KR20220139948A - 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents

페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 Download PDF

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요시토모 후지무라
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타이치로 미조구치
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닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
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Abstract

뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성(red scale resistance)을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 실현한다. 페라이트계 스테인리스강은, 0.025 질량% 이하의 C, 0.05∼3.0 질량%의 Si, 0.05∼2.0 질량%의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.003 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5∼25.0 질량%의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05∼1.0 질량%의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유한다. 또한, 표면에서 깊이 6㎚까지에서 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Cr 및 Si의 농도의 합을 소정의 값 이상으로 한다.

Description

페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
본 발명은 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 고온 수증기 분위기하에서, 적색 스케일 저항성(red scale resistance) 및 고온 강도가 뛰어난 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
스테인리스강을 배기가스 경로 부재, 스토브 연소기재, 연료 전지용 부재 또는 플랜트 관련재 등의 용도로 이용하는 경우, 통상 300∼900℃의 고온까지 가열된다. 또한, 상기 용도에서는 수증기가 포함되는 환경하에서 해당 스테인리스강이 이용되기 때문에, 적색 스케일(Fe계 산화물)이 생성되는 일이 있다.
이 때문에, 고온 수증기 분위기하에서 적색 스케일 저항성 및 고온 강도를 갖는 페라이트계 스테인리스강이 요구된다. 종래, 적색 스케일 저항성 및 고온 강도를 향상시키기 위한 여러 가지 방법이 알려져 있다.
특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에는, Si를 첨가함으로써 Cr의 확산을 촉진시켜 Cr계 산화물의 생성량을 향상시키고 산화 피막을 강화하는 것이 기재되어 있다. 이에 따라, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 발명은 수증기 산화 저항성 및 적색 스케일 저항을 향상시키고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2003-160844호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허공개 2003-160842호 공보
전술한 바와 같은 종래 기술은, 강 내의 Cr 및 Si에 착안하여 강 내의 Cr 및 Si의 함유량을 적정화하는 것이다. 본 발명자들은 적색 스케일 저항성 및 고온 강도의 향상에는, 부동태 피막중의 Cr의 산화물 및 수산화물, 그리고 Si의 산화물의 농도가 중요하다는 점에 착안했다. 그러나, 종래 기술에서는 부동태 피막중의 Cr계 산화물 및 Si계 산화물의 농도에 관한 지견을 얻을 수 없었다.
본 발명의 일 형태는, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 0.025 질량% 이하의 C, 0.05 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 Si, 0.05 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.03 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5 질량% 이상 25.0 질량% 이하의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유하고, 잔부에 철 및 불가피한 불순물을 함유하고, 표면 및 표면에서 깊이 6㎚의 위치까지 표면으로부터 0.5㎚ 마다 XPS 분석에 의해 스펙트럼을 측정하고,
(i) 각 스펙트럼을 이용하여, 단체(單體), 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Cr의 총원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값을 Cr(O)로 하고,
(ⅱ) 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물로서 존재하는 Si의 원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값을 Si(O)로 했을 때,
하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Cr(O)+Si(O)≥240 … (1)
본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 0.025 질량% 이하의 C, 0.05 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 Si, 0.05 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.003 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5 질량% 이상 25.0 질량% 이하의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유하고, 잔부에 철 및 불가피한 불순물을 함유하는 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법으로서, 탈스케일 처리 후의 강대(steel strip)를 80∼120 g/L의 질산액을 이용해, 액온 50℃ 이상 70℃ 이하에서 60초 이상 120초 이하의 시간 동안 침지하는 표면 활성화 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 2는 각 실시예에 대해, 60±10℃의 질산액(80∼120 g/L)에 의한 처리 시간과 Cr(O)+Si(O)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 각 실시예에 대해, 60±10℃의 질산액(80∼120 g/L)에 의한 처리 시간과 산화증량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 각 실시예에 대해, Cr(O)+Si(O)와 산화증량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강을 XPS에 의해 측정한 스펙트럼의 일례로서, Cr 2p 스펙트럼의 깊이 방향의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강을 XPS에 의해 측정한 스펙트럼의 일례로서, Cr 2p 스펙트럼을 금속 Cr, Cr의 산화물 및 Cr의 수산화물로 피크 분리한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 한편, 이하의 기재는 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위한 것으로, 특별히 지정하지 않는 한 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 출원에 있어서, 'A∼B'는 A 이상 B 이하인 것을 나타낸다.
또한, 본 명세서에 있어서, '스테인리스강'이라는 용어는, 구체적인 형상이 한정되지 않는 스텐레스 강재를 의미한다. 스텐레스 강재로는, 예를 들면, 강판(steel sheet), 강관(steel pipe), 조강(bar steel) 등을 들 수 있다.
＜페라이트계 스테인리스강의 성분 조성＞
본 발명의 일 실시 형태에서의 페라이트계 스테인리스강이 함유하는 성분의 조성은 이하와 같다. 한편, 상기 페라이트계 스테인리스강은, 이하에 나타내는 각 성분 외에, 철(Fe) 또는 불가피하게 혼입되는 소량의 불순물(불가피한 불순물)로 이루어진다.
