KR100500080B1 - 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판 및 그제조방법 - Google Patents

가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 r값을 갖는 동시에, 표면의 표면거칠기 내성이 우수하고, 게다가 유기산에 대한 내식성을 구비하며, 자동차용 연료 탱크, 연료 파이프 등에 적용할 수 있는 페라이트계 스테인레스 강판을 제안한다.
구체적으로는 C:0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.06% 이하, S:0.03% 이하, Cr:11% 내지 23%, Ni:2.0% 이하, Mo:0.5% 내지 3.0%, Al:1.0% 이하, N:0.04% 이하를 포함하고, Nb:0.8% 이하 및 Ti:1.0% 이하중 1종 또는 2종을 하기 수학식 1의 관계를 만족하면서 함유하고(상기에서, %는 모두 질량%임), 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되는 조성을 갖는 강 슬래브(slab)를 제공하고,
[상기 식에서, C, N, Nb, Ti은 각 원소의 함유량(질량%)이다]
상기 강 슬래브를 1000℃ 내지 1200℃로 가열하고, 압연 온도 850℃ 내지 1100℃, 압하율 35%/패스 이상으로 조(粗) 압연하고, 이어서 압연 온도 650℃ 내지 900℃, 압하율 20 내지 40%/패스 이상으로 마무리 압연하는 열간 압연을 수행하고,
상기 열연판을 800℃ 내지 1100℃로 어닐링하고,
상기 어닐링된 판을 750℃ 내지 1000℃의 중간 어닐링을 삽입하여 2회 이상 냉간 압연하되, 전체 압하율 75% 이상 및 (1회째 냉간 압연의 압하율)/(최종 냉간 압연의 압하율)로 나타내는 압하비 0.7 내지 1.3으로서 수행하고,
상기 냉간 압연된 판을 850℃ 내지 1050℃로 마무리 어닐링함으로써, r값이 2.2 이상이며 페라이트 결정립 입도 번호가 6.0 이상인 강판을 제조한다. 더욱 바람직하게는, 상기 얻어진 강판 표면에 윤활 코팅이 도포면당 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡ 베이크-코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판 및 그 제조방법{FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET WITH EXCELLENT WORKABILITY AND METHOD FOR MAKING THE SAME}
본 발명은, 가전, 주방, 건재, 자동차용 부재 등의 용도로 사용할 수 있는, 딥 드로잉성과 표면 평활성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강 및 그의 제조방법에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 딥 드로잉성, 확관 등의 강 가공에 의해 제조되고, 실용 환경에서 발생하는 유기산을 포함하는 유기 연료(자동차용 가솔린, 메탄올 등)중에서 내식성이 우수한 자동차용 연료 탱크, 연료 파이프 부재용으로 적절한 페라이트계 스테인레스 강과 그의 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인레스 강은 오스테나이트계 스테인레스 강에 비해, 다량의 Ni를 함유하지 않기 때문에, 비용면에서 유리할 뿐만 아니라, 응력 부식 균열(SCC)이 발생하지 않는다는 이점을 갖고 있다. 이 때문에, 종래 각종 산업 분야에서 이용되어 왔다. 그러나, 종래의 페라이트계 스테인레스 강은, 예컨대 SUS304로 대표되는 오스테나이트계 스테인레스 강에 비해 신장률이 30% 정도로 낮고 가공성이 열등하며, 프레스 성형으로 대표되는 딥 드로잉 가공 등의 고도의 변형을 실시하는 용도로는 충분한 가공성을 갖고 있다고는 말할 수 없고, 또한 대량 공급의 요망에 대하여 충분히 부응할 수 있는 것이 아니라는 문제가 있었다. 이와 같은 성형성의 제약으로부터, 페라이트계 스테인레스 강은 자동차, 건재, 가전 등 각종 분야에서 그 이용이 대폭 제한되어 왔다.
이러한 배경에서, 지금까지 페라이트계 스테인레스 강의 가공성을 높이기 위한 시도가 이루어져, 그 연구 성과가 몇가지 보고되고 있다. 예컨대, 일본국 특허 공개 제 91-264652호 공보에는 Nb 및 Ti을 복합 첨가한 페라이트계 스테인레스 강의 제조 조건을 적정화함으로써, X선 강도비(222)/(200)를 5이상으로 하는 집합 조직으로 제어하여, 가공성을 개선한 제안이 개시되고 있다.
그러나, 이 기술로는 r값이 1.8 정도까지밖에 수득될 수 없고, 딥 드로잉에 의해 복잡한 성형이 실시되는 연료 탱크나 확관과 굽힘 가공이 실시되는 연료 파이프로의 가공이 어려울 뿐만 아니라, 가공할 수 있더라도 불량률이 높고 대량 공급이라는 요구에 충분히 부응할 수 없다는 문제점이 있었다. 한편, 자동차용 연료 탱크용 재료로는, 종래 연강판 표면에 납을 포함하는 도금을 실시한 턴시트(ternesheet)가 널리 이용되어 왔다. 그러나, 최근의 환경 문제가 높아짐으로써, 납을 포함하는 재료는 사용이 엄격히 제한되는 추세이다. 이 때문에, 턴시트를 대신하는 대체 재료의 개발이 모색되고 있지만, 각각 다음과 같은 문제를 안고 있다. 예컨대, 무연 도금재로서, Al-Si계의 도금 재료가 개발되고 있지만, 용접성이나 장기간의 내식성이 불안하고, 넓은 범위로 적용되지는 않는다. 또한, 수지 재료를 연료 탱크에 사용하는 시도도 있었지만, 이 재료로는 본질적으로 연료가 간신히 재료를 투과하는 것을 피할 수 없고, 연료의 증산 규제의 움직임이나 재생 규제도 있어, 공업적으로 사용하기 위해서는 당연히 한계가 있다. 또한, 라이닝 등을 실시하지 않고 사용할 수 있는 강으로서, 오스테나이트계 스테인레스 강을 사용하는 시도가 되고 있다. 오스테나이트계 스테인레스 강은 페라이트계 스테인레스 강에 비해, 가공성이 좋고, 내식성이 좋지만, 연료 탱크에 이용하기 위해서는 고가인 외에, 응력 부식 균열(SCC)의 우려를 안고 있기 때문에, 실용화되고 있지는 않다.
이러한 배경에서 이들을 재생가능한 페라이트계 스테인레스 강으로 대체할 수 있으면 지구 환경을 향상시킬 수도 있어 큰 이익을 가져올 수 있다.
그런데, 턴시트의 r값은 2.0 정도이기 때문에, 페라이트계 스테인레스 강을 턴시트로 대체하여 이용하기 위해서는, 적어도 턴시트와 동등 이상의 r값, 구체적으로는 r값 2.0 이상의 특성을 가져야 한다. 또한, 페라이트계 스테인레스 강을 자동차용 연료 탱크, 파이프 등의 연료계의 부재에 적용하기 위해서는, 실용 환경 속에서 가솔린 속에 생성되는 포름산, 아세트산 등의 유기산을 포함하는 열화 가솔린에 대한 장기간의 내식성을 구비하고 있는 것도 필요하지만, 이러한 관점에서의 적절한 성분 조성에 관해서는 밝혀지지 않았다.
