KR20210044835A

KR20210044835A - 페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법, 그리고, Al 계 도금 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR20210044835A
Application number: KR1020217007620A
Authority: KR
Inventors: 아키토 미즈타니; 린타 사토; 미츠유키 후지사와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-04-23
Also published as: US20220056547A1; WO2020054384A1; EP3851550A1; CN112703264A; EP3851550A4; KR102598376B1; JP7363492B2; FI3851550T3; JP2020059927A; US11767573B2; EP3851550B1; CN112703264B; ES2945796T3; JP6687177B1; JPWO2020054384A1

Abstract

질량％ 로, C : 0.030 ％ 이하, Si : 3.0 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％, Al : 8.0 ∼ 20.0 ％, Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및 N : 0.020 ％ 이하를 함유함과 함께, Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및 Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％ 중에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성으로 한다.

Description

페라이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법, 그리고, Al 계 도금 스테인리스 강판

본 발명은, 전기 저항률 및 내산화성이 우수하고, 또한, 판두께가 얇은 경우라도, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 적은 페라이트계 스테인리스 강판, 및, 당해 페라이트계 스테인리스 강판의 제조용 소재가 되는 Al 계 도금 스테인리스 강판에 관한 것이다.

저항 발열체에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 줄열에 의해 물체를 가열하는 방법을 저항 가열이라고 한다. 이 방법은, 전기 에너지로부터 열에너지로의 변환 효율이 양호하고, 또 제어 장치도 간편하게 끝나기 때문에, 공업용 전기로나 전열 조리기 등의 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

이 저항 가열에 있어서 사용되는 저항 발열체는, Ni-Cr 합금이나 Fe-Cr 합금으로 대표되는 금속 발열체와, SiC 로 대표되는 비금속 발열체로 분류할 수 있다. 이 중, 금속 발열체는, 비금속 발열체에 비해 가공성이 우수하므로, 박재나 선재로 가공할 수 있다. 그 때문에, 금속 발열체는, 유리창이나 플로어 등의 얇은 부재나, 장갑 등의 굽힘 부하가 가해지는 부재에도 적용 가능하다.

이와 같은 금속 발열체로서, 예를 들어, JIS C 2520 에는, 전열용 합금선 및 전열용 합금대 (合金帶) 로서 Ni-Cr 합금 3 종 (전열용 니켈크롬선 및 대의 1 ∼ 3 종) 과, Fe-Cr 합금 2 종 (전열용 철크롬선 및 대의 1 ∼ 2 종) 이 규정되어 있다. 여기서, Ni-Cr 합금은, Cr : 15 ∼ 21 ％, Si : 0.75 ∼ 3 ％ 를 주된 첨가 원소로 하는 Ni 기 합금이고, Fe-Cr 합금은, Cr : 17 ∼ 26 ％, Al : 2 ∼ 6 ％, Si : 1.5 ％ 이하를 주된 첨가 원소로 하는 Fe 기 합금이다 (또한, 각 원소의「％」는 질량％ 이고, 이하 동일하다).

그 중에서도, Fe-Cr 합금, 특히, Al 을 많이 함유하는 스테인리스 강판 (이후, Al 함유 스테인리스 강판이라고도 한다) 은, 고온에서의 내산화성이 우수하고, 나아가서는 Ni-Cr 합금에 비해 저렴하기 때문에, 저항 발열체로서 폭넓게 적용되어 있다.

이와 같은 Al 함유 스테인리스 강판에 관한 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는,

「C ≤ 0.03 ％, Cr ≤ 30 ％, Ti, Nb, V 또는 Mo 의 1 종 혹은 2 종 이상을 0.01 ∼ 0.8 ％ 함유하는 스테인리스 강판의 적어도 편면에, 함유시키는 Al 량에 상당하는 비율이 되도록 Al 판을 중첩하고, 이것을 롤 사이에 통판시켜 적층 압접판으로 하고, 얻어진 적층 압접판을, 600 ∼ 1300 ℃ 의 범위의 온도에 있어서 Al 층이 용융되지 않고 합금화되는 조건에서 확산 처리를 실시하는 것으로 이루어지는 고 Al 함유 스테인리스 강판의 제조법.」

이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는,

「질량％ 로, Cr : 10 ％ 이상 30 ％ 이하, Al : 6.5 ％ 초과 15 ％ 이하이고, Ti : 0.02 ％ 이상 0.1 ％ 이하와 Nb : 0.02 ％ 이상 0.3 ％ 이하의 일방 또는 양방을 포함하고, La : 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, Ce : 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, P : 0.01 ％ 이상 0.05 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 Fe-Cr-Al 계 스테인리스 강판.」

이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평2-133563호 일본 공개특허공보 2004-169110호

그런데, Al 함유 스테인리스강은, Al 에 의해 전기 저항률을 높이고 있지만, Al 은 강의 인성을 저하시키는 원소로, Al 함유량이 많아질수록, 열간 압연이나 냉간 압연시에 균열이 발생하기 쉬워진다.

따라서, Al 함유량이 6.5 ％ 이상인 스테인리스 강판을, 일반적인 주조·압연법에 의해 제조하는 것은 곤란하다.

그 때문에, 특허문헌 1 의 기술에서는, 소지 강판이 되는 스테인리스 강판의 적어도 일방의 면에, Al 판을 중첩한 적층 압접판을 준비하고, 이 적층 압접판에 소정의 열처리 (이하, 확산 열처리라고도 한다) 를 실시함으로써, 스테인리스 강판 중에 Al 을 확산시켜, 최종 제품이 되는 스테인리스 강판의 Al 함유량을 높이고 있다.

또, 특허문헌 2 의 기술에서도, 소지 강판이 되는 스테인리스 강판의 표면에 Al 또는 Al 합금을 부착시킨 복층판을 준비하고, 이 복층판에 소정의 확산 열처리 (확산 어닐링) 를 실시함으로써, 스테인리스 강판 중에 Al 을 확산시켜, 최종 제품이 되는 스테인리스 강판의 Al 함유량을 높이고 있다.

그러나, 특허문헌 1 및 2 의 기술에서는, 확산 열처리시에, 강판, 특히 판두께가 얇은 강판에, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 확산 열처리 후에 얻어지는 강판에는, Al 이 다량으로 고용되어 있으므로, 강도가 대폭 상승하고 있다. 그 때문에, 확산 열처리시에, 강판에 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 발생해 버리면, 원래의 형태로 교정하는 것이 매우 곤란하다. 이에 더하여, 상기의 적층 압접판이나 복층판을 소정의 부품 형상으로 가공한 후에 확산 열처리를 실시하는 경우에도, 확산 열처리시에 변형이 발생하여, 부품 형상이 변형된다는 문제가 발생한다.

본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해서 개발된 것으로서, 전기 저항률 및 내산화성이 우수하고, 또한, 판두께가 얇은 경우라도, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 적은 페라이트계 스테인리스 강판을, 그 유리한 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 상기의 페라이트계 스테인리스 강판의 제조용 소재가 되는 Al 계 도금 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 여러 가지 검토를 거듭하였다. 먼저, 발명자들은, 상기의 소지 강판 (스테인리스 강판) 의 표면에, Al 판이나 Al 또는 Al 합금이 부착된 층을 갖는 적층 압접판이나 복층판에 대해 확산 열처리를 실시할 때에, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 발생하는 원인에 대하여, 조사·검토를 거듭하였다.

