特許 6023318 耐食性及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6023318

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】耐食性及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20161027BHJP

   C22C 38/18 20060101ALI20161027BHJP

   C22C 38/28 20060101ALI20161027BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 302Z

   C22C38/18

   C22C38/28

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-517161(P2015-517161)

(86)(22)【出願日】2012年12月27日

(65)【公表番号】特表2015-521693(P2015-521693A)

(43)【公表日】2015年7月30日

(86)【国際出願番号】KR2012011629

(87)【国際公開番号】WO2014003271

(87)【国際公開日】20140103

【審査請求日】2014年12月16日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0070127

(32)【優先日】2012年6月28日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】592000691

【氏名又は名称】ポスコ

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＳＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】カン、 ヒュン グ

(72)【発明者】

【氏名】キム、 サン ソク

(72)【発明者】

【氏名】パク、 ジ エン

(72)【発明者】

【氏名】パク、 ミ ナム

(72)【発明者】

【氏名】ソ、 ボ スン

【審査官】 相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３３２５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６３９０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重量％で、Ｃｒ：１２.５％ないし１４.５％、Ｃ： ０.０１％ないし０.０５％、Ｎ：０.０１％ないし０.０５％、Ｓｉ：１.０％ないし２.０％、Ｍｎ：０.１％ないし０.６％、Ｐ：０.０３５％以下、Ｓ：０.０１％以下、残りがＦｅ、及び不純物からなり、下記の［式１］ないし［式３］を満足することを特徴とする耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。
［式１］０.４５≦１０*Ｓｉ／Ｃｒ≦１.７
［式２］０.０３≦[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）≦０.０７
［式３］２５≦γｍａｘ（％）≦５５
（ここで、γｍａｘ（％）=４２０Ｃ（ｗｔ％）+４７０Ｎ（ｗｔ％）+２３Ｎi（ｗｔ％）+９Ｃu（ｗｔ％）+１０Ｍｎ（ｗｔ％）+１８０-１１.５Ｃｒ（ｗｔ％）-１１.５Ｓｉ（ｗｔ％）-１２Ｍｏ（ｗｔ％）-５２Ａｌ（ｗｔ％））。

【請求項2】

重量％で、Ｃ：０.０３１％ないし０.０３９％、Ｎ：０.０１％ないし０.０２５％であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。

【請求項3】

重量％で、Ｔｉ：０.０１％ないし０.２０％、及びＡｌ：０.０１％ないし０.１５％の中から１種または２種をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。

【請求項4】

前記フェライト系ステンレス鋼は、前記フェライト系ステンレス鋼の表面から深さ方向にＣｒの含量が、前記フェライト系ステンレス鋼に含まれた全体平均Ｃｒ含量の５０％以下の不動態皮膜層を備え、
前記不動態皮膜層は、Ｃｒ原子、及びＳｉ原子を含むが、前記Ｓｉ原子がＣｒ原子よりも多く備えられる原子層であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。

【請求項5】

前記不動態皮膜層でＳｉ／Ｃｒ原子パーセント比が４以上であることを特徴とする請求項４に記載の耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。

【請求項6】

２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が、８.５以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。

【請求項7】

０．１３[Ｓｉ]+８.６８[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が、０.７５以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性、及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐食性及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼に関し、より詳細には、高価なクロムの含量を低減しながら、シリコン及び炭素などの成分を制御し、耐食性及び耐リッジング性の特性を向上させたフェライト系ステンレス鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて価格が低廉であり、熱膨張率が低く、表面光沢、成形性及び耐酸化性が良好であるため、耐熱機具、シンク天板、外装材、家電製品、電子部品などに広く使用されている。

【0003】

一方、フェライト系ステンレス鋼は、熱間圧延工程、熱間圧延したコイルの表面スケールを除去し、材料内部の応力を除去する焼鈍酸洗工程、冷間圧延及び焼鈍工程によって製造されるが、前記フェライト系ステンレス鋼をシンクなどの厨房機器や部品に使用する場合には、孔食やサビの発生などの腐食による表面品質の低下が発生するという問題を有している。したがって、フェライト系ステンレス鋼の品質低下を防止するために、通常クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、タングステンＷ等の高価な元素を添加して、前記フェライト系ステンレス鋼の耐孔食性及び耐塩害腐食性を改善させる。ところが、前述した方法は、フェライト系ステンレス鋼の単価上昇を招くと共に、フェライト系ステンレス鋼が高合金化されて成形性を低下させる原因となる。

【0004】

フェライト系ステンレス鋼である４３０鋼は、１６ｗｔ％以上のクロムＣｒを含有した１６Ｃｒ鋼で、家庭用洋食器、及び家電製品の部品用として広く使用されている。最近では、洗濯機のボディーと装飾管用チューブなどに適用されている４３０鋼を代替することができる低コスト鋼種の開発が持続的に求められている。したがって、クロムの含量を低減しながらも、通常の１６Ｃｒ鋼（４３０鋼）に比べて劣らない物性を有するクロム低減型フェライト系ステンレス鋼についての研究が多様に進められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上述した問題を解決するために案出されたもので、その目的は、耐食性、耐リッジング性、成形性に優れた低クロムフェライト系ステンレス鋼を提供することである。

