KR20190121818A - 페라이트계 스테인리스강 - Google Patents

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도모히로 이시이
미츠유키 후지사와
레이코 스기하라
지카라 가미
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

딥드로잉 가공 후에 용접을 실시했을 때에, 용접의 열 영향에 의한 팽창 수축 및 변형에 의한 응력에 의해 용접부 근방에서의 균열이 잘 발생하지 않아, 용접부 근방의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공한다. 성분 조성을, 질량％ 로, C : 0.001 ∼ 0.020 ％, Si : 0.01 ∼ 0.30 ％, Mn : 0.01 ∼ 0.50 ％, P : 0.04 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Cr : 18.0 ∼ 24.0 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％, Mo : 0.30 ∼ 3.0 ％, Al : 0.01 ∼ 0.15 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Co : 0.01 ∼ 6.00 ％, B : 0.0002 ∼ 0.0050 ％, N : 0.001 ∼ 0.020 ％ 를 함유하고, 0.30 ％ ≤ Ti ＋ Nb ＋ V ≤ 0.60 ％ 을 만족시키며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 한다.

Description

페라이트계 스테인리스강
본 발명은, 딥드로잉 가공 후에 용접에 의해 접합이 실시되는 구조체의 제조에 바람직하게 사용되는, 용접부의 형상 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
종래, 페라이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스강이나 고장력 강판 등과 비교해서, 프레스 성형성 면에서 열등하여, 우수한 프레스 성형성이 필요해지는 용도에는 그 사용이 제한되었다.
그러나, 최근의 페라이트계 스테인리스강의 프레스 성형성, 특히 딥드로잉 가공성의 향상은 현저하여, 엄격한 프레스 가공이 실시되는 용도, 예를 들어 주방용 재료나 전기 기기 부품, 자동차용 부품 등에 대한 페라이트계 스테인리스강의 적용이 진행되고 있다.
특허문헌 1 에는 딥드로잉성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판이 개시되어 있다. 이 강판에서는, 강의 성분 조성과 제조 조건을 적정 범위로 제어하고, 마무리 어닐링 후의 강판의 평균 r 값을 2.0 이상, 평균 결정 입경을 50 ㎛ 이하, 또한, (인장 강도 (MPa) × 평균 r 값)/(결정 입경 (㎛))) 을 20 이상으로 함으로써, 딥드로잉성을 개선시킨다.
특허문헌 2 에는, 프레스 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 냉연 강판이 개시되어 있다. 이 강판에서는, AlN 의 미세 석출을 방지하여 미세 AlN 에 의한 석출 강화를 저감시킴과 함께, 페라이트 입경을 10 ㎛ 미만으로 함으로써 국부 연신을 증가시킨다. 또한, 이 문헌에서는, 페라이트립 내의 Cr 탄질화물의 평균 입경을 0.6 ㎛ 이상으로 함으로써 균일 연신을 향상시켜, 프레스 성형성을 향상시키고 있다.
또한, 특허문헌 3 에는 딥드로잉성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판이 개시되어 있다. 이 강판에서는, 열간 압연 조건을 조정함으로써, 평균 페라이트 결정 입경을 40 ㎛ 이하, 압연 방향과 판두께 방향으로 이루어지는 단면에서 차지하는 {111}//ND 와의 방위차가 10°이내인 페라이트 결정립의 비율을 20 ％ 이상으로 하여 딥드로잉성을 향상시키고 있다.
그러나, 이들 프레스 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 사용해도 엄격한 프레스 성형을 실시했을 때에 발생하는 세로 균열의 발생은 반드시 충분히 억제할 수는 없다.
이 세로 균열을 억제하기 위해서 특허문헌 4 에는 딥드로잉성, 내2차가공취성 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판이 개시되어 있다. 이 강판에서는, Nb 및/또는 Ti 그리고 B 및 V 를 적정량 첨가하는 것에 더하여 마무리 어닐링하고, 산세한 후 혹은 또한 스킨 패스 압연한 후의 강판의 평균 결정 입경을 40 ㎛ 이하이며 또한 표면 조도 Ra 를 0.30 ㎛ 이하로 함으로써, 딥드로잉성과 내2차가공취성을 양립시키고 있다.
일본 공개특허공보 2003-138349호 일본 공개특허공보 2007-119847호 일본 공개특허공보 2009-299116호 일본 공개특허공보 2003-201547호
그러나, 특허문헌 4 의 페라이트계 스테인리스 강판을 사용해도, 특히 프레스 성형 후에 용접을 실시한 경우에 발생하는 용접부 근방의 균열은 완전히 방지할 수는 없다.
종래 기술이 안고 있는 상기와 같은 문제점을 감안하여, 본 발명은, 딥드로잉 가공 후에 용접을 실시했을 때에, 용접의 열 영향에 의한 팽창 수축 및 변형에 의한 응력에 의해 용접부 근방에서의 균열이 잘 발생하지 않아, 용접부 근방의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 페라이트계 스테인리스강의 성분 조성과 용접부 근방에서의 균열 및 내식성의 상관을 조사하여, 이하의 (1) ∼ (3) 의 지견을 얻었다.
(1) 딥드로잉 가공에 의해 결정 입계의 강도가 저하된 영역에 대하여 용접을 실시하면, 용접의 열에 의해 용접부 근방에 발생한 팽창 및 수축의 응력에 의해 용접부 근방에 균열이 발생한다.
(2) Co 의 첨가는 열 팽창 계수를 감소시키기 때문에, 용접의 열에 의한 팽창 및 수축이 감소되어, 용접부의 변형 및 용접부 근방에서의 응력이 저하된다. 그 결과, Co 첨가에 의해 용접부 근방의 균열이 잘 발생하지 않게 된다.
(3) B 의 첨가는 딥드로잉 가공에 의한 결정 입계의 강도 저하를 억제하기 때문에, 딥드로잉 가공 후의 용접부 근방에 열응력이 발생해도 균열이 잘 발생하지 않게 된다.
이상의 결과에 의거하여 본 발명은 구성된다. 즉 본 발명은 하기의 구성을 요지로 하는 것이다.
[1] 질량％ 로, C : 0.001 ∼ 0.020 ％, Si : 0.01 ∼ 0.30 ％, Mn : 0.01 ∼ 0.50 ％, P : 0.04 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Cr : 18.0 ∼ 24.0 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％, Mo : 0.30 ∼ 3.0 ％, Al : 0.01 ∼ 0.15 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Co : 0.01 ∼ 6.00 ％, B : 0.0002 ∼ 0.0050 ％, N : 0.001 ∼ 0.020 ％ 를 함유하고, 하기 (1) 식을 만족시키며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.