(크롬: Cr)
Cr은 부동태 피막을 형성해 내식성을 확보하기 위한 필수 원소이다. 또한, 적색 스케일 저항성을 확보하기 위해서도 효과적이다. 그러나, Cr을 과도하게 함유하면, 재료 코스트가 상승할 뿐만 아니라, 인성(靭性) 저하의 요인이 된다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Cr의 함유량이 10.5∼25 질량%이고, 바람직하게는 12.5∼23 질량%이다.
(규소: Si)
Si는 적색 스케일 저항성의 개선에 유효한 원소이다. 그러나, Si를 과도하게 함유하면, 인성이나 가공성 저하의 요인이 된다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Si의 함유량이 0.05∼3.0 질량%이고, 바람직하게는 0.1∼2.6 질량%이다.
(동: Cu)
Cu는 고온 강도 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 그러나, Cu를 과도하게 함유하면, 페라이트상이 불안정해질 뿐만 아니라, 재료 코스트가 상승한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Cu의 함유량이 0∼1.8 질량%이다.
(몰리브덴: Mo)
Mo는 고온 강도 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 그러나, Mo를 과도하게 함유하면 경질화되고, 가공성이 저하될 뿐만 아니라 재료 코스트가 상승한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Mo의 함유량이 0∼3.0 질량%이다.
(니오븀: Nb)
Nb는 고온 강도 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 그러나, Nb를 과도하게 함유하면, 가공성 및 인성이 열화될 가능성이 있다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Nb의 함유량이 0.05∼1.0 질량%이고, 바람직하게는 0.05∼0.7 질량%이다.
(티타늄: Ti)
Ti는 C 및/또는 N과 반응함으로써, 페라이트계 스테인리스강을 900∼1000℃에서 페라이트계 단층으로 할 수 있어, 적색 스케일 저항성 및 가공성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Ti를 과도하게 함유하면, 가공성 및 표면 품질이 열화될 가능성이 있다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Ti의 함유량이 0∼0.5 질량%이다.
(망간: Mn)
Mn은 페라이트계 스테인리스강에서 스케일의 밀착성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Mn을 과도하게 함유하면, 페라이트상이 불안정해질 뿐만 아니라 부식의 기점이 되는 MnS의 발생을 촉진시킨다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Mn의 함유량이 0.05∼2.0 질량%이고, 바람직하게는 010∼1.20 질량%이다.
(탄소: C)
C는 과도하게 함유하면, 탄화물량이 증가해 내식성이 저하된다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 C의 함유량이 0∼0.025 질량%이고, 바람직하게는 0∼0.020 질량%이다.
(인: P)
P는 과도하게 함유하면, 가공성이 저하된다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 P의 함유량이 0∼0.04 질량%이다.
(황: S)
S는 과도하게 함유하면, 페라이트계 스테인리스강에서 부식 기점의 발생을 촉진한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 S의 함유량이 0∼0.03 질량%이다.
(니켈: Ni)
Ni는 페라이트계 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Ni를 과도하게 함유하면, 페라이트상이 불안정해질 뿐만 아니라, 재료 코스트가 상승한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Ni의 함유량이 0∼0.5 질량%이다.
(질소: N)
N은 과도하게 함유하면, 다른 원소와 질화물을 형성해 경질화를 초래한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 N의 함유량이 0∼0.025 질량%이다.
(알루미늄: Al)
Al은 페라이트계 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 원소이다. 또한, Al은 제강시의 탈산제로서 효과적인 원소이다. 그러나, Al을 과도하게 함유하면, 표면 품질이 열화될 가능성이 있기 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는 Al의 함유량이 0∼0.2 질량%이고, 바람직하게는 0∼0.1 질량%이다.
＜기타 성분＞
본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 0∼2.5 질량%의 W, 0∼0.1 질량%의 La, 0∼0.05 질량%의 Ce, 0.01 질량% 이하의 B, 0.0002 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Ca, 0.001 질량% 이상 0.5 질량% 이하의 Hf, 0.01 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 Zr, 0.005 질량% 이상 0.50 질량% 이하의 Sb, 0.01 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Co, 0.001 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Ta, 0.002 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Sn, 0.0002 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Ga, 0.001 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 희토류 원소 및 0.0003 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Mg 중 1종 이상을 함유해도 된다.
(텅스텐: W)
W는 고온 강도 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 그러나, W를 과도하게 함유하면, 재료 코스트가 상승한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0∼2.5 질량%의 W를 첨가해도 된다. 코스트를 고려하면, W의 함유량은 0.01∼1.5 질량%인 것이 바람직하다.
(란탄: La)
La는 적색 스케일 저항성 및 스케일 박리 저항성의 향상을 위해 첨가하는 원소이다. 그러나, La를 과도하게 함유하면, 재료 코스트가 상승한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0∼0.1 질량%의 La를 첨가해도 된다. 코스트를 고려하면, La의 함유량은 0∼0.05 질량%인 것이 바람직하다.
(세륨: Ce)
Ce는 적색 스케일 저항성 및 스케일 박리 저항성의 향상을 위해 첨가하는 원소이다. 그러나, Ce를 과도하게 함유하면, 재료 코스트가 상승한다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0∼0.05 질량%의 Ce를 첨가해도 된다.
(붕소: B)
B는 페라이트계 스테인리스강을 사용해 제조된 성형품의 2차 가공성을 향상시키는 원소이다. 그러나, B를 과도하게 함유하면, Cr2B 등의 화합물이 형성되기 쉬워져 적색 스케일 저항성을 열화시킬 가능성이 있다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.01 질량% 이하의 B를 첨가해도 되고, 바람직하게는 0.0002 질량% 이상 0.003 질량% 이하의 B를 첨가해도 된다.