그 결과, 이 변형은, 소지 강판 중에 Al 이 확산될 때의 밀도 변화에서 기인되는 것을 밝혀냈다.

즉, 스테인리스 강판 중에 Al 이 확산 고용되면, 스테인리스 강판의 밀도가 저하되어, 체적이 증가하려고 한다. 확산 열처리의 과정에서는, 소지 강판의 표층부의 Al 함유량이 중심부의 Al 함유량보다 높아져, 소지 강판의 판두께 방향으로 밀도가 상이한 상태가 발생한다. 또, 소지 강판 표면의 Al 부착량이 불균일해지면, 소지 강판 표면의 면내 방향에서도 밀도가 상이한 상태가 발생한다. 그 결과, 강판 내에 응력이 발생한다. 스테인리스 강판, 특히 페라이트계 스테인리스 강판은, 고온에서의 강도가 그만큼 높지 않기 때문에, 강판이 발생한 응력에 견디지 못하여, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 발생한다.

그래서, 발명자들은, 상기의 지견을 기초로, 확산 열처리시에 발생하는, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형을 억제하기 위하여, 더욱 검토를 거듭하였다.

그 결과,

소지 강판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판의 성분 조성을 적정하게 조정하는, 구체적으로는, Al 함유량을 2.5 ∼ 6.5 질량％ 의 범위로 높임과 함께, Zr 및 Hf 중에서 선택되는 적어도 1 종을 적정량 함유시키고, 또한, 소지 기판의 표면에, 소정의 Al 계 도금층을 형성하고, 확산 열처리를 실시함으로써, 전기 저항률 및 내산화성이 우수하고, 또한, 판두께가 얇은 경우라도, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 적은 페라이트계 스테인리스 강판이 얻어진다는 지견을 얻었다.

즉,

(1) 확산 열처리의 과정에서의 휨이나 뒤틀림과 같은 변형을 억제하려면, 소지 강판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판에 미리 포함되는 Al 함유량과, 확산 열처리시에 소지 강판에 확산시키는 Al 량을 적정하게 조정한다,

구체적으로는, 소지 강판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판에 미리 포함되는 Al 함유량을 2.5 ∼ 6.5 질량％ 의 범위로 높이고, 이로써, 확산 열처리시에 발생하는 스테인리스 강판의 밀도의 불균일을 최대한 억제하는 것이 유효하다,

(2) 그러나, 소지 강판의 표면에 형성하는 Al 함유층은, Al 계 도금에 의해 형성하는 것이 유리하지만, 소지 강판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판에 미리 포함되는 Al 함유량을 2.5 ∼ 6.5 질량％ 로 하면, Al 계 도금의 부착성이 저하된다,

(3) 즉, Al 계 도금을 실시할 때에는, 용융된 Al 또는 Al 합금 중에 도금 기판이 되는 소지 강판 (이하, 간단히 도금 기판이라고 한다) 을 침지시키기 위해, 도금 기판의 침지 전에, 도금 기판의 판온을, 용융된 Al 또는 Al 합금의 온도와 동일한 정도인 650 ∼ 750 ℃ 정도까지 승온시키는 것이 필요해진다,

(4) 그러나, 도금 기판의 Al 함유량이 2.5 질량％ 이상이 되면, 상기의 승온시에 도금 기판의 표면에 Al₂O₃ 피막이 생성되고, Al 계 도금의 부착성이 저하되어 불도금부가 발생한다,

그 때문에, 확산 열처리에 있어서, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형을 억제하면서, 충분한 양의 Al 을 확산시키는 것이 곤란해진다,

(5) 이 점, 도금 기판에, Zr 및 Hf 중에서 선택되는 적어도 1 종을 적정량 함유시킴으로써, 상기의 승온시의 도금 기판의 표면에서의 Al₂O₃ 피막의 생성이 억제된다,

그 결과, Al 계 도금의 부착성이 개선되고, 또, 불도금부가 존재하는 것에서 기인된 확산 열처리의 과정에서의 휨이나 뒤틀림과 같은 변형도 억제된다,

(6) 이상으로부터, 도금 기판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판의 Al 함유량을 2.5 ∼ 6.5 질량％ 의 범위로 높임과 함께, Zr 및 Hf 중에서 선택되는 적어도 1 종을 적정량 함유시키고, 또한, 도금 기판의 표면에, 소정량의 Al 계 도금층을 형성하고, 확산 열처리를 실시함으로써, Al 함유량이 8.0 질량％ 이상의 전기 저항률 및 내산화성이 우수하고, 또한, 판두께가 얇은 경우라도, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 적은 페라이트계 스테인리스 강판이 얻어진다,

는 것이다.

본 발명은, 상기의 지견에 기초하여, 더욱 검토를 더하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량％ 로,

C : 0.030 ％ 이하,

Si : 3.0 ％ 이하,

Mn : 1.0 ％ 이하,

P : 0.040 ％ 이하,

S : 0.010 ％ 이하,

Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％,

Al : 8.0 ∼ 20.0 ％,

Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및

N : 0.020 ％ 이하

를 함유함과 함께,

Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및

Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％

중에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 페라이트계 스테인리스 강판.

2. 상기 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로,

REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,

Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,

Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,

V : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,

W : 0.01 ∼ 6.0 ％,

B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,

Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및

Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 1 에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.

3. 도금 기판과, 그 도금 기판의 표면의 Al 계 도금층을 갖는, Al 계 도금 스테인리스 강판으로서,

상기 도금 기판은, 질량％ 로,

C : 0.030 ％ 이하,

Si : 1.0 ％ 이하,

Mn : 1.0 ％ 이하,

P : 0.040 ％ 이하,

S : 0.010 ％ 이하,

Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％,

Al : 2.5 ∼ 6.5 ％,

Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및

N : 0.020 ％ 이하

를 함유함과 함께,

Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및

Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％

중에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판이고,

또, 상기 도금 기판의 판두께 및 Al 함유량, 그리고, 상기 Al 계 도금층의 두께가, 다음 식 (1) 의 관계를 만족하는, Al 계 도금 스테인리스 강판.

8.0 ≤ C_Al ＋ 30 × t/T ≤ 20.0 … (1)

여기서,

C_Al : 도금 기판의 Al 함유량 (질량％)

T : 도금 기판의 판두께 (㎛)

t : Al 계 도금층의 두께 (도금 기판의 양면에 Al 계 도금층을 갖는 경우, 도금 기판 양면의 Al 계 도금층의 합계 두께) (㎛)

이다.

4. 상기 도금 기판의 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로,

REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,

Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,

Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,

V : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,

W : 0.01 ∼ 6.0 ％,

B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,

Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및

Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 3 에 기재된 Al 계 도금 스테인리스 강판.

