KR20190071750A

KR20190071750A - 마텐자이트계 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR20190071750A
Application number: KR1020197013952A
Authority: KR
Inventors: 데츠유키 나카무라; 신 이시카와; 레이코 스기하라
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-06-24
Also published as: EP3530769A4; US11072837B2; EP3530769B1; US20190264298A1; JP6327410B1; WO2018074271A1; CN109890993A; EP3530769A1; CN109890993B; ES2849176T3; KR102244174B1; JPWO2018074271A1

Abstract

질량％ 로, C : 0.035 ∼ 0.090 ％, Si : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.01 ∼ 0.90 ％, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.050 ％ 이하, Cr : 10.0 ∼ 14.0 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％, Al : 0.001 ∼ 0.50 ％, V : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및 N : 0.050 ∼ 0.20 ％ 를 함유함과 함께, C 및 N 의 함유량이 C ％＋ N ％ ≥ 0.10 ％ 및 N ％ ≥ C ％ 의 관계를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 당 25 개 이하이며, 인장 강도가 1300 ㎫ 이상, 내력이 1100 ㎫ 이상이며 또한 연신이 8.0 ％ 이상이다.

Description

마텐자이트계 스테인리스 강판

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

자동차의 배기계 부품의 각 부품간은, 배기 가스, 냉각수, 윤활유 등의 누출을 방지하는 목적에서, 개스킷으로 불리는 시일 부품으로 시일되어 있다. 개스킷은, 관 내의 압력 변동 등에 의해서 간극이 넓어진 경우와 좁아진 경우의 어느 경우에도 시일 성능을 발휘해야만 하기 때문에, 비드로 불리는 볼록부가 가공되어 있다. 비드는 사용 중에 압축과 그 완화가 반복되기 때문에, 높은 인장 강도가 필요해진다. 또, 비드의 형상에 따라서는 어려운 가공을 행해야 할 경우가 있기 때문에, 개스킷용 재료에는 우수한 가공성도 요구되고 있다. 나아가, 개스킷은 사용 중, 배기 가스나 냉각수 등에 노출되기 때문에, 내식성도 필요로 된다. 개스킷용 재료의 내식성이 충분하지 않으면 부식을 기인으로 하여 파괴가 발생되어 버리는 경우도 있다.

종래, 개스킷용 재료로는, 강도와 가공성을 높은 수준에서 양립한 오스테나이트계 스테인리스강의 SUS301 (17 질량％ Cr－7 질량％ Ni) 이나 SUS304 (18 질량％ Cr-8 질량％ Ni) 등이 많이 사용되어 왔다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은 고가의 원소인 Ni 를 많이 함유하기 때문에, 재료 비용면에서 큰 과제를 갖고 있다. 또, 오스테나이트계 스테인리스강에는, 응력 부식 균열에 대한 감수성이 높다는 과제도 있다.

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

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 질소 함유 분위기 중에서 ?칭 처리를 행함으로써, 표층부를 질화시켜 오스테나이트상을 형성하는 점에서 피로 특성의 개선을 도모한 마텐자이트계 스테인리스강 및 마텐자이트-페라이트 2 상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는, 오스테나이트와 페라이트의 2 상 온도역으로 가열하여 ?칭을 행함으로써, 경도와 가공성을 양립시킨 마텐자이트-페라이트 2 상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 3 에는, 질소 함유 분위기 중에서 열처리를 행함으로써, 표층부를 마텐자이트 ＋ 잔류 오스테나이트상, 내층부를 마텐자이트 단상으로 한 복층 조직 스테인리스강이 개시되어 있다.

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

특허문헌 5 에는, 냉간 압연율을 제어함으로써 소기의 경도를 얻은 마텐자이트-페라이트 2 상계 스테인리스강이 개시되어 있다.

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

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

특허문헌 8 에는, 최외표면으로부터 적어도 1 ㎛ 까지의 깊이의 표층부가 마텐자이트 단상의 층으로 덮여 있는 복층 조직 스테인리스강이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2002-38243호 일본 공개특허공보 2005-54272호 일본 공개특허공보 2002-97554호 일본 공개특허공보 평3-56621호 일본 공개특허공보 평8-319519호 일본 공개특허공보 2001-140041호 일본 공개특허공보 2006-97050호 일본 공개특허공보 평7-316740호

그러나, 특허문헌 1 ∼ 3 의 스테인리스강은 모두, C 함유량을 많이 함으로써 강도를 높이고 있기 때문에, 가공성면에 문제를 남기고 있다.

또, 특허문헌 4 의 스테인리스강은, C 함유량이 많거나 또는 Ni 함유량이 많은 경우에 원하는 경도가 얻어진다. 그러나, C 함유량이 많을 경우에는 가공성이 불충분해지는 문제가 있고, Ni 함유량이 많을 경우에는 가공성이 저하될 뿐만 아니라 비용이 높아진다는 문제도 있다.

또한, 특허문헌 5 의 스테인리스강은, 냉간 압연에 의해서 가공성이 저하되어 버린다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 6 및 7 의 스테인리스강에 관해서도, 가공성이 불충분하고, 이들 특허문헌 5 ∼ 7 의 스테인리스강에 대해서, 강도와 가공성의 양립이 충분히 달성되어 있다고는 말하기 어렵다.

덧붙여, 특허문헌 8 의 스테인리스강에 대해서도, C 함유량이 많아 가공성이 열등하거나, 또는 C 함유량, N 함유량 모두 적기 때문에 충분한 강도를 확보할 수 없거나, 혹은 Cr 함유량이 많기 때문에 충분한 강도를 확보할 수 없다는 문제를 남기고 있다.

이와 같이, 마텐자이트계 스테인리스강은 응력 부식 균열에 대한 감수성이 작고, 비용면에서도 오스테나이트계 스테인리스강에 비해서 저렴하지만, 가공성이 열등하다는 문제가 있다. 또, ?칭한 마텐자이트계 스테인리스강에 대해서, 템퍼링으로 불리는 비교적 저온에서의 열처리를 행함으로써, 가공성을 향상시키는 것이 가능해지지만, 그 경우에는, Cr 탄화물의 석출에 의한 강도나 내식성의 저하라는 문제가 발생된다.

본 발명은, 상기한 문제를 해결하기 위해서 개발된 것으로서, 우수한 강도와 가공성을 양립할 수 있고, 나아가서는, 우수한 내식성을 가진 마텐자이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 마텐자이트계 스테인리스 강판의 강도와 가공성, 내식성에 관한 연구, 특히 C 함유량 및 N 함유량이 강도와 가공성, 내식성에 주는 영향에 대해서 연구를 행하여, 아래의 지견을 얻었다.

(1) C 는 ?칭 후의 강도를 올리는 효과는 크기는 하지만, 가공성, 특히 연신을 크게 저하시켜 버린다. 한편, N 은, 강도를 올리는 효과는 C 에 비하면 약간 열등하기는 하지만, 연신의 저하는 C 에 비해서 작다. 이 때문에, 강도와 연신을 양호한 밸런스로 높이려면 N 을 활용하는 것이 유효하다.

