KR100681668B1

KR100681668B1 - 표면품질이 개선된 페라이트계 스테인레스강 제조방법

Info

Publication number: KR100681668B1
Application number: KR1020050085677A
Authority: KR
Inventors: 강태형; 김현철; 한명훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-02-09

Abstract

본 발명은 중량 %로, C :0.03% 이하, Cr : 18.1%~18.7%, Si: 0.3%~0.7%, Mn : 0.5% 이하, N: 200ppm이하, P:0.04%이하, S:0.01%이하, Nb:0.4%~0.5% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 결정입도가 8.0이상인 것을 특징으로 하는 표면품질이 개선된 400계 스테인레스강을 요지로 한다.

Nb, 결정입도, 표면품질

Description

표면품질이 개선된 페라이트계 스테인레스강 제조방법{Manufacturing method of a ferritic stainless steel with good surface quality}

도 1은 본 발명에 관한 양호재와 불량재를 상호 비교 도시하여 소재의 입도가 큰 경우의 오렌지 필 현상을 도시한 도면이다.

도 2 (a)는 종래의 Ti첨가강에서 보이는 각형 석출물을 도시한 사진도이고, (b)는 Ti를 Nb로 대체시 구상의 작은 석출물이 형성된 상태를 도시하는 사진도이고, (c)는 Ti첨가강에서 TiO₂ TiN 클러스터 형성으로 인한 제강성 결함을 유발하는 개재물을 도시한 사진도이다.

도 3은 Ti 첨가강과 Nb 첨가강의 온도에 따른 재결정 거동을 도시한 그래프도이다.

도 4는 입도가 8.0 이상인 경우 오렌지 필 현상이 제어되는 것을 도시한 그래프도이다.

도 5는 입도에 따른 절곡 시 표면 사진을 도시한 사진도이다. ((a)는 입도가 6.5-7이고 (b)는 입도가 8)

도 6의 (a),(b),(c)는 각각 본 실시예의 시험결과를 도시한 사진도이다.((a) 는 304강종, (b)는 439(Ti)강종, (c)는 439(Nb)강종)

본 발명은 표면품질이 개선된 페라이트계, 400계 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 표면 결함을 감소시키기 위하여 Ti 대신 Nb를 첨가하여 절곡 가공시의 오렌지 필(orange peel) 현상 개선 및 리징 결함의 감소를 통한 표면품질을 개선하기 위한 400계 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에 배기계용 또는 건축자재용으로 사용되는 400계 스테인레스강, 특히 439강종은 Ti가 대략 중량%로 0.3%가 첨가된 강종으로, 가공성 개선을 위하여 Ti가 첨가된다. 그러나, 상기 Ti는 용강중 TiO₂, TiN의 개재물을 형성하여 노즐막힘 및 제품의 표면결함을 유발하게 된다. 또한, 상기 Ti는 CaTiO₃ (몰드 슬래그 반응)를 형성하여 표면 품질에 영향을 준다. 이와 같이 Ti로 인한 표면 품질에 영향을 주는 제강성 결함요인은 크게 비금속 개재물에 의한 결함과 CaTiO₃에 의한 크랙성 요인으로 인한 결함으로 구분할 수 있다.

먼저 비금속 개재물에 의한 결함발생 기구를 살펴보면, 래들에서 Ti는 TiO₂ 개재물을 형성하고 이는 노즐의 막힘을 유발하게 되고, 턴디시에서는 온도저하로 인한 질소과포하로 TiO₂를 핵으로 TiN 불균질 핵생성 및 성장을 촉진하게 된다. 결국 TiO₂와 TiN는 TiO₂를 브리지로 하여 네트워크를 형성하게 되고, 이중 일부는 박리하여 대형 결함을 유발하게 된다.

또한, 크랙성 요인으로서, 염기도 상승 및 TiO₂증가에 따른 CaTiO₃의 고융점 개재물이 정출되어 몰드 슬래그가 굳어져 윤활능을 저하시키게 되고, 이는 주편의 표면결함을 야기하게 된다.

또한, 건축자재용으로 사용하기 위해서는 필연적으로 절곡 가공 공정이 수반된다. 그리고 건축자재용의 특성상 외관을 매우 중요하게 생각하는데, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 소재의 입도가 큰 경우 오렌지 필 현상으로 외관 품질의 저하를 초래한다. 도 1에서 (a)와 (b)는 양호재와 불량재를 상호 비교 도시하여 소재의 입도가 큰 경우의 오렌지 필현상을 도시한 도면이다.

