KR20190121799A - 저비중 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 페라이트계 스테인리스 강판은, 질량％로, C: 0.001 내지 0.020％, Si: 0.01 내지 4.00％, Mn: 0.01 내지 3.00％, P: 0.010 내지 0.040％, S: 0.0001 내지 0.0100％, Cr: 10.0 내지 15.0％, N: 0.001 내지 0.020％, Al: 0.50 내지 10.0％를 함유하고, 또한, Ti: 0.05 내지 0.40％ 및 Nb: 0.05 내지 0.40％ 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Cr/(Si+Al)이 10.0 이하, 비중이 7.6g/㎤ 이하이다.

Description

저비중 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법

본 발명은, 저비중 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 고온 강도나 내산화성이 필요한 배기계 부재 등의 사용에 최적이며, 또한, 부품 경량화에 기여하는 저비중 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2017년 3월 30일에, 일본에 출원된 특허출원 제2017-069142호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

자동차의 배기 계통은, 배기 매니폴드, 촉매 컨버터, 플렉시블 튜브, 프론트 파이프, 센터 파이프 및 머플러 등에 추가하여, 근년 탑재가 증가하고 있는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러, 배열 회수기, DPF(Diesel Particulate Filter) 및 요소 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 같은 다양한 환경 대응 부품으로 구성된다.

이들 배기계 부재는, 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 통하게 한다. 그 때문에, 배기계 부재를 구성하는 재료에는 내산화성, 고온 강도, 열 피로 특성 등 다양한 특성이 요구된다. 또한, 이들 배기계 부재 중에서 내면 응축수 부식 및 외면 염해 환경에 노출되는 부품은, 부식에 의한 내구멍 개방성이 우수한 특성이 요구된다.

상기 배기계 부재 중에서, 예를 들어 배기 매니폴드나 촉매 컨버터의 케이스는, 특히 고온의 배기 가스에 노출되기 때문에 내열성을 중시한 우수한 스테인리스강이 사용된다.

한편, 배기 계통의 후방에 배치시키는 센터 파이프나 머플러 등은, 배기 가스 온도가 낮아지기 때문에 내식성을 중시한 스테인리스강이 사용된다.

스테인리스강 중에서 오스테나이트계 스테인리스강은, 내열성이나 가공성이 우수하지만, 열팽창 계수가 크기 때문에, 배기 매니폴드와 같이 가열·냉각을 반복하여 받는 부재에 적용한 경우, 열피로 파괴가 발생하기 쉽다. 또한, 오스테나이트계 스테인리스강은, 페라이트계 스테인리스강에 비하면, 스케일 박리성이 떨어지는 경우가 있으며, 또한 고가의 Ni를 다량으로 함유하기 때문에 고비용으로 되는 과제가 있다.

따라서, 자동차의 배기계 부재에는, 주로 페라이트계 스테인리스강이 다용되고 있다.

근년, 배기 가스 규제의 강화, 엔진 성능의 향상, 차체의 경량화 등의 관점에서, 배기계 부재에는 고내열 및 고내식 페라이트계 스테인리스강이 사용되고 있다.

내열성이 중시되는 부품에서는, 예를 들어 SUS430J1(Nb 첨가 강), Nb-Si 첨가 강, SUS444(Nb-Mo 첨가 강), Nb-Cu 첨가 강이 적용되어 있다(특허문헌 1 참조). 이들은, 모두 Nb 첨가가 전제로 되어 있으며, Nb에 의한 고용 강화 혹은 석출 강화에 의해 고온 강도를 높게 하여, 열피로 수명을 향상시키는 것이다.

한편, 배기 계통의 후방에 배치하는 센터 파이프나 머플러 등은 내식성이 중시되기 때문에, SUH409L(Ti 첨가 강), SUS430LX(Ti 첨가 강), SUS436L(Ti-Mo 첨가 강) 등이 사용되고, Cr이나 Mo에 의해 내외면 염해 부식성(외면의 염해에 대한 내식성) 혹은 내내면 응축수 부식성(내면의 응축수에 대한 내식성)을 향상시킨 강이 다수 적용되어 있다.

그런데, 근년에는 차체의 경량화에 의한 연비 향상의 움직임이 왕성해지고 있다.

이에 반하여, 배기 가스 정화를 위해서 배기관의 각 개소에 환경 대응 부품(EGR 쿨러, 배열 회수기, DPF, GPF 등)이 점차 탑재되고 있으며, 배기계 부재의 전체 중량이 늘어나는 경향이 있다.

각종 부품의 증가에 수반되는 중량 증가를 억제하여 차체의 경량화를 도모하는 방법으로서는, 각종 배기계 부재에 사용되는 강판의 판 두께를 저감하는, 즉 박육화하는 것이 유효하다. 또한 박육 경량화를 위해서는, 감소한 판 두께만큼의 강도 등을 보충하기 위해서, 소재가 되는 강의 고강도화 및 고내식화가 필요하며, 일반적으로는 합금 원소를 다량으로 첨가함으로써 고온 강도나 내식성을 향상시키는 방법이 취해진다. 그러나, 이 경우, 합금 비용이 높아지고, 또한 강판의 제조성이 열화되는 경우가 있다. 또한, 내식성을 향상시키는 원소가 반드시 고온 강도를 향상시키는 것은 아니며, 합금 비용 증가를 억제하면서 고강도화와 고내식화를 양립할 수 있는 강은 찾아내지 못했다.

차체의 경량화를 도모하는 다른 방법으로서, 각종 배기계 부재에 사용되는 소재 바로 그 자체의 중량(비중)을 가볍게 하는 방법이 있으며, 이것을 달성할 수 있으면 부품의 경량화 및 차체의 경량화로 직결된다.

통상의 페라이트계 스테인리스강의 경우, 그 비중은 7.7 내지 7.9g/㎤ 정도이지만, 비중을 7.6g/㎤ 이하로 할 수 있으면, 2 내지 4％ 이상의 경량화의 효과가 얻어진다.

스테인리스강 이외의 강에 대해서이기는 하지만, 특허문헌 2, 3에는, Al을 10％ 이하로 함유시키는 고강도이고 저비중의 강판에 관한 기술이 기재되어 있다.

한편, Fe를 50％ 이상, Cr을 10％ 이상 함유하는 스테인리스강의 비중을 내리는 경우나, 저비중 원소(예를 들어 Al, B, Mg, Si, Ti 등)를 첨가하는 경우 중 어느 것에 있어서도, 강의 제조성이 현저하게 열화되고, 또한 제품의 가공성에 과제가 있다.

특허문헌 4에는, Cr을 10 내지 25％, Si를 0.1 내지 2％, Al을 1 내지 2.5％를 함유하고, Al+0.5Si를 1.5 내지 2.8％로 하는 용접성과 가공성이 우수한 촉매 담지용 내열 페라이트계 스테인리스강이 기재되어 있다. 그러나, 피막 및 가공성의 관점에서의 성분 조정이며, 고온 강도나 내식성에 대해서는 언급되어 있지 않다.