【0006】

また、本発明の他の目的は、クロム、及びシリコンの含量を制御して生産単価を低減した低クロムフェライト系ステンレス鋼を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明は、重量％で、Ｃｒ：１０.０％ないし１５.０％、Ｃ：０.０１％ないし０.０５％、Ｎ：０.０１％ないし０.０５％、Ｓｉ：０.７％ないし２.０％、Ｍｎ：０.０１％ないし２.０％、Ｐ：０.０３５％以下、Ｓ：０.０１％以下、残りのＦｅ、及び不純物を含み、下記の式１ないし式３を満足する耐食性及び耐リッジング性が向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼を包含する。

【0008】

［式１］０.４５≦１０*Ｓｉ／Ｃｒ≦１.７
［式２］０.０３≦[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）≦０.０７
［式３］２５≦γ_ｍａｘ（％）≦５５
（ここで、γ_ｍａｘ（％）=４２０Ｃ（ｗｔ％）+４７０Ｎ（ｗｔ％）+２３Ｎi（ｗｔ％）+９Ｃu（ｗｔ％）+１０Ｍｎ（ｗｔ％）+１８０-１１.５Ｃｒ（ｗｔ％）-１１.５Ｓｉ（ｗｔ％）-１２Ｍｏ（ｗｔ％）-５２Ａｌ（ｗｔ％））。

【0009】

また、前記耐食性及び耐リッジング性の向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃｒ：１２.５％ないし１４.５％、Ｃ：０.０３１％ないし０.０３９％、Ｎ：０.０１％ないし０.０２５％、Ｓｉ：１.０％ないし２.０％、Ｍｎ：０.１％ないし０.６％でありえる。

【0010】

また、重量％で、Ｔｉ：０.０１％ないし０.２０％、及びＡｌ：０.０１％ないし０.１５％の中から１種または２種をさらに含有することができる。

【0011】

また、前記フェライト系ステンレス鋼は、前記フェライト系ステンレス鋼の表面から深さ方向にＣｒの含量が、前記フェライト系ステンレス鋼に含まれた全体平均Ｃｒ含量の５０％以下の不動態皮膜層を備え、前記不動態皮膜層は、Ｃｒ原子、及びＳｉ原子を含むが、前記Ｓｉ原子がＣｒ原子よりも多く備えられる原子層を含むことができる。

【0012】

また、前記不動態皮膜層でＳｉ／Ｃｒ原子比（Ａｔｏｍｉｃ Ｒａｔｉｏ）が４以上でありえる。

【0013】

また、２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が、８.５以下でありえる。

【0014】

また、０.１３[Ｓｉ]+８.６８[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が、０.７５以下でありえる。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によると、耐食性、耐リッジング性、成形性に優れた低クロムフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。また、本発明によれば、クロム、及びシリコンの含量を制御して生産単価を低減した低クロムフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】本発明の実施例によるフェライト系ステンレス鋼の不動態皮膜層の成分を示した図である。

【図1B】本発明の実施例によるフェライト系ステンレス鋼の深さに応じた成分の濃度を示したグラフである。

【図2】通常のフェライト系ステンレス鋼の深さに応じた成分の濃度を示したグラフである。

【図3A】フェライト系ステンレス鋼の耐食性を示した図である。

【図3B】フェライト系ステンレス鋼の熱間圧延時のリッジングの形成の有無を示す図である。

【図4】Ｓｉ／Ｃｒ原子比に対する平均Ｅｌ％を確認したグラフである。

【図5】Ｓｉ、Ｃ、及びＮの関係に応じた平均Ｅｌ％を示したグラフである。

【図6】Ｓｉ、Ｃ、及びＮの関係に応じた平均ｒ値を示したグラフである。

【図7】γ_ｍａｘに応じたリッジングを確認したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、その他の実施例の具体的な事項は、詳細な説明、及び図面に含まれている。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現することができ、以下の説明ではある部分が他の部分と連結されているとしたとき、これは、直接連結されている場合のみならず、その中間に他の素子を間に置いて電気的に連結されている場合も含む。また、図面では、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体を通じて類似した部分については同一の符号を付した。

【0018】

以下、添付した図面を参照して本発明について説明する。本発明の好適な実施例による耐食性、及び耐リッジング性の向上した低クロムフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃｒ：１０.０％ないし１５.０％、Ｃ：０.０１％ないし０.０５％、Ｎ：０.０１％ないし０.０５％、Ｓｉ：０.７％ないし２.０％、Ｍｎ：０.０１％ないし２.０％、Ｐ：０.０３５％以下、Ｓ：０.０１％以下、残りのＦｅ、及び不純物を含み、下記の式１ないし式３を満足する。

【0019】

［式１］０.４５≦１０*Ｓｉ／Ｃｒ≦１.７
［式２］０.０３≦[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）≦０.０７
［式３］２５≦γ_ｍａｘ（％）≦５５
（ここで、γ_ｍａｘ（％）=４２０Ｃ（ｗｔ％）+４７０Ｎ（ｗｔ％）+２３Ｎi（ｗｔ％）+９Ｃu（ｗｔ％）+１０Ｍｎ（ｗｔ％）+１８０-１１.５Ｃｒ（ｗｔ％）-１１.５Ｓｉ（ｗｔ％）-１２Ｍｏ（ｗｔ％）-５２Ａｌ（ｗｔ％））。

