KR100598576B1 - 성형성 및 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법 - Google Patents

성형성 및 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간압연 후 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 2단 냉연하는 방법에서 1단 냉연 후 상소둔함으로써 성형성과 리징성을 동시에 향상시키는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성된 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하는 단계와, 열간압연된 슬라브를 900 ~ 1000℃온도로 가열하여 30초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하여 연속소둔하는 단계와, 연속소둔된 슬라브를 1단 냉연하는 단계와, 1단 냉연된 슬라브를 800 ~ 880℃온도에서 1시간 ~ 10시간 유지하여 상소둔하는 단계 및, 상소둔된 슬라브를 2단 냉연하고 연속소둔하는 단계를 포함한다. 그리고, 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(
Figure 111999010559426-pat00001
max)은 15 ~ 30%인 것이 바람직하다.
페라이트, 스테인레스, 리징, 성형성, 상소둔

Description

성형성 및 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법{Method for producing ferritic stainless steel sheets having excellent press formability and ridging properity}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고,
도 2는 종래기술과 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 의해 각각 제조된 시편의 리징높이 측정결과를 비교한 그래프이며,
도 3은 종래기술과 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 의해 각각 제조된 시편의 성형성(r값) 측정결과를 비교한 그래프.
본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이며, 특히, 430 열연판을 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 2단 냉연하는 방법에서 1단 냉연 후 상소둔하는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인레스 냉연제품은 딥드로잉(Deep Drawing)과 같은 성형가공에 의해 각종 주방용품, 자동차부품 등에 널리 사용되고 있는데, 프레스 성형시 줄 무늬 모양의 리징(Ridging)결함이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 그리고, 지금까지 연구결과에 의하면 리징의 발생원인은 열연판에 존재하는 조대한 집합조직의 형성에 의한 소성 이방성에 기인하는 것으로 알려져 있다.
그러므로, 리징성을 개선하기 위해서는 합금성분의 조절 및 제조공정의 변화에 의해 조대한 집합조직을 파괴시키는 것이 필수적이다. 즉, 구체적인 방법으로서 거대한 집합조직을 형성하는 원인인 주상정을 미세화시키기 위해 연주시 등축정율을 높이거나, 열간압연시 저온 재가열 또는 저온 사상압연함에 의하여 열연소둔공정에서 재결정을 활성화시켜 결정립을 미세화시키는 방법이 있다. 또한, 특수한 원소를 첨가하여 결정립을 미세화하거나 오스테나이트 생성량 조절에 의한 페라이트상의 조대화 방지 및 탄질화물 분산을 이용한 집합조직의 제어 등이 있다.
그리고, 제품의 성형성을 나타내는 지표인 r값은 {111} 집합조직을 발달시키는 것이 유리하다. 즉, r값에 유리한 집합조직을 발달시키기 위해서는 탄질화물을 냉연전에 석출시킴으로써 모재내에 고용된 C, N함량을 저감시키는 것이 효과적이다.
일반적으로 430강은 열연소둔공정을 거치는데 비교적 저온(800 ~ 850℃)에서 장시간(35 ~ 50시간) 열처리하는 상소둔(Box Annealing)을 행하고 있다. 이런 열연판소둔의 목적은 재결정에 의한 열연집합조직을 파괴하고 오스테나이트상(상온에서 마르텐사이트상)을 페라이트+탄화물로 분해하는 2가지의 야금학적 인자를 만족시킴으로써, 성형가공시에 발생하는 리징을 저감시키고, 성형성을 향상시키며, 냉연성을 향상시키기 위한 것이다. 그런데, 이러한 상소둔 공정은 에너지 소모가 클 뿐 아니라 장시간의 열처리에 따른 생산성 저하의 문제점이 발생한다.
그래서, 최근에는 리징성이나 성형성을 개선함과 동시에 대량생산 체제에 적합한 열연소둔공정의 연속화 또는 열연소둔공정의 생략화를 통한 생산성 향상에 관한 연구 및 기술개발이 집중되고 있는 실정이다.
이런 기술에 대한 자료는 다수의 공보에 수록되어 있는 데, 그 중에서, 일본 특허공고 소59-43977호, 소59-43978호(1984.10.25)에는 430강에 Al을 0.1 ∼ 0.15% 첨가하고, 연속주조시 슬라브(slab)의 등축정율을 높이는 동시에, 비교적 저온가열 및 강압화로 열연한 열연판을 고온 단시간에 연속소둔하는 제조방법에 관한 내용이 기술되어 있다.
그리고, 일본 특허공고 소57-64402호(1982.4.19), 소59-576호(1984.1.7)에는 430강에 Al을 첨가하고 열간압연공정을 제어하며 열연소둔공정을 생략함으로써 에너지를 절약하고 생산성을 향상시키는 방법에 관한 내용이 기술되어 있다.