또한, Ti가 첨가된 강의 공통적인 특징은 소둔공정에 있어서 급격한 입도 성장을 초래한다는 점이다. 입도를 ASTM No. 기준으로 8.0 수준으로 제어하기 위해서는 조업 변동 요인에 의해서 소둔이 되지 않을 수도 있고, 혹은 입도 성장이 발생하는 등 연속적인 생산 공정에서는 제어하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 400계 스테인레스강, 특히 439강종에 Ti 대신 Nb를 첨가하여 결함을 감소하고, 입도를 제 어하여 표면품질을 개선하며, 공정시간의 단축으로 인한 생산성 향상을 도모하기 위한 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 중량 %로, C :0.03% 이하, Cr : 18.1%~18.7%, Si: 0.3%~0.7%, Mn : 0.5% 이하, N: 200ppm이하, P:0.04%이하, S:0.01%이하, Nb:0.4%~0.5% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 결정입도가 8.0이상인 것을 특징으로 하는 표면품질이 개선된 400계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 특히 NbC의 결정입도를 8.0 이상으로 제어하는 표면품질이 개선된 400계 스테인레스강을 제공한다.

또한, 본 발명에서 Nb의 조성은 0.45%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기의 조성으로 이루어진 강을 진공탈탄(VOD) 공정을 생략하고 AOD정련로만을 거침으로서 등축정율을 향상시켜 리징결함을 감소하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명강의 조성범위 한정이유를 설명한다.

본 발명은 중량 %로 C : 0.03% 이하, N : 0.02% 이하로 조성된다. C, N이 너무 높은 경우 용접 및 열처리 공정 시 각종 탄질화물 석출로 인한 내식성 저하로 인해 상한을 한정하였으며, 이는 기존의 439 Ti첨가강보다는 C, N 함량이 높게 한정되어있는데, 이를 통해서 탈탄, 탈질의 부하를 감소시켜 AOD 공정에서 C, N을 제어 가능토록 하기 위함이다.

Si은 제강 조업 시 탈산을 위해 첨가하는 것으로 너무 낮은 경우 탈산이 효율적으로 되지 않아 제강성 결함이 증가할 수 있으며, 너무 높은 경우 Si 성분에 의해 열연산세 및 냉연 산세공정에서 산세성이 열위하게 되므로 0.3~0.7%로 제한 한다.

Cr은 당 발명이 439강종의 품질개선을 목적으로 하였으며, 기존 배기계로 사용되는 강재보다 내식성 향상을 목적으로 18.1~18.7%로 한정하였다.

Mn은 함량이 너무 높은 경우 Mns 화합물을 형성하여 내식성을 저하시키므로 0.5%로 한정한다.

Nb 성분은 너무 낮은 경우 C, N 안정화 미흡으로 인한 내식성 저하 문제의 발생으로 하한을 0.4%로 한정하였으며, 너무 높은 경우 고가의 Nb첨가로 인한 비용 증가 발생 및 고용 Nb량 증가로 인한 재결정 부족 및 리징 결함 심화로 인해 0.5%로 제한한다. 표 1에 Nb 함량별 리징 수준 및 용접부 마르텐사이트 생성여부를 나타내었다. Nb함량이 너무 낮은 경우 용접부 마르텐사이트상 생성으로 용접용으로 사용이 어려운 반면 너무 높은 경우 고용 Nb 증가에 따른 재결정 지연으로 리징 품질이 열위해 진다.

구분	0.30%Nb	0.45%Nb	0.60%Nb
리징 높이 (15% 연신후 0.5t)	15㎛	17㎛	25㎛
용접부 마르텐사이트 생성여부	O	X	X

다음은 Ti 대신 Nb 첨가 이유에 대하여 살펴본다. 도 2의 (a)는 종래의 Ti첨가강에서 보이는 각형 석출물을 도시한다. 이러한 석출물은 주로 TiN계열로서 응고과정중에서 정출되어 나타나므로 석출물의 크기가 크다. 또한 Ti첨가강에서는 Ti가 산소와의 높은 친화력으로 인해 TiO₂ TiN 클러스터 형성으로 인한 제강성 결함을 유발하는 경우가 많다. 이는 도 2의 (c)에 도시되어 있다. 한편, (b)는 Nb로 대체시 고상에서의 석출이기 때문에 구상의 작은 석출물이 석출되고 상대적으로 제강성 결함을 유발하지 않는다.

