KR100435457B1 - 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계스테인레스강의 제조방법 - Google Patents

성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계스테인레스강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, B과 안정화 원소인 Nb을 첨가하고 연주시 등축정율 확보를 위한 주조조건, 열간압연 및 냉간압연조건, 그리고 열연 및 냉연 소둔조건을 최적화함으로써, 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 중량%로 C:0.02% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.02% 이하, S:0.003% 이하, Cr:14~20%, Mo:1.0% 이하, N:0.02% 이하, Cu:0.6% 이하, Nb:0.6% 이하, B:0.01% 이하를 첨가하되, 상기 C+N는 0.03% 이하, Nb/(C+N)는 중량비로 8~15로 제어하고, 잔부 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 강 슬라브를, 주조온도를 1538℃ 이하로 제어하여 ΔT(과열도)가 30℃ 이하인 온도에서 주조하고, 1150~1220℃ 온도범위에서 슬라브를 재가열하고 마무리압연온도를 750~900℃범위로하여 열간압연한 다음 980~1020℃범위에서 열연소둔을 실시하고 냉각속도를 15℃/초 이상으로 하여 급냉한 후, 산세 및 냉간압연하고 950~970℃로 냉연소둔하며 냉각속도를 15℃/초 이상으로 하여 급냉한 다음 산세처리하는 것을 특징으로 하는, 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING IMPROVABLE FORMABILITY AND RIDGING RESISTANCE}
본 발명은 각종 주방기기, 세탁조 드럼 및 자동차 배기계용 등으로 사용되는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 성형성 및 리찡 저항성(ridging resistance)을 보이는 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 페라이트계 스테인레스강은 Ni을 첨가하지 않기 때문에, STS304 오스테나이트계 스테인레스강보다 가격면에서는 유리하지만, 내식성과 연신율이 낮고 성형성이 STS304강 대비 나쁘다. 또한, 성형시 페라이트계 스테인레스강의 문제점인 표면에 요곡부가 발생하는 리찡 현상때문에, 심가공용으로 사용되는 경우 용도가 제한을 받는 문제점이 있다.
그러나, 최근 제강 정련기술의 발달로 침입형원소인 C 및 N를 극저로 관리하고, 안정화원소(Ti, Nb, Al, Zr 등)를 첨가하여 내식성 및 가공성을 높이고, 동시에 Mo을 첨가하여 STS304강과 동등한 내식성 및 가공성을 얻고자 하는 노력이 활발하게 시도되고 있다. 이와 같은 추세에 따라 주방기기, 세탁기 드럼 및 자동차 배기계용으로 사용되는 안정화 페라이트계 스테인레스강의 수요와 용도는 날로 증가하는 경향을 보인다.
상기와 같은 안정화 원소를 첨가하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 것에 관한 종래기술로는 일본 특개소 51-149116호 및 일본특개소 56-158850호가 대표적이다.
상기 일본 특개소 51-149116호는 C:0.03% 이하, Si:1% 이하, Mn:0.5% 이하, S:0.005% 이하, Cr:14~20%, Mo:1~3%, Ti:0.1~1.2%, Nb:0.1~1.2%, N:0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 상기 C+N은 0.04% 이하이고 (Ti+Nb)/(C+N)는 8~30으로 유지되는 강을 970~1170℃온도범위로 소둔하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것으로, 리찡성개선의 효과가 있다.
상기 일본특개소 56-158850호는 C:0.0015% 이하, Si:0.6% 이하, Mn:0.5% 이하, S:0.005% 이하, Cr:15~20%, Mo:0.5% 이하, Ni:1.0% 이하, Cu: 0.1~1.0%, Ti:0.1~0.5%, Nb:0.1~0.5%, N:0.02% 이하, Al:0.1%, W 또는 V을 단독 혹은 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 상기 C+N은 0.04% 이하이고 (Ti+Nb)/(C+N)는 8~30으로 유지되는 강을 970~1170℃온도범위로 소둔하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것으로, 리찡성개선의 효과가 있다.
