KR100545092B1 - 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강 제조방법 - Google Patents

성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하도록 조성되는 강을 Md30(oC) 온도 = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo-1.42(ASTM 입도 번호. -8.0) ≤-6oC 를 만족하도록 하고, 경도인자 H 값=[Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18]≤0.45 이하를 만족하도록 성분설계하는 단계와; 상기 성분설계된 강을 열간압연후에 열연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계와; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법을 요지로 한다.
오스테나이트, 스테인레스강, 성형성, 내시효 균열성

Description

성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강 제조방법{Method for producing austenitic stainless steel with excellent formability and resistant of season cracking}
도 1은 열연소둔판의 경도 인자 H값과 측정 경도(HRb) 값과의 관계를 나타낸 그래프도.
도 2는 시편의 화학성분으로 계산한 Md30(oC) 온도와 82% 냉간압하율로 냉간압연한 판의 항복강도와의 관계를 나타낸 그래프도.
도 3은 시편의 화학성분으로 계산한 Md30(oC) 온도와 열연소둔판의 연신 30~40% 구간에서의 가공경화지수 n값의 변화를 도시한 그래프도.
도 4는 냉연소둔판의 실측 및 계산식으로 구한 항복강도와의 관계를 나타낸 그래프도.
도 5는 냉연소둔판의 실측 및 계산식으로 구한 시효균열한계비와의 관계를 나타낸 그래프도.
도 6은 시편의 화학성분을 도시하는 도표.
도 7은 열연소둔판의 제품특성의 평가결과, 계산식으로 구한 결과와 냉간압 연패스수 및 최종압연가능한 냉연판의 두께를 비교한 도표.
도 8은 냉연소둔판의 제품특성과 계산식으로 구한 값의 비교도표.
본 발명은 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 제품특성을 구하는 수식을 사용한 성분설계와 제조조건을 제어함으로써 열연소둔판의 변형저항을 낮추어 통상의 냉간압연기에서 냉간압연 패스수를 줄임과 동시에 저Ni강으로 경제적이고 항복강도가 낮아 성형성 및 내시효균열특성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 STS304강은 성형성이 우수하여 주방 양식기 용도로 많이 사용되는 강종으로 Ni 함량이 낮아지면 냉간압연 또는 성형시 가공유기 마르텐사이트(α')상 생성량 증가로 변형저항이 높아 냉간압연시 압연 패스(pass) 수가 증가되고, 또한 박물생산이 어렵다고 하는 문제가 있다.
그리고 딥드로잉 후에 α' 상의 생성량이 증가되어 시효균열이 발생되는 등 문제점이 많다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 제안된 기술들을 살펴보면, 일본 특개평9-263905은 Cr:15~20%, Ni 5~9% 미만, N:0.035% 이하, Cu:1.0~5.0%, S:0.006% 이하로 냉연소둔판의 경도가 Hv 130이하로 d=1.9Ni+32C+27N+0.15(Mn+Cu) -1.5Cr+8.5≤, a=Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18>0 값을 만족하고, B이 첨가된 연질 오스테나이트계 스테인리스강 제조방법에 관한 것이 기재되어 있다.