(칼슘: Ca)
Ca는 고온산화 저항성을 촉진하는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.0002 질량% 이상의 Ca를 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 내식성의 저하를 초래하기 때문에, 첨가량의 상한은 0.0030 질량%인 것이 바람직하다.
(지르코늄: Zr)
Zr은 고온 강도, 내식성 및 고온산화 저항성을 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.01 질량% 이상의 Zr을 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 가공성, 제조성의 저하를 초래하기 때문에 첨가량의 상한은 0.40 질량%인 것이 바람직하다.
(하프늄: Hf)
Hf는 내식성, 고온 강도 및 내산화성을 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.001 질량% 이상의 Hf를 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 가공성 및 제조성의 저하를 초래할 가능성이 있기 때문에, 첨가량의 상한은 0.5 질량%인 것이 바람직하다.
(주석: Sn)
Sn은 내식성 및 고온 강도를 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.002 질량% 이상의 Sn을 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 인성(靭性) 및 제조성의 저하를 초래할 가능성이 있기 때문에, 첨가량의 상한은 1.0 질량%인 것이 바람직하다.
(마그네슘: Mg)
Mg는 탈산 원소일 뿐만 아니라, 슬라브의 조직을 미세화시켜 성형성을 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.0003 질량% 이상의 Mg를 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 내식성, 용접성, 표면 품질의 저하를 초래하기 때문에 첨가량의 상한은 0.0030 질량%인 것이 바람직하다.
(코발트: Co)
Co는 고온 강도를 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.01 질량% 이상의 Co를 첨가해도 된다. 그러나, 과도하게 첨가하면 인성이 저하되어 제조성의 저하를 초래하기 때문에, 첨가량의 상한은 0.30 질량%인 것이 바람직하다.
(안티몬: Sb)
Sb는 고온 강도를 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.005 질량% 이상의 Sb를 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 용접성, 인성을 저하시키기 때문에, 첨가량의 상한은 0.50 질량%인 것이 바람직하다.
(탄탈륨: Ta)
Ta는 고온 강도를 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.001 질량% 이상의 Ta를 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 용접성, 인성을 저하시키기 때문에, 첨가량의 상한은 1.0 질량%인 것이 바람직하다.
(갈륨: Ga)
Ga는 내식성 및 수소취화 저항 특성을 향상시키는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.0002 질량% 이상의 Ga를 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 용접성, 인성을 저하시키기 때문에, 첨가량의 상한은 0.30 질량%인 것이 바람직하다.
(희토류 원소: REM)
REM은 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 및 란탄(La)에서 루테튬(Lu)까지의 15 원소(란타노이드)의 총칭을 가리킨다. REM은 단독의 원소로서 첨가되어도 되고, 복수의 원소의 혼합물로서 첨가되어도 된다. REM은 스테인리스강의 청정도를 향상시키고, 또한 고온산화 저항성도 개선하는 원소이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강에서는, 필요에 따라 0.001 질량% 이상의 REM을 첨가해도 된다. 그러나, 과도한 첨가는 합금 코스트를 상승시키고, 제조성을 저하시키기 때문에, 첨가량의 상한은 0.20 질량%인 것이 바람직하다.
＜부동태 피막중의 Cr(O) 및 Si(O)에 대해＞
본 발명의 일 형태에서의 페라이트계 스테인리스강에 포함되는 각 원소에 대해, 원소별 함유량의 의의에 대해 설명했다. 본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 하기에서 정의하는 부동태 피막중의 Cr(O) 및 Si(O)가 하기 식 (1)을 만족함으로써, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는다. 보다 구체적으로는, Cr(O) 및 Si(O)가 하기 식 (1)을 만족함으로써, 수증기가 포함되는 300∼900℃의 환경하에서 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강이 제공될 수 있다. 한편, 부동태 피막중의 Si의 산화물은, 부동태 피막중에 포함되는 Si의 산화물 및 표면에 존재하는 Si의 산화물(예를 들면, 일산화 규소)을 포함한다.
Cr(O)+Si(O)≥240 … (1)
이하에서는, 도 5 및 도 6을 이용하여, Cr(O) 및 Si(O)에 대해 설명한다. 도 5는, 본 발명의 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석 장치에 의해 측정한 스펙트럼의 일례로서, Cr 2p 스펙트럼의 깊이 방향의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6은, 본 발명의 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강을 XPS에 의해 측정한 스펙트럼의 일례로서, Cr 2p 스펙트럼을 금속 Cr, Cr의 산화물 및 Cr의 수산화물로 피크 분리한 결과를 나타낸 그래프이다.
우선, 표면 및 표면에서 깊이 6㎚의 위치까지 표면으로부터 0.5㎚ 마다, XPS 분석 장치에 의해 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si(6종의 금속)의 각각의 협대역 스펙트럼을 측정한다. 도 5에는 Cr의 협대역 스펙트럼이 예시되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, Cr의 스펙트럼은 Cr 산화물 및 Cr 수산화물의 피크와, 금속 Cr의 피크를 갖고 있다.
