KR101126927B1

KR101126927B1 - 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법

Info

Publication number: KR101126927B1
Application number: KR1020040112809A
Authority: KR
Inventors: 유도열; 정상열; 우병성
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2012-03-20
Also published as: KR20060074162A

Abstract

본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로서, 중량%로 0% 초과 0.03% 이하의 C; 0% 초과 0.7% 이하의 Si; 0% 초과 0.5% 이하의 Mn; 0% 초과 0.035% 이하의 P; 10~13% Cr; 0% 초과 0.5% 이하의 Mo; 0% 초과 0.030% 이하의 N; 0% 초과 0.5% 이하의 Cu; 0% 초과 0.02% 이하의 Al; 0% 초과 0.3% 이하의 Ni, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 합금성분들을 갖고, 상기 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 페라이트 인자(FF)가 9.0 이상이 되도록 상기 합금성분들의 조성범위가 조절되고 또한 상기 페라이트 인자, 권취온도 및 공냉에서의 냉각속도를 함수로 하는 열연코일의 외권부 경도(HRB)가 83 이하의 값을 갖도록 상기 페라이트 인자, 권취온도 및 공냉에서의 냉각속도가 조절되는 것을 특징으로 하므로, 마르텐사이트계 스테인리스강을 보온설비에서 냉각하여 상소둔공정을 생략하고서도 열연코일이 연질로 박물생산이 가능하며, 또한 상소둔 생략을 통해 생산성을 높일수 있으며, 최종 냉연소둔판의 강도 및 연신율을 개선시킨 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조가 가능한 장점을 갖는다

페라이트 인자, 예측경도, 냉연소둔온도, 보온설비

Description

마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법{Method for manufacturing martensitic stainless steel}

도 1은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일을 냉각하기 위한 보온설비를 나타낸 개략도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 보온후드

20a, 20b : 개폐문

본 발명은 강도, 연신율 및 용접성이 우수하여 냉동 컨테이너 프레임(Frame), 외판의 판넬(panel)용 및 일반 주방용 저급 양식기용 등으로 주로 사용되는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이고, 더 상세하게 보온설비에서 열연코일에 대한 냉각속도를 조절함으로써 상소둔 공정없이 내/외권부 사이의 재질편차를 개선시키고 HRB 83 이하의 외권부 경도값을 확보하여 냉각압연이 가능 하도록 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스테인리스강은 열간압연 및 냉간압연을 통해서 코일형태로 제조된다. 이때, 열간압연으로 생긴 코일 내부에 형성된 응력을 제거하고 또한 내부결정을 재결정조직으로 변화시켜 연질의 재질을 확보할 목적으로 열연코일을 소둔처리한다. 이러한 소둔조업공정은 연속소둔조업과 상소둔조업으로 구분된다.

소둔조업공정에 있어서, 소둔조업조건은 스테인리스강의 강종별, 요구특성에 따라서 달리 적용되고 있다. 예를 들어, 연속소둔조업은 약 1050~1150℃ 고온의 대기분위기하에서 단시간(약 3분)동안 강판을 열처리하는 조업인 반면에, 상소둔조업은 약 750~850℃ 온도범위의 약환원성 분위기 하에서 장시간(총 48시간 소요) 동안 강판을 열처리를 수행하는 조업이다. 상소둔조업에 사용되는 강종은 STS430강과 같은 페라이트계 스테인리스강 및 STS410L, 420강과 같은 마르텐사이트계 스테인리스강으로 구성된다.

페라이트계 및 마르텐사이트계 스테인리스강은 페라이트와 오스테나이트의 2상 영역이 존재하는 고온에서 열간압연을 행하기 때문에 압연 후 잔존하는 오스테나이트상이 냉각시에 마르텐사이트로 변태하게 되어 열연판의 강도 및 경도를 증가시킨다.

