KR20190012216A

KR20190012216A - 페라이트계 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR20190012216A
Application number: KR1020187037947A
Authority: KR
Inventors: 아키토 미즈타니; 미츠유키 후지사와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2019-02-08
Also published as: CN109196131A; KR102177521B1; CN109196131B; EP3467131A4; EP3467131A1; US10821706B2; WO2017208671A1; TW201741502A; TWI613327B; EP3467131B1; US20190275766A1

Abstract

질량％로, C: 0.025％ 이하, Si: 0.01∼2.0％, Mn: 0.01∼1.0％, P: 0.050％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cr: 10.5∼20.0％, Al: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.60％, Ti: 0.10∼0.50％ 및 N: 0.025％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성으로 함과 함께, 편면 또는 양면에, Al, Fe 또는 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 형성하고, 편면당의 코팅층의 합계 두께를 30㎚∼150㎚로 한다.

Description

페라이트계 스테인리스 강판

본 발명은, 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.

스테인리스강은, 우수한 내열성을 갖고 있기 때문에, 자동차의 배기계 부품이나 연소 장치 등의 여러 가지 고온 부재에 적용되고 있다. 특히, 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 열팽창 계수가 낮고, 온도 변화에 수반하는 체적 변화가 작은 점에서, 내열 피로 특성이나 산화 피막의 내박리성이 우수하다. 이러한 특징을 활용하여, 자동차의 배기계 부품의 대부분에 페라이트계 스테인리스강이 적용되고 있다.

최근, 자동차의 연비 향상의 관점에서, 배기가스 온도는 상승 경향이 있어, 배기계 부재에 이용되는 페라이트계 스테인리스강에도 내열성의 향상이 요망되고 있다. 특히, 엔진에 가까운 이그조스트 매니폴드(exhaust manifold)나 촉매 컨버터(catalytic converter)와 같은 부재에서는, 배관 온도가 800∼900℃ 정도까지 상승하는 경우가 있어, 이들 부재에 이용되는 페라이트계 스테인리스강에는 특히 우수한 내산화성이 요구된다.

스테인리스강의 내산화성 향상에는, Al, Si 등의 합금 원소의 첨가가 유효한 것이 알려져 있다. 그러나, 이들 원소는 강의 인성을 저하시키기 때문에, 강판의 제조성이나 가공성을 저하시키는 문제가 있다.

또한, 합금 원소의 첨가의 외에, 스테인리스강의 내산화성을 향상시키는 수단으로서, 증착 등에 의한 표면 코팅 기술이 알려져 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 「스테인리스강 포일(foil)의 적어도 편면에 촉매를 담지하기 위한 알루미나 피복이 형성되어 있는 기체(base material)로서, 당해 스테인리스강 표면에 증착 도금 또는 전기 도금에 의해 Al 도금을 실시하고, 당해 증착 도금과 동시 또는 도금 후의 가열 처리에 의해 Al 도금층에 α－Al₂O₃ 위스커(whisker)를 생성시킨 후에, 당해 위스커 상에 γ－Al₂O₃을 피복하여 상기 알루미나 피복을 형성한 것을 특징으로 하는 촉매 담체용 기체」가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 「크롬 16중량％ 이상 25중량％ 이하와 알루미늄 2.5중량％ 이상 5.5중량％ 이하를 함유하는 두께 25㎛ 이상 45㎛ 이하의 Fe-Cr-Al계 합금강의 양면에, 각각 두께 0.2㎛ 이상 2.5㎛ 이하의 알루미늄층을 형성한 것을 특징으로 하는 Fe-Cr-Al계 합금강」이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 소64-15144호 일본공개특허공보 평1-159384호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 충분한 내열 온도를 확보하기 위해서는 Al 도금층의 두께를 0.4㎛ 이상으로 할 필요가 있고, 이 때문에, 증착 시간이 장시간화하여, 생산 효율이 저하되어 버린다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 합금강은, 강 중의 Al 농도가 2.5중량％ 이상 5.5중량％ 이하로 높기 때문에, 제조성이 매우 나쁘다. 또한, 필요시 되는 알루미늄층의 두께가 0.2㎛ 이상이기 때문에, 역시 증착에 장시간을 필요로 하여, 생산성이 뒤떨어진다.