5. 상기 1 또는 2 에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하기 위한 방법으로서,

상기 3 또는 4 에 기재된 Al 계 도금 스테인리스 강판에, 600 ℃ ∼ 1300 ℃ 의 온도역에서 1 분 이상 유지하는 열처리를 실시하는, 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 전기 저항률 및 내산화성이 우수하고, 또한, 판두께가 얇은 경우라도, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형이 적은 페라이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판은, 특히 고온에서의 내산화성이 우수하므로, 자동차 등의 배기 가스 정화 장치의 직전에 설치되는 배기 가스 승온 장치의 발열체나, 전기로나 전열 조리기의 발열체, 나아가서는, 촉매 담체, 스토브의 반사판, 굴뚝 부재 등으로서도 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명을, 이하의 실시형태에 기초하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 페라이트계 스테인리스 강판의 성분 조성에 대해 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 단위는 모두「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히「％」로 나타낸다.

C : 0.030 ％ 이하

C 함유량이 0.030 ％ 를 초과하면, 강판의 인성이 저하되어, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하기 위한 제조용 소재가 되는, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판 (이하, 간단히 도금 기판이라고도 한다) 의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, C 함유량은 0.030 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.020 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. C 함유량의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 C 는 비용의 증가를 초래하기 때문에, 0.002 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Si : 3.0 ％ 이하

Si 는, 페라이트계 스테인리스 강판의 전기 저항률을 높이는 기능이 있고, 질량％ 당의 전기 저항률의 향상 효과는, Al 과 거의 동등하다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. 그러나, Si 함유량이 3.0 ％ 를 초과하면, 강이 과도하게 경화되어, 강판을 소정의 부품 형상으로 가공하는 것이 곤란해진다. 따라서, Si 함유량은 3.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.0 ％ 이하이다.

Mn : 1.0 ％ 이하

Mn 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 강의 내산화성이 저하된다. 이 때문에, Mn 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.5 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.15 ％ 이하이다. 단, Mn 함유량을 0.01 ％ 미만으로 하고자 하면 정련이 곤란해지므로, Mn 함유량은 0.01 ％ 이상이 바람직하다.

P : 0.040 ％ 이하

P 함유량이 0.040 ％ 를 초과하면, 강의 인성 및 연성이 저하되어 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, P 함유량은 0.040 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.030 ％ 이하이다. P 함유량의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 P 는 비용의 증가를 초래하므로, 0.010 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

S : 0.010 ％ 이하

S 함유량이 0.010 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되어 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, S 함유량은 0.010 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.004 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이하이다. S 함유량의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 S 는 비용의 증가를 초래하므로, 0.0005 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％

Cr 은, 고온에서의 내산화성을 확보하는 데에 있어서 필요한 원소이다. 또, Al 및 Si 보다 효과는 작지만, 전기 저항률을 높이는 기능도 갖는다. 여기서, Cr 함유량이 11.0 ％ 미만에서는, 고온에서의 내산화성을 충분히 확보할 수 없다. 한편, Cr 함유량이 30.0 ％ 를 초과하면, 제조 과정에 있어서의 슬래브나 열연 강판의 인성이 저하되어, 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, Cr 함유량은 11.0 ∼ 30.0 ％ 로 한다. 바람직하게는 15.0 ％ 이상, 보다 바람직하게는 18.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 26.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 22.0 ％ 이하이다.

Al : 8.0 ∼ 20.0 ％

Al 은, 전기 저항률을 높이는 효과를 갖는다. 또, Al 은, 저항 발열체로서 사용될 때에 고온에서 Al₂O₃ 을 주성분으로 하는 산화 피막을 생성하여, 내산화성을 향상시키는 효과도 있다. 여기서, 원하는 높은 전기 저항률을 달성하기 위해서는, Al 함유량을 8.0 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Al 함유량이 20.0 ％ 를 초과하면, 강이 취화되어, 강판을 소정의 부품 형상으로 가공하는 것이 곤란해진다. 따라서, Al 함유량은 8.0 ∼ 20.0 ％ 로 한다. 바람직하게는 9.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 15.0 ％ 이하이다.

Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％

Ni 는, 저항 발열체를 제조할 때의 납땜성을 향상시키는 효과가 있다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, Ni 함유량은 0.05 ％ 이상으로 한다. 한편, Ni 는 오스테나이트 조직을 안정화시키는 원소이다. 그 때문에, Ni 함유량이 많아지는, 특히, 0.50 ％ 를 초과하면, 저항 발열체로서의 사용시에 오스테나이트 조직이 생성되기 쉬워진다. 즉, 저항 발열체로서의 사용시에, 고온에서의 산화가 진행되어 강 중의 Al 이 고갈되면, 오스테나이트 조직이 생성되기 쉬워진다. 오스테나이트 조직이 생성되면, 부품의 열팽창 계수가 변화되고, 결과적으로, 부품의 파단 등의 문제를 초래한다. 이 때문에, Ni 함유량은 0.50 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

N : 0.020 ％ 이하

N 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면, 인성이 저하되어 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, N 함유량은 0.020 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다. N 함유량의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 탈 N 은 비용의 증가를 초래하므로, 0.002 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및 Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％ 중에서 선택되는 적어도 1 종

Zr 및 Hf 는, Al 계 도금의 부착성 (이하, 간단히 도금 부착성이라고도 한다) 을 향상시키는 효과를 갖는다. 전술한 바와 같이, Al 계 도금을 실시할 때에는, 용융된 Al 또는 Al 합금 중에 도금 기판을 침지시키기 위해, 도금 기판의 침지 전에, 도금 기판의 판온을, 용융된 Al 또는 Al 합금의 온도와 동일한 정도인 650 ∼ 750 ℃ 정도까지 승온시키는 것이 필요하다. 그러나, 도금 기판이 Al 을 다량으로 함유하는 경우, 당해 승온시에, 도금 기판의 표면에 Al₂O₃ 피막이 생성되어, 도금 부착성을 저하시킨다. 이 점, Zr 및 Hf 는, 도금 기판에 다량의 Al 을 함유하는 경우라도, 상기 승온시의 Al₂O₃ 피막의 성장 속도를 저감시켜, 도금 부착성을 개선시키는 효과가 있다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, Zr 함유량 및 Hf 함유량은 각각 0.01 ％ 이상으로 한다. 그러나, Zr 함유량 및 Hf 함유량이 각각 0.20 ％ 를 초과하면, Fe 등과 금속간 화합물을 형성하여 인성을 저하시킨다.

따라서, Zr 및 Hf 의 함유량은 각각 0.01 ∼ 0.20 ％ 로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.15 ％ 이하이다.

또한, Zr 및 Hf 의 일방을 함유시켜도 되고, Zr 및 Hf 의 양방을 함유시켜도 된다. 단, Zr 및 Hf 의 양방을 함유시키는 경우에는, Zr 및 Hf 의 합계의 함유량을 0.20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

이상, 기본 성분에 대해 설명했지만, 상기의 기본 성분에 더하여, 추가로,

REM : 0.01 ∼ 0.20 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％, W : 0.01 ∼ 6.0 ％, B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및 Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 적절히 함유시킬 수 있다.

REM : 0.01 ∼ 0.20 ％

REM 이란, Sc, Y 및 란타노이드계 원소 (La, Ce, Pr, Nd, Sm 등 원자 번호 57 ∼ 71 까지의 원소) 를 말한다. REM 은, 저항 발열체로서 사용될 때에 고온에서 생성되는 Al₂O₃ 피막의 밀착성을 개선시키고, 산화가 반복하여 일어나는 환경하에 있어서, 당해 Al₂O₃ 피막의 내박리성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과는, REM 함유량 (상기한 Sc, Y 및 란타노이드계 원소의 합계 함유량) 이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, REM 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되어 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 따라서, REM 을 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.20 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.

