KR100415666B1 - 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 및 그 제조방법 - Google Patents

성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은
중량%로 C:0.07% 이하, Si:0.4% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.002% 이하, Cr:15~20%, Mo:0.5% 이하, N:0.05% 이하, Cu:0.6% 이하, Ni:0.4% 이하, Al:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고, 하기 관계식 1에서 구한 이론 항복강도는 33.20kg/mm2이하를, 하기 관계식 2에서 구한 최대감마상은 45% 이상을 만족하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[관계식 1]
이론항복강도(kg/mm2)=4.857+9.43Si+11.12Mn+81.73P+0.967Cr+6.99[Ti]
+3.58Al+95.82[C+N]
단, Ti/(C+N)<10 일 경우에는, [Ti]=0, [C+N]=(C+N)-Ti/10
Ti/(C+N)>10일 경우에는, [Ti]=Ti-10(C+N), [C+N]=0
[관계식 2]
최대 감마상(%)=420(C%)+470(N%)+9(Cu%)+10(Mn%)+23(Ni%)-
11.5(Cr%)-11.5(Si%)-12(Mo%)-49(Ti%)-52(Al%)+180

Description

성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 및 그 제조방법{A FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING IMPROVED FORMABILITY, RIDGING RESISTANCE AND A METHOD FOR MANUFACTURING IT}
본 발명은 각종 주방기기, 세탁조용으로 사용되는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연질이고 성형성이 우수할 뿐 아니라, 리찡 저항성도 동시에 우수한 페라이트계 스트인레스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 페라이트계 스테인레스강은 Ni을 첨가하지 않아 STS304 오스테나이트계 스테인레스강 보다 가격적으로 유리하지만 내식성이 나쁘고, 연신율이 낮고 항복강도가 높아 성형성이 나쁜 특성 때문에, 스피닝 가공 또는 심가공용으로 사용되는 경우 용도가 제한을 받는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로, 일본특허61-136621호와 일본특허 61-127822호 등을 들 수 있는데, 이들 특허에서는 Al을 첨가하여 리찡성을 개선시키는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허 01-118341호에는 Ti 첨가에 의해 리찡성을 개선시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법에서는 Al 또는 Ti의 합금철을 다량 첨가하므로 제조원가가 상승하는 단점이 있고, 페라이트계 스테인레스강의 가장 큰 문제점인 표면결함 발생과 리찡성 및 성형성 개선에 만족스럽지 못하는 등의 문제점도 있다.
이에, 본 발명자들은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과를 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 페라이트계 스테인레스강에서 이론항복강도를 저하시키고 최대 감마상(%)를 높이도록 성분을 조정하고, 슬라브 주조온도를 최적온도로 조절하여 슬라브내 등축정율을 높임으로써, 연질이고 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
도1은 주조온도변화에 따른 주편내 등축정율변화를 나타낸 그래프
본 발명은 중량%로 C:0.07% 이하, Si:0.4% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.002% 이하, Cr:15~20%, Mo:0.5% 이하, N:0.05% 이하, Cu:0.6% 이하, Ni:0.4%, Ti: 미첨가 또는 0.15% 이하, Al:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고, 하기 관계식 1에서 구한 이론 항복강도는33.20kg/mm2이하를, 하기 관계식 2에서 구한 최대감마상은 45% 이상을 만족하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강에 관한 것이다.