본 발명은, 상기의 현상을 감안하여 개발된 것으로서, 우수한 내산화성을 갖고, 나아가서는 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능한 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기의 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 성분 조성과 코팅 금속의 조합을 최적화한 후에, 강판의 표면에 30㎚∼150㎚라는 매우 얇은 코팅층을 형성함으로써, 강이 산화했을 때에 생성되는 산화 피막이 개질되어, 우수한 내산화성이 얻어지는 것을 발견했다.

본 발명은, 상기의 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량％로, C: 0.025％ 이하, Si: 0.01∼2.0％, Mn: 0.01∼1.0％, P: 0.050％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cr: 10.5∼20.0％, Al: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.60％, Ti: 0.10∼0.50％ 및 N: 0.025％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

편면 또는 양면에, Al, Fe 또는 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 구비하고, 편면당의 코팅층의 합계 두께가 30㎚∼150㎚인, 페라이트계 스테인리스 강판.

2. 상기 코팅층이 Fe의 코팅층인, 상기 1에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.

3. 상기 코팅층이, Fe의 코팅층과, Al 및 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 구비하고,

상기 코팅층의 최하층이 Fe의 코팅층인, 상기 1에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.

4. 상기 성분 조성이, 추가로, 질량％로, Cu: 0.01∼0.80％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％, Nb: 0.01∼0.20％, V: 0.01∼0.20％, Zr: 0.01∼0.10％, Hf: 0.01∼0.10％ 및 REM: 0.01∼0.15％ 중으로부터 선택한 적어도 1종을 함유하는, 상기 1∼3중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.

본 발명에 의하면, 내산화성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을, 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판은, 자동차의 배기계 부재, 공장 배관, 키친 그릴(kitchen grills), 스토브(stoves)의 반사재 등의 고온 부재에 적합하다.

도 1은 대기 중, 900℃에서 합계 200시간 유지(holding)했을 때의, 유지 시간에 대한 질량 변화(산화 증량)를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 우선, 본 발명을 개발하기에 이른 실험에 대해서, 설명한다.

질량％로, C: 0.012％, Si: 0.41％, Mn: 0.22％, P: 0.028％, S: 0.003％, Cr: 11.2％, Al: 0.05％, Ni: 0.09％, Ti: 0.31％, N: 0.011％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 페라이트계 스테인리스 강판의 양면에 Al, Fe 또는 Si를 증착시켜, 두께: 50㎚의 Al, Fe, Si 또는 Ti의 코팅층을 형성한 시료를 각각 제작했다.

이어서, 이들 시료를, 대기 중, 900℃에서 합계 200시간 유지하여, 유지 시간에 대한 질량 변화(산화 증량)를 조사했다. 결과를 도 1에 나타낸다.

또한, 도 1에서는, 비교를 위해, 코팅층을 형성하고 있지 않는 시료에 대해서도, 상기와 동일한 조건으로 유지하여, 그 유지 시간에 대한 질량 변화(산화 증량)를 나타내고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 코팅층을 형성하고 있지 않는 시료에서는, 25시간이 경과한 시점에서, 이상 산화(breakaway oxidation)가 발생하여 질량이 급격하게 상승했다. 또한, Ti의 코팅층을 형성한 시료에서는, 50시간이 경과한 시점에서, 이상 산화가 발생하여 질량이 급격하게 상승했다. 이에 대하여, Al, Fe 또는 Si의 코팅층을 형성한 시료에서는, 모두 200시간 유지한 시점에서도 이상 산화는 발생하지 않고, 내산화성이 크게 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

여기에서, Al, Fe 또는 Si의 코팅층을 형성한 시료가, 우수한 내산화성을 갖는 이유에 대해서, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.

즉, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판의 내산화성을 높이는 기구는, 종래 개시되어 있는 바와 같은 표면의 코팅층 자체가, 보호성 산화 피막을 생성하기 위한 원소 공급원이 되어, 내산화성을 높이는 기구와는 본질적으로 상이하다. 즉, 성분 조성을 적정하게 제어함과 함께, 강의 표면에 매우 얇은 Al, Fe 또는 Si의 코팅층을 증착함으로써, 강 중에 함유되는 Cr이 산화하여 생성되는 Cr₂O₃ 산화 피막을 개질하고, 이에 따라, 내산화성을 향상시키는 것이다.

