KR20190028785A

KR20190028785A - 페라이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20190028785A
Application number: KR1020197004487A
Authority: KR
Inventors: 마나미 이치카와; 데츠유키 나카무라; 구니오 후쿠다; 신 이시카와; 레이코 스기하라
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-03-19
Also published as: WO2018043310A1; EP3508598A1; EP3508598A4; JP6699670B2; CN109563596A; MX2019001947A; US11261512B2; KR102206415B1; US20190177824A1; JPWO2018043310A1

Abstract

우수한 브레이징성을 가짐과 함께, 배열 회수기 또는 EGR 쿨러에 사용되는 환경에 있어서, 우수한 내응축수 부식성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것. 질량％ 로, C : 0.025 ％ 이하, Si : 0.40 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.05 ∼ 1.5 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％, Mo : 0.60 ∼ 3.0 ％, Ni : 0.10 ∼ 2.5 ％, Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％, Al : 0.001 ∼ 0.15 ％, N : 0.025 ％ 이하를 함유하며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖도록 한다. C ＋ N ≤ 0.030 ％ ··· (1) 2 Si ＋ Ni ≥ 1.0 ％ ··· (2) (식 (1), 식 (2) 중의 C, N, Si, Ni 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)

Description

페라이트계 스테인리스강

본 발명은 자동차의 배기 가스 응축수 환경에서 사용되는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 예를 들어, 배열 회수기나 EGR (Exhaust Gas Recirculation) 쿨러 등의 배기 가스 재순환 장치에 사용하는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

최근, 자동차 분야에서의 배기 가스 환경 규제의 강화가 진행됨과 함께, 연비 향상이 더욱 더 요구되고 있다. 이 때문에, 배열 회수기나 EGR 쿨러와 같은 열교환기의 자동차에 대한 적용이 계속 증대되고 있다.

배열 회수기는, 배기 가스의 열을 회수하여 재이용하는 장치로서, 하이브리드 차를 중심으로 탑재되어 있다. 배열 회수기를 사용한 시스템에서는, 열교환기를 통해서 배기 가스의 열을 엔진 냉각수에게 전달함으로써, 엔진 난기를 촉진하여 연비 및 난방 성능을 향상시키고 있다.

또, EGR 쿨러는, 배기 가스를 재순환시키는 장치이다. EGR 쿨러를 사용한 시스템에서는, 배기측의 고온의 배기 가스를 열교환기에 의해서 냉각시키고, 냉각된 배기 가스를 다시 흡기시킴으로써 엔진의 연소 온도를 저하시켜, NOx 의 생성을 억제한다.

이와 같은 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환부는, 응축수가 생성되어, 혹독한 부식 환경에 노출된다. 열교환부에서는, 스테인리스강을 통하여 배기 가스와 냉각수가 접하고 있고, 부식에 의해서 공식이 발생되면 냉각수의 누출로 이어지기 때문에, 높은 내응축수 부식성이 요구된다.

특허문헌 1 에는, 정제가 불충분하고 S 농도가 높은 연료가 사용되는 경우의 EGR 쿨러 및 배열 회수 장치용 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은, Ni 를 다량으로 함유하기 때문에 고비용이 되는 점이나, 이그조스트 매니폴드 주위 부품과 같이, 고온에서 심한 진동으로 구속력을 받는 사용 환경에서의 피로 특성, 고온에서의 열피로 특성이 낮다는 점에 문제가 있었다.

그래서, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환부에 오스테나이트계 스테인리스강 이외의 강을 사용하는 것이 검토되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 2 에는, 페라이트계 스테인리스강을 소재로 하여 구성된 자동차 배열 회수 장치가 개시되어 있다. 여기서는, 18 mass％ 이상의 Cr 에 Mo 를 첨가함으로써, 배기 가스의 응축-증발 환경에 있어서의 내공식성 및 내간극 부식성을 확보하고 있다.

또, 상기의 EGR 쿨러의 열교환부 등의 접합에는, 브레이징 접합이 적용되고 있고, 이들 부재에는, 내응축수 부식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 우수한 브레이징성도 요구되고 있다.

이 점에서, 예를 들어, 특허문헌 3 에는, EGR 쿨러 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 여기서는, Cr ＋ 2.3 Cu ≥ 18 을 만족하도록 Cr 에 Cu 를 첨가함으로써, 우수한 브레이징성과 배기 가스 응축수에 대한 내식성을 확보하고 있다.

