KR100832693B1 - 표면 연마에 의하여 내식성을 향상시킨 페라이트계스테인리스강 제조방법 - Google Patents

표면 연마에 의하여 내식성을 향상시킨 페라이트계스테인리스강 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고가인 Ni을 다량 함유한 오스테나이트계 304강과 비교하여 내식성이 동등수준 이상의 특성을 갖는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 질량 %로 C; 0.02%이하, N: 0.02%이하, Si: 0.7%이하, Cr: 19~25%, Ni: 0.8% 이하, Cu: 0.8% 이하, C 와 N을 안정화 시키기 위해 첨가되는 Ti 및 Nb 가 (Ti+Nb)/C+N 비가 10 이상이며 Ti+Nb 함량이 0.5% 이하이고 남은 성분이 Fe 및 필수 불가피적으로 첨가되는 소량의 불순물 Mn, S, Al, P 등으로 이루어지는 페라이트계 스테인리스강을 케빈(cabin) 2개 이상을 사용하여 1000 mesh 이상의 연마제를 이용하여 표면을 연마하는 1차 연마단계, 케빈 2개 이상을 사용하여 180 mesh 이상의 연마 브러쉬를 사용하여 추가로 표면을 연마하는 2차 연마단계, 최종적으로 케빈 2개 이상을 사용하여 320 mesh 이상의 스코어링 벨트(scouring belt)를 이용하여 선상의 무늬(Hair Line)를 형성하는 3차 연마단계를 포함하는 표면연마에 의해 내식성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 제조방법을 제공한다.
페라이트계 스테인리스강, 표면연마

Description

표면 연마에 의하여 내식성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스강 제조방법{Method of manufacturing a ferritic stainless steel with excellent corrosion resistance by Surface treatment}
본 발명은 표면 연마에 의하여 내식성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내식성이 비교적 우수한 오스테나이트계 304강과 비교하여 고가인 Ni을 1% 이하 함유하면서도 내식성이 동등수준 이상의 특성을 보유하여 304강을 대체할 수 있는 표면 연마에 의하여 내식성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 관한 것이다.
한편 표면연마방법에 따른 내식성의 측정은 ASTM G150을 만족하는 실험방법을 사용하여 평가하였다. 즉 CPT(℃), critical pitting temperature, 가 높을수록 내식성이 우수하다.
합금 주성분이 18% Cr-8% Ni 으로 범용 오스테나이트계 스테인리스강인 304 강재는 엘리베이터등 건축내외장재에 보편적으로 사용되고 있다. 하지만 304강은 고가인 Ni 함량이 높아 소재가격이 비싸기 때문에 Ni 을 전혀 함유하지 않은 16% Cr 함유 범용 페라이트계 스테인리스강인 430강을 대체 용도로 많이 사용하고 있다. 하지만 이 강은 304강에 비하여 내식성이 열악해 내구성이 떨어지며 동시에 염소이온이 존재하는 환경에서 장시간 사용시 공식등이 발생하여 외관을 손상시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 내식성을 향상시키는 특성을 부여하는 Cr, Cu, Ni 및 Si 함량을 적절히 조절하고, 스테인리스강 표면 의장성을 높이기 위해 사용하는 연마작업을 조합하여 표면의 내식성을 일층 향상시켜 304강과 동등 이상의 내식성을 보이는 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 질량 %로 C; 0.02%이하, N: 0.02%이하, Si: 0.7%이하, Cr: 19~25%, Ni: 0.8% 이하, Cu: 0.8% 이하, C 와 N을 안정화 시키기 위해 첨가되는 Ti 및 Nb 가 (Ti+Nb)/C+N 비가 10 이상이며 Ti+Nb 함량이 0.5% 이하이고 남은 성분이 Fe 및 필수 불가피적으로 첨가되는 소량의 불순물 Mn, S, Al, P 등으로 이루어지는 페라이트계 스테인리스강을 케빈(cabin) 2개 이상을 사용하여 1000 mesh 이상의 연마제를 이용하여 표면을 연마하는 1차 연마단계, 케빈 2개 이상을 사용하여 180 mesh 이상의 연마 브러쉬를 사용하여 추가로 표면을 연마하는 2차 연마단계, 최종적으로 케빈 2개 이상을 사용하여 320 mesh 이상의 스코어링 벨트(scouring belt)를 이용하여 선상의 무늬(Hair Line)를 형성하는 3차 연마단계를 포함하는 표면연마에 의해 내식성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자는 304강의 내식성이 ASTM G150의거 전위를 감홍전극대비 300mV를 유지시킨 후 측정하게 되면 약 29도가 측정된다는 사실을 확인하고 시험강들에 대해서 연마조건을 변경하면서 강종간에 임계공식발생온도를 측정하였다.
