KR100467719B1

KR100467719B1 - 리징 저항성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계스테인리스강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100467719B1
Application number: KR10-2000-0074743A
Authority: KR
Inventors: 유도열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2005-01-24
Also published as: KR20020045322A

Abstract

본 발명은 연질이며, 리징 저항성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다. 중량%로 C: 0.035% 이하, Si: 0.3% 이하, Mn: 1% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 15 ~ 17%, Mo: 0.03% 이하, N: 0.035% 이하, Cu: 0.4% 이하, Al: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 또한 강도 인자인 H(%)=4(C%+N%) + Si%가 0.5% 이하를 만족하고, 하기 계산식으로부터 소재의max(%)값이 32% 이상, Ac1 온도가 820℃ 이하, 이론 항복강도(YS, Kg/㎟)가 32(Kg/㎟) 이하를 만족하는 페라이트계 스테인리스강과, 상기 페라이트계 스테인리스강을 1200 ~ 1250℃로 가열하는 단계와, 마무리 압연온도를 950℃ 이하, 권취온도를 750℃ 이하로 열간압연하는 단계와, 상기 열간압연판을 830 ~ 850℃에서 4시간 이상 상소둔하는 단계와, 상기 열간압연소둔판을 냉간압연율 70 ~ 95%로 1회 냉간압연하는 단계와, 냉간압연후 840 ~ 870℃ 범위에서 냉간압연소둔처리하는 것을 특징으로 하는 연질이며, 리징성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법을 제공한다.

Max(%)=420C+470N+10Mn+18 Cu +23Ni-11.5Si-11.5Cr-12Mo-49Ti-52Al+180,

Ac1(℃) = (Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+1.77Ti+2.14Al-7.14C-8N-3.28Ni-1.89Mn-1.02Cu)x35+310,

이론YS(Kg/mm²)=47.6+92.4Si+11Mn+801P+9.48Cr+68.5Ti+35.1Al+939(C+N)/9.8)

Description

리징 저항성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법{Method of producing ferritic stainless steel sheets having softning, anti-ridging property and excellent spinning formability}

본 발명은 연질이며, 리징 저항성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 주방 양식기 용도로 사용되는 STS430 페라이트계 스테인리스강은 강도가 높은 경우에 스피닝 가공시 크랙발생율이 높고, 또한 스프링 백(spring back)이 심하여 형상동결성이 나쁘다. 또한 소재의 리징(ridging) 저항성이 나쁜 경우 성형후 연마 과정에서 리징 흔적이 잔존하는 등 문제점이 많이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 제안들중 일본 특개평10-280047호에서는 내 로핑(ropping)성이 우수한 페라이트계 스테인리스강판 제조 방법으로 Al, B, Ta, Nb, V 등이 첨가된 강에서p를 15 ~ 35%로 조절하고, 열간압연 , 냉간압연조건 및 조질압연율을 적정화하여 로핑성을 개선하는 것을 특징으로 하지만, 본 발명강과 조성 및 제조조건이 다르다. 그리고 한국 특허 등록번호 10-0263365(공개특허번호 1997-0015775호)에서는 면내이방성이 작고 내 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강판 및 그 제조방법에 관한 것으로 강의 조성, 압연조건, 소둔조건을 적정화하여 특유의 집합조직이 발달 되도록 제어하는 방법이지만 집합조직 제어가 용이하지 않는 문제점과 본 발명강과 화학조성이 다른 B 및 Ti가 다량 첨가된 강이다. 또한 이들 특허는 스피닝성 개선에 대한 방법이 제시되지 않았다.

이에 본 발명자는 상기한 문제점들을 해결하고자 페라이트계 스테인리스강의 리징 저항성과 스피닝 가공성을 개선시키기 위하여 실험을 행하고 그 결과를 근거하여 본 발명을 제안하게 되었다.

