KR100480354B1 - 내산화성이 향상되는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔냉연강판의 제조방법 - Google Patents

내산화성이 향상되는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔냉연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10-20%, Ni : 5-25%, N : 0.1%이하, Si : 4.0%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 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서, 상기강판을 소둔열처리중 300℃에서 상온까지 냉각가스분위기의 이슬점을 -10℃∼-30℃로 제어하여 소둔을 시행하는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법을 개시한다.

Description

내산화성이 향상되는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법{method of manufacturing austenite stainless steel bright-annealed plates to improve the oxidation}
본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 소둔열처리하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 내산화성 개선을 위해 환원분위기에서 열처리하는 중에 강판의 냉각분위기가스를 제어하여 오스테나이트계 스테인레스강을 소둔하는 방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성은 합금성분, 미세조직 그리고 강판의 표면상태에 의해 크게 영향을 받는다. 그리고, 이러한 강판의 표면상태는 냉간압연조건을 변화시키거나 열처리중 강판표면의 얇은 크롬계 잔류산화물의 형성에 따라 변화될 수 있다. 즉, 수소와 질소가스의 환원분위기에서 소둔중 로내의 환원성 분위기를 크롬이 일부 산화되는 이슬점의 환원성조건으로 유지하거나 강판의 냉각중 분위기가스의 조성을 제어하여 강판표면의 얇은 크롬산화물 생성을 조장할 수 있기 때문에 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성은 강판표면의 얇은 크롬산화물의 형성에 따라 변화된다.
오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성은 소둔직후 강판표면에 형성된 얇은 크롬산화물에 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 실제로 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판의 표면에 두께 100∼200Å의 얇은 크롬산화물이 미량 잔류하면 800℃이상의 고온에서 사용중 산화량의 감소가 발생된다는 사실이 확인되었다. 광휘소둔 강판표면의 얇은 크롬산화물 형성을 제어하여 내산화성이 개선된다는 보고는 아직 없지만, 크롬산화물이 800℃이상의 고온에서 사용되는 강판표면에서 금속과 산소의 화학반응을 느리게 진행시켜 강판의 내산화성이 영향을 받을 수 있다.
이에 본 발명자들은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성이 합금성분과 미세조직 뿐만 아니라 크롬산화물형성의 제어에 의한 광휘소둔중 강판표면상태를 변화시킴에 의해서도 크게 영향을 받는다는 사실을 발견하고, 그 근거에 의해 본 발명을 제안한 것으로, 본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 냉간압연후 열처리하는 공정에서 열처리중 강판의 냉각분위기가스의 이슬점를 제어함으로써, 내산화성을 개선시킬 수 있는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10-20%, Ni : 5-25%, N : 0.1%이하, Si : 4.0%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 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서, 상기강판을 소둔열처리중 300℃에서 상온까지 냉각가스분위기의 이슬점을 -10℃∼-30℃로 제어하여 소둔을 시행하는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 소둔열처리하는 경우, 두께 0.5-3.0mm의 강판을 이슬점이 -50℃이하인 수소 및 질소분위기중에서 900∼1200℃의 가열로내에서 연속적으로 소둔하여 100℃까지 냉각시키면 강판표면은 20~50Å 정도의 두께를 가진 크롬 부동태피막층이 형성된다. 얇은 크롬 부동태피막층은 대부분 냉각중에 형성되며 강판의 내식성을 개선시키는 역할을 한다. 이후 광휘소둔 냉연강판은 조질압연을 거친후 고광택의 스테인레스 제품으로 생산된다.
광휘소둔중 가열로내의 이슬점이 -50℃보다 높거나 강판의 냉각속도가 느리면 합금성분중 산소와 반응성이 높은 합금원소들이 강판의 냉각중에 강판표면에 우선적으로 산화되어 산화물이 형성된다. 산소와의 반응성은 열역학적으로 얇은 철, 크롬, Si등의 순서로 높으며, 합금성분중 이들 원소들에 의해 광휘소둔 냉연강판표면에 산화물이 형성될 수 있다.
강판표면에 형성되는 크롬산화물층은 800℃이상의 온도에서 강판이 사용될 때 대기중의 산소와 강판중의 금속이 화학적으로 반응하여 산화되는 현상을 억제한다. 즉, 크롬산화물층은 금속이온과 산소이온의 금속내부로의 확산을 방지하는 장애물로 작용하여 산화반응의 속도를 저감시킨다. 그러므로, 강판표면의 크롬산화층 두께가 두꺼우면 900℃이상의 고온에서 강판의 내산화성을 개선시킨다.
