KR20200002991A

KR20200002991A - 페라이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20200002991A
Application number: KR1020197034717A
Authority: KR
Inventors: 마나미 이치카와; 테츠유키 나카무라; 쿠니오 후쿠다; 신 이시카와; 레이코 스기하라
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2020-01-08
Also published as: EP3604589A1; KR102337567B1; US20200080181A1; JP2019056179A; JPWO2018216236A1; WO2018216236A1; US11365467B2; JP6583517B2; EP3604589A4; JP6517371B2; CN110678566A

Abstract

우수한 납땜성을 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: 0.01％ 이상 0.40％ 미만, Mn: 0.05∼1.5％, P: 0.05％ 이하, S: 0.01％ 이하, Cr: 17.0∼30.0％, Mo: 1.10∼3.0％, Ni: 0.80％ 초과 3.0％ 이하, Nb: 0.20∼0.80％, Al: 0.001∼0.10％, N: 0.025％ 이하를 함유하고, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖도록 한다.
C＋N≤0.030％…(1)
Cr＋Mo≥19.0％…(2)
(식 (1), 식 (2) 중의 C, N, Cr, Mo는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

Description

페라이트계 스테인리스강

본 발명은, 자동차의 배기 가스 응축수 환경에서 사용되는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 예를 들면, 배열 회수기(exhaust heat recovery device)나 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러 등의 배기 가스 재순환 장치에 이용하는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

최근, 자동차 분야에 있어서의 배기 가스 환경 규제의 강화가 진행됨과 함께, 더 한층의 연비 향상이 요구되고 있다. 이 때문에, 배열 회수기나 EGR 쿨러와 같은 열교환기의 자동차로의 적용이 증대하고 있다.

배열 회수기는, 배기 가스의 열을 회수하여 재이용하는 장치로서, 하이브리드 차를 중심으로 탑재되어 있다. 배열 회수기를 이용한 시스템에서는, 열교환기를 통하여 배기 가스의 열을 엔진 냉각수에 전함으로써, 엔진 난기(warming-up)의 촉진을 하여 연비 및 난방 성능을 향상시키고 있다.

또한, EGR 쿨러는, 배기 가스를 재순환시키는 장치이다. EGR 쿨러를 이용한 시스템에서는, 배기측의 고온의 배기 가스를 열교환기에 의해 냉각하고, 냉각된 배기 가스를 재차 흡기시킴으로써 엔진의 연소 온도를 저하시키고, NOx의 생성을 억제한다.

이러한 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환부는, 응축수가 생성되어, 혹독한 부식 환경에 노출된다. 열교환부에서는, 스테인리스강을 통하여 배기 가스와 냉각수가 접하고 있어, 부식에 의해 천공이 발생하면 냉각수의 누출로 연결되기 때문에, 높은 내(耐)응축수 부식성이 요구된다.

특허문헌 1에는, 정제가 불충분하여 S 농도가 높은 연료가 이용되는 경우의 EGR 쿨러 및 배열 회수 장치용 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은, Ni를 다량으로 포함하기 때문에 고비용이 되는 것이나, 이그조스트 매니폴드(exhaust manifold) 주위 부품과 같이, 고온에서 격렬한 진동으로 구속력을 받는 사용 환경에서의 피로 특성, 고온에서의 열피로 특성이 낮다는 점에 문제가 있었다.

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

예를 들면, 특허문헌 2에는, 페라이트계 스테인리스강을 소재로서 구성된 자동차 배열 회수 장치가 개시되어 있다. 여기에서는, 18mass％ 이상의 Cr에 Mo를 첨가함으로써, 배기 가스의 응축-증발 환경에 있어서의 내공식성(pitting resistance) 및 내극간 부식성(crevice corrosion resistance)을 확보하고 있다.

또한, 상기의 EGR 쿨러의 열교환부 등의 접합에는, 납땜(brazing) 접합이 적용되어 있고, 이들 부재에는, 내응축수 부식성을 향상시키는 것뿐만 아니라, 우수한 납땜성(brazability)도 요구되고 있다.

이 점, 예를 들면, 특허문헌 3에는, EGR 쿨러 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 여기에서는, Cr＋2.3Cu≥18을 만족하도록 Cr에 Cu를 첨가함으로써 우수한 납땜성과 배기 가스 응축수에 대한 내식성(corrosion resistance)을 확보하고 있다.