본 발명은 각종 계산식을 사용하여 합금성분계 범위를 적정하게 설정하고, 일정 수준의 제품특성을 갖도록 제조조건을 제어함으로써 연질이며, 리징 저항성과 스피닝 가공성을 개선시킨 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 있어서,

중량 %로 C: 0.035% 이하, Si: 0.3% 이하, Mn: 1% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 15 ~ 17%, Mo: 0.03% 이하, N: 0.035% 이하, Cu: 0.4% 이하, Al: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고,

또한 강도 인자인 H(%)=4(C%+N%) + Si%가 0.5% 이하를 만족하고, 하기 계산식으로부터 소재의max(%)값이 32% 이상, Ac1 온도가 820℃ 이하, 이론 항복강도(YS; Kg/㎟)가 32(Kg/㎟) 이하를 만족하는 페라이트계 스테인리스강과,

상기 페라이트계 스테인리스강을 1250 ~ 1200℃로 가열하는 단계와, 마무리 압연온도를 950℃ 이하, 권취온도를 750℃ 이하로 열간압연하는 단계와, 상기 열간압연판을 830 ~ 850℃에서 4시간 이상 상소둔하는 단계와, 상기 열간압연소둔판을 냉간압연율 70 ~ 95%로 1회 냉간압연하는 단계와, 냉간압연후 840 ~ 870℃ 범위에서 냉간압연소둔처리하는 것을 특징으로 하는 연질이며, 리징성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법을 제공한다.

* H(%) =4(C%+N%)+Si%

Max(%) = 420C + 470N + 10Mn + 18Cu - 11.5Si - 11.5Cr - 12Mo - 52Al + 180;Ac1(℃) = (Cr + 1.72Mo + 2.09Si + 2.14Al - 7.14C - 8N - 1.89Mn - 1.02Cu) x 35 + 310;YS(Kg/㎟) = 47.6 + 92.4Si + 11Mn + 801P + 9.48Cr + 35.1Al + 939(C + N)/9.8;

이하 본 발명강에 대한 한정한 이유를 설명하면 다음과 같다.

상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하면 강도가 높아지고, 내식성 및 스피닝 가공성을 저하시키기 때문에 낮게 유지할수록 바람직하므로 그 함량은 C의 경우는 0.035% 이하, N은 0.035% 이하로 한정한다.

Si는 페라이트 형성원소로 함량 증가시 페라이트 상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.3% 이상 첨가하면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 스피닝 가공성에 불리하여 0.3% 이하로 한정한다.

Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 1.0% 이하로 한정한다.

P 및 S는 MnS등 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋기 때문에 P :0.035% 이하, S : 0.03% 이하로 한정한다.

Cr은 함량이 15% 이하로 너무 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 17% 이상이면 내식성은 향상이 되나 강도가 높고 연신율이 낮아 스피닝 가공성이 저하하기 때문에 그 함량은 15 ~ 17%로 한정한다.

Mo는 함량이 증가하면 내식성은 현저하게 향상시키지만 강도를 높여 성형성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 성형성을 고려하여 Mo 함량을 0.03% 이하로 한정한다.

Al은 탈산제로 첨가되는 원소로 다량 첨가하면 표면결함을 발생시키기 때문에 0.005% 이하로 한정한다.

Cu는 감마상 생성원소로 많이 첨가하면max(%)가 증가하지만 합금철 투입량 증가에 의한 제조원가 상승하고, 열간가공성이 저하하여 열간압연시 표면결함을 유발하기 때문에 Cu는 0.4% 이하로 한정한다.

다음은 본 발명강의 계산식 값의 한정이유에 대해 설명하면

강도인자인 H(%)의 한정 이유에 대해 설명하면, 페라이트계 스테인레스강의 강도에 가장 크게 작용하는 원소인 C, N , Si은 연질화를 목적으로 강도 인자인 H(%)=4(C%+N%)+Si%가 0.5% 초과이면 소재의 경도 및 강도가 상승하여 스피닝시 형상 동결성이 나빠진다. 따라서 형상 동결성 개선을 위해 연질화가 필요함으로 H(%)는 0.5% 이하를 만족하는 범위내 합금조성으로 한정한다.

소재의 화학성분을 계산식에 대입하여 구한max(%)가 32% 미만 이면 리징성이 현저하게 나빠지기 때문에max(%)는 32% 이상이 되는 합금조성으로 한정한다.

