KR101092166B1 - 내식성 및 ｔｉｇ 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

내식성 및 ｔｉｇ 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

자동차 배기계 콜드존(cold zone)의 각종 파이프 및 머플러용으로 주로 사용되고, 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강과 그 제조방법이 제공된다.
이 스테인리스강은 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N 및 Ti는 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%의 관계를 만족한다.
본 발명에 따르면 AOD 또는 VOD 단독 정련공정을 행하여 제조원가를 낮추면서도 내식성, TIG 용접부의 충격특성이 우수하고 표면결함의 발생이 적은 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
스테인리스강, TIG 용접부 충격특성, ASTM 결정입도 번호, 내식성, Ca

Description

내식성 및 ＴＩＧ 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{Ferritic stainless steel having excellent corrosion resistance and impact property of TIG welding part and the method for manufacturing the same}
본 발명은 자동차 배기계 콜드존(cold zone)의 각종 파이프 및 머플러용으로 주로 사용되는 강판에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입계부식 방지를 위한 안정화원소들을 적절히 제어하여 우수한 내식성을 확보함과 동시에 Ca 원소 등을 적절히 첨가하여 TIG(Tungsen Inert Gas) 용접부의 충격특성을 개선함에 따라 AOD 또는 VOD 단독 정련공정이 가능하여 제조원가를 낮출 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 페라이트계 스테인리스강에서는 내식성, 내입계부식성 및 TIG 용접부의 충격특성을 향상시키기 위하여 C, N 함량을 낮게 관리하고 있으며, 이를 위해 제강단계에서 AOD 정련한 후 다시 VOD 정련공정을 거치는데, 이는 제조원가의 상승을 초래한다.
또한, AOD 정련공정만을 경유하는 경우에는 C, N의 함량이 높으므로 이에 따른 입계부식 방지를 위해서는 고용 C, N의 형성원소로서 Ti 함량을 다량 첨가해야한다. 그러나, Ti 함량을 높게 첨가하면 Ti 산화물의 생성량이 증가함에 따라 제강성 Ti 개재물이 증가하여 코일의 표면결함이 다량 발생하므로 정상 제품의 생산이 어려울 수 있다.
또한, C, N 함량 및 Ti 함량이 높아지면 TIG 용접한 파이프의 용접부 저온 충격특성이 저하되는데, 이로 인해 자동차 배기계 부품생산시 파이프 확관률이 열위해짐에 따라 파단이 자주 발생하여 기온이 낮은 경우 배기계 엔드 파이프(end pipe)등과 같이 TIG 용접(Tungsen Inert Gas Welding)후 파이프를 확관하는 경우등에 있어서 파단불량이 자주 발생되는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래기술로는 일본 공개특허공보 제2006-063380호, 제2005-200746호 등이 있다.
상기 종래기술들 중 일본 공개특허공보 제2006-063380호는 고 Al 첨가강으로서, 중량%로, C: 0.025%이하, N: 0.025%이하, C+N: 0.03%이하, Cr: 12∼30%, Al: 2.5∼8%, Nb: 0.3∼0.7%, 그리고 Ti: 0.02∼0.2%, Zr: 0.02∼0.2% 중 1종 이상을 함유하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 금속조직이 미재결정 조직인 것을 특징으로하는 고내식·고내충격특성을 갖는 고Al 함유 페라이트계 스테인리스강판을 제시하고 있다.
또한, 상기 일본 공개특허공보 제2005-200746호는 C: 0.001∼0.02%, N: 0.001∼0.02%, C+N: 0.002∼0.03%, Si: 0.03∼0.5%, Mn: 0.05∼0.5%, Cu: 0.1∼0.8%, Cr: 11∼15% 미만, Nb: 0.2∼0.5%, Ti: 0.02∼0.3%, Al: 0∼0.2%, Ni: 0∼1%, B: 0∼0.005%로, 그리고 Mo 0.1~3.2%, W: 0.1~4.5% 중 1종 이상을 2.0≤1.4Mo+W≤4.5를 만족하는 범위에서 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 우수한 고온강도, 열피로특성, 내산화성 및 가공성을 갖는 자동차 배기계 부재용 페라이트계 스테인리스강을 제시하고 있다.