0.30 ％ ≤ Ti ＋ Nb ＋ V ≤ 0.60 ％ (1)
(1) 식에 있어서의 원소 기호는 각 원소의 함유량 (질량％) 을 의미한다.
[2] 상기 Mo 함유량이 0.30 ∼ 1.50 ％, 상기 Ti 함유량이 0.25 ∼ 0.40 ％, 상기 Nb 함유량이 0.03 ∼ 0.13 ％, 상기 V 함유량이 0.02 ∼ 0.13 ％, 상기 Co 함유량이 0.02 ∼ 0.30 ％ 이고, 하기 (2) 식, (3) 식을 만족시키는 [1] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.
Co/B : 10 ∼ 150 (2)
Nb ＋ V ≤ 0.22 ％ (3)
(2) 식, (3) 식에 있어서의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 의미한다.
[3] 추가로 질량％ 로, Zr : 1.0 ％ 이하, W : 1.0 ％ 이하, REM : 0.1 ％ 이하 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.
본 발명의 페라이트계 스테인리스강이면, 딥드로잉 가공 후에 용접에 의해 접합이 실시되는 구조체의 제조에 사용해도, 용접의 열 영향에 의한 팽창 수축 및 변형에 의한 응력에 의해 용접부 근방에서의 균열이 잘 발생하지 않아, 용접부 근방의 내식성이 우수한 구조체가 얻어진다.
또, 용접부 근방에서의 균열이 잘 발생하지 않아서, 상기 구조체는 용접부의 형상이 우수하다고 할 수 있다.
도 1 은 원통 딥드로잉 형상의 시험편을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
본 발명 (제 1 발명) 의 페라이트계 스테인리스강의 성분 조성은, 질량％ 로 C : 0.001 ∼ 0.020 ％, Si : 0.01 ∼ 0.30 ％, Mn : 0.01 ∼ 0.50 ％, P : 0.04 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Cr : 18.0 ∼ 24.0 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％, Mo : 0.30 ∼ 3.0 ％, Al : 0.01 ∼ 0.15 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Co : 0.01 ∼ 6.00 ％, B : 0.0002 ∼ 0.0050 ％, N : 0.001 ∼ 0.020 ％ 를 함유하고, 하기 (1) 식을 만족시키며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이다.
0.30 ％ ≤ Ti ＋ Nb ＋ V ≤ 0.60 ％ (1)
(1) 식에 있어서의 원소 기호는 각 원소의 함유량 (질량％) 을 의미한다.
또한, 본 발명 (제 1 발명) 의 페라이트계 스테인리스강의 성분 조성은, 추가로 질량％ 로, Zr : 0.5 ％ 이하, W : 1.0 ％ 이하, REM : 0.1 ％ 이하 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 함유해도 된다.
이하에 본 발명 (제 1 발명) 의 페라이트계 스테인리스강의 성분 조성에 대해서 상세하게 설명한다. 또, 각 원소의 함유량을 나타내는 ％ 는 특별히 기재하지 않는 한 질량％ 로 한다.
C : 0.001 ∼ 0.020 ％
C 의 함유량이 많으면 강도가 향상되고, 적으면 가공성이 향상된다. 적당한 강도를 얻기 위해서는 0.001 ％ 이상의 함유가 적당하다. 그러나, C 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면 가공성의 저하가 현저해져, 딥드로잉 가공에 적합하지 않다. 따라서, C 함유량은 0.001 ∼ 0.020 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.002 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.004 ％ 이상이다.
상한에 대해서 바람직하게는 0.018 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.014 ％ 이하이다. 또, 불가피적으로 함유되는 C 만으로 C 함유량이 상기 범위가 되는 경우에는, C 를 적극적으로 첨가할 필요는 없다.
Si : 0.01 ∼ 0.30 ％
Si 는 탈산에 유용한 원소이다. 그 효과는 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Si 함유량이 0.30 ％ 를 초과하면, 가공성의 저하가 현저해져, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않다. 따라서, Si 의 함유량은 0.01 ％ ∼ 0.30 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.05 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.08 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.11 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.20 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.18 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.16 ％ 이하이다.
Mn : 0.01 ∼ 0.50 ％
Mn 에는 강도를 높이는 효과가 있다. 그 효과는 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Mn 을 과잉으로 함유하면 가공성이 현저하게 저하되어, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않게 된다. 따라서, Mn 함유량은 0.50 ％ 이하가 적당하다. 따라서, Mn 의 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.11 ％ 이상이다.
상한에 대해서 바람직하게는 0.40 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다. 또, Mn 은 강에 불가피적으로 함유되기 때문에, 불가피적으로 함유되는 Mn 함유량이 상기 범위에 있으면, Mn 을 첨가할 필요는 없다.
P : 0.04 ％ 이하
P 는 강에 불가피적으로 함유되는 원소로, 딥드로잉 가공 후의 결정 입계에 편석되어, 결정 입계의 강도를 저하시키고, 입계 균열을 발생시키기 쉽게 하는 원소이다. 따라서, P 함유량은 적을수록 바람직하고, 본 발명의 효과를 얻는다는 관점에서는 함유하지 않아도 된다 (0 ％ 여도 된다). 그래서, P 함유량은 0.04 ％ 이하로 하였다. 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이하이다.
S : 0.01 ％ 이하
S 는 강에 불가피적으로 함유되는 원소이다. S 함유량이 0.01 ％ 를 초과하면 CaS 나 MnS 등의 수용성 황화물의 형성이 촉진되어 내식성이 저하된다. 또한, 본 발명의 효과를 얻는다는 관점에서는 S 를 함유하지 않아도 된다 (0 ％ 여도 된다). 따라서, S 함유량은 0.01 ％ 이하로 하였다. 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다.
Cr : 18.0 ∼ 24.0 ％
Cr 은 스테인리스강의 내식성을 결정짓는 가장 중요한 원소이다. Cr 함유량이 18.0 ％ 미만에서는 스테인리스강으로서 충분한 내식성이 얻어지지 않는다. 특히 용접부에서의 내식성이 불충분해진다. 한편으로, 과잉으로 Cr 을 함유하면, 가공성이 저하되어, 딥드로잉 가공에 적합하지 않다. 그래서, Cr 함유량은 24.0 ％ 이하가 적당하다. 따라서, Cr 함유량은 18.0 ∼ 24.0 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 19.0 ％ 이상, 보다 바람직하게는 20.0 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 20.5 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 23.5 ％ 이하, 보다 바람직하게는 22.5 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 22.0 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 21.5 ％ 이하이다.
Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％
Ni 는 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소로, 부동태 피막을 형성할 수 없어 활성 용해가 일어나는 부식 환경에 있어서 부식의 진행을 억제하는 원소이다. 그 효과는 Ni 함유량을 0.01 ％ 이상으로 함으로써 얻어진다. 그러나, Ni 함유량이 0.40 ％ 이상이 되면, 가공성이 저하되기 때문에, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않다. 따라서, Ni 의 함유량은 0.01 ∼ 0.40 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.07 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.11 ％ 이상이다.
상한에 대해서 바람직하게는 0.35 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.25 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.18 ％ 이하이다.
Mo : 0.30 ∼ 3.0 ％
Mo 는 부동태 피막의 재부동태화를 촉진시켜, 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소이다. Cr 과 함께 함유함으로써 그 효과는 보다 현저해진다. Mo 에 의한 내식성 향상 효과는 0.30 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Mo 함유량이 3.0 ％ 를 초과하면 고온 강도가 증가되고, 압연 부하가 커지기 때문에 제조성이 저하된다. 따라서, Mo 함유량은 0.30 ∼ 3.0 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.40 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.60 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 2.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 1.8 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.5 ％ 이하이다. 우수한 가공성이 필요해질 경우에는 0.90 ％ 이하가 더욱 바람직하다.
Al : 0.01 ∼ 0.15 ％
Al 은 탈산에 유용한 원소로, 그 효과는 Al 의 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Al 의 함유량이 0.15 ％ 를 초과하면 페라이트 결정 입경이 증대되기 쉬워져, 용접부 근방의 균열이 일어나기 쉬워진다. 따라서, Al 함유량은 0.01 ∼ 0.15 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.08 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.07 ％ 이하이다.
Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％
Ti 는 C, N 과 우선적으로 결합하여 Cr 탄질화물의 석출에 의한 내식성의 저하를 억제하는 원소이다. 그 효과는 Ti 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Ti 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면 고용 (固溶) 된 C, N 이 과도하게 감소되어, 딥드로잉 후의 결정 입계의 강도가 불충분해져, 용접부 근방에서 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ti 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.15 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.25 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.45 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.40 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.35 ％ 이하이다. 또, 본 명세서에 있어서, 탄질화물에는 탄화물, 질화물도 함유된다.
Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％
Nb 는 C, N 과 우선적으로 결합하여 Cr 탄질화물의 석출에 의한 내식성의 저하를 억제하는 원소이다. 그 효과는 Nb 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Nb 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면 고용된 C, N 이 과도하게 감소되어, 딥드로잉 후의 결정 입계의 강도가 불충분해져, 용접부 근방에서 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Nb 의 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.05 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.15 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.40 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 ％ 이하이다.
V : 0.01 ∼ 0.50 ％
V 는, Cr 탄질화물의 석출에 의한 내식성의 저하를 억제하는 원소이다. 그 효과는 V 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, 0.50 ％ 를 초과하는 과잉된 함유는 가공성을 저하시켜, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않다. 따라서, V 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.04 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.06 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.30 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
0.30 ％ ≤ Ti ＋ Nb ＋ V ≤ 0.60 ％ (1)
상기 서술한 바와 같이 Ti, Nb, V 는 모두 Cr 탄질화물의 생성을 억제하여, 용접부의 내식성을 향상시키는 원소이다. Cr 탄질화물 석출에 의한 예민화를 억제하여, 용접부의 내식성을 충분한 것으로 하기 위해서는 Ti 함유량, Nb 함유량, V 함유량의 합계가 0.30 ％ 이상이 되는 것이 필요하다. 바람직하게는 0.35 ％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.37 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.40 ％ 이상이다. 게다가, 용접부의 냉각 속도는 통상 매우 빠르기 때문에, Ti, Nb, V 중 어느 단독 혹은 2 종만의 함유로는, 각각의 원소의 탄질화물이 석출되기 쉬운 온도역을 급속하게 통과해 버려, C, N 을 완전하게는 다 무해화할 수 없는 경우가 있다. 그래서, Ti, Nb, V 중 어느 원소나 0.01 ％ 이상의 함유가 필요하다.
한편으로, Ti, Nb, V 함유량의 합계가 0.60 ％ 를 초과하면 가공성이 저하되기 때문에, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않다. 따라서, Ti 함유량, Nb 함유량, V 함유량의 합계가 0.60 ％ 이하로 하였다. 바람직하게는 0.55 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.45 ％ 이하이다.
Co : 0.01 ∼ 6.00 ％
Co 는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Co 의 함유는 페라이트계 스테인리스강의 전자 상태를 변화시켜, 열 팽창 계수를 저하시킨다. 이 열 팽창 계수의 저하는 용접의 열에 의해 야기되는 용접부의 팽창 및 변형을 완화시킨다. 딥드로잉 가공 후의 용접부 근방에서는, 용접에 의한 열 팽창 및 변형에 의해 발생하는 응력에 의해 균열이 발생하는 경우가 있다. Co 의 함유에 따른 열 팽창 계수의 저하는, 용접의 열 영향 및 변형에 의해 용접부 근방에 가해지는 응력 부하를 완화시켜, 균열의 발생을 억제한다. 그 효과는 Co 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편으로, Co 함유량이 6.00 ％ 를 초과하면 가공성이 저하되기 때문에, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않다. 따라서 Co 함유량은 0.01 ∼ 6.00 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.04 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 3.00 ％ 이하, 보다 바람직하게는 2.50 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.00 ％ 이하이다.
B : 0.0002 ∼ 0.0050 ％
B 는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 고순도 페라이트계 스테인리스강에서는 딥드로잉 가공에 의해 딥드로잉 가공의 벽면 부분의 결정 입계에 P 가 편석되어, 결정 입계가 취약해진다. 그래서, 과도한 딥드로잉 가공을 실시한 후에, 딥드로잉 방향을 따라 균열이 발생하는 경우가 있다. 특히 Ti 나 Nb 에 의해 고용된 C, N 을 저감시킨 성분에서 그 경향이 현저하다. 딥드로잉 가공에 의해 균열이 발생하기 쉬워진 결정 입계에서는, 용접의 열 영향에 의한 응력 부하가 균열을 발생시키는 경우가 있다. B 의 함유는 딥드로잉 가공에 의한 P 의 편석을 억제하여 결정 입계를 강화시켜, 이와 같은 균열의 발생을 억제한다. 이 효과는 B 를 0.0002 ％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편으로, B 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면 가공성이 저하되기 때문에, 딥드로잉 가공에는 적합하지 않다. 따라서, B 함유량은 0.0002 ∼ 0.0050 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.0003 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0004 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.0006 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.0020 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0015 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.0010 ％ 이하이다.
