KR20020080385A

KR20020080385A - 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도

Info

Publication number: KR20020080385A
Application number: KR1020027009466A
Authority: KR
Inventors: 호야다랄프; 하이케 하텐도르프; 콜브-텔리프스안젤리카; 에스펜한하랄드
Original assignee: 티센크루프 파우데엠 게엠베하
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: DE10002933C1; ATE380655T1; WO2001054899A1; PT1257414E; CN1243639C; CN1434766A; DK1257414T3; HK1056706A1; EP1257414B9; EP1257414B1; DE50014853D1; JP3885108B2; JP2003520906A; EP1257414A1; KR100460431B1; ES2298159T3

Abstract

본 발명은 조성(중량%)을 16∼25% 크롬, 2∼4% 알루미늄, 0.1∼3% 실리콘, 최대 0.5% 망간, 0.01∼0.3% 지르코늄 및/또는 0.01∼0.1% 희토류 금속 및/또는 이트륨, 하프늄, 티탄, 최대 0.01% 마그네슘, 최대 0.1% 칼슘, 잔부 철, 공정에 수반하는 불순물로 하는 지지 스트립을 포함하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도에 관한 것이며, 이 지지 스트립은 알루미늄이나 알루미늄 합금 피복물이 한면 또는 양면에 있고, 촉매용 지원 재료, 구체적으로 배기 촉매로서 또는 저항 재료 또는 전열체로서 사용하며, 전체 코팅물(중량%)이 압연 또는 후제조 단계에 후속하는 균질화 어닐링 처리 동안에 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 0.5%의 수축률을 얻기 위해 지지 스트립 중량의 0.5∼5%의 범위에 존재한다.

Description

구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도{USE OF A DIMENSIONALLY STABLE IRON-CHROME-ALUMINUM FILM}

종래 기술에 따르면, 철-크롬-알루미늄 합금은 필름을 제조하는 데에 사용되었는데, 이 필름은 예컨대 자동차 배기 촉매용 지지체로서 또는 전기 주방 기구용 가열 부재로서 사용되는 여러가지 구조체로 가공되었다.

미국 특허 제4,414,023호에는 조성(중량%)을 8.0 ∼ 25.0% Cr, 3.0 ∼ 8.0% Al, 0.002 ∼ 0.06% 희토류 금속, 최대 4.0% Si, 0.06 ∼ 1.0% Mn, 0.035 ∼ 0.07% Ti, 0.035 ∼ 0.07% Zr, 불가피한 불순물로 하는 강이 공지되어 있다.

유럽 특허출원 공개 제0 387 670호에는 조성(중량%)을 20 ∼ 25% Cr, 5 ∼ 8% Al, 최대 0.01% P, 최대 0.01% Mg, 최대 0.5% Mn, 최대 0.005% S, 불가피한 불순물을 포함하여 잔부 Fe, 최대 0.03% Y, 0.004% N, 0.02 ∼ 0.04% C, 0.035 ∼ 0.07% Ti, 0.035 ∼ 0.07% Zr으로 하는 합금이 알려져 있다.

상기 두 문헌은 전통적인 제조 공정, 다시 말해서 통상적인 합금 주조와 후속하는 열간 성형 및 냉간 성형에서 출발한다. 이 공정은 많은 결함과 결부되어 있기 때문에, 최근에는 반응 원소를 포함하고 있는 크롬강을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 코팅 처리하는 대안이 개발되었다. 이러한 형태의 복합 재료는 다음에 최종 두께로 압연되고, 이어서 확산 어닐링 처리되는데, 이때 적절한 어닐링 매개 변수를 설정하면 재료가 균질화된다.

이러한 형태의 공정은 예컨대 미국 특허 제5,366,139호로부터 공지되어 있는데, 이 특허는 배기 촉매용 금속 필름과 이의 제조 방법을 포함한다. 페라이트계 합금강이 압연 피복법에 의해 양면에 알루미늄으로 피복되고, 열처리 없이 최종 두께로 압연되며, 이어서 높은 산화 안정성을 가진 균일한 재료를 제조할 목적으로 열처리된다.

