KR100389323B1

KR100389323B1 - 열간가공성이우수한내열성오스테나이트계스테인레스강

Info

Publication number: KR100389323B1
Application number: KR10-1998-0060313A
Authority: KR
Inventors: 이윤용; 김동훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2003-11-12
Also published as: KR20000043875A

Abstract

본 발명은 열간가공성이 개선된 내열성 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것으로서, 중량%로 C : 0.08% 이하, Mn : 2.0% 이하, P : 0.045% 이하, Cr : 24∼26%, Ni : 19∼22%, S : 0.001% 이하, Si : 0.5% 이하, N : 840ppm 이하를 포함하고;

B : 20∼40ppm 또는 Ti : 280ppm 이하를 더 포함하고;

잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며;

하기 식,

Cr_eq.= (%Cr) + 1.5(%Si) + 3(%Ti),

Ni_eq.= (%Ni) + 0.31(%Mn) + 22(%C) + 14.2(%N),

으로 표현되는 Cr/Ni의 당량비가 1.18∼1.25의 범위에 있는 것을 특징으로 하므로, 310S강의 열간가공성을 크게 개선시킴으로서 표면품질 및 에지크랙을 저감시키고 후물 슬라브의 생산을 가능하게 하여 생산성을 현저히 증가시킬 수 있다. 또한 고온 단조 가공품의 경우 불량율을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

열간가공성이 우수한 내열성 오스테나이트계 스테인레스강

본 발명은 열간가공성이 개선된 내열성 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것으로, 특히 열교환기, 자동차부품, 소각로와 같은 산업설비 등에 사용되는 내열성 스테인레스강인 310S 강의 열간가공성을 개선하여 열연 표면품질 및 실수율을 향상시키는 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

일반적으로, 고합금 내열성 오스테나이트계 스테인레스강인 310S강은 C : 0.08% 이하, Mn : 2.0% 이하, P : 0.045% 이하, S : 0.045% 이하, Si : 1.5% 이하, Cr : 24∼26%, Ni : 19∼22%, 및 잔부 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 조성을 갖는 강이다.

그러나, 310S강은 고온에서 열간가공성이 취약하여 열간압연시 에지크랙(edge crack)이나 슬리버(sliver)와 같은 표면결함이 발생되기 쉽다. 이에 열간가공성을 개선하기 위하여, 슬라브 두께를 150mm 이하로 제한하거나, 열간압연후 열연코일 표면결함을 제거하기 위한 그라인딩 작업을 실시해야만 하는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고온에서의 310S강의 열간가공성을 현저히 개선하여 생산성, 실수율 향상 및 제조비용을 저감시킬 수 있는 열간가공성이 개선된 내열성 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 데 그 목적이 있다,

도 1은 310S강의 열간가공성에 미치는 S의 영향을 도시한 그래프도.

도 2는 강종별 열간가공성의 냉각속도 민감도를 도시한 그래프도.

도 3은 냉각속도가 1℃/sec 조건하에서 S5강의 열간가공성에 미치는 유지시간의 영향을 도시한 그래프도.

도 4는 냉각속도가 1℃/sec 조건하에서 S22강의 열간가공성에 미치는 유지시간의 영향을 도시한 그래프도.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 50℃/sec로 냉각한 시편의 S함량에 따른 미세 석출물의 분포를 나타낸 사진이고, 도 5d는 각 사진의 조성을 나타낸 스펙트럼도.

도 6a는 1℃/sec로 냉각한 S64강의 파단면 TEM 분석 사진이고, 도 6b는 스펙트럼도.

도 7은 310S강의 열간가공성에 미치는 B 첨가의 영향을 도시한 그래프도.

도 8은 310S강의 열간가공성에 미치는 N 첨가의 영향을 도시한 그래프도.

도 9는 310S강의 열간가공성에 미치는 Ti첨가의 영향을 도시한 그래프도.

도 10a, 도 10b, 도 10c는 1250℃에서 5분 가열후 1℃/sec로 1000℃까지 냉각한 S64, Ti140, Ti280강 각각의 열처리 단면사진.

