KR100415655B1 - 표면결함이적은오스테나이트계스테인레스선재제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법이며 그 목적은 표면결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로 C:0.08%이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Cr:17-19%, Ni:8-10%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 조성되는 오스테나이트계 스테인레스 강을 연속주조하여 빌렛으로 만들고, 얻어진 빌렛을 10-12℃/분의 속도로 승온하고 1180-1220℃의 온도에서 210-240분 동안 가열하여 4% 이하의 델타페라이트(δ-ferrite)함량을 유지하고, 1100℃이상의 온도에서 압하량을 20-25%로 조압연한 후 통상의 방법으로 열간압연하여 표면 결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

표면결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재 제조방법

본 발명은 볼트, 스프링 등에 사용되는 스테인레스 선재의 제조방법으로 보다 상세하게는 표면결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인레스 선재는 선재압연공정을 거친 선재가 냉간압조공정에서 고속으로 압축가공되어 볼트, 스프링, 와이어 로프등으로 사용되는데, 그 중 대표적인 선재로 오스테나이트계 스테인레스 선재를 들수 있다. 상기 오스테나이트계 스테인레스 선재의 통상적인 제조방법은 강을 연속주조하여 블룸(bloom)으로 만들고, 상기 블룸을 열간압연하여 빌렛(billet)으로 만들어 냉간 그라인딩(grinding)하고 선재가열로에서 충분히 유지하고 추출한 후 선재압연을 통하여 스테인레스 선재로 제조된다. 상기 열간압연공정은 블룸을 빌렛으로 제조하는 것 이외에도, 열간압연에 유해한 주조조직의 파괴와 편석 및 델타-페라이트(δ-ferrite)의 제어 등의 목적이 있다. 상기 델타-페라이트의 양은 선재압연시 표면결합 및 실수율을 발생시키는 중요한 요인인데, 그 함량이 10% 이상인 경우는 열간압연시 오스테나이트와 델타-페라이트 계면에서 균열이 나타나고, 또한 전혀 포함되어 있지 않으면 열간압연시 재결정 및 회복을 저하시켜 열간가공성이 저하된다.

한편, 최근에는 블룸을 빌렛으로 제조하던 강편압연공정을 생략하고, 연속주조공정에서 강을 직접 빌렛으로 생산하여 에너지 절약과 생산성향상을 도모하고 있다.

그러나, 상기와 같은 방법으로 생산된 선재에는 연속주조에 의하여 빌렛에 형성된 과도한 망상의 델타페라이트와 중심편석문제 등에 의하여 선재압연공정에서 심(seam), 랩(lap) 등의 표면결함과 빌렛의 앞부분이 벌어지는 문제가 생기고 있다.

특히, 앞부분이 벌어지는 현상은 선재압연공정중 압연소재가 압연기에 취입되지 못하고 압연기를 벗어나 조업이 중단되어 생산성과 실수율의 저하를 초래하고 있다.

이와 같은 표면결함 및 앞부분 떨어짐을 억제하기 위하여 여러 가지 방법들이 제안되어 있고, 상기 제안의 하나인 일본 특허 공개 95-306464는 연속주조된 슬라브를 열간압연할 때 가열온도를 1200℃-1280℃로 하고 5-30%로 조압연한 후 열간 표면 그라인딩을 하고 다시 위의 방법을 반복하여 원하는 두께로 열간압연하는 방법으로서, 열연강판의 표면결함은 줄일수 있으나 생산성 및 실효성에 문제가 있으므로 스텐레인스 선재의 제조에 적용하기에는 곤란하다.

또 다른 방법으로 스텐인레스 선재의 표면결함의 원인인 델타페라이트 함량을 제어하는 방법이 있는데, 이 방법은 소재의 성분과 연속주조조업중에 냉각속도를 제어함으로서 과도한 델타폐라이트 함량을 낮추는 것이다. 그러나, 일반적으로 오스테나이트계의 스테인레스 소재인 경우 성분 및 냉각속도에 의한 델타페라이트 함량의 제어는 그 한계가 있으며, 통상 주조된 블룸이나 빌렛의 경우 성분이 정해지면 최대한 줄일 수 있는 델타-페라이트 양은 8% 이상으로서 문제해결효과는 미미하다.