그러나, 상기 종래기술들에서는 내식성과 동시에 TIG 용접부의 충격특성을 향상시킬 수 있는 방법에 대하여는 성분 및 제조조건을 한정하고 있지 않아 고내식 및 고성형성을 요구하는 파이프 확관용으로 사용되는 경우 냉연제품의 재질을 만족시킬 수 없는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 자동차 배기계의 엔드 파트용 각종 파이프 및 머플러용으로 사용되는 17~18%Cr 439강의 경우 배기계용으로 사용하기 위하여 티그(TIG) 파이프 조관 후 파이프 확관을 행하는데, 겨울에 주위기온이 떨어지면 파단이 발생하기 쉬워 파이프 확관성이 떨어지는 문제가 많이 발생되고 있다.
또한, 용접후 600℃ 이하에서 장시간 사용하는 경우 안정화원소인 Ti, Nb 첨 가량이 낮은 경우에는 입계부식이 발생되고, 진공 탈탄 공정인 VOD에서 Ti 단독 첨가강을 생산하는 경우 Ti 산화물에 의한 제강성 스캡(Scab) 결함과 제품 표면에 제강성 개재물에 의한 표면결함 발생율이 높아 제품실수율이 저하되는 문제가 발생되고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 입계부식 방지를 위한 안정화 원소의 관계식을 제어하여 C, N, Ti 및 Nb의 함량을 최적으로 조절함으로써 우수한 표면품질과 내식성을 확보하고 Ca 등의 원소를 첨가하여 TIG 용접부의 충격특성을 개선함에 따라, AOD 또는 VOD 단독 정련공정이 가능하여 제조원가를 낮출 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N 및 Ti는 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 Ti 단독 첨가 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, Nb: 0% 초과 0.4% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N, Ti 및 Nb는 Ti% + (1/2)Nb% ≥ 0.17 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 Ti+Nb 복합첨가 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
또한, 본 발명에서 상기 Ti 단독 첨가 스테인리스강은 하기 식(1), 상기 Ti+Nb 복합 첨가 스테인리스강의 경우에는 하기 식(2)에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하는 것을 특징으로 한다.
ASTM 결정입도 번호 = 9.07 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (1)
ASTM 결정입도 번호 = 9.1 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (2)
또한, 본 발명은 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N 및 Ti는 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 강 슬라브를 1230~1280℃의 온도로 재가열하고, 740~850℃에서 열간 마무리압연을 종료한 다음, 950~1060℃의 온도범위에서 열연소둔하고, 냉간압하율 50% 이상으로 냉간압연한 후 950~1060℃의 온도범위에서 냉연소둔하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 Ti 단독 첨가 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, Nb: 0% 초과 0.4% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N, Ti 및 Nb는 Ti% + (1/2)Nb% ≥ 0.17 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 강 슬라브를 1230~1280℃의 온도로 재가열하고, 740~850℃에서 열간 마무리압연을 종료한 다음, 950~1060℃의 온도범위에서 열연소둔하고, 냉간압하율 50% 이상으로 냉간압연한 후 950~1060℃의 온도범위에서 냉연소둔하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 Ti+Nb 복합첨가 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에서 상기 냉간압하율과 냉연소둔온도는 상기 Ti 단독 첨가강인 경우에는 상기 식(1), 상기 Ti+Nb 복합 첨가강의 경우에는 상기 식(2)에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하도록 제어되는 것을 특징으 로 한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 고내식, 고성형 특성을 요구하는 자동차 배기계의 엔드파트용 또는 머플러용 페라이트계 스테인리스강을 AOD 또는 VOD 단독 정련공정으로 제조하는 경우, Ti계 개재물에 의한 표면결함과 C, N 및 Ti 다량 함유에 의한 내식성 및 TIG 용접부의 저온 충격특성이 저하되어 배기계 부품 생산시 파단이 발생하는 문제를 해결하기 위한 방안을 연구하던 중, 입계부식 방지를 위한 최적의 안정화 원소 관계식을 도출하였고, 이 관계식을 이용하여 C, N, Ti 및 Nb의 함량을 최적으로 관리함으로써 우수한 표면품질과 내식성을 확보할 수 있고, Ca 등의 원소를 첨가함에 따라 TIG 용접부의 저온 충격특성이 개선될 수 있다는 것을 규명하였다.
