KR20220124234A - 오스테나이트계 스테인리스 강재 - Google Patents

오스테나이트계 스테인리스 강재 Download PDF

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마사하루 하타노
가즈히사 마쓰모토
미쓰키 마쓰모토
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닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
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Abstract

표면에 부동태 피막을 가지는 오스테나이트계 스테인리스 강재로서, 화학 조성이, 질량%로, C: 0.10% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 8.0-10.0%, P: 0.030% 이하, S: 0.003% 이하, Cr: 15.0-18.0%, Ni: 7.0-9.0%, N: 0.15-0.25%, Al: 0.005-0.20%, Ca: 0.0005-0.01%, Cu: 1.0% 미만, Mo: 1.0% 미만, B: 0-0.0050%, Nb: 0-0.50%, Ti: 0-0.50%, V: 0-0.50%, W: 0-0.50%, Zr: 0-0.50%, Co: 0-0.50%, Mg: 0-0.005%, Ga: 0-0.005%, Hf: 0-0.10%, REM: 0-0.10%, 잔부: Fe 및 불순물이며, f값인 [Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N]이, 29.5 초과 32.5 미만인, 오스테나이트계 스테인리스 강재.

Description

오스테나이트계 스테인리스 강재
본 발명은, 오스테나이트계 스테인리스 강재에 관한 것이다.
근래, 이산화탄소 등의 온실 효과 가스를 배출하지 않는 클린한 에너지로서, 수소 에너지가 주목받고 있다. 수소 에너지를 활용하는데 있어서, 수소를 제조하고, 저장하고, 수송하는 것과 같은 수소 관련 기술의 확립이 요구되고 있다.
그 한편, 수소 관련 기술의 확립에는 여러 가지 문제가 있다. 그 하나로서, 수소 취화의 문제가 있다. 수소 에너지는, 수소 가스를 연료원으로 하는 것이다. 이 때문에, 예를 들면, 수소 제조 장치, 저장 장치 등의 관련 장치에서, 금속 재료를 사용한 경우, 수소 가스에 기인하여, 재료가 취화되는, 이른바 수소 취화의 문제가 발생한다.
제조 비용, 강도, 내식성과 같은 관점에서, 상기 관련 장치에 사용되는 금속 재료의 하나로서, 오스테나이트계 스테인리스강이 있다. 그래서, 수소 취화를 억제할 수 있도록, 내(耐)수소 가스 취화성을 높인 오스테나이트계 스테인리스강이 개발되어 있다.
일례로서 특허문헌 1 및 2에는, 저온에서의 내수소 취화 특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 특허문헌 1 및 2에 개시된 오스테나이트계 스테인리스강은, 화학 조성을 소정량으로 조정함으로써, 내수소 취화 특성을 향상시키고 있다.
일본국 특허공개 2019-143227호 공보 일본국 특허공개 2019-143228호 공보 국제 공개 2018/180788호
상술한 수소 관련 장치를 제조할 때에, 부재 또는 부품을 접합할 필요가 발생한다. 따라서, 소재로서 이용되는 오스테나이트계 스테인리스강에는, 내수소 가스 취화성 뿐만 아니라, 용접성도 요구되는 경우가 있다.
특허문헌 3에는, 용접성이 우수한 수소용 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 특허문헌 3에 개시된 강에서는, Ni, Cu 등을 일정량 함유시킴으로써, 내수소성을 높임과 더불어, 용접성에 영향을 주는 S, P, Ca, Al 등의 함유량을 조정하고 있다. 이에 의해, 강의 용접성과 내수소성을 향상시키고 있다.
그런데, 수소 관련 장치를 제조할 때에, 용접이 아니라, 확산 접합을 이용하는 경우가 있다. 용접으로 접합하는 경우는, 큰 형상 변화를 수반하지만, 확산 접합으로 접합하는 경우는, 형상 변화를 억제할 수 있기 때문이다. 이것은, 용접에서는, 소재를 용융, 재응고시켜, 접합하는데 반해, 확산 접합에서는, 융점 이하의 온도에서, 소성 변형을 최대한 발생시키지 않는 범위에서 가압하고, 계면 간의 원자의 확산을 이용하여, 접합하기 때문이다. 따라서, 확산 접합은, 치수 정밀도 등이 요구되는 장치를 제조하는데 적합하다.
그러나, 특허문헌 1~3에 개시된 오스테나이트계 스테인리스강은, 확산 접합에 대하여 언급하고 있지 않다. 이 때문에, 상기 스테인리스강은, 확산 접합으로 접합한 경우에는, 적절한 접합 강도를 얻지 못하여, 양호한 내(耐)확산 접합성을 얻을 수 없을 가능성이 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하고, 내수소 가스 취화성과 확산 접합성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 하기의 오스테나이트계 스테인리스 강재를 요지로 한다.
(1) 표면에 부동태 피막을 가지는 오스테나이트계 스테인리스 강재로서,
화학 조성이, 질량%로,
C: 0.10% 이하,
Si: 1.0% 이하,
Mn: 8.0~10.0%,
P: 0.030% 이하,
S: 0.0030% 이하,
Cr: 15.0~18.0%,
Ni: 7.0~9.0%,
N: 0.15~0.25%,
Al: 0.005~0.20%,
Ca: 0.0005~0.01%,
Cu: 1.0% 미만,
Mo: 1.0% 미만,
B: 0~0.0050%,
Nb: 0~0.50%,
Ti: 0~0.50%,
V: 0~0.50%,
W: 0~0.50%,
Zr: 0~0.50%,
Co: 0~0.50%,
Mg: 0~0.005%,
Ga: 0~0.010%,
Hf: 0~0.10%,
REM: 0~0.10%,
잔부: Fe 및 불순물이며,
하기 (i)식으로 산출되는 f값이, 29.5 초과 32.5 미만인, 오스테나이트계 스테인리스 강재.
f값=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N …(i)
단, 상기 (i)식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
(2) 상기 화학 조성이, 질량%로,
B: 0.0002~0.050%,
Nb: 0.01~0.50%,
Ti: 0.01~0.50%,
V: 0.01~0.50%,
W: 0.001~0.50%,
Zr: 0.01~0.50%,
Co: 0.01~0.50%,
Mg: 0.0001~0.005%,
Ga: 0.001~0.010%,
Hf: 0.01~0.10%, 및
REM: 0.01~0.10%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1)에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강재.