그러나, 상기 스테인레스강의 경우에는 고가인 Ni 함량이 높아 제조원가가 상승되어 비경제적이고, STS304 성분규격 범위에 벗어나는 다량의 Cu가 첨가된 강으로 STS304강의 연질화 및 시효균열 문제 해결에는 적합하지 않다고 하는 문제가있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명자는 여려가지 실험을 행하고, 그 결과를 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 각종 제품특성을 구하는 수식을 사용한 성분설계와 제조조건을 제어함으로써 열연소둔판의 변형저항을 낮추어 통상의 냉간압연기에서 냉간압연 패스수를 줄임과 동시에 박물생산이 가능하며, 또한 저 Ni강으로 경제적이면서 냉연소둔판의 항복강도가 낮아 성형성 및 내시효균열균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피 하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하도록 조성되는 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하도록 조성되는 강을 Md30(oC) 온도 = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo-1.42(ASTM 입도 번호. -8.0) ≤-6oC 를 만족하도록 하고, 경도인자 H 값=[Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18]≤0.45 이하를 만족하도록 성분설계하는 단계와; 상기 성분설계된 강을 열간압연후에 열연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계와; 로 구성하여 열연소둔판의 경도가 낮은 연질이고, 냉간압연시 가공경화도가 낮아 냉간압연 패스수 저감 및 박물생산이 가능한 특징을 갖는 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 열연소둔후 결정입도가 ASTM 입도번호 7.5~8.5 를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하도록 조성되는 강을 항복강도(Kg/mm2)=(350C+650N +20Si+20Cr +7.3Mo-0.3Mn-4.2Ni-5.6Cu-132.5)/9.8 ≤25를 만족하고, 시효균열 한계비는 0.9-18.5Cr-8.5N-0.35Ni+0.09Cu ≥2.75를 만족하도록 성분설계하는 단계와; 상기 성분설계된 강을 열간압연후에 열연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계와; 최종 냉연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계;로 구성되어 냉연소둔판의 항복강도가 낮아 성형성 및 내시효균열성이 우수한 저 Ni 연질 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서,
중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하는 성분설계 조건에서 , 열간압연하여 열연소둔후 7.5≤ASTM 입도번호≤8.5 만족하며,
화학성분으로 계산한 Md30(oC) 온도 = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo-1.42(ASTM 입도번호. -8.0)≤-6oC 를 만족키고, 경도인자 H 값=[Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18]≤0.45이하를 만족하며, 계산식으로 구한 항복강도(Kg/mm2)=(350C+650N+20Si+20Cr+7.3Mo-0.3Mn-4.2Ni-5.6Cu-132.5)/9.8≤25를 만족하고, 시효균열 한계비 계산식 =0.9-18.5Cr-8.5N-0.35Ni+0.09Cu≥2.75를 만족하도록 합금성분을 설계하여, 열연소둔온도를 1000 내지 1100oC로 소둔하면 열연소둔판의 경도가 HRb 83 이하, 82% 압하율로 냉간압연후 판의 항복강도와 고변형역(연신 30~ 40%)의 가공경화지수 n값이 낮아져 냉간압연 패스수 저감 및 박물생산이 가능하며, 최종 냉연소둔온도를 1000 내지 1100oC로 소둔하면 냉연소둔판의 항복강도가 낮아 성형성 및 내시효균열균열성이 우수한 저 Ni 연질 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 방법이다.
이하, 본 발명의 조성범위 한정이유를 설명한다.
상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하면 강도를 높아지고, 내식성 및 스피닝 가공성을 저하시키기 때문에 낮게 유지할수록 바람직하므로 그 함량은 C의 경우는 0.08% 이하, N은 0.08% 이하로 한정한다.
C+N %가 0.085% 이상이 되면 냉간압연시 가공경화도가 높아지고, 내시효균열성이 저하하기 때문에 C+N %는 0.085% 이하로 한정한다.
Si는 페라이트 형성원소로 함량 증가시 페라이트 상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 1.0% 이상 첨가하면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 1.0% 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 18% 이하로 너무 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 너무 높아지면 내식성은 향상이 되나 20% 이상이면 강도가 높아지고 연신율이 낮아져서 가공성이 저하하기 때문에 그 함량은 18 ~ 20%로 한정한다.
Mo는 내식성을 현저하게 향상시키지만 강도를 높여 성형성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 성형성을 고려하여 Mo 함량을 0.5% 이하로 한정한다.
Cu는 감마상 생성원소로 많이 첨가하면 합금철 투입량 증가에 의한 제조원가를 상승시키고, 열간가공성이 저하하여 열간압연시 표면결함을 유발하기 때문에 Cu는 0.5% 이하로 한정한다.