또한, REM 으로서, 상기의 Sc, Y 및 란타노이드계 원소 중 1 종의 원소를 함유시켜도 되고, 2 종 이상의 원소를 동시에 함유시켜도 된다.

Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％

Cu 는, 강 중에 석출되어 고온 강도를 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라, 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, Cu 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면, 강의 인성이 저하된다. 따라서, Cu 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.10 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.03 ％ 이하이다.

Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％

Ti 는, 강 중의 C 나 N 과 결합하여 인성을 향상시키는 효과나, 내산화성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, Ti 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 저항 발열체로서 사용될 때에 고온에서 생성되는 Al₂O₃ 피막 중에, Ti 산화물이 다량으로 혼입되어, 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, Ti 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％

Nb 는, 강 중의 C 나 N 과 결합하여 인성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라, 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, Nb 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 저항 발열체로서 사용될 때에 고온에서 생성되는 Al₂O₃ 피막 중에, Nb 산화물이 다량으로 혼입되어, 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, Nb 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

V : 0.01 ∼ 0.50 ％

V 는, 강 중의 C 나 N 과 결합하여 인성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라, 0.01 ％ 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, V 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 저항 발열체로서 사용될 때에 고온에서 생성되는 Al₂O₃ 피막 중에, V 산화물이 다량으로 혼입되어, 고온에서의 내산화성이 저하된다. 따라서, V 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이다.

Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％

Mo 는, 고온에서의 강도를 증가시키고, 페라이트계 스테인리스 강판을 저항 발열체로서 사용할 때의 수명의 연장에 기여한다. 또, Mo 는, 고온에서의 강도를 증가시킴으로써, 확산 열처리시의 페라이트계 스테인리스 강판에 있어서의 휨이나 뒤틀림과 같은 변형을 억제하는 효과도 있다. 이들 효과는, Mo 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, Mo 함유량이 6.0 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Mo 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 6.0 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하이다.

W : 0.01 ∼ 6.0 ％

W 는, 고온에서의 강도를 증가시키고, 페라이트계 스테인리스 강판을 저항 발열체로서 사용할 때의 수명의 연장에 기여한다. 또, W 는, 고온에서의 강도를 증가시킴으로써, 확산 열처리시의 페라이트계 스테인리스 강판에 있어서의 휨이나 뒤틀림과 같은 변형을 억제하는 효과도 있다. 이들 효과는, W 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, W 함유량이 6.0 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 따라서, W 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.01 ∼ 6.0 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하이다.

또한, Mo 및 W 를 동시에 함유시키는 경우에는, 가공성의 저하를 방지하는 관점에서, Mo 및 W 의 합계 함유량을 6.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％

B 는, 강의 입계를 강화하여, 도금 기판의 제조 과정에 있어서의 열간 압연에서의 균열을 방지하는 효과가 있다. 이 효과는, B 함유량이 0.0001 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, B 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 내산화성이 저하된다. 따라서, B 를 함유시키는 경우, 그 함유량은 0.0001 ∼ 0.0050 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 0.0010 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.0040 ％ 이하이다.

Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％, Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％

적당량의 Ca 혹은 Mg 는, 저항 발열체로서 사용될 때에 형성되는 Al₂O₃ 피막의 강에 대한 밀착성의 향상과 성장 속도의 저감에 의해, 내산화성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과는, Ca 함유량이 0.0002 ％ 이상, Mg 함유량이 0.0002 ％ 이상에서 얻어진다. 보다 바람직하게는, Ca 함유량은 0.0005 ％ 이상, Mg 함유량은 0.0015 ％ 이상이다. 더욱 바람직하게는, Ca 함유량은 0.0010 ％ 이상이다. 그러나, 이들 원소를 과잉으로 첨가하면, 인성이나 내산화성이 저하된다. 따라서, Ca 및 Mg 을 함유시키는 경우, Ca 함유량 및 Mg 함유량은 모두 0.0100 ％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.0050 ％ 이하이다.

또한, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

또, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판의 판두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전열 조리기나 배기 가스 정화 장치의 직전에 탑재되는 배기 가스 승온 장치 등의 발열체에 사용하는 경우, 단면적을 작게 하고, 또한 표면적을 크게 하기 위해서, 200 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 하한에 대해서는, 강도를 확보하기 위해서 20 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기의 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하기 위한 제조용 소재가 되는, Al 계 도금 스테인리스 강판에 대해 설명한다.

먼저, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판에 대하여 설명한다.

Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판은, 질량％ 로,

C : 0.030 ％ 이하, Si : 1.0 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이하, P : 0.040 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％, Al : 2.5 ∼ 6.5 ％, Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및 N : 0.020 ％ 이하를 함유함과 함께,

Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및 Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％ 중에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고,

임의로, REM : 0.01 ∼ 0.20 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％, V : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％, W : 0.01 ∼ 6.0 ％, B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및 Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판이다.

이하, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 성분 조성에 대하여 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 단위는 모두「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히「％」로 나타낸다. 또, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 성분 조성에 있어서, Si 및 Al 이외의 원소의 함유량에 대해서는, 상기 서술한 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판과 동일하게 하면 되므로, 여기에서는 설명을 생략한다.

Si : 1.0 ％ 이하

Si 는, 페라이트계 스테인리스 강판의 전기 저항률을 높이는 기능이 있고, 질량％ 당의 전기 저항률의 향상 효과는, Al 과 거의 동등하다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Si 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 인성이 저하되어 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 따라서, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 Si 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.5 ％ 이하이다.

Al : 2.5 ∼ 6.5 ％

Al 함유량이 6.5 ％ 를 초과하면, 강의 인성이 저하되어, 도금 기판의 제조가 곤란해진다. 한편, 도금 기판의 Al 함유량이 2.5 ％ 미만이 되면, 최종 제품이 되는 페라이트계 스테인리스 강판의 Al 함유량을 8.0 ％ 이상으로 높이기 위해서, 확산 열처리에 의해, 도금 기판의 표면에 형성한 Al 계 도금으로부터, 보다 많은 Al 을, 도금 기판 중에 확산시킬 필요가 발생한다. 그러나, Al 의 확산량이 증가하면, 도금 기판인 페라이트계 스테인리스 강판의 밀도 변화량이 커져, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형을 발생시키게 한다. 이 점, 도금 기판의 Al 함유량을 2.5 ％ 이상으로 하면, Al 확산 전의 도금 기판 자체의 밀도가 저하되므로, 확산 열처리시에 발생하는 밀도의 불균일이 저감되고, 그 결과, 휨이나 뒤틀림과 같은 변형의 억제에 유효하게 기여한다. 따라서, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 Al 함유량은 2.5 ∼ 6.5 ％ 로 할 필요가 있다. 바람직하게는 4.0 ％ 이상, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 6.0 ％ 이하이다.

또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 판두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 판두께가 두꺼워지면 도금층을 두껍게 할 필요가 있어, 도금 처리에 있어서의 생산성이 저하된다. 이 때문에, 도금 기판의 판두께는 1.0 ㎜ 이하가 바람직하다. 또, 하한에 대해서는, 도금 처리시의 강도를 확보하기 위해서 30 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다.

