KR20210079082A - 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 실시예들은 Ci, Si, Sn의 함량을 최적화하여 고용강화 및 석출강화를 활용함으로써, Cr 함량 증가 또는 Nb 첨가 없이도 고Cr 페라이트계 스테인리스강에 대응하는 고온 강도 및 고온 내산화성이 우수하면서도 성형성을 확보한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 {LOW-Cr FERRITIC STAINLESS STEEL WITH IMPROVED HIGH TEMPERATURE CHARACTERISTICS AND FORMABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 저Cr 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 내산화성 및 고온 강도가 우수하면서도 성형성을 확보할 수 있는 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인리스 강재는 고가의 합금원소가 적게 첨가되면서도 내식성이 뛰어나, 오스테나이트계 스테인리스 강재에 비하여 가격 경쟁력이 높다. 특히 9~15%의 저Cr 페라이트계 스테인리스 강재는 원가 경쟁력이 더욱 뛰어나, 상온 내지 800℃의 배가스 온도범위에 대응하는 배기계 부품 등(Muffler, Ex-manifold, Collector cone 등)에 사용되고 있다.
그러나, 고온 강도와 고온 내산화성이 고Cr 및 Nb 첨가강에 비해 열위하여 용도 확대에 제약이 있었다. 고온 강도와 고온 내산화성을 향상시키기 위해 Cr 함량을 상향 조정하거나 Nb를 첨가하는 것은 제조 원가를 상승시키는 원인이 되므로, 저Cr 페라이트계 스테인리스강에 Nb 첨가 없이 고온 특성을 향상시킬 수 있는 개발 방향이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 Ci, Si, Sn의 함량을 최적화하여 고용강화 및 석출강화를 활용함으로써, Cr 함량 증가 또는 Nb 첨가 없이도 고Cr 페라이트계 스테인리스강에 대응하는 고온 강도 및 고온 내산화성이 우수하면서도 성형성을 확보한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.005 내지 0.015%, N: 0.005 내지 0.015%, Si: 0.5 내지 1.5%, Mn: 0.1 내지 0.5%, Cr: 9 내지 15%, Ti: 0.1 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.8%, Al: 0.01 내지 0.05%, Sn: 0.005 내지 0.15%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족한다.
(1) Cu + Si ≥ 1.3
(2) Si + Cu + 10*Sn ≤ 3.0
여기서, Si, Cu, Sn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하 및 S: 0.002% 이하를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지조직 내 1 내지 500㎚ 크기의 Cu 석출상을 0.05 중량% 이상 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 900℃ 고온 강도가 12 MPa 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연신율이 30% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.
(3) (Si + 5*Sn)/Ti ≥ 5.0
본 발명의 일 실시예에 따른 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.005 내지 0.015%, N: 0.005 내지 0.015%, Si: 0.5 내지 1.5%, Mn: 0.1 내지 0.5%, Cr: 9 내지 15%, Ti: 0.1 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.8%, Al: 0.01 내지 0.05%, Sn: 0.005 내지 0.15%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 페라이트계 스테인리스강 냉연 강판을 냉연 소둔 열처리하는 단계; 및 450 내지 550℃ 온도범위까지 급냉하여 5분 이상 유지하는 단계;를 포함한다.
(1) Cu + Si ≥ 1.3
(2) Si + Cu + 10*Sn ≤ 3.0
여기서, Si, Cu, Sn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연 소둔 강판은, 기지조직 내 1 내지 500㎚ 크기의 Cu 석출상을 0.05 중량% 이상 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연 소둔 강판의 900℃ 고온 강도는 14.5 MPa 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연 강판은, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.
(3) (Si + 5*Sn)/Ti ≥ 5.0
본 발명의 실시예에 따른 저Cr 페라이트계 스테인리스강은 Si 및 Cu의 고용강화 효과와 동시에 미세 Cu 석출상을 분포시켜 고온 강도를 기존 대비 30% 이상 증가시킬 수 있으며, Si 및 Sn의 표면 농화에 의해 고온 내산화성 또한 향상시킬 수 있다.