Ni는 8.0% 이하이면 오스테나이트상의 안정성이 저하되어 냉간압연 및 성형시 가공 유기 마르텐사이트 상의 생성량 증가로 가공경화도가 증가되어 냉간연시 pass수를 증가시키고, 박물 생산이 어렵게 하며, 또한 성형성 및 내시효균열성이 저하되는 문지점이 발생하며, Ni 함량을 8.5% 이상으로 첨가되면 고가 원료이기 때문에 제조원가 상승으로 비경제적이다. 따라서 Ni 함량은 8.0~8.5% 로 제한한다.
Ti는 고온에서 입계산화를 방지하여 열간압연중 M형 슬리버(Sliver) 발생을 억제하는 효과가 있으나 많이 첨가되면 d-페라이트(d-ferrite) 함량을 증가시키고, 소둔시 결정립 성장을 억제하여 냉간압연중 가공경화도를 증가시키기 때문에 0.05% 이하로 한정한다.
다음은 본 발명의 제조조건에 대하여 설명한다.
본 발명에서 열연소둔 및 냉연소둔온도는 1000oC 이하가 되면 재결정이 불충분하여 강도가 높아지고 연신율이 저하되며, 1100oC 이상이면 결정립 조대화로 ASTM 결정립도 No.가 7.5 이하가 되기 때문에 성형시 오렌지 필(orange peel) 발생 및 연료의 소모량이 증가하는 문제로 소둔온도는 1000 ~1100 oC로 한정한다.
또한 최종 소둔판의 결정입도 는 7.5~8.5 이내로 한정한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
하기 도 6과 같이 조성되는 오스테나이트계 스테인레스강을 30kg 진공유도로에서 용해하여 110mm(t) 잉고트를 제조하였다. 이와같이 제조된 잉고트를 1250℃에서 150분 가열하고, 950℃에서 사상압연하여 3.0mm 두께의 열연판을 제조하고 1050℃에서 열연소둔후 산세처리 하였다.
시편의 화학성분 및 결정립도 값을 Md30(oC) 온도 = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo-1.42(ASTM 결정입도 번호. -8.0) 식에 대입하여 계산하여 도 6에 나타내었고, 열연소둔판의 경도 HRb를 측정하고, 경도 인자인 H 계산식, H 값=[Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18]로 정의된 값을 계산하여 도 7에 나타내었다. 이 결과를 정리하여 나타낸 것이 도 1이다. 계산식으로 구한 경도 인자 H값이 0.45이하가 되면 열연소둔판의 경도가 HRb 83이하가 되는 것으로 나타났다. 따라서 H값은 0.45이하로 한정하였다. 또한 냉간 압하율 82%로 냉간압연한 판의 항복강도를 구하여 냉간압연시 가공경화도를 비교하였다.
도 2는 Md30(oC) 온도와 82% 냉간압연한 판의 항복강도 변화를 나타낸 것이다. Md30(oC) 온도가 -6(oC) 이하가 되도록 성분설계하면 냉간압연후 항복강도가 비교적 낮게 유지 된다.
도 3은 인장시험시 변형-응력 곡선의 기울기를 통해 냉간압연시의 가공경화 정도를 파악하기 위해 연신 30~40% 구간에서의 가공경화지수를 구한 결과로 Md30(oC) 온도가 -6(oC) 이하가 되면 가공경화지수도 비교적 낮게 유지되어 도 7에 나타낸 바와 같이 소형 협폭 냉간압연기를 사용하여 냉간압연시험을 실시 한 결과 발명강은 압연 패스수가 적고, 동일 압연 패스에서 최종 냉연판의 두께가 비교강에 비해 얇다.
상기 열연소둔판을 83.3%의 냉간압연율로 냉간압연하여 0.5mm를 제조하고 1050℃로 냉연소둔 및 산세하였다. 냉연소둔판의 항복강도를 구한 결과와 계산식으로 구한 항복강도(Kg/mm2)=(350C+650N+20Si+20Cr+7.3Mo -0.3Mn-4.2Ni-5.6Cu-132.5)/9.8에 대입하여 계산한 항복강도를 도 4 및 도 8에 나타내었다.