보다 구체적으로는, 성분 조성과 코팅 금속의 조합을 최적화한 후에, 강판의 표면에 30㎚∼150㎚라는 매우 얇은 Al, Fe 또는 Si의 코팅층을 형성함으로써, 강이 산화되었을 때에 생성하는 Cr₂O₃ 산화 피막의 구조가 변화하고, Cr₂O₃ 산화 피막 중의 산소 및 Cr의 확산 속도가 저하한다. 그 결과, Cr₂O₃ 산화 피막의 성장 속도가 대폭으로 저감되고, 강 중 Cr이 고갈될 때까지의 수명이 현격하게 연장되어, 내산화성이 대폭으로 향상한다, 라고 발명자들은 생각하고 있다.

또한, 이 경우, 종래 개시된 기술과 같이 두꺼운 코팅층을 형성할 필요가 없기 때문에, 생산성이 현격하게 높아진다. 또한, Al이나 Si와 같은 강 자체의 내산화성을 향상시키는 원소를 다량으로 첨가할 필요가 없기 때문에, 강판의 제조성도 우수하다.

이상의 점에서, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판에 있어서의 성분 조성과 코팅 금속의 조합에 생각이 미쳐, 강판의 표면에 형성하는 코팅층을, Al, Fe 또는 Si의 코팅층으로 한 것이다.

또한, 「Al, Fe 및 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층」이란, Al, Fe 및 Si의 코팅층 중 1종의 코팅층으로 구성되는 코팅층, 그리고, Al, Fe 및 Si의 코팅층으로부터 선택한 2종 이상의 코팅층이, 두께 방향으로 적층되어 이루어지는 코팅층을 의미한다.

예를 들면, 강판 표면에 1종의 코팅층을 형성하는 것만으로도 좋고, 혹은, 강판 표면에 Fe의 코팅층을 형성하고, 그 위에 Al 또는 Si의 코팅층을 형성하여, 강판의 표면에 2종 이상으로 이루어지는 코팅층을 형성해도 좋다.

또한, 코팅층을 1종으로 하는 경우에는, 제조 비용 저감 및 납땜 등에 의한 접합성 향상의 관점에서, Fe의 코팅층으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 코팅층을 2종 이상으로 하는 경우에는, 제조 비용의 저감에 더하여, 코팅과 기판의 밀착성을 향상시키기 위해, 코팅 기판의 표면과 접하는 코팅층의 최하층을 Fe의 코팅층으로 하고, 이 Fe의 코팅층 상에, Al 및 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 우수한 내산화성을 얻는 관점에서, 편면당의 코팅층의 합계 두께를 30㎚ 이상으로 하는 것이 필요하다. 한편, 편면당의 코팅층의 합계 두께가 150㎚를 초과하면, 내산화성의 향상 효과가 포화할 뿐만 아니라, 증착 시간의 증가에 의한 생산성의 저하나 비용의 상승을 초래한다. 따라서, 편면당의 코팅층의 합계 두께는 30㎚∼150㎚로 한다. 바람직하게는 40㎚ 이상이다. 또한, 바람직하게는 100㎚ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판(코팅 기판)에 있어서의 성분 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「％」로 나타낸다.

C: 0.025％ 이하

C 함유량이 0.025％를 초과하면, 열연 강판이나 냉연 강판의 인성이 저하되어, 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, C 함유량은 0.025％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하, 보다 바람직하게는 0.010％ 이하이다. 또한, C 함유량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.003％ 정도로 하는 것이 바람직하다.

Si: 0.01∼2.0％

Si는, 강의 내산화성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과는, Si 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 또한, Si 함유량을 0.01％ 미만으로 하고자 하면, 정련이 곤란해진다. 이 때문에, Si 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 2.0％를 초과하면, 열연 강판이나 냉연 강판의 인성이 저하되어, 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, Si 함유량은 2.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.50％ 이하, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하이다.

