KR100276304B1 - 내식성 및 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고Cr함유 스테인레스강에 Nb 및 Al을 복합첨가하고, 적절한 열처리를 행하여 내식성 및 인성이 동시에 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하고자 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량비로 C:0.02%이하, Si:0.5%이하, Mn:0.5%이하, P:0.03%이하, S:0.0025%이하, Cr:26∼35%, Mo:4%이하, N:0.02%이하, Nb:0.6%이하, Al:0.2%이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되면서, (C+N):0.03% 이하, (Cr+Mo):30%이상 및 (Nb+Al)%/(C+N)%=10∼25를 만족하는 스테인레스강을 1180∼25O℃ 온도범위에서 열간압연한후, 800∼900C온도범위에서 사상압연하여 급냉하고, 1000∼1100℃온도범위에서 열연소둔후 급냉하고, 냉간압연한 다음 1000∼1100℃온도범위에서 냉연소둔후 급냉하는 것을 포함하여 구성되는 내식성 및 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

내식성 및 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법

본 발명은 각종 화학 플랜트(plant), 식품 플랜트, 해수용 열교환기, 담수설비, 건축용 외장재 및 지붕재로 사용되는 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성 및 인성이 우수한 고 Cr함유의 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인레스강은 Ni를 첨가하지 않기 때문에 STS304오스테나이트계 스테인레스강 보다 가격면에서는 유리하나, 내식성, 성형성 및 인성이 STS304오스테나이트계 스테인레스강에 비해 떨어져 그 사용용도에 제한을 받고 있다. 그러나, 최근 C,N을 낮게 관리하고, 안정화원소인 Ti, Nb, Al 및 Zr 등을 첨가하여 내식성 및 성형성을 개선하고, 동시에 Cr 및 Mo를 높게 첨가함으로써 기존의 STS304강과 보다 우수한 내식성을 얻고자하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그 결과 각종 화학 플랜트, 식품 플랜트, 해수용 열교환기, 담수설비 및 건축용 외장재 및 지붕재로 사용되고 고 Cr페라이트계 스테인레스강의 수요와 용도는 증가하는 경향을 보이고 있다.

상기와 같이 C,N를 저감시키고 기타원소를 첨가 하여 페라이트계 스테인레스강의 내식성 및 인성을 개선한 종래의 제안으로서 한국 특허공개공보 95-701001호, 94-700552호 및 92-008206호 등을 들수 있다.

상기 한국 특허공개공보 95-701001호는 중량%로 Cr:13∼25%, Nb, Ti, Al 및 V중 한 원소 또는 그 이상의 총량 0.05%∼1%, C:0.03% 또는 그 이상, N:0.03% 그 이하 및 필요에 따라 Mo:0.3∼3.0%를 함유하며, P(%)=420C+470N-23Ni+9Cu+7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-23V-47Nb-49Ti-52Al+189 (각 성분 중량%)로서 정의되는 P값이 0% 또는 그 이하의 값을 가진, 두께가 10mm 또는 그 이하인 Cr-스테인레스강을 주조하고, 1150∼950℃온도에서 압하율 구50%로 열간압연하여 20℃/sec도는 그 이하의 속도로 냉각하거나 5초 또는 그 이상 박판 스트림을 방치한 다음 700℃이하의 온도에서 코일링하는 것올 특징으로한 고인성을 가진 Cr스테인레스강의 박판 스트립 제조방법에 관한 것이다.

또한, 상기 94-700552호는 중량비로, C:0.02%이하, Si:1.0%이하, Mn∴1.0%이하, S:0.03%이하, Cr:20%이상 40%이하, N:0.015%이하, AlL0.5%이하, P:0.06%이상 0.2%이하를 함유하는, 잔여부는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성된 내후성이 우수한 고Cr, P첨가 페라이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

또한, 상기 92-008206호는 중량비로, C:0.03%이하, Si:0.25%미만, Mn:0.25%미만, P:0.03%이하, S:0.001%미만, Cr:15∼25%, Al:3∼6% 1종 이상의 REM, V 및 알카리 토류원소 : 0.01내지 0.2%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 우수한 내고온산화특성과 인성을 갖는 페라이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

그러나, 상기 95-701001호는 Cr함량이 낮아 내식성이 떨어지는 문제가 있고, 상기 94-700552호는 인성이 저하된다는 문제가 있으며, 상기 92-008206호는 Cr함량이 낮아 내식성이 저하하는 문제와 Al함량이 높기 때문에 Al개재물에 의한 저하하는 문제가 있다. 따라서, 상기 제안들은 내식성 및 인성을 동시에 개선시키는 데는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명올 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고 Cr함유 스테인레스강에 Nb 및 Al을 복합첨가하고, 적절한 열처리를 행하여 내식성 및 인성이 동시에 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하고자 하는데 목적이 있다.

