가하고, 이들 상승효과에 의해, 극한 변형능을 향상시키는 것이 중요하다. 즉, S량을 저감하는 한편, 또한 강 중에 남는 S를, Zr의 첨가에 의해서 ZrS로서 석출시킴으로써, MnS 등의 조대한 황화물의 석출을 억제하는 것이 가능하게 되고, 가공성, 특히 극한 변형능을 향상시킬 수 있다. 그 효과는 Zr의 0.005%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Zr량이 0.50%를 넘으면, Zr의 황화물이 조대화되기 때문에, 오히려 가공성이 저하한다. 따라서, Zr량은 0.005%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01%이상, 더욱 바람직하게는 0.02%이상이다. 또, 바람직하게는 0.20%이하, 더욱 바람직하게는 0.05%이하이다.

또한, 강 중에 남는 S를 더욱 효과적으로 ZrS로서 석출시키는 관점에서는 Zr과 S에 대해, Zr%≥3×S%의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 여기서, Zr% 및 S%는 각각 Zr 및 S의 강중 함유량(질량%)을 나타낸다.

N:0.030%이상 0.20%미만

N은 C와 마찬가지로 고온에서 오스테나이트상을 안정화시켜, 담금질 열처리 후의 마텐자이트량을 증가시키는 동시에 마텐자이트 자체를 단단하게 하여 강을 고강도화한다. 높은 강도를 얻기 위해서는 N의 0.030%이상의 함유가 필요하다. 한편, N량이 0.20%이상이 되면, 가공성(신장 및 극한 변형능)이 현저히 저하한다. 따라서, N량은 0.030%이상 0.20%미만의 범위로 한다. 바람직하게는 0.030%초과, 더욱 바람직하게는 0.040%초과이다. 또, 바람직하게는 0.150%미만, 더욱 바람직하게는 0.100%미만이다.

이상, 기본 성분에 대해 설명했지만, 본 발명의 스테인리스 강판은 필요에 따라, Cu, Mo 및 Co 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상, Ti, Nb 및 V 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상, 더 나아가서는 B, Ca 및 Mg 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이하의 범위에서 함유할 수 있다.

Cu:0.01%이상 3.0%이하

Cu는 담금질 열처리의 냉각시에, 강 중에 미세하게 석출하여 강을 고내력화, 고강도화한다. 한편, Cu는 미세하기 때문에, 가공성(신장)에의 악영향은 적다. 이러한 고내력화, 고강도화의 효과는 Cu의 0.01%이상의 함유에서 얻어진다. 그러나, Cu량이 3.0%를 넘으면, 고강도화의 효과가 포화될 뿐만 아니라, Cu가 조대하게 석출되기 쉬워져 강이 경질화되고 가공성이 저하한다. 따라서, Cu를 함유하는 경우에는 0.01%이상 3.0%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.05%이상, 더욱 바람직하게는 0.40%초과이다. 또, 바람직하게는 2.00%이하, 더욱 바람직하게는 1.00%이하이다.

Mo:0.01%이상 0.50%이하

Mo는 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 그 효과는 0.01%이상의 함유에서 얻어진다. 그러나, Mo는 고가의 원소이며, 또 그 양이 0.50%를 넘으면, 강의 가공성이 저하한다. 따라서, Mo를 함유하는 경우에는 0.01%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02%이상이다. 또, 바람직하게는 0.25%미만이다.

Co:0.01%이상 0.50%이하

Co는 강의 강도와 인성을 향상시키는 원소이며, 그 효과는 0.01%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Co는 고가의 원소이며, 또 그 양이 0.50%를 넘으면, 상기의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 가공성이 저하한다. 따라서, Co를 함유하는 경우에는 0.01%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02%이상이다. 또, 바람직하게는 0.25%미만, 더욱 바람직하게는 0.10%미만이다.