특히, 후술하는 Al 도금 처리 후의 추가적인 압연 가공을 실시하는 경우, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 적합 판두께는 200 ㎛ ∼ 1.0 ㎜ 이다. 보다 바람직하게는, 200 ∼ 500 ㎛ 이다.

또, 후술하는 추가적인 압연 가공을 실시하지 않는 경우, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 적합 판두께는 20 ∼ 200 ㎛ 이다. 보다 바람직하게는 150 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 이하이다. 또, 보다 바람직하게는 30 ㎛ 이상이다.

다음으로, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 표면에 형성하는 Al 계 도금층에 대해 설명한다.

Al 계 도금층이란, Al 도금 또는 Al-Si 합금 도금에 의해 형성되는 도금층이다.

여기서, Al 도금 (욕) 의 성분 조성은, Al 및 불가피적 불순물이고, Al-Si 합금 도금 (욕) 의 성분 조성은, Al, 15.0 질량％ 이하의 Si, 및 불가피적 불순물이다.

또한, Al-Si 합금 도금 (욕) 에 포함되는 Si 는, 도금 처리시에 Al 계 도금층과 도금 기판의 계면에 있어서의 Fe-Al 계 금속간 화합물상의 생성을 억제하여, Al 계 도금층의 내박리성이나 가공성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또, Si 는, Al 과 마찬가지로, 페라이트계 스테인리스 강판의 전기 저항률의 향상에 기여하는 원소이고, Al 계 도금층에 포함되는 Si 는, Al 과 마찬가지로, 소정의 열처리에 의해, 도금 기판 중에 확산된다. 그러나, Al 계 도금층의 Si 함유량이 15.0 질량％ 를 초과하면, Al 계 도금층 중에 기둥상의 Si 가 석출되어, 내박리성이나 가공성이 저하된다. 이 때문에, Al-Si 합금 도금 (욕) 의 Si 함유량은, 15.0 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Al-Si 합금 도금 (욕) 의 Si 함유량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1.0 질량％ 로 하는 것이 바람직하다.

또, Al 도금 (욕) 및 Al-Si 합금 도금 (욕) 의 불가피적 불순물로는, 예를 들어, B, Be, Mg, Ca, Sr, Ti, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Bi, La, Ce 등을 들 수 있고, 그 합계량은 1 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, Al 계 도금층의 성분 조성은, Al 도금 (욕) 및 Al-Si 합금 도금 (욕) 의 성분 조성과 반드시 일치하는 것은 아니다.

즉, Al 계 도금층에는, 도금 처리 중에 있어서의 도금욕과 도금 기판의 반응에 의해, 도금욕 중에 취입되는 도금 기판 성분이나, 도금욕 중의 불가피적 불순물 등도 포함되게 된다. Al 계 도금층에 취입되는 도금 기판 성분으로는, 예를 들어, Fe 나 Cr 을 들 수 있다. 또, Al-Si 합금 도금 (욕) 의 경우에는, Si 도, Al 계 도금층에 취입된다.

예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 상기의 도금 기판을 사용하여, 후술하는 도금 처리 방법에 의해, 상기의 Al 도금 (욕) 또는 Al-Si 합금 도금 (욕) 에서 Al 계 도금층을 형성하는 경우, 당해 Al 계 도금층은, 80 질량％ 이상의 Al 과, 합계로 20 질량％ 이하의 잔부 (예를 들어, Si, Fe, Cr 및/또는 불가피적 불순물) 로 구성된다. 또한, Al 계 도금층에 포함되는 불가피적 불순물 (Al, Si, Fe 및 Cr 이외의 성분) 의 합계량은, 바람직하게는 1 질량％ 이하이다.

또, 후술하는 열처리 (확산 열처리) 에 의해, Al 계 도금층에 포함되는 Al 을, 도금 기판에 충분히 확산시키려면, 도금 기판의 판두께 및 Al 함유량, 그리고, Al 계 도금층의 두께에 대하여, 다음 식 (1) 의 관계를 만족시키는 것이 중요하다.

8.0 ≤ C_Al ＋ 30 × t/T ≤ 20.0 … (1)

여기서,

C_Al : 도금 기판의 Al 함유량 (질량％)

T : 도금 기판의 판두께 (㎛)

이다.

즉, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판은,

소정의 성분 조성으로 한 페라이트계 스테인리스 강판, 구체적으로는, Al 함유량을 2.5 ∼ 6.5 질량％ 의 범위로 하고, 또한, Zr 및 Hf 중에서 선택되는 적어도 1 종을 적정량 함유시킨 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판을, 도금 기판으로 하는, Al 계 도금 스테인리스 강판에, 확산 열처리를 실시함으로써,

도금 기판 중에 Al 을 확산시켜, Al 함유량을 8.0 질량％ 이상으로 높인 점에 특징이 있다.

또, 발명자들은, 여러 가지의 도금 기판의 판두께 및 Al 함유량, 그리고, 여러 가지의 Al 도금 또는 Al-Si 합금 도금을 사용하여 얻은 여러 가지의 Al 계 도금층의 두께가 되는 Al 계 도금 스테인리스 강판을 제조하고, 확산 열처리에 의해 증가하는 Al 량에 대해 검토를 거듭하였다. 그 결과, 확산 열처리에 의해 증가하는 Al 량은, 도금 기판의 판두께, 및, Al 계 도금층의 두께를 사용하여, 30 × t/T 에 의해 예측할 수 있는 것을 알 수 있었다.

그 때문에, 최종 제품이 되는 페라이트계 스테인리스 강판의 Al 함유량을 적정 범위로 제어하는 관점에서, Al 계 도금 스테인리스 강판에 있어서의 도금 기판의 판두께 및 Al 함유량, 그리고, Al 계 도금층의 두께에 대해서는, 상기 게재한 식 (1) 의 관계를 만족시키는 것으로 한다. C_Al ＋ 30 × t/T 의 값은, 바람직하게는 9.0 이상이다. 또, C_Al ＋ 30 × t/T 의 값은, 바람직하게는 15.0 이하이다.

여기서, Al 계 도금층의 두께는, 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의한 단면 관찰에 의해 측정한다.

즉, Al 계 도금 스테인리스 강판으로부터 자른 임의의 9 개의 시험편에 대하여, 압연 방향 단면을 경면 연마하고, 그 단면을 SEM 에 의해 1000 배로 관찰한다. 그리고, Al 계 도금층과 도금 기판의 계면으로부터 Al 계 도금층의 표면까지의 거리를, 편면당의 도금층의 두께로 하여, 그 값을, 시험편의 압연 방향 전체 길이에 걸쳐 1 ㎜ 간격으로 측정한다. 도금 기판의 양면에 Al 계 도금층을 갖는 경우에는, 이 측정을, Al 계 도금 스테인리스 강판의 양면에서 실시하여, 도금 기판 양면의 Al 계 도금층의 합계 두께를 구한다. 그리고, 이들 측정값의 (산술) 평균값을, Al 계 도금층의 두께로 한다.