또한, 상기 방법은 델타-페라이트 함량만을 제어하고, 델타-페라이트의 형상에 대한 고려는 하지 않아 열간가공성이 좋지 않다.

한편, 일반적으로 공지된 것으로서 Y. Uematsu(일신제강기보, 1982, 25)에 따르면 가열온도 및 가열시간를 제어하여 델타-페라이트 함량을 줄일 수 있는데, 그 내용의 요지는 델타-페라이트는 고온에서 장시간 균열함에 의해 그 함량을 감소할 수 있다는 것으로서 델타페라이트의 분해속도가 1150℃ 에서 최소이므로 그 이상의 온도에서 가열하여 표면결함을 줄인다는 것이다. 실제로, 델타-페라이트함량은 온도가 증가할수록 감소하며 그 분해속도가 1290℃에서 최대이며 그 이상의 온도에서는 평형상태도에 의하여 델타페라이트의 함량이 다시 증가한다. 그러나, 상기 방법으로 선재가열로의 온도를 상승 작업하면 가열로의 부하 및 연속작업에 지장이 생겨서 생산성이 저하되고, 제조비용이 증가된다. 또한, 재로시간이 길어질수록 델타페라이트의 함량은 감소하는데, 실제로 연속주조된 연주 빌렛을 고온에서 장시간 가열하여 추출하면 델타페라이트함량이 감소되고 앞부분이 벌어지는 현상은 감소되지만 결정립 조대화 및 표면 스케일에 의하여 심, 스켑, 랩 등의 결함이 증가된다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 제안하는 것으로서, 선재가열로에서 연속주조된 빌렛의 가열온도 및 시간을 적절히 제어하여 델타페라이트 함량을 4%이하로 줄이고, 선재압연시 압연온도인 1100℃이상의 온도에서 강압하하여 망상의 델타페라이트 구조를 파괴함에 의하여 표면결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 압하량과 델타페라이트 함량에 따른 결합 발생율의 변화를 나타내는 그래프

도 2는 가열온도와 시간에 따른 델타페라이트분율의 변화를 나타내는 그래프

도 3은 델타페라이트 형상과 단면감소율과의 관계를 나타내는 그래프

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 중량%로 C:0.08% 이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Cr:17-19%, Ni:8-10%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 조성되는 오스테나이트계 스테인레스 강을 연속주조하여 빌렛으로 만들고, 얻어진 빌렛을 10-12℃/분의 속도로 승온하여 1180-1220℃의 온도에서 210-240분 동안 가열하여 4% 이하의 델타페라이트(δ- ferrite)함량을 유지하고, 1100℃이상의 온도에서 압하량을 20-25%로 조압연한 후 통상의 방법으로 열간압연하는 표면 결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것이다

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 중량%로 C:0.08% 이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하,Cr:17-19%, Ni:8-10%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 조성되는 통상의 오스테나이트계 스테인레스 강을 연속주조하여 빌렛으로 만들고, 얻어진 빌렛을 가열로에서 1180-1220℃의 온도로 210-240분 동안 가열하여 4% 이하의 델타페라이트(δ-ferrite)함량을 유지하면 앞부분 터짐 현상을 방지할 수 있는데, 그 이유를 설명하면 다음과 같다.

상기한 바와 같이 델타-페라이트는 표면결함 및 압연시 실수율을 저하시키는 중요한 원인인데, 본 발명에서는 실험을 통하여 그 함량을 4% 이하로 제어하면 상기 문제가 해결됨을 확인하고 그 수단으로 가열온도와 시간을 제어하는 것이다.

따라서, 연속주조된 빌렛의 가열온도가 1180℃ 이하인 경우는 델타페라이트 분해시 발생하는 크롬 및 니켈의 확산이 어려워서 델타페라이트의 분해속도가 저하된다.

