KR100515939B1 - 내산화성이 향상되는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔냉연강판의 제조방법 - Google Patents

내산화성이 향상되는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔냉연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 냉간압연후 열처리하는 공정에서 열처리중 강판의 냉각속도를 제어함으로써, 내산화성을 개선시킬 수 있는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10-20%, Ni : 1.0%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 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 방법에 있어서,
상기 강판의 소둔온도에서 300℃까지 냉각할 때, 그 냉각속도를 초당 20∼30℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

내산화성이 향상되는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법{Manufacturing process to improve the oxidation property of ferritic stainless steel bright annealing plates}
본 발명은 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 소둔열처리하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 내산화성 개선을 위해 환원분위기에서 열처리하는 중에 강판의 냉각속도를 제어하여 페라이트계 스테인레스강을 소둔하는 방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성은 합금성분, 미세조직 그리고 강판의 표면상태에 의해 크게 영향을 받는다. 그리고, 이러한 강판의 표면상태는 냉간압연조건을 변화시키거나 열처리중 강판표면의 Ti계 잔류산화물의 형성에 따라 변화될 수 있다. 즉, 환원분위기에서 소둔중 로내의 환원성 분위기를 이슬점이 매우 낮은 강환원성으로 유지하거나 강판의 냉각속도를 빠르게 제어하여 강판표면의 Ti산화물 생성을 억제할 수 있기 때문에 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성은 강판표면의 Ti산화물형성에 따라 변화된다.
페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성은 소둔직후 강판표면에 형성된 Ti산화물에 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 실제로 페라이트계 스테인레스 냉연강판의 표면에 Ti산화물이 미량 잔류하면 500℃이상의 고온에서 사용중 매우 두꺼운 산화물이 발생된다는 사실이 확인되었다. 광휘소둔 강판표면의 Ti산화물 형성을 제어하여 내산화성이 개선된다는 보고는 아직 없지만, Ti산화물이 500℃이상의 고온에서 사용되는 강판표면의 Cr산화물과 반응하여 강판표면의 보호성 Cr산화스케일구조를 변화시켜 강판의 내산화성이 영향을 받을 수 있다.
이에 본 발명자들은 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성이 합금성분과 미세조직 뿐만 아니라 Ti산화물형성의 제어에 의한 광휘소둔중 강판표면상태를 변화시킴에 의해서도 크게 영향을 받는다는 사실을 발견하고, 그 근거에 의해 본 발명을 제안한 것으로, 본 발명은 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 냉간압연후 열처리하는 공정에서 열처리중 강판의 냉각속도를 제어함으로써, Ti산화물의 형성을 억제함으로써 내산화성을 개선시킬 수 있는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10-20%, Ni : 1.0%이하, N : 0.1%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Ti : 0.1∼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,
상기 강판의 소둔온도에서 300℃까지 냉각할 때, 그 냉각속도를 초당 20∼30℃로 제어하여 내산화성이 향상되는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 소둔열처리하는 경우, 두께 0.5-3.0mm의 강판을 이슬점이 -50℃이하인 수소 및 질소분위기중에서 900-1200℃의 가열로내에서 연속적으로 소둔하여 300℃까지 초당 10~15℃의 속도로 냉각시키면 강판표면은 20~50Å정도의 두께를 가진 Cr 부동태피막층이 형성된다. 얇은 Cr 부동태피막층은 대부분 냉각중에 형성되며 강판의 내식성을 개선시키는 역할을 한다. 이후 광휘소둔 냉연강판은 조질압연을 거친후 고광택의 스테인레스 제품으로 생산된다.
상기 광휘소둔중 가열로내의 이슬점이 -50℃보다 높거나 강판의 냉각속도가 초당 10℃보다 느리면 합금성분중 산소와 반응성이 높은 합금원소들이 강판의 냉각중에 강판표면에 우선적으로 산화되어 산화물이 형성된다. 산소와의 반응성은 열역학적으로 Ti, Si등의 순서로 높으며, 합금성분중 이들 원소들에 의해 광휘소둔 냉연강판표면에 산화물이 형성될 수 있다.
상기 Ti에 의해 강판표면에 Ti산화물이 형성되면 강판의 최종 냉각후 표면에는 Cr부동태피막과 Ti산화물이 혼재되어 존재하게 되고, 이 강판을 500℃이상의 고온에서 사용시에 산화물중의 Ti이온들이 산화층내에서 이동하여 강판바깥으로 확산되어 나감으로서 산화층중에 결함을 발생시킨다. 이러한 결함은 산화층을 통한 Fe와 Cr이온들의 확산을 조장하여 금속의 산화를 가속화시킨다.
한편, 상기 광휘소둔중 강판표면의 Ti산화물형성을 억제하기 위해서는 소둔로내 환원성분위기를 이슬점 -90℃이하의 강환원성분위기로 유지하는 방법이 있지만, 분위기가스중의 수분제거를 충분히 하기 위해서는 추가적인 가스정제설비가 필요하므로 설비투자가 발생하며 소둔로 외부대기에서의 공기유입차단을 위한 유지관리상의 애로가 발생한다.