다음으로, 얻어진 상기 6종의 금속 각각에 대해, 협대역 스펙트럼을 금속 원자로 이루어지는 단체, 산화물, 및 수산화물의 피크로 피크 분리한다. 도 6에는, Cr의 협대역 스펙트럼을 피크 분리한 결과가 예시되어 있다. 다음으로, 각 피크의 면적으로부터, 금속 Cr(단체), Cr의 산화물 및 Cr의 수산화물로서 존재하는 Cr의 비율을 각각 산출한다. 마찬가지로, 다른 모든 금속 원자에 대해 각각의 단체, 산화물 및 수산화물로서 존재하는 원자의 비율을 산출한다.
그리고, Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si(6종의 금속)의 비율과, 각 원소에서의 각 물질 상태의 비율을 이용하여, 각 측정 깊이에서의 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 상기 6종의 금속 원자의 총원자수를 100 원자%로 했을 때의 각 금속의 물질 상태(단체, 산화물 또는 수산화물)별 원자% 농도를 구할 수 있다.
여기에서, Cr(O)는 Cr의 산화물 및 수산화물의 원자% 농도의 적산치이다. 즉, 표면 및 표면에서 깊이 6㎚의 위치까지 표면으로부터 0.5㎚ 마다에 대해 XPS 분석에 의해 스펙트럼을 측정하고, 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Cr의 총원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값이다.
Si(O)는 Si의 산화물의 원자% 농도의 적산치이다. 즉, 마찬가지로 스펙트럼을 측정하고, 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물로서 존재하는 Si의 원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값이다.
본 실시 형태에 있어서, Cr의 산화물(산화물로서 존재하는 Cr)은, 산화 크롬(Ⅲ)(Cr2O3), 산화 크롬(Ⅳ)(CrO2) 및 산화 크롬 Ⅵ(CrO3)의 1종 또는 2종 이상을 포함한다. Cr의 수산화물(수산화물로서 존재하는 Cr)은, 수산화 크롬(Ⅱ)(Cr(OH)2) 및 수산화 크롬(Ⅲ)(Cr(OH)3)의 1종 또는 2종 이상을 포함한다. Si의 산화물(산화물로서 존재하는 Si)이란, 이산화 규소(SiO2) 및 일산화 규소(SiO)의 1종 또는 2종을 포함한다.
한편, 전술한 XPS 측정에서 이용한 XPS 장치 및 측정 조건은 아래와 같다.
장치: ULVAC-PHI 제품 Quantera SXM
X선원: mono-AlKα선(hv=1486.6 eV)
검출 깊이: 수㎚(취출 각도 45°)
X선 직경: 200 ㎛Φ
중화총: 1.0 V, 20 ㎂
스퍼터 조건: Ar+, 가속 전압: 1 kV, 래스터: 2×2 ㎜
스퍼터 속도: 1.3 ㎚/min(SiO2 환산치)
본 발명자들은, 부동태 피막중의 Cr 및 Si에 착안해, 부동태 피막중의 Cr(O) 및 Si(O)의 합이 상기 식 (1)을 만족함으로써, 뛰어난 적색 스케일 저항성 및 고온 강도를 갖는 페라이트계 스테인리스강을 실현할 수 있다는 지견을 얻기에 이르렀다.
종래, 적색 스케일 저항성을 향상시키기 위한 방법으로, 마무리 가공으로 표면 연마를 행함으로써 강 내의 Cr 확산을 촉진시켜, Cr 산화물의 생성을 촉진시키는 방법, 또는 용융 도금층을 표층에 형성하는 방법 등이 이용되고 있다.
본 발명자들은, 예를 들면, 이하의 제조 방법에 의해, 상기 식 (1)을 만족하는 뛰어난 적색 스케일 저항성 및 고온 강도를 갖는 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다는 것을 알아냈다.
＜제조 방법＞
본 발명의 일 실시 형태에서의 페라이트계 스테인리스강은, 예를 들면, 페라이트계 스테인리스 강대로서 얻어진다. 도 1은, 본 실시 형태의 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서의 페라이트계 스테인리스 강대의 제조 방법은, 전처리 공정(S1), 열간 압연 공정(S2), 소둔(燒鈍, annealing) 공정(S3), 제1 산세(酸洗) 공정(S4), 냉간 압연 공정(S5), 최종 소둔 공정(S6), 제2 산세 공정(S7), 및 표면 활성화 처리 공정(S8)을 포함한다.
(전처리 공정)
전처리 공정(S1)에서는, 우선, 진공 또는 아르곤 분위기의 용해로를 이용해, 본 발명의 범위 내가 되도록 조성을 조정한 강을 용제하고, 이 강을 주조해 슬라브를 제조한다. 그 후, 슬라브로부터 열간 압연용의 슬라브편을 잘라낸다. 그리고, 상기 슬라브편을 대기 분위기중에서 1100℃∼1300℃의 온도역으로 가열한다. 슬라브편을 가열해 유지하는 시간은 한정되지 않는다. 한편, 공업적으로 전처리 공정을 실시하는 경우, 상기 주조는 연속 주조라도 된다.
열간 압연 공정(S2)은, 전처리 공정(S1)에서 얻어지는 슬라브(강괴)를 열간 압연함으로써 소정 두께의 열연 강대를 제조하는 공정이다.
소둔 공정(S3)은, 열간 압연 공정(S2)에서 얻어진 열연 강대를 가열함으로써 강대의 연질화를 도모하는 공정이다. 이 소둔 공정(S3)은 필요에 따라 실시되는 공정으로, 실시되지 않아도 무방하다.