또한, 합금원소 함량 증가에 따른 성형성 열위를 방지할 수 있으며, 본 발명에 따른 제조방법을 적용할 경우 고온강도 특성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 식 (1)과 식 (3)에 따른 고온 특성의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명자들은 저원가 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 고온 강도 및 고온 내산화성을 향상 시키기 위하여 다양한 검토를 행한 결과, 이하의 지견을 얻을 수 있었다.
일반적으로 배기계용 페라이트계 스테인리스강에는 고온 강도을 위하여 Nb가 첨가되는데, Nb는 상대적으로 원료비가 고가로서 제조원가를 상승시키는 원인이 되므로 바람직한 개발 방향이 아니다. 고온 강도를 증대시키기 위해서는 치환형 고용강화 원소가 효율적인 것으로 널리 알려져 있다. 특히 치환형 고용강화 원소를 첨가할 때, Fe, Cr 대비 중량 및 원자 반경에서 차이가 클수록 고용강화 효과는 더욱 커진다. 원소 주기율표에서 Si, Cu, Sn 등과 같은 합금원소는 Fe, Cr과 위치가 많이 떨어져 있으며 중량 및 원자 반경에 차이가 있기 때문에 기존 Nb를 대체할 수 있다고 판단하여 고온 강도 증가를 위해 성분 최적화를 실시하였다.
한편, 고온 내산화성을 위해서는 일반적으로 Cr 함량을 높이는데, Cr 또한 원료비가 고가로서 제조원가를 상승시키는 원인이 되므로 바람직한 개발 방향이 아니다. 고온 내산화성을 위해서는 고온에 장시간 노출 시 특정 원소들이 표면에 치밀하게 농화되어 Fe-산화막 생성을 억제하여야 한다. 본 발명에서는 표면에 농화될 수 있는 원소로 Si, Cu, Sn 후보를 선정하였고 고온 내산화성을 위해 성분 최적화를 실시하였다.
위 사항들을 포함하여 본 발명에서는 아래와 같이 성분계 조건 및 수학식을 만족하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.005 내지 0.015%, N: 0.005 내지 0.015%, Si: 0.5 내지 1.5%, Mn: 0.1 내지 0.5%, Cr: 9 내지 15%, Ti: 0.1 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.8%, Al: 0.01 내지 0.05%, Sn: 0.005 내지 0.15%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C의 함량은 0.005 내지 0.015%이다.
탄소(C)는 침입형 고용강화 원소로서 페라이트계 스테인리스강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 한편, C함량을 극저로 제어하기 위해서는 제강 VOD 공정비가 증가하는 점을 고려하여 C의 하한은 0.005%로 한정할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, Cr과 결합함으로써 Cr23C6 등 Cr탄화물의 입계 석출을 유도하고, 국부적인 Cr 고갈을 일으켜 고온 내산화성이 저하되는 문제가 있어 그 상한을 0.015%로 한정할 수 있다.
N의 함량은 0.005 내지 0.015%이다.
질소(N)는 탄소와 마찬가지로 침입형 고용강화 원소로서 페라이트계 스테인리스강의 강도를 향상 시키는 역할을 한다. 한편, 함량을 극저로 제어하기 위해서는 제강 VOD 공정비가 증가하는 점을 고려하여 N의 하한은 0.005%로 한정할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, Cr과 결합함으로써 Cr2N 석출물이 생성되고, 국부적인 Cr 고갈을 일으켜 고온산화성이 저하되는 점, 페라이트계 스테인리스강에서 N함량이 0.015% 초과할 경우에는, 고용 N의 농도는 포화되는 점을 고려하여, N의 상한을 0.015%로 한정할 수 있다.
Si의 함량은 0.5 내지 1.5%이다.
실리콘(Si)은 제강공정 중 탈산제의 역할을 하고, 페라이트 상을 안정화하는 원소이다. 본 발명에서는, 페라이트계 스테인리스강의 표층부에 Si 농화 산화막을 형성하여 고온 내산화성을 확보하기 위해 Si를 0.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 연성 및 성형성이 저하되는 문제가 있어, 본 발명에서는 그 상한을 1.5%로 한정한다.
Mn의 함량은 0.1 내지 0.5%이다.