마르텐사이트계 스테인리스강 열연코일을 Ac1 온도 이하의 온도에서 장시간 상소둔조업으로 열처리하여 서냉시키면 압연 후 코일에 형성된 오스테나이트상은 페라이트(α) + 탄화물로 변태되어 마르텐사이트상의 생성이 억제되므로 재질이 연질화되고 결과적으로 후속 냉간압연작업을 용이하게 한다.

상술된 바와 같이, 상소둔조업에 있어서, 장시간이 소요되어 한정된 상소둔설비에서 생산량이 증가되면 공정에 부하를 유발하여 증산을 못하게 되는 생산성 저하 문제와 열처리 분위기 가스로 수소, 질소 가스 등을 사용하기 때문에 제조공정비가 많이 들어가는 문제점이 있다.

한편, 약 10~25톤의 하중을 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일은 열연 스트립이 약 150~300여겹으로 권취된 상태로 제공되기 때문에, 열간압연 후에 상소둔을 생략하고 공냉하면 코일의 내권부와 외권부에 있어서 냉각속도가 달라 코일의 길이 방향 및 폭방향의 재질편차를 유발한다. 이는, 후 공정인 냉간압연 시에 두께편차 및 형상불량이 심해지는 문제점을 야기시킨다.

종래예에 따르면, 화학조성으로 계산한 페라이트 인자(FF: ferrite factor)를 8~12로 조절한 강종을 감마(γ)상이 페라이트상과 탄화물로 변태되는 온도, A₃ 온도범위(650~850℃)에서 열간압연한 경우에는 냉각속도를 5(℃/min) 이하로 유지하는 반면에, A₃ 온도범위 이상에서 열간압연한 경우에는 냉각속도를 1~10(℃/min)으로 유지하여 마르텐사이트상이 없는 조직을 얻는 기술이 공지되어 있다.

그러나, 상기 기술에 있어서, 페라이트 인자가 12 이하이므로 고온에서 감마(γ)상이 많아 열간압연 후 공냉[냉각속도: 약 15(℃/분) 이하]하면 열연판 경도가 매우 높고, 또한 경도값(HRB)이 약 85 수준이므로 탠덤 냉간압연기(TCM)에서 냉간압하율을 높일수가 없어 박물 생산이 어려웠다.

그리고, 냉연소둔판 최종 제품 물성치가 고객사 요구사양을 만족시키는 제조 조건에 대해서는 한정되어 있지 않아 최종 컨테이너용으로 사용되는 경우 냉연제품의 재질을 만족시킬수가 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 합금성분을 조정하여 페라이트 인자값을 최적화하고, 슬라브 가열온도, 권취온도, 보온설비를 통한 열연코일의 냉각속도를 제어함으로써 상소둔공정 없이도 열연코일의 내권부 및 외권부의 재질편차를 개선시켜 냉연연속압연기, 즉 탠덤 냉간압연기(TCM)에서 압연이 가능한 HRB 83이하의 목표경도를 확보하고, 냉간압연 후 냉연연속소둔공정(CAL)에서 소둔온도를 제어하여 일정수준의 재질을 확보함으로써 냉동 컨테이너용으로 사용이 가능한 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 마르텐사이트계 스테인리스강은 중량%로 0% 초과 0.03% 이하의 C; 0% 초과 0.7% 이하의 Si; 0% 초과 0.5% 이하의 Mn; 0% 초과 0.035% 이하의 P; 10~13% Cr; 0% 초과 0.5% 이하의 Mo; 0% 초과 0.030% 이하의 N; 0% 초과 0.5% 이하의 Cu; 0% 초과 0.02% 이하의 Al; 0% 초과 0.3% 이하의 Ni, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 합금성분들을 갖고, 상기 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 하기 식,

FF = Cr% + 6Si% + 4Mo% + 2Al% - 2Mn% - 4Ni% - 40(C%+N%) - 20P% - 5Cu%;

으로 표현되는 페라이트 인자(FF; Ferrite Factor)가 9.0 이상이 되도록 상기 합금성분들의 조성범위가 조절된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은 상술된 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 페라이트 인자가 9.0 이상이 되도록 상기 조성범위가 조절되어 있는 슬라브를 1230℃ 이상의 고온에서 가열하는 단계와; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 생산하는 단계와; 상기 열연강판을 760℃ 이상의 온도에서 열연코일로 권취하는 단계와; 상기 열연코일을 2(℃/분) 이하의 냉각속도로 냉각시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 열연코일은 보온설비에서 냉각된다.

