KR100926965B1 - 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재 - Google Patents

변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변태유기소성을 이용하여 질소 첨가에 따른 연성저하를 극복한 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재에 관한 것이다.
본 발명은, 전해철 및 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 질소(N) 중 하나 이상이 포함된 다수 스테인리스모합금을 용융한 후 질소를 주입하여 제조된 주괴를 가공열처리(열간압연 및 균질화열처리)후 인장변형시 발생하는 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재에 있어서, 상기 스테인리스압연판재는 중량%로0 초과 0.03% 이하의 탄소(C)와, 2.0% 이하의 니켈(Ni)과, 13~18%의 크롬(Cr)과, 10~20%의 망간(Mn)과, 0.3~0.5%의 질소(N)가 포함되고, 잔부(殘部) 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 낮은 제조 원가로 고강도 고연성을 가지는 스테인리스 압연판재의 제조가 가능한 이점이 있다.
변태유기소성, 질소, 고강도, 고연성, 가공열처리

Description

변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재{Hot-rolled stainless steel with high strength and good elongation using transformation-induced plasticity}
도 1 은 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 외관 사진.
도 2 는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3 은 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 제조방법에서 일 구성인 질소함량조정단계를 세부적으로 나타낸 구성도.
도 4 는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 제조방법에서 일 구성인 압연판재제조단계를 세부적으로 나타낸 구성도.
도 5 는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 제조방법에서 균질화처리 조건을 나타낸 Fe-18Cr-10Mn-N계 평형상태도.
도 6 은 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 변태유기소성을 나타낸 진응력-진변형 곡선.
도 7 은 도 7 은 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스텡니레스 압연판재의 인장 변형량에 따른 미세조직 변화를 주사전자현미경을 이용하여 관찰한 결과 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
S100. 모합금장입단계 S200. 진공유지단계
S300. 모합금용융단계 S400. 질소함량조정단계
S420. 질소주입과정 S440. 압력조정과정
S500. 용융합금교반단계 S600. 주괴형성단계
S700. 압연판재제조단계 S720. 열처리과정
S740. 압연과정 S800. 균질화처리단계
S900. 판재냉각단계
본 발명은 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변태유기소성을 이용하여 질소첨가에 따른 연성저하를 극복함으로써 강도 및 연성이 향상되도록 한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재에 관한 것이다.
고질소 스테인리스강은 대기압 하에서 고용한계 이상의 질소가 함유된 강재로, 최근 다양한 제조공정 기술의 발전에 힘입어 발전소재용 기계 부품에서 의료용 생체재료에 이르기까지 고기능성 구조용 소재로서 활용범위를 넓혀가고 있다.
질소를 강 내에 안정적으로 주입하는 방법에는 질소고용도를 증가시키는 합 금원소 첨가, 가압용해법, 분말야금법 그리고 고상질화법 등이 알려져 있고, 이 중 대형 주괴를 확보할 수 있는 제조 공정은 적절한 합금설계를 통한 가압용해공정으로 보고되고 있다.
특히 최근 우수한 강도, 연성, 내식성 등을 겸비한 고기능성 구조 재료에 대한 요구가 증가함에 따라 유럽과 일본을 중심으로 기초 연구에서 상용화 합금개발까지 많은 연구가 진행되고 있다.
고강도와 고연성을 동시에 확보하기 위해 소성 변형 중 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태함에 따라 강도와 연성이 향상되는 변태유기소성을 이용한 준안정 오스테나이트계 스테인리스강이 발명되었는데, 최근에는 스테인리스강 뿐만 아니라, 단순조성 C-Mn-Si계 탄소강에도 다양한 가공열처리를 통해 강 내에 잔류 오스테나이트를 형성시킨 후 소성변형에 수반되는 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 압연판재에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
변태유기소성은 강 내부에 존재하는 준안정 오스테나이트 조직이 외부에서 가해지는 소성변형을 기계적 구동력으로 하여 마르텐사이트 변태를 일으키고, 이 때 가공경화율 증가로 네킹이 지연되어 강도증가와 함께 연성이 향상되는 효과를 말한다.
