KR100328036B1

KR100328036B1 - 페라이트계향균스테인레스강및그제조방법

Info

Publication number: KR100328036B1
Application number: KR1019970053792A
Authority: KR
Inventors: 김기돈
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2002-04-17
Also published as: KR19990032693A

Abstract

본 발명은 향균성(anti-bacterial property)을 가지는 페라이트계 향균 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것이며;

그 목적은 페라이트계 스테인레스강에 기계적특성은 그대로 유지하면서 향균성을 지닐 수 있는 폐라이트계 향균 스테인레스강 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.016%, N:0.015%, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18-22%, Cu:1.4-2.0%, Nb:0.4-1.0%, Ag:0.04-0.2% 및 C+N:0.024%이하를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 폐라이트계 향균 스테인레스 강 및 상기와 같은 성분으로 된 강을 통상의 방법으로 열간압연한 후, 냉간압연하고, 연속소둔한 다음, 400-650℃의 온도에서 0.5-2시간 유지한 후 노냉하는 것을 포함하여 이루어지는 페라이트계 향균 스테인레스강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

페라이트계 향균 스테인레스 강 및 그 제조방법{Ferritic Stainless Steels Having Anti-bacterial Property and A Method of Manufacturing Thereof}

본 발명은 페라이트계 스테인레스 강 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 페라이트계 스테인레스강에 향균성(anti-bacterial property) 확보원소인 Cu, Nb, Ag가 함유된 페라이트계 향균 스테인레스 강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

향균강(anti-bacterial steel)이란 대장균이나 황색포도상구균 등의 증식을 억제하고 고사시켜 식중독과 같은 질병을 예방하는 소재를 일컬으며, 그 향균메카니즘은 소재에서 용출된 Cu⁺²이온과 박테리아를 구성하고 있는 S성분이 결합하여 CuS형태를 취함으로써 박테이라의 활동을 둔화시키고 결국은 사멸시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 향균강은 질병의 예방차원에서 식기 또는 세탁기 드럼등 다양한 용도로의 수요가 예상되고 있으나 현재까지 뚜렷한 기술발전을 이루지 못하고 있다.

향균 스테인레스 강으로는 일본 일신제강사에서 개발하였다고 제시한 17%Cr-1.5%Cu를 함유한 NSSAM1 강종이 있으나, 구체적으로 공개된 내용이 없어 그기술내용을 가늠할 수 없는 실정이다,

이와는 달리 스테인레스 강판 표면에 Cu와 Ag 성분을 각각 6-21%, 19-60%정도로 농축시켜 향균성을 부여한 도장강판이 일본 공개 특허공보 8-49085에 제시된 바 있다. 이외에도 일반 탄소강에 은 분말을 도장시킨 향균 도장강판이 일본 대동특수강 및 가와데쯔사가 각각 제시한 바 있다. 위에서 언급한 도장강판은 어느 정도 향균성은 가지고 있으나 도장층의 소모로 제품 수명의 한계가 있고, 특히 가공처리로 인한 도금층이 불균일을 초래하여 향균성이 제품표면에 따라 다르게 나타나는 문제가 있다. 이에 따라 도장강판의 문제를 극복할 수 있도록 강자체가 향균성을 가지는 소재의 개발의 요구되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자는 강자체가 향균성을 지니도록 다각도로 연구한 결과, 통상의 페라이트계 스테인레스강에 Cu의 용출이 용이하게 일어나도록 성분계를 제어함과 더불어 Cu석출물이 미세하게 석출되도록 열처리조건을 제어하면, 향균성이 획기적으로 확보될 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 제안하게 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 페라이트계 스테인레스강에 기계적특성은 그대로 유지하면서 향균성을 지닐 수 있는 폐라이트계 향균 스테인레스강을 제공함에 있다. 나아가, 향균강을 제조하는 방법을 제공하는데, 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 향균강은 중량%로, C:0.016%, N:0.015%, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18-22%,Cu:1.4-2.0%, Nb:0.4-1.0%, Ag:0.04-0.2% 및 C+N:0.024%이하를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성된다.

나아가 본 발명의 향균강판을 제조하는 방법은, 중량%로, C:0.016%, N:0.015%, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18-22%, Cu:1.4-2.0%, Nb:0.4-1.0%, Ag:0.04-0.2% 및 C+N:0.024%이하를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 통상의 방법으로 열간압연한 후, 냉간압연하고 연속소둔한 다음, 400-650℃의 온도에서 0.5-2시간 유지한 후 노냉하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 18%Cr계통의 페라이트계 스테인레스강에 Cu의 용출이 잘 일어나도록 Nb을 첨가하여 Cu석출물을 미세화하는 한편, Ag을 첨가하여 향균성을 보다 향상시키는데, 그 특징이 있다. 즉, 본 발명은 내식성 및 가공성이 요구되는 소재에 이용되는 18%Cr계통의 페라이트계 스테인레스강 즉, AISI 430강종에 Cu, Nb 및 Ag을 첨가하여 향균성을 갖도록 하는 한편, 가공성은 종래대비 동등이상 유지하도록 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 강성분중 Cu와 Nb 그리고, Ag을 제외한 다른 성분은 통상의 430계통의 강종 규제범위로 그 함량을 제한하며, 그 이유를 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, C 및 N는 430계통의 강종에서 청정성이 요구될 때 각각 0.15%미만 첨가하게 된다. 그리고, 상기 C, N은 원자크기가 비슷한 침입형원소로서 고용체로 존재하며, 비교적 값이 싸고 강종중에서의 역할이 비슷해서 두 원소의 함유량을 C+N으로 제어한다. 즉, 내식성 및 가공성을 유지하기 위해 C+N을 0.024%이하로 하는 것이 필요하다.