그러나, 상기와 같은 페라이트계 스테인레스강에서는 Mo 및 Cr 함량, W, V 합금철 투입량이 많아지므로 제조원가가 상승하고 성형성이 저하하며, 페라이트계스테인레스강의 가장 큰 문제점인 리찡성 개선에 만족스럽지 못하는 문제점이 있다. 특히, 안정화원소 중 Ti을 첨가하면 연속주조시 노즐막힘 현상, Ti 산화물에 의한 표면결함, 및 광휘소둔시 템퍼드 칼라(Tempered Color)가 발생한다. 그리고 연신율은 Nb첨가강에 비해 높아 성형성은 양호하나 표면에 오렌지 필(Orange peel)현상이 발생하고, 압연방향과 45°방향으로 인장할 경우 새로운 리찡이 발생하는데, Ti첨가강은 소둔후 결정립도의 조대화로 오렌지 필 현상과 리찡이 복합으로 작용하여 성형후 표면의 굴곡높이가 더욱 높게 나타나는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하고자 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 B과 안정화 원소인 Nb을 첨가하고 연주시 등축정율 확보를 위한 주조조건, 열간압연 및 냉간압연조건, 그리고 열연 및 냉연 소둔조건을 최적화함으로써, 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 중량%로 C:0.02% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.02% 이하, S:0.003% 이하, Cr:14~20%, Mo:1.0% 이하, N:0.02% 이하, Cu:0.6% 이하, Nb:0.6% 이하, B:0.01% 이하를 첨가하되, 상기 C+N는 0.03% 이하, Nb/(C+N)는 8~15로 제어하고, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 강 슬라브를, 주조온도를 1538℃ 이하로 제어하여 ΔT(과열도)가 30℃ 이하인 온도에서 주조하고, 1150~1220℃ 온도범위에서 슬라브를 재가열하고 마무리압연온도를 750~900℃범위로 하여 열간압연한 후 980~1020℃범위에서 열연소둔을 실시하고 산세 및 냉간압연한 다음 950~970℃로 냉연소둔하는데 있어서, 상기 열연 및 냉연소둔후 냉각속도를 15℃/초 이상으로 하여 급냉하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하는데, 강도의 상승과 충격인성, 내식성 및 성형성의 저하를 초래하기 때문에 낮게 유지할수록 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 그 함량을 각각 0.02% 이하로 설정하고, C+N는 0.03% 이하로 설정하였다.
상기 Si은 페라이트 형성원소로, 함량이 증가하면 페라이트상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성도 향상되지만, 1.0% 이상 첨가하면 경도 및 강도를 높이고 연신율을 저하시켜 성형성에 불리하기 때문에, 1.0% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하며 내공식성을 저하시키기 때문에 1.0% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 P 및 S은 MnS를 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하기 때문에, P은 0.02% 이하, S은 0.003% 이하로 한정한다.
상기 Cr은 14% 이하로 첨가되면 내식성이 저하하고, 많이 첨가되면 내식성은 향상되나 20% 이상이면 강도가 높고 연신율이 낮아 성형성이 저하할 뿐 아니라, 특히 시그마상이 석출할 우려가 높기 때문에, 그 함량은 14~20%로 하는 것이 바람직하다.
상기 Mo은 내식성 개선뿐 아니라 판두께 중심부의 결정립 미세화효과도 있는 원소로, 그 함량은 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 1% 이상 첨가하면 경도 및 강도가 증가하로 연신율이 저하하여 성형성이 나빠지기 때문이다.
상기 Nb은 탄질화물 석출에 의한 소둔재결정의 집합조직 제어로 인한 리찡성을 개선하고, 또한 C,N와 결합해 탄질화물을 형성하여 Cr탄화물 석출을 억제함으로써 내식성을 향상시킨다. 그러나, Nb을 0.6% 이상으로 과잉 첨가하면 연신율 및 성형성이 저하하기 때문에 그 함량을 0.6% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 Nb과 C+N의 관계로부터, Nb/(C+N)를 8~15로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 중량비가 8 이하이면 입계부식성이 발생하고, 15 이상이면 성형성 및 연신율이 저하하여 내식성 및 성형성을 동시에 만족시키지 못하기 때문이다.
