KR101239460B1 - 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 선상흠 결함이 저감된 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은, 열간압연공정의 가열로측으로 제공되는 스테인리스강의 장입온도를 290℃ 내지 330℃ 범위 내에서 제어하고, 상기 가열로의 균열대온도를 1160℃ 내지 1190℃ 범위 내에서 제어한다. 또한, 연주공정시 상기 스테인리스강을 냉각하는 냉각수의 비수량을 0.95L/Kg-steel 내지 1.05L/Kg-steel 범위 내에서 제어하고, 상기 열간엽연공정 이전에서 상기 스테인리스강에 대해 그라인딩을 실시하지 않는다.

Description

마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법{method of manufacturing martensitic stainless steel}

본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 표면품질이 향상된 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인리스강은 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계 및 듀플렉스계 또는 이상계로 분류된다. 이와 같은 스테인리스강에서 특히 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강은 소입경도는 우수하나, 선형의 선상흠 결함에 따라 표면 품질이 저하되는 문제점이 발생되고 있다. 이와 같은 선상흠 결함의 경우, 열간압연 이전에 발생된 강의 표면의 크랙이 잔류하여 압연 시 상기 크랙이 연신되면서 결함으로 나타나는 것으로 확인되고 있다. 따라서, 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 강을 압연하기 이전에 상기 선상흠 결함을 개선할 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 선상흠 결함이 저감되어 표면품질이 향상된 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은, 열간압연공정의 가열로측으로 제공되는 스테인리스강의 장입온도를 290℃ 내지 330℃ 범위 내에서 제어하고, 상기 가열로의 균열대온도를 1160℃ 내지 1190℃ 범위 내에서 제어한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 연주공정시 상기 스테인리스강을 냉각하는 냉각수의 비수량을 0.95L/Kg-steel 내지 1.05L/Kg-steel 범위 내에서 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 상기 열간엽연공정 이전에서 상기 스테인리그상에 대해 그라인딩을 실시하지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 마르텐사이트계 스테인리스강은 Cr: 12wt% 내지 13 wt%, Mn: 0.3 wt% 내지 0.5 wt%, C: 0.04 wt% 내지 0.07 wt%, Cu: 0.1 wt% 내지 0.5 wt%, N: 0.01 wt% 내지 0.03 wt%, 기타 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 압연 공정 이전의 공정 조건을 제어하여 선상흠 결함이 저감된 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다. 따라서, 압연 공정에서 발현될 수 있는 선상흠 결함을 방지할 수 있고, 이에 따라, 압연 이후에 발생된 선상흠 결함을 제거하기 위해 강판을 그라인딩하는 작업을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열간압연공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참고 하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 연속주조장치(100)를 이용하여 스테인리스강의 주편(60)을 제조한다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 스테인리스강은 마르텐사이트계 스테인리스강일 수 있고, 상기 마르텐사이트계 스테인리스강은 Cr: 12wt% 내지 13 wt%, Mn: 0.3 wt% 내지 0.5 wt%, C: 0.04 wt% 내지 0.07 wt%, Cu: 0.1 wt% 내지 0.5 wt%, N: 0.01 wt% 내지 0.03 wt%, 기타 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

한편, 일반적으로 상기 마르텐사이트계 스테인리스강이 12wt% 내지 13 wt%의 Cr을 포함하는 경우에, 연주공정에서 응고된 강에는 오스테나이트와 페라이트의 두 개의 상 영역이 존재하게 되고, 이 강을 열간 압연 시 상기 두 개의 상 영역 간의 계면에서 응고층의 터짐(breakout)현상이 발생하여 선상흠 결함이 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는, 강이 열간압연공정 이전의 공정에서의 공정조건을 제어하여 상기 선상흠 결함이 저감될 수 있는 방안을 아래와 같이 제시한다.