【0020】

また、前記低クロムフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｔｉ：０.０１％ないし０.２０％、及びＡｌ：０.０１％ないし０.１５％の中から１種または２種をさらに含むことができる。以下では、特に言及がなければ、含量は重量％を意味する。

【0021】

クロムＣｒの量は、１０.０ｗｔ％ないし１５.０ｗｔ％である。クロムは、鋼の耐食性を向上させるために添加する合金元素で、クロムの臨界量は１０ｗｔ％である。前記クロムが１０.０ｗｔ％未満で含まれる場合には、フェライト系ステンレス鋼の耐食性が低下して問題になる。

【0022】

一方、前記クロムが１５.０ｗｔ％を超えて含まれる場合には、炭素、及び窒素が含有されたフェライト系ステンレス鋼は、粒堺腐食が起こりやすくて、製造コストの増加を不要に増加させるため、前記クロムは１０.０ｗｔ％ないし１５.０ｗｔ％に含有されることが望ましい。

【0023】

炭素Ｃの量は、０.０１ｗｔ％ないし０.０５ｗｔ％である。前記炭素は、鋼のオーステナイト安定化元素であるため、オーステナイトの分率を最大化する作用をしてローピング、及びリッジングを抑制する効果があるので、前記炭素は、０.０１ｗｔ％以上で含まれることが望ましい。反面、前記炭素が過剰に含まれるようにすると、延伸率を低下させ、製品の加工性を著しく低下させるので、０.１ｗｔ％以下に含むことができる。

【0024】

前記延伸率は、フェライト系ステンレス鋼の冷延製品の加工性を示す品質特性の一つとして、広く通用する用語であり、前記フェライト系ステンレス鋼の冷延製品を１軸引張したとき、破断が起こる瞬間まで延伸された量を初期の長さで除した値から計算する。

【0025】

窒素Ｎの量は、０.０１ｗｔ％ないし０.０５ｗｔ％である。前記窒素は、オーステナイトの分率を増加させる役目をして熱間圧延時にオーステナイト相を析出させ、再結晶を促進させる役目をするので、０.０１ｗｔ％以上で含まれるが、反面、前記窒素が多量に添加されると、加工性を阻害させるだけでなく、冷延製品のストレッチャーストレインの原因となるため、その含量を０.０５ｗｔ％以下に制限する。

【0026】

シリコンＳｉの量は、０.７ｗｔ％ないし２.０ｗｔ％である。シリコンは、製鋼時に脱酸剤として添加される元素で、フェライト安定化元素であるため、０.７ｗｔ％以上で含有されることがよい。反面、前記シリコンが多量に含有されると、材料の硬化を起こして軟性を低下させるため、２.０ｗｔ％以下で含有されることが望ましい。本発明では、Ｃｒの含量を低下させたため、Ｓｉを前述した範囲内に管理しても優れた成形性の確保が可能である。

【0027】

マンガンＭｎの量は、０.０１ｗｔ％ないし２.０ｗｔ％である。マンガンは、鋼中に不可避に含まれる不純物であるが、オーステナイト安定化元素であるため、ローピング、及びリッジングを抑える役目をする。反面、前記マンガンが多量に含まれる場合、溶接時にマンガン系ヒューム（Ｆｕｍｅ）が発生し、ＭｎＳ相析出の原因となって、延伸率を低下させるため、その含量を前述した範囲に制限する。

【0028】

リンＰの量は、０.０３５ｗｔ％以下である。リンは、鋼中に不可避に含まれる不純物で、前記リンが０.０３５ｗｔ％を超える場合には、酸洗時に粒界腐食を起こしたり、または熱間加工性を阻害させるため、その含量を前述した範囲に調節する。

【0029】

硫黄Ｓの量は、０.０１ｗｔ％以下である。硫黄Ｓは、鋼中に含まれる不可避な不純物で、前記硫黄Ｓが０.０１ｗｔ％を超える場合には、結晶粒界に偏析して熱間加工性を阻害させるため、その含量を前述した範囲に制限する。

【0030】

チタンＴｉの量は、０.０１ｗｔ％ないし０.２０ｗｔ％である。チタンは、鋳片組織の等軸晶粒度を微細化させる役目をする元素で、炭素、窒素などを固定して加工性を向上させる役目をするので、０.０１ｗｔ％以上に添加されることが望ましい。反面、前記チタンが０.２０ｗｔ％を超えて添加される場合には、ステンレス鋼の製造コストの増加、及び冷延製品のスリーブ（Ｓｌｉｖｅｒ）欠陥の原因となるため、その含量を前述した範囲に制限する。

【0031】

アルミニウムＡｌの量は、０.０１ｗｔ％ないし０.１５ｗｔ％である。アルミニウムは、製鋼時に脱酸剤として０.０１ｗｔ％以上に添加されることが望ましいが、前記アルミニウムが０.１５ｗｔ％を超えて添加される場合には、非金属介在物として存在して冷間圧延ストリップのスリーブ欠陥の原因となり、溶接性の低下を起こすため、その含量を前述した範囲に制限する。前述した要素を除いたフェライト系ステンレス鋼の残りの部分は、鉄Ｆｅ、及びその他の不可避な不純物からなる。

