KR100720279B1

KR100720279B1 - 열간가공성이 개선된 구리 첨가 고망간,고질소 함유오스테나이트계 스테인레스강

Info

Publication number: KR100720279B1
Application number: KR1020050128510A
Authority: KR
Inventors: 채동철; 이종석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-05-22

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것으로서, 질량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, 이 범위에서 Cu를 1.7%이하로 조성함으로써 Cu함량에 따른 급격한 열간 가공성의 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.

오스테나이트, 스테인레스, 열간가공성, 구리

Description

열간가공성이 개선된 구리 첨가 고망간,고질소 함유 오스테나이트계 스테인레스강{Cu added high manganese and high Nitrogen austenitic stainless steel having good hot workability}

도 1은 3.1% Cu 첨가강과 0% Cu 첨가강의 열간가공성의 관계를 비교 도시한 그래프도.

도 2는 Cu 함량에 따른 열간가공성의 변화상태를 도시한 그래프도이다.

본 발명은 열간가공성이 개선된 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것으로, 특히 자동차 강판용, 건축 장식용, 주방용 등에 범용으로 사용되며, 오스테나이트 상을 안정화시키고 냉간 가공성을 향상시키기 위하여 Cu를 첨가할 경우에도 우수한 열간 가공성을 확보하는 고망간 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

일반적으로, 가장 널리 사용되는 오스테나이트계 스테인레스강으로는 가공성 과 내식성이 우수한 304강이 대표적이다. 그러나 304강은 8% 이상의 Ni을 함유하고 있기 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해소하기 위하여 고가의 Ni을 저가의 합금원소로 대체하려는 시도가 이루어져 Ni의 일부를 Mn이나 N로 대체한 강종, 예를 들어 201강, 202강 및 204강 등으로 규격화 되어 있다.

이러한 강종은 Ni을 Mn이나 N로 대체함으로서 비자성이면서 고강도를 얻기 쉬운 장점이 있으나, Mn은 Ni에 비교하여 성형성과 내식성을 저하시키고 또한 N에 의한 성형성이 저하되어 304강에 비교하여 사용 용도에 한정되는 문제점이 있다.

Cu를 첨가하여 Mn 및 N 함량이 높은 오스테나이트계 스테인레스강의 성형성을 개선하는데 Cu의 첨가는 열간 가공성을 저하해서 열간 압연 조업 시 결함을 발생시키는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 열간가공성이 우수한 Cu첨가 고망간 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 질량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, Cu를 1.7%이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 조성되며, 열간가공성이 개선된 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명자는 Cu첨가 고망간 오스테나이트계 스테인레스강의 합금 성분이 열간 가공성에 미치는 영향을 연구하면서, 열간 가공성의 대표지수라 할 수 있는 단면적 감소율을 측정하여 Cu첨가에 의한 열간가공성의 저하가 900~1000℃에서 가장 심하게 발생함을 확인하였으며, Cu 첨가량 상한을 제한함으로써 열간가공성의 급격한 저하를 방지할 수 있음을 밝혀내었다.

따라서 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 질량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, 이 범위에서 Cu를 1.7%이하로 조성함으로써 Cu함량에 따른 급격한 열간 가공성의 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 조성범위 한정이유를 설명한다.

C : 오스테나이트상 형성 원소이며 과다 첨가시 Cr과 반응하여 크롬탄화물을 생성 시키어 내식성을 저하시킴과 동시에 성형성과 연신율을 저하시키므로 200계 스테인레스강의 규격 범위인 0.15% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Si : 페라이트상의 생성을 조장하면서 열간 가공성을 저해하는 원소이므로, 가능한 한 소량으로 제한하는 것이 바람직하며 본 발명에서는 200계 스테인레스강의 규격 범위인 1% 이하로 제한한다.

Mn : 오스테나이트상 안정화 원소로서 Ni를 대체하는 원소로서 오스테나이 트상을 안정화 시키기 위해서 7% 이상이 첨가하며 10% 이상 과다하게 첨가되는 경우 내식성과 냉간가공성이 저하된다.

S : 주원소 합금 내에 불가피하게 함유되는 원소로서 결정입계에 편석되어 열간압연시 가공크랙을 일으키기 때문에 가능한 낮은 함량인 0.01% 이하로 제한한다.

Ni : 망간과 마찬가지로 오스테나이트상을 안정화 한다. 그러나 니켈은 합금원소 중 매우 고가일 뿐 아니라 과다하게 첨가될 때 액상 중 질소의 고용도를 낮추어 기공을 발생시키므로 그 함량은 4% 이하로 제한한다.