도1은 페라이트계 스테인레스강 중의 합금원소 함량변화에 따른 충격천이온도(DBTT, Dutile Brittle Transition Temperature, ℃)변화를 나타낸 그래프.

도2는 페라이트계 스테인레스강 중의 합금원소 함량변화에 따른 공식부식발생온도(CPT, Critical Pitting Temperature, ℃)변화를 나타낸 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량비로 C:0.02%이하, Si:0.5%이하, Mn:0.5%이하, P:0.03%이하, S:0.0025%이하, Cr:26∼35%, Mo:4%이하, N:0.02%이하, Nb:0.6%이하, Al:0.2%이하, 나머지 Fe 및 불가피 한 불순물로 조성되고, (C+N):0.03%이하, (Cr+Mo):30%이상 및 (Nb+Al)%/(C+N)%=10∼25를 만족하는 스테인레스강을 1180∼250℃범위에서 열간압연 한후, 800∼900℃범위에서 사상압연하여 급냉하고, 1000∼1100℃범위에서 열연소둔후 급냉하고, 냉간압연한 다음 1000∼110O℃범위에서 냉연소둔후 급냉하는 것을 포함하여 구성되는 내식성 및 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한것이다.

이하, 본 발명의 페라이트계 스테인레스강 조성 한정 이유를 설명한다.

상기 C 및 N는 Cr탄질화물 힝성원소로서 침입형 원소로 고용하면 강도를 높이지만, 연신율, 충격인성, 내식성 및 성형성을 저하시키기 때문에 낮게 할수록 바람직하며, 그 함량은 두 원소 모두 0.02%이하로 하면서 두 원소의 합(C+N)을 0.03%이하로 한정 한다.

상기 Si는 페라이트 형성원소로 첨가량이 증가하면 페라이트상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.5%이상 첨가하면 Si개재물의 함량이 증가되고, 경도, 강도를 높이고, 연신율 및 n(가공경화지수)값을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.5%이하로 한정한다.

상기 Mn은 함량이 높아지면 MnS개재물의 함량이 증가하여 내공식성이 나빠지며, 경도, 강도를 높이고, 연신율 및 n(가공경화지수)값을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 0.5%이하로 한정한다.

상기 P, S는 P화합물 및 MnS를 형성하여 공식부식발생온도[CPT (℃)]을 낮추고, 열간가공성을 저해하며, 특히 P는 n값을 크게 저하시키므로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 P:0.03%이하, S:0.0025%이하로 한정한다.

상기 Cr은 함량이 너무 낮으면 내식성이 저하하고, 6% FeCl₃용액에서 공식부식발생온도(CPT)가 50℃이상으로 내해수성을 우수하게 유지하기 위해서는 Cr+Mo함량이 30%이상 되어야 하기 때문에 최대 4%Mo 첨가시 최소 Cr함량은 26%이상이 되어야 한다. 하지만, Cr 함량이 35%이상으로 너무 높아지면 강도가 높아지고 연신율, n값 및 r값(평균 랭크포드값)이 낮아 성형성이 나빠진다. 또한, 고 Cr강에서는 냉각시 시그마상 석출로 인성 및 내식성이 급격하게 저하하기 때문에 내해수성을 해친다.

따라서, 제조시 용이하게 시그마상 석출을 방지하기 위해 본 발명에서는 Cr의 함량을 26-35%로 한정한다.

상기 Mo은 내식성을 개선시키지만 그 함량이 증가하면 연신율, n값을 저하시켜 성형성이 나빠진다. 또한 Cr과 동일하게 시그마상을 석출할 가능성이 높기 때문에 내식성, 성형성 및 제조원가를 고려하여 그 함량을 4%이하로 한정한다.

상기 Nb은 C,N와 결합하여 Nb 탄질화물을 형성하여 Cr탄화물 생성을 억제하므로 내식성을 향상시킨다. 그러나 Nb을 O.6%이상으로 과잉 첨가하면 성형성이 저하하기 때문에 그 함량을 0.6%이하로 한정한다.

상기 Al은 N와 결합하여 AlN석출물이 석출되므로 모재내 질소를 감소시켜 모재연화 작용으로 인성을 개선시킨다. 그러나 그 함량이 0.2%이상이 되면 C,N과 결합하지 못한 잉여의 Al때문에 오히려 인성 및 성형성을 저하시키고, 산소와 결합하여 Al산화물 생성을 조장시켜 인성을 저하시키기 때문에 그 함량은 0.2%이하로 한정한다.

