KR100286647B1 - Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간압연 강재의 소둔방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간 압연 강재의 소둔방법에 관한 것이며, 그 목적은 산세성 향상을 위해 단속식 소둔로 분위기 중의 과잉산소량을 제어하여 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간압연 강재를 소둔하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.08%이하, Cr:16-18%, Ni:10-15%, Mo:2-3%, N:0.4%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, B:0.009%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 오스테나이트계 스테인레스 열연강재를 프로판가스를 연료로 사용하는 단속식소둔로에서 강재온도를 1010-1180℃로 유지하여 소둔하는 방법에 있어서, 상기 소둔로의 분위기내에 과잉산소량을 3~10 vol.%로 제어하는 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간압연 강재의 소둔방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간 압연 강재의 소둔방법

본 발명은 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간 압연 강재의 소둔방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 산세성 향상을 위해 단속식 소둔로 분위기중의 과잉산소량을 제어하여 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간압연 강재를 소둔하는 방법에 관한 것이다.

스테인레스 열연강재의 산세성은 소둔시 형성되는 산화스케일의 구조 및 스케일/금속계면에서의 크롬고갈층 형성에 크게 영향을 받으므로 열연강재의 산세성은 소둔조건에 따라 변화된다. 그러나, 일반적으로 열연강재의 소둔조건을 열간압연 조직의 재결정 연화에 의한 기계적 성질의 확보 및 석출물의 재고용화에 의한 내식성 및 인성의 회복 등에 기준하여 설정되므로 산세성 향상을 위한 소둔조업 조건의 변경에는 한계가 있다. 그러나, 소둔로내 과잉산소량의 조절로써 산세성을 개선시키는 기술은 소둔온도 및 기타 소둔조건 등에 영향을 미치지 않으므로 현장적용이 가능하게 된다.

오스테나이트계 스테인레스 열연강재의 소둔공정에서 연속 소둔로 분위기중의 과잉 산소량을 제어하여 산세성을 개선시킨 방법으로는 T.Ogusi등[금속표면 기술, 37,10(1986)]이 제안한 기술을 들 수 있는데, 상기 제안은 프로판가스 연소분위기에서 SUS 304 스테인레스강을 소둔할 때 과잉산소가 분위기내에 0.4%이상 존재하면 산세성이 좋다고 주장하고 있다.

또한, Y.Kinoshita등[철과 강, 7,57(1979)]은 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인레스강의 산화는 연속소둔로에서 과잉산소량이 3.0%일 때 가장 적게 발생된다고 보고한 바 있다.

또한, 대한민국 특허출원 93-1732호는 COG(Cokes Oven Gas:코크스 오븐 가스)를 연료로 사용하는 연속소둔로에서 강판온도를 1080-1180℃로 유지하여 소둔할 경우 304스테인레스 열연강판에서는 과잉산소량을 3-8%로 하고 Mo를 2-3%함유하는 오스테나이트 스테인레스 열연강판에서는 과잉산소량을 2.5%이하로 관리하는 것이 산세성 향상에 좋다고 제안하였다.

한편, 또 다른 방법으로 연속소둔로에서 소둔 온도를 제어하여 산세성을 향상시키는 방법으로는 L.A.Fernando등[Met.Trans. A, I9A, 4(1988)]이 제안한 기술을 들 수 있다.

상기 종래 제안들은 두께가 얇은 열연강재를 소둔하는 연속소둔로에만 적용될 수 있고, 두꺼운 열연강재를 소둔하는 단속식 소둔로에는 적용될수 없는 한계가 있다.

통상, 두께가 두꺼운 열연강재를 소둔할 경우 강재의 내부까지 충분한 가열이 필요하기 때문에 장시간 가열할 수 있는 단속식 소둔로에서 열처리한다. 이때, 스케일과 금속계면에서의 산화물 거동이 연속식 소둔로에서의 산화물 거동과 다르기 때문에 단속식소둔로 특성에 따른 소둔조건이 적용되어야 한다.