(3) 상기 부동태 피막 중에 있어서의 화학 조성의 양이온 분율이, 하기 (ii)식을 만족하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강재.
4.5≤(Mn+Fe)/Cr＜9.0 …(ii)
단, 상기 (ii)식 중의 각 원소 기호는, 상기 부동태 피막 중에 포함되는 각 원소의 양이온 분율(원자%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
(4) 강재 형상이 박판인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강재.
(5) 수소 제조 장치에 이용되는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강재.
본 발명에 의하면, 내수소 가스 취화성과 확산 접합성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강재를 얻을 수 있다.
본 발명자는, 양호한 내수소 가스 취화성과 확산 접합성을 가지는 오스테나이트계 스테인리스강에 대하여 검토를 행하여, 이하의 (a)~(d)의 지견을 얻었다.
(a) 안정도가 낮은 오스테나이트상에 가공을 가하면, 전위 밀도가 높은 오스테나이트상의 영역과, 전위 밀도가 낮은 오스테나이트상의 영역이 형성된다. 전위 밀도가 높은 오스테나이트상의 영역에서는, 오스테나이트상이 가공 유기(誘起) 마르텐사이트로 변태함과 동시에, 수소 가스 취화의 기점을 발생시킨다. 그래서, f값을 제어함으로써, 오스테나이트상에 있어서의 국소적인 전위 밀도의 상승을 억제하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 수소 가스 취화의 기점이 형성되는 것을 억제할 수 있기 때문이다.
(b) Cu는, 국소적인 전위 밀도의 상승을 억제하여 균일한 오스테나이트상의 가공 조직을 형성하는데 유효하다. 이 때문에, 수소 가스 취화를 억제하는데 유효한 원소이다. 그 한편, Cu를 과도하게 첨가한 경우, 확산 접합성이 저하되는 경우도 있다. 융점이 비교적 낮은 Cu는, 접합 시의 고온, 무산화 분위기에 있어서, 확산 계면에 농화되고, 용융하기 쉬워진다. 이 때, 계면에 액막을 형성하여, 계면에서의 접합을 저해한다고 생각되기 때문이다.
그래서, 내수소 가스 취화성을 확보하기 위하여, Cu 함유량을 일정 범위로 제한하면서, f값의 값이 적절한 범위가 되도록, 오스테나이트상의 안정도를 높이는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Mn, Ni, N 함유량을 조정하여 f값을 높이는 것과 같은 방법이 바람직하다.
(c) 이에 더하여, 확산 접합성을 향상시키기 위해서는, 확산 계면의 비금속 개재물을 저감하는 것이 바람직하다. 확산 접합은, 확산 계면 부근에 있어서 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법이다. 이 때, 산화물, 황화물과 같은 비금속 개재물이, 계면 접촉을 방해하여, 접합하기 어려워진다. 이는, 상기 비금속 개재물이 계면 부근에 존재하면, 접합을 위하여, 그 파괴, 분산, 환원이 필요하게 되기 때문이다.
계면 부근의 비금속 개재물을 저감하기 위하여, 미량으로 Al, Ca를 함유시키는 것이 유효하다. 이들 원소는, 강의 내부에서, O, S를 포함하는 개재물을 형성함으로써, O 및 S를 고정화한다. 이 결과, 계면 부근에서, O 또는 S를 포함하는 비금속 개재물의 형성을 억제할 수 있다.
(d) 스테인리스강은, 표면에 Cr이 풍부한 부동태 피막을 형성함으로써, 내식성을 향상시키고 있다. 이 부동태 피막은 접합 계면이 되는 점에서, 저산소 환경 하에서도 안정적인 Cr 산화물의 환원을 필요로 하기 때문에, 확산 접합성에 영향을 준다. 확산 접합에 적합한 것은, 확산 접합 시의 무산화 분위기 중에서 환원되기 쉬운 Mn, Fe가 농화되어 있는 부동태 피막이다. 이 때문에, 화학 조성 및 제조 조건을 제어함으로써, 부동태 피막의 조성을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기의 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재는, 표면에 부동태 피막을 가진다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 특별한 기재가 없는 경우, 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다. 또, 후술하는 화학 조성은, 강재 전체의 평균의 화학 조성이다.
C: 0.10% 이하
C는, 오스테나이트상의 안정화에 유효한 원소이며, 내수소 가스 취화성의 향상에도 기여한다. 그러나, 과잉한 C의 함유는, Cr계 탄화물이 접합 계면에서의 석출 및 입계에서의 석출을 조장하여, 확산 접합성과 내식성을 저하시킨다. 이 때문에, C 함유량은, 0.10% 이하로 한다. C 함유량은, 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.07% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, C 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, f값을 높여, 내수소 가스 취화성을 유지하고 싶은 경우는, C 함유량은, 0.03% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.04% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Si: 1.0% 이하
Si는, 탈산 효과를 가지지만, Si 함유량이 과잉이면, 접합 계면에 있어서 산화물을 형성함으로써, 표면 청정성을 저하시켜, 확산 접합성을 저하시킨다. 이 때문에, Si 함유량은, 1.0% 이하로 한다. Si 함유량은, 0.8% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.7% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.6% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량은, 0.1% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.3% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
Mn: 8.0~10.0%
Mn은, 오스테나이트상의 안정화에 유효한 원소이며, 내수소 가스 취화성의 향상에 기여한다. 또, 부동태 피막 중에 농화되어 확산 접합성의 향상에도 유효한 원소이다. 이 때문에, Mn 함유량은 8.0% 이상으로 한다. Mn 함유량은, 8.5% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 9.0% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, Mn을 과잉으로 함유시키면, 수소 취화 감수성이 높은 ε상의 생성을 조장하여, 내수소 가스 취화성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn 함유량은, 10.0% 이하로 한다.