Mn: 0.01∼1.0％

Mn은 탈산에 유용한 원소이다. 이 효과는, Mn 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 또한, Mn 함유량을 0.01％ 미만으로 하고자 하면, 정련이 곤란해진다. 이 때문에, Mn 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. 그러나, Mn 함유량이 1.0％를 초과하면, 강의 내산화성이 저하된다. 이 때문에, Mn 함유량은 1.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.50％ 이하, 보다 바람직하게는 0.25％ 이하이다.

P: 0.050％ 이하

P 함유량이 0.050％를 초과하면, 열연 강판이나 냉연 강판의 인성이 저하되어, 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, P 함유량은 0.050％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.030％ 이하이다.

또한, P는 최대한 저감하는 것이 바람직하지만, 과도한 탈P는 제조 비용의 증가를 초래한다. 따라서, P 함유량의 하한은 0.010％ 정도로 하는 것이 바람직하다.

S: 0.010％ 이하

S 함유량이 0.010％를 초과하면, 열간 가공성이 저하되어, 열연 강판의 제조가 곤란해진다. 또한, 내식성의 저하도 초래한다. 이 때문에, S 함유량은 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.005％ 이하, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다.

또한, S는 최대한 저감하는 것이 바람직하지만, 과도한 탈S는 제조 비용의 증가를 초래한다. 따라서, S 함유량의 하한은 0.001％ 정도로 하는 것이 바람직하다.

Cr: 10.5∼20.0％

Cr은, 내식성과 내산화성을 확보하는 데에 있어서 필요 불가결한 원소이다. Cr 함유량이 10.5％ 미만에서는, 충분한 내식성과 내산화성을 얻을 수 없다. 한편, Cr 함유량이 20.0％를 초과하면, 중간 소재의 슬래브(slab)나 열연 강판의 인성이 저하되어 제조 비용의 상승을 초래한다. 이 때문에, Cr 함유량은 10.5∼20.0％로 한다. 바람직하게는 18.0％ 이하, 보다 바람직하게는 13.0％ 이하이다.

Al: 0.01∼0.50％

Al은, 내산화성을 향상시키는 원소이다. 그 효과는, Al 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Al 함유량이 0.50％를 초과하면, 중간 소재의 슬래브나 열연 강판의 인성이 저하되어, 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, Al 함유량은 0.01∼0.50％로 한다. 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

Ni: 0.01∼0.60％

Ni는, 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소로서, 이 효과는, Ni 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Ni는, 오스테나이트 조직 안정화 원소이기 때문에, 그 함유량이 0.60％를 초과하는 경우, 강 중의 Cr이 산화에 의해 소비되었을 때에 오스테나이트가 생성되어 내산화성을 저하시킬 우려가 있다. 이 때문에, Ni 함유량은 0.01∼0.60％로 한다. 바람직하게는 0.05％ 이상, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.40％ 이하, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하이다.

Ti: 0.10∼0.50％

Ti는, 강이 산화했을 때에 생성되는 Cr₂O₃ 피막의 밀착성을 향상시키기 위해 필요한 원소이다. 이 효과는, Ti 함유량이 0.10％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Ti 함유량이 0.50％를 초과하면, Ti 산화물이 Cr₂O₃ 산화 피막 중에 다량으로 혼입되어, 내산화성이 저하된다. 이 때문에, Ti 함유량은 0.10∼0.50％로 한다. 바람직하게는 0.15％ 이상, 보다 바람직하게는 0.20％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.40％ 이하, 보다 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

N: 0.025％ 이하

N 함유량이 0.025％를 초과하면, 강의 인성이 저하되어 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, N 함유량은 0.025％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하이다.

또한, N은 최대한 저감하는 것이 바람직하지만, 과도한 탈N은 제조 비용의 증가를 초래한다. 따라서, N 함유량의 하한은 0.003％ 정도로 하는 것이 바람직하다.

이상, 기본 성분에 대해서 설명했지만, 상기의 기본 성분에 더하여 적절히, Cu: 0.01∼0.80％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％, Nb: 0.01∼0.20％, V: 0.01∼0.20％, Zr: 0.01∼0.10％, Hf: 0.01∼0.10％ 및 REM: 0.01∼0.15％ 중으로부터 선택한 적어도 1종을 함유시킬 수 있다.