따라서, 본 발명은 단속식 소둔로에서 열처리시 스케일/금속계면에서의 산화물 거동에 대한 금속 야금학적인 연구와 실험을 수행하고 그 결과에 근거하여 제안된 것으로, 본 발명은 소둔로 분위기 중의 과잉산소량을 제어하여 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 열간 압연 강재를 프로판 가스를 연료로 사용하는 단속식 소둔로(Batch Furnace)에서 산세성을 확보하면서 실수율이 우수한 소둔 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

제1도는 1100℃에서 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간 압연 강재의 산화속도에 미치는 과잉 산소량의 영향을 나타내는 그래프.

제2도는 8%의 과잉 산소 분위기에서 MO를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간 압연 강재의 산화 속도에 미치는 소둔 온도의 영향을 나타내는 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.08%이하, Cr:16-18%, Ni:10-15%, Mo:2-3%, N:0.4%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, B:0.009%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 오스테나이트계 스테인레스 열연강재를 프로판가스를 연료로 사용하는 단속식소둔로에서 강재온도를 1010-1180℃로 유지하여 소둔하는 방법에 있어서, 상기 소둔로의 분위기내에 과잉산소량을 3~10 vol.%로 제어하는 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간압연 강재의 소둔방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

액화 프로판 가스(LPG:Liquified Propane Gas)를 연료로 사용하여 열연강재를 소둔할 경우 LPG와 공기를 버너에 도입시켜 소둔로 내에서 연소반응이 일어나게 함으로써 연소반응에 의한 반응열로서 열연강재를 소둔시키게 된다. 이때, 버너에 도입된 LPG는 공기중의 산소와 완전 연소되므로 단속식 소둔로내의 가스조정(소둔로 분위기)은 CO₂와 H₂O 등의 연소가스와 공기중에 함유되어 있는 질소 및 과잉산소 등으로 이루어진다.

상기 과잉산소량의 조절은 LPG를 연료로 사용하는 단속식 소둔로에서 산화분위기를 제어하는 역할외에도 로온 유지를 위한 열량을 공급하는 역할을 한다. 즉, 과잉산소량이 0% 이하일 경우에는 불완전 연소에 의한 연료의 낭비 및 유독 배기가스가 발생되고, 과잉산소량이 높은 경우에는 과다한 공기의 유입으로 로온 유지가 어렵다. 그러므로, 단속식 소둔로내의 과잉산소량은 0-10vol.%의 범위로 조절할 수 있는데, 본 발명에서는 Mo을 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 단속식 소둔로에서 열처리시 강재온도가 1010-1180℃일 때 로내 과잉산소량을 3-10vol.%의 범위로 제한하는 데 특징이 있고, 그 여유를 설명하면 다음과 같다.

통상 열간압연 또는 열간압연후의 냉각중 열연강재 표면에는 보호성이 강한 크롬계 산화피막이 형성된다. 이와 같은 열연강재를 단속식 소둔로에서 1010-1180℃의 고온으로 가열하면 금속계면에 산화물 형성을 억제하고 보호하는 기능을 하는 크롬계 산화피막이 그 기능을 상실하게 되어 산화반응이 일어나는데, 이때 다시 기지금속의 Cr과 분위기중의 산소가 반응하여 보호피막이 형성되고 산화속도는 늦어진다. 상기 산화로 스케일/금속계면으로 확산해가는 크롬량이 많아지고, 이후 스케일/ 금속계면의 금속쪽에는 크롬고갈층이 생성되는데, 이때 생긴 크롬 고갈층은 이후의 산세공정에서 쉽게 부식되기 때문에 용이하게 강재의 표면에 생긴 산화스케일을 제거할 수 있다.