N : 0.001 ∼ 0.020 ％
N 은, 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 효과가 있다. 그 효과는 N 함유량이 0.001 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, N 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면 가공성의 저하가 현저해져, 딥드로잉 가공에 적합하지 않다. 따라서, N 함유량은 0.001 ∼ 0.020 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.002 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.007 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.018 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.013 ％ 이하이다.
또한, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 이하의 성분 (임의 성분) 을 함유해도 된다.
Zr : 1.0 ％ 이하
Zr 은 C, N 과 결합하여 예민화를 억제하는 효과가 있다. 그 효과는 Zr 함유량을 0.01 ％ 이상으로 함으로써 얻어진다. 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.06 ％ 이상이다. 그러나, 과잉된 Zr 의 함유는 가공성을 저하시킨다. 또한, Zr 은 가격이 매우 비싼 원소이기 때문에, 과잉된 Zr 함유는 비용의 증대를 초래한다. 따라서, Zr 의 함유량은 1.0 ％ 이하로 하였다. 바람직하게는 0.60 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.
W : 1.0 ％ 이하
W 는 Mo 와 마찬가지로 내식성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과는 W 함유량을 0.01 ％ 이상으로 함으로써 얻어진다. 바람직하게는 0.10 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. 그러나, 과잉된 W 의 함유는 강도를 상승시켜, 제조성을 저하시킨다. 따라서, W 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.80 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.
REM : 0.1 ％ 이하
REM 은 내산화성을 향상시켜, 산화 스케일의 형성을 억제하여, 용접부의 내식성을 향상시킨다. 그 효과는 REM 함유량을 0.001 ％ 이상으로 함으로써 얻어진다. 바람직하게는 0.004 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.006 ％ 이상이다. 그러나, 과잉으로 REM 을 함유하면, 산세성 등의 제조성을 저하시키는 데다 비용의 증대를 초래한다. 따라서 REM 의 함유량은 0.1 ％ 이하로 하였다. 바람직하게는 0.04 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이하이다.
상기 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로는 Zn : 0.03 ％ 이하, Sn : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.1 ％ 미만 등을 들 수 있다. 또, 본 발명의 Cr 함유량, Mo 함유량을 갖는 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에서는, Cu 는 부동태 유지 전류를 증가시켜 부동태 피막을 불안정으로 하여, 내식성을 저하시키는 작용이 있다. 이런 관점에서는 Cu 를 함유하지 않은 쪽이 바람직하다. Cu 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.1 ％ 미만이 적당하다. 따라서, 불순물로서의 Cu 함유량은 상기와 같이 0.1 ％ 미만으로 하였다.
본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 제조 방법의 일례를 이하에 나타낸다.
상기 성분 조성을 갖는 스테인리스강을 1100 ∼ 1300 ℃ 로 가열 후, 마무리 온도를 700 ∼ 1000 ℃, 권취 온도를 400 ∼ 800 ℃ 로 하여 판두께 2.0 ∼ 5.0 mm 가 되도록 열간 압연을 실시한다. 이렇게 해서 제조된 열간 압연 강대를 800 ∼ 1100 ℃ 의 온도에서 어닐링하고 산세를 실시한다. 다음으로, 판두께 0.5 ∼ 2.0 mm 가 되도록 냉간 압연을 실시하고, 700 ∼ 1050 ℃ 의 온도에서 냉연판 어닐링을 실시한다. 냉연판 어닐링 후에는 산세를 실시하여, 스케일을 제거한다. 스케일을 제거한 냉간 압연 강대에는 스킨 패스 압연을 실시해도 된다.
이상의 본 발명 (제 1 발명) 에 있어서, Mo 함유량, Ti 함유량, Nb 함유량, V 함유량, Co 함유량을 특정 범위로 조정하고, 후술하는 (2) 식, (3) 식을 만족시키도록 하면, 또한, 가공 표면 러프닝이 적어진다는 효과를 발휘한다. 이하, 이 효과를 갖는 발명 (제 2 발명) 에 대해서 설명한다.
먼저, 가공 표면 러프닝이라는 과제에 대해서 설명한다. 페라이트계 스테인리스강을 프레스 등의 가공에 의해 성형한 경우, 가공 표면 러프닝이 심각한 것이 문제가 되는 경우가 있다.
페라이트계 스테인리스강의 가공 표면 러프닝으로는, 리징과 오렌지 필이 잘 알려져 있다.
리징은, 페라이트계 스테인리스강을 프레스 성형했을 때에 형성시키는 이랑 형상의 주름을 말한다. 이 주름은 스테인리스강의 미관을 저해할 뿐더러, 엄격한 가공시에는, 이 주름을 따라 균열이 발생하는 경우도 있다.
이 리징은, 주조 단계에서 생성된 조대한 주상 (柱狀) 조직이, 열연, 재결정에 의해 충분히 미세화되지 않고, 결정 방위가 유사한 집합 조직을 형성하고, 프레스 성형시에 이 집합 조직이 유사한 변형 거동을 나타냄으로써 이랑 형상의 주름이 형성된다고 알려져 있다. 따라서, 리징의 억제에는 주조 조직에서 차지하는 주상 조직의 비율을 감소시켜, 등축정 (等軸晶) 조직의 비율을 증가시키는 것이 중요하다.
주조 조직의 등축정을 증가시키는 기술로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2000-144342호에 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 페라이트계 스테인리스강 주편이 개시되어 있다. 이 발명은, 고용 Al 을 저감시키고 또한 Al 계 개재물을 용강 중에 분산시킨다. 이로써, Ti 계 개재물이 Al 계 개재물을 핵으로 하여 용강 중에 분산 석출시키고, 등축정의 생성 사이트가 되기 때문에, 주조 조직의 등축정률이 증가된다. 그러나, 탈산을 위해서 충분한 양의 Al 첨가를 실시한 다음에, 고용 Al 을 0.015 질량％ 이하로 제어하는 것은, 실제 조업상 매우 곤란하다는 문제가 있다.