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화하는 원소로, 본 발명에서는 내식성 확보를 위해 0.1% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 열간압연 또는 냉간압연 후, 소둔 열처리 과정에서 오스테나이트 역변태가 발생하게 되어 연신율을 저하시키는 문제가 있어, 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다.
Cr의 함량은 9 내지 15%이다.
크롬(Cr)은 페라이트를 안정화하는 원소로, 본 발명에서는 산화를 억제하는 부동태피막 형성하여 내식성을 확보하기 위해 9% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 제조비용이 상승하고, 성형성이 열위해지는 문제가 있어 그 상한을 15.0%로 한정할 수 있다. 보다 바람직하게는 10.5 내지 12.5% 범위일 수 있다.
Ti의 함량은 0.1 내지 0.3%이다.
티타늄(Ti)은 탄소(C)와 질소(N)와 같은 침입형 원소와 우선적으로 결합하여 석출물(탄질화물)을 형성함으로써, 강 중 고용 C 및 고용 N의 양을 저감하고 Cr 고갈영역 형성을 억제하여 강의 내식성 확보에 효과적인 원소로, 본 발명에서는 0.1% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, Ti계 개재물을 형성하여 제조상에 어려움이 있고, 표층부의 Ti성분이 산소와 반응하여 노랗게 변색되는 표면결함이 발생하는 문제가 있어, 그 상한을 0.3%로 한정할 수 있다.
Cu의 함량은 0.15 내지 0.8%이다.
구리(Cu)는 고용강화 원소로서 Nb를 대체하여 고온 강도에 기여하는 원소이다. 또한, Cu는 적절한 열처리를 통해 미세 석출물을 생성시키면 석출강화 효과로 인해 추가적인 고온 강도를 향상시킬 수 있어, 0.15% 이상 첨가한다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 소재비용의 상승뿐만 아니라 열간가공성을 저하시키는 문제점이 있어, 그 상한을 0.8%로 한정할 수 있다.
Al의 함량은 0.01 내지 0.05%이다.
알루미늄(Al)은 강력한 탈산제로써 용강 중 산소의 함량을 낮추는 역할을 하며, 본 발명에서는 0.01% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, Al이 산소와 반응해 불균일한 산화층을 형성하여 고온 내산화성을 열화시키는 바, 0.05% 이하로 한정할 수 있다.
Sn의 함량은 0.005 내지 0.15%이다.
주석(Sn)은 고온 강도 증가를 위한 고용강화 원소임과 동시에 표층부에 Sn 농화 산화막을 형성하여 고온 내산화성을 증가시킨다. 위 두 효과를 위해 최소한 Sn 함량이 0.005% 이상 첨가되어야 한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 열간 압연 시 Sn이 결정립 계면에 편석되어 결정립간 결합력을 약화시켜 표층부에 미세한 크랙을 형성하는 문제가 있어, 그 상한을 0.15%로 한정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하 및 S: 0.002% 이하를 더 포함할 수 있다.
Ni의 함량은 0.3% 이하이다.
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로써 제강공정에서 고철로부터 불가피하게 반입되는 원소로써, 본 발명에서는 불순물로 관리한다. 저Cr 페라이트계 스테인리스강에서 Ni 함량이 0.3%를 초과할 경우, 열간압연 또는 냉간압연 후, 소둔 열처리 과정에서 오스테나이트 역변태가 발생하게 되어 연신율을 저하시키는 문제가 있어, 그 상한을 0.3%로 한정할 수 있다.
P의 함량은 0.04% 이하이다.
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 산세 시 입계 부식을 일으키거나 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 P 함량을 0.04% 이하로 관리한다.
S의 함량은 0.002% 이하이다.
황(S)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 S 함량의 상한을 0.002%로 관리한다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강은, 하기 식 (1) 내지 (3)을 만족할 수 있다.