도 11은 Ti280강의 열간가공성에 미치는 냉각속도의 영향을 S64강과 비교하여 나타낸 그래프.

도 12a, 도 12c, 도 12e, 도 12g는 냉각속도 변화에 따른 Ti280강의 TEM 단면 조직사진이고, 도 12b, 도 12d, 도 12f, 도 12h는 각각의 스펙트럼도.

도 13은 Si첨가에 따른 액상 온도와 고상 온도의 영향을 도시한 도면.

도 14는 Si첨가가 제로 연성 온도(Zero Ductility Temperature)에 미치는 영향을 도시한 도면.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위하여, 열간가공성이 우수한 내열성 오스테나이트계 스테인레스강은 중량%로 C : 0.08% 이하, Mn : 2.0% 이하, P : 0.045% 이하, Cr : 24∼26%, Ni : 19∼22%, S : 0.001% 이하, Si : 0.5% 이하, N : 840ppm 이하를 포함하고; B : 20∼40ppm 또는 Ti : 280ppm 이하를 더 포함하고; 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며;

하기 식,

Cr_eq.= (%Cr) + 1.5(%Si) + 3(%Ti),

Ni_eq.= (%Ni) + 0.31(%Mn) + 22(%C) + 14.2(%N),

으로 표현되는 Cr/Ni의 당량비가 1.18∼1.25의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따르면, 열간가공성이 우수한 내열성 오스테나이트계 스테인레스강은 중량%로 C : 0.08% 이하, Mn : 2.0% 이하, P : 0.045% 이하, Cr : 24∼26%, Ni : 19∼22%, S : 0.001% 이하, Si : 0.5% 이하, N : 840ppm 이하를 포함하고, B : 20∼40ppm 또는 Ti : 280ppm 이하를 포함하며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 Cr/Ni의 당량비가 1.18∼1.25의 범위에 있도록 한다. 이때, Cr 당량비(Cr_eq.)와 Ni 당량비(Ni_eq.)는 다음과 같이 표현된다.

Cr_eq.= (%Cr) + 1.5(%Si) + 3(%Ti).

Ni_eq.= (%Ni) + 0.31(%Mn) + 22(%C) + 14.2(%N).

보통, 310S 강은 성분 범위내에서 Cr/Ni 당량비(Cr_eq./Ni_eq.)에 따라 연주공정에서의 응고 모드가 달라지게 된다. Cr/Ni 당량비가 낮은 경우 액상에서 γ단상이 정출하여 γ단상으로 응고가 완료되고, Ci/Ni 당량비가 높은 경우 액상에서 γ상이 우선 정출한 후 잔류 액상에서 δ상이 정출하여 응고완료시 γ상과 δ상이 동시에 존재하게 된다. 두가지 형태의 응고 모드중 Cr/Ni 당량비가 낮은 경우에는 P, S와 같은 불순원소들의 편석이 심화되어 응고 크랙에 민감하게 된다. 반면, Cr/Ni 당량비가 너무 높은 경우에는, 정출된 δ상은 금속간 화합물인 σ상으로 변태하여 소

둔과정에서 제거가 용이하지 못하게 된다,

이하, 실시예를 들어 본 발명을 설명한다.

[실시예]

고주파 진공유도 용해로(10-4torr; ULVAC)를 사용하여 원료를 용해시킨 후,W×L ×T = 140 ×330 ×140(mm) 크기의 30Kg 주괴 시편을 제조하였다. 원료는 전해철, CrN, Cr, Ni 등을 사용하였다. 시편은 열간가공성 평가시편과 응고특성 정가시편으로 분류하여 제조하였다.

열간가공성 평가시편의 용해성분은 310S 강의 표준조성에 S(5∼64ppm), Ti(0∼280ppm), N(350∼840ppm), Si(0.34∼1.39%) 및 B(0∼30ppm)로 이루어지고, Cr/Ni 당량비(1.11∼1.26)를 변화시켰으며, Mn, P, C, Cr, Ni 등의 함량은 고정하였다.