또한, 가열온도가 낮아서 후속되는 선재압연시 1100℃ 이상의 압연온도 확보가 어려워 압연온도가 저하되서 표면균열이 발생하고, 선재상태에서 크롬탄화물의 발생으로 인하여 내식성의 저하를 초래한다. 또한, 가열온도가 1220℃ 이상인 경우는 연속주조된 빌렛 표면의 과열로 인하여 표면 주조조직의 조대화되어 열간가공성이 저하되어 선재압연시 비틀림 변형에 의하여 표면 및 중심부에서 쉽게 균열이 형성된다. 이와같은 균열은 고온에서 스캡, 심 등의 표면결함으로 되어 생산성의 저하를 초래한다.

또한, 상기 가열시간은 빌렛소재가 예열대, 가열대, 균열대로 구성되는 가열로에 장입되어 추출될 때까지의 시간이며,이를 당업계에서는 재로시간이라고 하는데, 가열로에서 가열속도가 10-12℃/분일 때 재로시간이 210-240분이 적합하다.

상기 재로시간이 210분 이하인 경우는 델타페라이트의 분해가 가장 빨리 일어나는 균열대에서 가열시간의 부족으로 중심부에서 충분한 균열이 안되고 편석대가 형성되어 열간연성의 저하된다. 또한, 재로시간이 240분 이상이면 소재의 과다한 숙열로 결정립이 조대화되어 스케일의 증가 되고, 또한 과다한 재로시간으로 인하여 에너지가 소모되어 생산성이 저하된다.

상기와 같이 가열된 빌렛을 선재압연할 때 1100℃ 이상의 온도에서 압하량을 20-25%로 조압연한 하는 것이 바람직한데 그 이유는 다음과 같다.

연속주조된 빌렛을 가열로에서 추출하여 압연할 때 압연온도가 1100℃이상이 되어야 열간가공성이 확보될 수 있다. 또한, 상기 압연은 망상의 델타-페라이트 구조를 파괴하기 위하여 조압연하는데, 압하율이 20% 이하인 경우는 소재의 표층에만 압연이 가해지고 중심부는 압연이 되지않아 불균일하게 압연되고 또한 압하량이 작아지므로 가열로에서 제거되지 않은 망상 델타페라이트구조가 파괴되지 않으므로 중심부에 균열이 발생되어 소재의 앞부분이 벌어진다. 또한, 압하량이 25% 이상인 경우는 망상 델타페라이트 파괴 및 균일 압하에는 문제가 없으나, 압연기의 롤 갭(roll gap)조정범위 및 압연기 모터(motor)의 용량을 초과하여 압연조업상에 문제가 있고, 적정한 형상의 제어가 어렵고 새로운 공형의 롤가공으로 인한 제조비용의 증대가 발생한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

SUS 304 강을 160×160mm의 크기의 빌렛으로 연속주조하고, 가열로에서 가열온도와 시간을 조절하여 델타페라이트 함량을 2.1%, 3.1%, 3.8%, 4.3%로 한 빌렛을 1100℃ 이상의 온도를 유지하여 압하량을 도 1과 같이 변화시키면서 선재압연한 후 표면결함의 변화량을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타나 있듯이 델타페라이트의 함량이 4% 이상인 경우는 델타페라이트의 과다로 인하여 압하량에 관계계없이 결함 발생율이 높다는 것을 알 수 있었고, 델타페라이트의 함량이 4%이하인 경우는 압하량이 20-25%인 경우에 결함의 발생이 적고, 20% 이하의 압하량에서는 중심부에 존재하는 망상의 델타페라이트로 인하여 결함의 발생율이 증가하였다. 따라서, 결함발생을 최대한 억제하기 위해서는 빌렛의 델타페라이트 함량을 4% 이하로 하는 것이 바람직하고, 선재압연시 압하량을 20-25%하는 것이 좋다는 것을 알 수 있었다.