따라서, 본 발명에서는 AOD 또는 VOD 단독 정련공정을 행하여 제조원가를 낮추면서도 내식성, TIG 용접부의 충격특성이 우수하고 표면결함의 발생이 적은 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 연신율을 향상시키기 위한 냉연소둔판의 ASTM 결정입도 계산식을 도출하고, 이를 이용하여 냉간압하율 및 냉간소둔온도를 적절히 제어함으로써 우수한 연신율을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있는 것이다.
먼저, 본 발명의 강성분의 조성범위를 설명한다.
C, N: 0% 초과 0.02% 이하가 바람직하다.
상기 C 및 N는 Ti,Nb(C, N) 탄질화물 형성원소로서 강중에 침입형으로 존재하며, C, N 함량이 0.02%를 초과하는 경우 Ti,Nb(C,N) 탄질화물로 형성되지 않는 고용 C, N에 의해 소재의 연신율 및 저온충격특성을 저하시킬 수 있고, 용접 후 600℃ 이하에서 장시간 사용하는 경우에는 Cr23C6 탄화물이 생성되어 입계부식이 발생되기 때문에 상기 C 및 N의 함량은 0% 초과 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Si: 0% 초과 0.5% 이하가 바람직하다.
상기 Si은 페라이트상 형성원소로서 함량 증가시 페라이트상의 안정성이 높아지고 내산화성이 향상되나 0.5%을 초과하게 되면 제강성 Si 개재물 증가로 표면결함이 발생하기 쉽고, 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 가공성에 불리하므로 상기 Si의 함량은 0% 초과 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn: 0% 초과 0.5% 이하가 바람직하다.
상기 Mn은 0.5%를 초과하는 경우 MnS를 용출하여 내식성을 저하시킬 수 있기 때문에 상기 Mn의 함량은 0% 초과 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하가 바람직하다.
상기 P 및 S는 MnS등의 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋다. 따라서, 상기 P의 함량은 0% 초과 0.035% 이하, 상기 S의 함량은 0% 초과 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr: 16% 이상 19% 이하가 바람직하다.
상기 Cr의 함량이 16% 미만인 경우 내식성이 저하될 수 있고, 반면 19%를 초과하는 경우에는 내식성은 향상되나 강도가 높고 연신율 및 충격특성이 저하될 수 있기 때문에 상기 Cr의 함량은 16% 이상 19% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Mo: 0% 초과 0.2% 이하가 바람직하다.
상기 Mo의 함량이 0% 초과 0.2%를 초과하는 경우 내식성은 현저하게 향상되지만 고가인 Mo의 다량 첨가에 의해 소재의 제조원가가 높아지고, 강도를 높여 연신율이 저하되어 가공성이 열화되는 문제점이 있다. 따라서, 내식성 및 가공성을 고려하여 상기 Mo의 함량을 0% 초과 0.2% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Cu: 0% 초과 0.4% 이하가 바람직하다.
상기 Cu는 감마(γ)상 생성원소로서 0.4%를 초과하여 첨가하면 γ상이 증가하므로 열간압연 후 코일을 공냉하면 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도가 증가함에 따라 연신율의 저하를 가져오므로 상기 Cu의 함량을 0% 초과 0.4% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Al: 0% 초과 0.04% 이하가 바람직하다.