광휘소둔중 강판표면의 크롬산화물형성을 조장하기 위해서는 900∼1200℃의 가열로내 환원성분위기를 이슬점 -30℃이상의 약환원성분위기로 유지하는 방법이 있지만, 고온에서는 크롬의 산화속도가 빠르므로 크롬산화물층이 200Å이상으로 두꺼워져서 강판의 표면변색이 발생되어 표면품질이 저하되는 애로가 발생한다.
소둔열처리중 300℃이하의 냉각대에서 냉각가스중의 이슬점을 -10℃∼-30℃로 제어함으로써 냉각가스분위기의 산화성을 증가시키면, 100∼200Å두께의 얇은 크롬산화물의 형성을 조장할 수 있으므로 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성이 개선될 수 있다. 이 경우 강판의 표면변색과 같은 품질의 저하를 유발하지 않고, 기존설비에서 냉각분위기가스의 로내압력을 조절하여 강판을제조할 수 있으므로 현장적용이 용이하다.
따라서, 본 발명에서는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 경우 소둔열처리중 300℃이하의 냉각대의 가스분위기의 이슬점을 -10℃∼-30℃로 제어할 수 있는 냉각가스 로내압력을 조절하여 소둔을 시행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 경우 소둔열처리중 300℃이하의 냉각대의 가스분위기의 이슬점을 -10℃∼-30℃로 제어할 수 있는 냉각가스 로내압력을 조절하여 소둔을 시행하는 것이 바람직하고, 냉각가스 로내압력을 조절하기 위해서는 냉각대내 이슬점과 로내압력간의 조절계수 설정이 필요하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
실시예
주요성분의 함량이 하기 표 1과 같이 조성되는 두께 1.0mm의 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판을 준비한 후 35(W)X45(L)X1.0(t) mm의 크기로 시편을 제작하였다.
성분 C N Si Mn Cr Ni Ti Mo
함량(w%) 0.04 0.03 0.5 1.1 18.1 8.2 0.014 0.03
이후, 상기 냉연강판의 소둔열처리조건은 통상의 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔조건과 유사하게 설정하였는데, 소둔온도는 1150℃이고 소둔시간은 가열시간 40초와 등온유지시간 20초의 총 60초간 수행하였다. 소둔분위기는 수소가스를 사용하여 이슬점 -60℃에서 열처리하였다. 냉각조건을 두가지로 변화시켰는데, 첫번째는 300℃이하에서 강판을 냉각중에 냉각가스의 이슬점을 -60℃로 냉각시킨 냉각방법(이하, '일반냉각재'라 칭함)이고 두번째는 300℃이하에서 강판을 냉각중에 냉각가스의 이슬점을 -20℃로 냉각시킨 냉각방법(이하, '산화냉각재'라 칭함)의 두종류의 시편이다.
두가지 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 냉각직후 강판표면의 산화스케일층 두께를 측정하기 위해 분당 10Å의 Sputtering rate로 SAM (Scanning Auger Microscopy) Depth-profile 분석을 하였다. 내산화성 평가는 대기중 전기가열로내 공기를 분당 2L로 주입하면서 실시하였고, 시험조건은 650, 750, 850, 900, 950, 1000℃의 6가지 온도에서 200시간동안 수행하였다. 시험후에 강판의 산화량을 측정하기 위해 중량변화를 측정하였다.
도 1은 일반냉각재에 대해서 산화스케일구조에 대한 분석결과를 보여준다. -60℃의 이슬점에서 냉각된 강판표면에는 30Å 두께의 크롬산화물이 검출된다.
도 2는 산화냉각재에 대해서 산화스케일구조에 대한 분석결과를 보여준다. -20℃의 이슬점에서 냉각된 강판표면에는 110Å 두께의 크롬산화물이 검출되고 외부에 미량의 철산화물도 나타난다.
도 3은 일반냉각재와 산화냉각재에 대해서 대기중에서 200시간 산화시험후 산화중량의 변화를 650, 750, 850, 900, 950, 1000℃의 6가지 온도에서 측정한 결과이다. 일반냉각재는 900℃에서 산화중량의 급격한 증가를 보이는 반면에 산화냉각재는 950℃부터 완만한 산화량증가를 보인다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 소둔방법에 의하면 우수한 고유특성이 손상되지 않고, 제조공정상의 어려움이 없이 강판의 내산화성을 향상시킴에 의해 제품의 생산성과 품질향상을 기대 할 수 있다.
도 1은 일반냉각재의 광휘소둔후 강판표면에서 두께방향으로 산화층의 구조분석결과를 도시한 도면.
도 2는 대기냉각재의 광휘소둔후 강판표면에서 두께방향으로 산화층의 구조분석결과를 도시한 도면.
도 3은 일반냉각재와 대기냉각재의 200시간 산화시험시 시험온도에 따른 산화량측정 비교결과를 도시한 도면.

Claims (1)

  1. 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10-20%, Ni : 5-25%, N : 0.1%이하, Si : 4.0%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 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서,
    상기강판을 소둔열처리중 300℃에서 상온까지 냉각가스분위기의 이슬점을 -10℃∼-30℃로 제어하여 소둔을 시행하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법.
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