KR100986844B1

KR100986844B1 - 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법

Info

Publication number: KR100986844B1
Application number: KR1020020080223A
Authority: KR
Inventors: 유도열; 김봉운
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2010-10-08
Also published as: KR20040052352A

Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로서, 중량 %로 C;0 초과 0.01% 이하, Si: 0초과 1.0% 이하, Mn:0 초과 1% 이하, P: 0초과 0.035% 이하, S: 0초과 0.03% 이하, Cr:16 ~ 20%, Mo:1 ~ 2%, N: 0초과 0.01% 이하, Cu: 0초과 0.1% 이하, Al: 0초과 0.1% 이하, Ti: 0초과 0.3% 이하, Nb:0초과 0.6% 이하, 나머지는 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 하기 식 1과 식 2,

C+N : 0초과 0.017% 이하 ‥‥‥‥ (1)

10 ≤Nb/(C+N)+2Ti/(C+N) ≤70 ‥‥‥‥ (2)를 만족하는 페라이트계 스테인리스 용강을 준비하는 단계와, 상기 용강으로 슬라브를 제조한 후 등축정율이 30%이상인 슬라브를 이용하여 1200℃ ~ 1250℃의 가열온도와 900℃~930℃의 마무리 압연온도에서 열간압연한 후, 이어서 상기 열연강판을 산세처리하는 단계와, 산세처리된 열연강판을 70%~83%의 냉간압하율로 냉간압연하여 형성된 냉연강판을 1000~1100℃의 판온도에서 5~15초 동안 소둔처리하는 단계로 이루어진 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하여 제조원가를 절감시키고 또한 성형성이 우수한 STS436L 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.

내리징성, 성형성, 연신율, 랭스포드값

Description

성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법{Method for manufacturing the ferritic stainless steel having the good formability}

도 1은 발명재와 비교재의 성분 및 제조조건을 비교하여 나타낸 표;

도 2는 열연후 STS436L 강의 소둔재 및 무소둔재의 냉간압하율에 따른 랭스포드 평균값(Average-r값)의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 내식성이 우수하면서 성형성이 우수한 STS436L 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, STS436L 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 우수하므로 롤(Roll) 타입으로 제조되어 자동차 배기관의 머플러(muffler) 용도로 사용되고 있다. 최근에 이러한 스테인리스강은 스템핑(stamping) 타입으로 성형되어 머플러의 제조에 사용되고 있다.

그러나, 이러한 STS436L 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 양호한 반면에 성형성이 불량하므로, 스템핑 성형시 파단이 자주 발생되는 문제점이 발생하고 있다. 즉, 스템핑 타입의 소재에서 요구되는 고성형성을 STS436L 페라이트계 스테인리스강은 구비하고 있지 않는다.

본 발명은 상술된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 내식성이 우수하면서도 연신율 및 리징(ridge)에 대한 내성(이하, '내리징성'이라 함)이 우수하여 성형성이 양호한 STS436L 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량 %로 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,
중량 %로 C;0 초과 0.01% 이하, Si: 0초과 1.0% 이하, Mn:0 초과 1% 이하, P: 0초과 0.035% 이하, S: 0초과 0.03% 이하, Cr:16 ~ 20%, Mo:1 ~ 2%, N: 0초과 0.01% 이하, Cu: 0초과 0.1% 이하, Al: 0초과 0.1% 이하, Ti: 0초과 0.3% 이하, Nb:0초과 0.6% 이하, 나머지는 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 하기 식 1과 식 2,
C+N : 0초과 0.017% 이하 ‥‥‥‥ (1)
10 ≤Nb/(C+N)+2Ti/(C+N) ≤70 ‥‥‥‥ (2)를 만족하는 페라이트계 스테인리스 용강을 준비하는 단계와,
상기 용강으로 슬라브를 제조한 후 등축정율이 30%이상인 슬라브를 이용하여 1200℃ ~ 1250℃의 가열온도와 900℃~930℃의 마무리 압연온도에서 열간압연한 후, 이어서 상기 열연강판을 산세처리하는 단계와,
산세처리된 열연강판을 70%~83%의 냉간압하율로 냉간압연하여 형성된 냉연강판을 1000~1100℃의 판온도에서 5~15초 동안 소둔처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명자들은 STS436L 페라이트계 스테인리스강의 성형성 문제점을 개선하기 위해 실험을 행하고, 그 결과를 근거로 하여 본 발명에 따른 제조방법을 제안하게 되었다.

즉, 본 발명에 따르면, STS439L 페라이트계 스테인리스강은 화학성분을 일정범위 내로 제어하고, 일정한 등축정율이 확보된 슬라브를 열간압연한 후 열연소둔을 생략한 상태에서 산세처리하고, 일정한 냉간압하율로 냉간압연을 행하고, 일정온도 이상에서 냉연판을 소둔처리하여 평면소성이방성을 나타내는 랭스포드값(r값; lankford value)과, 연신율과, 내리징성이 개선되도록 제작되었다.