실시예 2

SUS 304 성분인 연주빌렛을 가열로에서 가열시간을 180분, 210분 240분, 270분으로 하고, 상기 각 시간에서 가열온도를 변화시켜서 가열온도와 재로시간 따른 델타페라이트 분해량을 측정하고, 그 결과를 도 2에 그래프로 나타내었다.

도 1에 나타나 있듯이 델타페라이트는 가열온도가 중가할수록, 재로시간이 길수록 그 함량이 감소함을 알 수 있었고, 연속주조된 빌렛의 델타페라이트 함량이 4% 이하이기 위해서는 가열로의 가열온도가 1180℃-1220℃의 온도이고 재로시간이 210-240분임을 알 수 있었다.

실시예 3

SUS 304성분인 연주빌렛을 가열로에서 1200℃의 온도로 240분 동안 가열하여 델타페라이트 함량을 3.0%로 한 시편을 연주재(1)로 하고, 3.5%인 시편을 연주재(2)로 하였다. 또한, SUS 304 성분의 강을 연속주조하여 250×300mm 블룸을 만들고 가열로에서 1270℃의 온도로 240분 가열하여 델타페라이트 함량을 3%로 제어하고, 상기 블룸을 160×160mm의 두께로 압연하여 망상의 델타폐라이트 구조를 파괴된 빌렛으로 제조하여 압연재 시편으로 하였다. 상기 연주재(1,2)와 압연재 시편의 온도를 변화시키면서 고온에서 단면감소율의 변화를 측정하고, 그 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다. 단면감소율은 GLEEBLE 1500 시험기로 고온에서 측정하였고, 그 실험결과가 갖는 의미는 단면감소율이 클수록 열간연성이 우수하여 압연성이 좋다는 것으로서 앞부분 터짐이 적은 압연조건을 찾을 수 있다. 한편, 상기 압연재인 경우 강편압연공정을 통하여 빌렛을 만들기 때문에 표면결함이 적고, 앞부분 터짐이 없지만 생산성이 떨어지는 종래기술로 제조된 시편으로서 통상 단면감소율이 70%이상으로 열간가공성은 우수한 시편이다.

도 3에 나타나 있듯이, 압연재, 연주재 (1,2) 모두 온도가 감소할수록 단면감소율이 저하되며, 연주재(1,2)는 모든 온도범위에서 강압하에 의하여 망상의 델타페라이트가 파괴된 압연소재 보다 단면감소율이 떨어졌다. 즉, 압연시에 문제가 되고 있는 앞부분 떨어짐을 방지하기 위해서는 델타페라이트 구조가 압연에 의하여 파괴가 되어야함을 알 수 있었다. 도 3에서 압연재는 80%이상의 단면수축율을 갖어 우수한 열간가공성이 확보되는 것을 알 수 있다. 따라서, 열간가공성 확보차원에서 적어도 70%이상의 단면수축율을 갖기 위해서는 압연온도가 1100℃ 이상이 되어야함을 알 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 연속주조된 오스테나이트계 스테인레스 빌렛의 가열온도와 재로시간의 제어와 선재압연조건의 적절한 설정을 통하여 앞부분 벌어짐이 방지되고 표면결함의 적은 선재를 제공할 수 있고, 상기 제공된 방법은 품질 및 생산성에 매우 유리한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량% C:0.08% 이하, N 0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Cr:17-19%, Ni:8-10%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 조성되는 오스테나이트계 스테인레스 강을 연속주조하여 바로 빌렛으로 만들고, 얻어진 빌렛을 10-12℃/분의 속도로 승온하여 가열하고 압연하는 방법에 있어서,

   상기 가열은 1180-1220℃의 온도에서 210-240분 동안 행하여 4% 이하의 델타페라이트(δ- ferrite)함량을 유지하고, 1100℃이상의 온도에서 압하량을 20-25%로 조압연한 후 통상의 방법으로 열간압연함을 특징으로 하는 표면 결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 선재 제조방법.