KR100321047B1 - Annealing method of ferrite stainless steel strip for surface hardening - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An annealing method of ferrite stainless steel strip for surface hardening by continuously forming martensite phase on the surface of ferrite stainless steel strip through surface scale control is provided. CONSTITUTION: The method includes step of annealing a ferritic stainless steel strip comprising 0.12 wt.% or less of C, 0.75 wt.% or less of Si, 1.0 wt.% or less of Mn, 0.040 wt.% or less of P, 0.030 wt.% or less of S, Cr 16.0-18.0 wt.%, balance Fe and incidental impurities at 800 to 850°C for 5 to 20 hours in oxidizing atmosphere.

Description

페라이트계 스테인레스 열연강대의 표면경화 소둔열처리 방법Surface hardening annealing heat treatment method of ferritic stainless hot rolled steel strip

본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 표면 흠 발생을 방지하기 위한 표면경화처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 페라이트계 스테인레스 열연강대의 소둔열처리 공정에서 열연강대의 표면경화도 함께 시킬 수 있는 소둔열처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface hardening method for preventing surface flaws of ferritic stainless steel, and more particularly, to annealing heat treatment of a hot-rolled steel sheet in an annealing heat treatment process of a conventional ferritic stainless steel strip. It is about a method.

스테인레스강은 우수한 내식성을 가지고 있으며 표면이 미려하기 때문에 여러 용도로 사용되고 있다. 스테인레스강은 미세조직에 의해 오스테나이트계, 페라이트계 그리고 마르텐사이트계로 크게 구분된다. 이중 페라이트계 스테인레스강은 고가의 Ni이 첨가되어 있는 오스테나이트계 스테인레스강에 비해 가격이 저렴한 반면에 조직특성에 의해 오스테나이트계 스테인레스강에 비해 강도가 낮고 연질이기 때문에 표면흠 발생이 쉬운 단점이 있다.Stainless steel is used for various purposes because of its excellent corrosion resistance and beautiful surface. Stainless steel is classified into austenitic, ferritic, and martensitic based on its microstructure. Dual ferritic stainless steel is cheaper than austenitic stainless steel with expensive Ni, but has lower strength and softness than austenitic stainless steel due to its structure. .

따라서, 모재의 기계적 성질을 유지하면서 표면을 경화시킬 경우 이러한 단점을 해소시킬 수 있기 때문에 건축 내외장재 등의 용도로 사용범위를 확대시킬 수 있다.Therefore, when the surface is hardened while maintaining the mechanical properties of the base material, such disadvantages can be eliminated, and thus the use range of the interior and exterior building materials can be extended.

기존의 표면경화방법으로는 질화처리 및 강구(shot ball) 투사에 의한 표면경화하는 방법 등이 있으나, 이러한 방법은 표면미관을 해칠 뿐만 아니라 추가 공정도입으로 제조원가가 높아지게 되는 문제점이 있다.Existing surface hardening methods include nitriding and surface hardening by shot ball projection, but these methods not only damage the surface aesthetics but also increase manufacturing costs by introducing additional processes.

한편, 상기 페라이트계 스테인레스강은 열간압연하여 열연강대를 얻은 다음 열연판을 소둔열처리 하고 있다. 통상의 소둔열처리는 약 750-850℃ 온도에서 환원성 분위기(수소 또는 질소)로 약 50시간 열처리한다.On the other hand, the ferritic stainless steel is hot rolled to obtain a hot rolled steel strip and then annealing the hot rolled plate. Conventional annealing heat treatment is heat-treated for about 50 hours in a reducing atmosphere (hydrogen or nitrogen) at a temperature of about 750-850 ℃.