또한, Al 계 도금 스테인리스 강판의 Al 계 도금층은, 도금 기판의 편면에만 형성해도 되고, 또, 양면에 형성해도 된다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판의 적합한 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판은, 상기의 Al 계 도금 스테인리스 강판에, 600 ℃ ∼ 1300 ℃ 의 온도역에서 1 분 이상 유지하는 열처리 (확산 열처리) 를 실시함으로써, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판 중에 Al 계 도금층에 함유되는 Al 을 확산시켜, 도금 기판 중의 Al 함유량을 8.0 ％ 이상으로 높임으로써 제조된다.

또한, 확산시키는 Al 을 균질화시키는 관점에서는, 900 ℃ ∼ 1200 ℃ 의 온도역에서 10 분 이상 유지하는 것이 바람직하다. 유지 시간의 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 생산성 등의 관점에서 120 분 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 열처리의 분위기는, 대기 중이어도 문제없지만, 산화에 의한 Al 의 소비를 저감시키기 위해서, 1 × 10^-1 Pa 이하의 진공 중, Ar 등의 불활성 분위기 중, N₂ 분위기나, H₂ 와 N₂ 의 혼합 분위기 중 등의 비산화성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다.

또한 상기의 열처리를 실시하기 전에, 후술하는 바와 같이 하여 제조한 Al 계 도금 스테인리스 강판에, 추가적인 압연 가공을 실시하여, 판두께를 얇게 해도 된다. 특히, 판두께가 얇은 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하는 경우, 도금 기판 단계에서 최종 판두께까지 압연하면, 도금 처리의 효율이 저하되므로, 도금 처리 후에, 추가적인 압연 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같은 추가적인 압연 가공을 실시하는 경우라도, 확산 열처리에 의해 증가하는 Al 량은, 압연 가공 전의 도금 기판의 판두께를 T, 및, 압연 가공 전의 Al 계 도금층의 두께를 t 로 하여, 30 × t/T 에 의해 예측할 수 있다.

또한, 이 열처리는, 강판을 최종적인 부품으로 가공하기 전에 실시해도 되고, 저항 발열체 등의 소정 형상으로 가공한 후에 실시해도 된다.

또, 저항 발열체 등의 부재의 제조 과정에 고온에서의 납땜 처리가 실시되는 경우나, 부재의 사용 온도가 900 ℃ 를 초과하는 경우 등은, 이들의 승온을 상기의 열처리 (확산 열처리) 의 대용으로 해도 된다. 이 경우, 후술하는 바와 같이 하여 제조한 Al 계 도금 스테인리스 강판에, 별도의 열처리를 실시해도 된다. 이 별도의 열처리는, 예를 들어, 추가적인 압연 가공을 실시하는 경우에는 당해 추가적인 압연 가공을 실시하기 전에, 또, 추가적인 압연 가공을 실시하지 않고 소정 형상으로의 가공을 실시하는 경우에는 당해 가공의 전에, 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 별도의 열처리는, 600 ℃ ∼ 1300 ℃ 의 온도역에서 1 분 이상 유지한다는 조건을 만족하지 않는 조건의 열처리 (예를 들어, 300 ℃ 이상 600 ℃ 미만의 온도역에서, 1 초 ∼ 10 분 유지하는 조건이나 600 ℃ ∼ 1300 ℃ 에서 1 초 이상 1 분 미만 유지하는 열처리) 이다.

또, 상기의 Al 계 도금 스테인리스 강판은, 예를 들어, 이하와 같이 하여 제조하는 것이 가능하다.

즉, 상기의 성분 조성 (Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 기판의 성분 조성) 을 갖는 용강을, 전로, 전기로, 진공 용해로 등의 공지된 방법으로 용제하고, 연속 주조법 또는 조괴-분괴법에 의해 슬래브로 한다.

이어서, 이 슬래브에 압연 가공을 실시하여, 도금 기판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판으로 한다.

압연 가공 방법은 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따르면 된다. 예를 들어, 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 그 열연 강판에, 냉간 압연과 냉연판 어닐링을 실시하는 방법이나, 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 그 열연 강판에 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연을 실시하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 열연판 어닐링 및 냉연판 어닐링은 임의의 공정으로, 양방을 실시해도 되고, 일방만을 실시해도 되며, 양방을 실시하지 않아도 된다. 또, 열간 압연, 열연판 어닐링, 냉간 압연 및 냉연판 어닐링의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따르면 된다.

예를 들어, 슬래브를 1100 ∼ 1250 ℃ 에서 1 ∼ 24 시간 가열한 후, 열간 압연에 의해 판두께 : 2.0 ∼ 6.0 ㎜ 정도의 열연 강판으로 하고, 그 후, 필요에 따라, 산세나 기계 연마에 의해 탈스케일을 실시하고, 추가로 냉간 압연 및 냉연판 어닐링을 실시하여, 도금 기판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판을 얻는다.

이어서, 도금 기판이 되는 페라이트계 스테인리스 강판에, Al 계 도금을 실시하여, Al 계 도금 스테인리스 강판으로 한다. 도금 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 연속식 용융 도금 설비에 있어서 제조를 실시하는 방법 등을 채용하면 된다. 또, 샌지밀법, 플럭스법, 프리 도금법 등도 적용 가능하다.

또, Al 계 도금의 도금욕의 온도 (이하, 욕온이라고도 한다) 에 대해서는, (응고 개시 온도 ＋ 20 ℃) ∼ 750 ℃ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 욕온의 적합 하한을 (응고 개시 온도 ＋ 20 ℃) 로 한 것은, 도금욕의 국소적인 욕온 저하에서 기인된 도금 성분의 국소적 응고를 방지하기 위해서이다. 또, 욕온이 750 ℃ 를 초과하면, 도금 기판 표면에 부착된 도금의 급속 냉각이 어려워져, 새깅라고 불리는 외관 불량의 발생을 초래한다. 이 때문에, 욕온의 적합 상한은, 750 ℃ 로 하였다.

이에 더하여, 도금욕 중의 침지 시간은, 도금 기판의 표면에 충분한 양의 도금층을 형성하는 관점에서, 0.5 초 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도금욕으로는, 전술한 Al 도금 및 Al-Si 합금 도금을 사용하면 된다. 또, Al 계 도금층의 두께는, 예를 들어, N₂ 가스 와이핑에 의해 조정하면 된다.

또한, 탈지 등의 전처리의 조건은 특별히 한정은 되지 않고, 통상적인 방법에 따르면 된다.