상기 페라이트 인자, 권취온도 및 열연코일의 냉각속도를 함수로 하는 하기 식,

HRB = 221 - 17.66x(FF) - 0.062 x [권취온도; ℃] + 4.575 x [냉각속도; ℃/분] + 0.8321x[FF]² - 0.368 x [FF] x [냉각속도; ℃/분],

으로 표현되는 상기 열연코일의 외권부 경도(HRB)가 83 이하의 값을 갖도록 상기 페라이트 인자, 권취온도 및 열연코일의 냉각속도가 조절된다.

이하, 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 마르텐사이트계 스테인리스강은 중량%로 C: 0% 초과 0.03% 이하, Si: 0% 초과 0.7% 이하, Mn: 0% 초과 0.5% 이하, P: 0% 초과 0.035% 이하, Cr: 10~13%, Mo: 0% 초과 0.5% 이하, N: 0% 초과 0.030% 이하, Cu: 0% 초과 0.5% 이하, Al: 0% 초과 0.02% 이하, Ni: 0% 초과 0.3% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성된다.

상술된 합금성분들의 조성범위 한정이유는 다음과 같다.

C 및 N는 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하며, C, N 함량이 높아지면 고온에서 γ상 증가로 열간압연후 코일을 공냉하는 경우 마르텐사이트상 증가와 생성된 마르텐사이트상 때문에 경도 및 강도가 높아 연신율이 저하되기 때문에 목표 열연판의 목표 경도값(HRB) 83 이하로 만족시키고, 최종 냉연제품의 재질확보를 위해 그 함량은 C의 경우는 0% 초과 0.03% 이하, N은 0% 초과 0.03% 이하로 한정한다.

Si은 페라이트상 형성원소로 함량 증가시 페라이트 상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.7% 이상 첨가하면 제강성 Si 개재물 증가로 표면결함이 발생하기 쉽고, 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 가공성에 불리하여 0% 초과 0.7% 이하로 한정한다.

Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 0% 초과 0.5% 이하로 한정한다.

P는 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋기 때문에 0% 초과 0.035% 이하로 한정한다.

Cr은 함량이 10% 이하로 너무 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 13% 이상이면 내식성은 향상이 되나 강도가 높고 연신율이 낮아 가공성이 저하하기 때문에 그 함량은 10 ~ 13%로 한정한다.

Mo는 함량이 증가하면 내식성은 현저하게 향상시키지만 강도를 높여 가공성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 가공성을 고려하여 Mo 함량을 0% 초과 0.5% 이하로 한정한다.

Al은 탈산제로 첨가되는 원소로 다량 첨가하면 표면결함을 발생시키기 때문에 0% 초과 0.02% 이하로 한정한다.

Cu 및 Ni은 감마(γ)상 생성원소로서 많이 첨가하면 γ상이 증가하여 열간압연 후 코일을 공냉하는 경우에 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도가 증가하는 반면에 연신율이 저하된다. Cu는 0% 초과 0.5% 이하, Ni은 0% 초과 0.5% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상술된 마르텐사이트계 스테인리스강의 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 페라이트 인자(FF)는 하기 식 1로 표현된다.

FF = Cr% + 6Si% + 4Mo% + 2Al% - 2Mn% - 4Ni% - 40(C%+N%) - 20P% - 5Cu% ‥‥‥‥ (1)

그리고, 상기 합금성분들의 조성범위는 상기 페라이트 인자(FF; Ferrite Factor)가 9.0 이상이 되도록 조절된다.

