KR101230201B1

KR101230201B1 - 냉간가공성이 우수한 니켈저감형 고망간 오스테나이트스테인레스강

Info

Publication number: KR101230201B1
Application number: KR1020050129405A
Authority: KR
Inventors: 이용득; 이종석; 채동철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2013-02-05
Also published as: KR20070067904A

Abstract

본 발명은 고가인 Ni를 Mn과 Cu로 대체한 Ni 절약형 고성형 연질 오스테나이트계 스테인레스강으로서 열간 가공성과 냉간 가공성을 304강 동등 수준 이상으로 향상시킨 고가공 연질 오스테나이트 스테인레스강에 관한 것으로, 질량%로 C; 0% 초과 0.05% 이하, Si: 0% 초과 0.50% 이하, Mn: 5%~7%, Cr: 16%~17%, Ni: 4%~5%, Cu: 1.0%~2.0%, B:0% 초과 0.003%이하, N: 0% 초과 0.06% 이하, S: 0% 초과 0.002% 이하인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈저감형 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 요지로 한다.

니켈, 저감, 오스테나이트, 스테인레스강, 냉간가공성

Description

냉간가공성이 우수한 니켈저감형 고망간 오스테나이트 스테인레스강{Austenitic stainless steel with high Mn and low Ni having good cold workability}

본 발명은 니켈저감형 고망간 오스테나이트 스테인레스강에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주방용 싱크, 양식기 등에 사용되는 가공용 오스테나이트 스테인레스강에 서, 냉간 가공성을 개선한 연질 고망간 스테인레스강에 관한 것이다.

종래, 오스테나이트계 스테인레스강은 304강이 대표되며 스테인레스강중 광범위의 용도로서 가장 많이 사용되는 재료로서 가공성과 내식성이 우수하다. 그러나 304강은 8% Ni를 함유하고 있기 때문에 고가라는 단점이 있다. 이러한 단점 때문에 값비싼 Ni를 저가의 합금원소로 대체하려는 시도가 이루어져 Ni 일부를 Mn이나 N으로 데체한 강종 201, 202,204 강종으로 규격화 되어 있다. 이러한 강종은 Ni을 Mn이나 N으로 대체함으로서 고강도가 얻기 쉽고 비자성이라는 이점은 있으나 Mn은 Ni에 비교하여 성형성과 내식성을 저하시키고 또한 다량의 Mn 첨가에 의해 재질의 경도가 높고 열간가공성이 저하되어 304강에 비교하여 사용 용도에 한정되고 제조상 어려 운 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연질로서 냉간 가공성이 우수하며 또한 열간 가공성이 우수한 Cr-Ni-Mn-Cu-B계의 적점 합금성분계의 도출을 통한 니켈저감형의 오스테나이트 스테인레스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 질량%로 C; 0% 초과 0.05% 이하, Si: 0% 초과 0.50% 이하, Mn: 5%~7%, Cr: 16%~17%, Ni: 4%~5%, Cu: 1.0%~2.0%, B: 0% 초과 0.003%이하, N: 0% 초과 0.06% 이하, S: 0% 초과 0.002% 이하인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 니켈저감형 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 오스테나이트계 스테인레스강의 오스테나이트 안정도가 23~25 범위에 유지되도록 아래 SI 식의 성분 조성을 조절하는 니켈저감형 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

SI(Stability Index) = 0.0267x²+0.4332x-3.1459

(여기서, x=250.4-205.4C-101.4N-7.6Mn -12.1Ni-6.1Cr-13.3Cu)

본 발명자는 Cr-Ni-Mn-Cu계 오스테나이트 스테인레스강의 합금조성과 열간 및 냉간 가공성 개선에 관련한 연구를 행한 결과 오스테나이트상의 안정도를 조절하기 위하여 고가인 Ni 원소 대신 Mn, Cu 원소를 적정량으로 조절하는 외에 B을 첨가함으로서 고가의 Ni을 절감하면서 오스테나이트상 안정도(Stability Index)를 일정값 (SI=23~25)으로유지하여 시효균열을 방지하며 성형성을 향상시킴과 동시에 열간 가공성을 개선할 수 있음을 밝혀냈다.

따라서 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 중량 %로 C: 0% 초과 0.05%이하, Si: 0% 초과 0.50%이하, N: 0% 초과 0.06% 이하, Ni: 4%~5%, Mn: 5.0%~7.0%, Cr: 16.0%~17.0%, Cu: 1.0%~2.0%, B: 0% 초과 0.005%이하, S: 0% 초과 0.002% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어진 오스테나이트 스테인레스강에 관한 것이다.