상술한 바와 같이, 특허문헌 2, 3에는, 저비중 원소인 Al을 활용한 기술이 기재되어 있지만, 이들 문헌의 강판은 Cr의 함유량이 기껏해야 5％ 이하이기 때문에, 내식성 용도나 내열성 용도에는 적용이 불가해진다.

또한, 특허문헌 4에 기재된 강 성분은, 피막 및 가공성의 관점에서 성분 조정한 것이며, 고온 강도나 내식성에 대해서는 언급되어 있지 않다.

일본 특허 제5297630호 공보 일본 특허 제5094888호 공보 일본 특허 제4235077호 공보 일본 특허 제3474829호 공보

본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 특히 자동차의 배기 부품에 요구되는 내열성(고온 강도), 내산화성, 내식성 및 가공성이 우수한 저비중 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 페라이트계 스테인리스강 성분에 있어서, 주로 Cr, Al, Si의 첨가량을 조정하고, 또한 강의 비중을 낮게 함으로써, 고온 강도, 내산화성, 내식성, 및 가공성이 우수한 저비중 페라이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다는 지견을 얻어, 본 발명에 이르렀다.

이하, 본 발명자들이 얻은 새로운 지견에 대하여 설명한다.

내열성이나 내식성 이외의 요소로서, 강판 및 부품의 제조성의 관점에서 인성이나 연성의 과제가 발생하는 점에서, 본 발명자들은 저비중 원소인 Al을 첨가하고, 또한 내열성, 내식성 및 인성을 확보하는 Cr양 및 Si양을 상세히 조사하였다.

그 결과, 저비중 원소인 Al을 첨가함으로써 페라이트계 스테인리스강의 비중은 저감되지만, 인성과 연성이 현저하게 열화되어, 강판의 제조 단계나 부품에 대한 프레스 가공 시에 균열이 발생한다. 이 때문에, Al과 다른 원소의 밸런스를 도모할 필요가 있다는 사실을 알 수 있었다. 구체적으로는 Cr/(Si+Al)양을 특정한 값 이하로 억제하는 것이 유효하다.

또한, Al의 질화물(AlN)의 생성량을 제어함으로써, 고용 Al을 확보하고, 고온 강도나 내산화성을 향상시키는 데도 성공하였다.

또한, 강판 표층의 Si 농화와 Al 농화가, 가열 후의 내식성을 크게 향상시킨다는 사실을 알아내어, Cr양의 증가나 Mo의 첨가를 행하지 않고, 배기계 부재에 요구되는 내식성을 만족한다는 사실을 알아내었다.

즉, 본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 완성된 것으로, 상기 과제를 해결하는 본 발명의 일 형태의 요지는, 이하와 같다.

[1] 질량％로, C: 0.001 내지 0.020％, Si: 0.01 내지 4.00％, Mn: 0.01 내지 3.00％, P: 0.010 내지 0.040％, S: 0.0001 내지 0.0100％, Cr: 10.0 내지 15.0％, N: 0.001 내지 0.020％, Al: 0.50 내지 10.0％를 함유하고, 또한, Ti: 0.05 내지 0.40％ 및 Nb: 0.05 내지 0.40％ 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Cr/(Si+Al)이 10.0 이하, 비중이 7.6g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.

[2] AlN의 석출량이, 질량％로 0.010％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.

[3] 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이까지의 영역에 있어서의, Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합이 15at％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.

[4] 또한, 질량％로, Cu: 0.01 내지 3.00％, Ni: 0.01 내지 2.00％, Mo: 0.01 내지 3.00％, V: 0.01 내지 0.50％, B: 0.0002 내지 0.0050％, Ca: 0.0005 내지 0.0100％, W: 0.1 내지 3.0％, Zr: 0.01 내지 0.10％, Ta: 0.01 내지 0.10％, Hf: 0.01 내지 0.10％, Sn: 0.005 내지 0.50％, Co: 0.03 내지 0.30％, Mg: 0.0002 내지 0.010％, Sb: 0.005 내지 0.50％, REM: 0.002 내지 0.20％, Ga: 0.0002 내지 0.30％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.

[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 저비중 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법이며, 냉연판의 어닐링 공정과, 상기 냉연판의 어닐링 공정 후의 산세 공정을 갖고, 상기 냉연판의 어닐링 공정에 있어서, 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 하고, 900℃에서 600℃까지의 냉각 속도를 100℃/sec 이상으로 하며, 상기 산세 공정에 있어서, 우선 440℃ 이하의 용융 알칼리염에 상기 냉연판을 5초 내지 30초 침지하고, 그 후, 50℃/sec 이하의 냉각 속도에서 상온까지 냉각하고, 이어서, 불산의 함유량이 10 내지 30g/l, 질산의 함유량이 20 내지 60g/l, 온도가 30 내지 60℃의 질불산 용액에 상기 냉연판을 10초 내지 60초 침지하는 것을 특징으로 하는 저비중 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.

본 발명의 일 양태에 의하면, 저비중의 Al과 Si를 적정량으로 첨가함으로써 강판의 비중을 저감하고, 또한 가공성, 내열성 및 내식성이 우수한 저비중 페라이트계 스테인리스 강판을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 실시 형태에 관한 강판과 종래의 강판의 고온 인장 시험에 있어서의 0.2％ 내력을 나타내는 도면(그래프)이다.
도 2는, 본 실시 형태에 관한 강판과 종래의 강판의 내식성과 내산화성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 저비중 페라이트계 스테인리스 강판(이하, 단순히 「강판」이라고도 칭함)의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 강판의 비중은 7.6g/㎤ 이하이다.

우선, 본 실시 형태에 따른 강판의 성분 조성을 한정한 이유에 대하여 설명한다. 또한, 강의 성분을 나타내는 ％에 대해서는, 특별히 정함이 없는 한 질량％를 의미한다.

C는, 저비중 원소이지만, 성형성과 내식성을 열화시켜, 고온 강도의 저하를 초래하기 때문에, 그 함유량은 적을수록 좋다. 그 때문에, C양을 0.020％ 이하로 한다. C양은 바람직하게는 0.009％ 이하로 한다. 단, 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지기 때문에, C양을 0.001％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.003％ 이상으로 한다.

N은, C와 마찬가지로 저비중 원소이지만, 성형성과 내식성을 열화시켜, 고온 강도의 저하를 초래하기 때문에, 그 함유량은 적을수록 좋다. 그 때문에, N양은 0.020％ 이하로 한다. N양은, 바람직하게는 0.015％ 이하로 한다. 단, 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지기 때문에, N양을 0.001％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.003％ 이상으로 한다.