상기 B은 소둔조직을 미세화하여 성형성 및 리찡 저항성을 개선하는 원소로, 연신율 및 성형성을 고려하여 그 함량은 0.01% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 조성된 강 슬라브를 이용하여 본 발명의 페라이트계 스테인레스강을 제조하는데 있어서, ΔT는 30℃ 이하로 조절하고 슬라브 연주시 주조온도를 1538℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 그 이유는, ΔT가 30℃ 이하로 조절되어야 페라이트계 스테인레스강의 성형성 및 리찡저항성 개선을 위한 슬라브내 등축정율을 50% 이상으로 확보할 수 있기 때문이다. 상기 과열도(30℃ 이하)는 등축정율을 50% 이상으로 확보하기 위하여 과열도와 주조온도를 변화시키며 실험함으로써 얻어낸 결과이다.
상기 공정에 있어서, 슬라브 재가열온도와 마무리압연온도는 낮을수록 성형성 및 리찡저항성이 개선되지만, 상기 열간압연온도가 너무 낮아지면 슬라브 표층부가 열간압연 롤(Roll)에 묻어나서 스티킹(Sticking) 현상을 유발한다. 따라서, 상기 슬라브 재가열온도와 마무리압연온도는 열연코일표면상의 결함발생 문제와 산업현장에서 형상 및 열간압연기 작업성을 고려하여, 각각 1150~1220℃, 750~900℃ 범위로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 열간압연 후 열연소둔은 980~1020℃ 온도범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는 980℃ 이하에서 열연소둔 할 경우 Nb첨가강에서는 재결정 및 결정립성장이 불충분하여 연신율 및 성형성이 저하하고, 열연소둔온도가 1020℃ 이상이면 결정립이 조대하여 연신율 및 성형성이 저하하고 성형후 오렌지 필 발생 및 리찡성이 나빠지기 때문이다.
다음, 산세처리후 냉간압연하는데 있어서, 상기 냉간압연은 1단계 혹은 2단계로 할 수 있다. 상기 냉간압연을 2단계로 실시할 경우, 각 단계의 냉간압연율은 50~70%로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 냉간압연율이 50% 미만이면 리찡성 및 표면특성이 좋지 않고, 70%보다 높으면 성형후 귀발생값이 커지기 때문이다.
상기와 같은 조건의 열연소둔 및 냉연소둔후에는 냉각이 행해지는데, 이때의 냉각은 15℃/초 이상의 냉각속도로 급냉시키는 것이 바람직하다. 이는 상기와 같은 냉각속도로 급냉시키면 고온취화를 방지하고 양호한 내식성 및 기계적 성질을 얻을 수 있기 때문이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표1과 같이 조성되는 스테인레스강을 진공유도 용해로에서 용해하여30kg 주괴를 제조하였다. 이 때 등축정율 변화를 보기 위해, 하기 표2와 같이 ΔT 온도 및 주조온도를 변화시켜 주괴를 주조한 다음, 가열온도를 변화시켜 각 온도에서 150분간 가열하고, 마무리압연온도는 800℃로 일정하게 하여 압연한 후 3mm 두께의 열연판을 제조하고, 700℃에서 권취한 다음 열연소둔온도를 변화시켜 5분간 소둔하고 15℃/초의 냉각속도로 급냉한 다음 산세처리하였다.