제1 산세 공정(S4)은, 강대 표면에 부착된 스케일을, 염산 또는 질산과 불화 수소산의 혼합액 등의 산세액을 이용해 씻어내는 공정이다.
냉간 압연 공정(S5)은, 제1 산세 공정(S4)에서 스케일이 제거된 강대를 더 얇게 압연하는 공정이다.
최종 소둔 공정(S6)은, 냉간 압연 공정(S5)에서 얇게 압연된 강대를 가열함으로써 변형(strain)을 제거하고, 강대의 연질화를 도모하는 공정이다. 최종 소둔 공정(S6)에서의 소둔은, 예를 들면, 합금 성분에 따라 900∼1100℃ 정도의 온도에서 행해진다.
제2 산세 공정(S7)은, 최종 소둔 공정(S6)에서 얻어진 강대의 표면에 부착된 스케일을, 질산액 또는 질산과 불화 수소산과의 혼합액 등의 산세액을 이용해 씻어내는 공정이다. 제2 산세 공정(S7)은, 강대 표면의 스케일을 제거할 수 있는 처리라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제2 산세 공정(S7)으로서, 50∼70℃의 질산액(질산 농도 150 g/L)에 침지시킨 상태에서, 0.2∼0.3 A/㎠의 조건으로 1∼2분간 전해하는 전해 처리를 실시해도 된다. 또는, 제2 산세 공정(S7)으로서, 50∼70℃의, 질산액(질산 농도 100 g/L)과 불화 수소산(15∼25 g/L)의 혼합액 중에 1∼2분간 침지하는 처리를 실시해도 된다.
표면 활성화 처리 공정(S8)은, 제2 산세 공정(S7) 후의 강대를 80∼120 g/L의 질산액을 이용해, 액온 50℃ 이상 70℃ 이하에서 60초 이상 120초 이하의 시간 동안 침지함으로써, 부동태 피막중의 Cr 및 Si를 농화(濃化)시키는 공정이다. 본 명세서에 있어서, 상기의 조건으로 실시하는 처리를 표면 활성화 처리라고 부른다. 상기 표면 활성화 처리를 실시함으로써, 상기 식 (1)을 만족하는 페라이트계 스테인리스 강대를 얻을 수 있다. 한편, 이 표면 활성화 처리 공정(S8)은 제2 산세 공정(S7)과 같거나 유사한 장치를 이용해 실시할 수 있다.
한편, 본원 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 부동태 피막중의 Cr(O) 및 Si(O)가 상기 식 (1)을 만족함으로써, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는다. 본 발명자들은, 상기 식 (1)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강은, 전술한 제2 산세 공정(S7)과 표면 활성화 처리 공정(S8)을 모두 실시함으로써 얻어진다는 것을 알아냈다. 예를 들면, 제2 산세 공정(S7) 및 표면 활성화 처리 공정(S8) 중 어느 하나의 공정을 생략한 경우에는, 상기 식 (1)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 없다. 즉, 제2 산세 공정(S7)에서 스케일을 제거한 강대에 대해 상기 표면 활성화 처리를 실시함으로써, 부동태 피막중의 Cr 및 Si가 농화되어 상기 식 (1)을 만족하는 본원 발명의 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.
상기 표면 활성화 처리 공정에 이용하는 조건에 대해, 질산액의 농도가 80 g/L 미만인 경우, 질산에 의한 표면 활성화 효과가 약해져 적색 스케일의 생성을 억제할 수 없다. 또한, 질산액의 농도가 120 g/L를 넘으면, 질산과의 과잉 반응에 의해 표면 활성화 효과가 피크아웃(peak out)되어, 적색 스케일의 생성을 억제할 수 없다. 액온이 50℃ 미만인 경우, 질산에 의한 표면 활성화 효과가 약해져, 적색 스케일의 생성을 억제할 수 없다. 또한, 액온이 70℃를 넘으면, 질산과의 과잉 반응에 의해 표면 활성화 효과가 피크아웃(peak out)되어, 적색 스케일의 생성을 억제할 수 없다. 또한, 침지 시간이 60초 미만인 경우, 질산에 의한 표면 활성화 효과가 불충분해져 적색 스케일의 생성을 억제할 수 없다. 또한, 120초를 초과하면, 질산과의 과잉 반응에 의해 표면 활성화 효과가 피크아웃되어 적색 스케일의 생성을 억제할 수 없다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에서는 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 향상시키기 위한 마무리 공정으로 연마 마감 또는 도금층의 형성 등의 공정이 추가되고 있다. 그러나, 이와 같은 마감 공정은, 해당 마감 공정을 위해 새로운 장치를 도입할 필요가 있어, 제조 코스트가 높아진다는 문제가 있다. 이와 같은 관점에서, 제조 코스트를 높이지 않고, 적색 스케일 저항성 및 고온 강도가 뛰어난 페라이트계 스테인리스강을 제조하는 제조 방법을 제공하는 것도 본 발명의 과제 중 하나이다.
본 발명의 일 형태에 따른 제조 방법은, 탈스케일 처리(제2 산세 공정) 후에, 80∼120 g/L의 질산액을 이용해, 액온 50℃ 이상 70℃ 이하에서 60초 이상 120초 이하의 시간 동안 침지하는 표면 활성화 처리를 실시한다. 이에 따라, 제조 코스트를 높이지 않고, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 실현할 수 있다.