(2) Cr 함유량 및 Ni 함유량을 적정화한 후에, C 와 N 의 합계량을 일정량 확보하면서, C 를 억제하면서 N 을 많게 하는, 구체적으로는, N 함유량을 C 함유량 이상으로 함으로써, 충분한 강도를 확보하면서, 우수한 연신을 갖는 마텐자이트계 스테인리스 강판이 얻어진다.

(3) C 함유량이 많아질 경우에는, Cr 탄화물이 석출됨으로써 내식성이 저하되기 쉽다. 이에 비해서, N 함유량이 많아질 경우에는, Cr 질화물이 석출되기는 하지만, 이 질화물은 탄화물에 비해서 내식성을 저하시키는 정도가 적다. 이 때문에, 상기 (2) 와 같이 C 함유량 및 N 함유량을 제어함으로써, 내식성의 저하를 최소한으로 멈출 수 있다.

또, 발명자들은, 여러 가지 성분 조성 및 제조 조건에서 제조한 강판을 준비하고, 이것들에 개스킷 부품으로서의 실사양을 상정한 비드 가공을 행하고, 비드부의 균열 발생에 미치는 영향에 대해서 더욱 검토를 거듭하였다. 그 결과, 아래의 지견을 얻었다.

(4) 강의 성분 조성에 V 를 적정량 함유시킴과 함께, V 의 함유에 수반하는 성분 조정을 행하고, 그 후에, 적정한 조건에서 ?칭·템퍼링을 행함으로써, 강판의 표층부에서 석출되는 석출물의 조대화 (粗大化) 가 억제되고, 그 결과, 비드부의 균열 발생을 효과적으로 방지하는 것이 가능해진다.

(5) 즉, V 를 함유시킨 적정한 성분 조성으로서, 소정의 제조 조건을 만족시킴으로써, 강판의 표층부에서 석출되는 석출물은, 조대한 Cr 탄·질화물이 아니고, 미세한 Cr·V 복합 탄·질화물이 다수를 차지하게 되는데, 이와 같은 미세한 Cr·V 복합 탄·질화물은, 비드 가공시의 비드부의 균열 발생의 기점이 되기는 어렵다.

그 때문에, V 를 함유시킨 적정한 성분 조성으로서, 소정의 제조 조건을 만족시킴으로써, 비드부의 균열 발생을 효과적으로 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기한 지견에 기초하여, 더욱 검토를 더한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량％ 로,

C : 0.035 ∼ 0.090 ％,

Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,

Mn : 0.01 ∼ 0.90 ％,

P : 0.050 ％ 이하,

S : 0.050 ％ 이하,

Cr : 10.0 ∼ 14.0 ％,

Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％,

Al : 0.001 ∼ 0.50 ％,

V : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및

N : 0.050 ∼ 0.20 ％ 를 함유함과 함께, C 및 N 의 함유량이 하기 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 당 25 개 이하이며,

인장 강도가 1300 ㎫ 이상, 내력이 1100 ㎫ 이상이며 또한 연신이 8.0 ％ 이상인 마텐자이트계 스테인리스 강판.

C ％＋ N ％ ≥ 0.10 ％ (1)

N ％ ≥ C ％ (2)

여기서, C ％ 및 N ％ 는, 각각 C 및 N 의 강 중 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

2. 상기 성분 조성이, 질량％ 로, 추가로,

Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Cu : 0.01 ∼ 0.15 ％ 및

Co : 0.01 ∼ 0.50 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 상기 1 에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

3. 상기 성분 조성이, 질량％ 로, 추가로,

Ti : 0.01 ∼ 0.15 ％,

Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％ 및

Zr : 0.01 ∼ 0.15 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 상기 1 또는 2 에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

4. 상기 성분 조성이, 질량％ 로, 추가로,

B : 0.0002 ∼ 0.0100 ％,

Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및

Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강판.

본 발명에 의하면, 우수한 강도와 가공성을 양립하고, 우수한 내식성을 갖는 마텐자이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은, 자동차의 개스킷 부품에 바람직하게 사용할 수 있다.

도 1 은, 투과형 전자 현미경 (TEM) 에 의해서, 배율 : 5,000 배로 강판의 표층부를 관찰했을 때의 TEM 사진의 예이다.
도 2 는, 여러 가지 성분 조성으로 한 강판에 있어서의 인장 강도 및 연신의 평가 결과를, C 함유량 및 N 함유량에 대해서 플롯한 것이다.
도 3 은, 실시예에 있어서, 비드 가공성을 평가하기 위해서 행한 비드 가공 후의 비드 형상을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 스테인리스 강판의 성분 조성에 대해서 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히「％」로 나타낸다.

C : 0.035 ∼ 0.090 ％

C 는, 고온에서 오스테나이트상을 안정화시키고, ?칭 열처리 후의 마텐자이트양을 증가시킨다. 마텐자이트양이 증가하면 고강도화한다. 또, C 는, 마텐자이트 자체를 단단하게 하여 강을 고강도화한다. 그 효과는 C 의 0.035 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, C 함유량이 0.090 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하되기 쉬워진다. 또, C 는 강 중의 Cr 과 결합하여 탄화물로서 석출되기 때문에, C 가 과도하게 증가하면, 강에 고용되는 Cr 이 감소하여 강의 내식성이 저하된다. 또한, C 함유량이 0.090 ％ 를 초과하면, 후술하는 적당량의 V 를 함유시켜도, 역시 조대한 Cr 탄·질화물이 석출되어 비드 가공성이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.035 ∼ 0.090 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는, C 함유량은 0.040 ％ 이상이다. 또, C 함유량이 0.060 ％ 이상이 되면, 열처리 조건 등에 따라서는 가공성이 저하되는 경우가 있다. 이와 같은 관점에서, 바람직하게는, C 함유량은 0.060 ％ 미만이다. 보다 바람직하게는, C 함유량은 0.050 ％ 미만이다.

Si : 0.01 ∼ 1.0 ％

Si 는, 탈산제로서 유용한 원소이다. 이 효과는 Si 함유량을 0.01 ％ 이상으로 함으로써 얻어진다. 그러나, Si 는 고온에서 페라이트상을 형성하기 쉽게 하는 원소로서, 과잉되게 함유하면, ?칭 처리 후의 마텐자이트양이 감소하여 소정의 강도가 얻어지지 않게 된다. 또, 강 중에 고용된 Si 는 강의 가공성을 저하시켜, 비드 가공시의 균열이 발생되기 쉽게 한다. 이 때문에, Si 함유량의 상한은 1.0 ％ 로 한다. 바람직하게는, Si 함유량은 0.50 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Si 함유량은 0.45 ％ 이하이다.

또한, Si 는, 강의 강도를 증가시키는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻으려면, Si 함유량을 0.20 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Si 함유량은 0.35 ％ 이상이다.