변태유기소성은 일반적으로 열적 마르텐사이트 변태개시 온도인 Ms점 이상 그리고 소성변형에 의해 마르텐사이트 변태가 발생하는 Md 이하의 온도에서 발생되며, 강재의 합금조성, 변형모드, 변형온도, 변형률 등 다양한 금속학적 인자에 영향을 받는다.
그러나, 기존의 연구 또는 발명으로 보고된 오스테나이트계 스테인리스강은 대부분 중량 %로 Cr:16~20%, Ni:6~12%, Mn:2% 그리고 C : 0.03~0.15%의 합금원소를 함유하며 인장강도 500~600MPa, 연신율 40% 수준의 기계적 특성을 갖는다.
그리고, 기존의 오스테나이트계 스테인리스강에서는 가장 주요한 합금원소인 Cr이 강력한 페라이트 안정화 원소이기 때문에 완전 오스테나이트 기지조직을 얻기 위해서는 높은 Ni 함량이 필수적 조건이다.
그러나, Ni의 경우 오스테나이트 안정화능은 우수한 반면 최근 가격 상승으로 인하여 경제성 측면이나 재활용성을 포함한 환경친화적인 측면, 그리고 Ni에 의해 발생되는 피부 알레르기 등 여러 문제점이 제기됨에 따라 사용이 점차 제한되고 있다.
또한 고질소강은 고영한계 이상의 질소를 안정적으로 확보하기 위해 가압용해법, 분말야금법, 고상질화법 등 특수한 제조 공정을 거쳐야 하며, 이 중 분말야금법이나 고성질화처리법의 경우 고질소 함량을 얻기에는 용이한 반면, 시편의 크기에 제약이 있다는 단점이 있어 주로 소형부품, 와이어 혹은 박판 고질소강 제조에만 한정되어 적용된다.
대형 고질소강 주괴를 제조할 수 있는 방법으로는 독일 및 일본에서 개발되어 사용하고 있는 PESR(Pressurized electro-slag remelting)혹은 가압진공유도용해법 등이 있으며, 질소 함량을 1.0%까지 첨가할 수 있고, 응고 시 질소 고용도를 감소시키는 델타 페라이트 구간 형성을 억제한다느 장점이 있다.
그러나 가압용해법은 장비자체가 매우 고가이며 기존 스테인리스강에 비해 제조공정이 복잡하다는 단점이 있어 상용화에는 어려움이 있다.
질소 첨가에 의한 강의 기계적 특성 향상기구에 대해서는 금속성 결합 증가에 기인한 단범위 규칙도 형성에 의한 고용강화, 전위와의 강한 친화력에 의한 냉간가공경화, 그리고 적층 결합에너지 변화에 의한 결정립계 강화 등이 보고되고 있고, 이중 고용강화가 가장 큰 특징으로 알려져 있다.
그러나, 과잉의 질소가 첨가된 경우 강의 연성이 감소하고, 면심입방정계 합금에서는 잘 나타나지 않는 연성-취성 전이 현상이 관찰되는 등 강도향상에 수반되는 유해한 특성 저하가 보고됨에 따라 적정 질소함량을 확보하는 것이 중요한 기술적 과제로 남아있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, Ni의 함량을 극소화하고 합금원소에 포함된 N와 Mn을 적극 활용하여 100% 오스테나이트 기지 조직을 확보하고, 변태유기소성을 이용하여 질소첨가에 따른 연성저하를 극복한 스테인리스 압연판재을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 가압유도용해법을 이용하지 않고 상압(질소가스 1기압) 용해만으로 0.3~0.5중량%의 질소를 함유하며 인장변형시 발생하는 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 전해철 및 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 질소(N) 중 하나 이상이 포함된 다수 스테인리스 모합금을 용융한 후 질소를 주입하여 제조된 주괴를 가공열처리(열간압연 및 균질화열처리) 후 인장변형 시 발생하는 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재에 있어서, 상기 스테인리스 압연판재는 중량%로 0 초과 0.03% 이하의 탄소(C)와, 2.0% 이하의 니켈(Ni)과, 13~18%의 크롬(Cr)과, 10~20%의 망간(Mn)과, 0.3~0.5%의 질소(N)가 포함되고, 잔부(殘部) 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 스테인리스모합금은, Fe-50중량%Mn와, Fe-60중량%Cr와, Fe-58.8중량%Cr-6.6중량%N를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 