P: 0.030% 이하
P는, 불순물로서 강에 함유되는 원소이며, 비금속 개재물을 형성시켜, 확산 접합성을 저하시키는 경우가 있다. 이 때문에, P 함유량은, 0.030% 이하로 한다. P 함유량은, 0.025% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.015% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, P 함유량을 과잉으로 저감하면, 원료 및 제조 비용이 증가한다. 이 때문에, P 함유량은, 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S: 0.0030% 이하
S는, 불순물로서 강에 함유되는 원소이며, 비금속 개재물을 형성시켜, 확산 접합성을 저하시킨다. 이 때문에, S 함유량은, 0.0030% 이하로 한다. S 함유량은, 0.0020% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.0010% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, S 함유량을 과잉으로 저감하면, 제조 비용이 증가한다. 또, 이에 더하여, 열간 가공성이 저하된다. 이 때문에, S 함유량은, 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Cr: 15.0~18.0%
Cr은, 스테인리스강에 있어서 일정량 함유시키는 원소이며, 내식성, 특히 내후성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, Cr 함유량은, 15.0% 이상으로 한다. 그러나, Cr은 페라이트 형성 원소이다. 이 때문에, Cr을 과잉으로 함유시키면, 오스테나이트상을 불안정화시키고, 내수소 가스 취화성을 저하시킨다. 또한, 과잉한 Cr이 부동태 피막 중으로 농화되어, 확산 접합성을 저하시킨다. 이 때문에, Cr 함유량은, 18.0% 이하로 한다. Cr 함유량은, 17.0% 이하로 하는 것이 바람직하고, 16.0% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
Ni: 7.0~9.0%
Ni는, Mn과 더불어, 내수소 가스 취화성을 확보하기 위하여 필요한 원소이다. 이 때문에, Ni 함유량은, 7.0% 이상으로 한다. 그러나, 과잉으로 Ni를 함유시키면, 제조 비용이 증가한다. 또, 재결정 온도가 상승함으로써, 확산 접합성이 저하된다. 이 때문에, Ni 함유량은, 9.0% 이하로 한다. Ni 함유량은, 8.5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 8.0% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
N: 0.15~0.25%
N은, Mn 및 Ni와 동일하게, 내수소 가스 취화성의 향상에 유효한 원소이다. 이 때문에, N 함유량은, 0.15% 이상으로 한다. N 함유량은, 0.17% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, N을 과잉으로 함유시키면, 용제 시의 블로 홀 등, 내부 결함이 발생하는 경우가 있어, 제조성을 저하시킨다. 이 때문에, N 함유량은, 0.25% 이하로 한다. N 함유량은, 0.22% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.20% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
Al: 0.005~0.20%
Al은, 탈산 효과를 가지는 원소이며, 강 중의 O를 저감하기 위하여 필요한 원소이다. 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재에 있어서는, 확산 접합성의 관점에서, O 함유량은, 0.003% 이하까지 저감하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 탈산 효과에 의해 산화물계의 비금속 개재물을 저감할 수 있기 때문에, Al을 함유시킴으로써, 확산 접합성을 향상시킬 수 있다. 따라서, Al 함유량은, 탈산 효과를 발휘시키기 위하여, 0.005% 이상으로 한다. Al 함유량은, 0.010% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.020% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, Al을 과잉으로 함유시키면, 강 중에서의 산화물의 형성 효과가 포화되어, 확산 계면에 있어서도 환원되기 어려운 산화물이 형성된다. 이 결과, 내확산 접합성이 저하된다. 이 때문에, Al 함유량은, 0.20% 이하로 한다. Al 함유량은, 0.10% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.05% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.04% 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
Ca: 0.0005~0.01%
Ca도, Al와 동일하게, 탈산 효과를 가져, 강 중에서 O를 저감시키는 효과를 가진다. 또, 강 중에서, 황화물을 형성하고, S를 고정화한다. 이와 같이, 강 중에서 비금속 개재물을 형성시킴으로써, 확산 계면에 있어서의 비금속 개재물을 저감하여, 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, Ca 함유량은, 0.0005% 이상으로 한다. Ca 함유량은, 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.002% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, Ca를 과잉으로 함유시키면, 강 중에서의 산화물의 형성 효과가 포화되어, 확산 계면에 있어서도 환원되기 어려운 산화물이 형성된다. 이 결과, 내확산 접합성이 저하된다. 이 때문에, Ca 함유량은, 0.01% 이하로 한다. Ca 함유량은, 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cu: 1.0% 미만
Cu는, 국소적인 전위 밀도의 상승을 억제하여 균일한 오스테나이트상의 가공 조직을 형성하는데 유효하다. 이 때문에, 수소 가스 취화를 억제하는데 유효한 원소이다. 그러나, Cu를 과도하게 함유시킨 경우, 확산 접합성이 저하되는 경우도 있다. 융점이 비교적 낮은 Cu는, 접합 시의 고온, 무산화 분위기에 있어서, 확산 계면에 농화되고, 용융하기 쉬워진다. 이 때, 계면에 액막을 형성하여, 계면에서의 접합을 저해한다고 생각되기 때문이다. 이 때문에, Cu 함유량은, 1.0% 미만으로 한다. Cu 함유량은, 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.3% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.05% 미만으로 하는 것이 더 바람직하다. 그러나, Cu 함유량을 과잉으로 저감하면, 용해 원료의 제약을 초래하여, 제조 비용이 증가한다. 또한, 열간 가공성도 저하된다. 이 때문에, Cu 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Mo: 1.0% 미만
Mo는, 스크랩 등의 원료로부터 혼입되는 원소인데, 과잉으로 함유시키면, δ페라이트상의 생성을 촉진시켜, 내수소 가스 취화성을 저하시킨다. 이 때문에, Mo 함유량은, 1.0% 미만으로 한다. Mo 함유량은, 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 함유량을 과잉으로 저감하면, 용해 원료의 제약을 초래하여, 제조 비용이 증가한다. 이 때문에, Mo 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기의 원소에 더하여, 추가로, B, Nb, Ti, V, W, Zr, Co, Mg, Ga, Hf, 및 REM으로부터 선택되는 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 각 원소의 한정 이유에 대하여 설명한다.