＜실시예＞
우선, 하기 표 1에 나타내는 성분을 원료로 하여, 전술한 제조 방법의 제2 산세 공정(S7)까지 실시해 페라이트계 스테인리스강을 제조했다. 한편, 표 1에 나타내는 강재를 제조하는데 이용한 조건은 이하와 같다. 제2 산세 공정(S7)으로 이하의 처리 중 어떤 처리를 실시했는지에 대해서는 후술하는 표 2에 기재되어 있다.
·전처리 공정(S1)에서의 슬라브편의 가열 온도: 1230℃
·전처리 공정(S1)에서의 슬라브편의 가열 시간: 2시간
·열간 압연 공정(S2) 후의 판두께: 4㎜
·제1 산세 공정(S4)에서 이용한 산세액: 60℃의 질산-불산액(nitric-hydrofluoric acid, 3% 불산, 10% 질산을 함유하는 수용액)
·냉간 압연 공정(S5) 후의 판두께: 1.5㎜
·제2 산세 공정(S7)에서의 산세 조건: 50∼70℃의 질산액(질산 농도 150 g/L)에 침지시킨 상태로, 0.2∼0.3 A/㎠의 조건으로 1∼2분간 전해하는 전해 처리(질산 전해). 또는, 질산(질산 농도 100 g/L)과 불화 수소산(15∼25 g/L)의 50∼70℃의 혼합액중에 1∼2분 침지하는 처리(불산-질산 침지).
Figure pct00001
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 표 1에 나타내는 각 스테인리스강의 조성을 중량%로 나타내고 있다. 또한, 표 1에 나타내는 각 성분 이외의 잔부는, Fe 또는 불가피하게 혼입되는 소량의 불순물이다. 또한, 표 1 중에서 밑줄은, 본 발명의 비교예에 따른 각 스테인리스강에 함유되는 각 성분의 범위가 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위에서 제작한 페라이트계 스테인리스강을 발명예의 강의 종류 A1∼A13으로 했다. 또한, 본 발명의 범위 외의 조건으로 제작한 페라이트계 스테인리스강을 비교예의 강의 종류 B1∼B4로 했다.
표 2는, 발명예의 강의 종류 A1∼A13 및 비교예의 강의 종류 B1∼B4에 대해, 적색 스케일 저항성 및 고온 강도를 평가하기 위한 시험을 실시한 결과를 나타내는 표이다.
Figure pct00002
표 2에 기재된 발명예 No. 1∼51은, 발명예의 강의 종류 A1∼A13에 대해, 본 발명의 표면 활성화 처리 또는 본 발명의 표면 활성화 처리 범위 외의 산세 처리를 실시한 예이다. 구체적으로는, 발명예 No. 1, 5, 12, 16, 20, 24, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44 및 48은 60±10℃의 질산액(80∼120 g/L)에의 침지 시간이 40초이므로, 본 발명의 표면 활성화 처리 범위 외의 산세 처리가 실시되고 있다. 그 외의 발명예에 대해서는 본 발명의 표면 활성화 처리가 실시되고 있다.
비교예 No. 1∼34는, 발명예의 강의 종류 A1∼A8 및 비교예의 강의 종류 B1∼B4에 대해, 본 발명의 표면 활성화 처리 범위 외의 산세 처리를 실시한 예이다. 구체적으로는, 60±10℃의 질산액(80∼120 g/L)을 이용하는 점은 공통되지만, 침지 시간의 조건이 본 발명의 표면 활성화 처리 범위 외이다. 비교예 No. 22는, 발명예의 강의 종류 A7에 대해 제2 산세 공정(S7)을 실시하지 않고, 본 발명의 표면 활성화 처리를 실시한 예이다. 또한, 비교예 No. 34는, 비교예의 강의 종류 B4에 대해 본 발명의 표면 활성화 처리를 실시한 예이다.
우선, 발명예 No. 1∼51 및 비교예 No. 1∼34에 대해, 부동태 피막중의 Cr(O) 및 Si(O)를 이하에 자세히 설명하는 바와 같이 측정 및 산출했다.
＜부동태 피막중의 Cr(O) 및 Si(O)의 측정＞
부동태 피막에서의 Cr 및 Si의 농화도를 평가하기 위해, 상기 제조 방법에 의해 제조된 강판의 Cr(O) 및 Si(O)를 전술한 바와 같이 산출하고, Cr(O)+Si(O)의 값을 구했다. 그 결과를, 표 2의 부동태 피막중 (6㎚)의 Cr+Si의 적분 농도의 란에 나타냈다. Cr(O) 및 Si(O)가 상기 식 (1)을 만족하는 경우, 본 발명의 범위 내이다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 발명예의 강의 종류 A1∼A13에 대해, 본 발명의 표면 활성화 처리를 실시한 발명예(No. 1∼51 중 No. 1, 5, 12, 16, 20, 24, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44 및 48을 제외한 것)는 모두 상기 식 (1)을 만족했다.
도 2는, 모든 실시예에 대한, 60±10℃의 질산액(80∼120 g/L)에 의한 처리 시간과 Cr(O)+Si(O)의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프로부터 알 수 있듯이, 처리 시간이 60∼120초인 경우, 즉 본 발명의 범위 내인 표면 활성화 처리가 실시된 경우에는, Cr(O)+Si(O)≥240이 되는 것이 실증되었다.