상술한 바와 같이, 종래의 페라이트계 스테인레스 강으로는 r값이 기껏 2.0 정도까지밖에 실현될 수 없었고, 고도의 딥 드로잉성이 요구되는 성형 부재로서 적용되지 못하였다. 또한, 전부터 고도한 딥 드로잉을 수행한 때에는 성형 후의 표면 거칠어짐이 발생하는 것도 큰 문제였다. 여기서, 표면 거칠어짐이란 냉간 가공을 받을 때에 압연 방향(L 방향)과 평행한 판 폭 방향으로 요철을 갖는 파상의 표면 결함 및 결정 입자의 요철에 기인하여 발생하는 오렌지 필(Orange Peal)을 가리킨다.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 종래에 없는 높은 r 값화(2.0 이상)에 의해 딥 드로잉성을 개선하는 동시에, 표면거칠기 내성, 가솔린 열화에 대한 내성이 우수한, 자동차용 연료 탱크, 연료 파이프 등으로 적용할 수 있는 페라이트계 스테인레스 강과 그 제조방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 구체적인 목적은 딥 드로잉성의 기준으로서 r값이 평균 r값으로 2.0 이상, 바람직하게는 2.2 이상이고, 표면거칠기 내성의 기준으로서 마무리 어닐링판의 결정 입도가 6.0 이상이고, 내식성의 기준으로서 포름산을 800 ppm 포함하는 열화 가솔린 중, 50℃, 5000 시간의 내식 시험으로 붉은 녹이 발생하지 않는, 페라이트계 스테인레스 강 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
또한, 평균 r값은 JIS(Japanese Industrial Standard) Z 2254에 있어서의 평균 소성 변형비, 즉 하기 수학식 2로 계산한 값이다:
상기 식에서,
r0은 시험편을 판면의 압연 방향에 대하여 평행하게 채취하여 측정한 소성 변형비이고,
r45는 시험편을 판면의 압연 방향에 대하여 45° 방향으로 채취하여 측정한 소성 변형비이고,
r90은 시험편을 판면의 압연 방향에 대하여 90° 방향으로 채취하여 측정한 소성 변형비이다.
또한, 본 발명 강판의 제 2 목적은 페라이트계 스테인레스 강판을 더욱 엄격한 형상의 연료 탱크나 연료 파이프로 성형 가공하는 경우 또는 프레스 가공 등으로의 윤활 비닐이나 윤활유를 생략하지 않으면 안될 때에, 종래 기술이 안고 있던 문제를 해결하는 것에 있다. 즉, 우수한 딥 드로잉 가공성을 구비할 뿐만 아니라, 윤활 비닐이나 윤활유 공정에 관한 공정을 생략할 수 있게 하는 것이다.
발명자들의 조사에 의하면, 아크릴 수지를 주성분으로 한 윤활 코팅을 강판 표면에 규정 범위 내로 도포함으로써 성형 가공시의 슬라이딩 성능을 개선하고, 피성형재인 페라이트계 스테인레스 강과 프레스 금형과의 동적 마찰 계수를 저감시켜, 「골링(galling)」을 방지함으로써 한층 더 복잡한 제품의 성형이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
발명자들은 상기 과제를 달성하기 위해, 페라이트계 스테인레스 강을 자동차 연료계에 적용하는 데 필요한, 열화 가솔린 속에서의 내식성, 딥 드로잉성, 가공 후의 표면거칠기 내성의 향상에 대하여 상세하게 조사했다. 그 결과, 열화 가솔린에 대한 내식성을 개선하는 데는 0.5질량%(이하, %로 기재함) 이상의 Mo를 확보하여, 피팅 지수(Pitting Index)로 정의되는 Cr+3.3 Mo의 값을 18% 이상으로 하고, 또한 가공 후의 표면 거칠기를 억제하는 것이 효과적이라는 것을 알아내었다. 한편으로, Mo의 다량 함유에 의한 가공성(딥 드로잉성, 표면거칠기 내성)의 저하는, 중간 어닐링을 삽입하는 2회 이상의 냉간 압연을 포함하는 제조 공정을 도입하여, 냉간 압연 도중의 결정 입도 등의 제조 조건을 적정화함으로써 해결할 수 있다는 것을 알아내었다. 또한, 윤활 코트를 강판 표면에 다시 도포함으로써 성형 가공시의 슬라이딩 성능을 개선하여, 피성형재인 페라이트계 스테인레스 강과 프레스 금형과의 동적 마찰 계수를 저감시켜 한층 더 복잡한 제품의 성형을 가능하게 한다는 것을 밝혀냈다.
본 발명은 상기 새로운 지견에 입각한 것으로, 그 구성의 요지는 다음과 같다.
(1) C: 0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.06% 이하, S:0.03% 이하, Cr:11% 내지 23%, Ni:2.0% 이하, Mo:0.5% 내지 3.0%, Al:1.0% 이하, N:0.04% 이하를 포함하고, Nb:0.8% 이하 및 Ti:1.0% 이하중 1종 또는 2종을 하기 수학식 1의 관계를 만족하면서 추가로 함유하며, 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되는 조성을 갖고(상기에서, %는 모두 질량%임), JIS G 0552에 의거하여 측정되는 페라이트 결정립의 입도번호가 6.0 이상이고, 평균 r값이 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판.
수학식 1
상기 식에서, C, N, Nb, Ti은 각 원소의 함유량(질량%)이다.
(2) (1)에 있어서, 상기 Cr과 Mo이 하기 수학식 3의 관계를 만족하면서 함유되는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판.
상기 식에서, Cr, Mo는 각 원소의 함유량(질량%)이다.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 판면에 평행한 면에서의 (222)와 (200)의 X선 적분 강도비(222)/(200)가 15.0 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판.
(4) (1) 내지 (3)중 어느 한 항에 있어서, 강판 표면에 스테아린산 칼슘과 폴리에틸렌 왁스가 첨가된 아크릴 수지로 이루어진 윤활 코팅이 도포면당 0.5g/㎡ 내지 4.0g/㎡로 베이크-코팅(bake-coating)되어 있는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판.
(5) C:0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.06% 이하, S:0.03% 이하, Cr:11% 내지 23%, Ni:2.0% 이하, Mo:0.5% 내지 3.0%, Al:1.0% 이하, N:0.04% 이하를 포함하고, Nb:0.8% 이하 및 Ti:1.0% 이하중 1종 또는 2종을 하기 수학식 1의 관계를 만족하면서 함유하며(상기에서, %는 모두 질량%임), 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되는 조성을 갖는 강 슬래브(slab)를, 1000℃ 내지 1200℃로 가열하고, 열간 조압연의 적어도 1패스를 압연 온도 850℃ 내지 1100℃, 압하율 35%/패스 이상으로 하고 그 다음의 열간 마무리 압연의 적어도 1패스를 압연 온도 650℃ 내지 900℃, 압하율 20 내지 40%/패스로 하여 열간 압연을 수행함으로써 열연판으로 제조하고, 이어서
상기 열연판을 800℃ 내지 1100℃로 열연판 어닐링한 다음,
전체 압하율을 75% 이상으로 하고 (1회째 냉간 압연의 압하율)/(최종 냉간 압연의 압하율)로 표시되는 압하비를 0.7 내지 1.3으로 하여 2회 이상 냉간 압연하되, 그 중간에 750℃ 내지 1000℃의 중간 어닐링을 수행하고,
850℃ 내지 1050℃로 마무리 어닐링하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
수학식 1
상기 식에서, C, N, Nb, Ti은 각 원소의 함유량(질량%)이다.
(6) (5)에 있어서, 상기 강 슬래브 중의 Cr과 Mo이 하기 수학식 3의 관계를 만족하면서 함유되는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
수학식 3
상기 식에서, Cr, Mo는 각 원소의 함유량(질량%)이다.
(7) (5) 또는 (6)에 있어서, 상기 최종 냉간 압연 전의 강판의 페라이트 결정립의 입도 번호를 6.5 이상으로 하여 냉간 압연하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
(8) (5) 내지 (7)중 어느 하나에 있어서, 상기 냉간 압연을 모두 롤 직경 300㎜Φ이상의 작동롤을 구비한 탠덤 압연기(tandem rolling mill)에 의해 단일 방향으로 수행하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
(9) (5) 내지 (8)중 어느 하나에 있어서, 수득된 강판 표면에, 아크릴 수지를 주성분으로 하여 스테아린산 칼슘 및 폴리에틸렌 왁스를 첨가한 윤활 코팅을 도포면당 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡의 범위로 도포하고 베이킹 처리하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
이하, 본 발명을 상기 범위로 한정한 이유에 관해서 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량은 모두 질량%인데, 이하 단순히 %로 기재한다.