그리고, (Nb+Al)%/(C+N)%비가 10이상이면 용접부 입계부식성이 방지되고, 디프드로잉(deep drawing)성을 나타내는 r값 및 장출성형성을 나타내는 에리센(Erichsen)값이 높아지기 때문에 내식성 및 성형성을 동시에 만족하는 10∼25범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성된 강은 열간압연, 사상압연, 열연소둔, 냉간압연, 냉연소둔 등을 거치게 되는데 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

열간압연을 위한 주편과 주괴의 가열은도, 사상압연온도 및 권취온도는 낮을수록 성형성 및 리찡싱이 개선된다. 그러나 열간압연온도가 너무 낮아지면 스라브 표층부가 압연롤(roll)에 묻어나는 스티킹(Sticking)현상이 나타나므로 열연코일 표면에 결함이 많이 발생하기 때문에 1170∼250C의 온도범위에서 열가압연후, 750-900℃의 온도범위에서 사상압연하는 것이다.

그리고, 열연소둔을 하고 냉간압연을 행한 후 냉연소둔을 하는데 상기 열연 및 냉연소둔의 온도가 1OOO℃이하로 낮아지면, 재결정 온도를 높이는 Nb가 첨가된 강에서는 재결정 및 재결정립 성장이 불충분하여 충격특성, 연신율 및 성형성이 저하하며, 1100℃이상으로 소둔온도가 높아지면 결정립이 조대해져 충격특성, 성형후 오렌지 필(orange peel) 및 리찡 저항성등이 나빠진다. 따라서, 본 발명에서는 열연 및 냉연소둔 처리온도를 1000∼1100℃범위로 하는 것이다. 상기와 같은 열연 및 내연소둔후 냉각은 고온취화 및 시그마상 석출을 방지하고 기계적성질, 성형성 및 내식성이 양호하도록 하기 위해 급냉을 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

하기표 1의 조성을 갖는 스테인레스강을 진공유도 용해로에서 용해하여 30Kg주괴(Ingot)를 제조하고, 1230℃에서 150 분 가열한후 850℃로 사상압연하여 12mm, 6mm, 두께의 열연판을 제조하고, 800℃에서 권취한 다음, 1050℃에서 6분간 상소둔로(Box furnace)에서 연속 소둔 처리후 급냉하고 산세처리하였다.

6mm열연소둔판을 51.7%의 압하율로 냉간압연하여 2.8mm두께의 냉연판을 제조하고, 상기 열연판의 소둔온도와 동일한 온도에서 6분간 상소둔로에서 냉연소둔하여 급냉하고 산세처리하여 시편을 제조하였다.

[표 1]

페라이트계 스테인레스강의 인성은 12mm, 6mm(열연소둔판) 및 2.9mm(냉연소둔판)을 10,5mm 및 2.5mm샤프피(Sharpy) V-노치 충격시편을 가공하여 500(Joule)샤프피 충격시험기로 충격시험온도 -150∼+200(℃)범위내에서 실시하여 충격천이온도(DBTT)를 구하였다. 상기 표 1에서 발명강(1) 및 비교강(5,8,9,10,11,12 및 13)을 대상으로 행했으며, 그 결과를 제1도에 나타내었다.

내식성은 염화 제2철 부식시험방법(JIS G O578)으로 6% FeCl₃용액중에 시편을 넣고 용액온도를 2.5(℃)씩 상승시켜 가며 공식 부식이 발생하는 온도를 측정하여 공식부식이 발생하지 않는 최대 용액온도를 공식 부식발생 온도(CPT, ℃)로 나타내었다. 그 결과를 제2도에 나타내었다.

제1도에 나타낸 바와같이 발명강(Nb+Al 복합첨가강)은 1Omm, 5mm, 2.5mm 충격시편 모두 충격천이온도가 가장 낮아 충격인성이 가장 우수함을 알 수 있다.

또한, 제2도에서 나타낸 바와같이 공식부식발생 온도(CPT, ℃)에서도 발명강은 비교강에 비해 높은 것을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 Al의 적정량과 Nb와의 복합첨가, Cr+Mo의 범위 선정 및 (Nb+Al)/(C+N)의 비율을 한정하는 것에 의해 내식성 및 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강이 제공되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (정정) 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량비로 C:0.02%이하, Si:0.5%이하, Mn:0.5%이하, P:0.03%이하, S:O.0O25%이하, Cr:26∼35%, Mo:4%이하, N:0.O295이하, Nb:0.6%이하, Al:0.2%이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되고, (C+N):0.03% 이하,(Cr+Mo):30%이상 및 (Nb+Al)%/(C+N)%=10∼25를 만족하는 스테인레스강을 1180∼1250℃범위에서 열간압연한후, 800∼900℃범위에서 사상압연하여 급냉하고, 1000∼1100℃범위에서 열연소둔후 급냉하고, 냉간압연한 다음 1000∼1100℃범위에서 냉연소둔후 급냉하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.