이때, 고온 및 냉각중의 상변태 거동을 나타내는 페라이트 인자의 값을 한정하는 이유는 다음과 같다.

즉, 마르텐사이트계 스테인리스강은 열간압연을 위해 슬라브를 고온에서 가 열하면 γ상이 다량 생성된다. 따라서, 열간압연 후 코일을 급냉하면 다량의 마르텐사이트가 생성되어 경도가 매우 높아진다.

한편, 열간압연 후 열연코일을 보온설비에 통과시켜 냉각속도가 가장 빠른 코일외권부의 경도값이 탠덤 냉간압연기로 박물생산이 가능하기 위해서는 경도 HRB 83 이하가 되어야 한다. 그러나, 소재의 합금성분 조성범위(중량%)로 계산한 페라이트 인자가 9.0 미만으로 낮아지면 열간압연 후 코일을 보온설비에서 냉각시켜도 다량의 마르텐사이트가 생성되어 경도값(HRB)이 83을 초과한다. 따라서, 탠덤 냉간압연기에서의 박물압연이 가능해지도록 코일 외권부에서의 경도값(HRB)을 83 이하로 만족시키기 위해서는 페라이트 인자가 9.0 이상으로 유지되도록 합금성분들의 조성범위로 한정하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 보온설비는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열연코일(3)이 이송되는 이송라인(1) 상에 복수개의 열연코일(3)이 수용될 수 있는 수용공간을 한정하는 보온후드(10)를 갖는다. 보온후드(10)의 전방과 후방 각각에는 상기 수용공간을 외부로부터 밀폐시키기 위한 개폐문(20a, 20b)이 제공된다.

따라서, 보온후드(10)의 후방에 설치된 출구 개폐문(20b)이 폐쇄된 상태되어 있고 보온후드(10)의 전방에 설치된 입구 개폐문(20a)이 개방된 상태에서, 열연코일(3)이 보온후드(10)의 입구 개폐문(10a)을 통해서 상기 수용공간으로 진입한다. 소정 갯수의 열연코일이 상기 수용공간에 진입한 후에 입구 개폐문(20a)이 폐쇄된다. 소정 시간이 경과한 후에 출구 개폐문(20b)을 개방하여 목표 온도로 냉각된 열연코일(3)을 배출시킨다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은 코일 외권부에서의 경도값(HRB)을 83 이하로 만족시킬 수 있도록 상기 식 1로 표현되는 페라이트 인자가 9.0 이상이 되도록 상기 식 1의 함수를 구성하는 합금성분들의 조성범위가 조절된 슬라브를 준비한다. 이는, 상술된 바와 같이, 탠덤 냉간압연기에서의 박물압연이 가능해지도록 하기 위함이다.

이 후에, 상기 슬라브는 1230℃ 이상의 가열온도에서 가열된다. 이는 열연판 경도 및 최종 냉연제품의 고객사 요구수준을 만족시키기 위하여 고온의 권취온도 확보 및 상소둔을 생략하고도 열연판의 경도를 확보하기 위함이다.

그리고, 가열된 슬라브는 통상의 압연조건 하에서 열간압연되고 760℃ 이상의 권취온도에서 열연코일로 권취된다. 이는 고온에서 생성된 γ상이 페라이트+탄화물로 변태시키는 시간을 증대시키기 위함이다.

이 후에, 상기 열연코일은 보온설비(도 1 참조)에 장입되고 상기 권취온도에서부터 γ상이 페라이트+탄화물로 변태완료되는 온도, 즉 650℃까지 냉각되도록 약 50분 내지 120분 동안 유지시킨다. 즉, 열연코일의 냉각속도를 약 2(℃/분) 이하로 유지한다. 결과적으로, 상기 열연코일은 상소둔 공정없이 냉각된다.