Mn : 0.01 ∼ 0.90 ％

Mn 은, 고온에서 오스테나이트상을 안정화시키는 효과를 갖는 원소로서, ?칭 열처리 후의 마텐자이트양을 증가시킬 수 있다. 또, Mn 은, 강의 강도를 높이는 효과도 갖는다. 이들 효과는, MN 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Mn 함유량이 0.90 ％ 를 초과하면, 강의 가공성이 저하되고, 비드 가공시의 균열이 발생되기 쉬워진다. 따라서, Mn 함유량은 0.01 ∼ 0.90 ％ 로 한다. 바람직하게는 0.10 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.70 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.

P : 0.050 ％ 이하

P 는, 인성을 저하시키는 원소로서, 최대한 적은 편이 바람직하다. 따라서, P 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, P 함유량은 0.040 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, P 함유량은 0.030 ％ 이하이다. 또한, P 함유량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 P 는 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에, 통상적으로 0.010 ％ 정도이다.

S : 0.050 ％ 이하

S 는, 성형성과 내식성을 저하시키는 원소로서, 최대한 적은 편이 바람직하다. 따라서, S 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, S 함유량은 0.010 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, S 함유량은 0.005 ％ 이하이다. 또한, S 함유량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 S 는 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에, 통상적으로 0.001 ％ 정도이다.

Cr : 10.0 ∼ 14.0 ％

Cr 은, 내식성을 확보하기 위해서 중요한 원소로서, 그 효과를 얻으려면, Cr 의 10.0 ％ 이상의 함유가 필요하다. 한편, Cr 함유량이 14.0 ％ 를 초과하면, 페라이트상이 형성되기 쉬워지고, ?칭 처리 후의 마텐자이트양이 감소하여 인장 강도가 저하될 우려가 있다. 따라서, Cr 함유량은 10.0 ∼ 14.0 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 11.0 ％ 이상, 보다 바람직하게는 12.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 13.5 ％ 이하, 보다 바람직하게는 13.0 ％ 이하이다.

Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％

Ni 는, 고온에 있어서 오스테나이트상을 안정화시키는 원소로서, ?칭 열처리 후의 마텐자이트양을 증가시키는 효과를 갖는다. 또, 강의 고강도화에도 기여할 수 있다. 이들 효과는 Ni 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Ni 함유량이 0.40 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ni 함유량은 0.01 ∼ 0.40 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.

Al : 0.001 ∼ 0.50 ％

Al 은 탈산에 유효한 원소로서, 그 효과는 Al 의 0.001 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Al 은 고온에서 페라이트상을 안정화시키는 원소로서, 그 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, ?칭 처리 후에 충분한 마텐자이트양을 확보할 수 없고, 원하는 강도가 얻어지지 않게 된다. 이 때문에, Al 함유량은 0.001 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.002 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다.

V : 0.05 ∼ 0.50 ％

V 는, 비드 가공성을 향상시키기 위해서 중요한 원소이다. 즉, V 를 함유하지 않으면, 강 중에 고용된 C 나 N 은, Cr 과 결합하여, 조대한 Cr 탄·질화물로서 석출된다. 이러한 Cr 탄·질화물의 사이즈 (장경) 는, 도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 200 ∼ 300 ㎚ 정도이다. 그리고, 이와 같은 조대한 Cr 탄·질화물은, 비드 가공시에 균열의 기점이 되기 때문에, 비드 가공성을 저하시킨다.

한편, V 를 적정량 함유시키면, 강판의 표층부에서 석출되는 석출물은, Cr 탄·질화물이 아니고, Cr·V 복합 탄·질화물이 다수를 차지하게 된다. 여기서, Cr·V 복합 탄·질화물의 사이즈 (장경) 는, 도 1(b) 에 나타내는 바와 같이 대체로 100 ㎚ 이하이고, 평균으로는 40 ㎚ 정도이다. 그리고, 이러한 미세한 Cr·V 복합 탄·질화물은, 비드 가공시의 균열의 기점이 되기는 어렵다.

또, V 는, ?칭시에 있어서의 결정립의 조대화를 억제하는 효과도 있고, 조직을 미세화하는 것에 의해서도 비드 가공성을 향상시킨다.

상기한 효과는, V 의 0.05 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, V 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, V 를 주성분으로 하는 조대한 Cr·V 복합 탄·질화물이나 V 탄·질화물이 석출되어 비드 가공성을 저하시킨다.

따라서, V 함유량은, 0.05 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.10 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.30 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.25 ％ 이하이다.

또한, 도 1 은, 투과형 전자 현미경 (TEM) 에 의해서, 배율 : 5,000 배로 강판의 표층부를 관찰했을 때의 TEM 사진의 예이다.

N : 0.050 ∼ 0.20 ％

N 은, C 와 마찬가지로 마텐자이트계 스테인리스강의 강도를 크게 증가시킬 수 있는 중요한 원소이다. 또, N 은, 고온에서 오스테나이트상을 안정화시켜, ?칭 처리 후의 마텐자이트양을 증가시킴과 함께, 마텐자이트 자체를 단단하게 하여 강을 고강도화한다. 그 효과는, N 의 0.050 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, N 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, 가공성 및 내식성이 저하된다. 또, N 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, 적당량의 V 를 함유시켜도, 조대한 Cr 탄·질화물이 석출되어 비드 가공성이 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.050 ∼ 0.20 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.070 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.15 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.13 ％ 이하이다.

또, N 함유량이 0.080 ％ 이상인 경우에 ?칭 후에 템퍼링 열처리를 행하면, N 이 템퍼링 처리시에 보다 미세한 질화물로서 석출됨으로써, 연신을 저하시키지 않고 강도를 증가시킬 수 있다. 이와 같은 관점에서, N 함유량은 0.080 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 본 발명의 스테인리스 강판에서는, 상기한 성분 조성을 만족하는, 특히 C 함유량 및 N 함유량을 상기한 범위로 조정함과 함께, 이들 C 및 N 에 대해서, 하기 식 (1) 및 (2) 의 관계를 동시에 만족시키는 것이 매우 중요하다.

C ％＋ N ％ ≥ 0.10 ％ (1)

N ％ ≥ C ％ (2)

이하, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판에 있어서, C 함유량 및 N 함유량을 상기한 범위로 조정한 후에, 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족시키는 것에 이르게 한 실험에 대해서 설명한다.