【0032】

また、本実施例によるフェライト系ステンレス鋼で、シリコンＳｉ、及びクロムＣｒは、下記式１を満足し、炭素Ｃ、及び窒素Ｎは、下記式２を満足し、γ_ｍａｘ％は、下記式３を満足することができる。

【0033】

［式１］０.４５≦１０*Ｓｉ／Ｃｒ≦１.７
［式２］０.０３≦[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）≦０.０７
［式３］２５≦γ_ｍａｘ（％）≦５５
（ここで、γ_ｍａｘ（％）=４２０Ｃ（ｗｔ％）+４７０Ｎ（ｗｔ％）+２３Ｎi（ｗｔ％）+９Ｃu（ｗｔ％）+１０Ｍｎ（ｗｔ％）+１８０-１１.５Ｃｒ（ｗｔ％）-１１.５Ｓｉ（ｗｔ％）-１２Ｍｏ（ｗｔ％）-５２Ａｌ（ｗｔ％））。

【0034】

本実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、シリコン、及びクロムの割合が［式１］の[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]は、０.４５以上ないし１.７以下でありえる。前記[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]が０.４５未満の場合には、前記フェライト系ステンレス鋼は、塩害腐食の影響を受けやすい。ここで、前記塩害腐食の程度は５ｗｔ％ＮａＣｌ（ａｑ）を用いた塩害腐食の評価によって確認することができる。

【0035】

前記塩害腐食の評価は、フェライト系ステンレス鋼を噴霧→乾燥→浸漬→乾燥を１サイクルで１日間進行する腐食サイクル腐食試験であり、フェライト系ステンレス鋼を前記腐食試験で５０日連続で腐食サイクルを行った後、前記フェライト系ステンレス鋼の腐食深さを測定して確認することができる。ここで、１サイクル内で噴霧→乾燥→浸漬に割り当てられる時間の比は、略１：２：１程度である。この時、腐食の深さがフェライト系ステンレス鋼の板厚の１／３以上である場合には、塩害腐食の評価において不合格を意味する。前記[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]が０.４５未満で含まれるフェライト系ステンレス鋼は、前記塩害腐食の評価で腐食深さが板厚の１／３以上を示し、したがって、所定の塩害腐食に対する剛性を持つためにはフェライト系ステンレス鋼は、[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]が０.４５以上であることが望ましい。反面、前記[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]が１.７を超えた場合には、フェライト系ステンレス鋼の延伸率が低下して問題になりうる。

【0036】

フェライト系ステンレス鋼は、炭素、及び窒素の合計が[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が前記［式２］のように、０.０３以上ないし０.０７以下で含まれることができる。前記[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が０.０３未満の場合には、熱間圧延区間でオーステナイトの分率が低くなり、熱間圧延組織の微細化、及び鋳造組織の破壊が行われないため、最終製品のリッジングの劣化をもたらす。前記リッジングは、フェライト系ステンレス鋼を成形加工する時圧延方向に平行にシワの形態で発生する表面欠陥であることにより、前記リッジングは、製品の外観を悪くするだけでなく、成形性を低下させる。また、リッジングがひどく発生した場合、成形後に追加の研磨工程を必要とするので、最終製品の製造コストを上昇させる原因となる。一方、[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が０.０７を超える場合には、フェライト系ステンレス鋼の耐リッジング性は優れるが、高炭素、及び窒素の含量に起因して延伸率の劣化をもたらす。

【0037】

また、本実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、［式３］のようにγ_ｍａｘ（％）が２５以上ないし５５以下であることが望ましいが、前記γ_ｍａｘ（％）が２５未満の場合には、オーステナイトの分率が低くなって熱間圧延組織の微細化、及び鋳造組織の破壊が行われないため、最終製品のリッジングの劣化をもたらす。γ_ｍａｘ％が５５を超える場合には、耐リッジング性は優れるが、耐食性の劣化をもたらす。

【0038】

前記フェライト系ステンレス鋼は、前記フェライト系ステンレス鋼の表面から深さ方向にクロムの含量が、前記フェライト系ステンレス鋼に含まれた全体平均クロムの含量の５０％以下の不動態皮膜層とを備え、前記不動態皮膜層は、Ｃｒ原子、及びＳｉ原子を含むが、前記Ｓｉ原子がＣｒ原子よりも多く備えられる原子層を含むことができる。ここで、前記Ｃｒ原子は、例えば、Ｃｒを含む酸化物などの化合物に含まれるＣｒを含むことができ、また、前記Ｓｉ原子は、例えば、Ｓｉを含む酸化物などの化合物に含まれるＳｉを含むことができる。この時、前記不動態皮膜層でＳｉ／Ｃｒ原子比が４以上でありえる。また、前記不動態皮膜層は、例えば、フェライト系ステンレス鋼に含まれた全体平均クロムの含量が１５ｗｔ％である場合には、前記全体平均クロムの含量の５０％以下である略７.５ｗｔ％以下のクロムを含有する層を意味する。

【0039】

通常、フェライト系ステンレス鋼は、最終製品の耐食性の要求レベルを満足するために、一般的に高価なクロムＣｒなどの元素を添加して耐孔食性及び耐塩害腐食性を改善させる。このような鋼種としては、１６ｗｔ％以上のクロムを含有した鋼である４３０鋼を挙げることができる。反面、前記クロムなどのような元素は、ステンレス鋼の単価を上昇させ、高合金化による成形性の低下を引き起こす。