상기 Al은 탈산제로 첨가되는 원소로서, 0.04%를 초과하여 첨가하면 표면결함을 발생시킬 수 있기 때문에 상기 Al의 함량은 0% 초과 0.04% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Ni: 0% 초과 0.3% 이하가 바람직하다.
상기 Ni은 감마(γ)상 생성원소로서, 0.3%를 초과하여 첨가하면 γ상이 증가하므로 열간압연 후 코일을 공냉하면 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도가 증가함에 따라 연신율의 저하를 가져오므로 상기 Ni의 함량을 0% 초과 0.3% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하가 바람직하다.
상기 C+N 함량이 0.03%를 초과하는 경우 Ti 함량을 높게 첨가함에 따라 제강성 개재물 증가로 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고, 또한 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제가 있으며, 고용 C, N 증가에 의한 연신율 및 충격특성이 저하될 수 있기 때문에 상기 C+N 함량을 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하며, 상기 C+N 함량을 0.017% 이상 0.03% 이하로 제한하는 것이 더 바람직하다.
Ti: 0% 초과 0.3% 이하, Nb: 0% 초과 0.4% 이하가 바람직하다.
본 발명에서 표면결함, 내식성 및 용접부의 저온충격특성 개선 측면에서 중요한 원소로서, Ti 단독 또는 Ti+Nb 복합 첨가할 수 있다. 상기 Ti의 함량이 0.3%를 초과하는 경우 제강성 개재물이 증가하여 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고 또한 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제가 있다. 또한, 상기 Ti+Nb 첨가량이 너무 많아지면 고용 Ti, Nb 함량 증가로 연신율 및 저온충격특성이 저하될 수 있으므로, 상기 Ti의 함량은 0% 초과 0.3% 이하, Nb의 함량은 0% 초과 0.4%로 제한하는 것이 바람직하다.
Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하 중 1종 또는 2종 이상 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 TIG 용접부의 충격특성 개선 측면에서 중요한 원소로서, 상기 Ca, Mg, Zr 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하면 TIG 용접시 열영향부의 결정입도를 미세화시켜 충격천이온도(DBTT) 온도를 낮추므로 겨울과 같은 낮은 온도에서 TIG 용접 파이프의 확관성을 높일 수 있다. 그러나 다량 첨가하는 경우 Ca, Mg, Zr 산화성 개재물의 생성량 증가로 내식성이 저하되는 문제점이 발생되기 때문에 각 원소의 첨가량은 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 C, N 및 Ti는 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%의 관계식(1)을 만족하는 것이 바 람직하다.
본 발명에서 Ti을 단독 첨가하는 경우 적용되는 관계식으로서, 상기 C+N 함량 대비 Ti 첨가량이 너무 낮아 Ti/(C+N)비가 낮아지면 입계부식이 발생하여 내식성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 관계식은 Ti 다량 첨가에 따른 표면결함의 문제를 해결하고, C, N, Ti의 함량이 많을 경우 TIG 용접부의 저온 충격특성이 저하되어 배기계 부품 생산시 파단의 발생을 억제할 수 있는 최적의 관계식으로서 상기 관계식을 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 C, N, Ti 및 Nb는 Ti% + (1/2)Nb% ≥ 0.17 + 4(C+N)%의 관계식(2)를 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 Ti+Nb을 복합 첨가하는 경우 적용되는 관계식으로서, 상기 C+N 함량 대비 Ti+Nb 첨가량이 너무 낮아 (Ti+(1/2)Nb)/(C+N)비가 낮아지면 입계부식이 발생하여 내식성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으므로, 상기 관계식을 Ti% + (1/2)Nb% ≥ 0.17 + 4(C+N)%로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 도 1을 참고하여 상기 관계식(1) 및 (2)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 도 1은 용접부 입계부식시험(U-bending Test) 결과 균열발생 경향을 나타낸 그래프로서, 이 결과로부터 입계부식방지를 위한 (C+N)% 함량에 따른 최소 Ti% 및 (Ti+(1/2)Nb)% 첨가량을 도출한 그림을 나타낸 것이다.