B: 0~0.0050%
B는, 결정 입계로의 편석에 의해, 입계 강화와 더불어 강재의 결정립을 미세하게 한다. 이 결과, 확산 접합 시의 입계 이동이 촉진되기 때문에, 간접적으로 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 또, 제조성을 향상시키는 효과도 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, B를 과잉으로 함유시키면, 재결정 온도를 상승시킴으로써, 확산 접합성이 저하된다. 이 때문에, B 함유량은, 0.0050% 이하로 한다. B 함유량은, 0.0030% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, B 함유량은, 0.0002% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Nb: 0~0.50%
Nb는, 탄화물 또는 탄질화물을 형성하고, 강재의 결정립을 미세하게 한다. 이 결과, 확산 접합 시의 입계 이동이 촉진되기 때문에, 간접적으로, 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Nb를 과잉으로 함유시키면, 재결정 온도를 상승시킴으로써, 확산 접합성이 저하된다. 이 때문에, Nb 함유량은, 0.50% 이하로 한다. Nb 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ti: 0~0.50%
Ti는, 강 중에 C, N을 고정화하며, 강 중에서 비금속 개재물을 형성시키고, 확산 계면에 있어서 비금속 개재물을 저감시킨다. 이 결과, Ti는, 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ti를 과잉으로 함유시키면, 강 중에서의 비금속 개재물의 형성 효과가 포화되어, 확산 계면에 있어서도 비금속 개재물이 형성된다. 이 때문에, Ti 함유량은, 0.50% 이하로 한다. Ti 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
V: 0~0.50%
V는, 강 중에 고용 또는 탄질화물로서 석출되어, 강도를 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, V를 과잉으로 함유시키면, 탄질화물이 과잉으로 형성되어, 확산 접합성 및 열간 가공 시의 제조성을 저하시킨다. 이 때문에, V 함유량은, 0.50% 이하로 한다. V 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, V 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
W: 0~0.50%
W는, 강도 및 내식성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, W를 과잉으로 함유시키면, 제조 비용이 증가한다. 이 때문에, W 함유량은, 0.50% 이하로 한다. W 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, W 함유량은, 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Zr: 0~0.50%
Zr은, 탈산 효과를 가지며, 산화물을 형성함으로써, 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 또, 내식성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Zr을 과잉으로 함유시키면, 인성 및 가공성이 저하된다. 이 때문에, Zr 함유량은, 0.50% 이하로 한다. Zr 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Zr 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Co: 0~0.50%
Co는, 내식성을 향상시키고, 오스테나이트상을 안정화시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Co를 과잉으로 함유시키면, 인성 및 가공성이 저하된다. 이 때문에, Co 함유량은, 0.50% 이하로 한다. Co 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Co 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Mg: 0~0.005%
Mg는, 탈산 효과를 가지기 때문에, 강 중에서 O와의 산화물을 형성한다. 그리고, 확산 계면에 있어서, 산화물과 같은 비금속 개재물을 저감시켜, 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 또, 열간 가공성을 향상시키는 효과도 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mg를 과잉으로 함유시키면, 강 중에서의 산화물의 형성 효과가 포화되어, 확산 계면에 있어서도 산화물이 형성된다. 또, 제조 비용이 증가하고, 열간 가공성이 저하된다. 이 때문에, Mg 함유량은, 0.005% 이하로 한다. Mg 함유량은, 0.003% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Mg 함유량은, 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ga: 0~0.010%
Ga는, 열간 가공성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ga를 과잉으로 함유시키면, 제조성을 저하시킨다. 이 때문에, Ga 함유량은, 0.010% 이하로 한다. Ga 함유량은, 0.008% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Ga 함유량은, 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Hf: 0~0.10%
Hf는, 강도를 향상시키며, 내수소 가스 취화성을 향상시키는 효과를 가진다. 또, 결정립을 미세화시키기 때문에, 간접적으로 확산 접합성의 향상에도 기여한다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Hf를 과잉으로 함유시키면, 가공성이 저하된다. 이 때문에, Hf 함유량은, 0.10% 이하로 한다. Hf 함유량은, 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Hf가 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
REM: 0~0.10%
REM은, 탈산 효과를 가지기 때문에, 강 중에서 O와의 산화물을 형성한다. 그리고, 확산 계면에 있어서, 산화물과 같은 비금속 개재물을 저감시켜, 확산 접합성을 향상시키는 효과를 가진다. 또, 열간 가공성 및 내식성을 향상시키는 효과도 가진다. 이 때문에, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, REM을 과잉으로 함유시키면, 강 중에서의 산화물의 형성 효과가 포화되어, 확산 계면에 있어서도 산화물이 형성된다. 또, 제조 비용이 증가하고, 열간 가공성이 저하된다. 이 때문에, REM 함유량은, 0.10% 이하로 한다. REM 함유량은, 0.05% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, REM 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소를 가리키며, 상기 REM 함유량은 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다. REM은, 공업적으로는, 미슈메탈 등의 형상으로 첨가되는 경우가 많다.