(1) Cu + Si ≥ 1.3
고온 강도는 통상 고용강화와 석출강화에 의하여 영향을 받는다. Cu, Si는 대표적인 고용강화 원소인바 고온 강도 증가를 위해 첨가가 바람직하다. Cu가 Cu 석출상으로 석출되면 석출강화 효과로 인하여 고온 강도가 더욱 효과적으로 증가하게 된다. 또한, Si의 함량이 증가할 경우 Cu는 고용 한계도가 낮아지기 때문에 Cu 석출상의 석출이 더 용이하게 된다. 이에 따라 기지조직 내 1 내지 500㎚ 크기의 Cu 석출상을 0.05 중량% 이상 석출 가능하다. 따라서 Cu+Si 함량을 1.3% 이상의 범위로 제어한다.
위 고용강화 및 석출강화 효과를 통해 본 발명에 따른 저Cr 페라이트계 스테인리스강은 900℃에서의 고온 강도가 12 MPa 이상을 나타낼 수 있다.
(2) Si + Cu + 10*Sn ≤ 3.0
Si, Cu, Sn 합금원소는 각각 고온 강도 또는 고온 내산화성에 긍정적인 영향을 미치나, 소재를 너무 경질화시켜 연신율이 열위해지고 성형성이 떨어지게 된다. 본 발명에서는 Si, Cu를 고온 강도를 향상시키면서도 식 (3)을 동시에 만족하는 경우 연신율 30% 이상을 확보하여 성형성 열위를 방지할 수 있다. 따라서, 소재 가공성을 확보하기 위하여 Si, Cu, Sn 함량의 관계를 위 범위로 제어한다.
(3) (Si + 5*Sn)/Ti ≥ 5.0
고온 산화에 있어서, 저Cr 페라이트계 스테인리스강에서 Si, Sn이 첨가되는 경우에는 Si, Sn의 균일한 산화피막이 먼저 형성되어서 이상 산화를 억제시킨다. 그러나, Ti 첨가의 경우에는 Ti 산화피막이 불균일하게 형성되며, Ti 산화피막 자체가 노란색을 나타내기 때문에 고온 변색이 나타나게 된다. 따라서 Si, Sn, Ti 함량을 위 범위로 제어하여 고온 내산화성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 통상의 제조공정을 거쳐 냉연 강판으로 제조할 수 있으며, 상술한 합금성분 조성을 포함하고 식 (1) 내지 (3)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강 냉연 강판을 냉연 소둔 열처리하는 단계; 및 450 내지 550℃ 온도범위까지 급냉하여 5분 이상 유지하는 단계;를 포함한다.
예를 들어, 상술한 합금성분 조성을 포함하는 슬라브를 열간 압연하고, 열간 압연된 열연 강판을 소둔 열처리하고, 냉간 압연하여 냉연 강판으로 제조할 수 있다.
냉연 강판은 냉연 소둔 공정에서 통상적인 재결정 열처리 이후, 450 내지 550℃ 온도범위까지 급냉하여 5분 이상 유지할 수 있다. 상기 냉각 및 유지를 통해 동일 성분계에서 Cu 석출상의 석출을 증가시킬 수 있고, 고온 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이에 따른 냉연 소둔 강판은, 기지조직 내 1 내지 500㎚ 크기의 Cu 석출상을 0.05 중량% 이상 포함할 수 있으며, 900℃ 고온 강도는 14.5 MPa 이상일 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예
스테인리스강 lab scale 용해 및 Ingot 생산 설비를 활용하여 아래 표 1에 기재된 합금 성분계로 20mm 바 샘플을 제조하였다. 이후 1,200℃에서 재가열하여 6mm로 열간 압연 후, 열연소둔을 실시하지 않고, 2.0mm로 냉간 압연 후 1,100℃에서 소둔 열처리하였다. 일부 발명예에 대하여만 열처리 후 500℃까지 급냉하여 7분 가량 유지한 후 공냉하여 냉연 소둔 강판을 제조하였으며, 나머지 발명예 및 비교예들은 소둔 열처리 후 공냉하였다.