Cu: 0.01∼0.80％

Cu는, 강 중에 석출하여 고온 강도를 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라서 강에 함유시킬 수 있다. 이 효과는, Cu 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, Cu 함유량이 0.80％를 초과하면, 강의 인성이 저하된다. 따라서, Cu를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼0.80％로 한다. 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.50％ 이하이다.

Mo: 0.01∼3.0％

Mo는 고온 강도를 증대시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라서 강에 함유시킬 수 있다. 이 효과는, Mo 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, Mo 함유량이 3.0％를 초과하면, 가공성의 저하에 의해 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 따라서, Mo를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼3.0％로 한다. 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 2.0％ 이하이다.

W: 0.01∼3.0％

W는 고온 강도를 증대시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라서 강에 함유시킬 수 있다. 이 효과는, W 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, W 함유량이 3.0％를 초과하면, 가공성의 저하에 의해 코팅 기판이 되는 소망 두께의 스테인리스 강판의 제조가 곤란해진다. 따라서, W를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼3.0％로 한다. 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 2.0％ 이하이다.

Nb: 0.01∼0.20％

Nb는 C, N을 고정하여, 열연 강판이나 냉연 강판의 인성을 향상시킨다. 이 효과는, Nb 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, Nb 함유량이 0.20％를 초과하면, 내산화성이 저하된다. 따라서, Nb를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼0.20％로 한다.

V: 0.01∼0.20％

V는, 어닐링 시의 입성장(grain growth) 억제 효과를 발휘하여 재결정립을 미세화시켜, 열연 강판이나 냉연 강판의 인성을 향상시킨다. 이 효과는, V 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, V 함유량이 0.20％를 초과하면, 내산화성의 저하를 초래한다. 따라서, V를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼0.20％로 한다. 바람직하게는 0.05％ 이하이다.

Zr: 0.01∼0.10％

Zr은, Cr₂O₃ 피막의 밀착성을 개선함과 함께 그 성장 속도를 저감하여, 내산화성을 향상시킨다. 이 효과는, Zr 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Zr 함유량이 0.10％를 초과하면, Zr 산화물이 Cr₂O₃ 피막에 다량으로 혼입되고, 산화 피막의 성장 속도가 증가하여, 내산화성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Zr을 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼0.10％로 한다. 바람직하게는 0.02％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.05％ 이하이다.

Hf: 0.01∼0.10％

Hf는, Cr₂O₃ 산화 피막의 밀착성을 개선함과 함께 그 성장 속도를 저감하여 내산화성을 향상시킨다. 그 효과는, Hf 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Hf 함유량이 0.10％를 초과하면, Hf 산화물이 Cr₂O₃ 산화 피막 중에 다량으로 혼입되고, 산화 피막의 성장 속도가 증가하여 내산화성이 저하된다. 따라서, Hf를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼0.10％로 한다. 바람직하게는 0.02％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.05％ 이하이다.

REM: 0.01∼0.15％

REM이란, Sc, Y 및 란타노이드계 원소(La, Ce, Pr, Nd, Sm 등 원자 번호 57∼71까지의 원소)를 말한다. REM은, Cr₂O₃ 산화 피막의 밀착성을 개선함과 함께, 산화 속도를 저감하는 효과가 있다. 이 효과는, REM 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, REM 함유량이 0.15％를 초과하면, 열간 가공성이 저하되어, 열연 강판의 제조가 곤란해진다. 따라서, REM을 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01∼0.15％로 한다. 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

또한, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

즉, 질량％로, C: 0.025％ 이하, Si: 0.01∼2.0％, Mn: 0.01∼1.0％, P: 0.050％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cr: 10.5∼20.0％, Al: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.60％, Ti: 0.10∼0.50％ 및 N: 0.025％ 이하를 함유하고,

임의로, Cu: 0.01∼0.80％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％, Nb: 0.01∼0.20％, V: 0.01∼0.20％, Zr: 0.01∼0.10％, Hf: 0.01∼0.10％ 및 REM: 0.01∼0.15％ 중으로부터 선택한 적어도 1종을 함유하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성이 된다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

코팅 기판이 되는 스테인리스 강판의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 상기의 성분 조성을 갖는 강을, 전로(converter)나 전기로(electric furnace)에서 용제하고, VOD나 AOD 등으로 정련 후, 분괴 압연이나 연속 주조에 의해 슬래브로 하고, 이를 1050∼1250℃의 온도로 가열하고, 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 한다. 또한, 열간 압연 조건에 대해서는, 상법에 따르면 좋다.