상기 도 1에 나타난 바와 같이, Ti 단독첨가강의 경우 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)% 이상으로 첨가하면 입계부식이 발생하지 않음을 알 수 있다. 또한, Ti+Nb 복합첨가강의 경우에는 (Ti+(1/2)Nb)% ≥0.17 + 4(C+N)% 이상으로 첨가하면 입계부식이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
상기 스테인리스강의 냉연소둔판은 Ti 단독 첨가강인 경우 하기 식(1) 그리고 Ti+Nb 복합 첨가강인 경우 식(2) 에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하는 것하는 것이 바람직하다.
ASTM 결정입도 번호 = 9.07 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (1)
ASTM 결정입도 번호 = 9.1 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (2)
본 발명에서는 상기 ASTM 결정입도 계산식 값이 6.0~8.0 범위가 되도록 냉간압하율과 냉연소둔온도를 제어하여 소둔하는 것으로서, 상기 ASTM 결정입도 번호가 6 미만이거나 8을 초과하는 경우 연신율이 저하될 수 있으므로, 연신율 개선 측면에서 상기 ASTM 결정입도 번호를 6~8로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성 된다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1230~1280℃의 온도로 재가열한다. 상기 재가열 온도가 높을수록 열연 조업중 재결정에 유리하지만 가열온도가 너무 높으면 표면결함이 다량 발생할 수 있으므로 상기 슬라브 재가열 온도는 1230~1280℃로 제한하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 재가열된 강 슬라브를 740~850℃에서 열간 마무리압연을 종료한 다음, 950~1060℃의 온도범위에서 열연소둔한다. 상기 열간 마무리압연온도는 낮을수록 열간압연중 변형축적에너지가 높아 소둔시 재결정에 도움을 주기 때문에 연신율 향상에 유리하지만 열간 마무리압연온도가 너무 낮아지면 압연롤과 소재가 붙어 발생하는 스티킹(Sticking) 결함이 생기기 때문에 상기 열간 마무리압연온도범위는 740~850℃로 제한하는 것이 바람직하다.
이어 상기 열연판을 냉간압하율 50% 이상으로 냉간압연한 후 950~1060℃의 온도범위에서 냉연소둔한다. 상기 냉간압하율이 너무 낮아지면 표면결함 제거 및 표면특성 확보가 어려울 수 있고, 반면 냉간압하율이 높아지면 r-bar값 상승으로 성형성 향상에 유리하기 때문에 상기 냉간압하율은 50% 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 연신율 개선 측면에서 상기 식(1) 또는 식(2)에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하도록 냉간압연시 상기 냉간압하율과 냉연소둔온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 AOD 또는 VOD 단독 정련공정을 행하여 제조원가를 낮추면서도 내식성, TIG 용접부의 충격특성이 우수하고 표면결함의 발생이 적은 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
하기 표 1 및 2와 같이 조성되는 발명강(1,2) 및 비교강(3~17)을 이용하여 50Kg 진공용해설비에서 용해하여 120mm 두께의 잉고트를 제조하였다. 이와같이 제조된 잉고트를 1250℃에서 가열하고, 800℃ 마무리 압연온도로 열간압연하여 5.0mmt 두께의 열연판을 제조한 다음 980℃에서 열연 소둔후 산세하여 1.5mmt 두께로 냉간압연 후 960℃~1055℃ 범위로 냉연소둔온도를 변화시켜 소둔 후 산세하였다.