[관계식 1]
이론항복강도(kg/mm2)=4.857+9.43Si+11.12Mn+81.73P+0.967Cr+6.99[Ti]
+3.58Al+95.82[C+N]
단, Ti/(C+N)<10 일 경우에는, [Ti]=0, [C+N]=(C+N)-Ti/10
Ti/(C+N)>10일 경우에는, [Ti]=Ti-10(C+N), [C+N]=0
[관계식 2]
최대 감마상(%)=420(C%)+470(N%)+9(Cu%)+10(Mn%)+23(Ni%)-
11.5(Cr%)-11.5(Si%)-12(Mo%)-49(Ti%)-52(Al%)+180
또한, 본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서,
중량%로 C:0.07% 이하, Si:0.4% 이하, Mn:1% 이하, P:0.035% 이하, S:0.02% 이하, Cr:15~20%, Mo:0.05% 이하, N:0.05% 이하, Cu:0.6% 이하, Ni:0.04% 이하, Ti: 미첨가 또는 0.15% 이하, Al:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 상기 관계식 1에서 구한 이론 항복강도는 33.20kg/mm2이하를, 상기 관계식 2에서 구한 최대감마상은 45% 이상을 만족하는 강을 1536℃ 이하의 주조온도에서 주조하여 강 슬라브를 제조하고, 1170~1250℃의 온도범위에서 재가열한다음 750~900℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연한 후, Ti이 첨가된 경우에는 860~900℃의 온도에서 3~10분간 열연판소둔을 행하고, Ti이 첨가되지 않은 경우에는 820~850℃의 온도에서 4~6시간 동안 열연소둔하고 로냉 및 산세한 다음, 냉간압연후 Ti이 첨가된 경우에는 860~900℃의 온도에서 3~10분 동안 냉연판 소둔을 행하고, Ti이 첨가되지 않은 경우에는 820~850℃의 온도에서 3~5분 동안 냉연판을 소둔하고 공냉하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로, 침입형으로 존재하면 강도를 높이고, 충격인성, 내식성 및 성형성을 저하시키기 때문에 낮게 유지할수록 바람직하다. 따라서, 그 함량은 C의 경우는 0.07%이하, N은 0.05% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 Si는 페라이트 형성원소로 그 함량이 증가될수록 페라이트상의 안정성이 높아지고 내산화성이 향상되나, 0.4%보다 많이 첨가되면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하므로, 0.4% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 다량 첨가되면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에, 그 함량은 1.0% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 P 및 S는 MnS등 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋다. 따라서, P은 0.035% 이하, S은 0.002% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 Cr은 다량 첨가되면 내식성은 향상되지만, 그 함량이 20%를 초과하는 경우에는 강도가 높아지고 연신율이 낮아져 성형성이 저하하고, 특히 시그마상을 석출할 우려가 높아진다. 반면에, 그 함량이 15% 미만인 경우에는 내식성이 저하하기 때문에, 그 함량은 15~20%로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 Mo는 내식성을 현저하게 향상시키지만 강도를 높여 성형성을 저해한다. 따라서, 내식성 및 성형성을 고려하여 그 함량은 0.5% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 Al은 탈산제로 첨가되는 원소로, 다량 첨가할 경우 표면결함을 발생시키기 때문에 0.01% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 Cu 및 Ni은 감마상 생성원소로, 많이 첨가하면 합금철 투입량증가에 따른 제조원가의 상승을 유발하기 때문에, 각각 Cu는 0.6% 이하로, Ni은 0.4% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 Ti는 본 발명에서 선택적으로 첨가되는 원소로, C 및 N와 결합하여 탄질화물을 형성해 리찡성을 향상시킬 뿐만 아니라, Cr 탄화물의 석출을 억제하여 내식성을 향상시킨다. 그러나, Ti을 과잉 첨가하면 표면품질을 저하시키므로, 그 함량은 0.15% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 강을 조성함에 있어서 하기 관계식 1로 구한 이론항복강도 값을 33.20 kg/mm2이하로 한정한다. 즉, 상기 이론항복강도를 33.20 kg/mm2이하로 조절하면, 강을 연질화 하고 실 제품의 항복강도를 낮추어, 성형성을 향상할 수 있다.
[관계식 1]
이론항복강도(kg/mm2)=4.857+9.43Si+11.12Mn+81.73P+0.967Cr+6.99[Ti]
+3.58Al+95.82[C+N]
단, Ti/(C+N)<10 일 경우에는, [Ti]=0, [C+N]=(C+N)-Ti/10
Ti/(C+N)>10일 경우에는, [Ti]=Ti-10(C+N), [C+N]=0
또한, 본 발명은 강을 조성함에 있어서 하기 관계식2에서 구한 최대감마상(%)을 45% 이상으로 한정한다. 상기 최대감마상이 45% 이상이면, 리찡저항성을 개선할 수 있다.