＜적색 스케일 저항성 평가 시험＞
표 2에 나타낸 발명예 No. 1∼51 및 비교예 No. 1∼34에 대해 적색 스케일 저항성 평가 시험을 실시했다. 시험의 결과를 표 2에 나타냈다.
적색 스케일 저항성의 평가 시험은, JIS Z 2281(금속재료의 고온 연속 산화 시험 방법)에 준거해 산화증량을 이용해 평가했다. 평가의 판단 기준으로, 산화증량 0.3 ㎎/㎠ 이하를 허용 범위로 했다.
우선, 상기 제조 방법에 의해 제조된 강판으로부터, 시험편으로 20㎜×25㎜의 시험편을 잘라냈다. 수증기 농도 10 vol%의 대기 환경중에서 당해 시험편을 600℃에서 100시간 연속 가열했다. 산화증량은 시험 전후의 중량 변화로부터 산출했다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 발명예의 강의 종류 A1∼A13에 대해, 본 발명의 표면 활성화 처리를 실시한 발명예(No. 1∼51 중 No. 1, 5, 12, 16, 20, 24, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44 및 48을 제외한 것)는 모두 상기 기준을 만족했다.
도 3은, 모든 실시예에 대해, 60±10℃의 질산액(80∼120 g/L)에 의한 처리 시간과 산화증량의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프로부터 알 수 있듯이, 처리 시간이 60∼120초인 경우, 즉 본 발명의 범위 내인 표면 활성화 처리가 실시된 경우에는, 모두 산화증량 0.3 ㎎/㎠ 이하를 만족하는 것이 실증되었다.
도 4는, 모든 실시예에 대해, Cr(O)+Si(O)와 산화증량의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4의 그래프로부터 알 수 있듯이, Cr(O)+Si(O)≥240을 만족하는 경우에는, 모두 산화증량 0.3 ㎎/㎠ 이하를 만족하는 것이 실증되었다.
＜고온 강도 평가 시험＞
표 2에 나타낸 발명예 No. 1∼51 및 비교예 No. 1∼34에 대해 고온 강도 평가 시험을 실시했다. 시험의 결과를 표 2에 나타냈다.
고온 강도 평가 시험은, JIS Z 2241(철강재 인장 시험 방법)에 준거한 시험편을 이용해 JIS G 0567(철강 재료 및 내열합금의 고온 인장 시험 방법)에 준거한 인장 방법에 의해 실시했다.
시험편의 판두께는 2㎜, 판폭은 12.5㎜이며, 목표점간 거리를 50㎜로 했다. 목표점간에 대해, 내력까지의 변형 속도(strain rate)를 0.3 %/min, 인장 강도를 3 ㎜/min로 하여, 0.2% 내력치로 평가했다. 평가의 판단 기준으로서 0.2% 내력이 20 MPa 이상을 허용 범위로 했다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 발명예 No. 1∼51은 모두 상기 기준을 만족했다. 한편, 비교예 No. 30∼34는 상기 기준을 만족하지 않았다.
이상의 시험 결과로부터, 종합 평가로서 적색 스케일 저항성 평가 시험 및 고온 강도 평가 시험에 대해 양쪽 모두의 기준을 만족한 경우를 합격(○), 한쪽 또는 양쪽 모두의 기준을 만족하지 않은 경우를 불합격(×)으로 하여, 결과를 표 2에 나타냈다.
표 2의 종합 평가로부터, 이하의 점이 실증되었다.
·발명예의 강의 종류 A1∼A13에 대해, 상기 식 (1)을 만족하는 예는 모두 종합 평가가 합격이었다.
·발명예의 강의 종류 A1∼A13이라도, 상기 식 (1)을 만족하지 않는 경우(비교예 No. 1∼23), 종합 평가는 불합격이었다.
·발명예의 강의 종류 A1∼A7에 대해, 본 발명의 표면 활성화 처리를 실시한 경우, 모두 상기 식 (1)을 만족하고, 종합 평가가 합격이었다.
·비교예의 강의 종류 B4에 대해, 본 발명의 표면 활성화 처리를 실시한 경우(비교예 No. 34), 상기 식 (1)을 만족했지만, 종합 평가는 불합격이었다.
·발명예의 강의 종류 A1∼A13에 대해, 전술한 질산 전해 또는 불산-질산 침지에 의한 제2 산세 공정(S7)을 실시한 후, 표면 활성화 처리 공정(S8)을 실시한 예는, 모두 상기 식 (1)을 만족하고, 종합 평가가 합격이었다.
·발명예의 강의 종류 A1∼A13이라도, 제2 산세 공정(S7)만을 실시하고, 표면 활성화 처리 공정(S8)을 실시하지 않은 경우(비교예 No. 5 및 10), 상기 식 (1)을 만족하지 않고, 종합 평가도 불합격이었다.
·발명예의 강의 종류 A1∼A13이라도, 제2 산세 공정(S7)을 실시하지 않고, 표면 활성화 처리 공정(S8)만을 실시한 경우(비교예 No. 22), 상기 식 (1)을 만족하지 않고, 종합 평가도 불합격이었다.