먼저, 본 발명에 따른 제조방법에 사용되는 STS436L 페라이트계 스테인리스 용강은 중량 %로 C;0 초과 0.01% 이하, Si: 0초과 1.0% 이하, Mn:0 초과 1% 이하, P: 0초과 0.035% 이하, S: 0초과 0.03% 이하, Cr:16 ~ 20%, Mo:1 ~ 2%, N: 0초과 0.01% 이하, Cu: 0초과 0.1% 이하, Al: 0초과 0.1% 이하, Ti: 0초과 0.3% 이하, Nb:0초과 0.6% 이하, 나머지는 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 하기 식 1과 식 2를 만족한다.

C+N : 0초과 0.017% 이하 ‥‥‥‥ (1)

10 ≤Nb/(C+N)+2Ti/(C+N) ≤70 ‥‥‥‥ (2).

이와 같은 페라이트계 스테인리스 용강의 조성범위의 한정이유는 다음과 같다.
하기 조성범위 한정이유에서 상한치가 본 발명의 핵심이며 주로 상한치의 제어이유를 중심으로 설명이 되었으나, 그 하한치는 성분강의 특성상 0이 되기는 어려우므로 그 값은 0을 항상 초과하는 것으로 한다.

C 및 N는 Ti 및 Nb와 결합하여 Ti, Nb 탄질화물을 형성시키는 원소로 C, N 함량이 높아지면 미결합된 고용 C, N 함량이 높아져서 스테인리스강의 강도가 높아지고 또한 연신율이 저하된다. 따라서, C의 경우는 0.01% 이하, N은 0.01% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

한편, C+N 함량이 0.017%를 초과하면 r값 및 연신율이 저하되기 때문에 C+N 함량은 0.017% 이하로 한정한다.

Si는 페라이트 형성원소로 함량 증가시 페라이트 상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 1.0%를 초과하여 첨가하면 페라이트계 스테인리스강의 경도, 항복강도, 인장강도를 증가시키고 또한 연신율을 저하시키므로 연신율을 개선시키기 위하여 Si의 함량은 1.0% 이하로 한정한다.

Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 1.0% 이하로 한정한다.

P 및 S는 MnS등 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋다. 따라서, P는 0.035% 이하, S는 0.03% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Cr은 함량이 16% 미만으로 너무 낮으면 페라이트계 스테인리스강의 내식성이 저하하는 반면에 함량이 높아지면 내식성은 향상된다. 그러나, Cr 함량이 20%를 초과하면 페라이트계 스테인리스강의 강도가 증가하여 연신율이 저하하므로 성형성이 저하하게 된다. 따라서, Cr 함량은 16%~20%로 한정하는 것이 바람직하다.

Mo는 Cr과 마찬가지로 페라이트계 스테인리스강의 내식성을 향상시키기 위하여 첨가된다. Mo 함량이 1% 미만이면 내식성 효과가 없고 2%를 초과하면 페라이트계 스테인리스강의 강도를 높여 성형성을 저하시킨다. 따라서, 내식성과 성형성을 고려하여 Mo 함량은 1%~2%로 한정하는 것이 바람직하다.

Al은 탈산제로 첨가되는 원소이지만 많이 첨가하면 표면결함을 발생시킨다. 따라서, 표면결함 발생을 방지하기 위하여 Al 함량은 0.1% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Cu는 감마상 생성원소로 많이 첨가하면 합금철 투입량 증가에 의한 제조원가 상승을 유발하고, 열간가공성이 저하하여 열간압연시 표면결함을 유발하기 때문에 Cu는 0.1% 이하로 한정한다.

Ti는 안정화원소로 첨가되어 C와 N을 탄질화물 형태로 고정하여 내입계 부식성을 개선한다. 그러나, Ti 함량이 너무 높아지면 스테인리스강의 연신율과 성형성을 저하시키므로, 0.3% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Nb도 Ti와 동일하게 안정화원소로 첨가되며, Nb 함량이 너무 높아지면 스테인리스강의 연신율 및 성형성이 저하되기 때문에 0.6% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

한편, Ti와 Nb의 첨가량이 너무 낮으면 용접부에 입계부식이 발생되는 반면에 너무 높아지면 스테인리스강의 연신율 및 성형성을 저하시킨다. 따라서, Ti와 Nb의 첨가비는 C와 N의 첨가량을 고려하여 하기 식을 만족하도록 첨가된다.

10 ≤[Nb/(C+N) + 2Ti/(C+N)] ≤70 로 한정한다.