특허문헌 4 에는, 브레이징 후의 배기 가스 응축수에 대한 내식성을 구비한 배열 회수기용 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 여기서는, 브레이징 후의 내식성의 관점에서, 브레이징 열처리 후에 형성되는 피막 중의 카티온 분율을 규정하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 공개특허공보 2013-199661호 일본 공개특허공보 2009-228036호 일본 공개특허공보 2010-121208호 일본 공개특허공보 2012-214880호

그러나, 특허문헌 2 ∼ 4 와 같은 스테인리스강에서는, 응축수의 생성과 증발, 가열이 반복되는 실제의 환경을 모의한 시험을 행했을 때, 내응축수 부식성이 불충분한 경우가 있다. 이와 같이, 종래 기술에서는, 충분한 브레이징성을 확보하면서 원하는 내응축수 부식성을 얻고 있다고는 여전히 말할 수 없었다.

그래서, 본 발명은, 우수한 브레이징성을 가짐과 함께, 배열 회수기 또는 EGR 쿨러에 사용되는 환경에서, 우수한 내응축수 부식성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 여기서, 우수한 브레이징성이란, 중첩된 2 장의 강판의 일방의 단면에 브레이징재 BNi-5(Ni-19 Cr-10 Si) 를 1.2 g 도포하고, 10^-2 ㎩ 의 진공 분위기, 1170 ℃ × 600 s 의 가열 조건에서 브레이징 처리를 행한 후, 브레이징재의 침투가 2 장의 판의 중첩 길이의 50 ％ 이상인 것을 가리킨다.

또, 우수한 내응축수 부식성이란, pH 8.0 의 200 ppm Cl^- ＋ 600 ppm SO₄ ^2- 용액에 대한 시험편의 전체 침지, 80 ℃ 의 유지, 24 시간의 침지-증발 시험, 250 ℃ 의 노 내에서의 24 시간의 가열 유지 모두를 4 사이클 행한 후 (이하, 응축수 부식 시험이라고도 기재한다), 최대 부식 깊이가 100 ㎛ 미만인 것을 가리킨다.

본 발명자들은, 전술한 응축수 부식 시험을 행하고, Cr, Mo, Ni, C, N 에 더하여 Si 를 적당량 함유시킴으로써, 우수한 내응축수 부식성이 얻어지는 것을 알아내었다. 또한, Al 함유량을 조정함으로써, 브레이징성도 확보할 수 있는 것을 지견하였다.

상기 과제를 해결하는 것을 목적으로 한 본 발명의 요지는 아래와 같다.

[1] 질량％ 로,

C : 0.025 ％ 이하,

Si : 0.40 ∼ 2.0 ％,

Mn : 0.05 ∼ 1.5 ％,

P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.01 ％ 이하,

Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％,

Mo : 0.60 ∼ 3.0 ％,

Ni : 0.10 ∼ 2.5 ％,

Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％,

Al : 0.001 ∼ 0.15 ％,

N : 0.025 ％ 이하를 함유하며,

또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.

C ＋ N ≤ 0.030 ％ ··· (1)

2 Si ＋ Ni ≥ 1.0 ％ ··· (2)

(식 (1), 식 (2) 중의 C, N, Si, Ni 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)

[2] 추가로 질량％ 로,

Cu : 0.01 ∼ 1.0 ％,

W : 0.01 ∼ 1.0 ％,

Co : 0.01 ∼ 1.0 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[3] 추가로 질량％ 로,

Ti : 0.01 ∼ 0.10 ％,

V : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Zr : 0.01 ∼ 0.30 ％,

B : 0.0003 ∼ 0.005 ％,

Ca : 0.0003 ∼ 0.003 ％,

Mg : 0.0003 ∼ 0.003 ％

REM : 0.001 ∼ 0.10 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[4] 자동차의 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼ [3] 의 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

본 발명에 의하면, 우수한 브레이징성을 가짐과 함께, 배열 회수기 또는 EGR 쿨러 등의 응축수 부식 환경에 노출되는 자동차 부품에 사용되는 경우에 있어서, 우수한 내응축수 부식성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환부의 배기 가스측은, 종래의 머플러와 마찬가지로, 배기 가스의 응축 및 증발이 반복되는 환경에 있다. 생성된 응축수는 배기 가스에 의해서 가열되고, 수분이 증발함과 함께 이온종의 농화와 pH 의 저하가 일어나, 스테인리스강의 부식을 촉진한다. 최근에는, 연료의 다양화에 수반하여 배기 가스도 다양화되고 있어, 내식성에 큰 영향을 미치는 염화수 이온, 황산 이온이 증가하거나, pH 가 중성에서 약산성으로 변화하거나 하는 등, 부식 환경은 가혹한 것이 상정되고 있다.