이러한 페라이트계 스테인레스 열연강대의 소둔열처리의 목적은 열간압연 공정중에 형성된 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)을 페라이트상으로 분해시키고, 열간압연시 형성된 응력을 제거하기 위한 것이다. 따라서, 소둔조업에 있어서 페라이트상에서 오스테나이트상으로 변태하는 온도인 Ac1온도이하에서 장시간 열처리하게 된다. 또한, 열처리할 때 형성된 스케일을 제거하기 위해 산세처리를 행하는데 산세를 용이하게 하기 위해 스케일을 적게 형성시킬 목적으로 환원성 분위기중에서 열처리를 행하고 있다.The purpose of the annealing heat treatment of the ferritic stainless steel strip is to decompose the austenite phase (martensite phase during cooling) into the ferrite phase and to remove the stress formed during the hot rolling. Therefore, in the annealing operation, heat treatment is carried out for a long time at Ac 1 temperature or less, which is a temperature transformed from ferrite phase to austenite phase. In addition, the pickling treatment is performed to remove the scale formed during the heat treatment, but heat treatment is performed in a reducing atmosphere in order to reduce the scale in order to facilitate pickling.

본 발명자들은 제조비를 낮추면서 표면경도를 보다 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인레스 열연강대의 표면경화처리 방법을 모색하던중 위에서 언급한 소둔열처리 조건을 제어하면 그 해결이 가능하다는 것을 확인하고 본 발명을 제안하게 이르렀다.The inventors of the present invention have found that the solution can be solved by controlling the annealing heat treatment conditions mentioned above while looking for a method of hardening the surface of the ferritic stainless steel strip that can improve the surface hardness while lowering the manufacturing cost. I came to.

즉, 본 발명은 기존의 소둔열처리 공정을 이용하여 페라이트계 스테인레스 열연강대의 소둔열처리할 때, 열연판표면에 형성되는 표면스케일을 제어하여 표층부에 마르텐사이트 상을 연속적으로 형성시키므로서 페라이트계 스테인레스강의 표면을 경화시키기 위한 소둔열처리 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.That is, according to the present invention, when annealing heat treatment of a ferritic stainless steel sheet using an existing annealing heat treatment process, by controlling the surface scale formed on the surface of the hot-rolled sheet to form a martensite phase continuously on the surface layer of the ferritic stainless steel It is an object of the present invention to provide an annealing heat treatment method for curing a surface.

도 1은 850℃에서 20시간 동안 질소분위기와 대기 분위기중에서 산화량1 is the amount of oxidation in nitrogen atmosphere and atmospheric atmosphere for 20 hours at 850 ℃

변화에 미치는 열처리 시간의 영향을 나타내는 그래프이다;A graph showing the effect of heat treatment time on the change;

도 2는 850℃에서 20시간 동안 열처리한 시편의 단면조직사진으로,2 is a cross-sectional texture photograph of a specimen heat-treated at 850 ℃ for 20 hours,

도 2(a)는 대기분위기에서 열처리한 발명재이고,Figure 2 (a) is the invention material heat-treated in the atmosphere,

도 2(b)는 질소분위기에서 열처리한 비교재이다;Figure 2 (b) is a comparative material heat-treated in a nitrogen atmosphere;

도 3은 900℃에서 1시간 열처리한 시편의 단면 조직사진이다.3 is a cross-sectional structure photograph of a specimen subjected to heat treatment at 900 ° C. for 1 hour.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면경화 소둔열처리 방법은, 중량%로, C:0.12%이하, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.040%이하, S:0.030%이하, Cr:16.0-18.0% 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 페라이트계 스테인레스 열연강대를 산화성 분위기에서 800-850℃의 온도로 5-20시간 동안 열처리하는 것을 포함하여 구성된다.Surface hardening annealing heat treatment method of the present invention for achieving the above object, in weight%, C: 0.12% or less, Si: 0.75% or less, Mn: 1.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.030% or less, The ferritic stainless steel strip consisting of Cr: 16.0-18.0% and the remaining Fe and other unavoidable impurities is heat-treated at an temperature of 800-850 ° C. for 5-20 hours in an oxidizing atmosphere.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 소둔열처리시 페라이트계 스테인레스 열연강대의 표층부에 산화피막이 다량 형성되도록 하면 스케일/금속계면 직하에 Cr결핍층이 형성되고, 이 Cr이 결핍된 열연강대의 표면이 냉각시 마르텐사이트 변태가 일어나도록 하여 표면경도를 확보하는데, 그 특징이 있다.According to the present invention, when a large amount of oxide film is formed on the surface layer of a ferritic stainless steel sheet during annealing heat treatment, a Cr deficiency layer is formed directly under the scale / metal interface, and the surface of the hot rolled steel sheet lacking Cr causes martensite transformation. The surface hardness is secured by such a feature.

