KR20190025403A

KR20190025403A - 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190025403A
Application number: KR1020170112004A
Authority: KR
Inventors: 정일찬; 김진석; 김상석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-11
Also published as: KR101964316B1

Abstract

흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, 탄소(C): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.001~0.01%, 실리콘(Si): 0.2~1.0%, 망간(Mn): 0.1~2%, 크롬(Cr): 10~30%, 네오븀(Nb): 0.3~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~2.5%, 텅스텐(W): 0.3~2.5%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 알루미늄(Al): 0.001~0.015%, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)을 만족한다.
W + 0.5*Mo ≥ 1.5 ------ 식 (1)

Description

흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법{FERRITIC STAINLESS STEEL FOR EXHAUST SYSTEM HEAT EXCHANGER HAVING EXCELLENT SOUND ABSORPTION ABILITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 800℃ 이상의 고온 환경에서 사용가능한 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차 분야에 있어서는, 환경 문제에 대한 의식의 고조로부터, 배기 가스 규제가 보다 강화되는 동시에, 탄산 가스 배출 억제에 대처가 진행되고 있다. 또한, 바이오 에탄올이나 바이오 디젤 연료 등의 연료 측면에서의 대처에 더하여, 경량화나 배기열을 회수하는 열교환기를 설치하여 연비 향상을 도모하거나, EGR(Exhaust Gas Recirculation), DPF(Diesel Particulate Filter), 배기 매니폴드(exhaust manifold) 등과 같은 배기가스 처리 장치를 설치하는 등의 대처가 이루어지고 있다.

여기서, 배기가스를 엔진에서부터 촉매장치까지 유도하는 기능을 갖는 배기 매니폴드(exhaust manifold)는 700℃ 이상의 고온 환경에 직접 노출되므로 장시간의 가동환경에서 높은 안전성이 요구된다.

페라이트계 스테인리스강은 열팽창계수가 낮아 열피로특성이 우수하고, 고온에서의 내산화성 및 산화피막 밀착성이 우수하며, 내식성이 뛰어나면서도, 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 가격 경쟁력이 높아 자동차 배기계용 소재로 널리 사용되고 있다.

배기계 열교환기에서는 소음 및 진동이 많이 발생하는 문제점이 있으며, 이러한 소음 및 진동에 의하여 자동차의 정숙성이 저해되며, 또한 부품의 내구성이 크게 저하되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해, 800℃ 미만의 배기가스 환경에서는 석출물 개수, 고용 C, N 및 개재물의 크기와 형태를 조절하여 흡음성을 향상시키려는 시도가 이루어졌고 그 효과에 대해서 보고된 바 있다.

하지만 800℃ 이상의 배기가스 환경에서 흡음성을 향상 시키려는 시도 및 성과는 기존에 전무한 상황이다.

한국 공개특허문헌 제10-2016-0077515호 (2016.07.04)

본 발명의 실시예들은 페라이트계 스테인리스강을 800℃ 이상의 배기가스 환경에서 배기계 열교환기 등의 용도로 적용시 정숙성 및 부품 내구성을 향상시킬 수 있는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.

또한, 페라이트계 스테인리스강의 냉연 소둔 공정을 제어하여 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강에 따르면, 중량%로, 탄소(C): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.001~0.01%, 실리콘(Si): 0.2~1.0%, 망간(Mn): 0.1~2%, 크롬(Cr): 10~30%, 네오븀(Nb): 0.3~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~2.5%, 텅스텐(W): 0.3~2.5%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 알루미늄(Al): 0.001~0.015%, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)을 만족한다.

W + 0.5*Mo ≥ 1.5 ------ 식 (1)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.

C+N ≤ 0.018 ------ 식 (2)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Cu: 0.01%~0.15%, Mg: 0.0002~0.001%, Ca: 0.0004~0.002%를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.

(W + Mo) / Ti ≥ 100 ------ 식 (3)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (4)를 만족할 수 있다.