C:0.1% 이하
C는 고용, 석출하여 강의 가공성을 저하시킨다. 또한, 탄질화물을 형성하여 주로 입계로 탄화물을 석출하기 때문에, 이차 가공시 취성에 대한 내성, 입계의 내식성을 저하시킨다. 가공성, 내식성은 C를 0.1%를 초과하여 함유하면 그 악영향이 현저해진다. 따라서, C양은 0.1% 이하로 한정한다. 또한, 과도한 C의 저감은 정련 비용 상승을 초래하기 때문에, 특성, 특히 2차 가공성과의 균형면에서 0.002% 초과, 0.008% 이하의 함유량이 바람직하다.
Si:1.0% 이하
Si는 내산화성, 내식 특성의 향상에 효과적인 원소로서, 연료 탱크 내외면 환경에서의 내식성을 향상시킨다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.2% 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나, 1.0%를 초과하여 함유하면 강을 취화시키고, 용접부의 이차 가공시 취성에 대한 내성도 열화시키기 때문에, 1.0%를 상한으로 한다. 또한, 바람직하게는 0.75% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mn:1.5% 이하
Mn은 내산화성을 개선시키는 데 효과적인 원소이지만, 과잉으로 함유하면 강의 인성을 열화시키고, 용접부의 이차 가공시 취성에 대한 내성도 열화시키기 때문에, 1.5% 이하로 한정한다. 또한 적절하게는 1.30% 이하로 하는 것이 바람직하다.
P:0.06% 이하
P는 입계에 편석하기 쉽고, B를 함유한 경우에 그 입계 강화 작용을 저감시킨다. 따라서, 용접부의 이차 가공시 취성에 대한 내성 및 고온 피로 특성의 관점에서, 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하지만, 과도한 저하는 정련 비용의 상승을 초래하기 때문에 0.06%를 상한으로 한다. 또한 적절하게는 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하다.
S:0.03% 이하
S는 스테인레스 강의 내식성을 저하시키기 때문에, 적게 하는 것이 바람직하지만, 정련시의 탈황 처리에 요구되는 경제적 부담을 고려하여, 그 함유량은 0.03% 이하로 한다. 더 바람직하게는 S가 Mn이나 Ti으로 고정될 수 있는 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cr:11% 내지 23%
Cr은 내산화성 및 내식성의 향상에 효과적인 원소로서, 충분한 내산화성과 내식성을 얻기 위해서는 11% 이상 함유해야 하고, 또한 용접부의 내식성의 관점에서 보아 14% 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Cr는 강의 가공성을 저하시키는 원소로서, 특히 23%를 초과하여 함유하면 그 영향이 현저해지므로, 이 함유량을 상한으로 한다. 더 바람직하게는 14 내지 18%로 하는 것이 바람직하다.
Ni:2.0% 이하
Ni는 스테인레스 강의 내식성을 향상시키기 때문에, 2.0% 이하의 범위로 함유시킬 수 있다. 그러나, 2.0%를 초과하여 다량으로 함유하면 강이 경질화되고, 또한 오스테나이트상의 생성에 의해 응력 부식 균열의 우려가 발생한다. 따라서, 그 함유량은 2.0%를 상한으로 한다. 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.8%로 하는 것이 바람직하다.
Mo:0.5 내지 3.0%
Mo는 열화 가솔린에 있어서의 내식성의 향상에 특히 효과적인 원소이다. 열화 가솔린에 대한 내식성의 향상을 도모하기 위해서는 0.5% 이상의 Mo양이 필요하지만, 3.0%을 초과하여 함유하면 열 처리시에 석출물을 발생하여 가공성의 열화를 초래한다. 따라서, Mo 함유량은 0.5 내지 3.0%의 범위로 한다. 더 바람직하게는 0.7 내지 1.6%로 하는 것이 바람직하다.
Cr+3.3Mo:18 이상
Cr+3.3Mo(단, Cr, Mo는 각 원소의 함유량(질량%))은 피팅 지수로서 스테인레스 강의 내식성을 나타내는 지표에 이용되고 있다. 발명자들의 조사로부터, 열화 가솔린 속에서의 내식성, 내외면 부식성, 용접부의 내극간 부식성을 종합적으로 감안하면, 열화 가솔린 환경에서 사용하는 페라이트계 스테인레스 강으로서 구비해야할 조건으로서, 상기 Mo 함유량과 함께 18 이상의 Cr+3.3Mo을 갖는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 단, 이 Cr+3.3Mo가 30을 초과하면 강판이 경질화하여 가공성을 손상하기 때문에 30 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 20 내지 25로 하는 것이 바람직하다.
또한, 내식성은 후술한 바와 같이, 성형 가공 후의 표면 거칠기와 밀접하게 관계있기 때문에, 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호 6.0 이상도 더불어 만족시킬 필요가 있다.
도 1에, Cr+3.3Mo의 양 및 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호가 다른 페라이트계 스테인레스 강에 관해서, 포름산 800ppm 함유의 열화 가솔린중, 50℃, 25시간×200사이클, 합계　5000시간의 내식성 시험을 한 결과를 나타낸다. 시험편은 0.8㎜의 마무리 어닐링판을 80㎜Ф, 45㎜ 높이의 원통으로 인발하고, 이 속에 열화 가솔린을 넣어 소정의 온도에서 25시간 항온 유지 후, 증발한 열화 가솔린을 추가하는 시험을 1사이클로 하여, 이것을 200 사이클 반복한 후의 외관 관찰을 수행했다. 합격 여부의 판정은 붉은 녹 발생의 유무로 수행했다. 도 1로부터, Cr+3.3Mo이 18% 이상이고, 또한 마무리 어닐링판의 입도 번호(JIS G 0552의 절단법에 의한)가 6.0 이상이면 열화 가솔린 속에서의 내식성을 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있다.
Al:1.0% 이하
Al은 제강에 있어서의 탈산제로서 필요하지만, 과도한 첨가는 개재물 생성을 위해, 표면 외관 및 내식성을 열화하기 때문에 1.0% 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다.
N:0.04% 이하
N은 적정량을 함유하면 입계를 강화하여 인성을 향상시키지만, 0.04%를 초과하여 함유하면 질화물로 되어 입계를 석출하여, 내식성에 악영향이 현저하게 되므로 상한을 0.04%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.020% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Nb:0.8% 이하, Ti:1.0% 이하
수학식 1
Nb, Ti은 고용 C, N을 화합물로서 고정함으로써, 내식성 개선 및 r값을 향상시키는 효과를 갖고 있고, 단독 또는 복합으로 첨가하는 것이 필요하다. 각각 0.01% 미만으로는 효과적인 효과를 얻을 수 없기 때문에 0.01% 이상을 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 0.8%를 초과하면 인성의 저하를, 또한 Ti 함유량이 1.0%를 초과하면 외관 및 인성의 저화를 초래하기 때문에, 이들 값을 각각 상한으로 한다. 더욱 바람직하게는 Nb:0.05 내지 0.40%, Ti:0.05 내지 0.40%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 강 속의 C, N을 탄·질화물로서 고정하고, 한층 더 우수한 가공성을 확보하기 위해 상기 수학식 1을 만족해야 한다. 더욱 바람직하게는 20 내지 50으로 하는 것이 바람직하다.