Si는, 비중이 2.3g/㎤이며, Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 가벼운 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서 중요한 원소이다. 또한, Si는 탈산제로서도 유용한 원소임과 동시에, 고온 강도를 개선하는 원소이기도 하다. 또한, Si는, 가열 시에 강판 표층에 Si 산화물을 형성하고, 내산화성뿐만 아니라 내식성을 향상시키기 위해서, 0.01％ 이상 함유한다. 내산화성이나 고온 강도를 고려하면, Si양은 0.20％ 이상이 바람직하고, 열 피로 특성이나 외면 내식성을 고려하면, Si양은 0.40％ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, Si양이 4.00％ 초과로 되면, 인성이 현저하게 열화되어, 강판 제조 시의 판 파단이나 부품 가공 시의 취성 균열이 문제로 되기 때문에, Si양의 상한을 4.00％ 이하로 한다. 제조성을 고려하면 Si양은 3.00％ 이하가 바람직하다.

Mn은, 탈산제로서 첨가되는 원소임과 동시에, 중온 영역에서의 고온 강도의 상승에 기여한다. 또한, 장시간의 사용 중에 Mn계 산화물을 강판 표층에 형성하고, 스케일 밀착성이나 이상 산화의 억제 효과에 기여하기 위해서, 0.01％ 이상의 Mn을 함유한다. 스케일 밀착성을 고려하면, Mn양은, 0.05％ 이상이 바람직하고, 0.10％ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, Mn양이 3.00％ 초과로 되면, 상온 연성을 저하시키고, 또한 MnS를 형성하여 내식성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn양의 상한을 3.00％ 이하로 한다. 또한, 고온 연성을 고려하면, Mn양은 1.50％ 이하가 바람직하다.

P는, 고용 강화 원소이며 재료를 경질화시키기 때문에, 연성이나 인성의 관점에서 그 함유량은 적을수록 좋다. 그 때문에, P양의 상한을 0.040％로 한다. 내식성을 고려하면 P양은 0.030％ 이하가 바람직하다. 또한, P양의 과도한 저감은 원료 비용의 증가로 이어지기 때문에, P양의 하한을 0.010％ 이상으로 한다. 또한, 제조 비용을 고려하면 P양은 0.015％ 이상이 바람직하다.

S는, 내식성이나 내산화성을 열화시키는 원소이기 때문에, 그 함유량은 적을수록 좋다. 그러나, S양의 과도한 저감은 정련 비용의 증대를 초래하기 때문에, S양을 0.0001％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.0005％ 이상으로 한다. 한편, S양이 0.0100％ 초과인 경우, MnS, Ti₄C₂S₂ 등의 석출물의 생성에 기인하여 연성, 인성이 열화되기 때문에, S양의 상한을 0.0100％ 이하로 한다. 강판을 연료 부품에 적용했을 때의 틈새 부식의 억제를 고려하면, S양은 0.0030％ 이하가 바람직하다.

Cr은, 본 실시 형태에 있어서, 내산화성이나 내식성 확보를 위해서 필수적인 원소이다. Cr양이 10.0％ 미만이면, 그 효과는 발현되지 않기 때문에, Cr양의 하한을 10.0％ 이상으로 한다. 한편, Cr은 본 실시 형태에서 활용하는 Al이나 Si와 마찬가지로 인성이나 가공성을 열화시키는 원소이기 때문에, Al이나 Si를 복합 첨가하는 경우에는 Cr의 다량의 첨가는 곤란해진다. 따라서, 강판의 제조 시의 인성을 확보하기 위해서는, Cr양을 15.0％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 제조성이나 고온 연성을 고려하면, Cr양은 14.5％ 이하가 바람직하고, 14.0％ 미만이 더욱 바람직하다.

Al은, 비중이 2.7g/㎤이며, Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 가벼운 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서 중요한 원소이다. 또한, Al은 탈산제로서도 유용한 원소임과 동시에, 고온 강도나 내산화성을 개선하는 원소이기 때문에, 0.50％ 이상의 Al을 함유한다. 고온 강도나 내산화성을 고려하면, Al양은 0.60％ 이상이 바람직하다. 한편, Al은 강을 취화시키는 원소이며, 10.0％ 초과의 Al의 첨가는, 강판의 제조 시의 판 파단 및 부품의 가공 시의 균열의 문제가 발생하는 점에서, Al양의 상한을 10.0％ 이하로 한다. 용접성을 고려하면, Al양은, 4.00％ 이하가 바람직하고, 2.50％ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 강판 제조 시의 표면 흠집, 산세성을 고려하면, Al양은 1.50％ 이하가 바람직하다.

Ti 및 Nb는, C, N과 결합하여 내식성, 내립계 부식성, 상온 연성이나 딥 드로잉성을 향상시키는 원소이며, 단독 또는 복합으로 첨가한다. 즉 Ti 및 Nb 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 첨가한다. 이들 효과는 Ti, Nb 모두 0.05％ 이상의 양으로 발현되기 때문에, Ti 및 Nb의 각각의 양의 하한을 0.05％ 이상으로 한다. 한편, Ti는 저비중 원소이지만, 표면 흠집의 발생이나 인성의 저하를 초래하기 때문에, Ti양의 상한은 0.40％ 이하로 한다. 단, 용접성이나 가공성을 고려하면 Ti양은 0.25％ 이하가 바람직하다. Nb는 고비중 원소이기 때문에, 적은 편이 좋지만 고온 강도를 향상시키는 원소이기 때문에, 0.40％ 이하까지의 Nb의 함유가 가능하다. 용접성을 고려하면 Nb양은 0.30％ 이하가 바람직하고, 0.25％ 이하가 보다 바람직하다. 또한 합금 비용을 고려하면 Nb양은 0.15％ 이하가 바람직하다.

이상, 본 실시 형태의 강판의 기본적인 성분 조성에 대하여 설명하였지만, 상기 성분에 추가하여, 하기에 나타내는 원소 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 함유시키는 것이 더욱 바람직하다.

Cu는, 600 내지 800℃ 정도의 중온도 영역에 있어서의 고온 강도의 향상에 유효한 원소임과 동시에 내청성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라서 0.01％ 이상의 양으로 함유시킨다. 한편, Cu를 과도한 양으로 함유시키는 것은, 상온 연성 및 내산화성에 지장이 발생한다. 또한 Cu는 비중이 9.0g/㎤이며 Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 무거운 원소이다. 또한, Cu를 3.00％ 초과의 양으로 함유시키면, 열연 공정에서의 모서리 균열이 현저해져서 제조성에 문제가 발생하기 때문에, Cu양의 상한을 3.00％ 이하로 한다. 제조성, 스케일 밀착성 및 용접성 등을 고려하면, Cu양은 0.01 내지 1.50％가 바람직하다.

Ni는, 틈새 부식의 억제나 재부동태화의 촉진에 의해, 초기 녹 방지성을 향상시키기 위해서, 필요에 따라서 0.01％ 이상의 양으로 함유시킨다. 단, Ni를 과도한 양으로 함유시키는 것은, 경질화하여 성형성을 열화시킨다. 또한 Ni는 비중이 8.9g/㎤이며 Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 무거운 원소이다. 그 때문에, Ni양의 상한을 2.00％ 이하로 한다. 또한, 원료 비용을 고려하면, Ni양은 0.01 내지 0.50％가 바람직하다.