그러나, Mo을 2-3%함유한 상기 오스테나이트계 스테인레스강에서는 휘발성이 강한 Mo산화물이 형성되어 고온에서 휘발하여 스테인레스 강재의 표면에 형성된 크롬계 산화물 피막을 파괴시켜 스케일 직하의 기지금속의 산화가 진행된다. 그러나, 이때 소둔로에 과잉산소량을 3% 이상으로 하면 Mo산화물에 의해 파괴된 크롬 산화물이 용이하게 다시 형성되어 보호 피막 역할을 하므로 산화량이 적어지고 실수율이 증가되는데, 과잉산소량을 10%이상으로 하면 실수율의 향상없이 연료소모가 많아지므로 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스 열간압연 강재을 단속식 소둔로에서 열처리시 과잉산소량은 3~10%가 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어 과잉산소량의 조절은 공연비 조절로 행해질 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

하기표 1과 같이 조성되는 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스 열간 압연 강재의 소둔하지 않은 표층부를 방전 가공하여 10^W× 10¹×5^t㎣의 크기로 절단하여 시편으로 사용하였다. 완전연소 후의 조성이 표 2와 같은 연료를 사용하여 시편을 가열하였으며 시편의 승온은 초기 600℃까지는 분당 50℃로 하였고 이후 각각의 반응목표온도(1050-1150℃)까지는 18~22℃/min의 속도로 승온시켜 전체 승온시간을 각 조건에서 37분으로 동일하게 하였으며 반응 온도에서 30분간 유지하였다. 실험온도 1100℃에서 과잉산소를 1%, 4%, 8%, 10%로 변화시키면서 과잉산소량이 미치는 영향과 과잉산소량 8%에서 실험온도를 1050℃, 1100℃ 및 1150℃로 설정하여 가열 온도의 영향을 고찰하였다. 상기의 실험 결과로 산화증량을 측정하였으며, 그 결과는 도1, 도2에 각각 나타내었다.

도 1에 나타난 바와같이, 과잉산소량이 많을수록 산화속도가 저하함을 알 수 있었다. 과잉산소량이 4% 이상인 경우의 1100℃로 승온 후 30분 유지했을 때의 산화 중량은 과잉산소량 1%인 경우에 비하여 3분의 1이하를 나타내었다. 과잉산소량 증가에 의한 산화량의 감소는 소재의 실수율 향상 뿐 아니라 후공정인 산세공정에서의 조업을 용이하게 하며 산의 소모량 및 유해 폐기가스의 발생을 줄일 수 있게 하므로 경제적인 효과가 클 것으로 생각된다.

도 2는 소둔온도가 낮을수록 산화속도가 저하됨을 보이고 있으나 실제 소둔공정에서는 소둔온도와 소둔시간이 연계되어 조정되므로 임의로 소둔온도를 단독으로 변화시킬 수는 없다.

이상의 실시예에서 알 수 있듯이 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간 압연 강재의 소둔 조업은 분위기내 과잉산소량을 3%이상으로 높여서 조업하는 것이 산화량 저감에 의한 실수율 향상 및 산세시의 산손실 및 폐기물 발생 저감으로 경제적인 효과를 얻을 수 있다. 그러나 분위기 중의 과잉산소량을 계속적으로 높이는 것은 공기 공급량을 늘려 열량 저하를 유발하므로, 로내 과잉 산소량은 3-10%로 제한하는 것이 바람직하다.

상술한 바와같이, 본 발명은 단속식소둔로에서 소둔열처리시 과잉산소량을 적절하게 제어함으로서 산세가 용이하며, 실수율이 우수한 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 소둔 방법을 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 중량%로, C:0.08%이하, Cr:16-18%, Ni:10-15%, Mo:2-3%, N:0.4%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, B:0.009%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 오스테나이트계 스테인레스 열연강재를 프로판가스를 연료로 사용하는 단속식소둔로에서 강재온도를 1010-1180℃로 유지하여 소둔하는 방법에 있어서, 상기 소둔로의 분위기내에 과잉산소량을 3~10 vol.%로 제어하는 것을 특징으로 하는 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 열간압연 강재의 소둔방법.