스테인리스 압연판재는, 409MPa 내지 443MPa의 항복강도를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 스테인리스 압연판재는, 873MPa 내지 954MPa의 인장강도를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 스테인리스 압연판재는, 71.8 내지 78.7%의 연신율을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재 제조방법은, 전해철과, Fe-50중량%Mn와, Fe-60중량%Cr와, Fe-58.8중량%Cr-6.6중량%N를 포함하는 스테인리스모합금을 진공용해로에 장입하는 모합금장입단계와, 상기 스테인리스모합금이 장입된 진공용해로를 진공 상태로 유지하는 진공유지단계와, 상기 진공용해로를 가열하여 스테인리스모합금을 용융하는 모합금용융단계와, 상기 진공용해로 내부에 질소가스를 주입하는 질소함량조정단계와, 용융된 스테인리스모합금을 교반하는 용융합금교반단계와, 상기 진공용해로 내부에서 교반된 용융합금을 출탕하여 주괴를 형성하는 주괴형상단계와, 상기 주괴를 다수회 압연하여 압연판재를 제조하는 압연판재제조단계와, 상기 압연판재가 오스테나이트 기지조직을 갖도록 균질화 열처리하는 균질화처리단계와, 상기 압연판재를 냉각하는 판재냉각단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 진공유지단계는, 상기 진공용해로 내부 진공도를 10-3torr로 일정시간 유지하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 질소함량조정단계는, 상기 진공용해로 내부로 질소 가스를 주입하는 질소주입과정과, 상기 진공용해로 내부의 질소분압을 1기압으로 조정하는 압력조정과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 용융합금교반단계는, 용융된 스테인리스모합금 내부의 합금원소 편석을 제거하기 위한 과정임을 특징으로 한다.
상기 압연판재제조단계는, 상기 주괴를 아르곤 가스 분위기하에서 1,200℃이상 1,300℃ 이하로 가열하는 열처리과정과, 가열된 주괴를 압연하는 압연과정을 포함하여 이루어지며, 상기 압연과정에서 주괴는 초기 5% 에서 최대 40%의 압하율로 압연됨을 특징으로 한다.
상기 압연과정은 10 내지 15회 실시됨을 특징으로 한다.
상기 압연과정이 진행되는 중에 상기 주괴의 온도가 950℃미만으로 낮아지는 경우 상기 열처리과정이 선택적으로 실시됨을 특징으로 한다.
상기 균질화처리단계는, 상기 압연판재를 1,000℃ 내지 1,150℃ 범위 내에서 가열하는 과정임을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 낮은 제조 원가로 고강도 고연성을 가지는 스테인리스 압연판재의 제조가 가능한 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재(이하 '압연판재'라 칭함)의 구성을 살펴보면, 도 1과 같이 상기 압연판재는 전해철 및 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 질소(N) 중 하나 이상이 포함된 다수 스테인리스모합금을 용융한 후 질소를 주입하여 제조된 주괴를 다수회 열간 압연하여 형성된다.
즉, 상기 스테인리스모합금은 Fe-50중량%Mn와, Fe-60중량%Cr와, Fe-58.8중량%Cr-6.6%N이 적용되며, 상기 압연판재는 전해철과 스테인리스모합금이 용융된 상태에서 질소(N)가 투입되어 응고된 주괴를 압연하여 도 1과 같이 얇고 길게 형성된 것이다.
그리고, 상기 압연판재는 중량%로, 0 초과 0.03% 이하의 탄소(C)와, 2.0% 이하의 니켈(Ni)과, 13~18%의 크롬(Cr)과, 10~20%의 망간(Mn)과, 0.3~0.5%의 질소(N)가 포함되고, 잔부(殘部) 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨이 바람직하다.
상기 압연판재에서 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 질소(N)의 성분비를 상기와 같이 제한한 이유는 아래와 같다.