오렌지 필은, 조대한 결정립에서 기인되는 표면 러프닝이고, 그 대책으로는 결정립의 미세화가 유효하다. 오렌지 필을 저감시키는 기술로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2003-138349호에 딥드로잉성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판이 개시되어 있다. 이 발명은, 강의 성분 조성과 제조 조건을 적정 범위로 제어하고, 마무리 어닐링 후의 강판의 평균 r 값을 2.0 이상, 평균 결정 입경을 50 ㎛ 이하, 또한, (인장 강도 (MPa) × 평균 r 값)/(결정 입경 (㎛))) 을 20 이상으로 함으로써, 우수한 딥드로잉성과 내표면 러프닝성을 양립시키고 있다. 그러나, 이 발명에서는 결정립의 미세화를 실시하기 위해서 열간 압연의 압하율을 크게 취할 필요가 있고, 내식성이 높은 재료 (Cr 이나 Mo 의 함유량이 많은 재료) 에서는 시징이나 표면 러프닝이 일어나 표면 성상을 저하시키는 경우가 있다는 문제가 있다.
또한, 리징이나 오렌지 필과 같은 가공 표면 러프닝을 억제하는 기술로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-285300호에 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조법이 개시되어 있다. 이 발명은, 중간 어닐링을 포함하는 2 회 이상의 냉간 압연을 실시함으로써, 결정립의 입도 (粒度) 번호 6.0 이상을 달성하고 있다. 그러나, 2 회의 냉간 압연을 실시하는 방법은, 제조 부하가 높아, 제조에 시간 이 걸린다는 문제가 있다.
상기와 같이 가공 표면 러프닝을 개선시키는 종래 기술에서는, 실제 조업에 적용할 수 있는 적절한 수법이 얻어지지 않는 게 현 상황이다.
Mo 함유량, Ti 함유량, Nb 함유량, V 함유량 및 Co 함유량을 특정 범위로 조정하고, 후술하는 (2) 식 및 (3) 식을 만족시키는 본 발명 (제 2 발명) 은, 이런 문제점들을 해결한다. 즉, 제 2 발명은, 제조가 간편하고, 딥드로잉 가공, 벌징 가공 및 굽힘 가공 등의 가공을 실시하여 성형되는 구조체에 적합하고, 가공 후의 표면 성상이 요구되는 용도에 사용하는 데에 적합한, 가공 표면 러프닝이 적은 페라이트계 스테인리스강이다.
제 2 발명을 완성함에 있어서 얻은 지견은 이하와 같다. 주조 조직의 등축정률 및 최종 제품의 결정 입경에 미치는 페라이트계 스테인리스강에 대한 Co, B, 기타 원소 첨가의 영향을 검토하여, 성분과 가공 표면 러프닝 및 가공부의 내식성과의 상관으로부터 이하의 지견을 얻었다.
(1) Ti, Nb, V 의 함유량을 적절히 제어함으로써, 용접부의 내식성을 저하시키지 않고, 낮은 재결정 온도를 실현할 수 있어 결정 입경의 제어가 용이해진다.
(2) Co 및 B 의 함유량을 적정한 범위로 조정함으로써, 주조 조직의 등축정률이 향상된다. 또한, 열연 어닐링에 의한 결정립의 성장이 억제되어, 결정립이 미세화되었다.
그 결과, (1), (2) 의 지견에 더하여, Mo 의 함유량도 조정함으로써, 가공에 의한 표면 러프닝이 저감되었다. 이하, 제 2 발명에 있어서의, Mo 함유량, Ti 함유량, Nb 함유량, V 함유량, Co 함유량, (2) 식, (3) 식에 대해서 설명한다. 또한, B 함유량은 제 1 발명과 동일하지만, (3) 식에 B 가 함유되는 점에서 알 수있는 바와 같이, B 는 제 2 발명에서도 중요하다. 그래서, 이하에서는, 제 2 발명에 있어서의 B 에 대해서도 설명한다. 또한, 제 1 발명의 설명과 마찬가지로, 「％」는 「질량％」 를 의미한다. 또, Mo 함유량, Ti 함유량, Nb 함유량, V 함유량, Co 함유량, B 함유량 이외의 성분에 대해서는, 임의 성분도 포함하여, 제 1 발명과 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 제 2 발명에 있어서도, (1) 식을 만족시킬 필요가 있지만, 이에 대해서도 제 1 발명과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
Mo : 0.30 ∼ 1.50 ％
제 2 발명의 Mo 함유량은 상기와 같고, 제 1 발명의 Mo 함유량보다 좁다. 따라서, 제 2 발명에 있어서, Mo 는 제 1 발명에서의 Mo 의 기술적 의의도 갖는다. 제 2 발명에 있어서의 Mo 의 기술적 의의는 이하와 같다. Mo 는 부동태 피막의 재부동태화를 촉진시켜, 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소이다. Cr 과 함께 함유함으로써 그 효과는 보다 현저해진다. Mo 에 의한 내식성 향상 효과는 0.30 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Mo 함유량이 1.50 ％ 를 초과하면 강도가 증가되어, 가공성이 저하되어 표면 러프닝이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mo 의 함유량은 0.30 ∼ 1.50 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.40 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.55 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 1.40 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.90 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.70 ％ 이하이다.
Ti : 0.25 ∼ 0.40 ％
제 2 발명의 Ti 함유량은 상기와 같고, 제 1 발명의 Ti 함유량보다 좁다. 따라서, 제 2 발명에 있어서, Ti 는 제 1 발명에서의 Ti 의 기술적 의의도 갖는다. 제 2 발명에 있어서의 Ti 의 기술적 의의는 이하와 같다. Ti 는 Nb, V 와 마찬가지로 고용 C, N 과 결합하여 탄질화물을 형성하여 예민화를 억제하는 원소이다. 게다가, 용강 중으로부터 TiN 을 정출 (晶出) 하여 등축정의 정출 핵이 되어, 응고 조직의 등축정률을 향상시키는 원소이다. 등축정의 정출 촉진 효과는, Ti 가 0.25 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, 함유량이 0.40 ％ 를 초과하면 가공부의 취약화가 촉진되어, 가공에 의해 균열이 발생하기 쉬워져, 가공성이 저하된다. 따라서, Ti 의 함유량은 0.25 ∼ 0.40 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.27 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.29 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.31 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.38 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.35 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.34 ％ 이하이다.