이러한 배경을 감안하여, 본 발명자들은, 배기 가스 응축수 환경에 있어서의 스테인리스강의 내응축수 부식성 향상에 대해서 예의 검토하였다.

그 결과, 우수한 내응축수 부식성을 갖는 스테인리스강을 얻으려면, 소정 범위의 함유량으로 조정한 Cr, Mo, Ni, C, N 에 더하여 적당량의 Si 를 함유시키는 것이 유효하다는 것을 알았다.

응축수 부식의 부식 형태는 공식이다. 본 발명에서는, 공식의 발생을 억제하는 것, 공식의 성장 속도를 저감하는 것, 및 공식의 성장을 정지시킴으로써 내응축수 부식성을 향상시켰다. 첫 번째의 공식의 발생의 억제에 대해서는, Cr 과 Mo 의 함유에 더하여, 추가로 적당량의 Si 를 함유시킴으로써 억제 효과를 대폭 강화하고 있다. 두 번째의 공식의 성장 속도 저감은, 적당량의 Ni 함유로 행하고 있다. 또한, 세 번째의 공식의 성장의 정지에 대해서는, Cr 과 Mo 의 함유에 더하여, 추가로 적당량의 Si 와 Ni 를 함유시킴으로써 보다 효과적으로 성장을 정지시키고 있다.

나아가, Al 함유량을 조정함으로써, 브레이징성을 확보할 수 있는 것을 지견하였다.

이상의 각 과정에 대한 원소의 상이한 기여에 의해서, 브레이징성을 확보하면서, 내응축수 부식성이 비약적으로 향상되는 것을 알아내고, 본 발명에 이르렀다.

이와 같은 지견에 기초하는 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 질량％ 로, C : 0.025 ％ 이하, Si : 0.40 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.05 ∼ 1.5 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％, Mo : 0.60 ∼ 3.0 ％, Ni : 0.10 ∼ 2.5 ％, Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％, Al : 0.001 ∼ 0.15 ％, N : 0.025 ％ 이하를 함유하며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하고, 우수한 브레이징성을 가짐과 함께, 배열 회수기 또는 EGR 쿨러 등의 응축수 부식 환경에 노출되는 자동차 부품에 사용되는 경우에 있어서, 우수한 내응축수 부식성을 갖는다.

C ＋ N ≤ 0.030 ％ ··· (1)

2 Si ＋ Ni ≥ 1.0 ％ ··· (2)

이하에서는, 먼저, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 성분 조성에 대해서 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량을 나타내는 ％ 는, 특별히 기재하지 않는 한 질량％ 로 한다.

C : 0.025 ％ 이하

C 는, 강에 불가피하게 함유되는 원소이다. C 함유량이 많으면 강도가 향상되고, 적어지면 가공성이 향상된다. 강도를 향상시키기 위해서는 0.001 ％ 이상 C 를 함유하는 것이 바람직하다. 한편, C 함유량이 0.025 ％ 를 초과하면 가공성의 저하가 현저해지는 데다가, Cr 탄화물이 석출되어 국소적인 Cr 결핍에 의한 내응축수 부식성의 저하를 일으키기 쉬워진다. 따라서, C 함유량은 0.025 ％ 이하로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.020 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. 또, C 함유량은, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.004 ％ 이상이다.

Si : 0.40 ∼ 2.0 ％

Si 는, 본 발명에 있어서 내응축수 부식성 향상을 위해서 중요한 원소이다. 그 효과는, 0.40 ％ 이상 Si 를 함유함으로써 얻어진다. 보다 우수한 내응축수 부식성을 필요로 하는 경우에는 0.60 ％ 초과의 Si 함유가 바람직하다. 단, Si 를 2.0 ％ 초과로 함유하면, 가공성을 저하시킨다. 따라서, Si 함유량은 0.40 ∼ 2.0 ％ 로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.60 ％ 초과이고, 보다 바람직하게는 0.80 ％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.00 ％ 이상이다. 또, Si 함유량은, 바람직하게는 1.80 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.60 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.40 ％ 이하이다.