Cr : 부동태 피막형성을 촉진하며 동시에 질소의 고용도를 높이는 원소로서 전반적인 내식성을 확보하기 위하여 14% 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 크롬이 과다한 경우는 응고 후 과다한 페라이트 상이 잔존하게 되어 열간가공성을 저하시킨다. 따라서 Cr의 첨가량은 14~20%로 제한한다.

N : 오스테나이트상을 안정화 시켜 Ni을 대체하는 원소이다. 강도와 내공식성을 향상 시키는 이점은 있으나 첨가량이 0.3%를 넘으면 주조시 페라이트 상을 통과하는 경우 질소에 의한 기공이 발생될 수 있으므로 질소의 첨가량은 0.30% 이하로 제한한다.

Cu : Ni 대체원소로서 오스테나이트 상을 안정화 시키고 Ni과 같이 강을 연질화 시키는 원소이나 과다 첨가시 열간가공성이 저하되므로 1.7% 이하로 제한한다.

B : 열간가공성을 향상시키는 강력한 미량 첨가원소이나, 과량 첨가되면 효과가 포화되거나 또는 편석에 의해 오히려 열간가공성을 저하시키므로 그 함량은 0.005% 이하로 한다.

Ca : 열간가공성을 향상시키는 미량원소이나, 과량 첨가되면 개재물이 다량 생기어 연주시 노즐막힘 또는 개재물에 의한 표면결함이 발생하므로 0.005% 이하로 제한한다.

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

(실시예)

하기 표 1에는 Cr-Mn-N-Cu 오스테나이트계 스테인레스강을 제조하기 위해 사용되는 합금성분들을 나타내고 있다. 하기 표 1의 강종들은 Cu 함량이 열간가동성에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 잉고트(ingot)로 주조하고, 통상의 열연 공정으로 압연 후 지름 10mm의 고온 인장 시편을 제작하여 1250℃에서 5분 유지 후 시험온도로 냉각하여 5초 유지 후 초당 30의 인장률 속도(strain rate) 인장 파단 후 단면적 감소율(이하 RA : Reduction of Area)을 측정하였다.

발명재와 비교재의 합금성분표 (wt. %)

합금	C	Si	Mn	S	Cr	Ni	N	B	Ca	Cu
J2	0.049	0.52	8.96	0.0021	15.05	0.98	0.2	0.004	0.0006	0.66
J7	0.051	0.53	9.06	0.003	14.97	1	0.21	0.0011	0.0028	2.52
J11	0.05	0.52	8.95	0.0022	14.99	0.99	0.2	0.0026	0	1.57
J13	0.05	0.51	8.95	0.0032	15	0.98	0.2	0.0026	0.0012	0
J14	0.05	0.51	9.01	0.0027	15.01	1	0.21	0.0027	0.0021	3.11

한편, 도 1에는 Cu를 3.1%함유한 J14강과 Cu가 첨가되지 않은 J13강의 열간가공성을 온도의 함수로 표시하였다. J14강의 경우 열간가공성이 J13강에 비하여 현격한 차이가 있음을 알 수 있으며, 특히 900~1000^oC 영역에서 열간가공성의 저하가 가장 커, 거의 단면적 감소율이 0에 가까운 취성파괴의 경향을 나타냄을 보여주고 있다.

도 1에서 확인가능한 열간가공성 최소 온도구간에서 Cu함량에 따른 열간가공성의 변화를 도시하였다. Cu함량이 약1.5%이상에서 열간가공성의 급격한 저하가 발생할 것이라는 경향을 확인할 수 있으며, 60% 이상의 열간가공성을 열간압연시 크랙발생민감도 저하를 위한 기준 단면적감소로 설정이 가능하므로, 약 1.7% 까지의 Cu함량이 열간가공성의 급격한 저하없이 첨가가능한 상한임을 알 수 있다

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 열간 압연 시에 발생하는 표면 균열에 의한 열연 표면 품질의 저하를 막기 위해서 900℃에서 통상 확보되어야하는 60 이상의 최소 RA를 확보하기 Cu의 첨가 범위를 도출할 수 있어 냉간 가공성과 열간 가공성을 동시에 확보할 수 있는 스테인레스강의 합금 설계에 사용이 가능한 효과가 있다.

Claims

질량%로 C: 0.15% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, Cu: 1.7% 이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 조성되며, 열간가공성이 개선된 오스테나이트계 스테인레스강.