Ti:0.001%이상 0.50%이하

Ti는 C와 결부되어 탄화물로서, 또 N과 결부되어 질화물로서 석출함으로써, 담금질 열처리 후의 냉각시에 Cr 탄화물이나 Cr 질화물이 생성하는 것을 억제하여, 강의 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그 효과는 Ti의 0.001%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Ti량이 0.50%를 넘으면, 조대한 Ti 질화물이 석출하고, 강의 인성이 저하한다. 따라서, Ti를 함유하는 경우에는 0.001%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01%이상이다. 또, 바람직하게는 0.25%미만이다.

Nb:0.001%이상 0.50%이하

Nb는 강 중에 고용된 C와 우선적으로 결부되어 탄화물로서 석출함으로써, Cr의 탄화물화를 억제하고, 내식성의 향상에 유효하게 기여한다. 그 효과는 Nb의 0.001%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Nb량이 0.50%를 넘으면, Nb의 탄화물의 생성량이 과도하게 증가하고, 강 중의 C량이 감소하여, 충분한 강도가 얻어지지 않게 된다. 따라서, Nb를 함유하는 경우에는 0.001%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01%이상, 더욱 바람직하게는 0.02%이상이다. 또, 바람직하게는 0.20%미만, 더욱 바람직하게는 0.10%미만이다.

V:0.001%이상 0.50%이하

V는 강 중에 고용된 N과 우선적으로 결부되어 질화물로서 석출함으로써, Cr의 질화물화를 억제하고, 내식성의 향상에 유효하게 기여한다. 그 효과는 V의 0.001%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, V량이 0.50%를 넘으면, V의 질화물의 생성량이 과도하게 증가하고, 강 중의 N량이 감소하여, 충분한 강도가 얻어지지 않게 된다. 따라서, V를 함유하는 경우에는 0.001%이상 0.50%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01%이상, 더욱 바람직하게는 0.02%이상이다. 또, 바람직하게는 0.30%미만, 더욱 바람직하게는 0.10%미만이다.

B:0.0002%이상 0.0100%이하

B는 가공성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 그 효과는 B의 0.0002%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, B량이 0.0100%를 넘으면, 강의 가공성 및 인성이 저하한다. 또, B가 강 중의 N과 결부되어 질화물로서 석출하기 때문에, 마텐자이트량이 감소하여 강의 강도가 저하한다. 따라서, B를 함유하는 경우에는 0.0002%이상 0.0100%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0005%이상, 더욱 바람직하게는 0.0010%이상이다. 또, 바람직하게는 0.0050%미만, 더욱 바람직하게는 0.0030%미만이다.

Ca:0.0002%이상 0.0100%이하

Ca는 연속 주조시에 발생하기 쉬운 개재물 석출에 의한 노즐의 폐색을 방지하는데 유효한 성분이다. 그 효과는 Ca의 0.0002%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Ca량이 0.0100%를 넘으면, 표면 결함이 발생한다. 따라서, Ca를 함유하는 경우에는 0.0002∼0.0100%의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0005%이상이다. 또, 바람직하게는 0.0030%미만, 더욱 바람직하게는 0.0020%미만이다.

Mg:0.0002%이상 0.0100%이하

Mg는 탄·질화물의 조대화를 억제하는데 유효한 원소이다. 탄·질화물이 조대하게 석출하면, 그들이 취성 깨짐의 기점이 되기 때문에 인성이 저하한다. 이 인성 향상의 효과는 Mg의 0.0002%이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Mg량이 0.0100%를 넘으면, 강의 표면 성상이 악화된다. 따라서, Mg를 함유하는 경우에는 0.0002%이상 0.0100%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0005%이상이다. 또, 바람직하게는 0.0030%미만, 더욱 바람직하게는 0.0020%미만이다.

또한, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이다.

즉, 질량%로, C:0.030%이상 0.20%미만, Si:0.01%이상 2.0%이하, Mn:0.01%이상 3.0%이하, P:0.050%이하, S:0.010%이하, Cr:10.0%이상 16.0%이하, Ni:0.01%이상 0.80%이하, Al:0.001%이상 0.50%이하, Zr:0.005%이상 0.50%이하, 및 N:0.030%이상 0.20%미만을 함유하고,

임의로,

Cu:0.01%이상 3.0%이하, Mo:0.01%이상 0.50%이하, 및 Co:0.01%이상 0.50%이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상,

Ti:0.001%이상 0.50%이하, Nb:0.001%이상 0.50%이하, 및 V:0.001%이상 0.50%이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상, 및

B:0.0002%이상 0.0100%이하, Ca:0.0002%이상 0.0100%이하, 및 Mg:0.0002%이상 0.0100%이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하고,

잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성으로 된다.

또, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판의 조직은 1300MPa이상의 고강도재를 얻기 위해 마텐자이트상을 주체로 한 조직, 구체적으로는 조직 전체에 대한 체적율에서 80%이상의 마텐자이트상과 잔부를 페라이트상 및/또는 잔류 오스테나이트상으로 한 조직으로 된다. 단, 체적율에서 90%이상이 마텐자이트인 것이 바람직하고, 마텐자이트 단상이어도 좋다.

또한, 마텐자이트상의 체적율은 최종 냉연판으로부터 단면 관찰용의 시험편을 제작하고, 왕수에 의한 에칭 처리를 실시하고 나서, 10시야에 대해 배율 200배로 광학 현미경에 의한 관찰을 실행하고, 조직 형상과 에칭 강도로부터 마텐자이트상과 페라이트상 및 잔류 오스테나이트상을 구별한 후, 화상 처리에 의해 마텐자이트상의 체적율을 구하고, 그 평균값을 산출함으로써 구할 수 있다.

다음에, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은 상기 성분 조성으로 이루어지는 강을 전로, 전기로 등의 용해로에서 용제하고, 또한 레이들 정련, 진공 정련 등의 2차 정련을 거쳐, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편(슬래브)으로 하고, 열간 압연, 열연판 소둔, 산세를 실시하고 열연 소둔판으로 한다. 또한, 냉간 압연, 담금질 열처리, 필요에 따라 산세, 템퍼링 열처리 등의 각 공정을 거쳐 냉연판으로 하는 방법으로 제조할 수 있다.

예를 들면, 전로 혹은 전기로 등에서 용강을 용제하고, VOD법 또는 AOD법에 의해 2차 정련을 실행하고 상기 성분 조성으로 한 후, 연속 주조법에 의해 슬래브로 한다. 이 슬래브를 1000∼1250℃로 가열하여, 열간 압연에 의해 원하는 판 두께의 열연판으로 한다. 이 열연판을 600℃∼800℃의 온도에서 배치 소둔을 실시한 후, 숏 블라스트와 산세에 의해 산화 스케일을 제거하여 열연 소둔판으로 한다. 이 열연 소둔판을 또한 냉간 압연하고, 담금질 열처리하여 냉각하는 것에 의해, 냉연판으로 한다. 냉간 압연 공정에서는 필요에 따라 중간 소둔을 포함하는 2회 이상의 냉간 압연을 실행해도 좋다. 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연으로 이루어지는 냉연 공정의 총 압하율은 60%이상, 바람직하게는 80%이상으로 한다. 담금질 열처리 조건은 원하는 특성(강도, 0.2%내력, 신장 및 극한 변형능)을 얻는 관점에서는 900℃∼1200℃의 범위에서 실행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1000℃이상이다. 또, 더욱 바람직하게는 1100℃이하이다. 담금질 열처리 후의 냉각 속도는 원하는 강도를 얻기 위해서는 1℃/sec이상인 것이 바람직하다. 담금질 열처리 후의 냉각 후, 필요에 따라 템퍼링 열처리를 실행해도 좋다. 또, 템퍼링 열처리에 관해서는 원하는 특성을 얻는 관점에서, 100℃∼500℃의 범위에서 실행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 200℃이상이다. 또, 더욱 바람직하게는 300℃이하이다. 또한, 담금질 열처리 및 템퍼링 열처리 후에는 산세 처리를 실행해도 좋다. 또, 담금질 열처리 및 템퍼링 열처리를, 수소를 포함하는 환원 분위기에서 실행함으로써, 산세를 생략한 BA 마무리로 해도 좋다.