탄소(C)는 오스테나이트 안정화 및 델타 페라이트 생성 억제에 유효한 원소이다. 그러나 과잉 첨가될 경우 크롬(Cr)과 반응하여 탄화물을 형성함으로써 내식성과 기계적 특성을 저하시킴과 동시에 변태유기소성을 억제하기 때문에 낮은 함량인 0 초과 0.03중량% 이하로 제한하게 되었다.
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화능은 크지만 앞서 설명한 바와 같이 고가이며 환경 및 인체에 유해한 원소이기 때문에 가급적 첨가량을 제한하였고, 특히 2중량% 이상의 높은 니켈(Ni)이 첨가될 경우 변형유기 마르텐사이트 변태가 발생하지 않기 때문에 니켈(Ni) 첨가량은 2중량% 이하로 제한하였다.
크롬(Cr)은 스테인리스강에 요구되는 내식성 확보를 위해 필요한 원소이며 13중량% 이상의 첨가가 필수적이다. 그러나 크롬(Cr)이 18중량% 이상 과잉 첨가될 경우 응고 후 과다한 델타 페라이트가 잔존할 수 있기 때문에 가공성 저하의 요인으로 작용할 수 있어 그 함량을 13~18중량%로 제한하였다.
망간(Mn)은 질소(N)와 함께 오스테나이트 안정화 원소로 니켈(Ni) 성분을 대체할 목적으로 첨가한다. 열역학 계산을 이용한 평형상태도 분석 결과 상기된 크롬(Cr) 함량에 완전 오스테나이트 기지조직을 얻을 수 있는 망간(Mn) 함량이 10~20중량% 조성범위이기 때문에 망간(Mn) 함량을 10~20중량% 범위로 제한하였다.
질소(N)는 망간(Mn)과 함께 오스테나이트 안정화 원소로 니켈(Ni) 성분을 대체할 목적으로 첨가한다. 그리고 Fe-Cr-Mn-N계 합금을 대상으로 실험한 결과 질소함유 모합금 첨가와 질소분압 1기압 조건 하에서 얻을 수 있는 질소함량은 0.3~0.5중량% 수준이었고, 0.5중량% 이상의 질소가 첨가될 경우 오스테나이트 안정도가 증가되어 변형유기 마르텐사이트 변태가 발생하지 않을 뿐만 아니라 연성도 저하되었기 때문에 질소함량을 0.3~0.5중량%로 제한하였다.
상기 압연판재가 위와 같은 구성의 성분비를 가짐으로써 아래 표와 같은 항 복강도와 인장강도 및 연신율을 나타내었다.(표 안의 비교재는 상용 오스테나이트계 스테인리스강임.)
[표 1] 발명재와 비교재의 상온 인장특성
Alloy 항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 연신율(%)
발명재 1 411 954 71.8
발명재 2 425 914 75.2
발명재 3 443 908 78.7
발명재 4 409 873 74.4
비교재 1 205 515 40.0
비교재 2 240 550 30.0
비교재 3 205 515 40.0
비교재 4 240 550 35.0
한편, 준안정 오스테나이트계 스테인리스강에서 변태유기소성의 지표로 사용되는 Md 온도는 오스테나이트 안정도 지수를 나타내는데, 일반적으로 30%의 인장변형에 의해 50%의 마르텐사이트가 생성되는 온도를 Md30으로 정의하며 Md30 온도가 낮을수록 오스테나이트 안정도가 커져서 변형유기 마르텐사이트 변태가 어렵게 된다.
그리고, 여러 연구자들에 의해 제안된 합금조성에 따른 다양한 Md30 실험식을 아래에 중량%로 나타내었다.