(실험 1)

질량％ 로, Si : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.01 ∼ 0.90 ％, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.050 ％ 이하, Cr : 10.0 ∼ 14.0 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％, Al : 0.001 ％ 이상 0.50 ％ 이하, V : 0.10 ∼ 0.50 ％ 를 함유함과 함께, C 함유량 및 N 함유량을 여러 가지로 변화시킨 성분 조성 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 을 갖는 30 ㎏ 강괴를 진공 용해로에서 용제·주조하였다. 1170 ℃ 로 가열 후, 열간 압연을 행하여 두께 : 25 ㎜ × 폭 : 150 ㎜ 의 시트바로 하였다. 이 시트바를 700 ℃ 의 노 중에 10 시간 유지하여 연질화하였다. 이어서, 이 시트바를 1100 ℃ 로 가열 후, 열간 압연하여 판두께 : 4 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 이 열연판을 700 ℃ 의 노 중에 10 시간 유지하는 어닐링을 행하여, 열연 어닐링판으로 하였다. 이어서, 이 열연 어닐링판을 냉간 압연에 의해서 판두께 : 0.2 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 이 냉연판을 1000 ∼ 1100 ℃ 의 온도역으로 가열하여 30 초 유지하고, 냉각시키는 ?칭 처리를 행하였다. 또한, 이 ?칭 처리시의 냉각 속도는, 어느 것에 대해서도 1 ℃/sec 이상으로 하였다. 추가로, ?칭 처리 후, 200 ∼ 400 ℃ 의 온도역으로 가열하여 30 초 유지하는 템퍼링 처리를 행하였다.

상기와 같이 하여 제조한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판 (?칭-템퍼링재) 을 사용하여, 압연 방향을 길이 방향으로 하는 JIS 5 호 인장 시험편을 제작하고, 실온 인장 시험에 제공하여, 인장 강도 (T.S.) 및 연신 (EL) 을 측정하였다. 원표점 거리는 50 ㎜, 인장 속도는 10 ㎜/min 으로 하고, 시험은 각 강 N ＝ 2 로 행하여, 평균치로 평가하였다. 또한, 연신 (EL) 은, 파단된 2 개의 시험편을 시험편의 축이 직선상이 되도록 맞대고, 최종 표점 거리를 측정하여, 다음 식에 의해서 산출하였다.

EL (％) ＝ (L_u － L₀)/L₀ × 100

여기서, EL 은 연신 (파단 연신), L₀ 는 원표점 거리, L_u 는 최종 표점 거리이다.

평가 결과를 C 함유량 및 N 함유량에 대해서 플롯하고, 도 2 에 나타낸다. 도 2 중의「○」및「×」는 다음의 의미이다.

○ : 인장 강도 (T.S.) ≥ 1300 ㎫ 그리고 연신 (EL) ≥ 8.0 ％

× : 인장 강도 (T.S.) ＜ 1300 ㎫ 및/또는 연신 (EL) ＜ 8.0 ％

도 2 로부터, C 함유량 및 N 함유량을 각각 0.035 ∼ 0.090 ％ 및 0.050 ∼ 0.20 ％ 의 범위로 조정함과 함께, 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족시킴으로써, 충분한 강도를 확보하면서, 우수한 연신이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또, 상기 게재한 식 (1), (2) 의 관계를 만족시킨 경우여도, C 함유량 및/또는 N 함유량이 소정의 범위 외로 되는 경우에는, 충분한 강도 및/또는 연신이 얻어지지 않았다.

이 때문에, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판에서는, C 함유량 및 N 함유량을 각각 상기한 범위로 조정함과 함께, 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족시키는 것으로 한 것이다.

상기 서술한 바와 같이, C 및 N 은 모두 마텐자이트계 스테인리스강의 고강도화에 유효한 원소이다. 그 때문에, 마텐자이트계 스테인리스강의 강도는, C ＋ N 양에 따라서 변화한다. 본 발명에 있어서 소기의 강도를 얻기 위해서는, C ＋ N 양을 0.10 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 이로써 C ＋ N 양이 적으면, 원하는 강도는 얻어지지 않는다. 단, C 함유량이 증가하면 가공성이 저하되기 때문에, C 는 가능한 한 억제할 필요가 있다. 그래서, C 에 대해서, 가공성의 저하가 작고 고강도화가 가능한 N 의 함유량을 상대적으로 증가시킬 필요가 있고, 이로써, 우수한 강도와 가공성을 양립시키는 것이 가능해진다.

또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, C 함유량 및 N 함유량을 각각 0.035 ∼ 0.090 ％ 및 0.050 ∼ 0.20 ％ 의 범위로 조정하면서, 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족시켜야만, 우수한 강도와 가공성을 양립한 스테인리스 강판이 얻어진다. 특히, N ％＜ C ％ 의 경우에는, C 에 의해서 강이 과도하게 고강도화되어 가공성이 저하되기 때문에, 가공성을 저하시키지 않고 고강도화할 수 있는 N 의 효과가 유효하게 발휘되지 않는다. 이 점에서, N ％ ≥ C ％ 로 함으로써, N 이 강도-연신의 지배 인자가 되어, 가공성을 저하시키지 않고 높은 강도를 얻는 효과가 얻어진다. 또, N ％＜ C ％ 의 경우에는, ?칭 처리에 있어서의 냉각시 또는 템퍼링 처리시에 탄화물이 우선적으로 석출하기 때문에 내식성이 저하된다. 한편, N ％ ≥ C ％ 가 되는 경우에는, 탄화물보다 우선적으로 질화물이 석출된다. 이 질화물은, 탄화물에 비해서 강의 내식성에 대한 악영향이 적기 때문에, 내식성의 저하를 방지할 수 있다.

이와 같이, 강도, 가공성 (연신) 및 내식성 모두가 우수한 강을 얻기 위해서는, N 의 효과를 최대한 활용할 필요가 있고, 그러기 위해서는, C 함유량 및 N 함유량을 각각 0.035 ∼ 0.090 ％ 및 0.050 ∼ 0.20 ％ 의 범위로 조정하며, 또한 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족시키는 것이 불가결해진다.

또한, 상기 게재한 식 (1) 에 대해서, 바람직하게는 C ％＋ N ％ ≥ 0.12 ％, 더욱 바람직하게는 C ％＋ N ％ ≥ 0.14 ％ 이다.

또, 상기 게재한 식 (2) 에 대해서, 바람직하게는 N ％ ≥ 1.05 × C ％, 더욱 바람직하게는 N ％ ≥ 1.16 × C ％ 이다. 단, N ％＞ 5 × C ％ 가 되면, 조대한 질화물이 생성되어, 강도와 내식성이 함께 저하될 우려도 있기 때문에, N ％ ≤ 5 × C ％ 로 하는 것이 바람직하다.

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

Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％

Mo 는, 고용 강화에 의해서 강의 강도를 증가시키는 원소로서, 그 효과는 Mo 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Mo 는 고가의 원소이고, 또 Mo 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 강의 가공성이 저하된다. 따라서, Mo 를 함유하는 경우에는, 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.25 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.

Cu : 0.01 ∼ 0.15 ％

Cu 는, ?칭 처리의 냉각시에, 강 중에 미세하게 석출되어 강을 고강도화한다. 그 효과는 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Cu 함유량이 0.15 ％ 를 초과하면, Cu 석출물이 많아져 비드 가공시에 균열이 발생되기 쉬워진다. 따라서, Cu 를 함유하는 경우에는, 0.01 ∼ 0.15 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.06 ％ 이하이다.