Mo는, 내식성이나 고온 강도를 향상시키는 원소이며, 특히 강판을, 간극 구조를 갖는 부재에 적용하는 경우에는, 틈새 부식을 억제하기 위해서 필요한 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라서 0.01％ 이상의 Mo를 함유시킨다. 한편, Mo는 비중이 10.2g/㎤이며 Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 무거운 원소이며, 또한 인성을 열화시키는 원소이기 때문에, Mo양의 상한을 3.00％ 이하로 한다. 또한, 제조 비용을 고려하면 Mo양은 0.01 내지 1.90％가 바람직하다.

V는, 틈새 부식을 억제시키고, 또한 미량 첨가에 의해 인성 향상에 기여하기 위해서, 필요에 따라서 0.01％ 이상의 V를 함유시킨다. 단, V를 과도한 양으로 함유시키는 것은, 경질화하여 성형성을 열화시킨다. 또한, 조대한 V(C, N)가 석출됨으로써 인성 열화로 이어진다. 이 때문에, V양의 상한을 0.50％ 이하로 한다. 또한, 원료 비용이나 초기 녹 성질을 고려하면, V양은 0.01 내지 0.20％가 바람직하다.

B는, 입계에 편석하여 입계를 강화함으로써 제품의 프레스 가공 시의 2차 가공성을 향상시키는 원소이며, 필요에 따라서 0.0002％ 이상의 B를 함유시킨다. 그러나, B를 과도한 양으로 함유시키면, 경질화나 입계 부식성, 내산화성을 열화시키고, 또한 용접 균열이 발생하기 때문에, B양을 0.0050％ 이하로 한다. 또한, 내식성이나 제조 비용을 고려하면, B양은 0.0002 내지 0.0015％가 바람직하다.

Ca는, 탈황을 위해서 함유시키는 경우가 있으며, 이 효과는 0.0005％ 이상으로 발현되는 점에서 Ca양의 하한을 0.0005％ 이상으로 한다. 그러나, 0.0100％ 초과의 Ca를 함유시킴으로써, 조대한 CaS가 생성되고, 인성이나 내식성을 열화시키기 때문에, Ca양의 상한을 0.0100％ 이하로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, Ca양은 0.0005 내지 0.0020％가 바람직하다.

W는, 내식성과 고온 강도의 향상에 기여하기 위해서, 필요에 따라서 0.1％ 이상의 W를 함유시킨다. 그러나 W는 비중이 19.3g/㎤이며 Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 무거운 원소이다. 또한, W를 과도한 양으로 함유시키는 것은, 강판 제조 시의 인성 열화나 비용 증가로 이어지기 때문에, W양의 상한을 3.0％ 이하로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, W양은 0.1 내지 1.0％가 바람직하다.

Zr, Ta 및 Hf는, C나 N과 결합하여 인성의 향상에 기여하기 위해서 필요에 따라서 각각 0.01％ 이상의 양으로 함유시킨다. 단, Zr, Ta 및 Hf는, 0.10％ 초과의 양으로 함유시키면, 비용 증대로 되고, 또한 제조성을 현저하게 열화시키기 때문에, Zr, Ta 및 Hf의 각각의 양의 상한을 0.10％ 이하로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, Zr, Ta 및 Hf의 각각의 양은, 0.01 내지 0.08％가 바람직하다.

Sn 및 Sb는, 내식성과 고온 강도의 향상에 기여하기 위해서, 필요에 따라서 각각 0.005％ 이상의 양으로 함유시킨다. 단, Sn 및 Sb는, 0.50％ 초과의 양으로 함유시키면, 강판의 제조 시의 슬래브 균열이 발생하는 경우가 있기 때문에 Sn 및 Sb의 각각의 양의 상한을 0.50％ 이하로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, Sn 및 Sb의 각각의 양은 0.005 내지 0.20％가 바람직하다.

Co는, 고온 강도의 향상에 기여하기 위해서, 필요에 따라서 0.03％ 이상의 Co를 함유시킨다. 그러나 Co는 비중이 8.9g/㎤로 Fe의 비중(7.9g/㎤)에 비해서 무거운 원소이기 때문에, Co양의 상한을 0.30％ 이하로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, Co양은 0.03 내지 0.10％가 바람직하다.

Mg는, 탈산 원소로서 함유시키는 경우가 있다. 또한, Mg는 슬래브의 조직을 미세화시켜, 성형성의 향상에 기여하는 원소이다. 또한, Mg 산화물은 Ti(C, N)나 Nb(C, N) 등의 탄질화물의 석출 사이트가 되고, 이들을 미세하게 분산 석출시키는 효과가 있다. 이들 작용은 Mg양이 0.0002％ 이상으로 발현되고, 인성의 향상에 기여하기 위해서 Mg양의 하한을 0.0002％ 이상으로 한다. 단, Mg를 과도한 양으로 함유시키는 것은, 용접성이나 내식성의 열화로 이어지기 때문에, Mg양의 상한을 0.010％ 이하로 한다. 정련 비용을 고려하면, Mg양은 0.0002 내지 0.0010％가 바람직하다.

REM은, 다양한 석출물의 미세화에 의한 인성의 향상이나 내산화성의 향상의 관점에서, 필요에 따라서 함유시키는 경우가 있다. 이 효과는 0.002％ 이상의 양으로 발현되기 때문에, REM양의 하한을 0.002％ 이상으로 한다. 그러나, 0.20％ 초과의 REM을 함유시키면, 주조성이 현저하게 나빠지기 때문에, REM양의 상한을 0.20％ 이하로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, REM양은 0.002 내지 0.01％가 바람직하다.

REM(희토류 원소)은, 일반적인 정의에 따라, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)의 2원소와, 란탄(La)으로부터 루테튬(Lu)까지의 15원소(란타노이드)의 총칭을 가리킨다. 단독으로 첨가해도 되고, 혼합물이어도 된다. 상기 REM양은, 이들 희토류 원소의 합계량이다.

Ga는, 내식성의 향상이나 수소 취화의 억제를 위해서, 0.30％ 이하의 Ga를 함유시켜도 된다. 황화물이나 수소화물 형성의 관점에서 Ga양의 하한을 0.0002％ 이상으로 한다. 또한, 제조성이나 비용의 관점에서 Ga양은 0.0020％ 이하가 바람직하다.

본 실시 형태의 강판은, 상술되어진 원소 이외는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지지만, 이상 설명한 각 원소 외에도, 본 실시 형태의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 함유시킬 수 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는, Bi 등을 필요에 따라서, 0.001 내지 0.1％ 함유시켜도 된다. 또한, As, Pb 등의 일반적인 유해한 원소나 불순물 원소는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성분 조성에 관하여, 본 실시 형태에서는, Cr/(Si+Al)을 10.0 이하로 규정한다. 여기서, 식 중의 Cr, Si, Al은, 각각의 원소의 함유량(질량％)이다.