상기 주편(60)을 제조하는 데 사용되는 연속주조장치(100)의 구조는 다음과 같다. 상기 연속주조장치(100)는 래들(10), 턴디쉬(20), 주형(30), 냉각수 공급장치들(40) 및 이송롤들(50)을 포함한다. 상술한 구조를 갖는 상기 연속주조장치(100)를 이용하여 상기 주편(60)을 제조하는 제강공정은 다음과 같다.

우선, 상기 래들(10) 측으로 정련이 완료된 용강(5)이 제공되고, 상기 래들(10)에 채워진 용강(5)은 롱노즐(15)을 통해 상기 턴디쉬(20) 측으로 제공된다. 상기 턴디쉬(20)는 상기 래들(10)과 상기 주형(30) 사이에서 상기 용강(5)을 임시 저장하는 버퍼역할을 하고, 상기 턴디쉬(20)에 제공된 용강(5)은 침지노즐(25)을 통해 상기 주형(30) 측으로 제공된다.

상기 주형(30) 측으로 제공된 용강(5)은 상기 주형(30)에 의해 상기 주편(60)으로 형상화되는 동시에 상기 주편(60)에 대해 제1차 냉각이 진행된다. 상기 주형(30)에 의해 형상화되고 상기 제1차 냉각되어 제조된 상기 주편(60)은 이송롤들(50)에 의해 측면상에서 제1 방향(D1)과 나란하도록 수직만곡형 형상을 그리며 하강한다.

한편, 상기 이송롤들(50)에 의해 상기 주편(60)이 이송되는 동안에, 상기 주편(60)은 상기 냉각수 공급장치들(40)로부터 토출되는 냉각수에 의해 제2차 냉각된다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 냉각수 공급장치들(40)로부터 토출되는 냉각수의 비수량은 0.95L/Kg-steel 내지 1.05L/Kg-steel일 수 있다. 본 발명의 실시예와 달리 상기 비수량이 0.95L/Kg-steel 미만인 경우에, 상기 주편(60)이 본 발명의 실시예에서 제시되는 조건보다 상대적으로 약랭되어 상기 주편(60) 내에서 강도가 우수한 오스테나이트 조직의 감소에 따른 응고셀의 강도가 저하될 수 있고, 이에 따라, 상기 주편(60)의 표면에 크랙의 발생율이 증가될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예와 달리 상기 비수량이 1.05L/Kg-steel을 초과하는 경우에, 상기 주편(60)이 본 발명의 실시예에서 제시되는 조건보다 상대적으로 강랭되어 상기 주편(60)이 응고되는 과정에서 냉각된 부위에 응력이 집중되어 상기 주편(60)의 표면에 크랙의 발생율이 증가될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 주편(60)에 대해 그라인딩을 통한 정정공정을 실시하지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예와 달리, 상술한 제강공정에서 상기 주편(60)이 제조된 후 상기 주편(60)에 대해 그라인딩(grinding)을 통한 정정공정을 실시하는 경우에, 그라인딩 장치의 휠에 의해 상기 주편(60)에 가해지는 압하량이 증가하여 상기 주편(60)의 표면에 크랙의 발생율이 증가될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열간압연공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명된 제강공정에서 제조된 주편(60)에 대해 열간압연장치(200)를 사용하여 열간압연공정이 실시된다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 열간압연장치(200)는 보열로(90), 가열로(120) 및 열간압연기(180)를 포함할 수 있고, 상기 열간압연장치(200)의 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 보열로(90)는 제1 가열부재(105)를 구비하고, 상기 보열로(90)는 냉각수 공급장치들(도 1의 40)에 의해 제2차 냉각이 완료된 주편(60)이 상기 가열로(120) 측으로 투입되기 이전에 상기 주편(60)을 일정온도로 열처리한다. 따라서, 상기 보열로(90)는 상기 주편(60)을 열처리하여 상기 가열로(120) 측으로 투입되기 직전의 상기 주편(60)의 온도, 소위, 장입온도를 제어한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는, 상기 장입온도는 290℃ 내지 330℃의 범위 내에서 제어될 수 있다. 상기 장입온도가 290℃ 미만으로 설정하는 경우에, 외부 열응력에 의해 상기 주편의 표층에 미세 크랙이 발생되어 상기 선상흠 결함이 발생될 수 있다. 또한, 상기 장입온도가 330℃를 초과하여 설정되는 경우에, 상기 주편(60)의 연질화에 따라 상기 주편(60)을 이송하는 과정에서 외력에 의해 찍힘 불량이 증가될 가능성이 있다.