본 발명의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서, 불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
2. f값
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재에서는, 오스테나이트상의 안정성을 나타내는 지표로서, 이하에 산출되는 f값을 규정한다. 구체적으로는, 하기 (i)식으로 산출되는 f값을, 29.5 초과 32.5 미만으로 한다.
f값=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N …(i)
단, 상기 (i)식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
여기서, f값이 29.5 이하이면, 오스테나이트상의 안정성이 낮고, 내수소 가스 취화성이 저하된다. 이 때문에, f값은, 29.5 초과로 한다.
그러나, f값이 32.5 이상이면, 고합금화에 의해 재결정 온도가 상승하는 점에서, 확산 접합성이 저하된다. 또, 고합금화에 수반하여, 원료 비용이 증가하고, 제조성도 저하된다. 이 때문에, f값은, 32.5 미만으로 한다. 내수소 가스 취화성, 확산 접합성, 경제성의 관점에서, f값은 30.0 이상 31.5 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.
3. 부동태 피막
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재는, 부동태 피막을 가진다. 상술한 바와 같이, 부동태 피막의 형성 상황은, 확산 접합성에 영향을 미친다. 이는, 부동태 피막이 접촉하는 부분이, 실질적으로 접합되는 확산 계면이 되기 때문이다. 확산 접합은, 고온, 무산화 분위기에서 행해진다. 여기서, 부동태 피막은 산화물이며 무산화 분위기 하에서 환원되어 금속 표면이 노출됨으로써, 접합 계면에 있어서 원자의 확산이 발생하여, 접합이 진행된다. Cr 산화물은 저산소 환경 하에서 환원되기 어렵고 안정적이다. 이 때문에, 상술한 온도, 저산소 환경 하에 있어서, 환원되기 쉬운, Mn, 및 Fe 산화물의 비율이 높은 부동태 피막을 형성하고 있는 것이 바람직하다. 따라서, 부동태 피막 중에 있어서의 화학 조성의 양이온 분율이, 하기 (ii)식을 만족하는 것이 바람직하다.
4.5≤(Mn+Fe)/Cr＜9.0 …(ii)
단, 상기 (ii)식 중의 각 원소 기호는, 부동태 피막 중에 포함되는 각 원소의 양이온 분율(원자%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
부동태 피막 중에 있어서, Cr의 양이온 분율에 대한 Mn 및 Fe의 합계의 양이온 분율, 즉 상기 (ii)식 중변값이 4.5 미만이면, 부동태 피막 중에 이들 원소가 충분히 농화되지 않고, 확산 접합성을 충분히 향상시키기 어려워진다. 이 때문에, (ii)식 중변값은, 4.5 이상으로 하는 것이 바람직하고, 4.7 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 5.0 이상으로 하는 것이 더 바람직하고, 5.5 이상으로 하는 것이 극히 바람직하다.
한편, (ii)식 중변값이 9.0 이상이면, 제조성, 및 내식성이 저하된다. 이 때문에, (ii)식 중변값은 9.0 미만으로 하는 것이 바람직하고, 8.5 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 8.0 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
여기서, 부동태 피막 중의 각 원소의 양이온 분율은, 이하의 순서로 측정할 수 있다. 구체적으로는, X선 광전자 분광 장치(「XPS」라고도 한다.)를 이용하여 측정한다. 측정에 있어서, X선원은, AlKα선으로 하고, 입사 X선 에너지는 1486.6eV로 하며, X선의 검출 각도는 90°로 한다. 각 원소의 존재 상태는, 결합 에너지 부근에 있어서의 스펙트럼의 검출에 의해 확인할 수 있다. 그리고, 각 스펙트럼의 적분 강도를 측정하고, C, O, N의 원소를 제외한 양이온 이온 환산하여, 각 원소의 양이온 분율을 구할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 강재에서의 부동태 피막이란, 표면(압연면 또는 가공면)으로부터, 판두께(두께) 방향으로 0.01μm까지의 산화 피막을 말한다. 또, 부동태 피막의 양이온 분율의 측정은, 판두께 방향 상하의 압연면 또는 가공면을 표면으로 하며, 어느 한쪽의 표면에 형성된 부동태 피막을 표면으로부터 판두께 방향으로 측정하면 된다.
4. 형상 및 용도
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재의 형상은 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 강판, 특히 박판인 것이 바람직하다. 또, 강관 형상으로 하여도 된다. 박판의 경우는, 판두께 0.5~5.0mm 정도인 것이 바람직하고, 강관 형상의 경우는 두께 1.0~6.0mm 정도인 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재의 용도는, 수소용 기기에 이용되는 것이 바람직하고, 예를 들면, 수소 제조 장치, 열교환기, 수소 저장용 탱크, 압력 용기에 적합하다.
5. 제조 방법
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재는, 이하에 기재된 제조 방법에 의해 안정적으로 제조할 수 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 간략화를 위하여, 강재의 형상을, 강판으로 하여 설명한다. 상술한 화학 조성으로 조정한 강을 통상의 방법에 의해 용제, 주조하고, 열간 압연에 제공하는 강편을 얻는다. 또한, 화학 조성에 대해서는, 결정을 미세화하는 효과가 있는, 임의 원소, 예를 들면, Nb, B 등을 함유시킴으로써, 미세한 입경을 가지는 금속 조직이 되어, 확산 접합 시의 입계 이동이 촉진되기 때문에, 내확산 접합성이 향상되기 쉬워진다. 계속해서, 통상의 방법에 의해, 열간 압연을 행한다. 열간 압연 시의 조건은, 특별히 한정하지 않지만, 통상, 강편의 가열 온도는 1150~1270℃의 범위로 하는 것이 바람직하고, 압하율은 60.0~99.5%의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 열간 압연 후는, 필요에 따라, 산세정, 소둔을 실시해도 된다. 계속해서, 냉간 압연을 행한다. 냉간 압연은, 압하율 40~90%의 범위에서 행하며, 냉연 강판(냉간 가공재)으로 하는 것이 바람직하다. 계속해서, 냉간 압연 후, 900~1150℃에서, 1초~10분의 등온 유지를 하는 소둔을 행하고, 냉연 강판의 금속 조직을 오스테나이트 조직으로 하는 것이 바람직하다.