Nb : 0.03 ∼ 0.13 ％
V : 0.02 ∼ 0.13 ％,
Nb ＋ V ≤ 0.22 ％ (3) 식
제 2 발명의 Nb 및 V 함유량은 상기와 같고, 제 1 발명의 Nb 및 V 함유량보다 좁다. 따라서, 제 2 발명에 있어서, Nb 및 V 는 제 1 발명에서의 Nb 및 V 의 기술적 의의도 갖는다. 제 2 발명에 있어서의 Nb 및 V 의 기술적 의의는 이하와 같다. Nb 와 V 는 모두 고용 C, N 과 결합하여 탄질화물을 형성하는 원소이다. 고용 C 및 N 이 고정됨으로써 용접부의 예민화가 억제되어, 내식성을 향상시킨다. 특히 Ti, Nb 및 V 가 모두 함유되면, 그 석출 온도의 차이 때문에 보다 적절히 C 및 N 의 무해화를 실시할 수 있다. 그 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.03 ％ 이상이 필요하다. 그러나, Nb 함유량이 0.13 ％ 를 초과하면 재결정이 저해되어, 적절한 조직을 얻기 위해서 보다 높은 어닐링 온도가 필요해지고, 미세한 조직의 형성이 곤란해져, 가공시에 표면 러프닝이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Nb 의 함유량은 0.03 ∼ 0.13 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.06 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.07 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.08 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.11 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.09 ％ 이하이다.
또한, 상기 효과를 얻기 위해서는, V 함유량에 대해서 0.02 ％ 이상이 필요하다. 그러나, V 함유량이 0.13 ％ 를 초과하는 과잉의 함유는, 재결정 온도가 상승되어, 미세한 조직의 형성이 곤란해져, 가공시에 표면 러프닝이 발생하기 쉬워진다. 따라서, V 의 함유량은 0.02 ∼ 0.13 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.04 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.06 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.07 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.11 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.08 ％ 이하이다.
한편으로, Nb 및 V 의 탄질화물은, 스테인리스강의 재결정 온도를 상승시키므로, 어닐링을 위해서 높은 온도가 필요해진다. 그래서, 이들 원소가 합계로 0.22 ％ 를 초과하여 함유하고 있으면 어닐링 온도의 제어에 의해 적절한 조직을 만들어 내는 것이 곤란해져, 오렌지 필 등의 가공 표면 러프닝이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Nb ＋ V 는 0.22 ％ 이하로 하였다. 바람직하게는 0.20 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.18 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.16 ％ 이하이다. Nb ＋ V 의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 0.08 ％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. 또, (3) 식의 「Nb ＋ V」의 원소 기호는 각 원소의 함유량 (질량％) 을 의미한다.
B : 0.0002 ∼ 0.0050 ％
Co : 0.02 ∼ 0.30 ％
Co/B : 10 ∼ 150 (2) 식
제 2 발명의 Co 함유량은 상기와 같고, 제 1 발명의 Co 함유량보다 좁다. 또한, B 함유량은 제 1 발명의 범위와 동일하다. 따라서, 제 2 발명에 있어서, Co 및 B 는, 제 1 발명에서의 Co 및 B 의 기술적 의의도 갖는다. 제 2 발명에 있어서의 Co 및 B 의 기술적 의의는 이하와 같다. 가공 표면 러프닝 저감 수법의 요지는, 주조 공정의 응고 단계에서 결정 입계에 (Cr,Fe)2B 를 적절히 분산시킨 상태로 석출시키고, 등축정률을 증가시키는 것으로, B 는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 또한, 분산 석출된 (Cr,Fe)2B 에는 열연 어닐링시의 결정립 성장을 억제하는 효과도 있다고 볼 수 있다. 이와 같이 집합 조직의 발달을 억제하면서 결정립의 성장을 억제함으로써, 본 발명에서는 가공 표면 러프닝을 저감시키고 있다. 이 효과는 B 함유량이 0.0002 ％ 이상에서 얻어진다. 한편으로, 0.0050 ％ 초과의 B 의 함유는 가공성을 저하시켜, 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, B 의 함유량은 0.0002 ∼ 0.0050 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 0.0003 ％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0004 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.0006 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.0020 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0018 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.0015 ％ 이하이다.
이 주조 단계에서의 (Cr,Fe)2B 의 석출에 있어서, Co 는 (Cr,Fe)2B 의 응집을 억제하여, 적절한 분산 상태로 유지하는 효과가 있다고 볼 수 있다. 그 결과, 주상정 조직의 성장이 억제되어, 가공 표면 러프닝이 저감되는 것으로 볼 수 있다. 따라서, Co 는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 이 효과는, 0.02 ％ 이상의 Co 의 함유에서 얻어진다. 한편으로, 0.30 ％ 를 초과하여 Co 를 함유시키면 가공성이 저하되고, 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서 Co 의 함유량은 0.02 ∼ 0.30 ％ 로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.04 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.20 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.08 ％ 이하이다.
또한, 본 발명에서는, 적절한 등축정률을 얻기 위해서, Co 와 B 의 함유 비율을 적정한 범위로 할 필요가 있다. 상세한 기구에 대해서는 아직 명확하게 되어 있지 않지만, Co 의 함유량에 대하여 B 의 함유량이 지나치게 많은 경우, Co 가 (Cr,Fe)2B 의 응집을 충분히 억제할 수 없다고 볼 수 있다. 따라서, Co/B 는 10 이상이 적절하다. 한편으로, Co 의 함유량이 지나치게 많은 경우, (Cr,Fe)2B 의 석출 온도가 저하되어, 적절한 온도에서 주상정의 성장을 억제할 수 없게 된다고 볼 수 있다. 따라서, Co/B 는 150 이하가 적절하다. 따라서, Co/B 는 10 ∼ 150 으로 하였다. 하한에 대해서 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 30 이상, 더욱 바람직하게는 40 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 120 이하, 보다 바람직하게는 100 이하, 더욱 바람직하게는 80 이하이다.
마지막으로, 제 2 발명의 스테인리스강의 바람직한 제조 방법의 일례를 이하에 나타낸다.