또한, 열연 강판 표면의 스케일(scale)이나 오염물 등을 제거하기 위해, 샌드 블라스트 처리(sand blasting treatment), 스틸 그리드 블라스트 처리(steel grid blasting treatment)나 알칼리 탈지, 산 세정 처리 등을 실시해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 상기 열연 강판에 냉간 압연을 실시하여, 냉연 강판으로 해도 좋다. 또한, 어닐링과 냉간 압연을 반복해도 좋다.

또한, 코팅 기판이 되는 스테인리스 강판의 판두께는, 통상, 20㎛∼6㎜(바람직하게는 40㎛ 이상임. 또한, 바람직하게는 3㎜ 이하임)이고, 이러한 판두께의 강판이면, 열연 강판 및 냉연 강판의 어느 것이라도, 코팅 기판으로서 이용할 수 있다. 또한, 촉매 담체로서 이용하는 경우에는, 코팅 기판이 되는 스테인리스 강판은, 판두께: 20㎛∼200㎛ 정도의 소위 박재(foil material)로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 판두께: 40㎛ 이상이다. 또한, 보다 바람직하게는 판두께: 150㎛ 이하이다.

그리고, 상기와 같이 하여 제조한 강판을 코팅 기판으로 하고, 그 편면 또는 양면에, Al, Fe 또는 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 형성한다.

여기에서, 상기의 코팅층은, 증착층으로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 증착 방법으로서는, 진공 증착법, 스퍼터링법 등 기존의 PVD법을 사용할 수 있지만, 진공 증착법을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 증착 조건은 통상적인 방법에 따르면 좋다.

또한, 증착은 적당한 크기로 절단한 스테인리스 강판을 배치식의 로(batch-type furnace)에서 처리해도 좋지만, 생산성을 고려하면 강대를 연속적으로 처리할 수 있는 연속식 증착 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 제품으로 성형하고 나서 증착해도 좋지만, 형상이 복잡한 경우는 표면 전체에 균일한 코팅층을 부여하는 것이 곤란한 경우도 있기 때문에, 가공 전의 스테인리스 강판(강대(steel strip)를 포함함)에 증착하는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되지 않는다.

50㎏ 소형 진공 용해로에 의해 용제한 표 1에 나타내는 화학 조성의 강을, 1200℃에서 가열 후, 900∼1200℃의 온도역에서 열간 압연하여 판두께: 3.0㎜의 열연 강판으로 했다. 이어서, 열연 강판을 대기 중, 900℃, 1분간의 조건으로 어닐링하고, 산 세정으로 표면 스케일을 제거한 후, 판두께: 1.0㎜까지 냉간 압연하여 냉연 강판으로 했다. 또한, 이 냉연 강판을 대기 중, 900℃, 1분간의 조건으로 어닐링하고, 산 세정으로 표면 스케일을 제거함으로써, 코팅 기판이 되는 스테인리스 강판을 얻었다. 또한, 강 A3에 대해서는, 상기와 같이 하여 얻은 스테인리스 강판을, 추가로 판두께: 150㎛까지 냉간 압연한 후, 수소 분위기 중, 900℃, 1분간의 조건으로 어닐링하여, 코팅 기판이 되는 스테인리스 강판(스테인리스박)을 얻었다. 이와 같이, 강 A3에 대해서는, 판두께: 1.0㎜와 판두께: 150㎛의 스테인리스 강판을, 코팅 기판으로서 이용했다.

이렇게 하여 얻어진 각 스테인리스 강판으로부터 폭: 20㎜, 길이: 30㎜의 시험편을 각각 채취하여, No.1, 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38, 42, 46 이외에 대해서는, 진공 증착법을 이용하여, 시험편의 양면에 표 2에 나타내는 코팅층을 형성했다.

또한, No.5 및 6에서는, 코팅층의 최하층으로서 처음에 Fe의 코팅층을 형성하고, 그 위에 각각 Al 또는 Si의 코팅층을 형성했다. 이들 코팅층의 두께는 모두 30㎚로 했다.