먼저, 본 발명에 적용되는 강은 페라이트계 스테인레스 강으로, 구체적으로 중량%로, C:0.12%이하, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.040%이하, S:0.030%이하, Cr:16.0-18.0%를 함유하는 것이다. 본 발명은 이러한 페라이트계 스테인레스 강을 통상의 방법으로 열간압연하여 열연강대를 얻고 이 열연강대를 소둔열처리 할 때, 그 소둔열처리 조건을 제어하여 표면경화를 시키는 것이다.First, the steel applied to the present invention is a ferritic stainless steel, specifically in weight%, C: 0.12% or less, Si: 0.75% or less, Mn: 1.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.030% or less And Cr: 16.0-18.0%. The present invention is to hot-roll the ferritic stainless steel in a conventional manner to obtain a hot-rolled steel strip, when the annealing heat treatment of the hot-rolled steel strip to control the surface annealing heat treatment conditions.

본 발명에 따라 표면경화 소둔열처리 할 때, 가장 중요한 것은 종래의 환원성 분위기와는 달리, 산화성 분위기를 형성하는 것이며, 그 이유를 설명하면 다음과 같다.When surface hardening annealing heat treatment according to the present invention, the most important thing is to form an oxidizing atmosphere, unlike the conventional reducing atmosphere, the reason for this is as follows.

일반적으로 페라이트계 스테인레스강은 Cr 함량에 따라서 Ac1변태온도(페라이트상에서 오스테나이트상으로 변태하는 온도)가 달라지며, Cr 함량이 낮아질수록 Ac1변태온도가 낮아지게 된다.In general, the ferritic stainless steel has an Ac 1 transformation temperature (temperature for transformation from ferrite to austenite phase) according to the Cr content, and the Ac 1 transformation temperature is lowered as the Cr content is lowered.

페라이트계 스테인레스강은 산화할 경우 환원성 분위기에 비해 산화량이 많아지며 산화피막이 형성됨에 따라 Cr이 산소와 반응하여 소모되기 때문에 스케일/금속 계면 직하에는 Cr 결핍층이 존재하게 된다. 이와 같이 Cr 결핍부에서 Cr이 낮아지게 되면(Ac1변태온도 낮아짐) 고온에서 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)으로 변태가 일어나기 쉽게 된다. 이러한 열연강대를 소둔열처리하고 냉각하면, 모재는 재결정된 페라이트조직을 나타내는 반면에 스케일 직하의 표층부에는 마르텐사이트상이 존재하게 되어 표면경도가 확보된다.When ferritic stainless steel is oxidized, the amount of oxidation is greater than that of a reducing atmosphere, and since Cr is reacted with oxygen as the oxide film is formed, a Cr deficiency layer exists directly below the scale / metal interface. As such, when Cr is lowered in the Cr deficiency part (Ac 1 transformation temperature is lowered), transformation is likely to occur in the austenite phase (martensite phase during cooling) at high temperature. When the hot-rolled steel sheet is subjected to annealing and cooling, the base metal shows a recrystallized ferrite structure, while the martensite phase is present in the surface layer portion directly below the scale, thereby securing the surface hardness.