Mn : 0.05 ∼ 1.5 ％

Mn 은, 탈산 작용이 있고, 그 효과는 0.05 ％ 이상의 Mn 의 함유로 얻어진다. 그러나, Mn 의 1.5 ％ 초과의 함유는, 고용 강화에 의해서 가공성을 저해하게 한다. 또, Mn 의 1.5 ％ 초과의 함유는, 부식의 기점이 되는 MnS 의 석출을 촉진하여, 내응축수 부식성을 저하시킨다. 따라서, Mn 함유량은 0.05 ∼ 1.5 ％ 의 범위로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. 또, Mn 함유량은, 바람직하게는 0.50 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.

P : 0.05 ％ 이하

P 는, 강에 불가피하게 함유되는 원소로서, 0.05 ％ 초과의 P 의 함유는 용접성을 저하시켜, 입계 부식을 쉽게 일으키게 한다. 그 때문에, P 함유량은 0.05 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는, P 함유량은 0.04 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, P 함유량은 0.03 ％ 이하이다.

S : 0.01 ％ 이하

S 는, 강에 불가피하게 함유되는 원소로서, 0.01 ％ 초과의 S 의 함유는, MnS 의 석출을 촉진하여, 내응축수 부식성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.01 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, S 함유량은 0.008 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, S 함유량은 0.005 ％ 이하이다.

Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％

Cr 은, 내응축수 부식성을 확보하기 위해서 중요한 원소이다. Cr 함유량이 16.0 ％ 미만에서는, 내응축수 부식성을 충분히 얻을 수 없다. 한편으로, Cr 을 30.0 ％ 초과로 함유하면, 가공성, 제조성이 저하된다. 따라서, Cr 함유량은 16.0 ∼ 30.0 ％ 의 범위로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 18.0 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 19.0 ％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 20.5 ％ 이상이다. 또, Cr 함유량은, 바람직하게는 24.0 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 23.0 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 22.0 ％ 이하이다.

Mo : 0.60 ∼ 3.0 ％

Mo 는, 스테인리스강의 부동태 피막을 안정화시켜, 내응축수 부식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 배열 회수기나 EGR 쿨러에서는, 응축수에 의한 내면 부식이나 융설제 등으로 인한 외면 부식을 방지하는 효과가 있다. 또한, 열피로 특성의 향상 효과가 있어, 이그조스트 매니폴드 바로 아래에 장착되는 EGR 쿨러에 사용할 경우에는, 특히 바람직한 원소이다. 이들 효과는, 0.60 ％ 이상의 Mo 의 함유로 얻어진다. 그러나, Mo 는 고가의 원소이기 때문에, 비용 증대를 초래한다. 그리고, Mo 함유량이 3.0 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Mo 함유량은 0.60 ∼ 3.0 ％ 의 범위로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 0.80 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.00 ％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.20 ％ 이상이고, 더욱 더 바람직하게는 1.50 ％ 이상이다. 또, Mo 함유량은, 바람직하게는 2.50 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.00 ％ 이하이다.

Ni : 0.10 ∼ 2.5 ％

Ni 는, 0.10 ％ 이상의 함유로, 내응축수 부식성 및 인성의 향상에 유효하게 기여하는 원소이다. 그러나, Ni 함유량이 2.5 ％ 를 초과하면, 응력 부식 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.10 ∼ 2.5 ％ 의 범위로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 0.50 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.80 ％ 초과이며, 더욱 바람직하게는 1.00 ％ 이상이고, 더욱 더 바람직하게는 1.20 ％ 이상이고, 특히 바람직하게는 1.50 ％ 이상이다. 또, 내응축수 부식성 향상에 유효한 Si 의 함유량이 0.60 ％ 이하인 경우에는, 내응축수 부식성을 확보하기 위해서 Ni 를 0.80 ％ 를 초과하여 함유하는 것이 바람직하다.

Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％

Nb 는, C 및 N 과 우선적으로 결합함으로써, Cr 탄질화물의 석출에 의한 내응축수 부식성의 저하를 억제하는 원소이다. 또, 고온 강도를 높이고, 열피로 특성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이들 효과는, Nb 의 0.20 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Nb 함유량이 0.80 ％ 를 초과하면, 인성이 저하된다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.20 ∼ 0.80 ％ 의 범위로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.25 ％ 이상이다. 또, Nb 함유량은, 바람직하게는 0.60 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.40 ％ 이하이다.