W + 0.5*Mo - 5*Ti ≥ 1 ------ 식 (4)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 흡음 지수는 10*10^-4 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강의 에 따르면, 중량%로, C: 0.001~0.01%, N: 0.001~0.01%, Si: 0.2~1.0%, Mn: 0.1~2%, Cr: 10~30%, Nb: 0.3~0.6%, Mo: 0.3~2.5%, W: 0.3~2.5%, Ti: 0.001~0.1%, Al: 0.001~0.015%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 제조하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연 및 열연 소둔하는 단계; 및 상기 열연판을 냉간 압연 후 냉연소둔하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상기 냉연소둔 단계는, 1000 + 20*(W + 0.5Mo) ℃에서 30초간 유지하는 1차 열처리 단계; 및 900 + 20*(W+0.5Mo) ℃의 온도로 급냉하여 60초동안 유지하는 2차 열처리 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 페라이트계 스테인리스강의 성분계 및 제조 공정의 제어를 통하여, 고용 Mo, W 함량 및 Ti 함량 등을 제어할 수 있으며, 이에 따라 페라이트계 스테인리스강을 배기계 열교환기 등의 용도로 적용시 우수한 흡음성을 얻을 수 있어 배기계 열교환기의 정숙성 및 부품 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 흡음성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 냉연소둔 패턴을 나타낸 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명자들은 페라이트계 스테인리스 강재가 800℃ 이상의 배기계 부품에 사용될 때 흡음성을 향상시키기 위하여 다양한 검토를 행한 결과, 이하의 지견을 얻을 수 있었다.

일반적으로 탄소강은 진동 시 고용되어 있는 C, N가 격자 내에서 위치 변동을 하면서 에너지 손실을 유발하고, 결과적으로 소리를 흡수하게 되는바, 흡음성을 갖게 된다.

그러나 C, N의 움직임은 온도에 민감하기 때문에 좁은 온도 범위에서만 흡음성을 가지게 되며, 내식성 또한 열위하다. 반면 고 Cr강의 경우 내식성이 우수하며, C 및 N의 내부 움직임에 의해 흡음 효과 역시 우수한 바, 이는 결정립 안의 자구벽(Magnetic Domain Wall)의 움직임에 의한 에너지 손실로 인해 흡음 효과가 더 해지기 때문이다.

일반적으로 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스 강재에는 고온강도 향상을 위해 미량의 Nb가 첨가되는데, 이러한 Nb 첨가 페라이트계 스테인리스 강재의 경우, 불가피하게 표층부의 페라이트 기지 내 Nb(N,C)이 다량 석출되며, 이러한 Nb(N,C) 석출물은 진동시 흡음 매커니즘 중 하나인 자구벽(Magnetic Domain Wall)의 이동을 억제(Pinning)하기 때문에 페라이트계 스테인리스 강재의 흡음성이 본질적으로 열위하게 된다.

또한 C, N은 Nb, Ti와 대부분 석출물 상태로 결합되어 있기 때문에 상대적으로 페라이트 기지 내에 있는 고용 C, N이 거의 전무하게 되어 진동시 고용 C, N의 움직임에 의한 흡음 매커니즘(Snoek Effect) 또한 기대할 수 없다.

한편, 800℃ 이상의 배기계 부품에 적용되는 페라이트계 스테인리스강에는 고온강도를 위해 Nb를 첨가한다.

또한 Mo, W 등의 고용강화 원소를 추가로 첨가할 수 있는데, 800℃ 이상의 환경에서 진동이 발생할 시, 고용된 Mo, W 원소들의 Short Range Diffusion에 의해 흡음성이 향상되게 된다.

이러한 흡음성 향상의 효과는, Mo 와 W 이 동시에 포함될 경우 더욱 증대된다.

하지만, 기지 내에 Ti 이 포함되어 있으면 Ti-(Mo, W) pair를 형성하게 되고, Mo, W 원소들의 Short Range Diffusion이 억제되어 결과적으로 고온에서의 흡음성이 열위해지는 문제점이 있다.

본 발명에서는, 기지 내에 고용되어 있는 Mo 및 W 함량을 늘려 페라이트계 스테인리스강 최종 냉연재의 흡음성을 더욱 향상 시키고자 하였다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강에 관하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, 탄소(C): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.001~0.01%, 실리콘(Si): 0.2~1.0%, 망간(Mn): 0.1~2%, 크롬(Cr): 10~30%, 네오븀(Nb): 0.3~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~2.5%, 텅스텐(W): 0.3~2.5%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 알루미늄(Al): 0.001~0.015%, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함한다.

C: 0.001~0.01%

탄소(C)는 재료의 강도를 향상시키는 침입형 원소로써, 그 함량이 과다할 경우, 강도가 지나치게 상승하여 연성이 저하되는 바, 상한을 0.01%로 한정한다. 다만, 그 함량이 지나치게 낮을 경우, 목적하는 충분한 강도를 얻기 어렵고, 고순도 제품을 만들기 위한 정련 비용이 증가하는 바, 그 하한을 0.001%로 한정할 수 있다.