구분 C N Si Mn Cr Ti Cu Al Sn
비교예1 0.005 0.010 0.41 0.21 11.4 0.21 0.05 0.02 0
비교예2 0.006 0.008 0.6 0.21 12.1 0.19 0.15 0.02 0.05
비교예3 0.007 0.007 0.2 0.21 11.1 0.18 0.24 0.03 0.06
비교예4 0.006 0.008 1.1 0.20 11.7 0.20 0.08 0.02 0.1
비교예5 0.006 0.007 1.31 0.20 11.9 0.21 0.41 0.02 0.18
비교예6 0.005 0.009 0.6 0.19 11.3 0.15 0.76 0.02 0.21
비교예7 0.006 0.009 0.64 0.21 11.5 0.22 0.73 0.02 0.03
발명예1 0.006 0.008 1.1 0.16 11.8 0.24 0.65 0.02 0.11
발명예2 0.005 0.010 0.86 0.21 12.2 0.22 0.75 0.02 0.08
발명예3 0.007 0.008 0.96 0.21 12.0 0.16 0.49 0.03 0.14
발명예4 0.006 0.008 1.1 0.21 11.8 0.24 0.65 0.02 0.11
발명예5 0.005 0.009 0.86 0.23 12.2 0.22 0.75 0.02 0.08
발명예6 0.007 0.008 0.96 0.20 12.0 0.16 0.49 0.02 0.14
발명예7 0.005 0.009 1.15 0.23 13.6 0.22 0.21 0.02 0.06
발명예8 0.008 0.007 1.21 0.22 14.3 0.20 0.15 0.02 0.07
각 냉연 소둔 강판에 대하여 Cu 석출상의 분율을 측정하고, 500℃에서 1시간 경과 후 변색이 발생하는지 확인하였다. 또한, 900℃ 고온강도 및 상온에서의 연신율을 측정하여 표 2에 나타내었다.
구분 식 (1) 식 (2) 식 (3) 열처리 후 급냉 및 유지 Cu 석출상
(중량%)		 고온변색
발생여부		 고온강도
(MPa)		 연신율
(%)
비교예1 0.46 0.46 1.95 × 0.01 발생 9.5 35.5
비교예2 0.75 1.25 4.47 × 0.03 발생 9.7 33.6
비교예3 0.44 1.04 2.78 × 0.02 발생 9.6 34.1
비교예4 1.18 2.18 8.00 × 0.04 미발생 11.9 33.1
비교예5 1.72 3.52 10.52 × 0.06 미발생 14.3 27.5
비교예6 1.36 3.46 11.00 × 0.05 미발생 13.3 26.5
비교예7 1.37 1.67 3.59 × 0.05 발생 12.4 33.3
발명예1 1.75 2.85 6.88 × 0.07 미발생 14.7 31.5
발명예2 1.61 2.41 5.73 × 0.06 미발생 14.1 32.7
발명예3 1.45 2.85 10.38 × 0.06 미발생 13.5 30.8
발명예4 1.75 2.85 6.88 ○ 0.11 미발생 15.8 31.2
발명예5 1.61 2.41 5.73 ○ 0.10 미발생 15.2 31.2
발명예6 1.45 2.85 10.38 ○ 0.09 미발생 14.6 30.3
발명예7 1.36 1.96 6.59 ○ 0.07 미발생 13.7 30.6
발명예8 1.36 2.06 7.8 ○ 0.06 미발생 13.5 30.4
표 1에 기재된 비교예 및 발명예들은 Cu, Si, Sn의 함량을 달리한 것 외에 C, N, Cr, Ti 등의 합금원소는 본 발명의 성분계 함량 범위 내로 제어하였다.
비교예 1 및 4는 Cu의 함량이 0.15%에 미달하여 식 (1)의 값이 1.3 미만이었으며, 이에 따라 미세 Cu 석출상의 양이 낮게 나타났다. 고용강화 및 석출강화 효과가 부족하여 고온 강도가 12MPa 미만으로 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
비교예 1 내지 3은 Si와 Sn의 함량이 Ti 함량에 비해 적어 식 (3)을 불만족하였고, 표층의 Si 및 Sn 농화 산화피막이 충분히 형성되지 않아 고온 변색이 발생하였다. 비교예 4는 Cu 함량이 낮을 뿐 Si 함량이 높아 식 (3)을 만족하는바 변색은 발생하지 않았으며, 식 (3)에 따른 고온 내산화성 확보를 확인할 수 있었다.
비교예 5 및 6은 Sn의 함량이 높아 식 (2)의 값이 3.0을 초과하였으며, 이에 따라 연신율이 기타 비교예 대비 5.0% 가까이 감소함을 확인할 수 있었다.