Ni 을 다량 함유한 304 스테인리스강과 동등이상의 내식성을 확보하기 위해서는 페라이트계 스테인리스강에 Cr 함량을 증가시키면 내식성을 개선할 수 있으며, 고 Cr강의 장점인 내식성을 극대화 하기 위해서는 내식성에 유효한 원소인 Cu, Si, Ti 및 Nb 들의 내식성 미치는 영향을 밝히고, 그 함량을 경제적인 수준에서 적절히 조절함으로써 우수한 내식성을 보유한 고 Cr 페라이트계 스테인리스강의 성분계를 설정할 수 있다.
이하 본 발명의 특징을 작용과 함께 설명하기로 하며, 먼저 본 발명의 조성범위와 한정이유를 설명한다.
C 및 N: 오스테나이트 형성 원소로 고온 내식성에 특별한 영향을 미치지는 않는다. C 은 과다 첨가시 Cr과 반응하여 크롬탄화물을 생성시키어 내식성을 저하시킴과 동시에 페라이트계 강에서 연신율과 용접성을 저하시키고, N의 첨가는 강도와 내공식성을 향상시키는 이점은 있으나 첨가량이 과다하면 연신율 등 가공성이 저하되는 단점이 있으므로 본 발명강에서는 각각 0.02%이하로 제한한다.
Ti 및 Nb: C, N 원소를 (Ti, Nb)(C, N) 석출물로 안정화시켜 고온에서 Cr 탄화물 석출을 억제하여 내식성이 향상되며 소둔 열처리 시 결정립 미세화로 재결정 집합조직을 제어하여 가공성을 향상 시키고 Orange Peel 발생을 방지하는 효과가 있으나, 과다 첨가 시 가공성 저하와 Ridging이라는 표면결함이 발생되는 문제가 있으므로 (Ti+Nb)/C+N = 10 이상이며 Ti + Nb 총 합이 0.5% 이하로 제한한다.
Ni: 부식이 전파되는 과정에서 부식속도를 늦추어 내식성을 향상시키는 원소이다. 페라이트계 스테인리스 강에서 동일한 영항을 보이나, 오스테나이트 안정화 원소인 Ni 첨가량이 과다하면 페라이트 상안정에 나쁜 영향을 미쳐 가공성이 저하되므로 함량을 0.8% 이하로 제한한다.
Cr: 스테인리스강의 안정된 산화 피막형성을 촉진하는 원소로서 내식성에 가장 유효한 원소이다. 과다하게 첨가하는 경우 열간압연 시 치밀한 산화 스케일 생성으로 Sticking 결함이 증가되는 문제가 있으므로 그 함량을 19~25%로 제한한다.
Si: 스테인리스강에서 부동태 피막을 강화하여 내식성을 향상시키는 매우 유용한 원소이지만 과다 첨가시 연신율을 저하시키므로 그함량을 0.7% 이하로 제한한다.
Cu: 페라이트 강의 열간가공성을 저하시키지만 부식 전파속도를 저하시켜어 내식성을 향상시키는 원소이다. 열간가공성을 확보하기 위해서 0.8% 이하로 제한한다.