N: 0.001~0.01%

질소(N)는 열간 압연시 오스테나이트를 석출시켜 재결정을 촉진시키는 역할을 하는 원소로, 그 함량이 과다할 경우, 강도가 지나치게 상승하여 연성이 저하되는 바, 상한을 0.01%로 한정한다. 다만, 그 함량이 지나치게 낮을 경우, 고순도 제품을 만들기 위한 정련 비용이 증가하는 바, 그 하한을 0.001%로 한정할 수 있다.

Si: 0.2~1.0%

실리콘(Si)은 제강시 용강의 탈산과 페라이트 안정화를 위해 첨가되는 원소로, 본 발명에서는 0.2% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 재질의 경화를 일으켜 강의 연성이 저하되는 바, 그 상한을 1.0%로 한정할 수 있다.

Mn: 0.1~2%

망간(Mn)은 내식성 개선에 유효한 원소로, 본 발명에서는 0.1% 이상 첨가하고, 보다 바람직하게는 0.5% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 용접시 Mn계 퓸 발생이 급증하여 용접성이 저하되며, 과도한 MnS 석출물 형성으로 인해 강의 연성과 내식성이 저하되는 바, 그 상한을 2.0% 로 한정하며, 보다 바람직하게는 1.5%로 한정할 수 있다.

Cr: 10~30%

크롬(Cr)은 스테인리스강의 내식성 및 내산화성을 확보하기 위한 가장 중요하게 첨가되는 원소로, 본 발명에서는 10% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 제조 비용이 급증할 뿐만 아니라, 입계 부식이 일어나는 문제가 있는 바, 그 상한을 30%로 한정할 수 있다.

Ti: 0.001~0.1%

티타늄(Ti)은 탄소(C) 및 질소(N)를 고정하여 강 중 고용 탄소 및 고용 질소의 양을 저감하고, 내식성 향상에 효과적인 원소로, 그 함량이 과다할 경우, 800℃ 이상의 고온에서 고용된 W, Mo의 Short Range Diffusion 방해로 고온 흡음성을 감소시키는 바, 상한을 0.1%로 한정한다. 다만, 그 함량이 지나치게 낮을 경우, 불순물 극저 정련을 위한 비용이 많이 들고, Nb가 C, N과 결합하여 석출되어 Nb 고용에 의한 고온 강도 효과가 감소하게 되어, 그 하한을 0.001%로 한정할 수 있다.

Al: 0.001~0.015%

알루미늄(Al)은 강력한 탈산제로써, 용강 중 산소의 함량을 낮추는 역할을 하여 본 발명에서는 0.001% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 비금속 개재물 증가로 인해 냉연 스트립의 슬리브 결함이 발생함과 동시에, 용접성을 열화시키는 바, 그 상한을 0.015%로 한정할 수 있다.

Nb: 0.3~0.6%

네오븀(Nb)은 침입형 원소인 탄소(C)와 우선적으로 결합하여 NbC를 석출하여 고용 C 함량을 낮추는 역할을 한다. 이에 따라 내식성 및 고온강도가 향상되는 효과가 있어 본 발명에서는 0.3% 이상 첨가한다. 다만 그 함량이 과다할 경우, 재결정을 억제하여 성형성이 열위해지는 문제가 있는 바, 그 상한을 0.6%로 한정할 수 있다.

Mo: 0.3~2.5%

몰리브덴(Mo)은 내식성, 고온강도 및 고온 흡음성을 향상시키는 원로소, 본 발명에서는 0.3%이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 금속간(intermetallic) 석출물 생성에 의해 취성이 발생하는 바, 그 상한을 2.5% 로 한정할 수 있다.

W: 0.3~2.5%

텅스텐(W)은 내식성, 고온강도 및 고온 흡음성을 향상시키는 원로소, 본 발명에서는 0.3%이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 금속간(intermetallic) 석출물 생성에 의해 취성이 발생하는 바, 그 상한을 2.5% 로 한정할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강은, C+N: 0.018% 이하, P: 0.05% 이하, S: 0.005% 이하를 더 포함할 수 있다.

C+N: 0.018% 이하

C와 N은 이들의 함량이 과다할 경우, 강재의 강도가 지나치게 상승하여 연성이 저하되는 바, 이들 합의 상한을 0.018%로 한정할 수 있다.