또한, 스미토모(Sumitomo)에는 430강에 Al을 첨가하지 않고 상소둔 공정을 생략하는 압연방법에 관한 내용이 기술되어 있다. 즉, 이 방법은 열간압연 중 석출된 오스테나이트상을 마르텐사이트상의 형태로 열연판내에 석출시켜 열연소둔을 생략하고, 냉간압연시에는 페라이트 기지내에서 변형의 집중처로 작용하도록 한 것이다. 즉, 이런 변형집중처에서는 냉연소둔공정에서 페라이트 핵생성처로 작용하여 입도 미세화가 일어나며, 이런 결정립의 미세화에 의해 리징성을 개선한 것이다.
그러나, 앞서 설명한 종래기술의 제조방법은 리징성과 성형성을 동시에 향상 시킬 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 일반적으로 리징성과 성형성은 역의 상관관계가 있으며 성형성을 향상시키면 리징성이 나빠지고, 리징성을 개선하면 성형성이 나빠지는 현상이 나타난다.
즉, 리징성과 성형성을 동시에 향상시키는 것은 매우 어려운 것이다. 이런 상관관계를 갖는 성형성 및 리징성은 집합조직과 밀접한 관련이 있는데, 이러한 상반된 현상이 나타나는 이유는 리징성을 개선하기 위해서는 조대한 집합조직을 파괴하기 위해 무질서(Random)한 집합조직을 형성시키는 것이 필요한 반면, 성형성을 향상시키기 위해서는 {111} 집합조직을 발달시켜야 하기 때문이다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열간압연 후 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 2단 냉연하는 방법에서 1단 냉연 후 상소둔함으로써 성형성과 리징성을 동시에 향상시키는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성된 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하는 단계와, 상기 열간압연된 슬라브를 900 ~ 1000℃온도로 가열하여 30초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하여 연속소둔하는 단계와, 상기 연속소둔된 슬라브를 1단 냉연하는 단계와, 상기 1단 냉연된 슬라브를 800 ~ 880℃온도에서 1시간 ~ 10시간 유지하여 상소둔하는 단계 및, 상기 상소둔된 슬라브를 2단 냉연하고 연속소둔하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(
Figure 111999010559426-pat00002
max)은 15 ~ 30%인 것이 바람직하다.
본 발명의 스테인레스강은 이미 공지되어 있는 페라이트계 스테인레스강이며, 그 구체적인 성분계는 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1 .0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되어 있다.
상기와 같은 합금성분계 있어서, 오스테나이트 최대 분율(
Figure 111999010559426-pat00003
max)이 15 ~ 30% 가 되도록 조성한다. 왜냐하면, 오스테나이트 최대 분율이 15%이하인 경우에는 열연소둔 후 잔존하는 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)에 의한 결정립 미세화효과가 적어서 리징성 개선이 크지 않고, 30%를 넘게 되면 열연소둔 후 잔존하는 오스테나이트상이 너무 많아서 마르텐사이트상에 의한 취화현상이 나타나기 때문이다. 이런 오스테나이트 최대 분율(
Figure 111999010559426-pat00004
max)은 수학식 1에 의해 구해진다.
Figure 111999010559426-pat00005
+ 10(%Mn) + 180 - 11.5(%Cr) - 11.5(%Si) - 12(%Mo) - 52(%Al)
아래에서, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인레스강의 제조방법의 양호한 실시예를 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에 보이듯이, 상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연한 후(S1), 900 ~ 1000℃온도로 가열하여 30초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하는 연속소둔을 행한다(S2). 이런 조건에서 작업하는 것은 슬라브를 900℃이하에서 단시간 열처리하면 재결정이 충분히 일어나지 않아 결정립 미세화 효과를 얻을 수 없고, 1000℃를 넘게 되면 고온취화 현상이 일어나서 냉간압연시 판파단이 발생할 우려가 있기 때문이다. 그리고, 유지시간 30초 이내에서는 재결정이 충분히 일어나지 않고, 장시간 유지할 수록 유리하지만 5분을 넘게 되면 생산성이 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다.
그리고, 연속소둔을 행한 후 1단 냉연을 행한다(S3). 이러한 1단 냉연 후에는 800 ~ 880℃온도에서 1시간 ~ 10시간 동안 유지하여 상소둔한다(S4). 이런 조건에서 작업하는 것은 800℃이하에서는 재결정이 충분히 일어나지 않고, 880℃를 넘게 되면 오스테나이트상이 잔존하여 성형성이 나빠지기 때문이다. 그리고, 유지시간 1시간 이내에서는 재결정이 충분히 일어나지 않고, 장시간 유지할수록 탄질화물 석출이 용이하여 성형성에 유리하지만 10시간을 넘게 되면 생산성이 낮아질 뿐만 아니라 에너지 소모량이 많아 제조비용이 높아지기 때문이다.