여기서 C, N, Nb, Ti은 각 원소의 함유량(질량%)이다.
이상의 각 성분 외에는, Fe 및 불가피적 불순물로 하는 것을 기본으로 한다. 단, 입계 취성 개선의 관점에서 Co, B에는 각각 0.3%이하, 0.01% 이하의 범위로 함유된다. 또한, Zr:0.5% 이하, Ca:0.1% 이하, Ta:0.3% 이하, W:0.3% 이하, Cu:1% 이하, Sn:0.3% 이하를 함유하고 있어도 본 발명의 각 특성에 각별한 영향을 미치지 않는다.
평균 r값: 2.0 이상
종래의 연료 탱크용 재료로서 이용되어 온 턴시트에 필적하는 딥 드로잉성을 구비하고, 대량 공급의 요망에 대해 충분히 응할 수 있는 제조성을 얻기 위해서는, 강판의 평균 r값이 2.0 이상일 필요가 있다.
따라서 본 발명에서는 강판의 평균 r값을 2.0 이상으로 한정한다. 더욱 바람직하게는 2.2 이상으로 한다. 여기서 평균 r값이란 JIS Z 2254에 따른 평균 소성 변형비, 즉 하기 수학식 2로 정의된 것이다:
수학식 2
상기 식에서,
r0은 시험편을 판면의 압연 방향에 대하여 평행하게 채취하여 측정한 소성 변형비이고,
r45는 시험편을 판면의 압연 방향에 대하여 45° 방향으로 채취하여 측정한 소성 변형비이고,
r90은 시험편을 판면의 압연 방향에 대하여 90° 방향으로 채취하여 측정한 소성 변형비이다.
또한, 가공성은 마무리 어닐링판의 입경의 영향도 받기 때문에, 최종 냉간 압연판의 결정 입도 번호를 6.5 이상으로 하는 것도 더불어 필요하다.
평균 r값 2.0 이상을 달성하기 위한 바람직한 수단으로서, (222)와 (200)의 X선 적분 강도비 (222)/(200)가 15.0 이상인 것을 들 수 있다. X선 적분 강도비 (222)/(200)는 강판의 r값과 밀접한 관계가 있고, 이 값이 높을수록 높은 r값을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 X선 적분 강도비 (222)/(200)란, 판 두께의 1/4 위치에서, 이과학전기(주)제 RINT1500의 X선 회절 장치를 이용하고, Coκα선을 사용하여, θ-2θ법에 의해 전압 46kV, 전류 150mA의 조건에서 측정한 (222)의 피크와 (200)의 피크와의 적분 강도비 (222)/(200)를 말한다.
본 발명의 성분계에서, X선 적분 강도비 (222)/(200)가 15.0 이상으로 되는 강판을 얻기 위한 제조방법에 관해서는 후술한다.
마무리 어닐링판의 페라이트 결정 입자의 입도 번호(마무리 어닐링 후의 결정 입도 번호): 6.0 이상
도 2에 도시하는 바와 같이, 마무리 어닐링 후의 강판(마무리 어닐링판)의 페라이트 결정립의 입도 번호는 성형 가공 후의 표면 거칠기에 영향을 미친다. 결정립이 커지고 입도 번호가 6.0 미만이 되면, 가공 후의 제품 표면에 오렌지 필이라고 불리는 표면 거칠기가 발생하여 외관을 손상할 뿐만 아니라, 표면 거칠기에 기인하여 현저한 내식성의 열화를 초래하는 것이 밝혀졌다. 그래서 마무리 어닐링판의 입도 번호는 6.0 이상, 바람직하게는 7.0 이상이어야 한다.
여기에, 본 발명에서 말하는 입도 번호는 전부 JIS-G O552에 따라 정의된 방법으로 측정한 것이고, 압연 방향(L 방향) 단면의 판 두께 1/2, 1/4, 1/6 위치에 있어서의 각각 4점 측정값의 평균값(n = 12)이다.
또한, (222)/(200)의 강도비를 높이려면, 마무리어닐링 온도를 고온으로 수행하면 되지만, 이러한 어닐링 온도의 고온화에 의한 방법으로 평균 r값 2.0 이상을 얻는데에는 결정립이 조악하고 커져서 표면 거칠기를 야기하게 된다. 본 발명에서는 이러한 상반하는 특성을 양립시키기 위해서, 중간 어닐링을 삽입하는 2회 이상의 냉간 압연을 수행해 상기 문제점을 해결하였다.
도 2는 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호와 가공한 후의 표면 거칠기를 릿징 높이로 나타낸 것이다. 이들 데이터는 전부, 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호를 6.7로 통일하여 얻은 것이다. 릿징 높이는 강판의 압연 방향(L 방향)으로부터 JIS 5호 시험편을 잘라내고, 25%의 인장 변형을 가한 후, 표면에 발생한 표면 거칠기를 융침법에 의한 표면 조도 측정으로 정량 평가했다. 도 2에 의하면, 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호가 6.0을 초과하면 릿징 높이가 10㎛ 이하로 되고, 표면 거칠기가 현저하게 억제되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 강의 제 1 발명의 상술한 X선 적분 강도비와 페라이트 결정 입도 번호의 조건을 만족시키는 페라이트계 스테인레스 강판을 제조하는 방법에 관해서 설명한다.
본 발명에 따른 강판은 제강 공정, 열간 압연 공정, 열연판 어닐링 공정, 피클링(pickling) 공정, 냉간 압연 공정, 마무리 어닐링 공정을 거쳐 냉간 압연 강판으로 되지만, 열간 압연 공정에서의 슬래브 가열 온도, 열간 조압연 조건, 열간 마무리 압연 조건, 또한 열연판 어닐링 공정에서의 어닐링 온도, 연속 압연 공정에서의 냉간 압연 조건 및 중간 어닐링 온도, 마무리 어닐링 공정에서의 어닐링 온도를 조정함으로써, X선 적분 강도비 및 페라이트 결정립 입도 번호를 상술한 범위로 하는 것이 가능해진다. 이하, 이들에 관해서 상세하게 설명한다.
슬래브 가열 온도:1000℃ 내지 1200℃　
슬래브　가열　온도가 지나치게 낮으면, 조압연으로 소정의 조건에서 열간 압연하기 어려워지고, 한편 가열 온도가 지나치게 높으면, Ti 첨가강의 경우, 슬래브 속의 Ti4C2S2가 용해하고, 고용 탄소가 증대하는 동시에 열연판의 판 두께 방향으로 집합 조직이 불균일하게 된다. 이 때문에 슬래브 가열 온도는 1000℃ 내지 1200℃의 범위로 한다. 또한, 바람직한 온도 범위는 1100 내지 1200℃이다.
열간 조압연:
열간 조압연(이하, 간단히 조압연이라 부름) 중 적어도 1패스를 압연 온도 850℃ 내지 1100℃, 압하율 35%/패스 이상으로서 수행한다. 조압연의 압연 온도가 850℃ 미만이면, 재결정이 진행되기 어렵고, 마무리 어닐링판의 가공성이 열화하여, 면내 이방성이 커지는 외에, 압연 롤로의 부하가 커져 롤 수명이 짧아진다. 한편, 1100℃를 초과하면 페라이트 결정립이 압연 방향으로 신장한 조직이 되어 이방성이 커진다. 따라서 조압연의 압연 온도는 850℃ 내지 1100℃로 할 필요가 있다. 또한, 바람직한 온도 범위는 900℃로부터 1050℃이다.