이에 더하여, 도금욕에 침입할 때의 도금 기판의 온도 (판온) 에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 연속식 용융 도금 설비를 사용하는 경우, 조업에 있어서의 도금 특성의 확보나 욕온의 변화를 방지하는 점으로부터, 도금욕의 온도의 ± 20 ℃ 이내로 제어하는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 도금욕으로의 침지 전의 도금 기판의 승온 조건도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 승온시에 Al₂O₃ 피막이 생성되는 것을 최대한 억제하기 위해서, H₂ 와 N₂ 의 혼합 분위기 등의 환원성 가스 분위기로 하고, 또한, 노점을 -15 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

실시예

50 ㎏ 소형 진공 용해로에 의해 용제한 표 1 에 나타내는 성분 조성이 되는 슬래브 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 를, 1200 ℃ 로 가열 후, 900 ∼ 1200 ℃ 의 온도역에서 열간 압연하여 판두께 : 2.0 ㎜ 의 열연 강판으로 하였다. 또한, 표 1 중의 강 기호 O 에서는, 열간 압연시에 균열이 발생했기 때문에, 이후의 평가를 실시하지 않았다. 이어서, 얻어진 열연 강판을, 대기 중, 900 ℃, 1 분간의 조건에서 열연판 어닐링하고, 산세에 의해 표면 스케일을 제거한 후, 냉간 압연하여 표 2 의 판두께 T 의 냉연 강판 (페라이트계 스테인리스 강판) 으로 하였다. 또한, 일부의 냉연 강판 (후술하는 도금 처리 후에 추가적인 압연 가공을 실시하는 강판) 에서는, 추가로 H₂ 와 N₂ 의 혼합 분위기 (체적비로, H₂ : N₂ = 75 : 25) 에 있어서, 900 ℃ 에서 20 초 유지하는 냉연판 어닐링을 실시하였다.

이렇게 하여 얻어진 냉연 강판을 도금 기판으로 하고, 용융 도금법에 의해 도금 처리를 실시하여, Al 계 도금 스테인리스 강판을 얻었다.

구체적으로는, 상기의 냉연 강판으로부터 자른, 길이 (압연 방향) : 170 ㎜, 폭 : 70 ㎜ 의 강판을 도금 기판으로 하여, 이 도금 기판을 승온시키고, H₂ 와 N₂ 의 혼합 분위기 (체적비로 H₂ : N₂ = 90 : 10, 노점 : -30 ℃) 에 있어서 700 ℃, 20 초간 유지하고, 그 직후, 이 도금 기판을 700 ℃ 의 Al 도금욕 중, 또는, 660 ℃ 의 Al-8 질량％ Si 도금욕 중에 5 초간 침지시키는 용융 도금 처리를 실시하여, Al 계 도금 스테인리스 강판을 얻었다.

또한, 도금 기판에 있어서의 도금 영역은, 길이 (압연 방향) : 100 ㎜, 폭 : 70 ㎜ 의 영역으로 하였다. 또, Al 계 도금층의 두께의 조정은, N₂ 가스 와이핑에 의해 실시하였다.

이렇게 하여 얻어진 Al 계 도금 스테인리스 강판의 Al 계 도금층의 두께를, 이하와 같이 하여 측정하였다.

즉, Al 계 도금 스테인리스 강판의 도금 영역 (길이 : 100 ㎜, 폭 : 70 ㎜) 을 자르고, 또한 각 단부로부터 10 ㎜ 의 영역을 잘라 내어, 길이 : 80 ㎜, 폭 : 50 ㎜ 의 시험편을 제조하였다. 이어서, 이 시험편을, 길이 방향으로 3 분할, 폭 방향으로 3 분할하고, 또한 분할한 시험편의 중심부로부터 각각, 길이 : 15 ㎜, 폭 : 10 ㎜ 의 소편을 잘라, 9 개의 단면 관찰용 시험편을 얻었다.

이어서, 단면 관찰용 시험편의 길이 방향 (압연 방향) 단면이 노출되도록 수지에 매립하고, 당해 길이 방향 단면의 경면 연마를 실시하고, 배율 1000 배로 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의한 단면 관찰을 실시하여, 편면당의 도금층의 두께 (Al 계 도금층과 도금 기판의 계면으로부터 Al 계 도금층의 표면까지의 거리) 를 단면 관찰용 시험편의 압연 방향 전체 길이에 걸쳐 1 ㎜ 간격으로 측정하였다. 이 측정을, 단면 관찰용 시험편의 양면에서 실시하여, Al 계 도금층의 합계 두께를 산출하고, 이들 산술 평균값을, Al 계 도금층의 두께로 하였다. 측정한 Al 계 도금 스테인리스 강판의 Al 계 도금층의 두께를, 표 2 에 병기한다.

또, 상기와 같이 하여 얻은 Al 계 도금 스테인리스 강판에 각각, 열처리 (확산 열처리) 를 실시하여, 최종 제품이 되는 페라이트계 스테인리스 강판 (이하, 특별한 주기 (注記) 가 없는 경우에는,「페라이트계 스테인리스 강판」이라는 표기는,「최종 제품이 되는 페라이트계 스테인리스 강판」을 의미한다) 을 얻었다.

또한, 이 열처리는 모두, 1 × 10^-1 Pa 이하의 진공 중에 있어서, 1100 ℃ 에서 30 분 유지하고, 그대로 노랭함으로써 실시하였다.

또, 일부의 Al 계 도금 스테인리스 강판에 대해서는, 상기의 열처리 (확산 열처리) 를 실시하기 전에, 추가적인 냉간 압연 가공을 실시하여, 표 2 에 나타내는 판두께로 하였다 (또한, 추가적인 압연 가공을 실시하지 않는 경우에는, 표 2 중의「추가적인 압연 가공 후의 Al 계 도금 스테인리스 강판의 판두께」의 란에, Al 계 도금 스테인리스 강판의 전체 두께 (도금 기판의 판두께 ＋ Al 계 도금층의 두께) 를 기재하고 있다).

이렇게 하여 얻어진 페라이트계 스테인리스 강판의 성분 조성을, 당해 페라이트계 스테인리스 강판의 일부로부터 절분 (切粉) 을 채취하고, 습식 분석을 실시함으로써 측정하였다. 측정 결과를 표 3 에 병기한다. 또한, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

또, 얻어진 페라이트계 스테인리스 강판, 및, Al 계 도금 스테인리스 강판을 사용하여, 이하의 요령으로, (1) 도금 부착성, (2) 열처리에 의한 변형, (3) 가공성, (4) 전기 저항률, 및 (5) 내산화성을 평가하였다. 평가 결과를 표 4 에 나타낸다.

(1) 도금 부착성

Al 계 도금 스테인리스 강판 (추가적인 압연 가공을 실시하는 경우에는, 추가적인 압연 가공을 실시하기 전의 Al 계 도금 스테인리스 강판) 의 도금 영역 (길이 : 100 ㎜, 폭 : 70 ㎜) 을 자르고, 또한 각 단부로부터 10 ㎜ 의 영역을 잘라 내어, 길이 : 80 ㎜, 폭 : 50 ㎜ 의 시험편을 제조하였다. 또한, 동일한 시험편을, 동일한 순서로 각각 5 장 제조하였다.

이어서, 각 시험편의 표면 (도금을 실시한 면) 을 사진 촬영하고, 육안으로 시험편과 대비하면서, 촬영한 사진에 있어서의 불도금부를 착색하였다. 이어서, 당해 사진을 사용하여, 화상 처리에 의해 불도금부 (착색한 영역) 의 면적률 (= [불도금부의 면적 (㎟)]/[시험편의 도금 영역의 면적 (㎟)] × 100) 을 구하였다.

그리고, 5 장의 시험편의 불도금부의 면적률이 평균으로 1 ％ 미만이면 ○ (양호), 1 ％ 이상이면 × (불량) 로서 평가하였다.

(2) 열처리시의 변형

열처리시의 변형 (휨이나 뒤틀림에 의한 변형) 은, 이하와 같이 하여 평가하였다.