소둔 후, 산세정에 예시되는 것과 같은 탈(脫)스케일 처리를 행하는 것이 바람직하다. 냉간 압연, 소둔, 탈스케일 처리는, 복수회 반복해도 상관없다. 또한, 탈스케일 처리에서는, (ii)식을 만족하는 부동태 피막으로 하기 위하여, 후술하는 솔트법으로의 처리와 고압수 스프레이를 행하는 것이 바람직하다.
특히, Mn 및 Fe가 농화된, (ii)식을 만족하는 부동태 피막을 형성시키기 위해서는, Cr이 표면에 부화(富化)되는 것을 억제하는 처리를 행하는 것이 바람직하다. 통상 행해지는 것과 같은 산세정, 예를 들면, 질불산 침지 등에 있어서는, Cr이 부화된 부동태 피막이 되어, (ii)식을 만족하는 것이 어려워진다. 이 때문에, Cr의 부화를 억제하기 위하여, 산세정에 의해 강판의 화학적인 용해를 억제하는 것이 바람직하고, 산화물(스케일)만을 효율적으로 제거하는 것이 바람직하다. 그래서, 솔트법으로의 처리를 행한 후, 고압수 스프레이를 행하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 상술한 솔트법의 처리에서는, 수산화나트륨 및 황산나트륨 등으로 이루어지는 혼합염에, 강재를 침지하는 것이 바람직하다. 이 때의 혼합염(이하, 「솔트」라고도 기재한다.)은, 450~550℃로 가열하고, 용융조에서 용융시키는 것이 바람직하다. 즉, 솔트에의 침지 온도를 450~550℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 이 때의 침지 시간은, 5~10초로 하는 것이 바람직하다. 이러한 처리에 의해, Cr을 포함한 산화물(스케일)을 높은 효율로 제거하기 쉬워진다.
상술한 솔트에의 침지 온도가, 450℃ 미만이면, Cr을 포함하는 산화물을 충분히 제거하는 것이 어려운 경우가 있다. 이 때문에, 침지 온도는, 450℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 강판과 스케일의 반응을 촉진시키기 위해서는, 침지 온도는, 500℃ 초과로 하는 것이 바람직하다. 한편, 침지 온도가 550℃를 넘으면, 강판 표면에 있어서, 변색 및 솔트 잔여물이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 침지 온도는, 550℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 솔트에의 침지 시간이 5초 미만이면, Cr을 포함하는 산화물을 충분히 제거하는 것이 어려운 경우가 있다. 이 때문에, 스케일과의 반응성을 고려하여, 침지 시간은, 5초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 침지 시간이 너무 길면, 강판 표면에 있어서, 변색 및 솔트 잔여물이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 침지 시간은, 10초 이하로 하는 것이 바람직하다.
그 후, 고압수 스프레이에 의해 강재 표면에 잔존한 Fe를 주체로 한 스케일을 제거하는 것이 바람직하다. 이 때, 스프레이의 압력은 1MPa(10kgf/cm2) 정도로 하고, 스프레이 조사 시간은, 60초 이하로 하면 된다.
고압수 스프레이 후에 있어서는, Cr이 여전히, 표면에 농화되어 있는 경우가 생각되기 때문에, (ii)식을 만족하는 부동태 피막을 형성시키기 위해서는, 추가로, Cr이 농화된 표면을 연마해서 깎아 없애고, Mn 및 Fe가 농화된 부동태 피막을 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 공정의 이유는, 이하의 메커니즘에 의한 것이다. Cr이 농화된 부동태 피막 및 표면의 바로 아래에는, Cr 농도가 모재의 조성보다 낮고, 상대적으로, Mn 및 Fe가 농화된 영역이 발생한다. 이 때문에, Cr이 농화된 부동태 피막 및 표면을 연마에 의해 깎아내어, Mn 및 Fe가 농화된 영역을 표출시킨다. 그 후, 이들 원소가 대기 중에서 자연 산화됨으로써, Mn 및 Fe가 농화된 부동태 피막을 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 연마는, 표면으로부터 판두께 수직 방향으로 10μm까지의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 연마 방법은, 기계 연마가 바람직하지만, 예를 들면, 연마지 또는 연마 숫돌 등을 이용하여 연마해도 된다. 또, 고형 연마제를 이용해도 된다. 필요에 따라, 전해 연마를 행해도 된다. 이 때의 표면 거칠기는, Ra가 0.3μm 이하가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. Ra는 0.1μm 이하가 되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 표면 거칠기에 대해서는, 접촉식 표면 거칠기 측정기 등을 이용하여 측정하면 된다. 그 후, Mn 및 Fe가 농화된 부동태 피막을 형성시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, (ii)식을 만족하는 부동태 피막을 얻기 위하여, 연마는, 물 스프레이 후에 행하는 것이 바람직하지만, 미리, 냉간 압연 전에, 강의 표면을 연삭해도 된다. 