소재의 화학성분을 계산식에 대입하여 구한 Ac1 온도의 범위에 대해 설명하면, 페라이트계 스테인레스강에 있어서 통상의 열연소둔 및 냉간압연소둔온도는 소재의 Ac1 온도 직하에서 열처리하는 것이 연질 및 연신율 개선에 유리하다. 그러나 통상 열간압연소둔은 상소둔 설비(BAF)에서 소둔온도가 높아지면 내부덮개(inner cover)에 변형이 발생하여 소둔온도를 높일 수가 없다. 따라서 Ac1 온도가 820℃ 이하로 낮을수록 통상의 상소둔 설비에서 내부덮개변형이 발생하지 않는 온도 범위내에서 소둔하면 재질을 개선시킬수가 있다. 따라서 소재의 Ac1 온도가 820℃ 보다 높은 소재는 통상 열연소둔 온도인 820℃에서 4시간 소둔처리하면 재결정이 불충분하게 일어나 경질로 연신율이 저하하는 문제점이 발생하기 때문에 계산식으로 구한 소재의 Ac1 온도는 820℃ 이하를 만족시키는 합금조성으로 한정한다.

연질화를 통한 스피닝성 개선을 위해 소재의 화학성분을 계산식에 대입하여구한 이론 항복강도(YS, Kg/mm²)는 32(Kg/mm²) 이하가 되는 합금조성으로 한정한다.

이하, 본 발명의 제조조건 한정 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 조성된 강을 1250℃ 초과하여 가열하면 열간압연시 표면결함이 많이 생기고, 1200℃ 미만으로 가열하면 압연온도가 낮아 열간압연중 스티킹 등 표면결함이 다량 발생하기 때문에 열간압연을 위한 최적 슬라브 가열온도는 1200 ~ 1250℃ 범위내로 한정한다.

열간압연 마무리 압연온도가 950℃ 초과하고, 권취온도가 750℃ 초과하면 열간압연중 내부에 축적된 내부 변형 축적 에너지가 작아 열간압연판 소둔시 재결정이 충분하게 일어나지 않기 때문에 마무리 압연온도는 950℃ 이하, 권취온도는 750℃ 이하로 한정한다.

열간압연판 소둔온도는 820℃ 이하에서는 재결정이 불충분하게 일어나 연신율이 낮고, 강도가 높아 스피닝 가공성이 저하한다. 그리고 850℃ 온도 이상에서는 고온에서상이 생성되어, 냉각중 마르텐사이트생성으로 연신율 및 스피닝 가공성이 현저하게 저하하기 때문에 열간압연 소둔온도는 재결정이 충분하게 일어나 연신율이 높은 820 ~850℃ 범위로 하고, 소둔시간은 코일 내,외부가 충분하게 재결정이 일어나는 시간인 4시간 이상으로 한정한다.

상소둔한 열간압연 소둔판을 냉간압연율 70 ~ 95% 냉간압연하는 이유로는 냉간압연율이 적정 범위를 벗어나면 냉간압연 소둔판의 Δr 값이 +0.1을 초과하여 스피닝 작업시 압연방향으로는 높은 귀가 발생하고, 압연방향과 직각방향으로는 낮은 귀가 발생하여 최종 제품 가공후 커링(curling) 작업시 귀가 낮은 부위에서는 소재 폭이 부족하여 커링작업 불량이 발생하기 때문에 스피닝용 소재는 Δr 값이 +0.1 이하로 냉간압연시 냉간압연율이 70 ~ 95% 범위내로 단압연하여 제조하는 방법으로 한정한다. 2회 압연 및 2회 소둔처리재인 재압연재는 Δr 값이 +0.1을 초과하여 높아지고, 또한 단압연재인 경우도 냉간압연율이 70% ~ 95 범위를 벗어나면 Δr 값이 +0.1을 초과하여 변화되기 때문에 단압연재로 냉간압연율이 70 ~ 95% 범위내로 한정한다.

냉간압연소둔온도에 대해 설명하면 일반적으로 냉간압연소둔 공정에서는 열간압연소둔에 비해 라인 스피드가 빠르기 때문에 소재의 Ac1 온도가 상승한다. 따라서 냉간압연 소둔온도가 840℃ 미만에서는 재결정이 불충분하게 일어나 연신율이 낮고, 강도가 높아 스피닝 가공성이 저하된다. 그리고 870℃ 초과에서는 고온에서상이 생성되어, 냉각중 마르텐사이트생성으로 연신율 및 스피닝 가공성이 현저하게 저하하기 때문에 냉간압연소둔온도는 재결정이 충분하게 일어나 연신율이 높은 840 ~870℃ 범위로 한정한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

표 1은 본 발명의 실시예 소재로서의 화학성분을 나타내고, 표 2는 표 1의 화학성분으로 본 발명의 계산식에 의해 구한 각각의 값을 나타내었다. 상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강을 50Kg 진공유도 용해로에서 용해하여 인고트를 제조하였다. 이와같이 제조된 주괴를 1240℃에서 120분간 가열하고, 940℃의 마무리온도에서 열간압연하여 3.2mm 두께의 열간압연판을 제조하고, 820℃에서 4.5시간 상소둔(BAF)처리후 산세처리 하였다.