또한 치환형 고용원소인 Nb는 Ti첨가강 대비 재결정을 지연하여 입도제어에 유리하다. 도 3에서는 이를 잘 보여주고 있다.

도 4는 NbC 결정입도가 8.0 이상인 경우 오렌지 필 현상이 제어되는 것을 도시한 도면이다. 본 발명에서는 Nb첨가로 인하여 소둔조건 조업 변경후 입도를 8.0 이상으로 미세화하는 것이 가능하다. 그러나, 기존의 439강의 경우 입도제어를 8.0이상으로 제어하기 어렵다.

도 5는 입도에 따른 절곡 시 표면 사진을 도시한 도면이다.

또한, 본 발명에서는 용강의 정련공정중 진공탈탄(VOD) 공정을 생략하고 AOD정련만에 의한 탈탄을 수행하는 것이 가능하여 공정시간의 단축으로 인한 생산성을 도모할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

(실시예 1)

표 2는 본 발명에 관한 제강성 결함 발생 추이를 도시한 것으로, 표에서 알 수 있는 바와 같이, Ti 대신 Nb를 첨가할 경우 제강성 결함이 대폭적으로 감소한 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는 SDD 표면검사를 실시한 경우 Ti 첨가가 대비 Nb첨가강의 표면 결함수가 1/2이상 감소하였다.

구분	scab	M형	Sliver	Tot
439(Ti)	34	98	56	188
439(Nb)	11	27	35	73

(실시예 2)

실시예 2는 본 발명에 의한 400계 스테인레스 냉연강판에 대한 염수분무시험방법에 의한 내식성 평가를 실시하였다.

본 내식성 평가의 시험강종은 304 H/L, 439(Nb) H/L, 439(Ti) H/L이며, 시험방법은 외부부식평가법을 이용하였다. 즉, 35℃에서 4시간동안의 염수분무를 실시한 후 60℃ 에서 30% 2시간동안의 건조과정을 거쳐 35℃, 98% 2시간의 습윤과정을 거치도록 하였고, 총 12싸이클을 실시하였다. 본 실시예에 이용된 시험용액의 조성은 하기와 같으며, 시험기기는 복합싸이클 부식시험기를 이용하였다.

성분	NaCl	CaCl2	MgCl2	NaHCO3	Na2Co3
농도 (g/l)	29.2215	1.5437	11.821	0.1680	0.0212

본 실시예의 시험조건에 의하 내식성 평가를 실시한 결과, 439(Ti)H/L에 비하여 439(Nb)H/L재가 내식성이 우수하게 나타났으며, 304H/L 대비에는 439(Nb)H/L, 439(Ti)H/L 모두 내식성이 다소 떨어지는 결과를 나타내었으며, 시험결과 전체적으로 내식성은 304H/L > 439(Nb)H/L > 439(Ti)H/L순으로 우수한 결과를 나타내었다.

도 6의 (a),(b),(c)는 각각 본 실시예의 시험결과를 도시한 사진도로서, (a)는 304강종, (b)는 439(Ti)강종, (c)는 439(Nb)강종을 나타낸다.

따라서 본 발명에 의한 Ti 대신 Nb가 첨가된 400계 스테인레스강의 내식성이 Ti 첨가된 400계 스테인레스강보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기존의 Ti 첨가강 대비 Nb첨가로 개재물 결함이 대폭 감소하여 표면 품질이 개선되었고, 조업조건 변경 결정립 미세화로 표면품질, 특히 절곡품질이 개선되는 효과가 있다. 또는 공정시간의 단축으로 인한 생산성 향상 효과를 도모할 수 있다.

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중량 %로, C :0.03% 이하, Cr : 18.1%~18.7%, Si: 0.3%~0.7%, Mn : 0.5% 이하, N: 200ppm이하, P:0.04%이하, S:0.01%이하, Nb:0.4%~0.5% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 스테인레스 용강의 제강공정에서 발생하는 NbC의 결정입도를 8.0이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 표면품질이 개선된 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 용강을 정련공정중 진공탈탄(VOD) 공정을 생략하고 AOD정련만에 의한 탈탄을 수행하는 것을 특징으로 하는 표면품질이 개선된 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.