【0040】

一方、本実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、低コストで前記４３０鋼を代替することができる特性を備えている。前記本実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、クロムの含量を低下させながら炭素Ｃ、窒素Ｎ、クロムＣｒの含量を調節して、４３０鋼の表面品質、及び成形特性を同等以上維持しながら、シリコンＳｉを添加して冷延製品の前記不動態皮膜層でのＳｉ／Ｃｒ原子比を４以上に制御して４３０鋼に比べて低Ｃｒ含量でも４３０鋼と同等レベルの耐食性を確保することができる。

【0041】

例えば、前記不動態皮膜層は、フェライト系ステンレス鋼の表面から略３ｎｍないし７ｎｍの深さで備えられている。また、前記フェライト系ステンレス鋼は、不動態皮膜層でＳｉ／Ｃｒ原子比が４以上であることが望ましいが、本実施例のようにクロムが１０.０ｗｔ％ないし１５.０ｗｔ％で含まれたフェライト系ステンレス鋼では、前記Ｓｉ効果によりフェライト系ステンレス鋼の表面にＳｉ-Ｏ層のナノ層（ｎａｎｏ-ｌａｙｅｒ）を形成させることにより、耐孔食性を向上させ、塩害腐食抵抗性を増加させることができる。

【0042】

図１Ａは、本発明の望ましい実施例によるフェライト系ステンレス鋼の不動態皮膜層の成分を示した図、図１Ｂは、本発明の望ましい実施例によるフェライト系ステンレス鋼の深さに応じた成分の濃度を示したグラフである。図２は、通常のフェライト系ステンレス鋼の深さに応じた成分の濃度を示すグラフである。図３Ａは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を示した図、図３Ｂは、フェライト系ステンレス鋼の熱間圧延時のリッジング形成の有無を示す図である。

【0043】

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、前記フェライト系ステンレス鋼の表面である不動態皮膜層（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｆｉｌｍ）にＳｉ-Ｏ層のナノ層が形成されていることを確認することができる。

【0044】

図１Ａは、本実施例によるフェライト系ステンレス鋼の冷延製品の不動態皮膜層を分析した結果で、前記不動態皮膜層は、３ＤＡＰ-３Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ａｔｏｍｉｃ Ｐｒｏｂｅ装置を活用して、試験片の原子スパッタリングによる質量分析、及び位置分析を通じて原子単位の３次元位置分析を行なった結果を示す。前記不動態皮膜層では、Ｓｉ原子がＣｒ原子よりも多く含まれている。反面、図２の場合には、不動態皮膜層にＳｉ原子、及びＣｒ原子が概ね同じ量が含まれている。

【0045】

図１Ｂ及び図２において、不動態皮膜層は、クロムの含量が全体平均クロムの含量である１５ｗｔ％の５０％以下の部分を意味するもので、例えば、フェライト系ステンレス鋼に含まれた全体平均クロムの含量は略１５ｗｔ％である場合（グラフからクロムの含量が深さと関係なく概ね一定の部分）、この時の不動態皮膜層は、クロムの含量が７.５ｗｔ％以下の部分を意味することができる。

【0046】

図３Ａは、図１Ｂ、及び図２によるフェライト系ステンレス鋼の耐食性を確認した結果で、図３Ｂは、図１Ｂ、及び図２によるフェライト系ステンレス鋼の熱間圧延時にリッジング発生の程度を確認した図である。

【0047】

図３Ａは、不動態皮膜層においてのＳｉ原子、及びＣｒ原子の含量に応じた耐食性を評価した結果である。図３Ａにおいて、（ａ）は、図２による不動態皮膜層のＳｉ原子、及びＣｒ原子が概ね同じ量である場合のフェライト系ステンレス鋼に関するものであり、耐食性が劣位であることを確認することができた。

【0048】

反面、図３Ａにおいて、（ｂ）は、図１Ｂによる不動態皮膜層のＳｉ原子がＣｒ原子よりも多く備えられた場合を示した図であり、耐食性に優れていることが確認できた。すなわち、図１Ｂのように、不動態皮膜層にＳｉ原子が多く含まれた場合には、耐腐食性に有利に作用することが確認できた。

【0049】

また、図３Ｂは、不動態皮膜層でのＳｉ原子、及びＣｒ原子の含量に応じたリッジング性を評価した結果である。図３Ｂの（ａ）は、図２に示した不動態皮膜層でのＳｉ原子、及びＣｒ原子が類似したフェライト系ステンレス鋼に関するもので、熱間圧延時にリッジングが発生する。これは、フゥリー・フェライト（Ｆｕｌｌｙ-Ｆｅｒｒｉｔｅ）単相の熱延で粗大結晶粒が発達して耐リッジング性が劣位であることを確認することができる。

【0050】

反面、図３Ｂの（ｂ）は、図１Ｂのように不動態皮膜層にＳｉ原子がＣｒ原子よりも多く含まれたフェライト系ステンレス鋼に関するもので、熱間圧延時にリッジングが発生しないことを確認することができた。これは、不動態皮膜層に備えられた比較的に多いＳｉ原子は、前記フェライト系ステンレス鋼の表面にＳｉ-Ｏ層を形成するので、これによって、熱間圧延時に図３Ｂの（ｂ）に示したようにリッジングが発生せず、優れた表面品質を持つ。不動態皮膜層にＳｉ原子がＣｒ原子よりも多く含まれたフェライト系ステンレス鋼は、セミ-フェライト（Ｓｅｍｉ-Ｆｅｒｒｉｔｅ）相変態の存在で熱延時に結晶粒微細化により耐リッジング性が優秀であることを確認することができる。