냉간 압연 전에, 표면을 연삭한 경우는, 물 스프레이 후의 연마를 행해도, 행하지 않아도 된다. 또, 냉간 압연 전에 강의 표면을 연삭하고, 추가로 물 스프레이 후에 연마를 행해도 된다. 이 경우, (ii)식 중변값의 값을, 더 높일 수 있다. 냉간 압연 전에 강의 표면을 연삭하는 경우는, 표면으로부터 판두께 수직 방향으로 10~20μm까지의 범위를 연삭하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재는, 예를 들면, 수소 제조 장치에 이용된다. 수소 제조 장치는, 이하의 순서로 제작된다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강재의 박판에 에칭에 의해, 수소의 유로를 작성한다. 계속해서, 상기 박판을 복수 장 적층하고, 확산 접합을 행한다. 확산 접합은 고온, 무산화 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Ar, N2 등의 불활성 가스 분위기 또는, 불활성 가스가 일부 포함된 무산화 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 900~1200℃의 온도역에서, 진공도가 10-1~10-3Pa로 행하는 것이 바람직하다. 접합 방법에 대해서는, 고상 확산 접합이어도, 액상 확산 접합이어도 된다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
표 1에 기재된 화학 조성을 가지는 강편을 주조했다. 계속해서, 얻어진 강편을 1230℃의 온도역에서 가열하고, 압하율 98.5%로, 열간 압연을 실시했다. 열간 압연 후, 소둔과 산세정 등을 행하고, 압하율 75%로 냉간 압연을 실시했다. 계속해서, 1050℃, 10초로 소둔 후, 탈스케일 처리를 행하여, 1.2mm 두께의 강판을 제조했다. 탈스케일 처리에서는, 솔트법으로의 처리, 질불산 침지, 또는, 솔트법으로의 처리 및 질불산 침지 양쪽 모두 중 어느 하나를 행했다. 솔트법으로의 처리에 있어서는, 수산화나트륨 및 황산나트륨 등으로 이루어지는 혼합염을 520℃로 가열하고, 그 용융조에 강판을 5초 침지한 후, 스프레이의 압력을 1MPa(10kgf/cm2), 조사 시간을 30초로 하여, 고압수 스프레이를 행했다.
표 2 중의 No.26의 예에 대해서는, 솔트법으로의 처리를 행하지 않고, 통상 행해지는 산세정 처리(질불산 침지)를 행했다. 또, No.27에 대해서는, 솔트법으로의 처리와 통상 행해지는 산세정 처리(질불산 침지) 양쪽 모두를 행했다. No.26 및 No.27에 있어서의 산세정 처리(질불산 침지)에서는, 55℃의 10% 질산-0.5% 불산 수용액에, 60초 침지하는, 산세정 마무리로 했다. 여기서, 상기 수용액에 있어서의 「%」는, 질량%를 의미한다.
그 후, 일부의 예에 대해서는, 표리면으로부터 판두께 수직 방향으로 10μm까지 숫돌을 이용한 연마를 행하여, 경면 마무리로 했다. 또, 일부의 예에 대해서는, 냉간 압연 전에, 강판 표면을 10μm 연삭했다. 모든 예에 대하여, 그 후, 대기 중에서 부동태 피막을 형성시켰다.
Figure pct00001
(양이온 분율의 측정)
얻어진 부동태 피막 중의 Mn, Fe 및 Cr의 양이온 분율은 이하의 순서로 측정했다. 구체적으로는, XPS를 이용하고, 측정에 있어서는, X선원은, AlKα선으로 하고, 입사 X선 에너지는 1486.8eV로 하고, X선의 검출 각도는 90°로 했다. 이에 의해, 결합 에너지 부근에 있어서의 스펙트럼의 검출에 의해, 각 원소의 존재 상태를 확인했다. 각 원소의 양이온 분율은, 상술한 각 스펙트럼의 적분 강도를 측정하여, C, O, N의 원소를 제외한 양이온 이온 환산으로 산출했다.
(내수소 가스 취화성의 평가)
내수소 가스 취화성에 대해서는, 얻어진 강판에 대하여 평행부의 폭 4±0.03mm, 길이 20mm±0.01mm의 판 형상의 인장 시험편을 채취했다. 계속해서, 상기 인장 시험편을 -40℃, 70MPa 수소 중 및 0.1MPa 질소 중에 있어서 변형 속도 5×10-5/s의 저변형 인장 시험(이하, 간단히 「SSRT 시험」이라고 기재한다.)을 행했다. SSRT 시험의 평가로 인장 파단 강도와 인장 파단 신장률을 측정했다. 내수소 가스 취화성은, 내수소 취성 평가값을 이용하여 평가했다. 내수소 취성 평가값은 이하의 식에 의거하여, 산출할 수 있다.
내수소 취성 평가값={(70MPa 수소 중의 인장 파단 강도, 또는 파단 신장률)/(0.1MPa 질소 중의 인장 파단 강도, 또는 파단 신장률)}×100(%) …(a)
상기 식으로부터 산출된 인장 파단 강도의 내수소 취성 평가값이 95% 이상, 또한 인장 파단 신장률의 내수소 취성 평가값이 80~90%인 경우를, 양호한 내수소 가스 취화성을 가진다고 하여, ○로 기재했다. 마찬가지로, 인장 파단 강도의 내수소 취성 평가값이 95% 이상, 또한 인장 파단 신장률의 내수소 취성 평가값이 90% 초과인 경우를, 더욱 내수소 가스 취화성이 우수하다고 하여, ◎로 기재했다. 한편, 내수소 취성 평가값이 상기 수치에 못 미치는 경우를 내수소 가스 취화성이 불량이라고 하여, ×로 기재했다.
