KR100832694B1 - 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및그 제조방법 - Google Patents

내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심가공성(Deep drawing)을 나타내는 r-bar값 예측식(수학식 1) 및 내식성을 나타내는 공식지수(pitting index) 계산식인 P.I.(수학식 2)를 이용하여 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신에 Cr 함량을 높여 첨가 합금원소 중 (%C+%N) 함량 및 %Ti/(%C+%N) 비를 최적으로 조절하고, 열간압연 마무리 온도를 제어함으로써 내식성 및 심가공성이 우수한 저가의 고 Cr 페라이트계 스테인리스 냉연강판을 제공하는 것을 요지로 한다.
r-bar=-5.156x(%C+%N)-0.022x%Cr-0.015x%Mo-0.01x%Ti/(%C+%N)+2.327 (1)
P.I.=Cr+3.3Mo (2)
페라이트계, 스테인리스, 고 Cr, 고내식성, 심가공성, 저 Mo강, r-bar

Description

내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{Ferritic stainless steel with high corrosion resistance and deep drawability and the method of manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 관한 r-bar 예측식 및 공식지수 계산식으로부터 제안된 본 발명의 특성을 도시한 그래프.
도 2는 본 발명에 관한 20Cr-Mo-Ti강에서 열연마무리 압연온도 변화에 따른 r-bar값 변화를 도시한 그래프.
본 발명은 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고내식 및 고성형 특성을 요구하는 자동차 배기계 파이프 및 머플러(Muffler) 등에 사용되는 페라이트계 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인레스강에서 내식성 향상을 위하여 Mo를 첨가하게 된다. 그 러나, 고가의 Mo를 첨가하게 되면 제조원가가 상승하고, 또한 r-bar값의 저하로 심가공성이 감소하여 스템핑 타입의 머플러등의 제작시 파단이 발생하는 문제점이 나타난다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에 알려진 기술들을 살펴보면, EP 930375는 성분조성과 열간압연조건을 조합하여 딥드로잉성과 리징성을 향상시키는 제조방법이 개시되어 있고 또한 일본 공개특허 JP2000-328197은 적정량의 Al를 첨가하여 우수한 표면광택과 성형성을 개선하는 방법이 개시되어 있으며, 또한 유럽 특허EP 765741은 조성과 압연조건 및 소둔조건을 최적화하여 내리징성 및 면내이방성을 개선하는 방법에 관한 것이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허들에서는 Mo 첨가량을 저감시키며 고내식성 및 고성형성을 동시에 요구하는 성분 및 제조조건이 개시되어 있지 않다. 따라서, 내식성을 향상시키고 성형성을 만족할 수 있도록 스템핑 타입의 머플러용 및 높은 r-bar값이 요구되는 가공이 심한 배기계 부품 경우에는 재질을 만족시킬 수가 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 심가공성을 나타내는 r-bar 값 예측식(1식) 및 내식성을 나타내는 공식전위 계산식인 P.I.(2식)식을 이용하여 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신에 Cr 함량을 높이고, 첨가 합금원소중 (%C+%N)함량 및 %Ti/(%C+%N)비를 최적으로 조절하고, 마무리 압연온도를 제어함으로써 내식성 및 r-bar 값 향상을 통해 심가공성이 우수한 저가의 고 Cr 페라이트계 스테인리스 냉연강판을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 중량%로 C;0.03이하, Si:0.5이하, Mn:0.5이하, P:0.035이하, S:0.01이하, Cr:18 ~ 21, Mo:0.5이하, N:0.030이하, Cu:0.5이하, Al:0.05이하, Ni: 0.2이하, C+N: 0.014이하, Ti: 0.4이하 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스 강판에서 하기 수학식 (1)로 정의되며 심가공성을 나타내는 r-bar값을 1.57이상으로 하고, 공식지수 계산식은 수학식 (2)의 P.I. 값을 21이상으로 되도록 성분계를 조절하는 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.
r-bar=-5.156x(%C+%N)-0.022x%Cr-0.015x%Mo-0.01x%Ti/(%C+%N)+2.327 (1)
P.I.=Cr+3.3Mo (2)
또한, 본 발명에서 상기 Ti/C+N은 18~25 범위일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 위와 같은 성분으로 조성된 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 가열온도를 1230~1280oC, 마무리 압연온도를 720~800도로 열간압연 후, 냉간압하율을 60% 이상하여 냉연소둔하는 단계를 포함하는 내식성 및 심가공성이 우 수한 페라이트계 스테인리스강 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
종래 자동차 배기계 머플러용으로 사용되는 강종은 STS436L강으로 고가 원료인 Mo을 1%이상에서 1.2%까지 첨가하여 제조원가가 높아 소재 확대 사용에 제약을 받아왔다. 따라서 본 발명에서는 Mo 함량을 줄이면서도 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제조하는 방법으로 식(1)에 의해 정의한 심가공성을 나타내는 r-bar값 예측식과, 식(2)에 의해 정의한 P.I 값이 21 이상으로 조절하는 조건으로, 중량 %로 C;0.03이하, Si:0.5이하, Mn:0.5이하, P:0.035이하, S:0.01이하, Cr:18~21, Mo:0.5이하, N:0.030이하, Cu:0.5이하, Al:0.05이하, Ni: 0.4이하, C+N: 0.014이하, Ti:0.04이하 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판에서 r-bar값 및 P.I. 로 내식성 및 심가공성이 예측되고 결정된다.
본 발명에서 심가공성을 나타내는 지표로서 r-bar값과, 내식성을 나타내는 공식지수 계산값은 하기와 같다.
r-bar=-5.156x(C+N)-0.022xCr-0.015xMo-0.01xTi/(C+N)+2.327 (1)
P.I.=Cr+3.3Mo (2)
그리고 본 발명에서는 그리고 페라이트계 스테인레스 강판을 열간압연시 마무리 압연온도를 720~800oC로 압연후 900~1000℃에서 열연소둔하여 냉간압하율을 60% 이상 압연하고 900~1000℃에서 냉연소둔하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 심가공성이 우수한 저 Mo 첨가 저가의 페라이트계 스테인리스강 제조방법이다.
이하 본 발명의 조성범위 한정이유를 상세히 설명한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 강을 상기와 같이 조성함이 바람직하며 그 이유는 다음과 같다. 그 이유는 다음과 같다.