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

일본공개특허공보 2013-199661호 일본공개특허공보 2009-228036호 일본공개특허공보 2010-121208호 일본공개특허공보 2012-214880호

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

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

또한, 여기에서, 우수한 납땜성이란, 겹친 2매의 강판의 편측의 단면에 납재(brazing material) BNi-5(Ni-19Cr-10Si)를 1.2g 도포하여, 10^－2㎩의 진공 분위기, 1170℃×600s의 가열 조건에서 납땜 처리를 행한 후, 납재의 침투가 2매의 판의 겹쳐짐 길이의 50％ 이상인 것을 가리킨다.

또한, 우수한 내응축수 부식성이란, pH8.0의 200ppmCl^－＋600ppmSO₄ ^2－ 용액으로의 시험편의 전체 침지, 80℃의 보존유지(保持), 24시간의 침지-증발 시험, 250℃의 로(furnace) 내에서의 24시간의 가열 보존유지의 모두를 4사이클 행한 후(이하, 응축수 부식 시험이라고도 기재함), 최대 부식 깊이가 100㎛ 미만인 것을 가리킨다.

본 발명자들은, 전술한 응축수 부식 시험을 행하여, Cr, Mo, C, N에 더하여 Ni를 적당량 함유시킴으로써, 우수한 내응축수 부식성이 얻어지는 것을 발견했다. 추가로, Al 함유량을 조정함으로써, 납땜성도 확보할 수 있는 것을 알게 되었다.

상기 과제를 해결하는 것을 목적으로 한 본 발명의 요지는, 이하와 같다.

[1] 질량％로,

C: 0.025％ 이하,

Si: 0.01％ 이상 0.40％ 미만,

Mn: 0.05∼1.5％,

P: 0.05％ 이하,

S: 0.01％ 이하,

Cr: 17.0∼30.0％,

Mo: 1.10∼3.0％,

Ni: 0.80％ 초과 3.0％ 이하,

Nb: 0.20∼0.80％,

Al: 0.001∼0.10％,

N: 0.025％ 이하를 함유하고,

또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고,

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

C＋N≤0.030％…(1)

Cr＋Mo≥19.0％…(2)

(식 (1), 식 (2) 중의 C, N, Cr, Mo는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

[2] 추가로 질량％로,

Cu: 0.01∼1.0％,

W: 0.01∼1.0％,

Co: 0.01∼1.0％

중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 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％

중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 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] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

본 발명에 의하면, 우수한 납땜성을 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.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환부의 배기 가스측은, 종래의 머플러와 마찬가지로, 배기 가스의 응축 및 증발이 반복되는 환경에 있다. 생성한 응축수는 배기 가스에 의해 가열되어, 수분이 증발함과 함께 이온종(種)의 농화(濃化)와 pH의 저하가 일어나, 스테인리스강의 부식을 촉진한다. 최근에는, 연료의 다양화에 수반하여 배기 가스도 다양화하고 있어, 내식성에 큰 영향을 미치는 염화물 이온, 황산 이온이 증가하거나, pH가 중성으로부터 약산성으로 변화하거나 하는 등, 부식 환경은 과혹한 것이 상정되고 있다.

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

그 결과, 우수한 내응축수 부식성을 갖는 스테인리스강을 얻기 위해서는, 소정 범위의 함유량으로 조정한 Cr, Mo, C, N에 더하여 적당량의 Ni를 함유시키는 것이 유효하다는 것을 알 수 있었다.

응축수 부식의 부식 형태는 공식(pitting corrosion)이다. 본 발명에서는, 공식의 발생을 억제하는 것, 공식의 성장 속도를 저감하는 것 및, 공식의 성장을 정지시킴으로써 내응축수 부식성을 향상시켰다. 첫번째의 공식의 발생의 억제에 대해서는, Cr과 Mo를 함유시킴으로써 억제 효과를 강화하고 있다. 두번째의 공식의 성장 속도의 저감은, 적당량의 Ni 함유로 대폭으로 저감하고 있다. 또한, 세번째의 공식의 성장의 정지에 대해서는, Cr과 Mo의 함유에 더하여, 추가로, 적당량의 Ni를 함유시킴으로써 보다 효과적으로 성장을 정지시키고 있다.

추가로, Al 함유량을 조정함으로써, 납땜성을 확보할 수 있는 것을 알게 되었다.

이상의 각 과정으로의 원소의 상이한 기여에 의해, 납땜성을 확보하면서, 내응축수 부식성이 비약적으로 향상하는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다.