계산식으로 구한 항복강도가 25Kg/mm2 이하가 되도록 성분설계하면 실측 항복강도도 25Kg/mm2 이하로 낮게 측정되었다. 그리고 한계시효 균열비 측정은 직경 50mm 펀치로 1차로 딥드로잉하고, 직경 38mm 펀치로 2차 딥드로잉후 24시간 방치하여 시효균열발생을 확인하고, 시효균열 한계비는 시효균열이 발생되지않는 [(최대 블랭크 직경)/(2차 드로잉 펀치의 직경)]의 값을 구하고, 한계시효 균열비 계산식 =0.9-18.5Cr-8.5N-0.35Ni+0.09Cu 에 대입하여 계산한 한계시효 균열비를 도 5 및 도 8에 나타내었다.
이 결과 계산식으로 구한 시효균열 한계비가 2.75이상이 되도록 성분설계하면 실제 시효균열한계비 측정 결과에서도 높게 나타났다.
도 6과 도 7에서 발명강(A, B)은 C+ N이 0.085%이하이고, 화학성분으로 계산한 Md30(oC) 온도가 -0.6oC 이하를 만족되며, 경도 인자 H 값으로 정의된 H=[Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18]≤0.45이하를 만족되도록 성분설계한 강이다.
이 결과와 경도측정 결과를 비교하면 발명강은 열연소둔판의 경도가 비교강에 비해 낮으며, 82% 냉간압연후 항복강도도 비교강에 비해 낮다. 또한 가공경화지수도 낮아 두께 0.3mm로 냉간압연시 비교강에 비해 1~2 패스 정도 냉간 압연 패스 수가 적고, 14 패스후 최종 냉연 제품의 두께도 0.2mm로 비교강 보다 얇다. 따라서 발명강은 저 Ni 첨가강(8.45% Ni 이하) 이면서도 비교강에 비해 열연소둔판이 연질이라 냉간압연성이 우수하였다.
도 8에서 발명강(A, B)은 계산식으로 구한 항복강도(Kg/mm2)=(350C+650N +20Si + 20Cr +7.3Mo-0.3Mn-4.2Ni-5.6Cu-132.5)/9.8 ≤25를 만족하고, 계산식으로 구한 시효균열 한계비=0.9-18.5Cr-8.5N-0.35Ni+0.09Cu≥2.75를 만족하도록 합금성 분을 설계하여 열연소둔 및 냉연소둔후 항복강도 및 시효균열 한계비를 측정한 결과 비교강에 비해 항복강도가 낮고, 시효균열 한계비가 높아 성형성이 양호하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 냉간압연 패스수를 줄임과 동시에 박물생산이 가능하며, 또한 저 Ni강으로 경제적이면서 냉연소둔판의 항복강도가 낮아 성형성 및 내시효균열균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하도록 조성되는 강을 Md30(oC) 온도 = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo-1.42(ASTM 입도 번호. -8.0) ≤-6oC 를 만족하도록 하고, 경도인자 H 값=[Ni+0.5Cr+0.7(Mn+Cu)-18]≤0.45 이하를 만족하도록 성분설계하는 단계와; 상기 성분설계된 강을 열간압연후에 열연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계와; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열연소둔후 결정입도가 ASTM 입도번호 7.5~8.5 를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법.
  3. 중량 %로 C;0.08% 이하, Si:1.0% 이하 , Mn:1% 이하, P:0.035 이하, S:0.03 이하, Cr:18 ~ 20%, Ni: 8.0~8.5%, Mo:0.5% 이하, N:0.08% 이하, Cu:0.5% 이하, Ti: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, C+N%함량이 0.085%이하를 만족하도록 조성되는 강을 항복강도(Kg/mm2)=(350C+650N +20Si+20Cr +7.3Mo-0.3Mn-4.2Ni-5.6Cu-132.5)/9.8 ≤25를 만족하고, 시효균열 한계비는 0.9-18.5Cr-8.5N-0.35Ni+0.09Cu ≥2.75를 만족하도록 성분설계하는 단계와; 상기 성분설계된 강을 열간압연후에 열연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계와; 최종 냉연소둔온도를 1000 ~ 1100oC로 소둔하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 성형성 및 내시효균열성이 우수한 연질 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법.
  4. 삭제
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