〔정리〕
본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 0.025 질량% 이하의 C, 0.05 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 Si, 0.05 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.03 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5 질량% 이상 25.0 질량% 이하의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유하고, 잔부에 철 및 불가피한 불순물을 함유하고, 표면, 및, 표면에서 깊이 6㎚의 위치까지 표면으로부터 0.5㎚ 마다 XPS 분석에 의해 스펙트럼을 측정하고,
(i) 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Cr의 총원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값을 Cr(O)로 하고,
(ⅱ) 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물로서 존재하는 Si의 원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값을 Si(O)로 했을 때,
하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Cr(O)+Si(O)≥240 … (1)
상기 구성에 의하면, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 2.5 질량% 이하의 W, 0.1 질량% 이하의 La, 0.05 질량% 이하의 Ce, 0.01 질량% 이하의 B, 0.0002 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Ca, 0.001 질량% 이상 0.5 질량% 이하의 Hf, 0.01 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 Zr, 0.005 질량% 이상 0.50 질량% 이하의 Sb, 0.01 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Co, 0.001 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Ta, 0.002 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Sn, 0.0002 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Ga, 0.001 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 희토류 원소 및 0.0003 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Mg 중 1종 이상을 더 함유해도 된다.
상기 구성에 의하면, 적색 스케일 저항성 및 스케일 박리 저항성을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 0.025 질량% 이하의 C, 0.05 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 Si, 0.05 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.003 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5 질량% 이상 25.0 질량% 이하의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유하고, 잔부에 철 및 불가피한 불순물을 함유하는 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법으로서, 탈스케일 처리 후의 강대를 80∼120 g/L의 질산액을 이용해, 액온 50℃ 이상 70℃ 이하에서 60초 이상 120초 이하의 시간 동안 침지하는 표면 활성화 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 제조 코스트의 상승 없이, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 페라이트계 스테인리스강이 2.5 질량% 이하의 W, 0.1 질량% 이하의 La, 및 0.05 질량% 이하의 Ce를 더 함유해도 된다.
상기 구성에 의하면, 제조 코스트의 상승 없이 적색 스케일 저항성 및 내스케일 박리성을 더 향상시키고, 뛰어난 고온 강도 및 적색 스케일 저항성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.
(부기 사항)
본 발명은 전술한 각 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재한 범위에서 여러 가지 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합해 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 0.025 질량% 이하의 C, 0.05 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 Si, 0.05 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.03 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5 질량% 이상 25.0 질량% 이하의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유하고, 잔부에 철 및 불가피한 불순물을 함유하고,
    표면, 및, 표면에서 깊이 6㎚의 위치까지 표면으로부터 0.5㎚ 마다 XPS 분석에 의해 스펙트럼을 측정하고,
    (i) 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Cr의 총원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값을 Cr(O)로 하고,
    (ⅱ) 각 스펙트럼을 이용하여, 단체, 산화물 또는 수산화물로서 존재하는 Fe, Cr, Ti, Nb, Mo 및 Si의 총원자수에 대한, 산화물로서 존재하는 Si의 원자수의 비율을 원자% 농도로 각 측정 깊이에서 산출해, 산출한 모든 원자% 농도를 적산한 값을 Si(O)로 했을 때,
    하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스강.
    Cr(O)+Si(O)≥240 … (1)
  2. 제1항에 있어서,
    2.5 질량% 이하의 W, 0.1 질량% 이하의 La, 0.05 질량% 이하의 Ce, 0.01 질량% 이하의 B, 0.0002 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Ca, 0.001 질량% 이상 0.5 질량% 이하의 Hf, 0.01 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 Zr, 0.005 질량% 이상 0.50 질량% 이하의 Sb, 0.01 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Co, 0.001 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Ta, 0.002 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Sn, 0.0002 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Ga, 0.001 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 희토류 원소 및 0.0003 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Mg 중 1종 이상을 더 함유하는, 페라이트계 스테인리스강.
  3. 0.025 질량% 이하의 C, 0.05 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 Si, 0.05 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 Mn, 0.04 질량% 이하의 P, 0.003 질량% 이하의 S, 0.5 질량% 이하의 Ni, 10.5 질량% 이상 25.0 질량% 이하의 Cr, 0.025 질량% 이하의 N, 0.05 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Nb, 3.0 질량% 이하의 Mo, 1.8 질량% 이하의 Cu, 0.2 질량% 이하의 Al, 0.5 질량% 이하의 Ti를 함유하고, 잔부에 철 및 불가피한 불순물을 함유하는 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법으로서,
    탈스케일 처리 후의 강대를 80∼120 g/L의 질산액을 이용해, 액온 50℃ 이상 70℃ 이하에서 60초 이상 120초 이하의 시간 동안 침지하는, 표면 활성화 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스강이, 2.5 질량% 이하의 W, 0.1 질량% 이하의 La, 0.05 질량% 이하의 Ce, 0.01 질량% 이하의 B, 0.0002 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Ca, 0.001 질량% 이상 0.5 질량% 이하의 Hf, 0.01 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 Zr, 0.005 질량% 이상 0.50 질량% 이하의 Sb, 0.01 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Co, 0.001 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Ta, 0.002 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 Sn, 0.0002 질량% 이상 0.30 질량% 이하의 Ga, 0.001 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 희토류 원소 및 0.0003 질량% 이상 0.0030 질량% 이하의 Mg 중 1종 이상을 더 함유하는, 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.
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