또한, No.7에서는, 코팅층의 최하층으로서 처음에 Fe의 코팅층을 형성하고, 그 위에 Si의 코팅층을, 추가로 그 위에 Al의 코팅층을 형성했다. 이들 코팅층의 두께는 모두 40㎚로 했다.

이와 같이 하여 제작한 시험편을 이용하여, 이하와 같이 하여 내산화성의 평가를 실시했다.

즉, 상기와 같이 하여 제작한 시험편을 각각 3매씩 준비하고, 이들 시험편을 대기 분위기 중 900℃에서 유지하고, 200시간 경과 후의 산화 증량(유지 전후의 질량 변화를 초기의 표면적으로 나눈 양)을 측정했다.

그리고, 200시간 산화한 단계의 3매의 시험편의 평균의 산화 증량에 기초하여, 이하의 기준으로 내산화성을 평가했다. 평가 결과를 표 2에 병기 한다.

◎(우수): 산화 증량이 4g/㎡ 이하

○(양호): 산화 증량이 4g/㎡ 초과 8g/㎡ 이하

×(불량): 산화 증량이 8g/㎡ 초과

또한, 상기 유지 후의 시험편의 외관을 육안으로 관찰하여, 3매의 시험편 모두에서 산화 피막의 박리가 발생하고 있지 않는 것을 ○(양호), 1매의 시험편이라도 산화 피막의 박리가 발생한 것을 ×(불량)이라고 평가했다. 평가 결과를 표 2에 병기한다.

표 2로부터, 발명예에서는 모두, 내산화성이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, No.11∼13은 코팅 기재의 Si 함유량이 높기 때문에, No.15∼17 및 No.19∼21은 코팅 기재의 Cr량이 높기 때문에, No.35∼37은 코팅 기재가 Zr 및 REM을 함유하기 때문에, No.39∼41은 코팅 기재가 Hf를 함유하기 때문에, 코팅 기재 자체의 내산화성이 우수하고, 이들 코팅 기재에 코팅을 실시함으로써 특히 우수한 내산화성이 얻어졌다. 또한, 발명예에서는 모두, 산화 피막의 박리도 볼 수 없었다.

한편, 비교예인 No.1, 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38, 42, 46에서는, 코팅층을 형성하지 않았기 때문에, 내산화성이 뒤떨어져 있었다. 또한, 산화 피막의 박리도 볼 수 있었다.

또한, 비교예인 No.8은 코팅층의 두께가 충분하지 않기 때문에, No.9는 각각 Al, Fe 또는 Si의 코팅층이 아닌, Ti의 코팅층을 형성했기 때문에, 산화에 의해 발생하는 Cr₂O₃ 산화 피막의 개질이 충분하지 않고, 내산화성이 뒤떨어져 있었다. No.43∼45는 코팅 기재의 Ti량이 적정 범위를 충족하지 않기 때문에, 생성되는 Cr₂O₃ 피막과 기재의 밀착성이 부족하여, 본 발명 범위의 Al, Fe 또는 Si를 코팅해도 피막 박리가 발생하여 충분한 내산화성이 얻어지지 않았다.

Claims

질량％로, C: 0.025％ 이하, Si: 0.01∼2.0％, Mn: 0.01∼1.0％, P: 0.050％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cr: 10.5∼20.0％, Al: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.60％, Ti: 0.10∼0.50％ 및 N: 0.025％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
편면 또는 양면에, Al, Fe 및 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 구비하고, 편면당의 코팅층의 합계 두께가 30㎚∼150㎚인, 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항에 있어서,
상기 코팅층이 Fe의 코팅층인, 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항에 있어서,
상기 코팅층이, Fe의 코팅층과, Al 및 Si의 코팅층으로부터 선택한 적어도 1종의 코팅층을 구비하고,
상기 코팅층의 최하층이 Fe의 코팅층인, 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로, 질량％로, Cu: 0.01∼0.80％, Mo: 0.01∼3.0％, W: 0.01∼3.0％, Nb: 0.01∼0.20％, V: 0.01∼0.20％, Zr: 0.01∼0.10％, Hf: 0.01∼0.10％ 및 REM: 0.01∼0.15％ 중으로부터 선택한 적어도 1종을 함유하는, 페라이트계 스테인리스 강판.