이를 위해서는 소둔열처리시 분위기를 산화성분위기로 하면 되나, 바람직하게는 산소를 15% 이상 함유한 산화성 분위기로 하는 것이다. 그 이유는 산소가 15%미만으로 함유되는 경우 Cr의 산화가 충분히 일어나지 않아서 Cr결핍에 의한 오스테나이트가 형성되지 않아 표면층에 마르텐사이트 변태가 충분히 일어나지 않기 때문이다. 보다 바람직하게는 대기 분위기로 소둔열처리 하는 것이다. 이는 대기의 공기에는 산소가 대략 23.01%함유되어 있어 자연적으로 산화성분위기를 형성하여 주므로 분위기를 특별히 제어할 필요가 없기 때문이다.To this end, the atmosphere may be an oxidizing component at the time of annealing heat treatment, but preferably an oxidizing atmosphere containing 15% or more of oxygen. The reason is that when oxygen is contained less than 15%, the oxidation of Cr does not occur sufficiently, so that austenite due to Cr deficiency is not formed, and thus martensite transformation does not occur sufficiently in the surface layer. More preferably, the annealing heat treatment is performed in an atmospheric atmosphere. This is because the atmospheric air contains approximately 23.01% of oxygen, which naturally forms an oxidative atmosphere, so it is not necessary to control the atmosphere in particular.

그리고, 소둔열처리 온도는 800-850℃가 바람직한데, 이는 소둔온도가 800℃미만이면 소둔의 목적인 재결정이 충분히 일어나지 않을 뿐만 아니라 표층부에 Cr 함량이 낮아도 오스테나이트로 변태가 일어나지 않게 되고, 850℃를 넘으면 페라이트 모재가 오스테나이트로 변태하여 기계적 성질을 나쁘게 할 우려가 있기 때문이다.In addition, the annealing heat treatment temperature is preferably 800-850 ° C. If the annealing temperature is less than 800 ° C, recrystallization, which is the purpose of annealing, does not sufficiently occur, and transformation of austenite does not occur even when Cr content is low at the surface layer, and 850 ° C. This is because the ferrite base material transforms into austenite and deteriorates mechanical properties.

이때의 소둔열처리 시간은 5-20시간이 바람직한데, 그 이유는 열처리시 산화가 진행됨에 따라 표층부에 오스테나이트상 형성이 가능하도록 스케일/금속 계면 직하에 Cr 결핍부가 충분히 형성되기 위해서는 5시간 이상 가열하여야 하며, 가열시간이 20시간을 넘게 되면 생산성이 저하되기 때문이다.At this time, the annealing heat treatment time is preferably 5 to 20 hours. The reason for this is that as the oxidation proceeds during the heat treatment, heating is performed for 5 hours or more in order to form a sufficient Cr deficiency portion directly under the scale / metal interface so that an austenite phase can be formed on the surface layer. This is because, when the heating time exceeds 20 hours, productivity is lowered.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

[실시예 1]Example 1

아래 표 1과 같은 조성을 갖는 STS430 열연강판을 사용하여 질소분위기와 대기분위기 중에서 850℃, 20시간 동안 산화시켰다. 분위기별 산화시간 변화에 따른 산화량을 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.STS430 hot rolled steel sheet having the composition shown in Table 1 below was oxidized at 850 ° C. for 20 hours in a nitrogen atmosphere and an air atmosphere. The amount of oxidation according to the change in oxidation time for each atmosphere was measured and the results are shown in FIG. 1.

화학성분(중량%)Chemical composition (% by weight) STS 430STS 430 CC SiSi MnMn PP SS CrCr 0.050.05 0.50.5 0.450.45 0.0350.035 0.010.01 16.316.3

도 1에 나타난 바와 같이, 질소분위기에 비해 대기 분위기에서의 산화량이 많으며 산화시간이 증가함에 따라 산화량이 증가하는 것을 보여주고 있다.As shown in FIG. 1, the amount of oxidation in the atmosphere is higher than that of the nitrogen atmosphere, and the amount of oxidation increases as the oxidation time increases.

도 1중 850℃ 에서 20시간 동안 질소분위기와 대기분위기중에서 열처리한 시편의 단면 조직사진을 도 2에 나타내었다.FIG. 2 shows a cross-sectional structure photograph of a specimen heat-treated in a nitrogen atmosphere and an air atmosphere at 850 ° C. for 20 hours.