상기 열간압연 소둔판을 85%의 냉간압연율로 냉간압연하여 0.5mmt를 제조하고 820 ~ 870℃범위로 냉간압연소둔온도를 변화시켜 냉간압연소둔후 공냉하는 1단 압연재와 비교재로 3.2mmt 열간압연 소둔판을 1.0mmt(냉간압연율 68%)로 냉간압연후 850℃에서 냉간압연 소둔처리하고, 다시 0.5mmt(냉간압연율 50%)로 냉간압연후 다시 냉간압연 소둔처리하는 2단 압연재를 각각 산세한 다음 1% 냉간압연율로 조질압연하여 각종 특성 평가용 시편을 제조하였다.

인장시험용 시편은 JIS 13B로 가공하여 시험하고, 리징 높이 측정은 JIS 5호로 압연방향과 평행한 방향으로 인장시편을 가공하여 15% 인장후 표면조도기로 리징(ridging) 높이를 측정하여 최대 높이값으로 리징 높이를 나타내었다.

스피닝 가공성 평가는 자동 스피닝 기계를 이용하여 0.5mmt 소재를 사용하여 직경이 293mm인 블랭크를 각 시편별로 10개씩 펀칭하여 원추형 가공품의 직경이 225mm, 높이가 95mm 인 제품으로 스피닝 가공하여 성형품 톱부위에 10mm 커링 작업후에 내부 및 외부를 연마하여 크랙발생, 연신 불량과 리징 흔적 잔존 유무 및 커링성 불량율을 조사하였다.

(wt%)

구분	No	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Cu	Al	N
발명재	1	0.03	0.24	0.51	0.02	0.01	16.15	0.03	0.03	0.003	0.03
발명재	2	0.030	0.25	0.4	0.02	0.02	16.19	0.03	0.04	0.003	0.03
비교재	3	0.041	0.39	0.465	0.19	0.019	16.50	0.013	0.031	0.004	0.04
	4	0.037	0.267	0.441	0.023	0.006	16.17	0.011	0.031	0.005	0.034
	5	0.047	0.39	0.39	0.021	0.002	8.16	0.01	0.020	0.003	0.0488
	6	0.050	0.31	0.27	0.018	0.01	16.58	0.05	0.01	0.005	0.038
	7	0.061	0.3	0.61	0.025	0.002	16.4	0.03	0.04	0.004	0.03

구분	No	4(C%+N%)+Si%	r Max(%)	Acl(℃)	이론 Y.S (Kg/㎟)
발명재	1	0.48(%)	32.7	811.7	30.71
발명재	2	0.49(%)	35.9	803.9	30.66
비교재	3	0.714(%)	31.2	839.2	34.34
	4	0.551(%)	31.1	825.5	32.21
	5	0.7732(%)	40.3	831.7	35.51
	6	0.662(%)	28.2	864.5	34.04
	7	0.664(%)	43.3	795.7	34.86

각 강종별 제품 특성을 평가한 결과는 표 3에 나타난 바와 같이 강도 지수인 H(%)=4(C+N)+Si 가 0.5% 이하이고,max(%)가 32% 이상이며, Ac1 온도가 820℃ 이하, 이론 항복강도(YS)가 32Kg/㎟ 이하인 본 발명강은 상기 조건을 만족시키지 않는 비교강에 비해 경도 및 항복강도는 낮고, 연질로 연신율은 높고, 리징성도 비교적 양호한 특성을 보이고 있다.