[관계식 2]
최대 감마상(%)=420(C%)+470(N%)+9(Cu%)+10(Mn%)+23(Ni%)-
11.5(Cr%)-11.5(Si%)-12(Mo%)-49(Ti%)-52(Al%)+180
상기와 같이 조성된 강을 주조하는데 있어서, 등축정율이 높아지면 리찡저항성이 높아지기 때문에, 등축정율을 최소 50%을 확보하기 위하여, 주조온도는 1536℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 주조된 강 슬라브를 재가열하고 열간압연 및 열연소둔한 후, 냉간압연 및 냉연소둔하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는데, 재가열온도, 마무리압연온도 및 권취온도는 낮을수록 성형성 및 리찡 저항성이 개선된다. 그러나, 마무리압연온도가 너무 낮아지면 슬라브 표층부가 압연롤에 묻어나는 표면결함인 스티킹(sticking)현상이 발생하여 열연코일 표면에 결함이 다발하므로, 산업현장에서 열간압연기 설비능력 및 작업성을 고려하여, 각각 재가열온도는 1170~1250℃, 마무리압연온도는 750~900℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 열연소둔은 Ti 첨가강의 경우에는 860~900℃의 온도범위에서 3~10분간, Ti 미첨가강의 경우에는 820~850℃의 온도범위에서 4~6시간 실시하고, 냉간압연후 냉연소둔은 Ti 첨가강의 경우에는 860~900℃로 3~5분간, Ti 미첨가강의 경우에는 820~850℃의 온도범위에서 3~5분 동안으로 실시하여 결정립이 조대화되거나 재결정이 충분히 이루어지지 않는 문제를 방지하는 것이 바람직하다.즉, Ti첨가강의 경우, 열연판 소둔온도가 860℃ 미만이거나 냉연판 소둔온도가 860℃ 미만이면 결정립이 조대해지고, 열연판 소둔온도가 900℃를 초과하거나 냉연판 소둔온도가 900℃를 초과하면 재결정이 충분히 이루어지지 않는다. 또한, 열연판 소둔시간이 4시간 미만이거나 냉연판 소둔시간이 3분 미만이면 충분한 재결정이 이루어지지 않으며, 열연판 소둔시간이 6시간을 초과하거나 냉연판 소둔시간이 5분을 초과하면 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.Ti미첨가강의 경우, 열연판 소둔온도가 820℃ 미만이거나 냉연판 소둔온도가 820℃ 미만이면 결정립이 조대해지고, 열연판 소둔온도가 850℃를 초과하거나 냉연판 소둔온도가 850℃를 초과하면 재결정이 충분히 이루어지지 않는다. 또한, 열연판 소둔시간이 4시간 미만이거나 냉연판 소둔시간이 3분 미만이면 충분한 재결정이 이루어지지 않으며, 열연판 소둔시간이 6시간을 초과하거나 냉연판 소둔시간이 5분을 초과하면 제조비용을 상승시키는 문제점이 있다.
상기 열연소둔 후에는 고온취화를 방지하고 우수한 기계적 성질을 얻기 위해 로냉하는 것이 바람직하고, 냉연소둔후에는 공냉하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
하기 표1과 같이 조성되는 강을 용해하여 50kg, 148mm인 정사각형의 슬라브로 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬라브를 1250℃에서 150분 가열하고, 810℃의 마무리압연온도에서 열간압연하여, 4mm두께의 열연판을 제조하였다. 그 다음, 700℃에서 권취하고, Ti 첨가강은 870℃, Ti 미첨가강은 830℃에서 5시간 열처리하고 로냉 및 산세처리 하였다.
상기 열연판을 80%의 압연율로 냉간압연하여 0.8mm 두께의 냉연판을 제조하고, 이어 상기 열연판 소둔온도와 동일한 온도에서 4분간 냉연소둔하여 공냉하고 산세처리한 다음, 1% 냉간 압연율로 조질압연하여 각종 시편을 제조하였다.
그 후, 상기 시편의 항복강도를 측정하기 위하여, JIS138로 인장시편을 가공하고 인장시험을 실시하여 항복강도를 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.
또한, 성형성을 평가하기 위해 JIS Z 22478 방법으로 에릭센(Erichsen) 시험을 각 시편별로 3회 실시하고 그 평균값을 하기 표1에 나타내었다.
나아가, 냉연소둔판의 리찡성평가를 위해, JIS 5호 규격으로 압연방향과 평행하게 인장시편을 가공하여 시편의 평행부를 연마한 후, 15% 인장하여 표면조도기로 표면의 형상(Profile)의 최대 높이인 Rt값으로 리찡의 높이를 측정하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.