또한, 조압연의 압하율이 35%/패스 미만이면, 판 두께 방향의 중심부에 밴드상의 미재결정(未再結晶) 부분이 대량으로 잔존하기 때문에, 가공성이 열등하게 떨어진다. 단, 조압연의 1패스 당 압하율이 60%를 초과하면 압연시에 늘어붙거나 패이는 불량을 발생할 위험이 있기 때문에, 압하율은 40 내지 60%/패스의 범위가 특히 바람직하다. 또한, 강의 고온 강도가 낮은 재료로는 조압연시에 강판 표면에 강한 전단 변형이 발생하고, 판두께 중심부에 재결정화되지 않은 조직이 남거나, 조압연시에 늘어붙을 수 있기 때문에, 이와 같은 경우에는 필요에 따라 마찰 계수를 0.3 이하로 되도록 윤활을 실시해도 무방하다.
상술한 압연 온도와 압하율의 조건을 만족시키는 조압연을 적어도 1패스를 수행하면 딥 드로잉성이 개선된다. 이러한 1패스는 조압연의 어느 패스로도 수행할 수 있지만, 압연기의 능력을 고려하면 최종 패스로 하는 것이 가장 바람직하다.
열간 마무리 압연:
조압연에 계속되는 열간 마무리 압연(이하, 단순히 마무리 압연이라 부름)에서는 적어도 1패스를 압연 온도 650℃ 내지 900℃, 압하율 20 내지 40%/패스로 할 필요가 있다. 압연 온도가 650℃ 미만이면 변형 저항이 커져 20%/패스 이상의 압하율을 확보하는 것이 어려워지는 동시에 롤 부하가 커진다. 한편, 마무리 압연 온도가 900℃를 초과하면 압연 변형의 축적이 작아지고, 후속 공정 이후에서의 가공성 개선 효과가 작아진다. 이 때문에, 마무리 압연 온도는 650℃ 내지 900℃, 바람직하게는 700℃ 내지 800℃의 범위로 수행한다.
또한, 마무리 압연시에 650 내지 900℃에서의 압하율이 20% 미만이면, r값의 저하나 릿징의 원인이 되는 압연면(ND; 수직방향)에 병행하는 {100}//ND, {110}//ND의 상당히 큰 콜로니가 잔존하게 된다. 한편, 40%을 초과하면 패이는 불량이나 형상 불량을 야기하고, 강철의 표면성상 열화를 초래하다. 따라서, 마무리 압연에 있어서 압하율 20 내지 40%의 압연을 적어도 1패스 이상 할 필요가 있다. 또한, 바람직한 범위는 25 내지 35%이다.
상술한 압연 온도와 압하율의 조건을 만족시키는 마무리 압연을 적어도 1패스 수행하면 딥 드로잉성이 개선된다. 이러한 1패스는 어느 패스로도 수행할 수 있지만, 압연기의 능력을 고려할 때 최종 패스로 하는 것이 가장 바람직하다.
열연판 어닐링:
열연판 어닐링은 온도가 800℃보다 낮은 경우에는, 재결정이 불충분하게 되고, r값이 저하하는 동시에 미재결정 밴드상 조직에 기인하여, 마무리 어닐링판에 릿징 발생이 현저해진다. 또한, 1100℃를 초과하면, 조직이 조악해지고 커지는 동시에, 탄화물의 재고용에 의해 강 속의 고용 C가 증대하여 바람직한 집합 조직의 형성을 저해한다. 또한, 성형 후에 표면 거칠기가 발생하여, 성형 가공 한계의 저하, 내식성의 저하를 야기한다. 따라서 열연판 어닐링은 고용 C와의 균형, 즉 탄화물의 석출 거동과도 관련있지만, 미재결정 조직이 없으며 또한 가능한 한 미세한 조직을 얻는 조건, 구체적으로는 800℃ 내지 1100℃, 바람직하게는 850℃ 내지 1050℃의 온도 범위로 하는 것이 좋다.
냉간 압연
냉간 압연은 2회 이상으로 하되, 그 중간에 750℃ 내지 1000℃의 중간 어닐링을 수행하고, 전체 압하율을 75% 이상으로 하고, (1회째 냉간 압연의 압하율)/(최종 냉간 압연의 압하율)로 표시되는 압하비를 0.7 내지 1.3으로 하여 수행한다. 그리고, 최종 냉간 압연 직전에서의 페라이트 결정 입도 번호를 6.5 이상으로 해야 한다.
중간 어닐링 온도가 750℃를 만족하지 않는 경우에는, 재결정이 불충분하게 되고, r값이 저하하는 동시에 미재결정 밴드상 조직에 기인하여 최종 냉간 압연 어닐링판의 릿징이 현저해진다. 한편, 1000℃를 초과하면 조직이 조악하고 커지는 동시에, 탄화물이 재고용되어, 강철 속에 고용 c가 증대하여 딥 드로잉성에 적절한 {111}로 대표되는 집합 조직의 형성을 저해한다. 또한, 최종 냉간 압연 어닐링판의 릿징도 현저해진다.
마무리 어닐링판을 미세 결정립 및 높은 r값을 갖도록 하기 위해서는, 중간 어닐링을 마친 최종 냉간 압연 전의 페라이트 결정립의 미세화(입도 번호로 6.5 이상), 최종 냉간 압연 전의 고용 C의 감소가 중요한 포인트로 된다. 이 때문에, 중간 어닐링 온도는 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호 6.5 이상을 만족시키며, 또한 미재결정 조직이 잔존하지 않는 온도 범위에서 저온 정도이면 무방하다.
이들의 것으로부터, 중간 어닐링 온도는 750℃ 내지 1000℃로 한다. 또한, 중간 어닐링 온도는 바람직하게는 800℃ 내지 950℃의 온도 범위로 하는 것이 좋다.
냉간 압연은 전체 압하율을 75% 이상으로 하는데, 이 압하율은 그 사이에 상기 중간 어닐링이 개입되는 2회 이상에 걸쳐 나누어 냉간 압연한다. 2회 이상의 냉간 압연에 있어서, (1회째 냉간 압연의 압하율)/(최종 냉간 압연의 압하율, 단, 냉간 압연 회수가 합계로 2회인 경우에는 최종 냉간 압연은 2회째 냉간 압연)로 표시되는 압하비를 0.7 내지 1.3 범위로 하여 수행한다.
전체 압하율의 증대는 마무리 어닐링판의 {111} 집합 조직의 발달에 기여하여 r값 향상에 유효하다. 그리고, 마무리 어닐링판으로 평균 r값 2.2 이상을 만족시키기 위한 전압 하율은 75% 이상이 필요하다. 따라서, 전체 압하율을 75% 이상, 또한 냉간 압연 압하율의 피크는 85% 근방이므로, 제조성도 고려하여 바람직하게는 80 내지 90% 미만으로 한다.
또한, 상기 2회 이상의 냉간 압연에서의 압하비는 최종 냉간 압연 전의 입경, 중간 어닐링판 속에서의 {111} 집합 조직의 발달, 마무리 어닐링판 속에서의 {111} 집합 조직의 발달과 밀접한 관계가 있다. 높은 r값화를 달성하기 위해서는 이 압하비를 0.7 내지 1.3, 바람직하게는 0.8 내지 1.1의 범위로 냉간 압연하는 것이 좋다. 또한, 2회 이상의 냉간 압연을 수행할 때, 각 냉간 압연의 압하는 모두 압하율 50% 이상으로 하고, 압하율 차이를 30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은 압하율이 50% 미만이어도, 압하율차가 30% 초과해도 (222)/(200)가 낮아져 r값이 저하하기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서의 냉간 압연은 탠덤 압연기를 사용하여, 2회 이상의 냉간 압연의 모든 롤 직경을 300㎜Φ이상으로 한 작동 롤에 의해 1방향으로 압연하는 것이 바람직하다.