또한, 상기의 오스테나이트상 안정도는 하기와 같다.

SI (Stability Index) = 0.0267x²+0.4332x-3.1459

where x=250.4-205.4C-101.4N-7.6 Mn -12.1 Ni -6.1 Cr -13.3Cu

이하 본 발명의 특징을 작용과 함께 설명하기로 하며, 먼저 본 발명의 조성범위ㅜ 한정이유를 설명한다.

C : 오스테나이트 형성원소이며 과다 첨가시 Cr과 반응하여 크롬탄화물을 생성 시키어 내식성을 저하시킴과 동시에 성형성과 연신율을 저하시키므로 가능한 낮은 함량인 0% 초과 0.05% 이하가 바람직하다.

N : 오스테나이트상을 안정화 시키는 원소로서 Ni원소를 대체하는 원소로서 강도와 내공식성을 향상 시키는 이점은 있으나 강도를 증가 시키어 냉간가공성과 열간가공성은 저하되는 단점이 있으므로 본 발명강에서는 0.06%이하로 제한한다.

Mn : 질소와 마찬가지로 오스테나이트상 안정화 원소로서 Ni를 대체하는 원소로서 오스테나이트상을 준안정화 시키고 냉간 가공성을 향상시키기 위해서는 5.0%~7.0% 함유량이 필요하며 7% 초과로 과다하계 첨가되는 경우 내식성과 냉간가공성이 저하된다.

Cr : 스테인레스강의 부동태 피막형성을 촉진하는 원소로서 내식성을 확보하기 위하여 16%이상의 첨가가 필요하고 과다하게 첨가하는 경우 페라이트상 생성원소이므로 과다한 δ-ferrite상이 잔존하여 성형성과 열간가공성을 저하 시키므로 17%을 상한으로 한다.

Ni : C, N와 같이 오스테나이트상을 안정화 시키는 원소이고 냉간 가공시 slip이 잘 일어나게 하는 적층결함 에너지(Stacking Fault Energy)를 상승시키는 원소이므로 경제성을 고려하여 4%~5% 범위로 제한한다.

Cu : Ni 대체원소로서 오스테나이트상을 안정화 시키고 Ni과 같이 강을 연질화 시키는 원소이므로 최소한 1%이상 필요하며 과다 첨가시 내식성과 열간가공성이 저하되므로 2%이하로 제한 한다.

S : 미량의 불순물 원소로서 결정입계에 편석되어 열간압연시 가공크랙을 일으키는 주원소이기 때문에 가능한 낮은 함량인 0% 초과 0.002%이하로 제한한다.

B : 열간가공성을 향상 시키는 강력한 미량원소로서 열간가공성을 저하 시키는 망간과 구리를 다량 함유하고 있기 때문에 이에 대한 방지 대책으로 첨가가 필요하며 다량 첨가되는 경우 반대로 열간가공성은 저하되므로 0.005% 이하로 제한한다.

Ca : 열간가공성을 저하 시키는 유황과 반응하여 망간과 구리와의 반응이 되지않고 열간가공성을 향상 시키는 원소이며 0.001%이상 첨가되는 경우 제강의 개재물이 다량 생기어 연주시 노즐막힘 또는 개재물에 의한 표면품질이 나빠지므로 0.001% 이하로 제한하여 선택적으로 첨가할 수 있다.

(실시예)

다음은 하기의 조성으로 이루어진 본 발명에 관한 Cr-Mn-Cu계 오스테나이트 스테인레스강의 성분표를 표 1를 참조로 하여 설명한다. 표 1과 같이 강종은 4%Ni-16%Cr-0.05%C-0.06%N을 기본조성으로 하고 Cu와 Mn 그리고 미량성분 B, Ca 각각 변화 시키어 용해 잉코트(Ingot)로 주조하여 열간 및 냉간압연, 소둔산세를 행하여 1.5mm 두께의 판으로 만들어 인장시험과 성형성, 열간가공성을 평가하여 표 2에 표기하였다.