이러한 인식에 기초하는 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 질량％로, C: 0.025％ 이하, Si: 0.01％ 이상 0.40％ 미만, Mn: 0.05∼1.5％, P: 0.05％ 이하, S: 0.01％ 이하, Cr: 17.0∼30.0％, Mo: 1.10∼3.0％, Ni: 0.80％ 초과 3.0％ 이하, Nb: 0.20∼0.80％, Al: 0.001∼0.10％, N: 0.025％ 이하를 함유하고, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하고, 우수한 납땜성을 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)

Cr＋Mo≥19.0％…(2)

이하에서는, 우선, 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

C는, 강에 불가피적으로 포함되는 원소이다. C 함유량이 많으면 강도가 향상하고, 적어지면 가공성이 향상한다. 강도를 향상시키기 위해서는 0.001％ 이상 C를 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. 또한, C 함유량은, 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.004％ 이상이다.

Si: 0.01％ 이상 0.40％ 미만

Si는, 탈산 작용이 있고, 그의 효과는 0.01％ 이상의 Si의 함유로 얻어진다. 단, Si를 0.40％ 이상 함유하면 제조 시의 산 세정성을 저하시킨다. 따라서, Si 함유량은 0.01％ 이상 0.40％ 미만으로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.05％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.20％ 이상이고, 보다 더 바람직하게는 0.30％ 이상이다.

Mn: 0.05∼1.5％

Mn은, 탈산 작용이 있고, 그의 효과는 0.05％ 이상의 Mn의 함유로 얻어진다. 그러나, Mn의 1.5％ 초과의 함유는, 고용 강화에 의해 가공성을 해치게 한다. 또한, Mn의 1.5％ 초과의 함유는, 부식의 기점이 되는 MnS의 석출을 촉진하고, 내응축수 부식성을 저하시킨다. 따라서, Mn 함유량은 0.05∼1.5％의 범위로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 또한, Mn 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30％ 이하이다.

P: 0.05％ 이하

P는, 강에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 0.05％ 초과의 P의 함유는 용접성을 저하시켜, 입계(intergranular) 부식을 일으키기 쉽게 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

S는, 강에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 0.01％ 초과의 S의 함유는, MnS의 석출을 촉진하고, 내응축수 부식성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 바람직하게는, S 함유량은 0.008％ 이하이다. 보다 바람직하게는, S 함유량은 0.005％ 이하이다.

Cr: 17.0∼30.0％

Cr은, 내응축수 부식성을 확보하기 위해 중요한 원소이다. Cr 함유량이 17.0％ 미만에서는, 내응축수 부식성을 충분히 얻을 수 없다. 한편으로, Cr을 30.0％ 초과로 함유하면, 가공성, 제조성이 저하한다. 따라서, Cr 함유량은 17.0∼30.0％의 범위로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 18.0％ 이상이고, 보다 바람직하게는 19.0％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 20.5％ 이상이다. 또한, Cr 함유량은, 바람직하게는 24.0％ 이하이고, 보다 바람직하게는 23.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 22.0％ 이하이다.

Mo: 1.10∼3.0％

Mo는, 스테인리스강의 부동태 피막을 안정화시켜, 내응축수 부식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 배열 회수기나 EGR 쿨러에서는, 응축수에 의한 내면 부식이나 융설제(snow melting agent) 등에 의한 외면 부식을 방지하는 효과가 있다. 추가로, 열피로 특성의 향상 효과가 있어, 이그조스트 매니폴드 바로 아래에 부착되는 EGR 쿨러에 사용하는 경우에는, 특히 적합한 원소이다. 이들 효과는, 1.10％ 이상의 Mo의 함유로 얻어진다. 그러나, Mo는 고가의 원소이기 때문에 비용의 증대를 초래한다. 추가로, Mo 함유량이 3.0％를 초과하면, 가공성이 저하한다. 따라서, Mo 함유량은 1.10∼3.0％의 범위로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 1.50％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.60％ 이상이다. 또한, Mo 함유량은, 바람직하게는 2.50％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.00％ 이하이다.

Ni: 0.80％ 초과 3.0％ 이하

Ni는, 본 발명에 있어서 내응축수 부식성 향상을 위해 중요한 원소이다. 그의 효과는, 0.80％ 초과의 Ni를 함유함으로써 얻어진다. 그러나, Ni 함유량이 3.0％를 초과하면, 응력 부식 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.80％ 초과 3.0％ 이하의 범위로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 1.00％ 초과이고, 보다 바람직하게는 1.20％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.50％ 이상이다. 또한, Ni 함유량은, 바람직하게는 2.50％ 이하이다. Ni 함유량이 1.20％ 이상인 경우에, 특히 우수한 내응축수 부식성이 얻어진다.