Co : 0.01 ∼ 0.50 ％

Co 는, 강의 인성을 향상시킴과 함께 강의 열팽창 계수를 저감하는 효과를 갖는 원소이다. 그 효과는 Co 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 또, 개스킷 부품은 그 형상으로 가공된 후에 고무 등을 코팅하여 사용하는 경우도 있고, 코팅시에는 100 ∼ 300 ℃ 로 가열된다. 이 때, 열팽창 계수가 크면 부품의 형상이 변화되어 버리기 때문에, 형상 안정성의 관점에서 열팽창 계수는 작은 것이 바람직하다. 한편으로, Co 는 고가의 원소이고, 또 Co 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 상기한 효과가 포화될 뿐만 아니라, 가공성이 저하된다. 따라서, Co 를 함유하는 경우에는, 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.25 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.

Ti : 0.01 ∼ 0.15 ％

Ti 는, C 와 결합하여 탄화물로서, N 과 결합하여 질화물로서 석출됨으로써, ?칭 처리의 냉각시에 Cr 탄화물이나 Cr 질화물이 생성되는 것을 억제하고, 강의 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그 효과는 Ti 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Ti 함유량이 0.15 ％ 를 초과하면, Ti 의 탄화물이 다량으로 석출되어 강에 고용되는 C 가 감소하고, 마텐자이트상의 강도능이 저하된다. 따라서, Ti 를 함유하는 경우에는, 0.01 ∼ 0.15 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는, 0.10 ％ 이하이다.

Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％

Nb 는, 결정립 직경을 미세화하여 고강도화와 가공성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그 효과는 Nb 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 또한, Nb 는, Cr 탄화물의 석출을 억제함으로써, 강 중의 Cr 의 감소를 방지할 수 있고, 내식성을 향상시키는 효과도 갖는다. 한편, Nb 함유량이 0.15 ％ 를 초과하면, Nb 의 탄화물이 다량으로 석출되어 강에 고용되는 C 가 감소하고, 마텐자이트상의 강도능이 저하된다. 따라서, Nb 를 함유하는 경우에는, 0.01 ∼ 0.15 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

Zr : 0.01 ∼ 0.15 ％

Zr 은, C 와 결합하여 탄화물로서, N 과 결합하여 질화물로서 석출됨으로써, Cr 의 탄화물화 및 질화물화를 억제하여, 강의 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또, Zr 은, 강을 고강도화시키는 효과도 갖는다. 이들 효과는 Zr 의 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Zr 함유량이 0.15 ％ 를 초과하면, Zr 의 탄화물이 다량으로 석출되어 강에 고용되는 C 가 감소하고, 마텐자이트상의 강도능이 저하된다. 따라서, Zr 을 함유하는 경우에는, 0.01 ∼ 0.15 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.

B : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

B 는, 가공성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 그 효과는 B 의 0.0002 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, B 함유량이 0.0100 ％ 를 초과하면, 강의 가공성 및 인성이 저하된다. 또, B 가 강 중의 N 과 결합하여 질화물로서 석출되기 때문에, 마텐자이트양이 감소하여 강의 강도가 저하된다. 따라서, B 를 함유하는 경우에는, 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0005 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0010 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.0050 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0030 ％ 이하이다.

Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

Ca 는, 연속 주조시에 발생되기 쉬운 개재물 석출에 의한 노즐의 폐색을 방지하는 데 유효한 성분이다. 그 효과는 Ca 의 0.0002 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Ca 함유량이 0.0100 ％ 를 초과하면, 표면 결함이 발생된다. 따라서, Ca 를 함유하는 경우에는, 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0002 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0005 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.0030 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.

Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

Mg 는, 탄·질화물의 조대화를 억제하는 데 유효한 원소이다. 탄·질화물이 조대하게 석출되면, 그것들이 취성 (脆性) 균열의 기점이 되기 때문에 인성이 저하된다. 이 인성 향상의 효과는 Mg 의 0.0002 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Mg 함유량이 0.0100 ％ 를 초과하면, 강의 표면 성상이 악화된다. 따라서, Mg 를 함유하는 경우에는, 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0002 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0005 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.0030 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.

상기 이외의 성분은, Fe 및 불가피적 불순물이다.

즉, 질량％ 로, C : 0.035 ∼ 0.090 ％, Si : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.01 ∼ 0.90 ％, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.050 ％ 이하, Cr : 10.0 ∼ 14.0 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％, Al : 0.001 ∼ 0.50 ％, V : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및 N : 0.050 ∼ 0.20 ％ 를 함유함과 함께, C 및 N 의 함유량이 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하고,

또한, 임의로, Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.15 ％, Co : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.15 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％, Zr : 0.01 ∼ 0.15 ％, B : 0.0002 ∼ 0.0100 ％, Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및 Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하며,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성이 된다.

다음으로, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판의 조직에 대해서 설명한다.

본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판의 조직은, 인장 강도 1300 ㎫ 이상이며 또한 내력 1100 ㎫ 이상의 고강도재를 얻기 위해서 마텐자이트상을 주체로 한 조직, 구체적으로는, 조직 전체에 대한 체적률로 80 ％ 이상의 마텐자이트상과 잔부를 페라이트상 및/또는 잔류 오스테나이트상으로 한 조직이 된다. 또한, 체적률로 90 ％ 이상이 마텐자이트상인 것이 바람직하고, 마텐자이트 단상이어도 된다. 페라이트상과 잔류 오스테나이트는 각각 5 ％ 이하가 바람직하다.

또한, 마텐자이트상의 체적률은, 최종 냉연판으로부터 단면 관찰용의 시험편을 제작하고, 왕수에 의한 에칭 처리를 실시하고 나서, 10 시야에 대해서 배율 500 배로 광학 현미경에 의한 관찰을 행하고, 조직 형상과 에칭 강도로부터 마텐자이트상과 페라이트상 및 잔류 오스테나이트상을 구별한 후, 화상 처리에 의해서 마텐자이트상의 체적률을 구하고, 그 평균치를 산출함으로써 구할 수 있다.

또, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판에서는, 강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수를 100 ㎛² 당 25 개 이하로 억제하는 것이 매우 중요하다.

강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수 : 100 ㎛² 당 25 개 이하

강판의 표층부에 있어서의 조대한 석출물, 구체적으로는 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물은, 비드 가공시에 비드부의 균열의 기점이 되기 쉬워, 비드 가공성의 관점에서는, 이러한 조대한 석출물의 개수를 억제하는 것이 매우 중요하다.

여기서, 강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 당 25 개를 초과하면, 비드 가공시에 균열이 발생되기 쉬워진다. 따라서, 강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수는, 100 ㎛² 당 25 개 이하로 한다. 바람직하게는 100 ㎛² 당 15 개 이하이다. 또한, 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수의 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 0 개여도 된다.