응고특성 평가시편의 경우, Cr/Ni 당량비 변화를 위해 Si를 0.43∼1.39%, Mn을 0.56∼1.85%로 변화시켜 응고 모드 및 고온취성에 미치는 Cr/Ni 당량비의 영향과 Si함량의 영향을 조사하였다. 응고특성 평가시편의 경우 열간가공성은 평가하지 않았다. 이는 열간가공성에 미치는 S의 영향이 강중 Mn 함량에 따라 변하기 때문이다.

이와 같이 제작된 주괴는 1250℃의 Ar분위기 전기로에서 재가열된 후, 추출하여 2단 가역식 열간압연기에서 평균압하율 30%로 압연하였다. 압연중 판두께가 20mm 및 12mm 상태에서 일부 절단하였으며, 이후 4mm 두께까지 압연한 후 수냉하였다. 20mm 두께의 열연판은 φ×L = 18 ×300(mm)로 가공하여 일방향 응고시편으로 사용하였으며, 12mm 두께 판은 φ×L = 10 ×120(mm)로 가공하여 고온인장시편으로 사용하였다. 또한, 4mm 두께 판은 L ×W ×T = 10 ×10 ×4(mm) 및 110 ×75 ×4(mm)로 가공하여 각각 소둔열처리 시편으로 활용하였다.

열간가공 평가시편의 화학조성을 하기 [표 1]에 나타내었다,

[표 1]

상기 [표 1]에서, P, S, Ti 및 B의 화학조성은 ppm 단위를 나타낸다.

이하, 열간가공성에 미치는 합금원소의 영향에 관하여 상세히 설명한다.

도 1에 열간가공성에 미치는 S의 영향을 나타내었다. 실험은 시편을 1250℃에서 5분간 재가열하고 1℃/sec로 인장온도까지 냉각하면서 인장하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 강중 S함량 증가 및 온도 저하에 따라 열간가공성은 급격히 저하하고 있다. 특히, S함량이 5ppm에서 12ppm으로 증가시 1150℃ 이하의 온도에서 열간가공성은 급격히 저하한다. 이와 같이 강중 S함량 증가와 함께 열간가공성이 저하되는 현상은 1250℃에서 재고용된 S가 온도 저하와 함께 입계에 재석출하여 입계를 취성화시키는 것에 기인한다.

유화물 석출거동 특히, 석출유화물의 조성이 열간가공성에 미치는 영향에 관하여 간략히 요약하면 다음과 같다. MnS 유화물의 경우, 용융온도는 1530℃로 연주시 액상 내에서 석출을 시작하며 연신성이 좋아 열간가공성에 나쁜 영향을 미치지 않는 반면, FeS 유화물의 경우 용융온도가 1197℃로 낮을뿐만 아니라 약 920℃에서 Fe-FeS 공정상을 형성하여 열간가공성을 급격히 저하시킨다고 알려져 있다.

본 발명에서 강중 S 함량에 따른 열간가공성의 변화를 실제 열간압연 공정중에 나타나는 현상을 고려하여 조사하여 보았다. 통상적인 열연 제조공정에서 슬라브의 냉각속도는 1℃/sec 정도로 볼 수 있다. 그러나, 실제적으로는 압연롤 냉각수가 압연과정중에 소재 표면에 떨어지고, 압연시 냉각된 압연롤과 소재간의 접촉으로 인해 소재표면은 순간적으로 급격히 냉각된다. 이러한 냉각속도의 변화는 유화물의 재석출 거동 및 조성에 영향을 미칠 수 있다. 이에 본 발명에서는 S 함량에 따른 유화물의 재석출 거동 및 조성 변화를 냉각속도의 영향을 고려하여 평가해 보았다.

냉각속도 변화실험은 시편을 1250℃에서 5분 가열한 후, 1000℃까지 초당 각 각 1℃, 20℃, 50℃로 냉각하여 10초 유지후 인장하였다. 도 2에 강종별 냉각속도의 민감도를 나타내었다. S5 강과 같이 S함량이 10ppm 이하로 낮은 강의 열간가공성은 냉각속도 변화에 큰 영향을 받지 않는다. 그러나, S함량이 12ppm 이상인 경우 냉각속도 증가와 함께 열간가공성의 현저한 저하가 나타나고 있다. 즉, 실제 열간압연 공정에서 강중 S 함량에 따른 열간가공성의 변화는 매우 클 것으로 판단된다.