다음은 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예)
표 1은 본 발명을 위한 실험에 사용된 400계 강재들의 화학 조성 및 표면연마 조건에 따른 임계공식발생온도를 보이고 있다. 이 강들은 주 합금 성분인 Cr 함량은 14~21% 범위에 있으며, 기타 내식성에 영향을 주는 Cu, Si, Ni, Nb 함량을 변화시킨 것으로 진공 유도 용해로를 이용하여 잉코트(Ingot)로 주조하고, 열간 및 냉간압연, 소둔산세를 행하여 1.0mm 두께의 냉연판으로 만들어 내식성 실험을 행하였다.
본 실시예에서는 본 발명의 조성범위내의 페라이트계 스테인리스강을 3회에 걸쳐서 표면 연마처리하였다. 먼저 1차 연마단계에서는 케빈(cabin) 2개 이상을 사용하여 1000 mesh 이상의 연마제를 이용하여 표면을 연마하였고, 2차 표면연마단계에서는 케빈 2개 이상을 사용하여 180 mesh 이상의 연마 브러쉬를 사용하여 추가로 표면을 연마를 실시하였다. 마지막으로는 케빈 2개 이상을 사용하여 320 mesh 이상의 스코어링 벨트(scouring belt)를 이용하여 선상의 무늬(Hair Line)를 형성하는 3차 연마단계를 실시하였다.
발명재와 비교 시험재의 내식성 정도
강종 Cr Si Cu Ni C + N Ti Nb 연마 판정
1차 (mesh) 2차 (mesh) 선상 연마 (mesh)
비교강 1 18.3 0.49 0.2 8.1 0.092 - - 미실시 80 180 X
비교강 2 16.2 0.30 - - 0.08 - 미실시 80 180 X
비교강 3 16.9 0.60 2.1 7.6 0.051 0.014 - 미실시 80 180 X
비교강 4 18.4 0.40 - - 0.020 0.25 - 미실시 80 180 X
비교강 5 14.0 1.10 0.5 - 0.013 0.15 0.35 미실시 80 180 X
비교강 6 18.4 0.45 - - 0.025 　 0.45 미실시 80 180 X
비교강 7 19.3 0.40 0.5 - 0.025 - 0.40 미실시 80 180 X
비교강 8 21.0 0.15 0.4 0.3 0.012 - 0.34 미실시 80 180 X
비교강 9 20.0 0.15 - - 0.020 0.40 - 미실시 80 180 X
비교강 10 21.0 0.15 0.4 0.3 0.012 0.30 - 미실시 80 180 X
비교강 11 21.0 0.45 0.4 0.3 0.012 0.27 0.06 미실시 80 180 X
발명강 1 20.0 0.15 - - 0.020 0.40 - 1000 180 320 O
발명강 2 21.0 0.15 0.4 0.3 0.012 0.30 - 1000 180 320 O
발명강 3 21.0 0.45 0.4 0.3 0.012 0.27 0.06 1000 180 320 O
비교강 1은 304 오스테나이트 스테인리스 강으로 Cr 함량이 약 18% 수준이지만 Ni 을 약 8% 함유하고 있으며 임계공식발생온도가 24도로 목표로하고 있는 30도 이하의 값을 나타내고 있다.반면 비교강 2는 430 페라이트 스테인리스 강으로 Ni을 함유하고 있지 않으며 Cr 함량이 16% 수준으로 비교강 1 대비 임계공식발생온도가 13도로 목표대비 매우 낮은 내식성을 나타내고 있다. 비교강 3은 16Cr 에 Ni을 첨가하여도 Cu를 2% 수준을 함유하고 있는 강으로 공식발생온도가 20도로 목표대비 낮게 측정되었다. Cr을 제외한 다른 성분의 함량이 유사한 비교강 2 와 비교강 4를 비교하면, 페라이트계 스테인리스 강에서 Cr 함량을 올리면, 내식성이 향상되고 있으나 18Cr 수준의 페라이트 스테인리스 강은 아직 비교강 1과 같은 304강 수준에는 미흡함을 알 수 있다. Cr 함량을 20% 수준으로 증가시킨 발명강 1은 내식성의 현저한 개선과 적절한 표면연마방법에 의해 304 스테인리스 강 이상의 내식성을 보임을 알 수 있다.