이때, 열연코일의 외권부 경도(HRB)는 상기 페라이트 인자, 권취온도 및 열연코일의 냉각속도를 함수로 하는 하기 식 2로 표현된다.

HRB = 221 - 17.66x(FF) - 0.062 x [권취온도; ℃] + 4.575 x [냉각속도; ℃ /분] + 0.8321x[FF]² - 0.368 x [FF] x [냉각속도; ℃/분] ‥‥‥‥ (2)

상기 식 2로부터 열연코일의 외권부 경도(HRB)가 83 이하를 만족시키도록 상기 페라이트 인자, 권취온도 및 공냉에서의 냉각속도를 조절함으로써 탠덤 냉간압연기에서의 박물생산이 가능해진다.

또한, 상술된 바와 같이 슬라브 가열온도를 1230℃ 이상으로 유지하고, 열간압연후 권취온도를 760℃ 이상으로 유지하고, 열연코일의 냉각속도를 약 2(℃/분) 이하로 유지함으로써, 열연코일 외권부에서의 경도(HRB)가 83 이하로 유지되고, 코일의 재질편차가 적기 때문에 탠덤 냉간압연기에서의 박물생산이 가능해진다.

바람직하게, 상기 열연코일은 탠덤 냉간압연기에서 통상의 압연조건으로 압연된 후에 소둔처리된다. 이때, 냉연강판의 소둔온도는 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 하기 식 3으로 표현되는 Ac1 예측온도(℃) 이하로 유지된다.

Ac1 예측온도(℃) = 310 + 35xCr% + 3.5x(Cr-17)²+ 60xMo(%) + 73xSi(%) + 310 + 750xAl(%) - 250xC(%) - 280xN(%) - 115xNi(%) - 12xMo(%) - 52x(Al%) ‥ ‥‥(3)

상기 식 3으로부터, 상술된 합금성분들의 조성범위를 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강용 냉연강판의 소둔온도는 약 750~820(℃)의 범위 내에 존재함을 알 수 있다.

이하, 상술된 적정 냉연소둔조건과 관련하여, 소재의 합금성분의 조성범위를 대입하여 구한 Ac1 예측온도(℃)의 범위에 대해 설명한다.

마르텐사이트계 스테인리스강에 있어서, 통상의 열연 및 냉연소둔온도가 소재의 Ac1 이상의 온도로 유지되는 경우에, 고온에서 γ상이 다시 생성되어 열처리 후 냉각 중에 마르텐사이트상이 생성된다. 그 결과, 스테인리스강의 강도가 상승하여 연신율이 급격하게 저하된다. 따라서, 소재의 Ac1 예측온도 이하인 750~820℃에서 냉연소둔하면 최종 냉연제품의 강도 및 연질 확보가 가능하다.

그러나, 최종 냉연제품의 소둔온도가 상기 식 3의 계산식에 의한 Ac1 예측온도 보다 너무 낮아 750℃ 미만으로 되면 소둔온도가 낮아 열연변형조직이 충분히 재결정되지 못하여 연신율이 매우 낮아진다. 따라서, 최종 냉연제품의 고객사 요구재질 확보를 위해서는 냉연소둔 온도는 750℃ 이상의 온도로 유지하여야 한다. 그리고, 상기 식 3으로부터 구한 820℃ 이하의 온도에서 냉연소둔 처리하는 것이 바람직하다.

즉, 최종 냉연제품의 재질확보를 위한 냉연소둔온도는 750℃에서부터 각 코일의 합금성분의 조성범위를 상기 식 3에 대입하여 계산하여 구한 Ac1 예측온도, 즉 820℃ 이하까지로 조절하는 것이 바람직하다.

냉연소둔결과, 마르텐사이트계 스테인리스강의 냉연강판은 최종 고객사의 재질요구 수준, 예를 들어 항복강도: 32Kg/㎟ 이상, 인장강도: 46Kg/㎟ 이상, 연신율 25% 이상을 만족시킨다.