내식성 및 내산화성의 관점에서는 Cr 함유량은 많은 편이 좋다. 그러나, Cr은 Al이나 Si와 마찬가지로 인성을 저하시키는 원소이기 때문에, 다량으로 함유시키는 것은 곤란하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 저비중화를 위해서 Si나 Al을 다량으로 함유시키는 점에서, Cr양까지 다량으로 되면, 강의 제조 시의 인성 및 제품판의 인성이 과제가 된다. 즉, 저비중 원소인 Al이나 Si를 활용함으로써 페라이트계 스테인리스강의 비중을 저감할 수 있지만, Cr양이 많으면 인성과 연성이 현저하게 열화되고, 강판의 제조 단계나 부품에 대한 프레스 가공 시에 균열이 발생한다. 이 때문에, Cr, Si, Al의 함유량의 밸런스가 중요하다.

또한, 후술하는 바와 같이 본 실시 형태에 있어서는, 비교적 낮은 Cr 성분(Cr양이 비교적 적은 조성)이라도, 제품판의 표면의 산화 피막층에 Si나 Al이 농화되는 것을 활용하여, 내산화성이나 내식성을 확보할 수 있다. 이 때문에, 상기 범위에서 Cr, Si, Al의 양을 제어한다. 바람직하게는, Cr/(Si+Al)을 9.0 이하로 한다. 또한, Cr/(Si+Al)의 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않지만, 제조성의 관점에서, 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, AlN의 석출량에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 있어서의 강판은, 상술한 바와 같이, 저비중인 Al을 함유하는 것이 특장이다.

Al은 고온 강도를 향상시키는 원소이지만, 상세히 검토한바, Al의 석출물이 고온 강도에 영향을 미친다는 사실을 알아내었다. 즉, Al은 고용 강화에 의해 고온 환경에 있어서의 전위의 이동을 저해해서 고강도화에 기여한다. 그러나, 한편, Al은 질소와 결합하여 AlN을 형성하기 쉽고, 이 AlN이 생성되면 고용 Al이 감소하기 때문에 고온 강도가 효과적으로 향상되지 않는다는 사실을 발견하였다. 따라서, 제품판의 단계에서 AlN의 석출을 억제할 필요가 있으며, 그 때문에 Ti나 Nb와 같은 원소의 활용이 유효하다. 이것은, 이들 원소가 Al보다도 질화물로 이루어지기 쉽기 때문이다.

본 실시 형태에서는, AlN의 석출량은, 질량％로 0.010％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.008％ 이하이다.

이하, AlN의 석출량의 한정 이유에 대하여 설명한다.

도 1은, 냉연 강판(판 두께 1.2㎜)의 고온 인장 시험의 결과를 나타낸다. 여기서, 강 A는 범용적으로 사용되고 있는 SUH409L(11％Cr-0.2％Ti-0.01％Al-0.005％C-0.01％N)이다. 이에 반하여, 강 B와 강 C의 조성은, 11％Cr-0.2％Ti-0.5％Al-0.005％C-0.01％N이며, 강 D의 조성은, 11％Cr-0.2％Ti-4.9％Al-0.005％C-0.01％N이다.

또한, 강 B와 강 C는, 동일 성분이지만, 후술하는 제조 조건에 의해 AlN의 석출량이 상이한 것이다. 구체적으로는, 강 B 및 강 C의 AlN 석출량은 각각 0.150％ 및 0.005％이다. 또한, 강 D의 AlN 석출량은 0.010％이다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, Al 첨가에 의해 고온 강도는 향상되는 것이 파악되고, Al양의 가장 많은 강 D의 0.2％ 내력이, 가장 높아졌다. 한편, 동일 성분인 강 B와 강 C에서는 AlN 석출량이 상이하며, AlN 석출량이 많은 강 B는 고온 강도가 낮고, 850℃에서의 0.2％ 내력은 기존의 SUH409L과 동일 정도로 낮은 결과로 되었다. 즉, AlN 석출량을 0.01％ 이하로 함으로써, 고온 강도가 보다 향상되고, 850℃ 이하에 있어서의 0.2％ 내력이 20MPa 이상으로 되었다.

또한, 850℃ 이하에 있어서 0.2％ 내력이 20MPa 이상 확보되면, 비교로서 나타내고 있는 대표적인 내열 페라이트강인 SUH409L보다도 고강도이다. 이러한 0.2％ 내력을 갖는 강판은, 현상의 자동차의 배기 부품에 대한 적용이 가능함과 함께, 배기 가스 온도의 고온화에도 대응 가능한 특성을 나타내는 것이다.

또한, AlN 석출량은, 추출 잔사 분석에 의해 AlN으로서 석출하는 N양을 AlN 석출량으로 하고 있다. 여기서, 추출 잔사 분석에 대해서는, 강판의 전체 두께로부터 적당한 시험편을 채취하고, 테트라메틸암모늄클로라이드 용액 및 0.2㎛ 직경의 필터를 사용하여 강 중의 석출물을 추출하고, ICP(Inductively Coupled Plasma)로 분석하였다.

또한 고온 인장 시험은, JIS G0567에 준거하여, 강판의 압연 방향과 평행 방향의 인장 시험을 행하였다.

다음으로, 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이의 영역에 있어서의 Al 농도+Si 농도에 대하여 설명한다.

통상, 스테인리스강의 표면에는 Cr이 농화된 부동태 피막이 형성되어 있으며, 이 피막이 내산화성이나 내식성의 향상에 기여한다. 그러나, 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이, 저비중화를 도모하기 위해서 Si나 Al을 다량으로 함유시킨다. 이 때문에, Si나 Al과 마찬가지로 인성을 저하시킬 수 있는 Cr에 대해서는, 그 양을 제어할 필요가 있어, 내식성이나 내산화성의 저하가 염려된다.

그래서 본 발명자들은, 내산화성 및 내식성에 미치는, 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이의 영역(이하, 단순히 「강판 표층」이라고도 칭함)에 있어서의 각 원소의 농도 영향에 대하여 검토하였다. 그 결과, 강판의 내산화성이나 내식성은, 강판 표층(산화 피막층)에 있어서의 Al 및 Si의 농화가 영향을 미친다는 사실을 알게되었다. 즉, 미량으로 산화물로서 농화하는 Al이나 Si가 내산화성이나 내식성에 기여한다는 사실을 알게되었다. 또한 다양한 실험으로부터, 표면으로부터 5㎚ 깊이까지의 영역에 있어서의 Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합을 15at％ 이상으로 함으로써 본 실시 형태에 따른 강판과 같은 Cr양이 10 내지 15％ 정도의 저Cr 강에서도 내식성이나 내산화성을 향상시킨다는 사실을 알아내었다.

또한, 이하의 상세한 설명에 있어서, 「표면으로부터 5㎚ 깊이까지의 영역에 있어서의 Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합」을 「강판 표층의 Al 농도+Si 농도」라고도 칭하여 설명한다.

도 2는, Al양이 상이한 3종의 강판의 내식성과 내산화성을 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 이들 강판에 대하여, 강 중의 Cr과 Al의 양, Cr/(Si+Al)의 값 및 표층의 Al 농도 +Si 농도를 조사한 결과도 나타낸다.