그리고, 상소둔 후에는 2단 냉연 및 연속소둔을 행한다(S5).
즉, 본 발명의 제조방법은 열연판을 고온에서 단시간 연속소둔함으로써 열연소둔시 재결정촉진에 의한 결정립 미세화 효과 및 오스테나이트상을 잔존시킬 수 있다. 그리고, 1단 냉연에서 열연소둔 후 잔존하는 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)을 변형의 집중처로 이용하여 냉연소둔공정에서 재결정의 핵생성처로 작용되도록 하면 열연판에 존재하는 조대한 집합조직을 파괴시킴에 따라 결정립을 미세화시켜 리징성을 개선할 수 있다. 그리고, 1단 냉연 후 상소둔함으로써 탄질화물 석출에 의해 고용 C, N함량을 낮춘 다음 2단 냉연 및 소둔에 의해 {111} 집합조직을 잘 발달시킴에 따라 성형성을 향상시킬 수 있다. 즉, 430 페라이트계 스테인레스강에 대해서 열연연속소둔, 2단 냉연 및 1단 냉연후 상소둔하여 성형성과 리징성을 모두 향상시킬 수 있는 것이다.
아래에서는 실험예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠다.
하기의 표 1 과 같은 조성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 잉고트 시편을 사용하여 열간압연을 행한다. 이 때, 열연조건으로서 재가열온도는 1250℃, 마무리압연온도는 850 ~ 900℃ 그리고 권취온도는 700℃로 한다.
그리고, 900 ~ 1000℃에서 1분간 연속소둔한 열연소둔판을 냉간압연 및 냉연소둔하여 품질특성평가용 시편을 제조하여, 인장시험에 의해 리징(Ridging)높이와 성형성(r값)을 평가한다.
여기에서, 리징성은 인장시험 후의 표면조도를 측정하여 리징높이로 평가하는 데 리징높이가 낮을수록 유리하다. 그리고, 성형성은 r값(폭변형율/두께변형 율)으로 평가하는 데 r값이 클수록 성형성이 좋은 것을 의미한다.
그리고, 표 2에 나타낸 종래방법과 본발명법으로 제조한 시편의 리징높이 및 성형성(r값) 측정결과를 도 2 및 도 3에 각각 도시하였다.
도면에서, 도 2 및 도 3은 종래기술과 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 의해 각각 제조된 시편의 리징높이 측정결과 및 성형성(r값) 측정결과를 비교한 그래프이다.
Figure 111999010559426-pat00006
Figure 111999010559426-pat00007
도 2에 보이듯이, 종래방법에 비해 본발명법으로 제조한 시편의 리징높이가 매우 낮게 나타남을 알 수 있다. 그리고, 도 3에 보이듯이, 종래방법에 비해 본발명법으로 제조한 시편의 r값이 높게 나타남을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 제조방법으로 페라이트계 스테인레스강을 제조할 경우 리징성과 성형성이 동시에 향상됨을 알 수 있다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법은 오스테나이트 최대 분율(
Figure 111999010559426-pat00008
max)을 적절히 조절한 슬라브를 열간압연 후 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 2단 냉연하는 방법에서 1단 냉연 후 상소둔함에 따라 성형성과 리징성을 동시에 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 가공성 향상에 의한 불량저감 및 최종제품의 연마공정 생략에 의한 제조원가 절감효과를 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

  1. 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간 압연하는 제1 단계와, 상기 열간 압연된 슬라브를 1차 소둔하는 제2 단계와, 상기 소둔된 슬라브를 1단 냉연하는 제3 단계와, 상기 1단 냉연된 슬라브를 2차 소둔하는 제4 단계, 및 상기 2차 소둔된 슬라브를 2단 냉연하는 제5 단계에 의해 제조되며;
    중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서,
    상기 제2 단계는 상기 열간 압연된 슬라브를 900 ~ 1000℃온도로 가열하여 30초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하여 연속 소둔하는 단계이며, 상기 제4 단계는 상기 1단 냉연된 슬라브를 800 ~ 880℃온도에서 1시간 ~ 10시간 유지하여 상소둔(Box Annealing)하는 단계이며, 상기 제5 단계는 상기 상소둔된 슬라브를 2단 냉연하고 다시 연속 소둔하는 단계이며;
    상기 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(
    Figure 112006012655357-pat00013
    max)은 15 ~ 30%로 한정되는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.
  2. 삭제
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