상기 C 및 N는 Ti(C, N) 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하며, C, N 함량이 높아지면 Ti(C,N) 탄질화물 형성되지 않는 고용 C, N는 소재의 연신율 및 장출성형성을 저하시키기 때문에 그 함량은 C의 경우는 0.03% 이하, N은 0.03% 이하로, 동시에 C+N 함량이 높아지면 Ti 함량을 높게 첨가하여 제강성 개재물 증가로 딱지흠(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고 또한 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제점과 고용 C, N 증가에 의한 연신율이 저하하기 때문에 C+N 함량을 0.014% 이하로 한정한다.
Si은 페라이트상 형성원소로 함량 증가시 페라이트 상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.5%를 초과하여 첨가하면 제강성 Si 개재물 증가로 표면결함이 발생하기 쉽고, 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 가공성에 불리하여 0.5% 이하로 한정한다.
Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 0.5% 이하로 한정한다.
Ni은 오스테나이트(g)상 생성원소로 많이 첨가하면 g 상이 증가하여 열간압연 후 코일을 공냉하면 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도가 증가되어 연신율이 저하된다. 따라서 Ni 첨가량은 0.2% 이하로 한정한다.
P 및 S는 MnS등 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋기 때문에 P :0.035% 이하, S : 0.01% 이하로 한정한다.
Cr은 함량이 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 너무 높아지면 내식성은 향상이 되나 강도가 높고 연신율이 낮아 가공성을 저하시키기 때문에 그 함량은 18 ~ 21%로 한정한다.
고가인 Mo 함량이 증가하면 내식성은 현저하게 향상시키지만 소재의 제조원가가 높아지는 문제점과 강도를 높여 연신율이 저하되기 때문에 가공성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 가공성을 고려하여 Mo 함량을 0.5% 이하로 한정한다.
Al은 탈산제로 첨가되는 원소로 다량 첨가하면 표면결함을 발생시키기 때문에 0.05% 이하로 한정한다.
Cu는 오스테나이트(g)상 생성원소로 많이 첨가하면 g 상이 증가하여 열간압연 후 코일을 공냉하면 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도 증가로 연신율이 저하되기 때문에 Cu는 0.5% 이하로 한정한다.
Ti는 첨가량이 너무 높게 첨가되면 제강성 개재물이 증가하여 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고 또한 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제점과 고용 Ti 함량 증가로 연신율이 저하하고, C+N 함량 대비 너무 Ti 첨가량이 낮아 Ti/(C+N)비가 낮아지면 입계부식이 발생하여 내식성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문에 Ti 첨가량은 0.4% 이하로 한정한다. 또한, 본 강종에서는 Ti/C+N 비 값은 내식성 및 성형성을 고려하여 18~25 범위로 한정하는 것도 바람직하다.
또한, 본 발명에서 심가공성을 나타내는 r-bar값 개선을 위해 수학식 1에서 이 값이 1.57 이하가 되면 스템핑 타입의 머플러용 소재로는 심가공성 부족으로 성형성 불량하여 균열이 발생하기 때문에 1.57 이상으로 한정한다.
r-bar=-5.156x(C+N)-0.022xCr-0.015xMo-0.01xTi/(C+N)+2.327 (1)
수학식 2식의 공식지수(Pitting Index) 값이 높아지면 내식성이 향상된다. 따라서 이 값을 높이기 위해서는 Cr이나 고가 원소인 Mo 함량을 높이면 연신율이 저하하고, 제조원가가 상승하는 문제점이 발생한다. 또한 너무 낮아지면 내식성이 저하되기 때문에 기존에 사용되는 STS436L강(1%Mo 첨가강)과 동등한 내식성을 갖기 위해서는 (2식)의 P.I.값은 21 이상으로 한정한다.
P.I.=Cr+3.3Mo (2)
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
하기 표 1과 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강을 50Kg 진공용해에서 용해하여 120mm 두께의 잉고트를 제조하였다. 이와같이 제조된 잉고트를 1250℃에서 가열하고, 800℃ 마무리온도로 열간압연하여 3.0mm 두께의 열연판을 제조하고, 950℃에서 열연소둔후 산세하여 0.6mm 두께로 냉간압연후 950℃에서 냉연소둔후 산세하여 압연방향에 0, 45, 90도에 시편을 채취하여 15% 인장시험을 실시하여 r-bar 값을 측정하였다. r 값은 소재의 폭 방향변형과 두께방향 변형의 비를 나타내는 것으로 r 값이 우수할수록 심가공성이 우수하여 성형성이 향상된다.
이하 시험결과에 대해 설명하면 표 1은 "시편별 화학성분, r-bar 예측값 및 P.I. 계산값을 나타낸 표에서 P.I. (수학식 2)를 사용하여 P.I.값이 21 이상이 되도록 Cr, Mo함량을 조절한 본 발명강은 종래 고가의 Mo를 1% 함유한 비교재(시편18번 436L)에 비해 Mo 함량이 0.5% 이하로 낮아도 비교재와 동일한 수준의 공식지수를 얻을 수 있다.
또한 r-bar값 예측식인 수학식 1을 사용하여 r-bar값이 1.57 이상이 되도록 C, N, Cr, Mo, Ti/(C+N) 함량을 적정하게 조절한 본 발명강은 내식성도 우수하고, 동시에 측정한 r-bar값이 1.57 이상으로 높아 심가공성이 향상되는 것을 알 수 있다. 그림 1은 r-bar 예측값과 공식지수의 관계로부터 본 발명 범위를 나타낸 결과이다.
도 2는 r-bar 예측값인 수학식 1 및 공식지수 계산값 수학식 2를 만족하는 성분계에서 열간압연 마무리 온도를 변화시킨 시편에 대하여 r-bar값을 측정한 결과이다.
열간압연시 마무리 압연온도는 낮을수록 열간압연 중 변형축적에너지가 높아 소둔시 재결정에 도움을 주기 때문에 r-bar 값이 향상되는 것을 알 수 있다. 그러나 압연온도가 700도 이하로 너무 낮아지면 압연롤과 소재가 붙어 발생하는 스티킹(Sticking) 결함이 생기기 때문에 1.57이상의 r-bar 값을 예측할 수 있으며 표면결함이 발생하지 않는 마무리 압연온도 범위는 본 발명에서는 720~800도로 구성된다.
Figure 112006097922379-pat00001
본 발명의 성분계(중량%)와 r-bar 및 공식지수 예측값
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 심가공성을 나타내는 r-bar 값 예측식(수학식 1) 및 내식성을 나타내는 공식지수 계산식인 P.I.(수학식 2)를 이용하여 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신에 Cr 함량을 높이고, 첨가 합금원소중 %(C+N) 및 %Ti/(%C+%N)비를 최적으로 조절하고, 마무리 압연온도를 제어함으로써 내식성 및 심가공성이 우수한 저가의 고 Cr 페라이트계 스테인리스 냉연강판 제조가 가능한 장점을 갖는다.