여기서, 내산화성으로서는, 850℃에서 200시간의 연속 산화 시험을 행하고, 이어서 이상 산화의 유무를 조사하여 평가하였다. 또한, 내식성으로서는, 강판을 400℃에서 8시간 이하의 가열 처리하고, 이어서 JASO-CCT 시험을 30사이클 행하였다. 그리고 녹 제거 처리를 실시한 후의 외관 사진에 의해 평가하였다.

도 2로부터도 알 수 있는 바와 같이, 대표적인 내열강인 SUH409L(No. X)에서는, 강판 표층의 Al 농도 +Si 농도가 낮아, 850℃에서 이상 산화가 발생하여 현저한 판 두께의 감소가 발생하고 있다. 또한 SUH409L의 외관 사진으로부터도 명백한 바와 같이, 내식성이 현저히 열화되고 있다.

한편, 본 실시 형태에 따른 강판(No. Y, No. Z)에서는, 강판 표층의 Al 농도+Si 농도가 높아, 정상 산화이며, 내산화성이 향상되었다. 또한 외관 사진으로부터도 알 수 있는 바와 같이, Cr/(Si+Al)이 낮아도, Al 농도+Si 농도가 15at％ 이상이면, 내식성의 열화를 방지할 수 있다. 이로부터, Cr/(Si+Al)이 낮고, 또한 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이에 있어서의 Al 농도+Si 농도의 최댓값이 15at％ 이상인 경우에, 내식성과 내산화성을 개선할 수 있다.

이상의 결과로부터, 본 실시 형태에 있어서는, 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이까지의 영역에 있어서의, Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합이 15at％ 이상이 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 저비중화, 내산화성, 내식성의 밸런스의 관점에서, Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합은 16at％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

이에 의해, 본 실시 형태와 같은 비교적 낮은 Cr 강이라도, 강판 표층에 Si나 Al이 농화되는 것을 활용하여 내산화성이나 내식성을 확보할 수 있다. 또한, Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합의 상한에 대해서는 특별히 한정하지 않지만, 제조성의 관점에서, 25at％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 강판 표층의 원소 분석에 관해서는, ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)를 사용하여 행하였다. 우선 표면 분석을 강판 표면으로부터 깊이 방향으로 행하여, 산소를 제외한 양이온 분율로 각 원소의 농도를 구하고, 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이까지의 최대 Al 농도 및 최대 Si 농도의 합을 구하였다.

또한, 강판 표층에, 산화물로서 농화된 Al이나 Si가 내산화성이나 내식성의 향상에 기여하는 메커니즘에 대해서는 밝혀져 있지 않지만, 이하와 같이 생각된다.

본 실시 형태의 강판과 같이 비교적 저Cr인 강은, Fe의 산화가 촉진되어, 가열 시에 Fe 농후한 산화 스케일이 생성되기 쉽기 때문에, 이상 산화를 야기하기 쉬워, 내식성도 불량하다. 그러나, 강판 표층에 Si나 Al의 산화물이 형성됨으로써, Fe의 산화가 억제되어, 내산화성이나 내식성이 향상된다고 생각된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 우수한 내식성, 내산화성을 얻기 위해서, 강판 표면으로부터 5㎚ 깊이의 영역에 있어서의 Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합을 15at％ 이상으로 하는 것이 바람직하지만, 이것을 달성하기 위해서는, 냉연판의 어닐링 후의 산세 방법을 규정한다. 또한, AlN의 석출량을 억제하기 위해서는, 냉연판의 어닐링 방법을 규정하는 것이 중요하다.

이하, 본 실시 형태에 따른 저비중 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 강판 제조 방법은, 제강-열간 압연-열연판의 어닐링·산세-냉간 압연-냉연판의 어닐링·산세의 각 공정으로 이루어지고, 각 공정의 제조 조건에 대해서는, 냉연판의 어닐링·산세 공정 이외는 특별히 규정하는 것은 아니다. 즉, 냉연판의 어닐링·산세 공정 이외의 공정에 대해서는, 특별히 제한은 없으며 종래 공지된 방법을 적용할 수 있다. 덧붙여서 말하면, 대표적인 제조 조건을 나타내면, 이하와 같다.

제강에 있어서는, 상기 성분 조성을 함유하는 강을, 전로 용제하고, 계속해서 2차 정련을 행하는 방법이 적합하다. 용제한 용강은, 공지된 주조 방법(연속 주조)에 따라서 슬래브로 한다.

슬래브는, 소정의 온도로 가열되고, 소정의 판 두께로 연속 압연으로 열간 압연된다.

열간 압연 후에는 열연판의 어닐링·산세를 행하지만, 열연판의 어닐링 공정은 생략해도 된다.

산세 후의 냉간 압연은, 통상의 센지미어 밀, 탠덤 밀 중 어느 것으로 압연 해도 되지만, 강판의 딥 드로잉성을 고려하면 탠덤 밀 압연의 쪽이 바람직하다. 냉간 압연에 있어서는, 롤 조도, 롤 직경, 압연유, 압연 패스 횟수, 압연 속도, 압연 온도 등의 조건은, 본 실시 형태의 강판의 각 구성·각 조건을 만족시킬 수 있도록 적절히 선택·설정하면 된다.

냉간 압연 후에 냉연판의 어닐링(최종 어닐링)을 행하지만, 냉간 압연의 도중에 중간 어닐링을 넣어도 된다. 또한 중간 및 최종 어닐링은, 배치식 어닐링이어도 연속식 어닐링이어도 상관없다. 또한, 각 어닐링은, 필요하면 수소 가스 혹은 질소 가스 등의 무산화 분위기에서 어닐링하는 광휘 어닐링이어도 되며, 대기 중에서 어닐링하여도 상관없다.

또한, 본 실시 형태에 따른 강판에 윤활 도장을 실시하여, 프레스 성형을 더욱 향상시켜도 되며, 이 경우의 윤활막 종류는 적절히 선택하면 된다. 또한, 최종 어닐링 후에 형상 교정을 위해서 조질 압연이나 레벨러를 부여해도 무방하지만, 가공 경화능의 저하를 초래하기 때문에, 이들은 부여하지 않는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서는, 상기 냉연판의 어닐링 공정에 있어서, 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 하고, 900℃에서 600℃까지의 냉각 속도를 100℃/sec 이상으로 한다. 또한, 냉연판의 어닐링 공정 후의 산세 공정에 있어서, 우선 440℃ 이하의 용융 알칼리염에 냉연판을 5초 내지 30초 침지하고, 그 후, 50℃/sec 이하의 냉각 속도에서 상온까지 냉각한다. 이어서, 불산의 함유량(농도)이 10 내지 30g/l, 질산의 함유량(농도)이 20 내지 60g/l, 온도가 30 내지 60℃의 질불산 용액에 냉연판을 10초 내지 60초 침지한다.

본 실시 형태에서는, 고온 강도를 유효하게 발현시키기 위해, AlN의 석출량을 억제하는 것이 바람직하다. 이와 같이 AlN의 석출을 억제하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 냉연판의 어닐링 공정의 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 하고, 900℃에서 600℃까지의 냉각 속도를 100℃/sec 이상으로 규정한다.