Al : 0.001 ∼ 0.15 ％

Al 은 탈산에 유용한 원소로서, 그 효과는 0.001 ％ 이상의 Al 의 함유로 얻어진다. 한편, Al 의 0.15 ％ 초과의 함유는 브레이징성을 저하시키는 점에서, Al 함유량은 0.15 ％ 이하로 한다. 따라서, Al 함유량은 0.001 ∼ 0.15 ％ 로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.10 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.050 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.025 ％ 이하이고, 더욱 더 바람직하게는 0.015 ％ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.010 ％ 이하이고, 가장 바람직하게는 0.008 ％ 이하이다.

N : 0.025 ％ 이하

N 은, C 와 마찬가지로 강에 불가피하게 함유되는 원소로서, 고용 강화에 의해서 강의 강도를 상승시키는 효과가 있다. 그 효과는, N 을 0.001 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, N 을 0.025 ％ 초과로 함유하고, Cr 질화물로서 석출한 경우에는 내응축수 부식성을 저하시킨다. 따라서, N 함유량은 0.025 ％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.020 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. 또, N 함유량은, 바람직하게는 0.001 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상이며, 더욱 바람직하게*％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다.

C ＋ N : 0.030 ％ 이하··· (1)

(식 (1) 중의 C, N 은, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)

C 및 N 의 과잉 함유는, 내응축수 부식성 및 가공성을 저하시킨다. 그 때문에, C 함유량 및 N 함유량의 각각을 전술한 범위로 한 다음, C ＋ N (C 함유량과 N 함유량의 합) 은 0.030 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, C ＋ N 은 0.025 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, C ＋ N 은 0.020 ％ 이하이다.

2 Si ＋ Ni : 1.0 ％ 이상··· (2)

(식 (2) 중의 Si, Ni 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)

전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 내응축수 부식성의 향상을 위해서 Si 및 Ni 의 각각을 소정의 함유량으로 한다. 또한, 본 발명자들은 예의 검토하여, 2 Si ＋ Ni (Si 함유량의 2 배와 Ni 함유량의 합) 가 1.0 ％ 미만이면, 원하는 내응축수 부식성이 얻어지지 않는 것도 지견하였다. 그 때문에, 본 발명에서는, Si 함유량 및 Ni 함유량의 각각을 전술한 범위로 한 다음, 2 Si ＋ Ni 를 1.0 ％ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는, 2 Si ＋ Ni 는 1.5 ％ 이상이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강에서는, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 상기 성분에 더하여, 추가로 Cu, W, Co 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 아래의 범위에서 함유할 수 있다.

Cu : 0.01 ∼ 1.0 ％

Cu 는, 내응축수 부식성을 높이는 효과를 갖는 원소이다. 그 효과는, Cu를 0.01 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, Cu 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cu 를 함유하는 경우에는, Cu 함유량은 0.01 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. Cu 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, Cu 함유량은, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이하이다.

W : 0.01 ∼ 1.0 ％

W 는, Mo 와 마찬가지로, 내응축수 부식성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과는, W 를 0.01 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, W 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 제조성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, W 를 함유하는 경우에는, W 함유량은 0.01 ∼ 1.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, W 함유량은 0.50 ％ 이하이다.

Co : 0.01 ∼ 1.0 ％

Co 는, 내응축수 부식성 및 인성을 향상시키는 원소이다. 그 효과는, Co 를 0.01 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, Co 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 제조성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Co 를 함유하는 경우에는, Co 함유량은 0.01 ∼ 1.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다. Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.04 ％ 이상이다. 또, Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 추가로 Ti, V, Zr, B, Ca, Mg, REM 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을, 아래의 범위에서 함유할 수 있다.

Ti : 0.01 ∼ 0.10 ％

Ti 는, 강 중에 함유되는 C 및 N 과 결합하여, 예민화를 방지하는 효과를 갖는다. 그 효과는 Ti 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Ti 는 산소에 대해서 활성 원소로서, 0.10 ％ 초과의 Ti 의 함유는 브레이징 처리시에 치밀하고 연속적인 Ti 산화 피막을 강의 표면에 생성하여, 브레이징성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Ti 함유량은 0.01 ∼ 0.10 ％ 로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.04 ％ 이하이다.