이후, 인장시험 및 TIG 충격시험(TIG 용접조건: 속도 0.32mpm, 전류 90A, Ar back shielding (15l/m), 충격시편 형상(1.5㎜t×10㎜w×55㎜l0, 충격시편 규 격(ASTM 370) 및 시험온도 및 개수(온도: -20℃에서 20개))을 행하고, 이미지 분석장치(image analyzer)을 이용하여 냉연소둔판의 결정입도를 측정하였다.
그리고 냉연소둔판의 공식전위(3.5%NaCl 용액)는 KS D 0238방법으로 시험하여 V'c10에서의 값으로 5회 측정하여 평균값으로 나타내었다. 또한, 임계전류밀도값은 5%H2SO4 용액에서 측정하였으며, 용접부 입계부식시험을 위하여 TIG 용접한 시편과 동일한 시편조건을 얻기 위해 1350℃에서 1.5mmt 시편을 장입하여 유지시간 없이 용접과 비슷한 도달온도인 1350℃에 도달하면 급냉하여 표면연마하였다. 이후 입계부식시험은 Modified Strauss 시험법으로 시험용액은 CuSO4.H2O:100g+증류수:700cc+ H2SO4(95%):100ml에 증류수를 보충하여 총 1000cc 용액에 시험방법으로 시험편 크기(50×20mm), 시편 완전 침적하여 비등점에서 연속 24시간 침적 후 유-밴드 시험(U-band test)를 통해 크랙(Crack) 발생유무 (R =2t)를 조사하였다.
하기 표 3은 시편별 내식성(공식전위, 임계전류밀도, 입계부식), 충격에너지(-20℃에서 측정) 및 실측 ASTM 결정입도와 관계식(1) 및 (2)식을 이용한 ASTM 결정입도와 연신율값을 나타내었다.
No. 구분 Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al
1 발명강
 0.169 0.297 0.023 0.0008 0.111 17.12 0.02 0.041 0.02
2 0.338 0.185 0.021 0.0008 0.115 17.09 0.021 0.041 0.011
3 0.34 0.195 0.02 0.0008 0.12 17.19 0.02 0.041 0.011
4 0.33 0.211 0.022 0.0008 0.118 17.05 0.022 0.041 0.011
5 0.32 0.225 0.02 0.0008 0.11 17.14 0.023 0.041 0.011
6 비교강













 0.53 0.16 0.027 0.0012 0.18 17.21 0.01 0.01 0.003
7 0.51 0.18 0.022 0.0008 0.17 17.64 0.01 0.01 0.003
8 0.149 0.204 0.031 0.08 0.109 17.48 0.019 0.046 0.042
9 0.129 0.116 0.028 0.0008 0.108 16.95 0.019 0.009 0.069
10 0.158 0.188 0.035 0.0009 0.217 17.61 0.04 0.022 0.041
11 0.912 0.225 0.027 0.0008 0.109 17.54 0.019 0.04 0.056
12 0.174 0.208 0.026 0.0008 0.109 17.57 0.022 0.041 0.045
13 0.086 0.23 0.027 0.0008 0.114 17.56 0.022 0.041 0.051
14 0.124 0.123 0.029 0.0007 0.098 17.58 0.02 0.011 0.06
15 0.191 0.413 0.022 0.0018 0.12 17.4 0.01 0.052 0.032
16 0.146 0.183 0.022 0.0005 0.13 17.4 0.01 0.029 0.037
17 0.18 0.227 0.028 0.0005 0.109 17.51 0.109 0.09 0.07
18 0.123 0.121 0.026 0.0008 0.084 17.57 0.011 0.005 0.054
19 0.191 0.403 0.02 0.0018 0.1 17.4 0.01 0.012 0.032
20 0.338 0.185 0.021 0.0008 0.115 17.09 0.021 0.041 0.011
No. 구분 C N C+N Ti Nb 기타 관계식(1)
또는(2) 만족여부
1 발명강