냉각 속도 증가에 따른 열간가공성의 저하는 강중 S 의 재고용 및 편석 또는 재석출 거동과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 만약, 가공성의 저하가 단순히 재고용 S의 입계 편석에 의한 입계취성화에 기인한다면 냉각속도 증가시 S 의 입계편석은 상대적으로 줄어들어 가공성은 반대로 개선되어야 할 것이다. 따라서, 냉각속도 증가시 열간가공성이 저하하는 현상은 석출 유화물의 조성변화에 기인한다고 할 수 있다.

따라서, 냉각속도 변화에 따른 재석출 유화물의 조성변화 가능성을 검증하기 위하여 인장 온도에서 유지시간을 변화시켜 보았다. 실험은 시편을 각각 다른 냉각 속도로 1000℃까지 냉각한 후 유지시간을 기존의 10초에서 3분 및 10분으로 증가시켜 인장하였다.

도 3에서 보여지는 바와 같이, 냉각속도가 1℃/sec로 매우 느린 경우 S5강의 열간가공성은 유지시간 변화에 따라 차이가 없었다. 이러한 현상은 재석출 유화물의 양이 매우 적거나, 서냉과정에서 유화물의 조성이 열간가공성에 유해하지 않은 MnS계로 석출되었음을 의미한다. 냉각속도가 20℃/sec 및 50℃/sec로 빠른 경우 초기에 약간의 열간가공성 저하가 나타나지만, 3분의 유지시간 경과후부터 동일한 가공성을 보여준다. 이러한 현상은 S5강에서도 미세한 양의 유화물 석출이 일어나며, 유지시간 경과에 따라 석출상의 조성 변화가 일어나고 있음을 의미한다.

이러한 현상은 강종 S 함량 증가에 따라 더욱 확연해져 S22강의 경우, 도 4에 보여지는 바와 같이, 유지시간 증가에 따라 열간 가공성이 크게 개선되며 10분의 유지시간시 냉각 속도에 무관하게 거의 동일한 가공성을 보유함을 알 수 있다. 일반적으로, 1000℃에서 유지시간이 증가하면 입도성장이 일어나 열간가공성이 저하될 것으로 생각되나 반대로 가공성이 개선되고 있는 현상은 열간가공성이 유화물의 재석출 및 조성 변화에 크게 영향을 받고 있음을 의미한다.

위에서 살펴본 바와 같이, S함량에 따른 열간 가공성의 저하는 S의 편석 및 재석출 유화물의 조성에 크게 지배받는다. 특히, S함량이 12ppm정도로 매우 낮은 경우에도 S의 편석 및 재석출 거동이 활발히 일어나고 있음을 알 수 있다. 1.5% Mn을 함유한 순수 오스테나이트 스테인레스강의 S고용도는 1200℃에서 약 26ppm, 1000℃에서 약 12ppm 으로 알려져 있다.

그러나, 본 발명에서 관찰된 바와 같이, S함량 5ppm인 S5강에서도 편석 및 재석출이 일어나며, 일정 수준의 열간가공성 확보를 위한 310S 강의 S한계 함량이 1150℃에서 약 15ppm, 1100℃에서 약 12ppm, 1050℃에서 10ppm 이하로 고용도 보다 상대적으로 낮게 나타나고 있다. 따라서, 310S강의 열간가공성 개선을 위하여는 강중 S함량을 10ppm 이하로 제어할 필요가 있다.