Claims (3)

  1. 중량 %로 C;0.03이하, Si:0.5이하, Mn:0.5이하, P:0.035이하, S:0.01이하, Cr:18 ~ 21, Mo:0.5이하, N:0.030이하, Cu:0.5이하, Al:0.05이하, Ni: 0.2이하, C+N: 0.014이하, Ti: 0.4이하 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스 강판에서 하기 수학식 (1)로 정의되며 심가공성을 나타내는 r-bar값을 1.57이상으로 하고, 공식지수 계산식은 수학식 (2)의 P.I. 값을 21이상으로 되도록 성분계를 조절하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
    r-bar=-5.156x(%C+%N)-0.022x%Cr-0.015x%Mo-0.01x%Ti/(%C+%N)+2.327 (1)
    P.I.=Cr+3.3Mo (2)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ti/C+N은 18~25 범위인 것을 특징으로 하는 내식성 및 심가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
  3. 제1항 또는 제2항의 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 가열온도를 1230~1280oC, 마무리 압연온도를 720~800도로 열간압연 후, 냉간압하율을 60% 이상하여 냉연소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 심가공성이 우 수한 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016104973A1 (ko) * 2014-12-26 2016-06-30 (주)포스코 심가공 특성이 우수한 듀플렉스 스테인리스강

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JP2001316773A (ja) 2000-05-02 2001-11-16 Nippon Steel Corp 溶接性と加工性に優れた触媒担持用耐熱フェライト系ステンレス鋼

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