V : 0.01 ∼ 0.50 ％

V 는, Ti 와 마찬가지로, 강 중에 함유되는 C 및 N 과 결합하여, 예민화를 방지하는 효과를 갖는다. 그 효과는, V 를 0.01 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, V 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, V 를 함유하는 경우에는, V 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.40 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.25 ％ 이하이다.

Zr : 0.01 ∼ 0.30 ％

Zr 은, C, N 과 결합하여, 예민화를 억제하는 효과가 있다. 그 효과는, Zr 을 0.01 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, Zr 함유량이 0.30 ％ 를 초과하면, 가공성을 저하시키는 데다가, 매우 고가의 원소이기 때문에 비용의 증대를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Zr 을 함유하는 경우에는, Zr 함유량은 0.01 ∼ 0.30 ％ 로 하는 것이 바람직하다. Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

B : 0.0003 ∼ 0.005 ％

B 는, 2 차 가공 취성 (脆性) 을 개선하는 원소이다. 그 효과는, B 를 0.0003 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, B 함유량이 0.005 ％ 를 초과하면, 고용 강화에 의해서 연성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, B 를 함유하는 경우에는, B 함유량은 0.0003 ∼ 0.005 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0005 ％ 이상이다. 또, B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0030 ％ 이하이다.

Ca : 0.0003 ∼ 0.003 ％

Ca 는, 용접부의 용융성을 개선하여 용접성을 향상시킨다. 그 효과는, Ca 를 0.0003 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, Ca 함유량이 0.003 ％ 를 초과하면, S 와 결합하여 CaS 를 생성하여, 내응축수 부식성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Ca 를 함유하는 경우에는, Ca 함유량은 0.0003 ∼ 0.003 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0005 ％ 이상이다. 또, Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.

Mg : 0.0003 ∼ 0.003 ％

Mg 는, 탈산 효과 등 정련상 유용인 원소이고, 또, 조직을 미세화하여, 가공성, 인성의 향상에도 유용하고, 필요에 따라서 Mg 를 0.003 ％ 이하 함유시킬 수 있다. Mg 를 함유시키는 경우, Mg 함유량은, 안정적인 효과가 얻어지는 0.0003 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, Mg 를 함유시키는 경우, Mg 함유량은 0.0003 ∼ 0.003 ％ 로 하는 것이 바람직하다. Mg 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.

REM : 0.001 ∼ 0.10 ％

REM (희토류 원소) 은 내산화성을 향상시켜, 산화 스케일의 형성을 억제하고, 용접부의 템퍼 컬러 바로 아래의 Cr 결핍 영역의 형성을 억제한다. 그 효과는, REM 을 0.001 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, REM 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면, 산세성 등의 제조성을 저하시키는 데다가, 비용의 증대를 초래한다. 따라서, REM 을 함유하는 경우에는, REM 함유량은 0.001 ∼ 0.10 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 스테인리스강의 제조 방법은, 페라이트계 스테인리스강의 통상적인 제조 방법이면 바람직하게 사용할 수 있어, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전로, 전기로 등 공지된 용해로에서 강을 용제하거나, 혹은 추가로 래들 정련, 진공 정련 등의 2 차 정련을 거쳐, 상기 서술한 본 발명의 성분 조성을 갖는 강으로 하여, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편 (슬래브) 으로 하고, 그 후, 열간 압연, 열연판 어닐링, 산세, 냉간 압연, 마무리 어닐링, 산세 등의 각 공정을 거쳐 냉연 소둔판으로 하는 제조 공정에서 제조할 수 있다. 상기 냉간 압연은, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연으로 해도 되고, 또, 냉간 압연, 마무리 어닐링, 산세의 각 공정은 반복하여 행해도 된다. 또한, 열연판 어닐링은 생략해도 되고, 강판의 표면 광택이나 조도 조정이 요구되는 경우에는, 냉간 압연 후 혹은 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연을 실시해도 된다.

상기 제조 방법에 있어서의, 바람직한 제조 조건에 대해서 설명한다.