상술된 조성으로 이루어진 페라이트계 스테인리스 용강은 연주공정을 통해서 30% 이상의 등축정율을 갖는 슬라브로 제작된다. 이러한 슬라브는 가열온도 1200℃ 이상, 마무리 압연온도 900℃ 이상의 조건 하에서 열간압연된다.

이 후에, 열연소둔공정을 거치지 않고 산세처리된 후에 70% 이상의 냉간압하율로 냉간압연된다. 냉연판은 1000~1100℃ 정도의 판온도를 기준으로 하여 5~15초 동안 냉연소둔된다. 그 결과, r값 및 연신율이 높고, 리징 높이가 낮아 성형성 불량이 발생되지 않는 열연소둔 생략형 STS436L 페라이트계 스테인리스강을 제조하게 된다.

이와 같은 페라이트계 스테인리스강의 제조조건에 있어서 한정이유는 다음과 같다.

먼저, 연주공정을 통해 제작된 슬라브에서 등축정율이 30% 미만으로 낮아지면 슬라브내 주상정 조직이 열간압연이 행해진 후 열연소둔없이 실시되는 냉간압연 및 냉연소둔후에도 잔류하며 그 결과 페라이트계 스테인리스강의 내리징성이 나빠진다. 따라서, 본 발명의 효과를 얻기 위하여는 연주공정에서 제조된 슬라브에서 등축정율이 30% 이상인 강을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

열간압연공정에서, 슬라브 가열온도가 1200℃ 미만, 마무리 압연온도가 900℃ 미만으로 되면 열간압연시 재결정이 일어나지 않아 후속 공정에서 열연 무소둔 후 냉간압연 및 냉간소둔하면 리징성에 나쁜 두께 방향의 중심부에 밴드(band) 조직이 많이 잔류하게 된다. 따라서, 열간압연시 재결정 조직을 확보하기 위해 1200℃ 이상의 슬라브 가열온도와 900℃ 이상의 마무리 압연온도로 이루어진 조건을 유지하는 것이 바람직하다. 그리고 이때 슬라브 가열온도에 대하여 도 1에서는 1250℃ 가 본 발명에로서 제기되어있다.

열간압연 후에 열연소둔을 생략하고 산세하여 냉간압연을 실시하는 경우에 냉간압하율이 70% 미만으로 낮아지면 두께 방향 1/4t 지점에서의 주상정 조직이 잘 파괴되지 않게 된다. 따라서, 냉간압연 시 내부 주상정 조직의 파괴와 재결정을 촉진시켜 성형성에 유리한 집합조직을 얻기 위해서 냉간압하율은 70% 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 도 1의 본 발명예에서는 냉간압하율을 83%로 한 것도 나와 있다.

냉연소둔공정에서, 온도조건이 1000℃ 미만으로 되면 소둔 재결정이 불충분하게 되고 1100℃를 초과하면 결정립이 너무 조대화되어 연신율이 저하되고 또한, 소둔시 코일 장력에 의한 판파단이 우려된다. 따라서, 냉연소둔온도는 1000℃~1100℃ 로 한정하는 것이 바람직하다.

상술된 냉연소둔 온도조건에서, 냉연소둔시간이 너무 짧으면 재결정 집합조직이 발달하지 않게 된다. 냉연소둔시간이 너무 길어지면 소둔온도가 1100℃ 이상인 경우와 마찬가지로 결정립이 조대화되어 연신율이 저하되고, 소둔시 코일의 판파단이 우려된다. 따라서, 냉연소둔시간은 1000℃~1100℃의 냉연소둔 온도 조건하에서 5~15초로 유지하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 도 1의 표에 나타난 바와 같이 조성되는 성분을 30kg 용량의 진공유도로에서 용해하여 형성되는 페라이트계 스테인리스 용강으로 가로와 세로가 110mm ×110mm인 주괴를 제조하였다. 제조된 주괴를 1250℃와 1180℃에서 150분간 가열하고, 920℃와 800℃의 온도에서 열연사상압연하여 두께가 3mm, 2.5mm, 2.0mm, 1.5mm 및 1.0mm인 열연강판을 제조하였다. 이 후에, 열연강판을 1050℃의 온도에서 열연소둔을 실시한 시편과 열연소둔을 생략한 시편을 제조하였다. 그리고, 상기 시편들을 산세처리한 후에 83%, 76%, 70%, 60% 및 40%의 냉간압하율로 냉간압연하여 최종적으로 0.6mm의 두께를 갖는 냉연강판을 제작하였다.

도 1에서, *는 하기 식,

10 ≤[Nb/(C+N) + 2Ti/(C+N)] ≤70을 의미한다.