즉, 열처리 전의 Al 계 도금 스테인리스 강판 (추가적인 압연 가공을 실시하는 경우에는, 추가적인 압연 가공을 실시한 후의 Al 계 도금 스테인리스 강판) 으로부터, 길이 (압연 방향) : 30 ㎜, 폭 : 10 ㎜ 의 시험편을 3 장 자르고, 이들 시험편에, 확산 열처리를 모의한 열처리 (1.0 × 10^-1 Pa 이하의 진공 중에 있어서, 1100 ℃ 에서 30 분 유지하고, 그대로 노랭하는 열처리) 를 실시하였다.

이어서, 열처리 후의 각 시험편의 폭 방향 중앙에서의 길이를 측정하고, 다음 식에 의해, 형상 변화량을 구하였다.

[형상 변화량 (％)] = ([열처리 후의 시험편의 길이 (㎜)] - [열처리 전의 시험편의 길이 (㎜)])/[열처리 전의 시험편의 길이 (㎜)] × 100

그리고, 3 장의 시험편의 형상 변화량의 (산술) 평균값을 산출하고, 형상 변화량이 ± 5 ％ 이하이면 ○ (양호), ± 5 ％ 초과이면 × (불량) 로서 평가하였다.

(3) 가공성

가공성은, 상기의 페라이트계 스테인리스 강판에, 자동차의 배기 가스 정화 장치에 사용하는 금속용 발열체에서 일반적으로 실시되는 웨이브 부여 가공을 실시하여 평가하였다.

즉, 최대 굽힘 반경 : 0.5 ㎜, 웨이브 피치 : 2.0 ㎜, 웨이브 높이 : 2.0 ㎜ 의 기어상 롤 2 개의 사이를 통과시킴으로써, 상기의 페라이트계 스테인리스 강판 (길이 : 80 ㎜, 폭 : 50 ㎜) 에 웨이브 부여 가공을 실시하였다. 그리고, 파단이나 크랙이 발생하지 않고 가공할 수 있었던 경우를 ○ (양호), 파단이나 크랙이 발생한 경우를 × (불량) 로 하여 평가하였다.

(4) 전기 저항률

전기 저항률은, JIS C 2525 에 규정되는 4 단자법으로 측정하였다.

즉, 상기의 페라이트계 스테인리스 강판으로부터 10 ㎜ × 80 ㎜ 의 시험편을 각 5 장 잘라, 체적 저항률을 측정하였다. 그리고, 이들 평균값을, 당해 페라이트계 스테인리스 강판의 체적 저항률로 하여, 이하의 기준으로 평가하였다.

◎ (합격, 매우 우수) : 체적 저항률이 170 μΩ·㎝ 초과

○ (합격, 우수) : 체적 저항률이 142 μΩ·㎝ 초과 170 μΩ·㎝ 이하

× (불합격, 불량) : 체적 저항률이 142 μΩ·㎝ 이하

(5) 내산화성

내산화성은, 고온의 대기 중에서 유지하는 산화 시험에 의해 평가하였다. 즉, 상기의 페라이트계 스테인리스 강판으로부터 폭 : 20 ㎜ × 길이 (압연 방향) : 30 ㎜ 의 시험편을 2 장 채취하고, 대기 분위기 중, 1100 ℃ 에서 400 시간 산화시키는 처리를 실시하고, 처리 전후에서의 산화 증량 (산화 처리 전후에서의 시험편의 질량 변화량을, 산화 처리 전의 시험편의 표면적으로 나눈 값) 을 측정하였다. 그리고, 각 시험편의 산화 증량의 평균값을, 당해 페라이트계 스테인리스 강판의 산화 증량으로 하여, 이하의 기준으로 평가하였다.

◎ (합격, 매우 우수) : 산화 증량이 8.0 g/㎡ 이하

○ (합격, 우수) : 산화 증량이 8.0 g/㎡ 초과 12.0 g/㎡ 이하

× (불합격, 불량) : 산화 증량이 12.0 g/㎡ 초과 또는 피막 박리 발생

표 4 로부터, 발명예에서는 모두, 도금 부착성이 양호하고, 열처리에 의한 변형이 적고, 또, 가공성이나 전기 저항률, 내산화성도 우수하였다.

한편, 비교예에서는 모두, 열간 압연시에 균열이 발생하여 시험편을 제조할 수 없거나, 또는, 도금 부착성, 열처리시의 변형, 가공성, 전기 저항률 및 내산화성 중 적어도 1 개가 충분하다고는 말할 수 없었다.

또한, No.3, No.7 및 No.13 에 대해서는, 충분한 가공성이 얻어지지 않았으므로, (4) 전기 저항률 및 (5) 내산화성의 평가는 생략하였다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.030 ％ 이하,
Si : 3.0 ％ 이하,
Mn : 1.0 ％ 이하,
P : 0.040 ％ 이하,
S : 0.010 ％ 이하,
Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％,
Al : 8.0 ∼ 20.0 ％,
Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및
N : 0.020 ％ 이하
를 함유함과 함께,
Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및
Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％
중에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 페라이트계 스테인리스 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로,
REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,
W : 0.01 ∼ 6.0 ％,
B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 페라이트계 스테인리스 강판.
도금 기판과, 그 도금 기판의 표면의 Al 계 도금층을 갖는, Al 계 도금 스테인리스 강판으로서,
상기 도금 기판은, 질량％ 로,
C : 0.030 ％ 이하,
Si : 1.0 ％ 이하,
Mn : 1.0 ％ 이하,
P : 0.040 ％ 이하,
S : 0.010 ％ 이하,
Cr : 11.0 ∼ 30.0 ％,
Al : 2.5 ∼ 6.5 ％,
Ni : 0.05 ∼ 0.50 ％ 및
N : 0.020 ％ 이하
를 함유함과 함께,
Zr : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및
Hf : 0.01 ∼ 0.20 ％
중에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강판이고,
또, 상기 도금 기판의 판두께 및 Al 함유량, 그리고, 상기 Al 계 도금층의 두께가, 다음 식 (1) 의 관계를 만족하는, Al 계 도금 스테인리스 강판.
8.0 ≤ C_Al ＋ 30 × t/T ≤ 20.0 … (1)
여기서,
C_Al : 도금 기판의 Al 함유량 (질량％)
T : 도금 기판의 판두께 (㎛)
t : Al 계 도금층의 두께 (도금 기판의 양면에 Al 계 도금층을 갖는 경우, 도금 기판 양면의 Al 계 도금층의 합계 두께) (㎛)
이다.
제 3 항에 있어서,
상기 도금 기판의 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로,
REM : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Cu : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Ti : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Nb : 0.01 ∼ 0.50 ％,
V : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Mo : 0.01 ∼ 6.0 ％,
W : 0.01 ∼ 6.0 ％,
B : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
Ca : 0.0002 ∼ 0.0100 ％ 및
Mg : 0.0002 ∼ 0.0100 ％
중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, Al 계 도금 스테인리스 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하기 위한 방법으로서,
제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 Al 계 도금 스테인리스 강판에, 600 ℃ ∼ 1300 ℃ 의 온도역에서 1 분 이상 유지하는 열처리를 실시하는, 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.