구분	No	경도 (Hv)	항복강도(Kg/㎟)	연신율 El(%)	리징 높이(㎛)
발명재	1	142.7	31.2	28.8	21.9
발명재	2	143.0	31.3	28.7	22.0
비교재	3	158.9	34.0	26.5	23.1
	4	151.1	33.5	28.5	22.6
	5	158.7	34.5	26.6	19.7
	6	155.4	33.4	25.7	25.6
	7	156.2	34.3	28.0	28.1

또한 실물 스피닝 시험 결과는 나타낸 표 4에 나타난 바와 같이 본 발명강은 비교강에 비해 연질이고, 리징 저항성도 양호하기 때문에 스피닝후 형상동결성도 우수하고, 스피닝시 크랙발생이 나타나지 않았으며, 연마후 리징 흔적 잔존이 없고, 냉간압연시 단연압으로 제조하였기 때문에 본 발명강은 커링성도 양호하였다는 것을 나타낸다.

구분	No	스피닝후형상동결성	스피닝시 크랙발생율 (%)	연마후 리징 흔적 잔존율($)	스피닝 가공후 커링성	냉간압연조건
발명재	1	양호	0	0	양호	단압연
발명재	2	양호	0	0	양호	″
비교재	3	불량	50	0	양호	″
	4	불량	30	0	양호	″
	5	불량	20	0	양호	″
	6	불량	100	100	양호	″
	7	불량	25	100	불량	재압연

시편	냉연소둔 온도(℃)	820	830	840	850	870
발명강 no.1	연신율(%)	29	31	31.5	32	33

표 5에 나타낸 바와 같이 상기 본 발명강 1을 냉간압연소둔온도 840 ~ 870℃범위내로 소둔하는 경우 연신율이 향상되는 것을 볼 수 있다. 이것은 본 발명의 냉간압연소둔온도 840 ~ 870℃범위내에서 소둔함으로써 재결정이 충분하게 일어나 연신율이 높아지고 스피닝 가공성이 좋아지는 것이다.

본 발명의 계산식을 사용하여 합금성분계 범위를 적정하게 설정하고, 일정 수준의 제품특성을 갖도록 제조조건을 제어함으로써 페라이트계 스테인리스강에 대한 리징 저항성과 스피닝 가공성을 개선시키는 효과를 가진다.

Claims

페라이트계 스테인리스강에 있어서,

중량%로 C: 0.035% 이하, Si: 0.3% 이하, Mn: 1% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 15 ~ 17%, Mo: 0.03% 이하, N: 0.035% 이하, Cu: 0.4% 이하, Al: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고,

강도인자(H)는 0.5% 이하, 소재의max은 32% 이상, Ac1 온도는 820℃ 이하, 이론항복강도(YS)는 32(Kg/㎟) 이하이고, 여기에서

H(%) = 4(C%+N%)+Si%;

Max(%) = 420C + 470N + 10Mn + 18Cu - 11.5Si - 11.5Cr - 12Mo - 52Al + 180;

Ac1(℃) = (Cr + 1.72Mo + 2.09Si + 2.14Al - 7.14C - 8N - 1.89Mn - 1.02Cu) x 35 + 310;

YS(Kg/㎟) = 47.6 + 92.4Si + 11Mn + 801P + 9.48Cr + 35.1Al + 939(C + N)/9.8;

인 것을 특징으로 하는 연질이며, 리징성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
중량%로 C: 0.035% 이하, Si: 0.3% 이하, Mn: 1% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 15 ~ 17%, Mo: 0.03% 이하, N: 0.035% 이하, Cu: 0.4% 이하, Al: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 강도인자(H)는 0.5% 이하, 소재의max은 32% 이상, Ac1 온도는 820℃ 이하, 이론항복강도(YS)는 32(Kg/㎟) 이하인 페라이트계 스테인리스강을 제조하는 방법에 있어서,

상기 조성을 갖는 슬라브를 1200 ~ 1250℃로 가열하는 단계와;

마무리 압연온도 950℃ 이하의 조건에서 열간압연하는 단계와;

750℃ 이하의 온도에서 권취하여 열연코일을 준비하는 단계와;

상기 열연코일을 830 ~ 850℃에서 4시간 이상 상소둔하는 단계와;

상기 열연소둔판을 냉간압연율 70 ~ 95%로 1회 냉간압연하는 단계와;

냉간압연후 840 ~ 870℃ 범위에서 냉간압연 소둔처리하는 것을 특징으로 하는 연질이며, 리징성 및 스피닝 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.