강을 용제하는 제강 공정은, 전로 혹은 전기로 등에서 용해시킨 강을 VOD 법 등에 의해서 2 차 정련하고, 상기 필수 성분 및 필요에 따라서 첨가되는 성분을 함유하는 강으로 하는 것이 바람직하다. 용제된 용강은, 공지된 방법으로 강 소재로 할 수 있는데, 생산성 및 품질면에서는, 연속 주조법에 의한 것이 바람직하다. 강 소재는, 그 후, 바람직하게는 1050 ∼ 1250 ℃ 로 가열되고, 열간 압연에 의해서 원하는 판두께의 열연판이 된다. 물론, 판재 이외의 것으로 열간 가공할 수도 있다. 상기 열연판은, 그 후 필요에 따라서 900 ∼ 1150 ℃ 의 온도로 연속 어닐링을 실시한 후, 산세 등에 의해서 탈스케일하여 열연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 산세 전에 숏 블라스팅에 의해서 스케일 제거해도 된다.

또한, 상기 열연 어닐링판을, 냉간 압연 등의 공정을 거쳐 냉연 제품으로 해도 된다. 이 경우의 냉간 압연은, 1 회여도 되지만, 생산성이나 요구 품질상의 관점에서 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연으로 해도 된다. 1 회 또는 2 회 이상의 냉간 압연의 총압하율은 60 ％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70 ％ 이상이다. 냉간 압연된 강판은, 그 후, 바람직하게는 900 ∼ 1150 ℃, 더욱 바람직하게는 950 ∼ 1150 ℃ 의 온도에서 연속 어닐링 (마무리 어닐링) 하고, 산세하여, 냉연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연속 어닐링을 광휘 어닐링으로 행하여 산세를 생략해도 된다. 그리고 용도에 따라서는, 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연 등을 실시하여, 강판의 형상이나 표면 조도, 재질 조정을 행해도 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 자동차의 배열 회수기나 EGR 쿨러 등의 배기 가스 재순환 장치에 바람직하게 사용된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해서 상세하게 설명한다.

표 1, 2 에 나타낸 No.1 ∼ 21, 23 ∼ 45 의 성분 조성을 갖는 강을 진공 용해로에서 용제하여, 1100 ∼ 1200 ℃ 에서 1 시간 가열한 후, 열간 압연에 의해서 판두께 4.0 ㎜ 의 열연판을 제조하였다. 950 ∼ 1100 ℃ 에서 열연판 어닐링을 행한 후, 스케일을 제거하여 판두께 1.0 ㎜ 까지 냉간 압연하였다. 950 ∼ 1100 ℃ 에서 마무리 어닐링을 행하여 얻어진 냉연 어닐링판을, 에머리 연마지로 600 번까지 연마하고, 아세톤에 의한 탈지를 행하여 시험에 제공하였다.

＜내응축수 부식성＞

내응축수 부식성은, 실제 환경을 모의한 사이클 시험으로 평가하였다. 냉연 어닐링판을 25 ㎜ × 100 ㎜ 의 크기로 잘라내어 시험에 제공하였다. 시험액은 실제 차의 배열 회수 장치로부터 채취한 응축수의 분석예를 참고로 하여, 부식에 특히 기여하는 염화수 이온과 황산 이온만을 사용하였다. 시약에 염산, 황산을 사용하여, 200 ppm Cl^- ＋ 600 ppm SO₄ ^2- 의 용액을 조제한 후, 암모니아수를 사용하여 pH 를 8.0 으로 조정하였다. 80 ℃ 로 일정하게 관리된 상기 용액에 시험편을 침지시키고, 시험편을 침지시킨 채로 침지 용액을 24 시간 동안 증발시켰다. 본 공정을 5 회 행하였다. 계속해서, 시험편을 250 ℃ 의 노에 넣어 24 시간 가열 유지를 행하였다. 이것을 1 사이클로 하여, 합계 4 사이클 행하였다. 시험 종료 후, 부식 생성물을 제거하고, 3D 마이크로스코프에 의해서 부식 깊이를 측정하였다. 최대 부식 깊이가 80 ㎛ 미만인 경우를 ◎ (합격, 특히 우수하다), 최대 부식 깊이가 80 ㎛ 이상 100 ㎛ 미만인 경우를 ○ (합격), 100 ㎛ 이상인 경우를 × (불합격) 로 평가하였다.

＜브레이징성＞

브레이징성은, 브레이징재의 틈새부에 대한 침투성으로 평가하였다. 각 냉연 어닐링판에 대해서 가로세로 30 ㎜ 와 25 ㎜ × 30 ㎜ 의 판을 잘라내고, 이 2 장의 판을 중첩시키고, 일정한 토크력 (170 ㎏f) 으로 클램프 지그를 사용하여 집어 고정시켰다. 편측의 단면에 브레이징재 BNi-5(Ni-19 Cr-10 Si) 를 1.2 g 도포하여, 10^-2 ㎩ 의 진공 분위기에서 브레이징 처리를 행하였다.