상기 열연판을 83.3% 압연율로 냉간압연하여 0.5mm 두께의 냉연판을 제조하고, 냉연소둔온도를 변화시켜 각 온도에서 3분간 냉연소둔하고 급냉한 다음 산세처리하고, 1% 냉간압연율로 조질압연하여 각 시편을 제조하였다. 또한, 냉간압연을 2단계로 한 경우의 효과를 조사하기 위해, 1단계 냉간압연율을 60%로 하여 냉간압연하고 냉연소둔 및 급냉한 후 산세처리한 다음, 다시 2단계 냉간압연율을 60%로 하여 냉간압연하고 냉연소둔, 급냉, 산세처리, 및 조질압연하여 최종 두께가 0.48mm인 각 시편을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 시편의 성형성을 평가하기 위해, JIS 13B를 이용해 압연방향과 평행한 0°, 45°및 90°방향의 인장시편을 가공하여 12% 인장시험을 실시한 후 폭변화를 측정하여값을 측정하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다. 또한, 리찡성 평가를 위해 압연방향과 평행한 JIS 5호 인장시편을 가공하여 15% 인장시험한 후, 표면조도기를 이용하여 표면의 리찡높이를 표면 형상의 최대높이인 Rt값으로 측정하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
강종 조성(중량%) Nb/(C+N)
C Si Mn P S Cr Mo Cu Nb N B
발명강1 0.014 0.30 0.30 0.015 0.002 19.25 0.1 0.52 0.255 0.0115 0.002 10
발명강2 0.013 0.31 0.28 0.014 0.002 19.20 0.1 0.50 0.258 0.0110 0.002 10.75
발명강3 0.014 0.30 0.33 0.015 0.002 19.25 0.1 0.52 0.257 0.0120 0.002 9.88
발명강4 0.014 0.30 0.30 0.015 0.002 19.25 0.1 0.52 0.255 0.0115 0.002 10
비교강1 0.015 0.32 0.33 0.015 0.002 19.20 0.1 0.50 0.260 0.0115 － 9.81
비교강2 0.015 0.31 0.32 0.015 0.002 19.10 0.1 0.50 0.467 0.0125 － 17
시편번호 제조조건 측정결과
주조온도(℃) ΔT(℃) 슬라브가열온도(℃) 열연소둔온도(℃) 냉연소둔온도(℃) 1단계압연율(%) 2단계압연율(%) 등축정율(%) 값 리찡높이(㎛)
발명재1 발명강1 1537 29 1512 1010 960 83.3 － 52 1.39 38.2
발명재2 29 1512 1010 60 60 52 1.6 20.1
발명재3 발명강2 1530 22 1210 1000 83.3 － 60 1.43 35.0
발명재4 22 1210 1000 60 60 60 1.65 18.0
비교재1 발명강3 1545 37 1215 1010 83.3 － 32 1.17 46.4
비교재2 발명강4 1537 29 1250 1010 52 1.15 48.0
비교재3 1537 1215 950 1.10 46.0
비교재4 1539 1030 1.17 47.0
비교재5 1539 1050 0.96 52.0
비교재6 1539 1010 1000 0.95 54.0
비교재7 비교강1 1537 960 1.20 47.5
비교재8 비교강2 1539 0.98 50.1
상기 표1, 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명강으로 제조된 발명재들은 성분 및 제조조건에 있어서 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재에 비해값이 높고, 리찡높이가 낮았다. 한편, 냉간압연을 2단계로 실시한 발명재(2),(4)의 경우 비교재는 물론이고 냉간압연을 1단계로 실시한 본 발명의 발명재(1),(3)보다도 현저하게 높은값을 갖았고, 리찡 높이도 낮아진 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 B 및 Nb을 첨가하고 과열도 및 여러 제조온도를 제어하여 스테인레스강을 제조하면, 등축정율이 50%이상이고 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 스테인레스강을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 중량%로 C:0.02% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.02% 이하, S:0.003% 이하, Cr:14~20%, Mo:1.0% 이하, N:0.02% 이하, Cu:0.6% 이하, Nb:0.6% 이하, B:0.01% 이하를 첨가하되, 상기 C+N는 0.03% 이하, Nb/(C+N)는 8~15로 제어하고, 잔부 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 강 슬라브를, 주조온도 1538℃ 이하이며 ΔT(과열도)가 30℃ 이하가 되도록 제어하여 주조하고, 1150~1220℃ 온도범위에서 슬라브를 재가열하고 마무리압연온도를 750~900℃범위로하여 열간압연한 다음 980~1020℃범위에서 열연소둔을 실시하고 냉각속도를 15℃/초 이상으로 하여 급냉한 후 산세 및 냉간압연하고, 950~970℃로 냉연소둔하고 냉각속도를 15℃/초 이상으로 하여 급냉한 다음 산세처리하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉간압연을 2단계로 할 경우, 1단계 냉간압연을 50~70%의 냉간압연율로 실시한 후 950~970℃에서 냉연소둔하고 급냉 및 산세처리하고, 다음 2단계 냉간압연을 50~70%의 냉간압연율로 실시하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 리찡저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법
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