어닐링 온도가 900℃ 미만이면, 가열 시에 AlN의 석출이 발생되어 버려, 고온 강도가 유효하게 향상되지 않기 때문에, 어닐링 온도의 하한을 900℃ 이상으로 한다. 어닐링 온도의 상한은 강 성분에 의해 선택하면 되지만, 과도한 입성장은 인성의 저하를 초래하기 때문에, 어닐링 온도는 1100℃ 이하가 바람직하다.

냉각 속도에 대해서는, 냉각 과정의 AlN 석출을 억제하기 위해서, 900℃에서 600℃까지의 냉각 속도를 100℃/sec 이상으로 하여 고속으로 냉각한다. 이 고속 냉각의 온도 구간이 600℃ 미만이면, 통상의 연속 어닐링의 라인 속도에서는 AlN의 석출이 발생되지 않으므로, 이 온도 범위에서 냉각 속도를 규정하고 있다. 또한, 냉각 방법은, 수랭, 송풍 등의 다양한 방법으로부터 냉각 속도를 만족시키도록 선택하면 된다. 또한, 냉각 속도에 대해서는, 제조성 및 판형상의 관점에서 300℃/sec 이하가 바람직하다.

다음으로 산세 공정을 행하지만, 이 산세 공정의 각 조건을 한정하는 데 도달한 검토 결과를 설명한다.

상기한 바와 같이, 냉연판의 어닐링은 900℃ 이상에서 행해지지만, 이때 강판 표층에는 Fe, Cr을 주체로 하는 스케일이 생성된다. 또한, Si나 Al은 스케일과 모재의 계면 근방에 내부 산화층으로서 생성된다.

일반적으로는 내식성의 관점에서, 어닐링 시의 스케일은 완전히 제거할 필요가 있다. 구체적으로는, 중성염 전해 처리 혹은 고온의 용융 알칼리염에 대한 침지 처리에 의해 Cr 산화물을 제거하고, 그 후, 질불산 용액에 대한 침지, 경우에 따라서는 질산 전해 처리도 추가하여 Fe 산화물을 제거해서 제품판으로 한다. 또한, Si나 Al이 함유하는 강에서는 내부 산화층을 완전히 제거하기 위해서, 비교적 고온에서 용융염 처리를 실시하고, 또한 고농도의 질불산 처리에 의해 디스케일된다.

한편, 본 실시 형태에서는, 상술되어진 바와 같이, 강판 표층에 Al이나 Si가 산화물로서 농화되어 있으며, 이 Al이나 Si의 내부산화층의 잔류가 내식성이나 내산화성에 유효하게 기여한다는 사실을 알아내었다. 이 때문에, 산세 공정에서는, 이 Si 산화물이나 Al 산화물이 완전히 용해되지 않도록 해야 한다. 환언하자면, 어닐링 공정에 있어서 생성된 내부 산화층이 완전히 제거되지 않도록 산세 조건을 설정한다. 이에 의해, 강판 표층의 Al 농도+Si 농도를 상기 범위로 할 수 있어, 본 실시 형태와 같은 저Cr강에서도 우수한 내식성이나 내산화성을 발현시킬 수 있다.

구체적으로는, Si나 Al의 산화물이 용융 알칼리염에 대한 침지로 완전히 용해되지 않도록, 440℃ 이하의 저온에서 냉연판을 용융 알칼리염에 5초 내지 30초 침지시킨다. 이와 같이 고속 처리하는 것은, 외층의 Cr 산화물을 선택적으로 용해하여, 내부 산화층의 Si 산화물이나 Al 산화물의 용해를 방지하기 위해서이다. 그러나, 너무 지나치게 고속으로 처리하면, 과도하게 스케일이 남아 내식성의 열화로 이어지기 때문에, 용융 알칼리염에 대한 침지 공정에서는, 냉연판을 400℃ 이상에서 10초 이상 침지하는 것이 바람직하다. 또한, 생산성도 고려하면 침지 시간은 20초 이하가 바람직하다.

다음으로, 용융 알칼리염에 대한 침지 처리의 후에는 Fe계 스케일을 제거하기 위해서 질불산 용액에 대한 침지 처리를 실시하지만, 용융 알칼리염에 대한 침지와 마찬가지로, Al이나 Si의 내부산화층의 용해를 방지할 목적으로, 고속으로 처리한다. 구체적으로는, 불산의 함유량(농도)은 30g/l 이하, 질산의 함유량(농도)은 60g/이하, 온도는 60℃ 이하, 침지 시간은 60초 이하로 설정하여 처리한다. 한편, 질불산 용액의 농도나 온도, 침지 시간이 과도하게 낮으면, 현저한 스케일 잔부가 발생하여 내식성이 열화된다. 이 때문에, 불산의 함유량(농도)은 10g/l 이상, 질산의 함유량(농도)은 20g/l 이상, 온도는 30℃ 이상, 침지 시간은 10초 이상으로 한다. 또한, 생산성이나 제조 비용을 고려하면, 불산의 함유량(농도)이 10 내지 20g/l, 질산의 함유량(농도)이 20 내지 50g/l, 온도가 30 내지 50℃의 혼산(질불산 용액)에 냉연판을 10 내지 30초 침지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 전술한 용융 알칼리염에 대한 침지 처리와 질불산 용액에 대한 침지 처리의 사이에서, 일단 상온까지 강판을 냉각하지만, 이때 용융 알칼리염에 대한 침지 처리 이후의 냉각 속도를 50℃/초 이하로 규정한다. 이것은, 440℃ 이하에서 행하는 용융 알칼리염에 대한 침지 처리의 종료 시점부터 상온까지의 냉각 과정에서의 산화를 방지하기 위해서이다. 이 냉각 과정에서는 주로 Fe의 산화 반응이 일어나지만, 그 이외에도 Si나 Al의 내부 산화도 진행된다. 용융 알칼리염에 대한 침지 처리 후의 냉각 속도가 50℃/초 초과에서는, Si나 Al의 산화가 진행되지 않기 때문에, 제품판의 Al이나 Si의 내부 산화층의 잔류가 곤란해지기 때문이다. 한편, 용융 알칼리염에 대한 침지 처리 후의 냉각 속도가 과도하게 느린 경우, Fe의 산화도 현저하게 진행되고, 후속 공정인 질불산 용액에 대한 침지 처리에서의 디스케일이 곤란해진다. 이 때문에, 용융 알칼리염에 대한 침지 처리 후의 냉각 속도의 하한을 10℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 생산성이나 판형상을 고려하면 냉각 속도는, 20 내지 40℃/초가 바람직하다.

또한, 용융 알칼리염 처리 후의 냉각 방법에 대해서는 규정하는 것이 아니라 가스 냉각 및 수냉각 중 어느 것을 채용해도 상관없다.

이상 설명한 제법에 의해, 본 실시 형태의 저비중 페라이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 하나의 조건예이며, 본 발명은, 이하의 실시예에서 사용한 조건으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요건을 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

또한, 표 중의 밑줄은 본 실시 형태의 범위로부터 벗어나 있는 것을 나타낸다.