【0051】

したがって、フェライト系ステンレス鋼は、不動態皮膜層にＳｉ原子がＣｒ原子よりも多く含まれることが望ましい。また、前記フェライト系ステンレス鋼で、 不動態皮膜層のＳｉ／Ｃｒ原子比が４未満の場合には、Ｓｉ-Ｏ層のナノ層が十分に形成されるのが難しくなりうるので、前記フェライト系ステンレス鋼の不動態皮膜層には、Ｓｉ／Ｃｒ原子比が４以上であることがより望ましい。

【0052】

以下、本発明の実施例、参考例、及び比較例を記載する。しかし、下記の実施例は、本発明の望ましい一実施例にすぎず、本発明の権利範囲が下記の実施例により限定されるものではない。

【0053】

下記表１では、フェライト系ステンレス鋼である実施例、参考例、及び比較例の合金成分を示した。表１の実施例、参考例、及び比較例では、炭素Ｃ、窒素Ｎ、シリコンＳｉ、及びクロムＣｒの含量を制御したもので、下記実施例、参考例、及び比較例では、真空溶解して成分を確認した。

【0054】

表１による実施例、参考例、及び比較例は、粗圧延機と連続仕上げ圧延機によって熱延板のフェライト系ステンレス鋼に製造し、その後、熱間圧延相焼鈍（または連続焼鈍）をし、続いて冷間圧延、及び冷間圧延焼鈍を施した。表２では、表１による実施例、参考例、及び比較例の[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]、[Ｃ+Ｎ]ｗｔ％、及びγ_ｍａｘ％を示しており、表３では、表１による実施例、参考例、及び比較例の最終冷延製品の代表的な品質である耐リッジングの等級、孔蝕電位の等級、平均延伸率（％）、平均ｒ値、塩害腐食の評価（塩害腐食抵抗性）などを確認した結果を示した。また、前記実施例、参考例、及び比較例の最終冷延製品での不動態皮膜層（Ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ ｌａｙｅｒ）でのＳｉ原子とＣｒ原子との比（原子％の比）を示した。

【0055】

【表1】

【表2】

【表3】

【0056】

表３を含む本実施例において耐リッジングの等級（Ｒｔ基準）で[１等級]は、１０μｍ〜１２μｍ、[２等級]は、１２μｍ〜１４μｍ、[３等級]は、１４μｍ〜１６μｍ、[４等級]は、１６μｍ〜１８μｍ、[５等級]は１８μｍ〜２０μｍを表し、ここで１等級、及び２等級が本発明の目的とする範囲に該当する。

【0057】

また、孔蝕電位の等級（ｍＶ）で[１等級]は、１５０ｍＶ〜２００ｍＶ、[２等級]は、１５０ｍＶ〜８０ｍＶ、[３等級]は、８０ｍＶ〜３０ｍＶ、[４等級]は、３０ｍＶ未満にしており、孔蝕電位は、（ＪＩＳ Ｇ ０５７７）規格に基づいて表面を研磨した後、３.５％ＮａＣｌ溶液中で（Ｉｃｒｉｔ=１００μＡ）で孔蝕が発生する電位値を基準にして確認した。延伸率または平均Ｅｌは、厚さが０.５ｍｍの冷延焼鈍材に対する値を表し（平均Ｅｌ=（Ｅｌ_０+２Ｅｌ_４５+Ｅｌ_９０）／４）、具体的に延伸率は、ステンレス鋼冷延製品の加工性を示す品質特性の一つとして、広く通用される用語であり、ステンレス鋼冷延製品を１軸引っ張りしたとき、破断が起こる瞬間まで延伸された量を初期長さで割った値から計算する。

【0058】

平均ｒ値は、厚さが０.５ｍｍの冷延焼鈍材に対する平均値を示す（平均ｒ値=（ｒ_０+２ｒ_４５+ｒ_９０）／４）。このとき、前記平均ｒ_ａの値は、冷延製品の圧延方向と引っ張り方向の角度がａであるときのｒの値を指す。塩害腐食抵抗性は、塩害環境での評価で５ｗｔ％ＮａＣl溶液（５０℃）を利用して、噴霧→乾燥→浸漬→乾燥の１サイクルを１日間とする腐食サイクル腐食試験で、５０日連続実施し、腐食深さの測定時にその深さが板厚の１／３以下の場合を合格、１／３以上の場合を不合格と評価した。

【0059】

表１〜表３を検討すると、実施例１ないし５、参考例６、実施例７ないし９、参考例１０の場合には、[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]が０.４５ないし１.７以下であり、[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）は、０.０３ないし０.０７を満足する。また、実施例１ないし５、参考例６、実施例７ないし９は、γ_ｍａｘ％においても２５以上ないし５５以下を満足する。反面、比較例１、２、及び６、７は、[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）がそれぞれ０.０８、０.０１５、０.０１５、０.０８で［式２］の範囲（０.０３≦[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）≦０.０７）を満足せず、比較例３〜７では、[１０*Ｓｉ／Ｃｒ]が［式１］の範囲（０.４５≦１０*Ｓｉ／Ｃｒ≦１.７）を満足しなかった。また、参考例１０、及び比較例２、５、６では、それぞれγ_ｍａｘ％は、２４．２６、１７.９、１３.０５、２.０５で［式３］の範囲（２５≦γ_ｍａｘ％≦５５）を満足しなかったことを確認することができた。