재석출 유화물의 조성을 관찰하기 위하여, 고온 인장된 시편의 파단면 부위를 레플리카(replica)로 떠서 주사전자현미경(TEM)으로 관찰하였다. 그리드(Grid)는 니켈-그리드(Ni-grid)를 사용하였다. 도 5의 사진 및 스펙트럼도에는 50℃/sec로 냉각한 시편의 S함량에 따른 미세 석출물의 분포 및 조성이 나타나 있다. S5 강의 경우 석출물 관찰이 용이하지 않았다. S22 강에서 관찰되는 석출물을 TEM으로 분석한 결과, 10nm 크기의 미세한 석출물(b)은 Cu_xS_y를 주성분으로 하고 있으며, 100nm 크기의 구형의 석출물(a)은 (Mn,Cu)_xS_y를 주성분으로 하고 있다. S64강에서 관찰되는 석출물은 대부분 (Mn,Cu)_xS_y이며, 국부적으로 Cr(도 5c에 화살표로 표시되어 있음)이 검출되고 있다. 이러한 현상은 현재까지 일반적으로 알려진 바와 같이빠른 냉각속도 하에서는 FeS를 주성분으로 하는 석출상이 형성된다는 이론과 차이가 있다.

냉각속도에 따른 유화물의 석출거동 고찰을 위하여, 1℃/sec로 냉각한 S64강의 파단면을 TEM으로 관찰하였다. 도 6에 보여지는 바와 같이, 50℃/sec로 냉각된 시편에 비하여 미세 석출물은 현저히 줄어들었으며, 주성분도 MnS임을 알 수 있다.

상기 결과로부터 빠른 냉각 속도하에서 용융 온도가 1127℃로 낮은 Cu₂S가 형성되어 주변의 FeS와 반응하는 경우 Cu₅FeS₄공정상을 형성하고 열간가공 영역에서 액상으로 존재하여 입계를 취성화시킬 가능성이 높다. 이들 유화물들은 냉각속도가 느리거나 유지시간이 길어지는 경우, 충분히 확산하여 주변의 MnS 유화물과 반응하여 희석될 것으로 판단된다. 그러나, 표층부가 급냉되는 열간압연 조건하에서 310S 강의 열간가공성 확보를 위해 강중 Cu 함량을 0.3% 이하로 제어할 필요가 있다.

도 7은 B 첨가의 영향을 보여주고 있다. 11ppm S강에 30ppm B를 첨가함으로써, 1050℃에서 단면 감소율이 S12강 대비 약 15% 정도 개선되며, S22강 대비 약 25%정도 개선된다. 310S 강내 B의 고용도는 약 60ppm 정도이고, 310S 강의 열간가공성 제선을 위하여는 B를 약 20∼40ppm 정도 첨가하는 것이 바람직하다.

310S 강의 고온강도 향상을 목적으로 강중 질소함량을 840ppm으로 증가시킨후, 강의 열간가공성을 평가하였다. 도 8에 10ppm S강에 질소를 840ppm 첨가한 N840 강과 S12강의 열간 가공성을 비교하여 나타내었다. 전체 온도구간에서 질소첨가에 의한 열간가공성의 저하는 나타나지 않는다. 304 또는 316L강에 나타나는 열간가공성 저하 현상이 310S 강에서 나타나지 않는 현상은 강의 응고 조직과 밀접한 관계가 있다.

일반적으로, 질소 첨가의 효과는 316L강의 경우 Mo-N 상호 작용에 따른 재결정억제로 고온 유동응력이 증가함에 기인한다. 반면, 304강의 경우 질소 함량에 따른 δ-ferrite 함량 변화가 주요인자로 작용한다. 그러나, 310S강의 경우 질소첨가에 의해 응고 모드가 변하거나 강중 δ-ferrite 함량변화에 큰 영향을 미치지 못한다. 이 경우, 질소 첨가는 고용강화 또는 Cr-N 상호작용에 의한 재결정 억제효과 외에 큰 의미를 갖지 못한다. 따라서 310S강의 고온강도 향상을 목적으로 310S 강의 성분계를 변경하는 경우 일정 Cr/Ni 당량비 범위내에서 질소 함량을 840ppm까지 증가시켜도 열간가공성을 저하시키지 않는다.

도 9는 Ti 첨가강의 열간가공성을 보여주고 있다. Ti 첨가강의 S함량은 75 ~ 80ppm으로 Ti 미첨가강중 S함량이 가장 유사한 S64 강과 열간가공성을 비교하였다. 도 9에 나타난 바와 같이, 1000℃에서 Ti280강의 열간가공성은 S12강보다 우수하며, Ti140강과 S12강의 열간가공성은 유사한 값을 보여주고 있다. 즉, Ti첨가량 증가에 따라 1100℃이하의 저온역에서 열간가공성이 크게 개선되고 있다.