Md30 = 608 - 515[%C] - 821[%N] - 7.8[%Si] - 12[%Mn] - 13[%Cr] - 34[%Ni] - 6.5[%Mo] (1)
Md30 = 413 - 462[%C+%N] - 9.2[%Si] - 8.1[%Mn] - 13.7[%Cr] - 9.5[%Ni] - 18.5[%Mo] (2)
Md30 = 497 - 462[%C+%N] - 9.2[%Si] - 8.1[%Mn] - 13.7[%Cr] - 20[%Ni] - 18.5[%Mo] (3)
Md30 = 551 - 462[%C+%N] - 9.2[%Si] - 8.1[%Mn] - 13.7[%Cr] - 29[%Ni+%Cu] (4)
상기된 실험식 중 (2) 내지 (4)식은 탄소와 질소의 영향을 두 원소의 중량%의 합으로 표시한 반면 실험식(1)은 탄소와 질소 영향을 구분하였다. 따라서, 본 발명에서는 탄소와 질소의 성분비에 따라 압연판재의 기계적 성능이 달라지게 되므로 실험식(1)이 적합한 것으로 판단되어 실험식(1)에 의해 발명재 및 비교재의 Md30 온도를 계산하여 아래 표에 나타내었다. (표 안의 비교재는 상용 오스테나이트계 스테인리스강임.)
[표 2] 발명재와 비교재의 화학조성(중량%) 및 계산된 Md30 온도
Alloy C Si Mn Cr Ni N Mo Md30(℃)
발명재 1 0.03 0.27 9.74 17.96 - 0.33 - -30.85
발명재 2 0.03 0.24 9.73 17.83 - 0.39 - -78.06
발명재 3 0.03 0.24 9.70 18.06 - 0.44 - -114.18
발명재 4 0.03 0.19 9.78 17.51 1.02 0.33 - -59.53
비교재 1 0.08 1.00 2.00 18.00 8.00 - - 29.00
비교재 2 0.08 1.00 2.00 18.00 8.00 0.10 - -53.10
비교재 3 0.08 1.00 2.00 17.00 12.00 - 2.50 -110.25
비교재 4 0.08 1.00 2.00 17.00 12.00 0.10 2.50 -192.35
이하 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스를 제조하는 방법을 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 5 는 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용 한 스테인리스 압연판재의 제조방법에서 균질화 처리조건을 나타낸 Fe-18Cr-10Mn-N계 평형상태도이다.
도 6 은 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재의 변태유기소성을 나타낸 진응력-진변형 곡선이며, 도 7 은 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스텡니레스 압연판재의 인장 변형량에 따른 미세조직 변화를 주사전자현미경을 이용하여 관찰한 결과이다.
먼저 압연판재를 제조하기 위한 스테인리스모합금을 진공용해로에 장입하는 모합금장입단계(S100)가 실시된다. 상기 모합금장입단계(S100)는 전해철과 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 질소(N) 중 하나 이상이 포함된 스테인리스모합금이 장입된다.
즉, 융점이 높아 용해가 어려운 크롬(Cr)의 경우 Fe-60중량%Cr 모합금, 그리고 증기압이 낮아 용해시 fume 생성 및 편석의 우려가 있는 Mn의 경우 Fe-50중량%Mn 모합금, 그리고, 질소의 함량 제어를 위한 Fe-58.8중량%Cr-6.6중량%N 모합금을 제조하여 첨가한다.
이후 상기 진공용해로 내부를 진공 상태로 유지하는 진공유지단계(S200)가 실시된다. 상기 진공유지단계(S200)는 10-3 torr 진공을 1시간 유지하는 과정이다.
그런 다음 상기 진공용해로 내부의 전해철과 스테인리스모합금을 가열하여 용융하는 모합금용융단계(S300)가 진행된다.
상기 모합금용융단계(S300)가 진행됨에 따라 진공용해로 내부에서 전해철과 스테인리스모합금이 용해되면, 상기 진공용해로 내부에 질소가스를 주입하여 질소함량조정단계(S400)를 실시하게 된다.
상기 질소함량조정단계(S400)는 상기 진공용해로 내부로 질소가스를 주입하는 질소주입과정(S420)과, 상기 진공용해로 내부의 질소분압을 1기압으로 조정하는 압력조정과정(S440)을 포함하여 구성되며, 상기 질소함량조정단계(S400)가 완료되면 상기 진공용해로 내부에 용융된 용융합금에는 0.3~0.5중량%의 질소(N)가 함유된다.
이후 질소(N)가 함유된 용융합금(스테인리스모합금)을 교반하는 용융합금교반단계(S500)가 실시된다. 상기 용융합금교반단계(S500)는 용융된 스테인리스모합금 내부의 합금원소 편석을 제거하기 위한 과정이다.