즉, 본 발명에 따르면, 마르텐사이트계 스테인리스강은 상소둔공정을 생략하여도 냉동 컨테이너용으로 사용가능한 제품으로 제조될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 조성된 마르텐사이트계 스테인리스강을 100Ton 전기로에서 용해하여 200mm 두께의 슬라브를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬라브를 1250℃에서 가열하고, 권취온도를 720 ~ 780℃에서 변화시키면서 열간압연하여 3.0mm 두께의 중량이 15톤인 열연코일을 제조하였다. 그리고, 열연코일을 냉각시킬 때, 외권부 냉각속도를 1(℃/분)로 되게 열연코일을 보온설비(도 1 참조)에 유지하거나 또는 외권부 냉각속도를 15(℃/분)이하로 되게 공냉시키고, 산세처리하였으며, 이 후 코일의 외권부의 경도를 측정하였다.

하기 표 1에서, FF는 페라이트 인자로서, 하기 식 1에 나타낸 바와 같이 합금성분들의 조성범위를 함수로 한다.

FF = Cr% + 6Si% + 4Mo% + 2Al% - 2Mn% - 4Ni% - 40(C%+N%) - 20P% - 5Cu%

그리고, 하기 표 1에 나타난 조성으로 이루어진 열연코일을 탠덤 냉간압연기를 사용하여 두께 0.8mm 냉연코일을 제조하여 800 ~ 830℃ 범위로 냉연소둔온도를 변화시켜 냉연연속소둔설비인 CAL 공정에서 통판속도 200~280mpm으로 냉연소둔후 압연방향과 직각방향으로 인장시험용 시편을 JIS 13B형으로 가공하여 인장시험하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

<표 1>

구분	번호	C	Si	Mn	P	Ni	Cr	N	Cu	Mo	Al	FF
발명강	1	0.01	0.52	0.37	0.021	0.1	11.75	0.0094	0.03	0.36	0.003	13.75
	2	0.01	0.51	0.4	0.024	0.17	12.1	0.008	0.03	0.011	0.003	12.34
	3	0.02	0.37	0.64	0.02	0.12	11.56	0.018	0.03	0.02	0.003	9.876
	4	0.03	0.3	0.75	0.02	0.11	11.15	0.012	0.03	0.02	0.003	9.026
비교강	5	0.02	0.47	0.49	0.024	0.15	12.05	0.0082	0.03	0.01	0.003	11.698
	6	0.02	0.47	0.49	0.024	0.17	12.01	0.0082	0.03	0.011	0.003	11.582
	7	0.02	0.51	0.48	0.024	0.17	11.6	0.008	0.03	0.011	0.003	11.48
	8	0.02	0.37	0.64	0.02	0.12	11.56	0.018	0.03	0.02	0.003	9.876
	9	0.03	0.37	0.65	0.02	0.12	11.57	0.0177	0.03	0.02	0.003	9.838
	10	0.03	0.37	0.65	0.02	0.11	11.57	0.0178	0.03	0.02	0.003	9.874
	11	0.04	0.24	0.91	0.019	0.11	11.16	0.0235	0.03	0.02	0.003	7.516
	12	0.04	0.2	1.2	0.02	0.13	11.75	0.0284	0.025	0.022	0.003	5.996
	13	0.034	0.3	0.8	0.021	0.1	11.1	0.026	0.03	0.02	0.003	8.016
	14	0.04	0.24	0.91	0.019	0.11	11.16	0.0235	0.03	0.02	0.003	7.516
	15	0.04	0.2	1.2	0.02	0.13	10.75	0.0284	0.025	0.022	0.003	5.995

하기 표 2에서 열연코일의 예측경도(HRB)는 권취온도와, 냉각속도와, 페라이트 인수를 함수로 하는 하기 식으로 표현된다.