Si와 Mn은 본 발명이 목적하는 향균성에는 큰 영향이 없으며, 두 성분 모두 제강공정에서 고철로 부터 불가피하게 반입되는 원소로서 통상의 430강종의 규제 범위로 원가절감을 위해 각각 Si는 0.75%이하 Mn은 1.0%이하로 첨가한다.

P와 S은 내식성과 성형성을 위해 각각 P는 0.04%이하, S은 0.03%이하로 첨가한다.

Cr은 충분한 내식성을 확보하기 위해 18-22%로 첨가한다.

상기와 같이 통상의 430강종에 향균성을 확보하기 위해 Cu와 Nb 그리고, Ag을 적절히 첨가하는데, 본 발명의 특징이 있다.

먼저, 상기 Cu는 그 함량이 많을수록 ε-Cu석출량이 많아져 Cu⁺²용출량이 증가하지만 Cu량이 2.0%를 넘게 되는 경우 가공성이 열악해지고, 1.3%미만의 경우 멸균율이 떨어지므로 Cu는 1.4-2.0%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Nb은 C+N성분의 안정뿐만 아니라 ε-Cu석출물도 안정화 시키며, 상온에서 ε-Cu석출물의 성장을 억제시키는 역할을 하는데, 0.3%이하에서는 그 효과가 크지 않고, 1.0%를 초과하는 경우 그 효과가 포화되므로 Nb첨가량은 0.4-1.0%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

Ag은 0.04%이상 첨가하는 경우 향균성이 보다 향상되는데, 이는 Ag가 Cu⁺²용출을 조장하는 역할을 하거나 또는 미량의 Ag 자체가 박테리아 구성성분인 S을 제거하는 역할을 하는 것으로 추정된다. 이때 Ag성분이 고가임을 고려하여 0.04-2.0%의 범위로 한정한다.

상기와 같이 조성되는 강은 통상의 18%Cr강의 제조방법으로 냉연판을 제조한다. 즉 강을 통상의 방법으로 열간압연한 후 냉간압연하고 연속소둔하여 냉연판을 얻는다.

본 발명에 의하면, 상기 냉연판을 적정조건으로 시효(Aging)처리하면 ε-Cu형태의 석출물을 미세하게 석출되고, 이에 따라 석출물의 전체표면적이 커져 Cu⁺²이온의 용출이 촉진되어 향균성이 향상되는 것이다. 즉, 냉연판을 400-650℃의 온도에서 0.5-2시간 유지한 후 노냉하는 것이 필요하다.

그 이유는 시효처리온도가 350℃보다 낮아지는 경우 가공성은 우수하나 향균성이 떨어지며, 700℃를 넘게 되는 경우 향균성은 우수하나 가공성이 떨어지기 때문이다. 또한, 시효처리시간이 400℃에서 2시간 보다 적거나 650℃에서 30분 보다 길어지면 가공성과 향균성 어느 한쪽이 열악해지기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

상기표 1에 나타난 성분을 지니는 열연강판을 870℃에서 5시간 유지한 후 노냉하고, 이어 70%의 압하율로 냉간압연하여 냉연판을 얻은 다음, 1050℃의 온도에서 2분간 연속소둔하고 공냉하여 얻은 강판의 멸균율을 측정하는 한편, 성형성 평가를 위한 한계드로잉비(Limited Drawing Ratio;이하 'LDR'이라 함)를 측정하고 그결과를 하기표 1에 나타내었다.

이때, 멸균율은 공인된 종균을 배양한 다음 희석시키고 적정량을 취하여 소재표면에 도포시킨 후 일정시간 유지했다가 배균증식에 의한 콜로니(Colony) 숫자를 세어 멸균율을 결정하였는데, 그 결정은 박막투과법(Membrane Filtaration)을 이용하였다.