페라이트계 스테인리스 강에서 내식성 향상에 효과가 있는 Nb 첨가의 내식성에 대한 영향은 비교강 5, 비교강 6, 비교강 7 및 비교강 8을 비교하면 크게 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다. Cr 함량을 증가시키면 내식성의 향상을 기대할 수 있다. 비교강 8에 보이는 바와 같이 Cr 함량을 21%까지 증가시키면 내식성이 향상되는 것을 알 수 있다. 그러나 상기 비교강 1 내지 11에서는 1차 표면연마는 실시하지 않았다. 따라서 적절하지 않은 표면연마방법에 의해서 목표로 하는 내식성을 확보할 수 없다. 발명강 2 는 내식성에 유효한 Cr을 21% 및 Ni을 0.3% 함유하고, 또한 전면부식성에 대한 저항성을 부여하는 Cu 를 0.4% 함유하고 가공성을 극대화하기 위해 Si 함량을 0.15%로 최소화 한 강으로, 304강과 동등이상의 내식성을 갖는다고 할 수 있다. 발명강 3은 내식성을 더욱 향상시키기 위하여 발명강 2와 비교 시 Si 함량을 0.45% 수준으로 올리고 안정화 특성을 향상시키기 위해서 Nb를 0.06% 첨가한 강으로, 내식성은 발명강 2와 유사한 수준을 유지할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 발명강 1 내지 3은 3회에 걸쳐 표면연마를 실시하였다. 1차 연마단계에서는 케빈(cabin) 2개 이상을 사용하여 1000 mesh 이상의 연마제를 이용하여 표면을 연마하였고, 2차 표면연마단계에서는 케빈 2개 이상을 사용하여 180 mesh 이상의 연마 브러쉬를 사용하여 추가로 표면을 연마를 실시하였다. 마지막으로는 케빈 2개 이상을 사용하여 320 mesh 이상의 스코어링 벨트(scouring belt)를 이용하여 선상의 무늬(Hair Line)를 형성하는 3차 연마단계를 실시하였다. 따라서 본 발명강 1 내지 3은 304 동등 수준의 내식성을 확보할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 오스트나이트계 강인 304강에서 고가인 Ni을 대체하기 위하여 상대적으로 저가인 Cr, Cu, Ti 또는 Nb, 및 Si 를 사용하여 304 동등 수준의 고온 내식성을 갖는 페라이트계 스테인리스강의 선상무늬를 내식성이 저하하지 않도록 처리하는 방법에 관한 것으로서 304강을 대체 할 수 있는 저가의 페라이트계 스테인리스강 개발로 제조 원료가격을 저감할 수 있어 경제적 효과가 크다.

Claims (2)

  1. 질량 %로 C; 0.02%이하, N: 0.02%이하, Si: 0.7%이하, Cr: 19~25%, Ni: 0.8% 이하, Cu: 0.8% 이하, C 와 N을 안정화 시키기 위해 첨가되는 Ti 및 Nb 가 (Ti+Nb)/C+N 비가 10 이상이며 Ti+Nb 함량이 0.5% 이하이고 남은 성분이 Fe 및 필수 불가피적으로 첨가되는 소량의 불순물 Mn, S, Al, P 등으로 이루어지는 페라이트계 스테인리스강을 케빈(cabin) 2개 이상을 사용하여 1000 mesh 이상의 연마제를 이용하여 표면을 연마하는 1차 연마단계,
    케빈 2개 이상을 사용하여 180 mesh 이상의 연마 브러쉬를 사용하여 추가로 표면을 연마하는 2차 연마단계,
    최종적으로 케빈 2개 이상을 사용하여 320 mesh 이상의 선상의 3차 연마단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면연마에 의해 내식성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3차 연마단계는 스코어링 벨트(scouring belt)를 이용하여 선상의 무늬(Hair Line)를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면연마에 의해 내식성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1018018A (ja) 1996-06-27 1998-01-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 高純度ガス用ステンレス鋼材の製造方法

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