HRB = 221 - 17.66x(FF) - 0.062x(권취온도) + 4.575x(냉각속도) + 0.8321x[FF]²- 0.368x[FF]x[냉각속도]

이때, 상기 식 2를 활용하여 탠덤 냉간압연기에서의 냉간압연이 가능한 목표경도(HRB)가 83 이하가 되도록 하기 위해 강종들의 합금성분의 조성범위에 따른 페라이트 인자와 제조조건이 변화되었으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

< 표 2 >

구분	번호	열연조건		열연코일 경도		냉연조건	냉연 재질
구분	번호	권취온도	냉각속도	실측경도	예측경도	냉연소둔온도	YS	TS	El
발명강	1	770	1	79.1	83.0	810	33.1	48.0	30.0
	2	770	1	82.8	81.9	800	33.5	48.5	29.0
	3	770	1	80.4	80.8	800	33.2	47.2	31.5
	4	770	1	82.9	82.8	830	32.6	46.4	30.7
비교강	5	770	15	85.0	84.4	830	29.3	45.4	29.8
	6	770	15	84.7	84.9	830	30.1	45.7	30.1
	7	780	15	85.3	84.7	830	40.0	60.2	20.2
	8	780	15	94.0	93.4	800	28.3	47.2	31.5
	9	720	15	94.2	97.4	800	29.9	48.5	31.9
	10	720	15	93.8	97.1	830	45.0	65.5	19.3
	11	770	15	110 이상	115	830	61.0	84.2	12.3
	12	780	15	110 이상	132	800	30.9	53.3	28.0
	13	770	1	87.0	86.7	830	40.0	51.0	20.0
	14	770	1	89.0	89.3	830	61.0	84.2	12.3
	15	780	1	99	99.0	800	30.9	53.3	28.0

발명강들에 있어서, 페라이트 인자를 9.0 이상으로 유지하였으며, 고온에서 γ상의 생성분율을 조절하고, 슬라브 가열온도를 1230℃ 이상으로 하여 열간압연하고, 권취온도를 770℃ 이상으로 유지한 후 권취코일을 2(℃/분) 이하의 냉각속도로 보온설비에서 냉각하였다. 즉, 열연코일은 보온설비를 사용하여 권취온도인 760℃ 이상 온도에서 γ상이 페라이트 + 탄화물로 변태가 완료되는 온도인 650℃까지 코일냉각시간을 50분 내지 120분 사이로 유지하여 냉각함으로써 코일 냉각속도가 1(℃/분)이 되도록 하였다.

그 결과, 예측 경도 및 실측 경도 모두 목표 경도(HRB)인 83 이하로 나타났다.

그리고, 탠덤 냉간압연기에서 냉간압연된 냉연판의 냉연소둔온도는 Ac1 예측 온도 계산식을 활용하여 800~810℃ 범위로 유지하였으며, 냉연소둔한 발명강의 냉연재질은 냉동컨테이너용으로 사용이 가능하도록 고객사의 요구를 만족하는 재질규격, 즉 32Kg/㎟ 이상의 항복강도, 46Kg/㎟ 이상의 인장강도 및 25% 이상의 연신율을 만족시키는 재질을 확보할 수 있었다.

한편, 비교강에 있어서, 페라이트 인자가 9.0 미만인 경우에는 15(℃/분)의 냉각속도로 공냉한 경우와 1(℃/분)의 냉각속도로 보온설비에서 냉각한 경우 모두 83 이상의 예측경도 및 실측경도를 나타냈다. 페라이트 인자가 9.0 이상인 경우에는 15(℃/분)의 냉각속도로 공냉함으로써 83 이상의 예측경도 및 실측경도를 나타냈다.

그 결과, 냉간압연시 변형저항 및 가공경화도가 높아 탠덤 냉간압연기에서의 냉간압연성이 나쁘고, 냉연코일의 박물생산이 어려웠다. 특히, 열연코일의 내권부와 외권부 사이의 재질편차가 커서 냉간압연시 두께조정 및 형상불량이 발생되는 문제점들이 나타났다. 또한, 소둔 후 냉각시에 마르텐사이트상의 생성으로 강도는 높아지나 연신율이 현저히 낮아지는 경우도 있었다.