피압연재의 전단 변형을 감소하고, (222)/(200)를 높여 r값의 향상에 효과적으로 기여하기 위해서는, 롤 직경과 압연 방향의 영향이 크기 때문이다. 통상, 스테인레스 강의 최종 냉간 압연은 표면 광택을 얻기 위해 롤 직경이 예컨대 200㎜ Φ 이하로 작은 작동 롤을 이용하여 수행되지만, 본 발명에서는 특히 r값의 향상을 목적으로 하기 때문에, 최종 냉간 압연에 있어서도 롤 직경이 300㎜Φ 이상인 큰 직경 작동 롤을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 롤 직경이 100 내지 200㎜Φ인 리버싱 압연에 비해, 300㎜Φ 이상의 롤 직경을 갖는 1방향 압연의 탠덤 압연을 수행함으로써 표면에서의 전단 변형을 감소시켜 r값을 높이는 데에 효과적이다.
도 3은 X선 적분 강도비 (222)/(200)에 미치는 냉간 압연 롤 직경 및 압연 방법의 영향을 나타내는 도면이다. 도 3으로부터, 압연의 작동 롤 직경을 크게 하고 1방향 압연(탠덤 압연)으로 함으로써 (222)/(200)이 증대한다는 것이 확인된다.
또한, 보다 높은 r값을 안정되게 얻기 위해서, 선압(압연 하중/판폭)을 증대시켜 판 두께 방향으로 균일하게 변형을 부여하기 위해서는, 열간 압연 온도의 저하, 고합금화, 열간 압연 속도의 증가를 임의로 조합하여 수행하는 것도 효과적이다.
최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호:6.5 이상
최종 냉간 압연 전의 페라이트 결정 입도 번호(총 2회의 냉간 압연을 수행하는 경우에는 2회째 냉간 압연 전의 결정 입도 번호)는 마무리 어닐링판의 (222)/(200), r값과 밀접한 관계가 있을 뿐만 아니라, 가공 후의 표면 거칠기의 원인이 되는 마무리 어닐링판의 입경에도 영향을 주기 때문에, 특히 중요한 요건이다. 발명자들은 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호를 6.5 이상으로 함으로써, 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호가 6.0 이상이며 또한 (222)/(200)가 15.0 이상을 처음으로 가능하게 했다. 이에 따라, r값 2.0 이상인 양호한 딥 드로잉성과 가공 후의 표면 거칠기가 없는 페라이트계 스테인레스 강판을 제조할 수 있게 되었다.
또한, 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호가 큰(결정 입경이 미세) 만큼 마무리 어닐링판으로의 {111}//ND의 발달이 높아져, 마무리 어닐링판의 결정 입경이 동일해도 높은 r값을 얻을 수 있다. 이것은, 열연판 어닐링 및 중간 어닐링을 고온에서 수행했을 때에 결정립이 조악하고 커지는 동시에, TiC나 NbC로 대표되는 탄화물의 용해, 재고용에 따라 고용 C양이 늘어, 집합 조직의 발달을 저해하고, 또한 최종 냉간 압연 전의 결정 입경이 커져서 마무리 어닐링판의 재결정의 핵생성 사이트가 적어져 (222)/(200)가 저하하여, 높은 r값을 얻을 수 없기 때문이다.
도 4는 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호가 마무리 어닐링판의 r값에 미치는 영향을 나타낸다. 여기에서, 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호는 마무리 어닐링 온도를 다양하게 변경함으로써, 전부 6.5로 구비했다. 도 4로부터 최종 냉간 압연 전의 결정 입경이 작은 만큼 마무리 어닐링판의 r값은 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호가 동일한 경우, 열연판 어닐링 입경을 작게 함으로써 마무리 어닐링판의 r값은 더욱 향상된다.
이상 서술한 바와 같이, 최종 냉간 압연 전의 페라이트 결정 입도 번호를 6.5 이상으로 함으로써, r값이 높으면서 가공 후의 표면 거칠음이 없는 페라이트계 스테인레스 강판을 제조할 수 있게 된다.
마무리 어닐링(최종 냉간 압연판 어닐링):
마무리 어닐링은 고온일수록 {111} 집적도가 향상하고, 높은 r값이 달성된다. 이것은 {111} 결정립은 다른 결정 방향의 입자를 잠식하여 입자 성장하기 때문이다. 단, 미재결정 조직이 잔존하는 범위에서, r값의 향상에 효과적인 {111} 결정 방향의 우선 성장이 관찰되지 않고 릿징의 저하가 현저하다. 즉, 미재결정 조직이 잔존하면, 평균 r값 2.0 이상을 달성할 수 없거나, 강판 판두께 방향 중앙에 밴드상 조직이 잔존하여, 딥 드로잉성, 가공성을 현저하게 저해한다. 또한, r값의 비약적인 향상을 달성하기 위해서는 고온 마무리 어닐링에 의해 {111}입자의 우선 성장을 촉진하는 것이 효과적이지만, 그 반면에 결정립이 지나치게 커지면, 가공 후의 표면 거칠기(오렌지 필)가 발생하여, 성형성의 저하와 내식성의 열화를 가져온다. 이 때문에, 마무리 어닐링 온도는 결정 입도 6.0 이상을 확보할 수 있는 범위이다. 단, 2차 가공 취성이 문제가 되는 용도로는 거듭된 미세화, 예컨대 7.0 이상이 바람직하다. 마무리 어닐링 온도가 800℃ 미만이면 r값의 향상에 효과적인 결정 방향을 얻을 수 없고, 평균 r값 2.0 이상을 달성할 수 없을 뿐 아니라 강판 판두께 방향 중앙에 미재결정 밴드상 조직이 잔존하여, 딥 드로잉성을 저해한다.
그래서, 본 발명에서는 850℃ 내지 1050℃에서의 온도 범위로 마무리 어닐링을 수행한다.
또한, 바람직하게는 880℃ 내지 1000℃의 온도 범위가 바람직하다.
윤활 코팅:
가공이 엄격한 복잡한 형상 혹은 프레스 가공 등에서의 윤활 비닐이나 윤활유를 생략할 목적으로는, 상기 특성의 강판 표면에 도포면당 도포량 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡의 윤활 코팅의 도포가 효과적이다. 여기서 윤활 코팅이란 베이스 수지로 아크릴 수지를 이용하고, 이것에 스테아린산 칼슘(3 내지 20 체적%), 폴리에틸렌 왁스(3 내지 20 체적%)를 첨가한 윤활 코팅을 가리킨다.
이 윤활 코팅의 도포에 의해 슬라이딩 성능이 개선되어 복잡한 형상으로의 딥 드로잉이 용이하게 된다. 또한, 윤활 코팅은 알칼리로 용이하게 탈막 가능한 탈막형 윤활 코팅으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 그것은 프레스 성형 후, 스폿 용접이나 이음매 용접이 필요한 경우, 윤활 코팅에 민감한 용접부가 발생하여, 현저한 내식성 열화를 나타낼 수 있기 때문이다.
프레스 성형 시험의 결과, 슬라이딩 성능의 개선에는 적어도 0.5g/㎡ 이상의 윤활 코팅 도포가 필요하다. 단, 4.0g/㎡를 초과하면 그 효과가 포화되는 동시에, 탈막하지 않고 심 용접, 스폿 용접한 경우, 전기전도성 불량이 발생하여 용접성이 저해된다. 또한, 윤활 코팅에 기인하여 용접부에 예민화가 발생하기 때문이다. 용접성이나 가공성을 겸비하기 위해서는 1.0 내지 2.5g/㎡가 적절한 도포량이다. 또한, 윤활 코팅은 강판의 한면 혹은 양면에 도포하지만, 양면에 도포하는 것이 더욱 적절하다.