【0060】

実施例１ないし５、及び７ないし９のように、炭素Ｃ、クロムＣｒ、シリコンＳｉ、及び窒素Ｎを制御して、本発明の組成範囲を満足し、前記［式１］ないし［式３］をすべて満足する場合には、表３のように耐リッジングの等級２等級以上、孔蝕電位の等級２等級以上、平均Ｅｌ（％）２９％以上、平均ｒ値１．０以上、そして優れた塩害腐食抵抗性を持つことを知ることができ、したがって、実施例１ないし５、及び７ないし９は、クロムの含量を減少させ、４３０鋼に比べて単価を下げると同時に、常用されている４３０鋼に相当する品質を持つことを確認できた。ここで、ｒ値は、ステンレス鋼冷延製品の引っ張り時に幅方向の変形率と厚さ方向の変形率の比で定義される値として、ｒの値が高い素材は、加工性が優れているものとしてよく知られている。

【0061】

反面、比較例１、７は、[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が０.０８ｗｔ％で高い値を持つことを確認することができ、したがって、それぞれの平均Ｅｌ（％）が２６、２３で延伸率が低いことを確認できた。また、平均ｒ値もそれぞれ０.８、０.７を示しており、これは、成形性が良好でないことを確認できた。また、比較例２、６では、[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が０.０１５ｗｔ％で低い値を持っており、耐リッジング性は、それぞれ５等級、及び４等級で劣位であることを確認することができた。

【0062】

比較例３、４では、それぞれクロムＣｒの含量が１３.５ｗｔ％、１３.７ｗｔ％であり、シリコンＳｉの含量が０.３ｗｔ％、０.５ｗｔ％である時、孔蝕電位の等級がすべて３等級で劣位であり、塩害腐食抵抗性においても不合格であることを確認することができた。これは、クロムの含量の低いフェライト系ステンレス鋼で、シリコンの含量をも同様に低い場合には、不動態皮膜層が十分に形成されにくく、孔蝕電位の等級、及び塩害腐食抵抗性の性能が低下するからである。

【0063】

比較例５ないし７では、クロムの含量がそれぞれ１４ｗｔ％、１３.５ｗｔ％、１３.５ｗｔ％であり、シリコンの含量はそれぞれ２.５ｗｔ％、３ｗｔ％、３ｗｔ％であることを確認することができた。この時、前記比較例５ないし７のＥｌ（％）は、それぞれ２６、２７、２３で延伸率が低下することを確認することができた。これは、比較例５ないし７のフェライト系ステンレス鋼でクロムの含量に対するシリコンの含量が相対的に高いからである。したがって、フェライト系ステンレス鋼でクロムの含量に対するシリコンの含量を制御する必要があり、前記クロムの含量を減少させる場合には、シリコンの含量を適切に増加させる必要があることを確認することができる。

【0064】

以下、表４、及び表５は、本発明の組成範囲に該当する実施例１１ないし１５に関するもので、前記実施例１１ないし１５に対してフェライト系ステンレス鋼の耐リッジングの等級、孔蝕電位の等級、延伸率（平均Ｅ（ｌ％））、平均ｒ値、及び塩害腐食抵抗性を確認した。表４、及び表５の実施例１１ないし１５は、前記表１ないし表３による方法で製作したフェライト系ステンレス鋼を用いて、前述した方法と同様に評価した。

【0065】

【表4】

【表5】

【0066】

表４、及び表５に記載された実施例１１ないし１５では、［式１］（０.４５≦１０*Ｓｉ／Ｃｒ≦１.７）、［式２］（０.０３≦[Ｃ+Ｎ]ｗｔ％≦０.０７）、及び［式３］（２５≦γ_ｍａｘ％≦５５）を満足するもので、実施例１１ないし１５は、重量％で、Ｃｒ：１２.５％ないし１４.５％、Ｃ：０.０３１％ないし０.０３９％、Ｎ：０.０１％ないし０.０２５％、Ｓｉ：１.０％ないし２.０％、Ｍｎ：０.１％ないし０.６％でありえる。

【0067】

実施例１１ないし１５は、耐リッジングの等級は１等級であり、孔蝕電位の等級はすべて１等級であることが確認できた。また、平均Ｅｌ（％）は、全て３２以上であり、平均ｒ値は１.３以上であり、塩害腐食抵抗性は、全て合格した。つまり、フェライト系ステンレス鋼で、Ｃｒを１２.５％ないし１４.５％に低減した場合には、Ｓｉを１.０％ないし２.０％に添加し、Ｎは０.０１％ないし０.０２５％であり、Ｃは０.０３１％ないし０.０３９％であり、Ｍｎは０.１％ないし０.６％で添加され、同時に［式１］ないし［式３］を満足する場合には、クロムの含量を削減しても耐食性、及び耐リッジング性などが非常に優れており、同時に生産コストを削減することができるフェライト系ステンレス鋼を提供することができることを確認できた。また、前記実施例１１ないし１５は、高い平均ｒ値を持っており、そのために加工性にも優れることが確認できた。このように、前記実施例１１ないし１５は、従来の４３０鋼に比べて単価が削減されるだけでなく、４３０鋼よりも優れた品質を持つことを確認することができた。