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

본 발명에 따르면, 열간압연 후 냉각조건에서도 마르텐사이트상 생성을 억제시키기 위해 합금성분 함수의 계산식으로 구한 페라이트 인자를 9.0 이상이 되도록 합금성분을 최적화시키고, 열연공정에서 열간압연조건은 슬라브 가열온도를 1230℃ 이상으로 하고, 열간압연후 권취온도는 760℃ 이상으로 유지하여 열간압연 후 보온설비에서 코일을 냉각시킬 때 코일의 외권부 냉각속도가 2(℃/분) 이하로 조절되어 탄소강 연속냉간압연기(TCM) 또는 지밀(ZM)에서 냉간압연이 가능한 경도 HRB 83 이하로 조절되어 BAF 소둔을 생략하고도 열연코일의 강도 및 경도조절로 TCM 냉간압연으로 박물생산이 가능하였다.

그리고, 냉간압연 후 연속냉연소둔설비인 CAL 혹은 CAPL에서 Ac1 예측온도 이하인 750~820(℃) 범위내에서 소둔하면 최종 냉연제품의 재질특성이 고객사 요구수준(항복강도: 32Kg/㎟ 이상, 인장강도가 46Kg/㎟ 이상, 연신율 25% 이상)을 만족시키기 때문에 생산성이 높고, 제조원가가 저렴한 냉동컨테이너용 등으로 사용이 가능한 재질을 확보할 수 있었다.

결과적으로, 마르텐사이트계 스테인리스강에서 보온설비에서의 냉각조건을 제어하여 상소둔공정을 생략하고서도 열연코일이 연질로 박물생산이 가능하며, 또한 상소둔 생략을 통해 생산성을 높일수 있으며, 최종 냉연소둔판의 강도 및 연신율을 개선시킨 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조가 가능한 장점을 갖는다.

Claims

중량%로 0% 초과 0.03% 이하의 C; 0% 초과 0.7% 이하의 Si; 0% 초과 0.5% 이하의 Mn; 0% 초과 0.035% 이하의 P; 10~13% Cr; 0% 초과 0.5% 이하의 Mo; 0% 초과 0.030% 이하의 N; 0% 초과 0.5% 이하의 Cu; 0% 초과 0.02% 이하의 Al; 0% 초과 0.3% 이하의 Ni, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 합금성분들을 갖고, 상기 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 하기 식,

FF = Cr% + 6Si% + 4Mo% + 2Al% - 2Mn% - 4Ni% - 40(C%+N%) - 20P% - 5Cu%;

으로 표현되는 페라이트 인자(FF; Ferrite Factor)가 9.0 이상이 되도록 상기 합금성분들의 조성범위가 조절되어 있는 슬라브를 1230℃ 이상의 고온에서 가열하는 단계와;

가열된 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 생산하는 단계와;

상기 열연강판을 760℃ 이상의 권취온도에서 열연코일로 권취하는 단계와;

상기 열연코일을 2(℃/분) 이하의 냉각속도로 냉각시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 열연코일은 보온설비에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 페라이트 인자, 권취온도 및 냉각속도를 함수로 하는 하기 식,

HRB = 221 - 17.66x(FF) - 0.062 x [권취온도; ℃] + 4.575 x [냉각속도; ℃/분] + 0.8321x[FF]² - 0.368 x [FF] x [냉각속도; ℃/분],

으로 표현되는 상기 열연코일의 외권부 경도(HRB)가 83 이하의 값을 갖도록 상기 페라이트 인자, 권취온도 및 공냉에서의 냉각속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 열연코일을 냉간압연하여 냉연코일을 준비하는 단계와, 상기 냉연코일을 소둔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.