유사한 공정이 미국 특허 제4,046,304호에도 개시되어 있다. 고온 침지 알루미늄 피복법에 의한 압연 피복법을 이용하는 것이 훨씬 경제적인데, 이것은 피복물이 알루미늄-실리콘 합금으로 이루어질 수 있는 추가의 장점을 제공하며, 이 경우 실리콘은 종종 확산 어닐링 처리에 장점을 제공하고 재료의 전기 고유 저항을 높이는데, 이는 특정 용도, 예컨대 전처리 촉매용으로 바람직하다.

이러한 형태의 공정은 예컨대 국제 특허출원 공개 제WO99/18251호에도 기재되어 있다. 이 문헌에서 철-크롬 지지 스트립은 Al-Si 합금으로 고온 침지 알루미늄 피복 처리함으로써 제조되며, 피복된 금속 필름의 전체 알루미늄 함량은 표면 근처에서 적어도 7%이고, 내부에서 3% 이하로 되지 않는다.

이들 두 공정은 종래에 비해 경제적인 제조 방법을 제공하고 있지만, 확산 어닐링 처리한 최종 제품에는 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 1%까지 수축이 일어나는데, 이는 전열체 부재뿐만 아니라 촉매 지지체를 제조한 경우 부정적으로 작용한다.

양자의 응용에 있어서, 예컨대 독일 특허출원 공개 제195 30 850호에 기재되어 있는 바와 같이, 필름은 부재로 가공되고, 단부는 고정된다. 후속하는 확산 어닐링 처리 동안에, 과도한 수축부가 고정점에서 결함으로 된다.

이러한 효과는 미국 특허 제5,366,139호에 기재되어 있는 방법과 대조적으로 국제 특허출원 공개 제WO99/18251호에 기재되어 있는 바와 같이 스트립을 최종 두께로 냉간 압연하는 동안 중간 어닐링 처리함으로써 피할 수 있을 뿐이며, 따라서 확산 공정이 부분적으로 또는 전부 선행되어 복합물에서 응력을 제거한다. 이 경우, 실제로 원하지 아니한 열처리 비용이 많아지고, 산화물 층이 표면에 발생할 위험이 있다는 것은 단점이며, 이 산화물 층은 비록 최종 제품을 대해서 바람직하지만, 냉간 압연을 방해하고 압연 처리를 오염시킨다.

유럽 특허출원 공고 제0 640 390호에는 필름 모재 재료를 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 제조 단계는 다음과 같다.

크롬 함유 철계 합금과 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 구성되는 제1 재료의 1개 층을 제2 재료의 2개 층 사이에 삽입한다. 제2 재료는 크롬 함유 철계 합금과 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되지만, 제1 재료와 구별된다. 이들 3개 층은 그 결합 두께를 감소시킴으로써 야금학적으로 서로 결합된다. 원하는 최종 두께로 된 경우, 전술한 층들의 상이한 성분이 확산할 수 있도록 재료를 900℃∼1200℃ 사이의 온도에서 충분한 시간 동안 어닐링하여 필름 모재로서 균일한 고용체를 제공하게 된다.

본 발명은 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 예컨대 국제 특허출원 공개 제WO99/18251호에 기재되어 있는 바와 같이, 길이 방향 및/또는 폭 방향의 수축이 확산 어닐링 처리 동안에 민감한 성분에 대한 사용을 방해하는 일없이 확실한 합금을 저렴하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다. 이 외에도, 환경 보호에 대한 요건을 강화함에 따라 이러한 합금의 개선을 이러한 형태의 성분에 대해 요구하는 개발이 고려될 수 있다. 이것은 우선 필름 두께를 감소시켜 알루미늄 함량을 (중량%로) 6% 이상 높임으로써 산화 안정성을 보장할 수 있다는 점에 있다.

이러한 목적은 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도에 의해 달성되는데, 이 필름은 조성(중량%로)을 16 ∼ 25% Cr, 2 ∼ 6% Al, 0.1 ∼ 3% Si, 최대 0.5% Mn, 0.01 ∼ 0.3% Zr 및/또는 0.01 ∼ 0.1% 희토류 금속 및/또는 이트륨, 하프늄, 티탄, 최대 0.01% Mg, 최대 0.1% Ca, 잔부 철, 그리고 기타 공정상 수반하는 불순물로 하는 지지 스트립을 포함하며, 상기 지지 스트립은 일면 또는 양면에 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 피복물을 추가로 포함하고 촉매용 지지 재료, 특히 배기 촉매로서 사용되며, 전체 피복물(중량%)이 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 0.5% 미만의 수축률을 얻기 위해 압연 공정 또는 추후 제조 단계에 후속하는 균질화 어닐링 처리 동안에 상기 지지 스트립의 중량의 0.5 ∼ 5% 범위에 존재한다.