Ti 첨가 효과를 규명하기 위하여, 우선적으로 1000℃에서의 열처리 조직을 관찰하여 보았다. 도 10은 1250℃에서 5분 가열후 1℃/sec로 1000℃까지 냉각하고 인장한 S64, Ti140, Ti280강의 파단면 조직으로 단면감소율이 동일하게 40%인 지점의 조직사진들을 보여주고 있다. S64 강의 입도가 200∼350㎛인데 반하여, Ti140과 Ti280강의 입도는 각 각 100∼200㎛ 및 50∼150㎛으로 입도성장이 매우 억제되었음을 알 수 있다. 이와 같이 미량의 Ti첨가는 입도성장을 억제하여 재결정을 촉진시킴으로써 310S 강의 열간가공성을 크게 개선시키는데 효과적이다,

Ti 첨가의 효과가 가공중 동적 재결정이 잘 일어나지 않는 저온 구간에서 크게 나타나고 있는 현상에 미루어 입도 미세화 외에 TiN 석출물이 동적 재결정 핵생성 사이트(site)로 기여할 가능성도 매우 높다. 즉, 도 10에 나타난 바와 같이, Ti 미첨가강에 비하여 Ti 첨가강에서, Ti 첨가량 증가에 따라 동적 재결정이 현저히 활성화되고 있음을 알 수 있다.

그리고, Ti 첨가강의 열간가공성이 저온역에서 우수하게 나타나는 이유는 이러한 동적 재결정 거동의 차이에 의해 크게 지배받으며, 이는 Ti 첨가에 의한 입도 미세화와 TiN 석출에 기인한다고 판단된다.

Ti 첨가가 유화물 석출에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 냉각속도 변화실험을 실시하였다. 도 11은 1000℃에서 인장한 Ti280강의 단면감소율에 미치는 냉각속도의 영향을 보여주고 있다. 즉, Ti280강은 냉각속도 20℃/sec까지는 단면감소율에 변화를 보이지 않고 있으며, 이는 Ti 미첨가강인 S64강이 20℃/sec 냉각속도 하에서 단면감소율의 저하를 가져오는 현상과 대비된다. 한편, Ti280강은 냉각 속도가 50℃/sec로 증가시 단면감소율의 급격한 저하를 수반한다는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 냉각속도에 따른 유화물의 석출거동을 분석하였다. 도 12는 냉각속도가 각각 1℃/sec 및 50℃/sec인 Ti280강의 TEM 조직사진 및 고배율 조직사진이다. 미세 석출물은 각형의 미세한 TiN과 구형의 Cu_xS_y로 구분될 수 있다. 냉각속도가 1℃/sec인 경우 석출물의 대부분은 미세한 TiN이며, 간간히 200nm크기의 Cu_xS_y가 관찰된다. 반면, 냉각속도가 50℃/sec인 경우, 석출물의 대부분은 Cu_xS_y로 관찰된다. 그러나, 이러한 Cu_xS_y석출물을 고배율에서 관찰하여 보면 TiN이 동시에 존재하고 있음을 알 수 있다. 즉, TiN/모재 계면이 Cu_xS_y석출 사이트로 작용하고 있음을 알 수 있다. 이러한 현상은 냉각 속도가 1℃/sec인 조건하에서도 동일하게 관찰되고 있다.

이상의 분석결과로부터 Ti첨가의 효과는 TiN의 석출에 의해 재가열 과정중 입도성장을 억제하고, 가공중 동적 재결정 사이트로 작용하여 재결정을 촉진할 뿐만 아니라 유화물의 석출 사이트로 작용하여 냉각과정중 Cu_xS_y의 석출 사이트를 분산시켜 입계 취성화를 방지한다. 분산 석출된 이들 유화물들은 확산이 용이하여 주변의 조대한 MnS계 유화물로 단시간내에 편석되어 20℃/sec의 냉각속도 하에서도 열간가공성은 저하하지 않는다. 이상의 결과로부터 310S 강의 열간가공성을 개선 하기 위하여는 280ppm Ti를 첨가하는 것이 바람직하다.