이와 같이 해서 제조하여 얻은 냉연판 제품은 각각의 용도에 따른 구부림 가공, 비드 가공, 펀칭 가공 등을 실시하고, 자동차의 엔진으로부터 배기계 부품의 사이에서 시일재로서 사용되는 가스켓 부품 등으로 성형된다. 그 밖에, 스프링성이 요구되는 부재에 사용할 수도 있다. 필요에 따라, 부품으로 성형한 후에 담금질 열처리, 템퍼링 열처리를 실행해도 좋다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 30kg 강괴를 진공 용해로에서 용제·주조하였다. 1200℃로 가열 후, 열간 압연을 실행하여 두께 25㎜×폭 150㎜의 시트 바로 하였다. 이 시트 바를 700℃의 노 중에 10시간 유지하고 연질화하였다. 다음에, 이 시트 바를 1100℃로 가열 후, 열간 압연하여 판 두께:4㎜의 열연판으로 하였다. 다음에, 이 열연판을 700℃의 노 중에 10시간 유지하는 소둔을 실행하고, 열연 소둔판으로 하였다. 다음에, 이 열연 소둔판을 냉간 압연에 의해 판 두께:0.2㎜의 냉연판으로 하고, 표 2에 나타내는 온도로 담금질 열처리를 실행한 후, 냉각하였다. 또한, 이 때의 냉각 속도는 어느 쪽에 대해서도 1℃/sec이상으로 하였다. 또한, 일부의 냉연판에 대해서는 담금질 열처리 후의 냉각 후, 표 2에 나타내는 온도에서 템퍼링 열처리를 실행하였다.

<조직 관찰>

상기와 같이 해서 제작한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판(담금질상태재 및 담금질-템퍼링재)에 대해, 단면 관찰용의 시험편을 제작하고, 왕수에 의한 에칭 처리를 실시하고 나서, 10시야에 대해 배율 200배로 광학 현미경에 의한 관찰을 실행하고, 조직 형상과 에칭 강도로부터 마텐자이트상과 페라이트상을 구별한 후, 화상 처리에 의해 마텐자이트상의 체적율을 구하고, 그 평균값을 산출하였다. 또한, 본 발명예인 No.1∼22, 31∼47 및 비교예의 No.23∼28, 30, 48∼50에서는 조직 전체에 대한 체적율에서 80%이상이 마텐자이트상이었다. 한편, 비교예 No.29는 Cr량이 높기 때문에, 조직 전체에 대한 체적율에서 마텐자이트상은 80%미만이었다.

<인장 시험>

또, 상기와 같이 해서 제작한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판(담금질상태재 및 담금질-템퍼링재)을 이용하고, 압연 방향을 긴쪽 방향으로 하는 JIS5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z2241에 준거하여 실온 인장 시험에 제공하고, 인장 강도(T.S.), 0.2%내력(P.S.), 신장(EL) 및 극한 변형능(ε_l)을 측정하였다. 원 표점 거리는 50㎜, 인장 속도는 10㎜/min으로 하고, 시험은 각 강 N=2에서 실행하고, 평균값으로 평가하였다.

또한, 신장(EL)은 파단한 2개의 시험편을 시험편의 축이 직선상이 되도록 깊게 맞대고, 최종 표점 거리를 측정하고, 다음식에 의해 산출하였다.

EL(%)=(L_u-L₀)/L₀×100

여기서, EL은 신장(파단 신장), L₀은 원 표점 거리, L_u는 최종 표점 거리이다.

또, 인장 시험 후의 인장 시험편의 파단면에 있어서의 판 폭 W와 판 두께 T를 계측하고, 인장 시험 전의 인장 시험편의 판 폭 W₀과 판 두께 T₀과 함께 다음식에 의해 극한 변형능 ε_l을 산출하였다.

ε_l=-{ln(W/W₀)+ln(T/T₀)}

여기서, ε_l은 극한 변형능, W는 인장 시험 후의 인장 시험편의 파단면에 있어서의 판 폭, W₀은 인장 시험 전의 인장 시험편의 판 폭, T는 인장 시험 후의 인장 시험편의 파단면에 있어서의 판 두께, T₀은 인장 시험 전의 인장 시험편의 판 두께이다.