이러한 목적은 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도에 의해 달성되는데, 이 필름은 조성(중량%로)을 16 ∼ 25% Cr, 2 ∼ 6% Al, 0.1 ∼ 3% Si,최대 0.5% Mn, 0.01 ∼ 0.3% Zr 또는 0.01 ∼ 0.1% 희토류 금속 및/또는 이트륨, 하프늄, 티탄, 최대 0.01% Mg, 최대 0.1% Ca, 잔부 철, 그리고 기타 공정상 수반하는 불순물로 하는 지지 스트립을 포함하며, 상기 지지 스트립은 일면 또는 양면에 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 피복물을 추가로 포함하고 저항 재료 또는 전열체로서 사용되며, 전체 피복물(중량%)이 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 0.5% 미만의 수축률을 얻기 위해 압연 공정 또는 추후 제조 단계에 후속하는 균질화 어닐링 처리 동안에 상기 지지 스트립의 중량의 0.5 ∼ 5% 범위에 존재한다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 실시 형태는 종속 청구항으로부터 알 수 있다.

상기 제조 방법은 지지 스트립의 알루미늄 함량을 최대 6%로 제한함으로써 종래의 방법에 영향을 받지 않는다. 따라서, (중량%로) 16 ∼ 25% Cr, 2 ∼ 6% Al, 0.1 ∼ 3% Si, 최대 0.5% Mn, 0.01 ∼ 0.3% Zr, 또는 0.01 ∼ 0.1% 희토류 금속 및/또는 이트륨, 하프늄, 티탄, 최대 0.01% Mg, 최대 0.1% Ca, 공정상 수반하는 불순물을 포함하여 잔부로서 거의 철로 이루어진 0.5 ∼ 2.5㎜ 두께의 스트립이 저렴한 잉곳 주조, 그러나 여전히 바람직하게는 연속 주조 중 하나에 의해, 그리고 후속하는 열간 및 냉간 압연에 의해 제조될 수 있다.

처음에 염려했던 제조 결함은 발생하지 않는다. 이러한 알루미늄 함량의 기본 재료가 제공하는 추가의 장점은 얇은 피복물이 산화 안정성을 보장하는 데에 충분하다는 점이다. 이것은 예컨대 고온 침지 알루미늄 피복법 또는 도금법에 필수적인데, 이 경우 층 두께는 공정에 따라서 동일한 층 두께가 추가로 요구되는 경우 제한된다. 그러나, 기본 재료가 이미 알루미늄을 함유하고 있는 경우라면, 최종 제품에 대해 알루미늄 함량을 7% 이상으로 추가하는 일없이 고온 침지 알루미늄 피복법에 의해 형성될 수 있다. 지지 스트립은 예컨대 6%의 전체 중량을 달성하기 위해 현시점에서 단지 3% 알루미늄으로만 피복되어야만 하는데, 이는 크롬강이 이미 3% 알루미늄을 함유하고 있기 때문이다. 피복한 후에, 복합물은 최종 두께 20㎛까지 냉간 압연되어, 촉매 지지체, 저항체 또는 전열체로 가공된다. 다음에, 필름이나 최종 제품에 대해 균질화 어닐링 처리가 행해진다. 알루미늄 함유 지지 재료와 이와 결합된 층 두께는 표면에 현저하게 작용하며, 그 결과 복합물은 확산 어닐링 처리 동안에 0.5% 미만으로 수축함으로써 구조적으로 충분히 안정하게 된다.

본 발명의 장점을 이하의 실시예에서 더욱 상세하게 설명한다.

예 1

고온 침지 알루미늄 피복 처리된 잉곳 주조물

지지 재료의 조성(중량%로 표시)은 다음과 같다.