P: 0.05% 이하

인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로써, 산세시 입계 부식을 일으키거나 열간 가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 P 함량의 상한을 0.05%로 관리한다.

S: 0.005% 이하

황(S)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로써, 결정립계에 편석되어 열간 가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 S 함량의 상한을 0.005%로 관리한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강은, Cu: 0.01%~0.15%, Mg: 0.0002~0.001%, Ca: 0.0004~0.002%를 더 포함할 수 있다.

Cu: 0.01%~0.15%

구리(Cu)는 배기계 응축수 환경에서 내식성 개선을 위해 첨가되는 원소로, 본 발명에서는 0.01%이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 연성을 저하시켜 성형성이 열위해지는 바, 그 상한을 0.15%로 한정할 수 있다.

Mg: 0.0002~0.001%

마그네슘(Mg)는 제강 공정에서 탈산을 위하여 투입되는 원소로, 탈산 공정후에 불순물로서 남아있게 된다. 다만 그 함량이 과다할 경우, 성형성이 열위해지는 바, 0.001% 이하로 함량을 제한하며, 완전히 제거하기에는 불가능하므로 본 발명에서는 Mg 함량의 하한을 0.0002%로 관리한다.

Ca: 0.0004~0.002%

칼슘(Ca)은 제강 공정에서 탈산을 위하여 투입되는 원소로, 탈산 공정 후에 불순물로서 남아있게 된다. 다만 그 함량이 과다할 경우, 내식성이 열위해지는 바, 0.002% 이하로 함?c을 제한하며, 완전히 제거하기에는 불가능하므로 본 발명에서는 Ca 함량의 하한을 0.0004%로 관리한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강은, 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.

W + 0.5*Mo ≥ 1.5 ------ 식 (1)

상술한 바와 같이, W과 Mo는 고용강화 효과와 동시에 고온 흡음성을 향상시키는 원소이다. 두 원소가 모두 포함되면서 상기 식 (1)을 만족하여야만 800 ℃ 이상의 고온에서 흡음성을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 예를 들어, 상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.

(W + Mo) / Ti ≥ 100 ------ 식 (2)

상기 식 (2)를 만족하는 경우, W, Mo의 Short Range Diffusion이 활성화 되어 고온 흡음성 향상에 유효하게 작용할 수 있다. 이와 달리 상기 식 (2)를 만족하지 못하는 경우, 기지(Matrix) 내 고용된 Ti가 고용되어 있는 W, Mo와 Ti-(W, Mo) pair를 형성하여 800 ℃ 이상의 진동 환경에서 W, Mo의 Short range Diffusion을 억제하므로 본 발명이 목표하고자 고온 흡음성을 얻을 수 없다.

또한, 예를 들어, 상기 페라이트계 스테인리스강은 상기 식 (1) 및 식 (2)를 모두 만족하여, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.

W + 0.5*Mo - 5*Ti ≥ 1 ------ 식 (3)

고온 흡음성을 향상시키는 W, Mo와 기지 내에 고용된 W,Mo의 Short range diffusion을 방해하는 Ti의 함량을 고려하여, 상기 식 (3)을 만족하는 경우에는, 배기계 열교환기의 주 사용환경인 800℃의 고온에서 흡음성이 기존 대비 2배 이상 증가한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 흡음성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 1을 참조하면,'W + 0.5*Mo - 5*Ti'의 값이 1 미만인 비교예들의 경우에 비해, 상기 식 (3)을 만족하는 실시예들의 경우, 흡음지수(Q^-1)는 배기계 열교환기의 주 사용환경인 800℃의 고온에서 10x10^-4 이상을 만족하여 비교예들 대비 두배 이상의 흡음성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강을 배기계 열교환기 등의 용도로 적용시 우수한 고온 흡음성을 얻을 수 있어 배기계 열교환기의 정숙성 및 부품 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

상기 페라이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.001~0.01%, 실리콘(Si): 0.2~1.0%, 망간(Mn): 0.1~2%, 크롬(Cr): 10~30%, 네오븀(Nb): 0.3~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~2.5%, 텅스텐(W): 0.3~2.5%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 알루미늄(Al): 0.001~0.015%, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 제조하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연 및 열연 소둔하는 단계; 및 상기 열연판을 냉간 압연 후 냉연소둔하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은, 상기의 성분계를 갖는 슬라브를 열간압연하고, 열간압연된 코일의 표면 스케일을 제거하고, 소재의 내부 응력을 제거하는 열연소둔 공정으로 거쳐, 냉간압연 및 냉연소둔 과정을 거칠 수 있다.