전로에 있어서, 용강을 상기 화학 조성으로 조정한 후, 용강 과열도 ΔT 를 20 ∼ 80 ℃, 주조 속도 0.4 ∼ 1.1 m/min 로 하고, 연속 주조에 의해 판두께 100 ∼ 300 mm 인 슬래브를 제조한다. 얻어진 슬래브를 1100 ∼ 1300 ℃ 로 가열 후, 마무리 온도를 600 ∼ 900 ℃, 권취 온도를 400 ∼ 800 ℃ 로 하여 판두께 2.0 ∼ 5.0 mm 로 열간 압연을 실시한다. 최종 압연의 압하율은 15 ％ 이상으로 한다. 압연의 열연 어닐링에 있어서의 결정립의 미세화에는, 마무리 온도는 600 ∼ 750 ℃ 가 바람직하고, 최종 압연의 압하율은 40 ％ 이상이 바람직하다. 또한, 475 ℃ 취약화를 억제하여 양호한 제조성을 얻기 위해서는, 권취 온도는 400 ∼ 450 ℃ 가 바람직하다. 이렇게 해서 제조된 열간 압연 강대를 800 ∼ 980 ℃ 의 온도에서 어닐링한다. 어닐링에 있어서의 균열 시간은 10 ∼ 300 s 가 적당하다. 결정립의 미세화에는 재결정이 가능한 온도 범위에서 어닐링 온도는 낮은 쪽이 바람직하고, 800 ∼ 900 ℃ 가 바람직하다. 어닐링 시간은 짧은 쪽이 바람직하고, 10 ∼ 180 s 가 바람직하다. 그 후, 산세를 실시하고, 다음으로 냉간 압연을 실시하여, 판두께 0.3 ∼ 3.0 mm 의 냉간 압연 강대를 제조한다. 얻어진 냉간 압연 강대에 대하여 700 ∼ 1050 ℃ 의 온도에서 냉연 어닐링을 실시한다. 냉연 어닐링 후에는 산세를 실시하여, 스케일을 제거한다. 이들 제조 공정의 중간 및 마지막에는 스킨 패스 압연, 쇼트 블라스트 등의 기계적 작용에 의한 탈 (脫) 스케일 처리, 그라인더나 연마 벨트에 의한 연삭·연마 처리를 실시해도 된다.
실시예 1
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 설명한다.
표 1 에 나타내는 스테인리스강을 100 ㎏ 강괴로 진공 용제하고, 1200 ℃ 로 가열한 후, 판두께 4 mm 까지 열간 압연하고, 800 ∼ 1000 ℃ 의 범위에서 어닐링하고, 산세에 의해 스케일을 제거하였다. 또한, 판두께 0.8 mm 까지 냉간 압연하고, 800 ∼ 950 ℃ 의 범위에서 어닐링하고, 산세를 실시하여, 공시재 (供試材) 로 하였다.
제조된 공시재로부터 φ72 mm 의 원판을 채취하고, φ49 mm, φ35 mm, φ26 mm, φ22 mm 의 펀치 (모두 숄더 반경 2 mm) 를 차례로 사용하여 4 단의 원통 딥드로잉 가공을 실시하고, 가공 후의 높이가 50 mm 가 되도록 이어를 절제하였다 (도 1(a)). 또한, 딥드로잉 저부의 중심부에 φ5 mm 의 구멍을 드릴로 뚫고, 원통 딥드로잉 형상의 시험편을 제조하였다. 그 후, 시험편의 φ22 mm 의 개구부를 막도록 φ23 mm 의 원판을 TIG 용접으로 접합시켰다 (도 1(b)).
용접 조건은, 용접 전류 100 A, 용접 속도 60 ㎝/min 로 하였다. 실드 가스는 Ar 을 사용하며, 유량은 20 ℓ/min 로 하였다. 용접 후, 24 h 경과한 후에 φ5 mm 의 구멍으로부터 물을 넣고, 시험편 내부를 물로 채워, 10 기압의 압력을 가하여 균열의 유무를 확인하였다. 그 후, 광학 현미경을 사용하여 200 배의 배율로 원통 딥드로잉 벽면의 용접부 근방 (퓨전 라인으로부터 2 ∼ 5 mm 의 위치) 을 관찰하여 (도 1(b) 의 균열 관찰 위치의 관찰), 균열의 길이를 확인하였다. 길이가 0.5 mm 이상인 균열이 있는 것을 「×」(불합격), 균열이 없는 것을 「○」(합격) 로 하여 결과를 표 2 에 나타낸다. 또, 퓨전 라인에는, 어떠한 시험편도 균열은 확인되지 않았다.
표 2 중, 본 발명예에서는 모두 용접부 근방에 균열은 확인할 수 없었다. 한편으로, 비교예인 No.12 에서는, Co 를 함유하지 않기 때문에 균열이 발생하였다. No.13 에서는 B 를 함유하지 않기 때문에 균열이 발생하였다. No.14 에서는 Al 이 과잉으로 첨가되었기 때문에 균열이 발생하였다. No.15 에서는 Cr 이 과잉으로 첨가되었기 때문에 균열이 발생하였다.
계속해서, 균열의 유무를 확인한 시험편을 사용하여, 용접인 채의 용접부의 내식성을 평가하였다. JIS H 8502 에 준거한 중성 염수 분무 사이클 시험을 5 사이클 실시하고, 용접부 근방 (용접 비드 중심으로부터 퓨전 라인으로부터 5 mm 의 범위) 의 부식 유무를 육안으로 확인하였다. 시험편은 φ5 mm 의 구멍이 아래가 되도록 부식 시험조 내에 배치하였다. 5 사이클의 시험에 의해 용접부 근방에 장경이 1 mm 이상인 부식이 발생한 것을 「×」(불합격), 부식이 발생하지 않은 것을 「○」(합격) 로 하여 표 2 에 나타냈다.
No.12, No.13, No.14 는 모두 용접 근방의 균열로부터 부식이 발생하였다. No.16 은 (1) 식을 만족시키지 못했기 때문에 용접 비드로부터 부식이 발생하였다. No.17 은 Cr 함유량이 적어 용접 비드 및 템퍼부로부터 부식이 발생하였다. No.18 은 Nb 를 함유하지 않기 때문에, 용접 비드로부터 부식이 발생하였다. No.19 는 Ti 를 함유하지 않기 때문에, 용접 비드로부터 부식이 발생하였다. No.20 은 V 를 함유하지 않기 때문에, 용접 비드로부터 부식이 발생하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
실시예 2
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 설명한다.
표 3 에 나타내는 성분의 스테인리스강을 용강 과열도 60 ℃, 주조 속도 0.6 m/min 의 조건으로 연속 주조하여, 판두께 200 mm 인 슬래브를 제조하였다. 제조된 슬래브를, 1200 ℃ 로 가열한 후, 마무리 온도 700 ℃, 권취 온도 400 ℃, 최종 압연의 압하율 30 ％ 의 조건에서 판두께 4 mm 까지 열간 압연하고, 950 ℃ 에서 균열 시간 60 s 가 되도록 어닐링하였다. 그 후, 판두께 0.8 mm 까지 냉간 압연하고, 900 ℃ 에서 균열 시간 30 s 가 되도록 어닐링하고, 연마에 의해 표면의 스케일을 제거한 후 에머리 연마지 ＃600 마무리로 하여 공시재로 하였다.