여기서, 강판의 표층부는, 강판의 표면으로부터 판두께 방향으로 깊이 : 0.05 ㎜ 까지의 범위를 의미한다. 또, 여기서 말하는 장경은, 석출물을 판두께 방향에서 보았을 때의 가장 긴 직경의 길이를 의미한다.

그리고, 여기서 말하는 석출물은, 구체적으로는, Cr·V 복합 탄·질화물, Cr 탄·질화물 및 V 탄·질화물로서, 탄·질화물에는 탄화물, 질화물 및 이것들이 복합된 탄질화물이 포함된다.

또한, 장경이 200 ㎚ 미만인 미세한 석출물은, 비드 가공시의 균열의 기점은 되기 어렵고, 이 때문에, 비드 가공성에는 악영향을 미치지 않는다.

또한, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은, 인장 강도가 1300 ㎫ 이상, 내력이 1100 ㎫ 이상이며 또한 연신이 8.0 ％ 이상이 된다.

인장 강도 : 1300 ㎫ 이상

개스킷의 비드부가 반복 압축되었을 때의 파괴를 억제하기 위해서, 인장 강도는 1300 ㎫ 이상으로 하는 것이 필요하다. 인장 강도가 1300 ㎫ 미만이 되면, 사용 중에 비드부에 균열이 발생되기 쉬워진다.

또한, 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비드 가공을 행하는 관점에서 1800 ㎫ 이하가 바람직하다.

내력 : 1100 ㎫ 이상

내력은, 비드부가 압축된 후에 복원되는 비드 높이에 영향을 준다. 여기서, 내력이 1100 ㎫ 미만이 되면, 비드부의 복원 높이가 충분해지지 않아, 사용 중에 간극이 발생되어 버릴 우려가 있다. 또한, 여기서 말하는 내력이란, 0.2 ％ 내력이다.

또한, 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비드 가공을 행하는 관점에서 1500 ㎫ 이하가 바람직하다.

연신 : 8.0 ％ 이상

연신이 충분히 없으면 비드 가공시에 균열이 발생될 우려가 있다. 따라서, 연신은 8.0 ％ 이상 필요하다.

또한, 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 15.0 ％ 정도이다.

다음으로, 본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은,

상기한 성분 조성을 갖는 강편에 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하고,

그 열연판에 열연판 어닐링 및 산세를 실시하여 열연 어닐링판으로 하고,

그 열연 어닐링판에 냉간 압연을 행하여 냉연판으로 하고,

추가로, 그 냉연판을 950 ℃ 이상 1100 ℃ 이하의 온도로 가열하여 5 초 ∼ 600 초 유지하여, 냉각시키는 ?칭 처리를 행하고,

이어서, 200 ℃ 이상 400 ℃ 이하의 온도역으로 가열하여 5 초 ∼ 600 초 유지하는 템퍼링 처리를 행함으로써 제조하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 성분 조성으로 이루어지는 강을 전로, 전기로 등의 용해로에서 용제하고, 추가로 래들 정련, 진공 정련 등의 2 차 정련을 거쳐, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편 (예를 들어, 슬래브나 시트바) 으로 하고, 열간 압연, 열연판 어닐링, 필요에 따라서 산세를 실시하여 열연 어닐링판으로 한다. 그리고, 추가로 냉간 압연, ?칭 처리, 필요에 따라서 산세, 템퍼링 처리 등의 각 공정을 거쳐 냉연판으로 하는 방법으로 제조할 수 있다.

예를 들어, 전로 혹은 전기로 등에서 용강을 용제하고, VOD 법 또는 AOD 법에 의해서 2 차 정련을 행하여 상기한 성분 조성으로 한 후, 연속 주조법에 의해서 슬래브로 한다. 이 때, C 함유량을 억제하면서 N 함유량을 많게 하며, 또한 N 함유량을 C 함유량 이상으로 하기 위해서, 필요에 따라서, 질화크롬 등의 질소 함유 원료의 첨가, 또는 질소 가스의 불어 넣음에 의해서, N 함유량을 소정의 값으로 한다. 이 슬래브를 1000 ∼ 1250 ℃ 의 온도역으로 가열하여, 열간 압연에 의해서 원하는 판두께의 열연판으로 한다. 이 열연판에 600 ℃ ∼ 800 ℃ 의 온도역에서 배치 어닐링을 실시한 후, 샷 블라스트와 산세에 의해서 산화 스케일을 제거하여 열연 어닐링판으로 한다. 이 열연 어닐링판을, 추가로 냉간 압연하고, ?칭 처리함으로써 냉연판으로 한다. 냉간 압연 공정에서는, 필요에 따라서 중간 어닐링을 포함하는 2 회 이상의 냉간 압연을 행해도 된다. 1 회 또는 2 회 이상의 냉간 압연으로 이루어지는 냉간 압연 공정 전체에서의 총압하율은 60 ％ 이상, 바람직하게는 80 ％ 이상이다.

?칭 처리에서는, 원하는 특성 (강도, 연신) 을 얻는 관점에서, 냉연판을 950 ℃ 이상 1100 ℃ 이하의 온도역으로 가열하여 5 초 ∼ 600 초 유지하고, 냉각시키는 것이 바람직하다.

이보다 고온일 경우, 결정립 (특히 구오스테나이트립) 이 조대화하여 비드 가공성이 저하되는 경우가 있다. 한편으로, 이보다 저온일 경우에는, 페라이트의 생성량이 많아지고, 마텐자이트양이 불충분해져, 원하는 강도 및 내력이 얻어지지 않을 경우가 있다. 보다 바람직하게는 1000 ℃ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 1050 ℃ 이하이다.

또한, 유지 시간이 5 초 미만일 경우, Cr·V 복합 탄·질화물이 석출되지 않고, 조대한 Cr 탄·질화물이 석출되는 경우가 있다. 보다 바람직하게는 20 초 이상이다. 한편으로, 유지 시간이 600 초를 초과하면, 결정립, 특히 구오스테나이트립이 조대화되어, 비드 가공성이 저하되는 경우가 있다.

덧붙여, ?칭 처리에 있어서의 냉각 속도는, 원하는 강도를 얻기 위해서, 1 ℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또, ?칭 처리 후, 템퍼링 처리를 행하는 것이 필요하다. 템퍼링 처리를 행하지 않는 경우에는, 우수한 가공성이 얻어지지 않는다. 또, 템퍼링 처리에서는, 원하는 특성을 얻는 관점에서, 200 ℃ 이상 400 ℃ 이하의 온도역으로 가열하여 5 초 ∼ 600 초 유지하는 것이 바람직하다.

이보다 고온에서 행했을 경우, 마텐자이트가 템퍼링되어, 강도, 내력이 저하되는 데다가, 내식성도 저하되는 경우가 있다. 한편, 이보다 저온에서 템퍼링을 했을 경우, 마텐자이트가 안정되지 않기 때문에 우수한 가공성 (연신, 비드 가공성) 이 얻어지지 않는 경우가 있다. 보다 바람직하게는 250 ℃ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 350 ℃ 이하이다.