소둔열처리중 냉각가스의 분사량을 증가시키거나 냉각가스의 온도를 낮춤으로써 강판의 냉각속도를 증가시키면, Ti산화물의 형성을 억제할 수 있으므로 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성이 개선될 수 있다. 이 방법은 별도의 가스정제설비와 같은 높은 설치비용과 유지경비를 발생시키지 않으므로 현장적용이 용이하다.
따라서, 본 발명에서는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리를 실시하는 경우 소둔열처리중 소둔온도에서 300℃까지 강판의 냉각속도를 초당 20∼30℃로 제어할 수 있는 냉각가스 분사유량 및 냉각가스온도를 보정하여 소둔을 시행하는 것이 바람직하다.
냉각속도가 20℃보다 느리면 앞서 언급한 강산화성 원소 특히, Ti등의 산화물이 형성될 수 있고, 냉각속도가 30℃보다 빠르면 산화물의 발생은 없으나 급냉으로 인한 강판의 변형이 발생되어 제품의 품질이 저하되는 단점이 있다.
본 발명에 있어서 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 소둔공정은 900-1200℃의 온도범위에서 수소 및 질소를 사용하는 환원성분위기로에서 소둔열처리하여 연속적으로 소둔온도에서 300℃까지 강판의 냉각속도를 초당 20∼30℃로 제어할 수 있는 냉각가스 분사유량 및 냉각가스온도를 설정하여 소둔을 시행하는 것이 바람직하고, 냉각가스온도와 분사유량을 보정하기 위해서는 분위기가스 냉각기와 분사펌프의 용량증대가 필요하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
표 1과 같이 조성되는 두께 1.0mm의 페라이트계 스테인레스 냉연강판을 준비한 후 35(W)X45(L)X1.0(t) mm의 크기로 시편을 제작하였다.
성분 C N Si Mn Cr Ti Mo
함량(w%) 0.01 0.01 0.2 0.3 17.8 0.3 1.05
이후, 상기 냉연강판의 소둔열처리조건은 통상의 페라이트계 스테인레스 광휘소둔조건과 유사하게 설정하였는데, 소둔온도는 1150℃이고 소둔시간은 가열시간 40초와 등온유지시간 20초의 총 60초간 수행하였다. 소둔분위기는 수소가스를 사용하여 이슬점 -60℃에서 열처리하였다. 냉각조건으로써 일반냉각재는 1150℃에서 300℃까지 냉각중에 냉각가스의 유량을 분당 8L로 냉각시켰고, 본 발명의 급속냉각재는 1150℃에서 300℃까지 냉각중에 냉각가스의 유량을 분당 20L로 냉각시킨 시편이다. 상기 냉각조건으로 각각 냉각속도를 측정한 결과 일반냉각재는 1150℃에서 300℃까지 강판의 냉각속도가 초당 11℃로 측정되었고, 본 발명의 급속냉각재는 1150℃에서 300℃까지 강판의 냉각속도가 초당 23℃로 측정되었다.
이어서 상기 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 내산화성 평가는 대기중 전기가열로내 공기를 분당 2L로 주입하면서 실시하였고, 시험조건은 200, 300, 400, 500℃의 네가지 온도에서 100시간동안 수행하였다. 시험후에 강판표면의 산화스케일층 두께를 측정하기 위해 SAM (Scanning Auger Microscopy)을 이용하여 분석한 결과를 도1에 나타내었다.
도 1은 본 발명의 급속냉각재와 일반냉각재의 두가지 소둔재에 대해서 산화스케일 두께에 대한 냉각조건의 영향을 보여준다. 도1에서 알수 있듯이 산화온도 500℃에서 100시간 산화시험후의 본 발명의 급속냉각재는 산화스케일층 두께가 600Å으로 얇아 내산화성이 우수한 반면에 일반냉각재는 산화스케일층이 1600Å으로 두껍게 나타나 내산화성이 열위함을 보여준다. 이는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판을 500℃ 이상의 고온에서 사용할 경우 본 발명의 급속냉각재와 같이 소둔 열처리중 20∼30℃/초의 냉각속도로 냉각시켰을 때 내산화성이 개선된 결과이며, 일반냉각재는 통상의 냉각속도로 냉각시킴에 따라 Ti산화물층이 형성되어 내산화성을 떨어뜨린 결과이다.
도 2는 일반냉각재에 대해서 산화스케일구조에 대한 분석결과를 보여준다. 시험온도 200℃에서 100시간 산화시험후 일반냉각재는 산화스케일층 전반에 Ti산화물이 높게 검출되었다.
도 3은 급속냉각재에 대해서 산화스케일구조에 대한 분석결과를 보여준다. 시험온도 200℃에서 100시간 산화시험후 급속냉각재는 산화스케일내에 Ti산화물이 검출되지 않았다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 소둔방법에 의하면 스테인레스 냉연강판의 우수한 고유특성이 손상되지 않고, 제조공정상의 어려움이 없이 강판의 내산화성을 향상시킴에 의해 제품의 생산성과 품질향상을 기대 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 급속냉각재와 일반냉각재의 100시간 산화시험시 시험온도에 따른 표면산화층의 두께측정 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 일반냉각재의 200℃에서 100시간 산화시 강판표면에서 두께방향으로 산화층의 구조분석결과를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 급속냉각재의 200℃에서 100시간 산화시 강판표면에서 두께방향으로 산화층의 구조분석결과를 나타낸 그래프.

Claims (1)

  1. 중량%로 C : 0.1%이하, Cr : 10-20%, Ni : 1.0%이하, N : 0.1%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Ti : 0.1∼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 단계;
    상기 강판의 소둔온도에서 300℃까지 냉각할 때, 그 냉각속도를 초당 20∼30℃로 제어하는 단계;
    가 포함되어 이루어진 내산화성이 향상되는 페라이트계 스테인레스 광휘소둔 냉연강판의 제조방법.
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