KR100436881B1 - 내식성이향상된오스테나이트계스테인레스강판의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔강판을 냉간압연후 환원성 분위기하에서 열처리하는 공정에서 로내에 질소 가스를 유입시켜 부동태 피막의 구조를 변화시킴으로써, 내식성을 향상시킬 수 있는 오스테나이트계 스테인레스 강휘소둔강판의 제조방법에 관한 것으로서, 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10∼20%, Ni : 5∼12%이하, N : 0.1%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Ti : 0.5%이하, Nb : 0.6%이하, Mo : 2.0%이하, Cu : 1.0%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판을 냉간압연후 1000∼1250℃의 온도 범위의 환원성 분위기에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서, 상기 강판의 소둔로내에서 열처리는 질소를 25%이상 함유하고 이슬점이 -60℃이하인 환원성 분위기내에서 이루어지도록 하여 강판 표면의 부동태 피막에 크롬계 질화물을 형성하도록 하는 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판의 광휘소둔방법을 그 요지로 한다.

Description

내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판의 광휘소둔방법
본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판을 광휘소둔하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성 개선을 위해 광휘소둔중 로내에 질소 가스를 유입시키고 환원성 분위기로 오스테나이트계 스테인레스강을 광휘소둔하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔(Bright Annealing, 이하 ‘BA’라 칭함)강판의 내식성은 강판의 표면조도, 강판 표면의 부동태 피막구조 그리고 전해산세와 같은 후처리 등에 의해 크게 영향을 받고, 강판 표면의 부동태 피막구조는 또한 합금 성분, 환원성 분위기 가스의 성분 그리고 소둔로내 분위기 가스의 이슬점등에 의하여 변화될 수 있다.
즉, 광휘소둔로내 환원성 분위기 가스중의 특정 성분 기체를 제어함에 따라 오스테나이트계 스테인레스강의 내식성은 변화하게 되는 것이다. 또한, 부동태 피막의 구조와 두께에 따라 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔강판의 내식성이 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 실제로, Mo, N 등과 같은 원소들을 다량 함유하고 있는 강종은 수용액 중에서 Mo와 N이 부동태 피막의 구조를 변화시켜 내식성이 매우 우수해진다는 결과가 다수 확인되었다. 환원성 분위기 중에서 소둔중 기체 성분의 변화에 의해 내식성이 개선된다는 것에 관한 내용이 아직 알려진 바는 없지만, 부동태 피막층의 구조 변화시에는 내식성이 영향을 받을 수 있다.
본 발명은 상술한 바에 근거한 것으로, 본 발명자들은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔강판의 내식성이 강판의 표면조도, 전해산세와 같은 후처리뿐만 아니라 부동태 피막구조 등에 의해서도 크게 영향을 받는다는 사실을 발견하고, 그 근거에 의해 본 발명을 제안한 것으로, 본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔강판을 냉간압연후 환원성 분위기하에서 열처리하는 공정에서 로내에 질소 가스를 유입시켜 부동태 피막의 구조를 변화시킴으로써, 내식성을 향상시킬 수 있는 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판의 광휘소둔 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10∼20%,Ni : 5∼12%이하, N : 0.1%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Ti : 0.5%이하, Nb : 0.6%이하, Mo : 2.0%이하, Cu : 1.0%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판을 냉간압연후 1000∼1250℃의 온도 범위의 환원성 분위기에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서, 상기 강판의 소둔로내에서 열처리는 질소를 25%이상 함유하고 이슬점이 -60℃이하인 환원성 분위기내에서 이루어지도록 하여 상기 강판 표면의 부동태 피막에 크롬계 질화물을 형성하도록 하는 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판의 광휘소둔방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 수소 분위기에서 열처리된 304 스테인레스 강판의 표면에서의 깊이에 따른 질소 침입량을 나타내는 그래프.
도 2는 질소 분위기에서 열처리된 304 스테인레스 강판의 표면에서의 깊이에 따른 질소 침입량을 나타내는 그래프.
도 3은 질소 침입재와 미침입재의 3.5% 염수내 부식시험 후 공식전위 발생 저항성 비교 결과를 도시한 그래프.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 강판을 냉간압연후 로내서 열처리할 때 로내 분위기는 수소 혹은 수소와 질소가 혼합된 환원성 분위기이므로 Mn, Ti 등 일부 산소 친화력이 높은 합금 원소를 제외한 대부분의 금속 성분은 산화되지 않아서 강판 표면이 미려한 금속 광택을 유지하게 된다.