또한, 유지 시간이 5 초 미만일 경우, 마텐자이트가 안정되지 않기 때문에 우수한 가공성 (연신, 비드 가공성) 이 얻어지지 않는 경우가 있다. 보다 바람직하게는 20 초 이상이다. 한편으로, 유지 시간이 600 초를 초과하면, 마텐자이트가 템퍼링되어, 강도, 내력이 저하되는 데다가, 내식성도 저하되는 경우가 있다.

또한, ?칭 처리 및 템퍼링 처리 후에는, 각각 산세 처리를 행해도 된다. 또, ?칭 처리 및 템퍼링 처리를, 수소를 포함하는 환원 분위기에서 행함으로써, 산세를 생략한 BA 마무리로 해도 된다.

이와 같이 하여 제조해서 얻은 냉연판 제품은, 각각의 용도에 따른 굽힘 가공, 비드 가공, 천공 가공 등을 실시하여, 자동차의 엔진 내지 배기계 부품간에서 시일재로서 사용되는 개스킷 부품 등으로 성형된다. 그 밖에, 탄성이 요구되는 부재에 사용할 수도 있다. 필요에 따라서, 부품으로 성형한 후에 ?칭 처리를 행해도 된다.

실시예

표 1 에 나타내는 성분 조성 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 을 갖는 30 ㎏ 강괴를 진공 용해로에서 용제·주조하였다. 이 강괴를 1200 ℃ 로 가열 후, 열간 압연을 행하여 두께 25 ㎜ × 폭 150 ㎜ 의 시트바로 하였다. 이 시트바를 700 ℃ 의 노 중에 10 시간 유지하여 연질화하였다. 이어서, 이 시트바를 1100 ℃ 로 가열 후, 열간 압연하여 판두께 : 4 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 이 열연판을 700 ℃ 의 노 중에 10 시간 유지하는 어닐링을 행하여, 열연 어닐링판으로 하였다. 이어서, 이 열연 어닐링판을 냉간 압연에 의해서 판두께 : 0.2 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 표 2 에 나타내는 ?칭 온도 및 ?칭 유지 시간에서 ?칭 처리를 행하였다. 또한, ?칭 처리시의 냉각 속도는, 어느 것에 대해서도 1 ℃/sec 이상으로 하였다. 추가로, ?칭 처리 후, 표 2 에 나타내는 템퍼링 온도 및 템퍼링 유지 시간에서 템퍼링 처리를 행하였다. ?칭 처리 및 템퍼링 처리에 있어서의 유지 시간은, 모두 가열 온도 ±10 ℃ 의 온도역에서의 체류 시간이다. 또한, 강 No.2 와 강 No.36 ∼ 39, 및, 강 No.8 과 강 No.40 에서는, 각각 동일한 냉연판을 사용하여, 그 후의 ?칭 처리 및 템퍼링 처리를 행하였다.

＜조직 관찰＞

상기와 같이 하여 제조한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판 (?칭-템퍼링재) 에 대해서, 단면 관찰용의 시험편을 제조하고, 왕수에 의한 에칭 처리를 실시하고 나서, 10 시야에 대해서 배율 500 배로 광학 현미경에 의한 관찰을 행하고, 조직 형상과 에칭 강도로부터 마텐자이트상과 페라이트상을 구별한 후, 화상 처리에 의해서 마텐자이트상의 체적률을 구하고, 그 평균치를 산출하였다.

관찰 결과를 표 2 에 나타낸다. 또한, 표 2 중, 마텐자이트양의「◎」는, 조직 전체에 대한 체적률로서 마텐자이트상이 90 ％ 이상 100 ％ 이하인 것을,「○」는, 조직 전체에 대한 체적률로서 마텐자이트상이 80 ％ 이상 90 ％ 미만인 것을,「×」는, 조직 전체에 대한 체적률로서 마텐자이트상이 80 ％ 미만인 것을 각각 나타낸다.

＜석출물 관찰＞

상기에서 제조한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판 (?칭-템퍼링재) 으로부터, 폭 : 15 ㎜ × 길이 : 15 ㎜ 의 소편을 잘라내고, 편면으로부터의 연마에 의해서 0.05 ㎜ 두께까지 얇게 하였다. 이어서, 그 표면을 투과형 전자 현미경 (TEM) 에 의해서 관찰하고, 장경 200 ㎚ 이상의 석출물 개수를 측정하였다. 또한, 관찰은 배율 : 5,000 배로, 10 시야에 대해서 행하였다.

관찰 결과를 표 2 에 나타낸다. 또한, 표 2 중, 석출물의 개수의「◎」는, 관찰된 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 이하당 15 개 이하인 것을,「○」는, 관찰된 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 이하당 15 개 초과 25 개 이하인 것을,「×」는, 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 이하당 25 개 초과인 것을 각각 나타낸다.

＜인장 시험＞

또, 상기와 같이 하여 제조한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판 (?칭-템퍼링재) 을 사용하여, 압연 방향을 길이 방향으로 하는 JIS 5 호 인장 시험편을 제조하고, JIS Z2241 에 준거하여 실온 인장 시험에 제공하고, 인장 강도 (T.S.), 내력 (P.S.) 및 연신 (EL) 을 측정하였다. 원표점 거리는 50 ㎜, 인장 속도는 10 ㎜/min 으로 하고, 시험은 각 강 N ＝ 2 로 하여, 평균치로 평가하였다.

또한, 연신 (EL) 은, 파단된 두 개의 시험편을 시험편의 축이 직선상이 되도록 맞대고, 최종 표점 거리를 측정하여, 다음 식에 의해서 산출하였다.

EL (％) ＝ (L_u － L₀)/L₀ × 100

평가 결과를 표 2 에 병기한다. 또한, 평가 기준은 아래와 같다.

·인장 강도 (T.S.)

○ : 합격 1300 ㎫ 이상

× : 불합격 1300 ㎫ 미만

·내력 (P.S.)

○ : 합격 1100 ㎫ 이상

× : 불합격 1100 ㎫ 미만

·연신 (EL)

○ : 합격 8.0 ％ 이상

× : 불합격 8.0 ％ 미만

＜비드 가공성 평가 시험＞

상기와 같이 하여 제조한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판 (?칭-템퍼링재) 으로부터, 폭 : 60 ㎜ × 길이 : 60 ㎜ 의 시험편을 잘라내고, 프레스 가공에 의해서 도 3 에 나타내는 형상의 비드로 가공을 행하였다. 가공 후의 비드 정상부 및 스커트부를 확대경에 의해서 관찰하고, 아래의 기준으로 비드 가공성의 평가를 행하였다. 평가 결과를 표 2 에 병기한다. 또한, 수축이란, 폭이 좁은 (0.1 ㎜ 정도의) 패인 곳이다.