Nb: 0.20∼0.80％

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

Al: 0.001∼0.10％

Al은 탈산에 유용한 원소이고, 그의 효과는 0.001％ 이상의 Al의 함유로 얻어진다. 한편, Al의 0.10％ 초과의 함유는 납땜성을 저하시키는 점에서, Al 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 따라서, Al 함유량은 0.001∼0.10％로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.025％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.015％ 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.010％ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.008％ 이하이다.

N: 0.025％ 이하

N은, C와 마찬가지로 강에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 효과가 있다. 그 효과는, N을 0.001％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, N을 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％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.010％ 이하이다. 또한, N 함유량은, 바람직하게는 0.001％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.005％ 이상이다.

C＋N: 0.030％ 이하…(1)

(식 (1) 중의 C, N은, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

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

Cr＋Mo: 19.0％ 이상…(2)

(식 (2) 중의 Cr, Mo는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)

전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 내응축수 부식성의 향상을 위해 Cr 및 Mo의 각각을 소정의 함유량으로 한다. 추가로 본 발명자들은, 예의 검토하여, Cr＋Mo(Cr 함유량과 Mo 함유량의 합)가 19.0％ 미만이면, 소망하는 내응축수 부식성이 얻어지지 않는 것도 알게 되었다. 그 때문에, 본 발명에서는, Cr 함유량 및 Mo 함유량의 각각을 전술한 범위로 한 후에, Cr＋Mo를 19.0％ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는, Cr＋Mo를 21.0％ 이상으로 한다.

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

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 상기 성분에 더하여, 추가로, Cu, W, Co 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을, 하기의 범위로 함유할 수 있다.

Cu: 0.01∼1.0％

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

W: 0.01∼1.0％

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

Co: 0.01∼1.0％

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

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 추가로, Ti, V, Zr, B, Ca, Mg, REM 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을, 하기의 범위로 함유할 수 있다.

Ti: 0.01∼0.10％

Ti는, 강 중에 포함되는 C 및 N과 결합하여, 예민화(sensitization)를 방지하는 효과를 갖는다. 그 효과는 Ti의 0.01％ 이상의 함유로 얻어진다. 한편, Ti는 산소에 대하여 활성인 원소이고, 0.10％ 초과의 Ti의 함유는 납땜 처리 시에 치밀하고 연속적인 Ti 산화 피막을 강의 표면에 생성하고, 납땜성을 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. 또한, Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.04％ 이하이다.

V: 0.01∼0.50％

V는, Ti 마찬가지로, 강 중에 포함되는 C 및 N과 결합하여, 예민화를 방지하는 효과를 갖는다. 그 효과는, V를 0.01％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, V 함유량이 0.50％를 초과하면, 가공성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, V를 함유하는 경우는, V 함유량은 0.01∼0.50％의 범위로 하는 것이 바람직하다. V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.03％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.40％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.25％ 이하이다.

Zr: 0.01∼0.30％

Zr은, C, N과 결합하여, 예민화를 억제하는 효과가 있다. 그 효과는, Zr을 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, Zr을 함유하는 경우는, Zr 함유량은 0.01∼0.30％로 하는 것이 바람직하다. Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하이다.

B: 0.0003∼0.005％

B는, 2차 가공 취성(working embrittlement)을 개선하는 원소이다. 그의 효과는, B를 0.0003％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, B 함유량이 0.005％를 초과하면, 고용 강화에 의해 연성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, B를 함유하는 경우는, B 함유량은 0.0003∼0.005％의 범위로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0005％ 이상이다. 또한, B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0030％ 이하이다.

Ca: 0.0003∼0.003％

Ca는, 용접부의 용입성(penetration property)을 개선하여 용접성을 향상시킨다. 그의 효과는, Ca를 0.0003％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, Ca 함유량이 0.003％를 초과하면, S와 결합하여 CaS를 생성하고, 내응축수 부식성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Ca를 함유하는 경우는, Ca 함유량은 0.0003∼0.003％의 범위로 하는 것이 바람직하다. Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0005％ 이상이다. 또한, Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.