그리고 상기 환원성 분위기 가스중에 질소가 25%이상 존재하면 질소가 강판 표면으로 침투하여 강판 내부에 침질층을 형성하게 된다. 오스테나이트계 스테인레스강에서 상기 환원성 분위기의 이슬점이 -60℃이하의 강환원성이면 열처리전 상온에서 형성되었던 크롬 산화물은 환원되어 분해되고 강중의 실리콘이 산화되지 않아서 강판 표면이 금속 상태가 되므로 질소의 침입이 용이하다. 하지만, 이슬점이 -60℃이상으로 비교적 약환원성이면, 크롬 산화물은 환원되지만 실리콘 산화물이 형성되므로 질소의 침입이 어렵다.
분위기 가스로 질소 가스를 25%이상 유입시킨 광휘소둔 열처리중 스테인레스 강판 표면에서 크롬 산화물이 환원되어 분해되고 실리콘도 산화되지 않는 조건이면, 강판은 표면에 침질층을 가지게 된다. 열처리후 대기중에서 크롬 산화물 형태의 부동태 피막이 침질층 위치에 형성되어 부동태 피막의 구조가 크롬 산화물과 질화물이 혼재된 형태가 된다.
크롬질화물은 자체로는 매우 내식성이 강한 석출물이지만, 강판 내부의 금속중에 형성되면 주위 기지금속에 크롬 결핍층을 유발하여 내식성을 저하시킬 수 있지만, 강판 표면의 산화 부동태 피막층중에 존재하면 부동태 피막의 안정성을 높여서 내식성을 개선시킬 수 있다.
통상 스테인레스강의 광휘소둔은 질소와 수소가 혼합된 환원성 분위기 가스중에서 시행되어 왔으며, 이슬점 관리범위는약 -40∼-50℃로 로내에서 강판 표면에 실리콘 산화물이 형성되는 조건이다. 표면에 실리콘 산화물이 형성되어도 두께가 수 Å단위로 매우 얇아서 제품의 광택성 저하는 전혀 없다. 하지만, 실리콘 산화물이 형성될 수 있는 조건에서는 질소의 침입에 의한 침질층이 나타나지 않으므로 제품의 내식성 개선효과는 없다.
따라서, 본 발명에서는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔강판을 냉간압연후 환원 분위기하에서 열처리하는 공정에서 로내부에 질소 가스를 25%이상 유입하고 이슬점을 -60℃이하로 유지하여 열처리를 시행하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
(실시예)
주요성분의 함량이 하기 표 1과 같이 조성되는 두께 1.0mm로 냉각압연된 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판을 준비하였다.
[표 1]
성분 C N Si Mn Cr Ni Ti
함량 0.052 0.027 0.52 1.03 18.2 8.48 0.013
이후, 상기 냉연강판의 광휘소둔로 열처리 조건을 두가지로 변화시켰는데, 첫번째는 분위기 가스를 이슬점 -60℃의 수소로 사용한 경우(이하, ‘수소소둔재’라 칭함)이고, 두번째는 분위기 가스를 이슬점 -60℃의 질소혼합가스(75%수소와 25%의 질소를 혼합)를 사용한 경우(이하,‘질소소둔재’라 칭함)의 두 종류의 광휘소둔 냉연강판이다.
상기 두가지 강판의 소둔열처리 조건은 통상의 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 조건과 유사하게 설정하였는데, 소둔온도는 1150℃이고 소둔시간은 50초간이다.
광휘소둔과정은 다음과 같다. 먼저 강판이 탈지라인에서 2.5% NaOH용액으로 탈지된 후 연속적으로 환원성 분위기하의 소둔로에서 열처리되고 냉각대에서 냉각된 후 소둔로를 빠져나오게 된다. 환원성 분위기 가스가 수소일 때 통과한 강판과, 질소혼합가스일 때 통과한 강판을 각각 채취하여 Scanning Auger Microscopy로 표층깊이방향으로 부동태 피막의 성분을 분석하였고, 3.5% 염수내에서의 공식전위를 전기화학시험기로 측정하여 강판의 국부부식 저항성을 평가하였다.
도 1은 수소소둔 광휘소둔재에 대해서 부동태 피막의 구조와 성분을 보여준다. 부동태 산화피막의 두께는 약 20Å정도이고, 철-크롬계 산화물이다. 질화층은 대기중의 오염에 의해 최외각표층의 약 5Å가량에 존재한다.
도 2는 질소소둔 광휘소둔재에 대해서 부동태 피막의 구조와 성분을 보여준다. 부동태 산화피막의 두께는 수소소둔재와 동일하게 약 20Å정도이고 철-크롬계 산화물이다. 하지만, 질화층은 20Å의 부동태 피막층 전부에 발달되어 있다.
도 3은 수소소둔재와 질소소둔재의 3.5% 염수내 공식 전위를 2회 측정한 결과이다. 수소수둔재의 경우 공식 전위가 약 329∼353 mV vs SCE이고, 질소소둔재는 2회 측정후 562∼689 mV vs SCE로 매우 높다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔강판의 열처리 방법에 의하면 우수한 광택성이 손상되지 않고, 제조 공정상의 어려움이 없이 강판의 내식성을 향상시킴에 의해 제품의 품질 향상을 기대할 수 있다.

Claims (1)

  1. 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10∼20%, Ni : 5∼12%이하, N : 0.1%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Ti : 0.5%이하, Nb : 0.6%이하, Mo : 2.0%이하, Cu : 1.0%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판을 냉간압연후 1000∼1250℃의 온도 범위의 환원성 분위기에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서,
    상기 강판의 소둔로내에서의 열처리는 질소를 25%이상 함유하고 이슬점이 -60℃이하인 환원성 분위기내에서 이루어지도록 하여 상기 강판 표면의 부동태피막에 크롬계 질화물을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판의 광휘소둔방법.
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