강번	C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ag	N	C+N	멸균율(%)	LDR
비교강1	0.015	0.35	0.71	0.008	0.008	19.3	1.3^*		0.007	0.022	5	2.3
비교강2	0.016	0.33	0.65	0.008	0.008	19.2	1.4		0.008	0.024	10	2.3
비교강3	0.014	0.34	0.73	0.009	0.007	19.3	1.7		0.008	0.022	11	2.3
비교강4	0.011	0.35	0.72	0.007	0.008	19.3	2		0.008	0.017	13	2.3
비교강5	0.011	0.33	0.68	0.008	0.009	19.2	2.5^*		0.006	0.018	15	2.2
비교강6	0.014	0.35	0.67	0.008	0.007	19.3	1.5		0.007	0.021	18	2.2
비교강7	0.015	0.37	0.74	0.007	0.007	19.4	1.5		0.007	0.022	22	2.2
비교강8	0.016	0.35	0.59	0.008	0.006	19.3	1.5		0.007	0.024	23	2.2
비교강9	0.015	0.38	0.65	0.008	0.007	19.3	1.5		0.008	0.02	23	2.2
비교강10	0.015	0.34	0.73	0.007	0.008	19.3	1.5	0.03^*	0.005	0.022	23	2.2
발명강1	0.014	0.35	0.74	0.008	0.008	19.4	1.5	0.04	0.007	0.021	25	2.2
발명강2	0.016	0.35	0.76	0.009	0.008	19.3	1.5	0.05	0.008	0.024	26	2.2
발명강3	0.012	0.36	0.74	0.008	0.008	19.3	1.5	0.1	0.008	0.02	30	2.2
발명강4	0.013	0.37	0.78	0.008	0.008	19.3	1.5	0.2	0.007	0.02	35	2.2
*표시는 본 발명조건을 벗어난 것임

상기표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 18%Cr에 적정량의 Cu, Nb, Ag가 함유된 발명강(1-4)는 가공성을 통상수준으로 유지하면서 멸균율이 25%이상 수준으로 확보됨을 알 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1의 연속소둔된 냉연판을 하기표 2에 나타난 바와 같이, 350-700℃의 온도범위에서 0.5-4시간동안 유지한 후 노냉하는 조건으로 시효처리한 다음, 멸균율과 LDR값을 측정하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

시료처리조건	350℃×4hr	400℃×2hr	500℃×1hr	650℃×30min	700℃×20min
강종	멸균율(%)	LDR값	멸균율(%)	LDR값	멸균율(%)	LDR값	멸균율(%)	LDR값	멸균율(%)	LDR값
비교강1	15	2.3	65	2.2	68	2.2	70	2.2	77	2
비교강2	21	2.3	75	2.2	80	2.2	75	2.2	80	1.8
23	2.2	78	2.2	82	2.2	80	2.2	80	1.8
비교강3
비교강4	25	2.2	80	2.2	84	2.2	83	2.1	85	1.8
비교강5	25	2.2	82	2.1	86	2.2	83	2.1	88	1.7
발명강6	28	2.2	85	2.2	89	2.2	87	2.1	88	1.7
비교강7	30	2.2	95	2.2	96	2.2	95	2.1	94	1.7
비교강8	32	2.2	92	2.2	96	2.1	97	2.1	98	1.6
비교강9	32	2.2	93	2.2	97	2.1	97	2.1	98	1.6
비교강10	33	2.2	92	2.2	97	2.1	97	2.1	98	1.6
발명강1	36	2.2	99	2.2	99	2.1	99	2.1	99	1.5
발명강2	36	2.2	99	2.2	99	2.1	99	2.1	99	1.5
40	2.2	99	2.2	99	2.1	99	2.1	99	1.5
발명강3
발명강4	45	2.1	99	2.2	99	2.1	99	2.1	99	1.5

상기표 2에 나타난 바와 같이, 시효처리온도가 700℃인 경우 강종에 상관없이 성형성지수인 LDR이 기준값인 2.1을 훨씬 미달하였으며, 또한 300℃미만인 경우 LDR은 우수하였으나 멸균율이 좋지 않았다. 그리고, 비교강(1-10)을 본 발명에서 제시한 시효처리 조건으로 열처리 하더라도 멸균율은 열악하였다.

이에 반해, 발명강(1-4)을 400-650℃의 온도에서 0.5-2시간 열처리한 경우 멸균율 및 LDR값이 우수하게 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 430계통의 강종대비 동등수준의 가공성을 유지하면서도 향균성이 우수한 향균강판을 제공할 수 있으며, 본 발명에 의해 제공되는 향균강판은 세탁기 드럼, 식기류 등에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C:0.016%, N:0.015%, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18-22%, Cu:1.4-2.0%, Nb:0.4-1.0%, Ag:0.04-0.2% 및 C+N:0.024%이하를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 폐라이트계 향균 스테인레스 강.
페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연한 후, 냉간압연하여 냉연판을 제조한 다음, 연속소둔하는 것을 포함한 페라이트계 스테인레스강판의 제조방법에 있어서,

상기 페라이트계 스테인레스강 슬라브는 중량%로, C:0.016%, Si:0.75%이하, Mn:1.0%이하, N:0.015%, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18-22%, Cu:1.4-2.0%, Nb:0.4-1.0%, Ag:0.04-0.2% 및 C+N:0.024%이하를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 연속소둔된 냉연판을 400-650℃의 온도에서 0.5-2시간 유지한 후 노냉하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 페라이트계 향균 스테인레스강판의 제조방법.