이하, Si 함량과 Cr/Ni 당량비가 고온 특성 및 응고 모드에 미치는 영향에 관하여 상세히 설명한다.

하기 [표 2]에는 Si와 Mn의 조성 변화에 따른 Cr/Ni 당량비를 나타내며, 이와 같이 조성된 강의 온도에 영향을 도 13과 도 14에 나타낸다.

[표 2]

여기에서, P와 S의 화학조성은 ppm 단위로 나타냄.

도 13은 Si첨가가 액상 온도와 고상 온도에 미치는 영향을 보여주고 있다. Si함량이 증가할수록 액상선 온도과 고상선 온도 모두가 감소하나, 고상선 온도가 상대적으로 급격히 감소하고 있음을 알 수 있다. 이는, Si함량이 증가할수록 편석이 증가하고, 또한 Si 원소의 확산이 느리는 것에 기인한다. 이와 같이, 강중 Si 함량이 0.43%인 경우 응고구간은 약 69℃이나, Si함량이 1.27%인 경우 응고구간은 약 90℃로 Si함량 증가에 따라 응고균열 감수성이 높아짐을 알 수 있다.

또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, Si함량이 0,43%로 낮은 경우 단면감소율이 0이 되는 온도, 즉 제로연성온도(ZDT; Zero Ductility Temperature)가 약 1317℃인 반면, Si함량이 1.39%로 높은 경우 제로연성온도(ZDT)는 약 1290℃임을 알 수 있다. 이와 같이, Si함량 증가와 함께 제로연성온도(ZDT)가 저하하는 현상은 고온역에서의 열간가공성이 저하함을 의미한다. 따라서, 강중 Si함량은 가능한 낮게 관리하는 것이 좋으나, Si탈산등 불가피하게 첨가되는 함량을 고려하여 0.5% 이하로 하는 것이 바람직한다.

Cr/Ni 당량비에 따른 응고 모드를 조사하여 본 결과, 당량비 1.15 이하에서는 초정 γ상으로 응고하여 γ상으로 응고가 완료되는 것을 알 수 있었다. 따라서, Cr/Ni 당량비를 1.18 이상으로 하여 응고 모드를 초정 γ와 잔류 액상으로부터의 δ상을 정출시키는 것이 바람직하다. 그러나 당량비가 1.26와 같이 너무 높은 경우 응고과정에서 형성된 δ상이 σ상으로 변태하여 부위별로 0 ~ 9%의 분포를 보여주며, 재가열 후에도 약 2%정도 존재한다.

이와같이, σ상이 존재하는 경우 열연소둔과정에서 재용해가 용이하게 일어나지 않아 성형성을 저하시키고, 이의 방지를 위해 과소둔을 하는 경우 체질의 연화를 수반한다. 따라서, 310S 강의 Cr/Ni 당량비는 1.18∼1.25 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 효과로는 310S강의 열간가공성을 크게 개선시킴으로서 표면품질 및 에지크랙을 저감시키고 후물 슬라브의 생산을 가능하게 하여 생산성을 현저히 증가시킬 수 있다. 또한 고온 단조 가공품의 경우 불량율을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량%로 C : 0.08% 이하, Mn : 2.0% 이하, P : 0.045% 이하, Cr : 24∼26%, Ni : 19∼22%, S : 0.001% 이하, Si : 0.5% 이하, N : 840ppm 이하를 포함하고;

B : 20∼40ppm 또는 Ti : 280ppm 이하를 더 포함하고;

잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며;

하기 식,

Cr_eq.= (%Cr) + 1.5(%Si) + 3(%Ti),

Ni_eq.= (%Ni) + 0.31(%Mn) + 22(%C) + 14.2(%N),

으로 표현되는 Cr/Ni의 당량비가 1.18∼1.25의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 열간가공성이 우수한 내열성 오스테나이트계 스테인레스강.