Cr

Al

Si

Ni

Mn

Y

Hf

Se^*)

Zr

Ti

Mg

Ca

Fe

18.4

2.0

0.2

0.13

0.25

0.04

<0.01

0.004

<0.001

잔부

*) 희토류

지지 재료를 잉곳으로서 주조된 고온 슬랩으로 가공하고, 이어서 3.5㎜ 두께의 열간 스트립으로 가공한다. 이 열간 스트립을 냉간 압연에 의해 계속하여 0.6㎜의 두께까지 추가 변형하고, 연질 어닐링 처리하고, 그 후에 고온 침지 알루미늄 피복법으로 0.03㎜의 피복물을 피복한다. 이렇게 피복 처리된 스트립은 추가의 열처리없이 50㎛의 얇은 필름으로 압연된다. 1100℃에서 15 분간 공기 중에서 균질화 어닐링 처리한 후에, 필름은 약 0.2% 정도 수축하는데, 이것은 촉매 지지체 및 전열체로서 사용하는 데에 지장이 없다.

산화 거동을 1100℃에서 시효 처리 후에 시험하였다. 400초 후에 시편의 중량은 4.3% 정도 변했는데, 이는 우수한 산화 안정성을 보여주고 있다.

예 2

압연 피복 처리된 잉곳 주조물

지지 재료의 조성(중량%로 표시)은 다음과 같다.

Cr

Al

Si

Ni

Mn

Y

Hf

Se^*)

Zr

Ti

Mg

Ca

Fe

18.2

3.3

0.29

0.16

0.15

0.05

<0.01

0.009

<0.001

잔부

*) 희토류

지지 재료를 잉곳으로서 주조된 고온 슬랩으로 가공하고, 이어서 3.5㎜ 두께의 열간 스트립으로 가공한다. 이 열간 스트립을 냉간 압연에 의해 계속하여 1.0㎜의 두께까지 추가 변형하고, 연질 어닐링 처리하고, 그 후에 압연 피복법으로 0.06㎜의 피복물을 양면에 피복한다. 이렇게 피복 처리된 스트립이 추가의 열처리없이 50㎛의 얇은 필름으로 압연된다. 1100℃에서 15 분간 공기 중에서 균질화 어닐링 처리한 후에, 필름은 약 0.4% 정도 수축하는데, 이것은 촉매 지지체 및 전열체로서 사용하는 데에 지장이 없다.

산화 거동을 1100℃에서 시효 처리한 후에 시험하였다. 400초 후에 시편의 중량은 3.8% 정도 변했는데, 이는 우수한 산화 안정성을 보여주고 있다.

예 3

고온 침지 알루미늄 피복 처리된 연속 주조물

지지 재료의 조성(중량%로 표시)은 다음과 같다.

Cr

Al

Si

Ni

Mn

Y

Hf

Se^*)

Zr

Ti

Mg

Ca

Fe

17.3

2.8

0.53

0.13

0.29

0.03

0.05

<0.01

0.004

<0.001

잔부

*) 희토류

지지 재료를 연속 주조에서 주조하고, 이어서 3.0㎜ 두께의 열간 스트립으로 가공한다. 이 열간 스트립을 냉간 압연에 의해 계속하여 0.60㎜의 두께까지 추가 변형하고, 연질 어닐링 처리하며, 그 후에 고온 침지 알루미늄 피복법으로 0.04㎜의 피복물을 피복한다.

이렇게 피복 처리된 스트립이 추가의 열처리없이 50㎛의 얇은 필름으로 압연된다. 1100℃에서 15 분 동안 진공에서 균질화 어닐링 처리한 후에, 필름은 약 0.3% 정도 수축하는데, 이것은 촉매 지지체 및 전열체로서 사용하는 데에 지장이 없다.

산화 거동을 1100℃에서 시효 처리한 후에 시험하였다. 400초 후에 시편의 중량은 3.6% 정도 변했는데, 이는 우수한 산화 안정성을 보여주고 있다.

예 4

압연 피복 처리된 연속 주조물

지지 재료의 조성(중량%로 표시)은 다음과 같다.