【0068】

図４は、Ｓｉ／Ｃｒ原子比に対する平均Ｅｌ（％）を確認したグラフである。Ｓｉ／Ｃｒ原子比は、フェライト系ステンレス鋼の不動態皮膜層、例えば、略７ｎｍ程度で確認した結果として、前記Ｓｉ／Ｃｒ原子比が４以上である場合には、塩害腐食抵抗性が優れていることが確認できた。つまり、Ｃｒが１２.５％ないし１４.５％である低クロム含有のフェライト系ステンレス鋼においてもＳｉの効果によって、フェライト系ステンレス鋼の表面にＳｉ-Ｏ層のナノ層を形成させることにより、耐孔食性の向上、及び塩害腐食抵抗性を向上させることができる。

【0069】

反面、Ｓｉ／Ｃｒ原子比が４未満の場合、例えば、略０ないし２の場合には、塩害腐食抵抗性が不合格であることを確認することができた。また、点線で表示した四角ボックスの中に本発明に該当する鋼として、重量％で、Ｃｒ：１２.５％ないし１４.５％、Ｃ：０.０３１％ないし０.０３９％、Ｎ：０.０１％ないし０.０２５％、Ｓｉ：１.０％ないし２.０％、Ｍｎ：０.１％ないし０.６％を満足するフェライト系ステンレス鋼がある。この時、Ｓｉ／Ｃｒ原子比が４以上である場合には、塩害腐食抵抗性が優れている反面、本発明による［式１］ないし［式３］のうちいずれか一つ以上を満足しない場合には、点線で表示した四角のボックスの外側に存在し、平均Ｅｌ（％）が２８未満を示すことを確認することができた。

【0070】

図５は、Ｓｉ、Ｃ、及びＮの関係に応じた平均Ｅｌ（％）を示したグラフである。図５を参照すると、ｘ軸２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）とy軸の平均Ｅｌとの相関性を示す。本実施例では、２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）の数値が８.５以下の場合、平均Ｅｌ（％）が２８以上を示すことを確認することができた。つまり、平均Ｅｌ（％）は、延伸率を示すものであり、２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）は、８.５以下を満足するフェライト系ステンレス鋼の場合、延伸率が向上することを確認することができた。

【0071】

前記加工性を示す品質特性の一つとして、前記２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が８.５以下の場合には、延伸率が向上し、フェライト系ステンレス鋼の加工性を向上させ、フェライト系ステンレス鋼の用途を多様化することができる。つまり、Ｓｉの含量が０.７％ないし２.０％であるフェライト系ステンレス鋼で[Ｃ+Ｎ]の関係を前記２.８５[Ｓｉ]+７６.４[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）で制御することにより、延伸率、及び耐リッジング性が同時に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。

【0072】

図６は、Ｓｉ、Ｃ、及びＮの関係に応じた平均ｒ値を示したグラフである。図６を参照すると、フェライト系ステンレス鋼の冷延製品の成分パラメータである０.１３[Ｓｉ]+８.６８[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）と平均ｒ値との相関性を確認することができる。

【0073】

本実施例において、０.１３[Ｓｉ]+８.６８[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が０.７５以下で、平均ｒ値が１.０以上であることを確認することができた。前記平均ｒ値は、フェライト系ステンレス鋼の冷延製品の圧延方向と引っ張り方向との関係を示した値であり、前記平均ｒ値が大きいほど、フェライト系ステンレス鋼の加工性が向上する。

【0074】

本実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、０.１３[Ｓｉ]+８.６８[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）が０.７５以下である場合、平均ｒ値が１.０以上を満足することを確認することができた。つまり、Ｓｉの含量が０.７％ないし２.０％であるフェライト系ステンレス鋼で[Ｓｉ]と[Ｃ+Ｎ]との関係を０.１３[Ｓｉ]+８.６８[Ｃ+Ｎ]（ｗｔ％）を０.７５以下に制御することにより、ｒ値、及び耐リッジング性が同時に優れたフェライト系ステンレス鋼の冷延製品を製造することができる。

【0075】

図７は、γ_ｍａｘによるリッジングを確認したグラフである。図７を参照すると、フェライト系ステンレス鋼でγ_ｍａｘ（％）が２５未満の場合には、オーステナイトの分率が低くなり、熱間圧延組織の微細化、及び鋳造組織の破壊が行われず、最終製品の耐リッジング性が劣化され、かつγ_ｍａｘ（％）が５５を超える場合には、フェライト系ステンレス鋼の耐リッジング性は優れるが、耐食性の劣化をもたらす。図のように、本実施例によるフェライト系ステンレス鋼のγ_ｍａｘ（％）は、２８ないし５２であり得、この際、リッジングは１５ｎｍ以下で非常に良好であることを確認することができた。

【0076】

以上のように、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更せずに他の具体的な形で実施することができることを理解できるだろう。したがって、上述した実施形態はすべての面から例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。さらに、本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものろ解釈されるべきである。

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図1A】

【図3B】