비교예 7은 본 발명의 성분계 조성과 식 (1) 및 (2)를 만족하여 Cu 석출물이 0.05 중량% 석출되어 고온 강도를 확보하면서도 성형성도 우수하게 도출되었지만, 식 (3)을 불만족하여 표층의 Si 및 Sn 농화 산화피막이 충분히 형성되지 않아 고온 변색이 발생하였다.
발명예 1 내지 3는 Si, Cu, Sn 함량을 최적화하여 식 (1) 내지 (3)을 모두 만족하며, 이에 따라 고온 강도 13.5 MPa 이상 및 연신율 30.8% 이상을 나타내었고 고온 변색 또한 발생하지 않았다.
발명예 4 내지 6은 Si, Cu, Sn 함량을 최적화하여 식 (1) 내지 (3)을 모두 만족할 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 열처리 후 냉각 스케쥴을 적용한 것을 나타낸다. 연신율은 30.3% 이상으로 확보하였으며, 열처리 후 급냉 및 유지시간을 충족한 결과 미세 Cu 석출상이 0.09 중량% 이상 석출되었고 고온 강도는 14.6 MPa 이상으로 더욱 높게 나타났다. 특히, 발명예 4 및 5은 15 MPa 이상의 고온 강도를 나타내었다.
발명예 7 및 8은 Si, Cu, Sn 함량을 최적화하여 식 (1) 내지 (3)을 모두 만족하며, 이에 따라 고온 강도 13.5 MPa 이상 및 연신율 30.8% 이상을 나타내었고 고온 변색 또한 발생하지 않았다.
도 1은 본 발명의 따른 실시예들의 식 (1) 및 식 (3)의 값을 표시한 그래프이다. 도 1을 통해 고온 강도 및 고온 내산화성에 관한 식 (1) 및 (3)의 상관관계를 확인할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.005 내지 0.015%, N: 0.005 내지 0.015%, Si: 0.5 내지 1.5%, Mn: 0.1 내지 0.5%, Cr: 9 내지 15%, Ti: 0.1 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.8%, Al: 0.01 내지 0.05%, Sn: 0.005 내지 0.15%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
    (1) Cu + Si ≥ 1.3
    (2) Si + Cu + 10*Sn ≤ 3.0
    (여기서, Si, Cu, Sn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다)
  2. 제1항에 있어서,
    Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하 및 S: 0.002% 이하를 더 포함하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
  3. 제1항에 있어서,
    기지조직 내 1 내지 500㎚ 크기의 Cu 석출상을 0.05 중량% 이상 포함하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서,
    900℃ 고온 강도가 12 MPa 이상인 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
  5. 제1항에 있어서,
    연신율이 30% 이상인 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
  6. 제1항에 있어서,
    하기 식 (3)을 만족하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
    (3) (Si + 5*Sn)/Ti ≥ 5.0
    (여기서, Si, Sn, Ti은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다)
  7. 중량%로, C: 0.005 내지 0.015%, N: 0.005 내지 0.015%, Si: 0.5 내지 1.5%, Mn: 0.1 내지 0.5%, Cr: 9 내지 15%, Ti: 0.1 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.8%, Al: 0.01 내지 0.05%, Sn: 0.005 내지 0.15%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 페라이트계 스테인리스강 냉연 강판을 냉연 소둔 열처리하는 단계; 및
    450 내지 550℃ 온도범위까지 급냉하여 5분 이상 유지하는 단계;를 포함하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
    (1) Cu + Si ≥ 1.3
    (2) Si + Cu + 10Sn ≤ 3.0
    (여기서, Si, Cu, Sn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉연 소둔 강판은,
    기지조직 내 1 내지 500㎚ 크기의 Cu 석출상을 0.05 중량% 이상 포함하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 냉연 소둔 강판의 900℃ 고온 강도는 14.5 MPa 이상인 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 냉연 강판은, 하기 식 (3)을 만족하는 고온 특성 및 성형성이 향상된 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
    (3) (Si + 5*Sn)/Ti ≥ 5.0
    (여기서, Si, Sn, Ti은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다)
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