열처리 온도 패턴은, 승온 온도 10 ℃/s 균열 시간 1 (전체 온도를 균일하게 하는 공정) : 1060 ℃ × 1800 s, 승온 온도 10 ℃/s 균열 시간 2 (실제로 브레이징재의 융점 이상의 온도에서 브레이징을 행하는 공정) : 1170 ℃ × 600 s 의 처리를 순서대로 행한 후, 노랭하고, 200 ℃ 로 온도가 내려갔을 때, 외기 (대기) 에서 퍼지하는 것으로 하였다. 브레이징 처리 후에 판 사이로 브레이징재가 어느 정도 침투했는지를, 중첩된 판의 측면부에서 육안으로 확인하고, 아래의 기준으로 평가하였다. 브레이징재의 침투가 2 장의 판의 중첩 길이의 50 ％ 이상인 경우를 ○ (합격), 브레이징재의 침투가 2 장의 판의 중첩 길이의 50 ％ 미만인 경우를 × (불합격) 로 하였다.

표 1, 2 로부터, 본 발명예의 강 No.1 ∼ 20, 31 ∼ 34 및 37 ∼ 45 는, 모두 우수한 내응축수 부식성 및 브레이징성을 나타낸다.

특히, Si 함유량이 0.60 ％ 를 초과하는 강 No.1, 2, 4 ∼ 8, 11, 12, 14 ∼ 20, 32 ∼ 34, 41, 43, Si 함유량은 0.60 ％ 이하이지만, Ni 함유량이 0.80 ％ 를 초과하는 강 No.3, 13, 31, 37 ∼ 40, 42, 44, 45 는, 내응축수 부식성이 특별히 우수하였다.

한편, 식 (1) 이 본 발명의 범위에서 벗어나는 강 No.21 은, 내응축수 부식성이 불합격이 되었다. 또, Si, Cr, Mo, Ni, Nb 의 함유량 중 어느 것이 본 발명의 범위에서 벗어나는 강 No.23, 24, 25, 35, 36, 식 (2) 를 만족하지 않는 강 No.26, 식 (2) 를 만족하지 않으며, 또한 Si, Ni 의 함유량이 본 발명의 범위에서 벗어나는 강 No.27 은, 내응축수 부식성이 불합격이 되었다.

또, Al, Ti 의 함유량 중 어느 것이 본 발명의 범위에서 벗어나는 강 No.28, 29 는, 브레이징성이 불합격이 되었다. 또, Si, Al 이 본 발명의 범위에서 벗어나며, 또한 식 (2) 를 만족하지 않는 강 No.30 은, 내응축수 부식성과 브레이징성 모두 불합격이 되었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 자동차의 배기 가스로부터 생성되는 응축수에 노출되는 배열 회수기나 EGR 쿨러 등의 배기 가스 재순환 장치에 사용되는 부재로서 바람직하다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.025 ％ 이하,
Si : 0.40 ∼ 2.0 ％,
Mn : 0.05 ∼ 1.5 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하,
Cr : 16.0 ∼ 30.0 ％,
Mo : 0.60 ∼ 3.0 ％,
Ni : 0.10 ∼ 2.5 ％,
Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％,
Al : 0.001 ∼ 0.15 ％,
N : 0.025 ％ 이하를 함유하며,
또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
C ＋ N ≤ 0.030 ％ ··· (1)
2 Si ＋ Ni ≥ 1.0 ％ ··· (2)
(식 (1), 식 (2) 중의 C, N, Si, Ni 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)
제 1 항에 있어서,
추가로 질량％ 로,
Cu : 0.01 ∼ 1.0 ％,
W : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Co : 0.01 ∼ 1.0 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
추가로 질량％ 로,
Ti : 0.01 ∼ 0.10 ％,
V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Zr : 0.01 ∼ 0.30 ％,
B : 0.0003 ∼ 0.005 ％,
Ca : 0.0003 ∼ 0.003 ％,
Mg : 0.0003 ∼ 0.003 ％,
REM : 0.001 ∼ 0.10 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
자동차의 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.