(확산 접합성의 평가)
확산 접합성에 대해서는, 얻어진 강판에 대하여, 50mm 각재 형상의 판을 3장 제작했다. 상기 판들을 적층하고, 진공도 1.3×10-2~1.0×10-3Pa의 진공 중에서, 300℃/h로 1150℃로 승온 후, 접촉면압이 500g/mm2로 핫 프레스에 의한 가압 상태를 3h 유지하여, 확산 접합을 행했다. 얻어진 접합체에 대하여, 접합 계면을 관찰할 수 있도록 조직 관찰을 행하고, 접합 계면의 합계 길이에 대한 미접합부의 길이의 비율을, 백분율(이하 「확산 접합성 평가값」이라고 기재한다.)로 산출했다. 산출식은, 이하와 같다.
확산 접합성 평가값=(미접합부의 합계 길이/접합 계면의 합계 길이)×100(%) …(b)
그리고, 확산 접합성 평가값이 30% 이하인 경우를 확산 접합성이 양호하다고 판단하여, ○로 기재했다. 또, 확산 접합성 평가값이 10% 미만인 경우를, 더욱 확산 접합성이 양호하다고 판단하여, ◎로 기재했다. 한편, 확산 접합성 평가값이 30% 초과인 경우를 확산 접합성이 불량이라고 판단하여, ×로 기재했다. 이하, 결과를 정리하여 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
본 발명의 규정을 만족하는 시험 No.1~14 및 22~27은, 내수소 가스 취화성 및 확산 접합성이 양호했다. No.1은, 본 발명의 규정을 만족하지만, (ii)식의 규정은 만족하지 않았기 때문에, 확산 접합성은, 다른 본 발명예와 비교하여, 약간 뒤떨어지는 결과가 되었다. No.4는, 임의 원소의 첨가 효과에 의해 결정립이 세립이 되어, 확산 접합성이 향상되었다. No.13, No.24, 및 No.25는, f값이 낮고, 30.0 미만이었기 때문에, 다른 본 발명예와 비교하여, 내수소 가스 취화성이 저하됐다.
또, No.26은, 냉간 압연 전의 연삭 및 탈스케일 후의 연마를 행했지만, 솔트법에 의한 처리를 행하지 않았기 때문에, (ii)식을 만족하지 않고, 확산 접합성이, 다른 본 발명예와 비교하여, 약간 뒤떨어지는 결과가 되었다. No.27은, 솔트법에 의한 처리를 행했지만, 그 후에, 산세정 처리를 행했기 때문에, (ii)식을 만족하지 않고, 확산 접합성이, 다른 본 발명예와 비교하여, 약간 뒤떨어지는 결과가 되었다.
그 한편, 본 발명의 규정을 만족하지 않는 시험 No.15~21은, 내수소 가스 취화성과 확산 접합성 중 적어도 한쪽이 불량이었다. No.15는, Cu 함유량이 본 발명의 규정을 만족하지 않았기 때문에, 확산 접합성이 저하됐다. No.16은, Al 함유량이 과잉이었기 때문에, 확산 계면에 있어서, Al 산화물이 환원되지 않고, 그대로 잔존했다고 생각되기 때문에, 확산 접합성이 저하됐다.
No.17은, Al 함유량이 적었기 때문에, 충분히 탈산이 되지 않고, 확산 계면에 비금속 개재물이 형성되어, 확산 접합성이 저하됐다. No.18은, S 함유량이 높고, 비금속 개재물의 양이 증가했기 때문에, 확산 접합성이 저하됐다. No.19는, f값이 규정의 하한값을 밑돌았기 때문에, 내수소 가스 취화성이 저하됐다. No.20은, f값이 규정의 상한값을 웃돌았기 때문에, 재결정 온도의 상승에 수반하여, 확산 접합성이 저하됐다. No.21은, Ni 함유량이 본 발명의 규정을 밑돌았기 때문에, 내수소 가스 취화성이 저하됐다.

Claims (5)

  1. 표면에 부동태 피막을 가지는 오스테나이트계 스테인리스 강재로서,
    화학 조성이, 질량%로,
    C: 0.10% 이하,
    Si: 1.0% 이하,
    Mn: 8.0~10.0%,
    P: 0.030% 이하,
    S: 0.0030% 이하,
    Cr: 15.0~18.0%,
    Ni: 7.0~9.0%,
    N: 0.15~0.25%,
    Al: 0.005~0.20%,
    Ca: 0.0005~0.01%,
    Cu: 1.0% 미만,
    Mo: 1.0% 미만,
    B: 0~0.0050%,
    Nb: 0~0.50%,
    Ti: 0~0.50%,
    V: 0~0.50%,
    W: 0~0.50%,
    Zr: 0~0.50%,
    Co: 0~0.50%,
    Mg: 0~0.005%,
    Ga: 0~0.010%,
    Hf: 0~0.10%,
    REM: 0~0.10%,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    하기 (i)식으로 산출되는 f값이, 29.5 초과 32.5 미만인, 오스테나이트계 스테인리스 강재.
    f값=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N …(i)
    단, 상기 (i)식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량%로,
    B: 0.0002~0.0050%,
    Nb: 0.01~0.50%,
    Ti: 0.01~0.50%,
    V: 0.01~0.50%,
    W: 0.001~0.50%,
    Zr: 0.01~0.50%,
    Co: 0.01~0.50%,
    Mg: 0.0001~0.005%,
    Ga: 0.001~0.010%,
    Hf: 0.01~0.10%, 및
    REM: 0.01~0.10%,
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 오스테나이트계 스테인리스 강재.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 부동태 피막 중에 있어서의 화학 조성의 양이온 분율이, 하기 (ii)식을 만족하는, 오스테나이트계 스테인리스 강재.
    4.5≤(Mn+Fe)/Cr＜9.0 …(ii)
    단, 상기 (ii)식 중의 각 원소 기호는, 상기 부동태 피막 중에 포함되는 각 원소의 양이온 분율(원자%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    강재 형상이 박판인, 오스테나이트계 스테인리스 강재.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    수소 제조 장치에 이용되는, 오스테나이트계 스테인리스 강재.
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