발명재와 비교재의 합금성분표 (wt %)

강종	C	Si	Mn	Cr	Ni	N	Cu	B	기타(S)
M-1	0.051	0.50	7.54	15.90	4.01	0.06	1.02	0.0021	0.0018
M-2	0.05	0.51	7.55	15.90	4.02	0.063	2.50	0.0022	0.0022
M-3	0.05	0.51	6.45	15.94	4.01	0.061	0.72	0.0022	0.0015
M-4	0.051	0.51	6.60	15.92	4.04	0.06	1.77	0.0023	0.0016
M-5	0.051	0.51	6.62	15.92	4.01	0.061	2.70	0.0023	0.0016
M-6	0.051	0.50	5.50	16.07	3.97	0.065	1.00	0.0022	0.0017
M-7	0.051	0.51	5.60	16.03	4.00	0.059	2.43	0.0023	0.0018
M-8	0.052	0.50	5.12	15.97	3.97	0.065	1.78	0.0022	0.0018
M-9	0.052	0.51	7.92	15.88	4.07	0.061	1.77	0.0022	0.0016
발명재	0.05	0.50	6.5	16.00	4.00	0.06	1.75	0.002	0.002

발명재와 비교재의 물성치

강종	0.2%YS(kg/mm)	El.(%)	에릭센(mm)	LDH(mm)	Stability Index	열간가공성 (RA: %)
M-1	27.7	53.1	11.21	2.16	12.6	61.0
M-2	26.7	52.1	10.78	2.14	-4.1	54.3
M-3	28.6	51.1	10.84	2.18	33.1	62.7
M-4	26.9	54.3	11.31	2.14	8.3	62.5
M-5	26.8	51.6	10.98	2.20	2.2	52.0
M-6	28.3	49.8	11.48	2.18	38.4	62.9
M-7	26.5	54.3	11.54	2.18	6.9	57.4
M-8	27.8	54.6	11.03	2.16	24.5	50.2
M-9	26.8	52.8	10.82	2.14	0.4	53.9
발명재	27.8	54.6	11.50	2.14	23.3	63.3

표 2 결과를 보면 0.05%C-0.06%N-16%Cr-4%Ni를 기본 조성으로 하고 고가인 Ni 원소를대체 하기 위한 망간(Mn)과 구리(Cu) 원소를 변화 시키어 측정된 항복강도(YS)와 성형성을 나타내는 연신율(El.), 에릭센, LDH 값을 보면 Mn과 Cu를 적정량 첨가한 발명재의 경우 항복강도가 낮아지고 연신율 값이 향상됨과 동시에 우수한 성형성(에릭센, LDH 값)이 얻어짐을 보여주었다.

그러나 고망간 오스테나이트강에 구리를 첨가한 강의 경우, 표 3에 명기된 바와 같이 구리 미첨가강 (시험편 203, 204)에 비교하여 구리 첨가강 (시험편 203Cu, 204Cu)와 같이 열간 가공성이 40% 이하수준으로 급격히 저하되는 문제점이 있기 때문에 이러한 문제점인 열간 가공성 저하를 방지하기 위하여 미량원소인 B과 Ca을 첨가한 발명재를 제조하여 평가한 결과 우수한 열간 가공성과 냉간 가공성 등의 품질특성을 얻었다.

204 발명재와 비교재의 열간가공성, RA (Reduction of Area) 값

강 종	201Cu	201	204	204Cu	발명재 (Cu,B첨가)
열간가공성 (RA)	38 %	59 %	58 %	41 %	63 %

RA : Reduction of Area (%)

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저가의 망간(Mn), 구리(Cu) 등을 사용하여 고가의 니켈(Ni)을 대체할 수 있는 냉간 가공성이 우수한 고망간 연질 오스테나이트계 스테인레스강 개발에 관한 것으로서 고가인 범용의 304강을 대체할 수 있는 저가의 고가공 연질 스테인레스강으로 대체사용이 가능하여 경제적 효과가 있다.

Claims

질량%로 C; 0% 초과 0.05% 이하, Si: 0% 초과 0.50% 이하, Mn: 5%~7%, Cr: 16%~17%, Ni: 4%~5%, Cu: 1.0%~2.0%, B:0% 초과 0.003%이하, N: 0% 초과 0.06% 이하, S: 0% 초과 0.002% 이하인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈저감형 오스테나이트계 스테인레스강.
제1항에 있어서,

상기 오스테나이트계 스테인레스강의 오스테나이트 안정도가 23~25 범위에 유지되도록 아래 SI 식의 성분 조성을 조절하는 것을 특징으로 하는 니켈저감형 오스테나이트계 스테인레스강.

SI(Stability Index) = 0.0267x²+0.4332x-3.1459

(여기서, x=250.4-205.4C-101.4N-7.6Mn -12.1Ni-6.1Cr-13.3Cu)