상기 용융합금교반단계(S500)가 완료되면 상기 진공용해로 내부의 용융합금을 출탕하여 주괴를 형성하는 주괴형성단계(S600)가 진행된다. 이때 상기 주괴형성단계(S600)에서 출탕되는 용융합금의 온도는 1450℃ 가 바람직하다.
상기한 과정에 따라 제조된 주괴는 다수회 압연되어 압연판재로 성형되는 압연판재제조단계(S700)가 진행된다. 상기 압연판재제조단계(S700)는 크게 열처리과정(S720)과, 압연과정(S740)으로 구분되며, 상기 압연과정(S740)은 12~15회 반복 실시되고, 상기 열처리과정(S720)은 주괴의 온도가 일정 온도 이하로 내려갈 때 선택적으로 실시된다.
보다 상세하게는 상기 열처리과정(S720)은 주괴를 아르곤 가스 분위기하에서 1,200℃이상 1,300℃ 이하로 2시간동안 가열하는 과정이며, 상기 압연과정(S740)은 열처리과정(S720)에 따라 가열된 주괴를 초기 5% 에서 최대 40%의 압하율로 다수회 압연하여 4㎜ 두께의 압연판재가 완성되는 과정이다.
그리고, 상기 열처리과정(S720)은 압연과정(S740)이 진행되는 중에 압연되어 나온 주괴의 온도가 950℃ 미만으로 낮아지는 경우 실시된다. 이것은 주괴의 압연이 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
이후 상기 압연판재제조단계(S700)에서 형성된 압연판재가 오스테나이트 기지 조직을 갖도록 균질화 열처리하는 균질화처리단계(S800)가 진행된다. 상기 균질화처리단계(S800)는 도 5에 도시된 바와 같이 압연판재를 1,000℃ 내지 1,150℃ 범위 내에서 가열하는 과정이다.
마지막으로 상기 균질화처리가 완료된 압연판재를 수냉하는 판재냉각단계(S900)가 실시되어 본 발명에 의한 변태유기소성을 이용한 스테인리스압연판재의 제조가 완료되며, 이렇게 제조된 압연판재는 도 7과 같이 100% 오스테나이트 단상의 기지조직을 확보하였다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 니켈(Ni)의 함량이 극소화되도록 하고 질소(N) 와 망간(Mn)을 적극 활용하여 100% 오스테나이트 기지 조직을 가지게 된다.
그리고, 변태유기소성을 이용하여 질소 첨가에 따른 연성 저하가 방지되도록 함과 동시에 가압유도용해법을 이용하지 않고 상압(질소가스 1기압) 용해만으로 0.3~0.5중량%의 질소를 함유하도록 하였다.
따라서, 고강도, 고연성 및 고가공성을 가지는 스테인리스 압연판재의 제조가 가능한 이점이 있다.
또한, 제조원가가 감소하게 되어 경제성이 향상되며, 환경 오염 방지에 이바지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 전해철 및 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 질소(N) 중 하나 이상이 포함된 다수 스테인리스 모합금을 용융한 후 질소를 주입하여 제조된 주괴를 가공열처리(열간압연 및 균질화열처리) 후 인장변형 시 발생하는 변태유기소성을 이용한 스테인리스 압연판재에 있어서,
    상기 스테인리스 압연판재는 중량%로 0 초과 0.03% 이하의 탄소(C)와, 2.0 % 이하의 니켈(Ni)과, 13~18%의 크롬(Cr)과, 10~20%의 망간(Mn)과, 0.3~0.5%의 질소(N)가 포함되고, 잔부(殘部) 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스테인리스모합금은,
    Fe-50중량%Mn와, Fe-60중량%Cr와, Fe-58.8중량%Cr-6.6중량%N를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스테인리스 압연판재는,
    409MPa 내지 443MPa의 항복강도를 가지는 것을 특징으로 하는 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스테인리스 압연판재는,
    873MPa 내지 954MPa의 인장강도를 가지는 것을 특징으로 하는 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스테인리스 압연판재는,
    71.8 내지 78.7%의 연신율을 가지는 것을 특징으로 하는 변태유기소성을 이용한 고강도·고연성 스테인리스 압연판재.
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