◎ (합격, 특히 우수하다) : 균열, 수축 모두 없음

○ (합격) : 수축은 있지만, 균열은 없음

× (불합격) : 균열 있음

＜내식성 평가 시험＞

상기와 같이 하여 제작한 마텐자이트계 스테인리스강 냉연판 (?칭-템퍼링재) 으로부터, 폭 : 60 ㎜ × 길이 : 80 ㎜ 길이의 시험편을 잘라내고, 자동차 기술회 규격 자동차용 재료 부식 시험 방법 (JASO M 609-91) 에 따라서, 내식성 평가 시험을 행하였다. 시험편 표면은 ＃600 에머리 페이퍼로 연마 마무리로 하고, 뒷면 전체면 및 표면 주위 5 ㎜ 는 시일로 피복하였다. 시험은 5 ％ 염수 분무 (2 시간) - 60 ℃ 건조 (4 시간) - 50 ℃ 습윤 (2 시간) 을 1 사이클로 하여, 15 사이클 실시한 후에 표면의 부식 면적률을 측정하였다. 시험은 N ＝ 2 로 하고, 부식 면적률이 많은 쪽을 그 냉연판의 평가로 하였다.

얻어진 결과를 표 2 에 병기한다. 또한, 평가 기준은 아래와 같다.

○ : 합격 부식 면적률이 30 ％ 미만

× : 불합격 부식 면적률이 30 ％ 이상

표 2 로부터, 본 발명예인 No.1 ∼ 20 은 어느 것이나, 강도 (인장 강도, 내력) 와 가공성 (연신, 비드 가공성) 모두가 우수하고, 또 내식성에 대해서도 충분한 것이었다. 또, V 함유량을 보다 바람직한 범위 (0.15 ∼ 0.25 ％) 로 제어하며, 또한, ?칭 처리 조건 및 템퍼링 처리 조건을 보다 바람직한 범위 (?칭 온도 : 1000 ∼ 1100 ℃, ?칭 유지 시간 : 20 초 이상, 템퍼링 유지 시간 : 20 초 이상) 로 제어한 No.2, 5, 6, 10, 11, 13 및 19 에서는, 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 이하당 15 개 이하로 되어 있고, 또, 비드 가공성이 특별히 우수하였다.

한편, C 함유량이 적정 범위 외로 높고, V 를 함유하지 않는 비교예 No.21 (SUS403 상당) 에서는, 연신과 내식성이 불합격이 되었다. 또한, 장경 : 200 ㎚ 이상의 조대한 석출물이 다량으로 발생되고, 비드 가공성도 불합격이 되었다.

C 함유량이 적정 범위 외로 낮은 비교예 No.22 에서는, 인장 강도와 내력이 불합격이 되었다.

C 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.23 에서는, 연신과 내식성이 불합격이 되었다. 또한, 장경 : 200 ㎚ 이상의 조대한 석출물이 다량으로 발생되고, 비드 가공성도 불합격이 되었다.

Si 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.24 에서는, 인장 강도, 내력, 연신 및 비드 가공성이 불합격이 되었다.

Mn 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.25, 및, Ni 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.26 에서는, 연신 및 비드 가공성이 불합격이 되었다.

Cr 함유량이 적정 범위 외로 낮은 비교예 No.27 에서는, 내식성이 불합격이 되었다.

Cr 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.28 에서는, 강도 및 내력이 불합격이 되었다.

V 함유량이 적정 범위 외로 낮은 비교예 No.29, 및, V 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.30 에서는, 장경 : 200 ㎚ 이상의 조대한 석출물이 다량으로 발생되고, 비드 가공성이 불합격이 되었다.

N 함유량이 적정 범위 외로 낮고, C ％＋ N ％ 도 적정 범위 외로 낮은 비교예 No.31 에서는, 인장 강도와 내력이 불합격이 되었다.

N 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.32 에서는, 연신과 내식성이 불합격이 되었다. 또한, 장경 : 200 ㎚ 이상의 조대한 석출물이 다량으로 발생되고, 비드 가공성도 불합격이 되었다.

Cu 함유량이 적정 범위 외로 높은 비교예 No.33 에서는, 비드 가공성이 불합격이 되었다.

C ％＋ N ％ 가 적정 범위 외로 낮은 비교예 No.34 에서는, 인장 강도와 내력이 불합격이 되었다.

N ％＜ C ％ 인 비교예 No.35 에서는, 연신과 내식성이 불합격이 되었다.

비교예 No.36 에서는, ?칭 온도가 지나치게 높기 때문에, 비드 가공성, 나아가서는 연신도 불합격이 되었다.

비교예 No.37 에서는, ?칭 온도가 지나치게 낮기 때문에, 인장 강도와 내력이 불합격이 되었다.

비교예 No.38 에서는, 템퍼링 온도가 지나치게 낮기 때문에, 연신 및 비드 가공성이 불합격이 되었다.

비교예 No.39 에서는, 템퍼링 온도가 지나치게 높기 때문에, 인장 강도와 내력이 불합격이 되었다. 또한, 비교예 No.39 는 내식성도 불합격이었다.

비교예 No.40 에서는, ?칭 유지 시간이 과도하게 짧기 때문에, 장경 : 200 ㎚ 이상의 조대한 석출물이 다량으로 발생되고, 비드 가공성이 불합격이 되었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 마텐자이트계 스테인리스 강판은, 강도 (인장 강도, 내력) 와 가공성 (연신, 비드 가공성), 내식성 모두가 우수하기 때문에, 개스킷 부재로서 바람직하다. 또, 내스프링성을 필요로 하는 부품에 사용하기에 바람직하다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.035 ∼ 0.090 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.01 ∼ 0.90 ％,
P : 0.050 ％ 이하,
S : 0.050 ％ 이하,
Cr : 10.0 ∼ 14.0 ％,
Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％,
Al : 0.001 ∼ 0.50 ％,
V : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및
N : 0.050 ∼ 0.20 ％ 를 함유함과 함께, C 및 N 의 함유량이 하기 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
강판의 표층부에 있어서의 장경 : 200 ㎚ 이상의 석출물 개수가 100 ㎛² 당 25 개 이하이며,
인장 강도가 1300 ㎫ 이상, 내력이 1100 ㎫ 이상이며 또한 연신이 8.0 ％ 이상인 마텐자이트계 스테인리스 강판.
C ％＋ N ％ ≥ 0.10 ％ (1)
N ％ ≥ C ％ (2)
여기서, C ％ 및 N ％ 는, 각각 C 및 N 의 강 중 함유량 (질량％) 을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 질량％ 로, 추가로,
Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Cu : 0.01 ∼ 0.15 ％ 및
Co : 0.01 ∼ 0.50 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 질량％ 로, 추가로,
Ti : 0.01 ∼ 0.15 ％,
Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％ 및
Zr : 0.01 ∼ 0.15 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 질량％ 로, 추가로,
B : 0.0002 ∼ 0.0100 ％,
Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 마텐자이트계 스테인리스 강판.