Cr

Al

Si

Ni

Mn

Y

Hf

Se^*)

Zr

Ti

Mg

Ca

Fe

17.3

2.8

0.53

0.13

0.29

0.03

0.05

<0.01

0.004

<0.001

잔부

*) 희토류

지지 재료를 연속 주조에서 주조하고, 이어서 3.0㎜ 두께의 열간 스트립으로가공한다. 이 열간 스트립을 냉간 압연으로 계속하여 1.4㎜의 두께까지 추가 변형하고, 연질 어닐링 처리하고, 그 후에 압연 피복법으로 0.05㎜의 전체 피복물을 양면에 피복한다.

이렇게 피복 처리된 스트립이 추가의 열처리없이 50㎛의 얇은 필름으로 압연된다. 1100℃에서 15 분 동안 진공에서 균질화 어닐링 처리한 후에, 필름은 약 0.3% 정도 수축하는데, 이는 촉매 지지체 및 전열체로서 사용하는 데에 지장이 없다.

산화 거동을 1100℃에서 시효 처리한 후에 시험하였다. 400초 후에 시편의 중량은 3.9% 정도 변했는데, 이는 우수한 산화 안정성을 보여주고 있다.

Claims

구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도로서, 조성(중량%로)을 16 ∼ 25% Cr, 2 ∼ 6% Al, 0.1 ∼ 3% Si, 최대 0.5% Mn, 0.01 ∼ 0.3% Zr 및/또는 0.01 ∼ 0.1% 희토류 금속 및/또는 이트륨, 하프늄, 티탄, 최대 0.01% Mg, 최대 0.1% Ca, 잔부 철, 그리고 기타 공정상 수반하는 불순물로 하는 지지 스트립을 포함하며, 상기 지지 스트립은 일면 또는 양면에 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 피복물을 추가로 포함하고 촉매용 지지 재료, 특히 배기 촉매로서 사용되며, 전체 피복물(중량%)이 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 0.5% 미만의 수축률을 얻기 위해 압연 공정 또는 추후 제조 단계에 후속하는 균질화 어닐링 처리 동안에 상기 지지 스트립의 중량의 0.5 ∼ 5% 범위에 속하는 것인 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도로서, 조성(중량%로)을 16 ∼ 25% Cr, 2 ∼ 6% Al, 0.1 ∼ 3% Si, 최대 0.5% Mn, 0.01 ∼ 0.3% Zr 또는 0.01 ∼ 0.1% 희토류 금속 및/또는 이트륨, 하프늄, 티탄, 최대 0.01% Mg, 최대 0.1% Ca, 잔부 철, 그리고 기타 공정상 수반하는 불순물로 하는 지지 스트립을 포함하며, 상기 지지 스트립은 일면 또는 양면에 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 피복물을 추가로 포함하고 저항 재료 또는 전열체로서 사용되며, 전체 피복물(중량%)이 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 0.5% 미만의 수축률을 얻기 위해압연 공정 또는 추후 제조 단계에 후속하는 균질화 어닐링 처리 동안에 상기 지지 스트립의 중량의 0.5 ∼ 5% 범위에 속하는 것인 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복물은 고온 침지 알루미늄 피복법으로 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복물은 압연 피복법으로 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (중량%로) Si: < 0.5% , Ti: < 0.02%, Zr: < 0.1%, 이트륨과 하프늄의 합계: < 0.3%, 희토류: < 0.01%, Mg와 Ca의 합계: < 0.03%인 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (중량%로) Si: < 0.5% , 이트륨: < 0.01%, 하프늄: < 0.01%, 희토류: < 0.05%, Mg와 Ca의 합계: < 0.03%인 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균질화 어닐링 처리는 600℃ ∼ 1200℃ 범위의 온도, 공기 중에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균질화 어닐링 처리는 600℃ ∼ 1200℃ 범위의 온도, 압력 < 10^-1mbar의 진공 중에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제8항에 있어서, 상기 균질화 어닐링 처리는 압력 < 10^-4mbar의 진공 중에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균질화 어닐링 처리는 600℃ ∼ 1200℃ 범위의 온도, -20℃ 이하의 이슬점을 가진 수소 또는 수소/질소 혼합물 분위기에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.
제10항에 있어서, 상기 균질화 어닐링 처리는 -40℃ 이하의 이슬점을 가진 수소 또는 수소/질소 혼합물 분위기에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 구조적으로 안정한 철-크롬-알루미늄 필름의 용도.