평가 결과를 표 2에 병기한다. 또한, 평가 기준은 이하와 같다.

·인장 강도(T.S.)

○：합격 1300MPa이상

×:불합격 1300MPa미만

·0.2%내력(P.S.)

○：합격 1050MPa이상

×:불합격 1050MPa미만

·신장(EL)

○：합격 7.0%이상

×:불합격 7.0%미만

·극한 변형능(ε_l)

○：합격 0.5이상

×:불합격 0.5미만

<내식성 평가 시험>

상기에서 제작한 냉연판(담금질상태재 및 담금질-템퍼링재)로부터, 60㎜ 폭×80㎜ 길이의 시험편을 잘라내고, 자동차 기술회 규격 자동차용 재료 부식 시험 방법(JASO M 609-91)에 따라, 내식성 평가 시험을 실행하였다. 시험편 표면은 #600 에머리지로 연마 마무리로 하고, 이면 전체면 및 표면 주위 5㎜는 시일로 피복하였다. 시험은 5% 염수 분무(2시간)-60℃ 건조(4시간)-50℃ 습윤(2시간)을 1사이클로 하고, 15사이클 실시한 후에 표면의 부식 면적율을 측정하였다. 시험은 N=2로 하고, 부식 면적율이 많은 쪽을 그 냉연판의 평가로 하였다.

얻어진 결과를 표 2에 병기한다. 또한, 평가 기준은 이하와 같다.

○：합격 부식 면적율이 30%미만

×:불합격 부식 면적율이 30%이상

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2]

표 1로부터, 본 발명예인 No.1∼22, 31∼47는 모두 강도, 0.2% 내력, 신장, 극한 변형능 및 내식성의 어느 쪽도 우수하였다.

한편, Zr이 함유되어 있지 않은 No.23 및 50(양 강 모두 SUS403 상당)은 신장과 극한 변형능, 내식성이 불합격으로 되었다. Cr량이 적정 범위 외로 낮은 No.24는 내식성이 불합격으로 되었다. N량이 적정 범위 외로 낮은 No.25 및 C량이 적정 범위 외로 낮은 No.26은 강도와 0.2%내력이 불합격으로 되었다. C량이 적정 범위 외로 높은 No.27 및 N량이 적정 범위 외로 높은 No.28은 신장과 극한 변형능, 내식성이 불합격으로 되었다. Cr량이 적정 범위 외로 높고, 마텐자이트량이 적은 No.29는 강도와 0.2%내력이 불합격으로 되었다. S량이 적정 범위 외로 높은 No.30, 48, 49는 극한 변형능과 내식성이 불합격으로 되었다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은 강도(인장 강도 및 0.2%내력)와 가공성(신장 특히, 극한 변형능)의 양쪽이 우수하기 때문에, 가스켓 부재로서 바람직하다. 또, 내스프링성이 필요하게 되는 부품에 이용해서 바람직하다.

Claims

질량%로,
C:0.030%이상 0.20%미만,
Si:0.01%이상 2.0%이하,
Mn:0.01%이상 3.0%이하,
P:0.050%이하,
S:0.010%이하,
Cr:10.0%이상 16.0%이하,
Ni:0.01%이상 0.80%이하,
Al:0.001%이상 0.50%이하,
Zr:0.005%이상 0.50%이하 및
N:0.030%이상 0.20%미만
을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.
제 1 항에 있어서,
질량%로,
Cu:0.01%이상 3.0%이하,
Mo:0.01%이상 0.50%이하 및
Co:0.01%이상 0.50%이하
중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
질량%로,
Ti:0.001%이상 0.50%이하,
Nb:0.001%이상 0.50%이하 및
V:0.001%이상 0.50%이하
중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
질량%로,
B:0.0002%이상 0.0100%이하,
Ca:0.0002%이상 0.0100%이하 및
Mg:0.0002%이상 0.0100%이하
중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
인장 강도가 1300MPa이상이고 또한 신장이 7.0%이상이고, 극한 변형능이 0.5이상인 것을 특징으로 하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.