한편, 냉연소둔처리는 900℃, 1050℃ 및 1150℃의 소둔온도에서 10초, 20초 및 25초의 소둔시간동안 박스 열처리로에서 실시되었다. 냉연소둔처리 후에 산세하였고, 산세후 시편규격 JIS13B로 압연방향과 평행한 방향으로 시편을 가공하여 인장시험하였다. 압연방향에 대해 0°, 45°및 90°의 방향으로 시편을 15% 정도 인장하여 r값을 구하고, 압연방향과 평행하게 JIS5로 시편을 가공하여 15% 인장한 후 표면조도기로 최대 리징 높이를 측정하였다.

이때, 각 시편의 화학조성 및 열간압연 및 열연 및 냉연 소둔조건과 연신율, 랭스포드 평균값(Average-r값) 및 리징 높이 측정 결과를 도 1에 표로 나타내었다.

도 2는 STS436L강의 열연소둔재 및 열연무소둔재를 사용하여 냉간압하율 변 화에 따른 랭스포드 평균값(Average-r값)의 변화를 나타낸 그래프로서, 냉간압하율이 높아지면 랭스포드 평균값(Average-r값)이 직선적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 도 1과 도 2의 결과를 종합하면, C+N 함량이 0.017% 이하이고, 10 ≤[Nb/(C+N) + 2Ti/(C+N)] ≤70을 만족하는 화학조성을 갖고, 또한 30% 이상의 등축정율을 만족시키는 슬라브를 1200℃ 이상의 가열온도와 900℃ 이상의 마무리 압연온도에서 열간압연하고, 열연소둔을 생략한 시편을 70% 이상의 냉간압하율로 냉간압연하고, 이 후에 냉간압연시편 1050℃의 냉연소둔온도에서 10초의 소둔시간동안 냉연소둔처리한 발명재(A, B, C, D, E, F, G)는 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조조건을 만족하지 못하는 비교재에 비하여 연신율, 랭스포드 평균값(Average-r값) 및 내리징성이 우수함을 알 수 있었다.

즉, 비교재는 1180℃의 가열온도와 800℃의 마무리 압연온도에서 열간압연한 시편(H)과, 냉간압하율이 70% 이하인 시편(I, J)과, 열연소둔을 실시한 시편(K ~ O, V ~ X)과, 슬라브 등축정율이 20% 이하인 시편(P, Q)과, 냉연소둔시간이 5초 이하인 (R, S)과, 냉연소둔시간이 15초 이상인 시편(T, U)와, 냉연소둔온도가 950℃로 낮아 소둔시 재결정이 완전하게 일어나지 않은 시편(Y)과, 소둔온도가 너무 높은 시편(Z)으로 구성되며, 이러한 비교재는 결정립이 조대화되어 연신율, 랭스포드 평균값(Average-r값) 및 내리징성이 저하되었다.

이러한 결과는 발명재의 경우 열연소둔공정을 생략함으로써 열간압연으로 생긴 내부 변형축적에너지와 냉간압연으로 생긴 내부 변형축적에너지가 더해져 냉연 소둔시 성형성에 유리한 (211)면 집합조직을 우선적으로 성장시키고, 성형성에 불리한 (100)면 집합조직의 성장을 억제하여 랭스포드 평균값(Average-r값)이 1.5이상으로서 비교재보다 높게 나타났다.

그리고, 슬라브에서 30% 이상의 등축정율이 확보되면, 판 두께 중심부에 리징을 생성시키는 열간압연방향과 평행한 <110> 방위의 중심부 밴드집합조직 생성이 억제되어 내리징성이 개선되었다.

본 발명에 따르면, 열연소둔공정을 생략함으로써 제조원가를 절감시키고 또한 성형성이 우수한 STS436L 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims

페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,

중량 %로 C;0 초과 0.01% 이하, Si: 0초과 1.0% 이하, Mn:0 초과 1% 이하, P: 0초과 0.035% 이하, S: 0초과 0.03% 이하, Cr:16 ~ 20%, Mo:1 ~ 2%, N: 0초과 0.01% 이하, Cu: 0초과 0.1% 이하, Al: 0초과 0.1% 이하, Ti: 0초과 0.3% 이하, Nb:0초과 0.6% 이하, 나머지는 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 하기 식 1과 식 2,

C+N : 0초과 0.017% 이하 ‥‥‥‥ (1)

10 ≤Nb/(C+N)+2Ti/(C+N) ≤70 ‥‥‥‥ (2)를 만족하는 페라이트계 스테인리스 용강을 준비하는 단계와,

상기 용강으로 슬라브를 제조한 후 등축정율이 30%이상인 슬라브를 이용하여 1200℃ ~ 1250℃의 가열온도와 900℃~930℃의 마무리 압연온도에서 열간압연한 후, 이어서 상기 열연강판을 산세처리하는 단계와,

산세처리된 열연강판을 70%~83%의 냉간압하율로 냉간압연하여 형성된 냉연강판을 1000~1100℃의 판온도에서 5~15초 동안 소둔처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.