표 1 내지 3에 나타내는 성분 조성의 강을 용제하여 슬래브에 주조하고, 슬래브를 열간 압연하여 4㎜ 두께의 열연 코일로 하였다. 그 후, 열연 코일을 산세하고, 1.2㎜ 두께까지 냉간 압연하였다. 재결정 조직이 되는 900 내지 1000℃에서 냉연판의 어닐링을 행하고, 이어서, 산세를 실시하여 제품판으로 하였다.

또한, 표 4 내지 6의 시료 제조 조건에 관하여, 산세 조건은, 본 실시 형태의 범위 내에서 실시하고, 냉연판의 어닐링 후, 900℃에서 600℃까지의 냉각 속도는 100℃/sec로 하였다.

얻어진 제품판에 대해서, 비중의 측정, 가공성의 평가, 내식성의 평가, 내산화의 평가, 고온 강도의 측정을 행하였다.

비중의 측정에 대해서는, 전자 천칭에 의해 천칭법으로 산출하였다.

가공성의 평가에 대해서는, 압연 방향과 평행한 방향으로 JIS13호 B 시험편을 채취하고, JISZ2241에 준거하여 파단 신장을 구하였다. 「상온의 파단 신장」이 25％ 이상인 시료를 「○(양호)」라고 평가하고, 「상온의 파단 신장」이 25％ 미만인 시료를 「×(불량)」이라고 평가하였다.

고온 강도에 대해서는, 압연 방향과 평행한 방향으로 JIS13호 B 시험편을 채취하고, JISG0567에 준거하여 고온 인장 시험을 실시하여 0.2％ 내력을 구하였다. 「850℃의 0.2％ 내력」이 20MPa 초과인 시료를 「○(양호)」라고 평가하고, 「850℃의 0.2％ 내력」이 20MPa 이하인 시료를 「×(불량)」이라고 평가하였다.

내산화성의 시험으로서, 대기 중 850℃에서 200시간의 연속 산화 시험을 행하고, 이상 산화나 스케일 박리의 발생 유무를 평가하였다(JISZ2281에 준거). 이상 산화나 스케일 박리의 발생이 없는 시료를 「○(양호)」라고 평가하고, 이상 산화나 스케일 박리가 발생한 시료를 「×(불량)」이라고 평가하였다.

내식성의 평가에 대해서는, 샘플을 400℃에서 8시간 이하의 가열 처리하고, 이어서 JASO-CCT 시험을 30사이클 행하였다. 녹 제거 처리를 실시한 후, 현미경을 사용한 초점 심도법으로 최대 공식 깊이를 측정하였다. 최대 공식 깊이가 200㎛ 미만인 시료를 「○(양호)」라고 평가하고, 최대 공식 깊이가 200㎛ 이상인 시료를 「×(불량)」이라고 평가하였다.

또한, 강판 표면의 Si, Al의 농도 분석에 대해서는, 상술한 ESCA를 사용하여 측정하였다.

또한, AlN 석출량에 대해서도, 상술한 방법과 마찬가지로, 추출 잔사 분석에 의해 AlN으로서 석출하는 N양을 AlN 석출량으로서 측정하였다.

표 4 내지 6으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에서 규정하는 성분 조성을 갖는 강판은, 비교예의 강판에 비하여 저비중이며, 내산화성, 내열성(고온 강도), 내식성 및 가공성이 우수하다는 사실을 알 수 있다.

본 실시 형태의 범위 내의 강(강 No. A1 내지 A6)에 대해서, 다양한 제조 조건에서 강판을 제조하였다. 그리고, 강판 표층 내의 Ai 농도 및 Si 농도의 해석, 내산화성, 고온 강도, 가공성 및 내식성의 평가를 상기 방법으로 행하였다. 표 7, 8은, 이들 시료의 제조 조건 및 평가 결과를 나타낸다.

표 7, 8로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에서 규정하는 제조 조건에서 제조한 강판은, 비교예에 비하여 내산화성, 가공성, 내열성, 내식성, 및 고온 강도가 우수하다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면 비교적 저Cr의 성분이며 내식성이나 내산화성이 우수함과 함께 가공성도 우수한 저비중의 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것이 가능하다. 이에 의해, 특히 고온 강도나 내산화성이 필요한 배기계 부재 등의 경량화에 기여하여, 사회적 기여는 현격하게 크다.

Claims (5)

1. 질량％로,
   C: 0.001 내지 0.020％,
   Si: 0.01 내지 4.00％,
   Mn: 0.01 내지 3.00％,
   P: 0.010 내지 0.040％,
   S: 0.0001 내지 0.0100％,
   Cr: 10.0 내지 15.0％,
   N: 0.001 내지 0.020％,
   Al: 0.50 내지 10.0％
   를 함유하고, 또한,
   Ti: 0.05 내지 0.40％, 및
   Nb: 0.05 내지 0.40％ 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
   Cr/(Si+Al)이 10.0 이하, 비중이 7.6g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는, 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.
2. 제1항에 있어서,
   AlN의 석출량이, 질량％로 0.010％ 이하인 것을 특징으로 하는, 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   강판 표면으로부터 5㎚ 깊이까지의 영역에 있어서의, Al 농도의 최댓값과 Si 농도의 최댓값의 합이 15at％ 이상인 것을 특징으로 하는, 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   또한, 질량％로,
   Cu: 0.01 내지 3.00％,
   Ni: 0.01 내지 2.00％,
   Mo: 0.01 내지 3.00％,
   V: 0.01 내지 0.50％,
   B: 0.0002 내지 0.0050％,
   Ca: 0.0005 내지 0.0100％,
   W: 0.1 내지 3.0％,
   Zr: 0.01 내지 0.10％,
   Ta: 0.01 내지 0.10％,
   Hf: 0.01 내지 0.10％,
   Sn: 0.005 내지 0.50％,
   Co: 0.03 내지 0.30％,
   Mg: 0.0002 내지 0.010％,
   Sb: 0.005 내지 0.50％,
   REM: 0.002 내지 0.20％,
   Ga: 0.0002 내지 0.30％
   의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 저비중 페라이트계 스테인리스 강판.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 저비중 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법이며,
   냉연판의 어닐링 공정과, 상기 냉연판의 어닐링 공정 후의 산세 공정을 갖고,
   상기 냉연판의 어닐링 공정에 있어서, 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 하고, 900℃에서 600℃까지의 냉각 속도를 100℃/sec 이상으로 하며,
   상기 산세 공정에 있어서, 우선 440℃ 이하의 용융 알칼리염에 상기 냉연판을 5초 내지 30초 침지하고, 그 후, 50℃/sec 이하의 냉각 속도에서 상온까지 냉각하고, 이어서, 불산의 함유량이 10 내지 30g/l, 질산의 함유량이 20 내지 60g/l, 온도가 30 내지 60℃의 질불산 용액에 상기 냉연판을 10초 내지 60초 침지하는 것을 특징으로 하는, 저비중 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.

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