Mg: 0.0003∼0.003％

Mg는, 탈산 효과 등 정련상 유용한 원소이고, 또한, 조직을 미세화하여, 가공성, 인성의 향상에도 유용하여, 필요에 따라서 Mg를 0.003％ 이하 함유시킬 수 있다. Mg를 함유시키는 경우, Mg 함유량은, 안정적인 효과가 얻어지는 0.0003％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, Mg를 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. 그의 효과는, REM을 0.001％ 이상 함유함으로써 얻어진다. 한편, REM 함유량이 0.10％를 초과하면, 산 세정성 등의 제조성을 저하시키는 데다가, 비용의 증대를 초래한다. 따라서, REM을 함유하는 경우는, 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 통상의 제조 방법이면 적합하게 이용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전로, 전기로 등 공지의 용해로에서 강을 용제하고, 혹은 추가로 레이들 정련, 진공 정련 등의 2차 정련을 거쳐 전술한 본 발명의 성분 조성을 갖는 강으로 하고, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편(슬래브)으로 하고, 그 후, 열간 압연, 열연판 어닐링, 산 세정, 냉간 압연, 마무리 어닐링, 산 세정 등의 각 공정을 거쳐 냉연 어닐링판으로 하는 제조 공정으로 제조할 수 있다. 상기 냉간 압연은, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연으로 해도 좋고, 또한, 냉간 압연, 마무리 어닐링, 산 세정의 각 공정은, 반복하여 행해도 좋다. 추가로, 열연판 어닐링은 생략해도 좋고, 강판의 표면 광택이나 조도 조정이 요구되는 경우에는, 냉간 압연 후 혹은 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연(skin-pass rolling)을 실시해도 좋다.

상기 제조 방법에 있어서의, 바람직한 제조 조건에 대해서 설명한다.

강을 용제하는 제강 공정은, 전로 혹은 전기로 등에서 용해한 강을 VOD법 등에 의해 2차 정련하고, 상기 필수 성분 및 필요에 따라서 첨가되는 성분을 함유하는 강으로 하는 것이 바람직하다. 용제한 용강(molten steel)은, 공지의 방법으로 강 소재(steel material)로 할 수 있지만, 생산성 및 품질면에서는, 연속 주조법에 의한 것이 바람직하다. 강 소재는, 그 후, 바람직하게는 1050∼1250℃로 가열되고, 열간 압연에 의해 소망하는 판두께의 열연판으로 되어 있다. 물론, 판재 이외에 열간 가공할 수도 있다. 상기 열연판은, 그 후 필요에 따라서 900∼1150℃의 온도에서 연속 어닐링을 실시한 후, 산 세정 등에 의해 탈스케일하여, 열연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 산 세정 전에 쇼트 블라스트(shot blast)에 의해 스케일 제거하여도 좋다.

추가로, 상기 열연 어닐링판을, 냉간 압연 등의 공정을 거쳐 냉연 제품으로 해도 좋다. 이 경우의 냉간 압연은, 1회라도 좋지만, 생산성이나 요구 품질상의 관점에서 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연으로 해도 좋다. 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연의 총 압하율은 60％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70％ 이상이다. 냉간 압연한 강판은, 그 후, 바람직하게는 900∼1150℃, 더욱 바람직하게는 950∼1150℃의 온도에서 연속 어닐링(마무리 어닐링)하고, 산 세정하여, 냉연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연속 어닐링을 광휘 어닐링(bright annealing)으로 행하여 산 세정을 생략해도 좋다. 추가로 용도에 따라서는, 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연 등을 실시하여, 강판의 형상이나 표면 조도, 재질 조정을 행해도 좋다.

이상 설명한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 자동차의 배열 회수기나 EGR 쿨러 등의 배기 가스 재순환 장치에 적합하게 이용된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명한다.

표 1, 2에 나타낸 No.1∼43의 성분 조성을 갖는 강을 진공 용해로에서 용제하고, 1100∼1200℃로 1시간 가열한 후, 열간 압연에 의해 판두께 4.0㎜의 열연판을 제조했다. 950∼1100℃에서 열연판 어닐링을 행한 후, 스케일을 제거하여 판두께 1.0㎜까지 냉간 압연했다. 950∼1100℃에서 마무리 어닐링을 행하여 얻어진 냉연 어닐링판을, 에머리 연마지로 600번까지 연마하고, 아세톤에 의한 탈지를 행하여 시험에 제공했다.