또한, 이상 설명한 본 발명의 강판을 이용하여, 용접에 의해 연료 파이프에 조립하는 경우에는 텅스텐 불활성 가스(TIG), 금속 불활성 가스(MIG), 전기저항용접(ERW)를 비롯한 아크 용접, 전봉 용접, 레이저 용접 등 통상의 용접 방법은 전부 적용 가능하다.
실시예
실시예 l
표 1에 나타내는 성분 조성의 강 슬래브를 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연하고, 이어서 표 3에 도시하는 조건으로 냉간 압연, 중간 어닐링, 마무리 어닐링을 수행했다. 얻어진 마무리 어닐링판의 판 두께 1/4 위치에서 판면에 평행한 면에서 X선 적분 강도비 (222)/(200)를 측정하는 동시에, 판두께의 1/2 위치, 1/4 위치, 1/6 위치의 압연 방향(L 방향) 단면에서 페라이트 결정립의 입도 번호를 JIS-G 0552(절단법)에 의하여 구했다. 측정된 입도 번호와 X선 적분 강도비를 표 4에 나타낸다.
또한, JIS13호 B 시험편을 이용하고, 15%의 단축 인장 예비변형을 부여하며, 3점법에 따른 각 방향의 r값(r0, r45, r90)을 구하여, 다음 수학식 2에 의해 평균 r값(n=3)을 계산하였다. 얻어진 결과를 표 4에 나타낸다.
수학식 2
상기 식에서,
r0, r45　및 r90은 각각 압연 방향, 압연 방향에 대하여 45°방향, 압연 방향에 대하여 90°방향의 r값을 나타낸다.
또한, 표면거칠기 내성 및 내식성에 대해 이하의 방법으로 조사했다.
표면거칠기 내성
표면거칠기 내성을 나타내는 강 표면 릿징 높이는 강판의 압연 방향으로부터 JIS5호 시험편을 잘라내고, 25%의 인장 변형을 가한 후, 표면에 발생한 표면 거칠기를, 인장 방향에 수직 방향으로 촉침법에 의해 1㎝ 길이를 측정한 표면 조도의 값(Ry)으로 평가했다. 또한, 측정은 시험편 길이 방향 중앙으로부터 ±10㎜의 범위에서 길이 방향으로 5㎜ 간격으로 5점 측정하여, 그 최대 릿징 높이를 구했다.
최대 릿징 높이의 측정 결과를 표 4에 나타낸다. 최대 릿징 높이 10㎛ 이하의 시험편이 양호한 표면거칠기 내성을 갖는 것으로 평가되었다.
내식성
내식성은 0.8㎜ 두께의 마무리 어닐링판을 딥 드로잉하여 80㎜Φ, 40㎜ 높이의 원통 형상의 시험체로 만들고, 이 속에 포름산 800ppm을 함유하는 열화 가솔린을 넣어, 25시간, 50℃의 항온조 속에 방치하는 시험을 1사이클로 하고, 1사이클 종료 후, 증발한 열화 가솔린을 추가하고, 200사이클(합계 5000시간)의 시험을 하여, 시험 후의 붉은 녹 발생 상황을 육안으로 관찰했다. 적색 녹 유무의 결과를 표 4에 나타낸다.
표 4의 No.1 내지 6은 표 1의 강철 No.1을 이용하고, 0.75㎜의 냉간 압연재를 제조하며, 이에 대하여 각종 조건으로 마무리 어닐링을 실시함으로써, 결정 입경을 다양하게 변화시킨 것이다. 특히, No.1 내지 4는 마무리 어닐링 후의 입도 번호가 6.0 이상이고, 또한 2.0을 초과하는 높은 평균 r값을 나타낸다. 또한, No.5 및 6은 마무리 어닐링 후의 입도 번호가 6.0 미만이고, 냉간 압연 어닐링판 r값은 2.0을 초과하고 있지만, 최대 릿징 높이가 10㎛를 초과하고 있다. 그 결과, 부식 시험에서 붉은 녹이 발생하고 있다. No.7 내지 10과 마찬가지로 강 No.1을 이용하여, 표 3에 도시하는 바와 같이 중간 어닐링 온도를 다양하게 변화시킨 시험편에 대한 결과이다. No.8 내지 10은 2회째 냉간 압연전 입도 번호가 6.5 미만이 되면 냉간 압연 어닐링판은 r값 향상에 바람직한 (222)/(200) 집합 조직의 발달이 악화하여 2.0초과의 r값이 얻어지지만, 마무리 어닐링 후의 입도 번호가 6.0 미만이 되어, 입자가 조대화하고 최대 릿징 높이가 10㎛를 초과하고 표면 거칠기가 현저하다. 특히 No.9 및 10은 결정 입도 번호가 5.5 미만이지만, (222)/(200)이 15.0 미만, 최대 릿징 높이가 70㎛ 초과가 되어 현저한 물결 형상의 릿징을 볼 수 있다. No.11 및 12는 압하비(1회째의 압연율/2회째의 압연율)를 각각 50%/72%(0.69), 71%/53%(1.34)로 변화시킨 것이다. No.3의 발명예와 비교하면 냉간 압연 어닐링판의 압하비는 입경이나 r값에 영향을 주고, 그 압하비가 1.O에 가까운 쪽이 결정립이 미세하여 높은 r값의 냉간 압연 어닐링판을 얻을 수 있다.
No.13. 및 14는 열연판의 조직이 재질에 미치는 영향을 나타내고 있다. 특히, No.13은 790℃의 저온 어닐링이고, 표 4에는 기재되어 있지 않지만 미재결정 밴드상 조직이 잔존하고 있고, (222)/(200)는 낮고, r 값은 1.7 정도, 게다가 결정립이 미세함에도 불구하고 최대 릿징 높이가 33㎛로 표면 거칠기가 현저하다. 한편, No.14는 열연판의 어닐링 온도가 1120℃로 고온으로 되어 있고 열간 압연 어닐링 후의 입경이 조대화한 것이다. No.13과 같이, r값이 낮고, 표면 거칠기가 현저하다. No.15 내지 19는 압연 조건, 롤의 영향을 나타낸 예이다. 롤 직경을 크게 함으로써, 리버싱 압연을 1방향 압연으로 함으로써 r값이 향상되어, 최대 릿징 높이가 감소된다. No.20 내지 24는 1회법(냉간 압연 압하율 87%)으로 도달한 r값을 조사한 결과이다. 마무리 냉간 압연판의 입도를 6.0 이상으로 한 No.20 내지 22는 도달한 r값이 기껏해야 1.7 정도이다. No.25 내지 33은 강철의 성분을 여러가지로 변화시킨 예이다. No.27은 강(4)을 사용하고 있고, 표면의 릿징 높이는 특성을 만족시키고 있지만, Cr+3.3Mo이 16.5으로 낮기 때문에 열화 가솔린 부식 시험에서 붉은 녹이 발생하고 있다. No.29는 Cr양이 24%로 높고 강이 단단하며 게다가 평균 r값이 2.1로 된다. No.30은 강(7)을 이용한 예이지만, Mo 함유량이 0.4%, Cr+3.3Mo가 17.3으로 낮기 때문에 열화 가솔린 부식 시험에서 붉은 녹이 발생하고 있다. No.32는 강(9)을 이용하고 있고, Mo 함유량이 3.2%와 3.0%를 초과하고 있어, 2.0을 초과하는 r값을 얻을 수 없는 예이다.
실시예 2
실시예 1의 표 1의 No.1 강을 표 2 및 표 3의 No.2의 공정으로 제조한 냉간 압연 강판(판두께 0.75㎜)을 알칼리 세정 후, 아크릴 수지를 주성분으로 하고 스테아린산 칼슘(5 체적%), 폴리에틸렌 왁스(5 체적%)를 첨가재로 넣은 윤활 코팅을 여러 가지 양으로 도포했다. 그 후, 80℃±5℃의 균일한 열로 15초의 열 처리를 수행하여, 제작한 시험편에 대해서 용접성 및 슬라이딩 성능을 조사했다. 시험 결과를 도 5에 도시한다.