제조된 공시재로부터 φ72 mm 의 원판을 채취하고, φ49 mm, φ35 mm, φ26 mm, φ22 mm 의 펀치 (모두 숄더 반경 2 mm) 를 차례로 사용하여 4 단의 원통 딥드로잉 가공을 실시하고, 가공 후의 높이가 50 mm 가 되도록 이어를 절제하였다 (도 1(a)). 제조된 시험편에 대해서, 개구부로부터 10 mm 의 위치에서 원주 방향으로 5 mm 의 길이를 각각의 측정 위치가 원주 상의 90°의 위치가 되도록 4 군데 선택하고, 레이저 현미경을 사용하여 표면의 요철을 측정하였다 (도 1(a) 의 요철 측정 위치에서의 측정). 얻어진 측정 결과를 φ22 mm 의 원호 상의 요철로 가정하고, 평면 상의 요철이 되도록 보정을 가하여, 최대 산 높이와 최대 계곡 깊이의 차이를 측정하고, 측정된 4 군데의 결과를 평균냈다. 표 3 의 스테인리스강에 대해서 최대 산 높이와 최대 계곡 깊이의 차이가 200 ㎛ 이상인 것을 「△」(종래 기술과 동등한 현저한 요철이 있다), 200 ㎛ 이하인 것을 「◎」(현저한 요철이 없어 우수하다) 로 하여 결과를 표 4 에 나타낸다.
표 3 중, 청구항 2 의 Mo, Ti, Nb, V, Co, 식 (2) 및 식 (3) 의 전부가 범위 내의 No.34 ∼ 46 에서는 딥드로잉 가공 후의 벽면에 현저한 요철은 관찰되지 않았다. 한편, No.47 ∼ 61 에서는 청구항 2 의 Mo, Ti, Nb, V, Co, 식 (2) 및 식 (3) 중 어느 것이 범위 밖이 되기 때문에, 딥드로잉 가공 후의 벽면에 현저한 요철이 관찰되었다. No.62 는 B 가 청구항 1 의 범위 밖이 되기 때문에, 시험편 벽면에 현저한 요철이 관찰되었다.
다음으로, 딥드로잉 저부의 중심부에 φ5 mm 의 구멍을 뚫고, 원통 딥드로잉 형상의 시험편을 제조하였다. 그 후, 시험편의 φ22 mm 의 개구부를 막도록 φ23 mm 의 원판을 TIG 용접으로 접합시켰다 (도 1(b)). 용접 조건은, 용접 전류 100 A, 용접 속도 60 ㎝/min 로 하였다. 실드 가스는 Ar 을 사용하며, 유량은 20 ℓ/min 로 하였다. 용접 후, 24 h 경과한 후에 φ5 mm 의 구멍으로부터 물을 넣고, 시험편 내부를 물로 채워, 10 기압의 압력을 가하여 균열의 유무를 확인하였다. 그 후, 광학 현미경을 사용하여 200 배의 배율로 원통 딥드로잉 벽면의 용접부 근방 (퓨전 라인으로부터 2 ∼ 5 mm 의 위치) 을 관찰하여 (도 1(b) 의 균열 관찰 위치의 관찰), 균열의 길이를 확인하였다. 길이가 0.5 mm 이상인 균열이 있는 것을 「×」(불합격), 균열이 없는 것을 「○」(합격) 로 하여 결과를 표 4 에 나타낸다.
표 3 중, 본 발명예에서는 모두 용접부 근방에 균열은 확인할 수 없었다. 한편으로, 비교예인 No.62 에서는 용접부 근방에 균열이 발생하였다.
계속해서, 균열의 유무를 확인한 시험편을 사용하여, 용접인 채의 용접부의 내식성을 평가하였다. JIS H 8502 에 준거한 중성 염수 분무 사이클 시험을 5 사이클 실시하고, 용접부 근방 (용접 비드 중심으로부터 퓨전 라인으로부터 5 mm 의 범위) 의 부식 유무를 육안으로 확인하였다. 시험편은 φ5 mm 의 구멍이 아래가 되도록 부식 시험조 내에 배치하였다. 5 사이클의 시험에 의해 용접부 근방에 장경이 1 mm 이상인 부식이 발생한 것을 「×」(불합격), 부식이 발생하지 않은 것을 「○」(합격) 로 하여 표 4 에 나타냈다. 표 4 중, 본 발명예에서는 모두 용접부 근방에 부식은 확인할 수 없었다. 한편으로, 비교예인 No.62 에서는 부식이 발생하였다.
이상의 결과로부터 본 발명에 따르면, 가공 표면 러프닝이 적어 용접부의 형상 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이 얻어지는 것이 확인되었다.
Figure pct00003
Figure pct00004
산업상 이용가능성
본 발명에 따르면, 딥드로잉 가공 후에 용접에 의해 접합이 실시되는 구조체에 사용하는 데에 적합한, 용접부의 형상 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이 얻어진다. 본 발명에서 얻어지는 페라이트계 스테인리스강은, 딥드로잉 후에 용접에 의해 구조체의 제조가 실시되는 용도, 예를 들어 전지 케이스 등의 전자 기기 부품, 컨버터 등의 자동차 부품 등에 대한 적용에 적합하다.

Claims (3)

  1. 질량％ 로,
    C : 0.001 ∼ 0.020 ％,
    Si : 0.01 ∼ 0.30 ％,
    Mn : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    P : 0.04 ％ 이하,
    S : 0.01 ％ 이하,
    Cr : 18.0 ∼ 24.0 ％,
    Ni : 0.01 ∼ 0.40 ％,
    Mo : 0.30 ∼ 3.0 ％,
    Al : 0.01 ∼ 0.15 ％,
    Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
    Co : 0.01 ∼ 6.00 ％,
    B : 0.0002 ∼ 0.0050 ％,
    N : 0.001 ∼ 0.020 ％ 를 함유하고,
    하기 (1) 식을 만족시키며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.
    0.30 ％ ≤ Ti ＋ Nb ＋ V ≤ 0.60 ％ (1)
    (1) 식에 있어서의 원소 기호는 각 원소의 함유량 (질량％) 을 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Mo 함유량이 0.30 ∼ 1.50 ％,
    상기 Ti 함유량이 0.25 ∼ 0.40 ％,
    상기 Nb 함유량이 0.03 ∼ 0.13 ％,
    상기 V 함유량이 0.02 ∼ 0.13 ％,
    상기 Co 함유량이 0.02 ∼ 0.30 ％ 이고, 하기 (2) 식, (3) 식을 만족시키는 페라이트계 스테인리스강.
    Co/B : 10 ∼ 150 (2)
    Nb ＋ V ≤ 0.22 ％ (3)
    (2) 식, (3) 식에 있어서의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 의미한다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로, 질량％ 로,
    Zr : 1.0 ％ 이하,
    W : 1.0 ％ 이하,
    REM : 0.1 ％ 이하 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
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