<내응축수 부식성>

내응축수 부식성은, 실환경을 모의한 사이클 시험으로 평가했다. 냉연 어닐링판을 25㎜×100㎜의 크기로 잘라내어, 시험에 제공했다. 시험액은 실차(實車)의 배열 회수 장치로부터 채취한 응축수의 분석예를 참고로 하여, 부식에 특히 기여하는 염화물 이온과 황산 이온만을 이용했다. 시약에 염산, 황산을 이용하여, 200ppmCl^－＋600ppmSO₄ ^2－의 용액을 조정한 후, 암모니아수를 이용하여 pH를 8.0으로 조정했다. 80℃로 일정 관리한 상기 용액에 시험편을 침지시키고, 시험편을 침지한 채로 침지 용액을 24시간에 증발시켰다. 본 공정을 5회 행했다. 이어서 시험편을 250℃의 로에 넣어 24시간 가열 보존유지를 행했다. 이를 1사이클로 하고, 합계 4사이클 행했다. 시험 종료 후, 부식 생성물을 제거하여, 3D 매크로스코프에 의해 부식 깊이를 측정했다. 최대 부식 깊이가 80㎛ 미만인 경우를 ◎(합격, 특히 우수함), 최대 부식 깊이가 80㎛ 이상 100㎛ 미만인 경우를 ○(합격), 최대 부식 깊이가 100㎛ 이상인 경우를 ×(불합격)라고 평가했다.

<납땜성>

납땜성은, 납재의 극간부로의 침투성으로 평가했다. 각 냉연 어닐링판에 대해서 30㎜각(角)과 25㎜×30㎜의 판을 잘라내어, 이 2매의 판을 겹쳐, 일정한 토크력(170kgf)으로 클램프 지그를 이용하여 끼워 고정했다. 편측의 단면에 납재 BNi-5(Ni-19Cr-10Si)를 1.2g 도포하여, 10^－2㎩의 진공 분위기에서 납땜 처리를 행했다.

열처리 온도 패턴은, 승온 온도 10℃/s, 균열 시간 1(전체의 온도를 균일하게 하는 공정): 1060℃×1800s, 승온 온도 10℃/s, 균열 시간 2(실제로 납재의 융점 이상의 온도에서 납땜을 행하는 공정): 1170℃×600s의 처리를 순서대로 행한 후, 로냉하고, 200℃로 온도가 내려갔을 때에 외기(대기)로 퍼지하는 것으로 했다. 납땜 처리 후에 판 간에 납재가 어느 정도 침투했는지를, 겹친 판의 측면부에서 육안에 의해 확인하여, 이하의 기준으로 평가했다. 납재의 침투가 2매의 판의 겹쳐짐 길이의 50％ 이상인 경우를 ○(합격), 납재의 침투가 2매의 판의 겹쳐짐 길이의 50％ 미만인 경우를 ×(불합격)로 했다.

표 1, 2로부터, 본 발명예의 강 No.1∼22, 31∼43은, 모두 우수한 내응축수 부식성 및 납땜성을 나타내고 있다.

특히, Ni 함유량이 1.20％ 이상인 강 No.1∼7, 10∼14, 16∼18, 20, 22, 31∼38, 40∼43은 내응축수 부식성이 특히 우수했다.

한편, Cr, Mo, Ni, Nb의 함유량의 어느 것이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 강 No.23, 24, 25, 26, 식 (1)을 만족하지 않는 강 No.28, 식 (2)를 만족하지 않는 강 No.29는, 내응축수 부식성이 불합격이 되었다.

또한, Al, Ti의 함유량의 어느 것이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 강 No.27, 30은, 납땜성이 불합격이 되었다.

(산업상의 이용 가능성)

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

Claims

질량％로,
C: 0.025％ 이하,
Si: 0.01％ 이상 0.40％ 미만,
Mn: 0.05∼1.5％,
P: 0.05％ 이하,
S: 0.01％ 이하,
Cr: 17.0∼30.0％,
Mo: 1.10∼3.0％,
Ni: 0.80％ 초과 3.0％ 이하,
Nb: 0.20∼0.80％,
Al: 0.001∼0.10％,
N: 0.025％ 이하를 함유하고,
또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
C＋N≤0.030％…(1)
Cr＋Mo≥19.0％…(2)
(식 (1), 식 (2) 중의 C, N, Cr, Mo는, 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄)
제1항에 있어서,
추가로 질량％로,
Cu: 0.01∼1.0％,
W: 0.01∼1.0％,
Co: 0.01∼1.0％
중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 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％
중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
자동차의 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.