도 2에서 알 수 있듯이, 질소분위기중에서 열처리한 비교재(도 2(b))의 경우 스케일/금속 계면에 오스테나이트상의 존재하지 않은 반면, 대기분위기중에서 열처리한 발명재(도 2(a))의 경우 산화량이 많게 되어 스케일/금속 계면에 오스테나이트상(1)(냉각시 마르텐사이트상)이 형성되어 있는 것을 보여주고 있다.As can be seen in FIG. 2, in the case of the comparative material (FIG. 2 (b)) heat-treated in a nitrogen atmosphere, the austenite phase did not exist at the scale / metal interface, while the inventive material heat-treated in the air atmosphere (FIG. 2 (a)). In this case, the amount of oxidation increases, and it is shown that the austenite phase 1 (martensite phase during cooling) is formed at the scale / metal interface.

이러한 마르텐사이트상은 경도값이 높기 때문에 표층부에 마르텐사이트상이 형성되어 있는 경우에 표면경화 효과를 얻을 수 있다.Since the martensite phase has a high hardness value, a surface hardening effect can be obtained when the martensite phase is formed in the surface layer portion.

한편, 900℃ 에서 1시간 열처리한 시편의 단면 조직사진을 도3에 나타내었다. 430 강의 Ac1온도(약 870℃) 이상에서 열처리하게 되면 모재인 페라이트 결정립계에 오스테나이트상이 존재하고 있는 것을 보여주고 있으며, 미세경도 측정결과 마르텐사이트상의 경도가 페라이트상에 비해 매우 높은 것을 알 수 있다. 따라서 430 강을 Ac1온도이상에서 열처리하게 되면 기계적 성질이 나빠지게 된다.On the other hand, the cross-sectional structure photograph of the specimen heat-treated at 900 ℃ for 1 hour is shown in FIG. The heat treatment at Ac 1 temperature (about 870 ℃) of 430 steel shows that the austenite phase is present in the ferrite grain boundary, which is the base material. . Therefore, if the 430 steel is heat-treated above Ac 1 temperature, the mechanical properties are deteriorated.

상술한 바와 같이, 본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 기존의 소둔열처리 설비를 활용하여 열처리하므로서 별도의 추가 공정없이 표면경화 효과를 얻을 수 있으며, 소둔열처리시 가격이 비싼 수소 가스와 질소가스를 사용하지 않는 대신 대기 분위기를 사용하여 열처리함에 따라 제조원가 절감효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention can obtain a surface hardening effect without any additional process by heat treatment using the existing annealing heat treatment equipment of ferritic stainless steel, and does not use expensive hydrogen gas and nitrogen gas during annealing heat treatment Instead, the manufacturing cost can be expected as the heat treatment using the atmospheric atmosphere.

Claims (3)

중량%로, C:0.12%이하, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.040%이하, S:0.030%이하, Cr:16.0-18.0% 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 페라이트계 스테인레스 열연강대를 소둔하는 방법에 있어서,By weight, C: 0.12% or less, Si: 0.75% or less, Mn: 1.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.030% or less, Cr: 16.0-18.0% and the remaining Fe and other unavoidable impurities In the method of annealing a ferritic stainless hot rolled steel strip, 상기 소둔은 산화성 분위기에서 800-850℃의 온도로 5-20시간 동안 열처리하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 열연강대의 표면경화 소둔열처리 방법.The annealing is a surface-hardening annealing heat treatment method comprising the heat treatment for 5-20 hours at a temperature of 800-850 ℃ in an oxidizing atmosphere. 제 1항에 있어서, 상기 산화성 분위기는 15%이상의 산소를 함유함을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the oxidative atmosphere contains at least 15% oxygen. 제 1항에 있어서, 상기 산화성 분위기는 대기 분위기임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the oxidative atmosphere is an atmospheric atmosphere.
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