슬라이딩 성능 시험은 평면 금형(샘플과의 접촉 면적 200㎟)에서 상하로부터 300㎜lx10㎜ w샘플을 면압 8kgf/㎟로 삽입하고, 인출했을 때의 힘(F)으로부터 구한 동적 마찰 계수(μ)로 평가했다. 한편, 스폿 용접성은 크롬 동합금 (16㎜Φ), R 타입 전극(R=40㎜)을 이용하고, 가압력 2KN, 전류 5 kA에서 0.8㎜ 두께의 시험편을 2장 용접하여, 용접부의 덩어리 직경으로 평가했다. 덩어리 직경이 3√t(t:판두께) 이하이면 용접 불량이며, 3√t를 넘으면 용접성이 양호하여 O로서 평가했다.
시험 결과, 적어도 0.5g/㎡의 도포가 슬라이딩 성능의 개선에 필요하다. 게다가 도포량이 4.0g/㎡를 초과하면 슬라이딩 성능의 개선 효과가 포화하는 동시에, 스폿 용접시, 전기전도성 불량이 발생하여 용접성이 저해된다는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, r값 2.0 이상의 딥 드로잉성과 표면 거칠기 내성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 강판은, 종래 오스테나이트계 스테인레스 강판이 아니면 적용할 수 없었던, 높은 딥 드로잉성이 요구되는 가전, 주방, 건재, 자동차용 부재 등의 용도에 적용할 수 있다.
특히, 본 발명의 페라이트계 스테인레스 강판은 상기 특성 이외에, 유기산을 포함하는 유기 연료 환경에서의 우수한 내식성도 갖기 때문에, 자동차용 가솔린, 메탄올 등의 자동차용 연료 탱크나 연료 파이프 부재에 이용되는 적절한 재료를 제공할 수 있다.
도 1은 가공 후의 열화 가솔린 중에서 내식성에 미치는 Cr+3.3Mo 및 마무리 어닐링판의 입도 번호의 영향을 나타내는 도면이고,
도 2는 마무리 어닐링판의 결정 입도 번호와 가공 후의 표면 거칠기(릿징(ridging) 높이)와의 관계를 나타내는 도면이고,
도 3은 X선 적분 강도비(222)/(200)에 미치는 냉간 압연 롤 직경 및 압연 방법의 영향을 도시하는 도면이고,
도 4는 마무리 어닐링판의 r값에 미치는 최종 냉간 압연 전의 결정 입도 번호의 영향을 도시하는 그래프이다.

Claims (14)

  1. C:0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.06% 이하, S:0.03% 이하, Cr:11% 이상 23% 이하, Ni:2.0% 이하, Mo:0.5% 이상 3.0% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.04% 이하를 포함하고, Nb:0.8% 이하 및 Ti:1.0% 이하중 1종 또는 2종을 하기 수학식 1의 관계를 만족하면서 추가로 함유하며, 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되는 조성을 갖고(상기에서, %는 모두 질량%임), JIS G 0552에 의거하여 측정되는 페라이트 결정립의 입도번호가 6.0 이상이고, 평균 r값이 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 딥드로잉성과 표면 평활성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판.
    수학식 1
    상기 식에서, C, N, Nb, Ti은 각 원소의 함유량(질량%)이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Cr과 Mo이 하기 수학식 3의 관계를 만족하면서 함유되는 것을 특징으로 하는 딥드로잉성과 표면 평활성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판.
    수학식 3
    상기 식에서, Cr, Mo는 각 원소의 함유량(질량%)이다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    판면에 평행한 면에서의 (222)와 (200)의 X선 적분 강도비(222)/(200)가 15.0 이상인 것을 특징으로 하는 딥드로잉성과 표면 평활성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    강판 표면에 스테아린산 칼슘과 폴리에틸렌 왁스가 첨가된 아크릴 수지로 이루어진 윤활 코팅이 도포면당 0.5g/㎡ 내지 4.0g/㎡로 베이크-코팅(bake-coating)되어 있는 것을 특징으로 하는 딥드로잉성과 표면 평활성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판.
  5. C:0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.06% 이하, S:0.03% 이하, Cr:11% 이상 23% 이하, Ni:2.0% 이하, Mo:0.5% 이하 3.0% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.04% 이하를 포함하고, Nb:0.8% 이하 및 Ti:1.0% 이하중 1종 또는 2종을 하기 수학식 1의 관계를 만족하면서 함유하며(상기에서, %는 모두 질량%임), 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되는 조성을 갖는 강 슬래브(slab)를, 1000℃ 내지 1200℃로 가열하고, 열간 조압연의 적어도 1패스를 압연 온도 850℃ 내지 1100℃, 압하율 35%/패스 이상으로 하고 그 다음의 열간 마무리 압연의 적어도 1패스를 압연 온도 650℃ 내지 900℃, 압하율 20 내지 40%/패스로 하여 열간 압연을 수행함으로써 열연판으로 제조하고, 이어서
    상기 열연판을 800℃ 내지 1100℃로 열연판 어닐링한 다음,
    전체 압하율을 75% 이상으로 하고 (1회째 냉간 압연의 압하율)/(최종 냉간 압연의 압하율)로 표시되는 압하비를 0.7 내지 1.3으로 하여 2회 이상 냉간 압연하되, 그 중간에 750℃ 내지 1000℃의 중간 어닐링을 수행하고,
    850℃ 내지 1050℃로 마무리 어닐링하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
    수학식 1
    상기 식에서, C, N, Nb, Ti은 각 원소의 함유량(질량%)이다.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 강 슬래브 중의 Cr과 Mo이 하기 수학식 3의 관계를 만족하면서 함유되는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
    수학식 3
    상기 식에서, Cr, Mo는 각 원소의 함유량(질량%)이다.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 최종 냉간 압연 전의 강판의 페라이트 결정립의 입도 번호를 JIS G 0552에 의거하여 측정시 6.5 이상으로 하여 냉간 압연하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 냉간 압연을 모두 롤 직경 300㎜Φ이상의 작동롤을 구비한 탠덤 압연기(tandem rolling mill)에 의해 단일 방향으로 수행하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    수득된 강판 표면에, 아크릴 수지를 주성분으로 하여 스테아린산 칼슘 및 폴리에틸렌 왁스를 첨가한 윤활 코팅을 도포면당 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡의 범위로 도포하고 베이킹 처리하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    강판 표면에 스테아린산 칼슘과 폴리에틸렌 왁스가 첨가된 아크릴 수지로 이루어진 윤활 코팅이 도포면당 0.5g/㎡ 내지 4.0g/㎡로 베이크-코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 딥드로잉성과 표면 평활성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강판.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉간 압연을 모두 롤 직경 300㎜Φ이상의 작동롤을 구비한 탠덤 압연기에 의해 단일 방향으로 수행하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    수득된 강판 표면에, 아크릴 수지를 주성분으로 하여 스테아린산 칼슘 및 폴리에틸렌 왁스를 첨가한 윤활 코팅을 도포면당 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡의 범위로 도포하고 베이킹 처리하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    수득된 강판 표면에, 아크릴 수지를 주성분으로 하여 스테아린산 칼슘 및 폴리에틸렌 왁스를 첨가한 윤활 코팅을 도포면당 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡의 범위로 도포하고 베이킹 처리하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    수득된 강판 표면에, 아크릴 수지를 주성분으로 하여 스테아린산 칼슘 및 폴리에틸렌 왁스를 첨가한 윤활 코팅을 도포면당 O.5g/㎡ 내지 4.Og/㎡의 범위로 도포하고 베이킹 처리하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
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