 0.0066 0.012 0.0186 0.166 0.179 Ca:0.001 ○
2 0.0073 0.0118 0.0191 0.151 0.198 Ca:0.001 ○
3 0.007 0.0108 0.0178 0.32 - Ca:0.001 ○
4 0.0071 0.011 0.0181 0.15 0.2 Zr:0.001 ○
5 0.0072 0.0121 0.0193 0.156 0.196 Mg:0.001 ○
6 비교강













 0.0086 0.0076 0.0162 0.13 0.191 - ○
7 0.0091 0.0062 0.0153 0.13 0.18 - ○
8 0.0065 0.007 0.0135 0.222 - - ×
9 0.0046 0.0109 0.0155 0.202 - - ×
10 0.0051 0.007 0.0121 0.31 - -- ○
11 0.0085 0.0069 0.0154 0.286 - - ○
12 0.0049 0.0072 0.0121 0.275 - - ○
13 0.0063 0.009 0.0153 0.287 - - ○
14 0.0046 0.0045 0.0091 0.174 0.06 - ×
15 0.01 0.01 0.02 0.362 - - ○
16 0.0059 0.008 0.0139 0.313 - - ○
17 0.0082 0.0094 0.0176 0.342 - - ○
18 0.0051 0.011 0.0161 0.223 - - ×
19 0.01 0.01 0.02 0.29 - - ×
20 0.0073 0.0118 0.0191 0.151 0.198 Ca: 0.001 ○
No.
 구분
 내식성 -20℃의 TIG
용접부 충격
에너지
(J)
냉간압하율
(%)		 소둔
온도
(℃)
①결정입도
②결정입도
실측정 결정입도		 연신율(%)
공식
전위
(mV)		 임계
전류
밀도
(mA)		 U-bending입계부식시험결과
1 발명강
 210 9.2 ○ 19.3 70 1055 7.0 - 7 37.2
2 210 9.3 ○ 20 70 1055 7.0 - 7 37
3 211 9.25 ○ 19.1 70 1055 7.0 7.0 6.9 37.6
4 214 9.3 ○ 20.1 70 1055 7.0 - 7.1 37
5 210 9.26 ○ 20.2 70 1055 7.0 - 7.2 37.1
6 비교강













 200 9.6 × 18.2 60 980 6.9 - 6.9 34.7
7 201 9.8 × 18.5 60 980 6.9 - 6.9 34.6
8 204 10.2 × 17.4 70 980 - 7.3 7 36.4
9 200 10.4 × 17.3 70 980 - 7.3 7 36.6
10 198 10 ○ 18.2 70 980 - 7.3 6.2 36.2
11 200 9.8 ○ 18.3 70 980 - 7.3 7.2 33.6
12 197 10 ○ 18 70 980 - 7.3 6.8 36.5
13 198 9.9 ○ 18.4 70 980 - 7.3 6.9 36.4
14 200 10.4 × 17.4 70 980 7.3 - 7.5 36.8
15 189 10.5 ○ 9 57.1 880 - 7.3 7.3 36
16 201 10 ○ 15.7 57.1 880 - 7.3 7.2 36.1
17 189 10.7 ○ 16.1 57.1 880 - 7.3 7.3 36.2
18 200 11 × 13.9 57.1 880 - 7.3 7 36.4
19 185 10.5 × 8.9 57.1 880 - 7.3 7.3 35.6
20 210 9.25 ○ 20.2 80 820 8.6 - 8.7 33.2
* 입계부식 (○: 입계부식미발생, ×: 입계부식발생)
①결정입도: 관계식(2)로 구한 Ti+Nb 복합첨가강의 결정입도
②결정입도: 관계식(1)로 구한 Ti단독첨가강의 결정입도
상기 표 3에서, 본 발명의 성분범위를 만족하고 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 발명강(1~5)의 경우, 공식전위가 높고 임계 전류 밀도값이 낮아 비교강보다우수한 내식성을 확보함과 동시에 관계식 (1) 또는 (2)를 만족하여 U 밴딩 입계부식시험 결과 균열이 발생하지 않았다.