일반적으로 열간압연 공정은, 가열된 슬라브의 두께와 폭을 제어하는 조압연단계, 조압연 후 목표로 하는 제품의 치수로 최종적으로 제어하는 마무리압연단계, 마무리질압연 후 스트립의 재질을 맞추기 위한 수냉단계 및 압연된 스트립을 열연코일로 감기 위한 권취단계를 포함할 수 있다.

상기 냉연소둔 단계는, 1000 + 20*(W + 0.5Mo) ℃에서 30초간 유지하는 1차 열처리 단계; 및 900 + 20*(W+0.5Mo) ℃의 온도로 급냉하여 1분동안 유지하는 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다.

상기 1차 열처리 단계에서는, 1000 + 20*(W+0.5Mo)℃ 온도에서 30초 동안 유지하는 소둔 열처리를 통해, 연주-열연-열연소둔시 생성된 Mo, W이 포함된 라베스 상(laves phase)을 충분히 용해시켜 기지에 고용되어 있는 Mo 및 W 함량을 늘리고자 하였다.

상기 2차 열처리 단계에서는, 900 + 20*(W+0.5Mo)℃ 온도에서 60초 동안 유지하는 소둔 열처리를 통해, Nb가 풍부한 라베스상을 미리 생성하여, 이후 배기계 열교환기의 주 사용환경인 800℃의 고온에서 고용 Mo, W이 라베스상으로 석출되는 것을 억제하여 고용 Mo, W함량을 극대화하고자 하였다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법을 실시예들을 통하여 상세하게 설명하고자 한다.

하기 표 1의 조성(중량%)을 가지는 발명강 1 내지 2와 비교강 1 내지 3을 준비하고 연속 주조를 통하여 슬라브를 제조하였다. 이후, 상기 슬라브를 조압연기 및 연속마무리 압연기를 이용하여 열연판을 제조하고, 그 후 열연소둔을 행하고 냉간압연을 실시하였다.

강종	C	N	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Al	Nb	Mo	W
발명강 1	0.007	0.009	0.26	0.53	0.035	0.003	18.2	0.03	0.03	0.52	2.2	1.1
발명강 2	0.009	0.008	0.38	0.84	0.032	0.004	18.6	0.02	0.01	0.54	2	1.5
비교강 1	0.011	0.009	0.27	0.67	0.027	0.004	18.3	0.08	0.14	0.53	0.4	0.4
비교강 2	0.008	0.01	0.31	0.95	0.028	0.004	18.8	0.04	0.11	0.51	0.6	0.3
비교강 3	0.009	0.006	0.33	0.79	0.031	0.003	18.5	0.15	0.05	0.52	1.8	1.2

발명강 1, 2를 도 2에 따른 본 발명의 냉연소둔 패턴에 따라 냉연 소둔 처리하여 1mm 두께의 냉연 소둔판을 얻은 경우를 실시예 1, 2에 나타내었다.

발명강 1, 2를 통상의 냉연소둔 처리하여 1mm 두께의 냉연 소둔판을 얻은 경우를 비교예 7, 8에 나타내었다.

비교강 1, 2, 3을 통상의 냉연소둔 처리하여 1mm 두께의 냉연 소둔판을 얻은 경우를 비교예 1, 3, 5에 나타내었다.

비교강 1, 2, 3을 도 2에 따른 본 발명의 냉연소둔 패턴에 따라 냉연 소둔 처리하여 1mm 두께의 냉연 소둔판을 얻은 경우를 비교예 2, 4, 6에 나타내었다.

즉, 본 발명의 냉연소둔 패턴에 따라 열처리하는 경우, 1000℃ + 20*(W+0.5Mo)에 해당하는 온도 범위에서 30초간 1차 열처리 후, 900℃ + 20*(W+0.5Mo)의 온도로 급냉하여 60초 동안 유지하는 열처리를 수행하였다.

이와 달리, 통상의 냉연소둔 처리하는 경우, 1000℃의 온도에서 30초 동안 열처리를 수행하였다.