구분 화학성분(wt%) ① ② ③ 특성평가결과
C P S Si Mn Cr Mo Cu AI Ti Ni N ④ ⑤ ⑥
발명재A 0.05 0.01 0.001 0.20 0.8 16.15 0.01 0.5 0.003 0.04 0.4 0.03 31.76 46.54 1536 28.7 9.8 22
발명재B 0.065 0.01 0001 0.20 0.8 16.15 0.01 0.4 0.002 0 0.3 0.03 33.19 51.65 1530 30.6 9.9 20
발명재C 0.065 0.01 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.002 0.02 0.3 0.025 33.18 45.05 1528 30.5 10.0 15
비교재1 0.065 0.02 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.003 0 0.3 0.02 33.52 43.62 1540 31.7 9.5 30
비교재2 0.04 0.02 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.003 0 0.3 0.02 31.13 33.12 1550 29.5 9.5 30
비교재3 0.065 0.02 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.003 0 0.3 0.025 34.00 48.67 1560 32.8 9.4 28
비교재4 0.065 0.02 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.003 0 0.3 0.025 34.00 45.97 1590 32.8 9.4 37
비교재5 0.065 0.02 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.003 0.14 0.3 0.025 34.00 39.11 1570 32.8 9.1 35
비교재6 0.065 0.01 0.001 0.25 0.8 16.15 0.01 0.1 0.003 0 0.3 0.025 33.19 45.97 1558 32.5 9.2 29
비교재7 0.05 0.02 0.001 0.4 0.45 16.25 0.01 0.03 0.003 0.02 0.3 0.04 35.12 36.44 1568 33.4 9.2 35
비교재8 0.063 0.021 0.001 0.28 0.78 16.2 0.01 0.03 0.003 0.009 0.039 0.0291 34.60 46.94 1560 33.1 9.2 28
*①:이론항복강도(kg/mm2), ②:최대감마상(%), ③:주조온도(℃), ④:항복강도(kg/mm2)⑤:에릭센(mm), ⑥:리찡높이(㎛)
상기 표1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(A),(B), 및 (C)인 경우에는 비교재(1)~(8)에 비해 항복강도가 낮고, 성형성이 우수하며, 동시에 리찡 저항성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 도1에는 주조온도변화에 따른 등축정율변화를 나타내었는데, 본 발명재의 경우에는 모두 1536℃ 이하의 주조온도에서 제조되어, 50% 이상의 등축정율을 확보하고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 강의 성분함량을 적절한 이론항복강도 및 최대감마상 값을 갖도록 조정하고 또한 연주시 주조온도등 제조조건을 적절히 제어함으로써, 연질이고 성형성이 우수하며, 동시에 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조가 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 중량%로 C:0.07% 이하, Si:0.4% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.002% 이하, Cr:15~20%, Mo:0.5% 이하, N:0.05% 이하, Cu:0.6% 이하, Ni:0.4% 이하, Al:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고, 하기 관계식 1에서 구한 이론 항복강도는 33.20kg/mm2이하를, 하기 관계식 2에서 구한 최대감마상은 45% 이상을 만족하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강.
    [관계식 1]
    이론항복강도(kg/mm2)=4.857+9.43Si+11.12Mn+81.73P+0.967Cr+6.99[Ti]
    +3.58Al+95.82[C+N]
    단, Ti/(C+N)<10 일 경우에는, [Ti]=0, [C+N]=(C+N)-Ti/10
    Ti/(C+N)>10일 경우에는, [Ti]=Ti-10(C+N), [C+N]=0
    [관계식 2]
    최대 감마상(%)=420(C%)+470(N%)+9(Cu%)+10(Mn%)+23(Ni%)-
    11.5(Cr%)-11.5(Si%)-12(Mo%)-49(Ti%)-52(Al%)+180
  2. 제1항에 있어서, 상기 강이 0.15% 이하의 Ti을 함유하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강.
  3. 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서,
    중량%로 C:0.07% 이하, Si:0.4% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.002% 이하, Cr:15~20%, Mo:0.5% 이하, N:0.05% 이하, Cu:0.6% 이하, Ni:0.4% 이하, Al:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 하기 관계식 1과 관계식 2에 의해 각각 구해지는 이론항복강도 및 최대감마상이 각각 33.20kg/㎟ 이하, 및 45% 이상을 만족하는 강을 1536℃ 이하의 주조온도에서 주조하여 강 슬라브를 제조하고, 1170~1250℃의 온도범위에서 재가열한 다음 750~900℃의 온도범위에서 마무리압연하고 열간압연한 후, 820~850℃의 온도에서 4~6시간 동안 열연판소둔하고 로냉 및 산세한 다음, 냉간압연후 820~850℃의 온도에서 3~5분 동안 냉연판소둔하고 공냉하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법
  4. 삭제
  5. 페라이트 스테인레스강의 제조방법에 있어서,
    중량%로, C: 0.07% 이하, Si: 0.4% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.002% 이하, Cr: 15~20%, Mo: 0.5% 이하, N: 0.05% 이하, Cu: 0.6% 이하, Ni: 0.4% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.15% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 상기 관계식 1과 관계식 2에 의해 각각 구해지는 이론항복강도 및 최대감마상이 각각 33.20kg/㎟ 이하 및 45% 이상을 만족하는 강을 1536℃ 이하의 주조온도에서 주조하여 강 슬라브를 제조하고, 1170~1250℃의 온도범위에서 재가열한 다음 750~900℃의 온도범위에서 마무리압연한 후, 860~900℃의 온도에서 4~6시간 동안 열연판소둔하고 로냉 및 산세한 다음, 냉간압연후 860~900℃의 온도에서 3~5분 동안 냉연판소둔하고 공냉하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법.
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