또한, Ca, Zr 또는 Mg을 0.001% 첨가한 발명강(1~5)의 경우 미첨가한 비교강에 비하여 -20℃에서 측정한 티그(TIG) 용접후 저온충격에너지도 비교강보다 용접부의 응고 조직이 미세하여 우수함을 알 수 있다.
또한, 관계식(1 또는 2)를 이용하여 냉간압하율 및 냉연소둔온도를 최적화하여 ASTM 결정입도를 예측하고, 실제 측정한 결과 ASTM 결정입도 번호 7.0으로 제어한 발명강(1~5)의 경우 비교강보다 우수한 연신율을 확보할 수 있었다.
또한, 발명강(1~5)의 경우 Ti 산화물에 의한 제강성 표면결함(제강성 Scab 결함, 제강성 개재물 라인 결함)이 발생하지 않아 표면결함 없는 냉연강판을 확보할 수 있었다.
이에 반해, 본 발명의 성분범위 또는 제조방법을 만족하지 않는 비교강(6~20)의 경우, 입계부식이 발생하거나 -20℃에서 측정한 티그(TIG) 용접후 저온충격에너지 및 연신율이 열위하였으며 냉연판 제조 후 제강성 표면결함율이 6.6(%)로 나타나 본 발명에서 목표로 하는 우수한 물성의 페라이트계 스테인리스강판을 확보할 수 없었다.
도 1은 용접부 입계부식시험(U-bending Test) 결과 균열발생 경향을 나타낸 그래프이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N 및 Ti는 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스테인리스강은 하기 식(1)에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
    ASTM 결정입도 번호 = 9.07 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (1)
  3. 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, Nb: 0% 초과 0.4% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N, Ti 및 Nb는 Ti% + (1/2)Nb% ≥ 0.17 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스테인리스강은 하기 식(2)에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
    ASTM 결정입도 번호 = 9.1 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (2)
  5. 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N 및 Ti는 Ti% ≥ 0.22 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 강 슬라브를 1230~1280℃의 온도로 재가열하고, 740~850℃에서 열간 마무리압연을 종료한 다음, 950~1060℃의 온도범위에서 열연소둔하고, 냉간압하율 50% 이상으로 냉간압연한 후 950~1060℃의 온도범위에서 냉연소둔하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 냉간압하율과 냉연소둔온도는 하기 식(1)에 의해 정의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
    ASTM 결정입도 번호 = 9.07 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (1)
  7. 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Cr: 16% 이상 18% 미만, Mo: 0% 초과 0.2% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Al: 0% 초과 0.04% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, C+N: 0.017% 이상 0.03% 이하, Ti: 0% 초과 0.3% 이하, Nb: 0% 초과 0.4% 이하, 그리고 Ca: 0% 초과 0.005% 이하, Mg: 0% 초과 0.005% 이하, Zr: 0% 초과 0.01% 이하로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C, N, Ti 및 Nb는 Ti% + (1/2)Nb% ≥ 0.17 + 4(C+N)%의 관계를 만족하는 강 슬라브를 1230~1280℃의 온도로 재가열하고, 740~850℃에서 열간 마무리압연을 종료한 다음, 950~1060℃의 온도범위에서 열연소둔하고, 냉간압하율 50% 이상으로 냉간압연한 후 950~1060℃의 온도범위에서 냉연소둔하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 냉간압하율과 냉연소둔온도는 하기 식(2)에 의해 정 의되는 ASTM 결정입도 번호가 6.0~8.0 범위를 만족하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 TIG 용접부 충격특성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
    ASTM 결정입도 번호 = 9.1 + 0.0438 × (냉간압하율,%) - 0.00489 × (냉연소둔온도,℃) … (2)
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