	강종	W+0.5Mo	(W+Mo)/Ti	냉연 후 소둔조건	고용 W+0.5Mo-5Ti	Q^-1
실시예 1	발명강 1	2.8	110	발명 소둔 패턴	1.5	11.3
실시예 2	발명강 2	2.8	175	발명 소둔 패턴	1.7	12.9
비교예 1	비교강1	0.6	10	1000℃. 30sec	0.1	3.5
비교예 2	비교강1	0.6	10	발명 소둔 패턴	0.2	3.7
비교예 3	비교강 2	0.8	23	1000℃. 30sec	0.3	4.2
비교예 4	비교강 2	0.8	23	발명 소둔 패턴	0.5	4.8
비교예 5	비교강 3	2.4	20	1000℃. 30sec	0.4	4.3
비교예 6	비교강 3	2.4	20	발명 소둔 패턴	0.8	7.5
비교예 7	발명강 1	2.8	110	1000℃. 30sec	0.7	7.1
비교예 8	발명강 2	2.8	175	1000℃. 30sec	0.9	8.4

1mm 두께의 냉연 소둔판에 대해서 석출물 잔사 추출법을 실시하여 ICP 분석(Inductively　Coupled　Plasma　Spectrometry)을 통해 고용되어있는 Mo, W함량을 분석하여 상기 표 2에 나타내었다.

흡음성은 IMCE사의 "RFDA LTVP800" 장비를 통해서 측정하였다. 상기 장비는 80mm(길이)*20mm(너비)*1mm(두께)의 샘플에 일정한 충격을 가해 고유 진동수로 진동을 발생시킨 후, 소리의 감쇄 정도를 측정 함으로써 흡음지수(Q^-1)를 측정한다.

흡음지수가 높을수록 소리의 감쇄가 빠르게 이루어진다. 즉 흡음성이 우수함을 의미한다. 최종 열처리된 각 1mm 두께의 냉연 소둔판에 대하여 상기 장비를 통해 배기계 열교환기의 주 사용환경인 800℃의 온도에 대한 흡음지수(Q^-1, *10^-4)를 측정하여 상기 표 2에 나타내었다.

도 1을 참조하면, 'W+0.5Mo-5Ti'값에 따른 실시예 및 비교예의 흡음지수를 확인할 수 있다.

상기 표 2 및 도 1을 참조하면, 본 발명이 제안하는 조건을 모두 만족하는 실시예 1 및 2의 경우, 흡음지수(Q^-1)가 배기계 열교환기의 주 사용환경인 800℃의 고온에서 10x10^-4 이상을 만족하여 비교예들 대비 두배 이상의 흡음성을 확보할 수 있었다.

반면, 비교예들의 경우에는 열연소둔시 충분한 고용 W, Mo를 얻을 수 없어, 'W+0.5Mo-5Ti'의 값이 1미만으로 나타났기 때문에 부족한 흡음성을 보여주었다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.001~0.01%, 실리콘(Si): 0.2~1.0%, 망간(Mn): 0.1~2%, 크롬(Cr): 10~30%, 네오븀(Nb): 0.3~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~2.5%, 텅스텐(W): 0.3~2.5%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 알루미늄(Al): 0.001~0.015%, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)을 만족하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강.
W + 0.5*Mo ≥ 1.5 ------ 식 (1)
제1항에 있어서,
상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)를 만족하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강.
C+N ≤ 0.018 ------ 식 (2)
제1항에 있어서,
Cu: 0.01%~0.15%, Mg: 0.0002~0.001%, Ca: 0.0004~0.002%를 더 포함하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (3)를 만족하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강.
(W + Mo) / Ti ≥ 100 ------ 식 (3)
제4항에 있어서,
상기 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (4)를 만족하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강.
W + 0.5*Mo - 5*Ti ≥ 1 ------ 식 (4)
제5항에 있어서,
상기 스테인리스강의 흡음 지수는 10*10^-4 이상인 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강.
중량%로 C: 0.001~0.01%, N: 0.001~0.01%, Si: 0.2~1.0%, Mn: 0.1~2%, Cr: 10~30%, Nb: 0.3~0.6%, Mo: 0.3~2.5%, W: 0.3~2.5%, Ti: 0.001~0.1%, Al: 0.001~0.015%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 제조하는 단계;
상기 슬라브를 열간 압연 및 열연 소둔하는 단계; 및
상기 열연판을 냉간 압연 후 냉연소둔하는 단계;를 포함하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.
제 7항에 있어서,
상기 냉연소둔 단계는,
1000 + 20*(W + 0.5Mo) ℃에서 30초간 유지하는 1차 열처리 단계; 및 900 + 20*(W+0.5Mo) ℃의 온도로 급냉하여 60초동안 유지하는 2차 열처리 단계;를 포함하는 흡음성이 우수한 배기계 열교환기용 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.