상기 가열로(120)는 제2 가열부재들(110)을 구비하여 상기 주편(60)을 압연처리하기 이전에 상기 주편(60)을 소둔처리한다. 상기 가열로(120) 측으로 투입된 주편(60)은 상기 가열로(120)에서 일정시간 동안 균열대온도로 소둔처리된다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 균열대 온도는 1160℃ 내지 1190℃ 범위 내에서 설정될 수 있다. 상기 균열대 온도가 1160℃ 미만인 경우에 상기 주편(60)을 소둔처리하는 효과가 미비할 수 있고, 상기 균열대 온도가 1190℃를 초과하는 경우에 상기 주편(60) 내에 델타 페라이트 분율의 증가하여 선상흠 결함이 발생되는 요인으로 작용할 수 있다.

상기 열간압연기(180)는 조압연기(130), 사상압연기(140), 라미나 플로우(150) 및 권취기(160)를 포함한다.

상기 조압연기(130)는 상기 가열로(110)에서 소둔처리된 주편(60)을 1차로 압연하는 장치로, 상기 조압연기(130)에 의해 주편(60)은 그 두께가 200mm 내지 300mm 에서 수십 mm로 감소되도록 연신될 수 있다.

상기 조압연기(130)에 의해 1차 압연된 주편은 상기 사상 압연기(140)에 의해 2차 압연되어 상기 압연코일(70)이 제조되고, 그 이후에, 상기 압연코일(70)이 이동하는 방향과 나란하게 배열된 상기 라미나 플로우들(150)로부터 토출되는 냉각수에 의해 상기 압연코일(70)이 냉각되어 상기 냉각된 압연코일(70)은 상기 권취기(160)에 의해 감겨진다.

한편, 아래 표 1은 앞서 도 1을 참조하여 설명된 주편의 제2차 냉각에 사용되는 냉각수 비수량, 주편 그라인딩 실시여부, 주편의 장입온도, 및 가열로의 균열대 온도에 따른 상기 압연코일(70) 상에 선상흠 결함의 발생유무에 근거한 평점을 나타낸 표이다. 아래 표 1에서 평점은 선상흠 결함 발생에 따른 코일 그라인딩 발생률에 따른 것으로, 평점이 클수록 상기 선상흠 결함 발생률이 높다는 것을 의미한다.

구분	냉각수 비수량 (L/kg-steel)	주편 그라인딩 실시여부	장입온도 (℃)	균열대온도 (℃)	선상흠결함 평점
제1 비교예	0.8	실시	145	1191	평점 2
제2 비교예	0.8	실시	140	1197	평점 3
제3 비교예	0.8	미실시	135	1197	평점 2
제4 비교예	1.0	실시	280	1203	평점 2
제5 비교예	1.0	미실시	290	1205	평점 2
제1 실시예	1.0	미실시	300	1178	미발생
제2 실시예	1.0	미실시	295	1180	미발생
제3 실시예	1.0	미실시	290	1180	미발생

표 1을 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제5 비교예들에 따른 결과와 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들에 따른 결과가 나타난다. 상기 표 1에 대한 결과를 설명하기 이전에, 편의상 본 발명에서 제시하는 선상흠 결함 발생을 방지하는 네 가지 조건들을 다음과 같이 정의한다. 제1 조건은 냉각수 비수량이 0.95L/kg-steel 내지 1.05L/kg-steel 범위 내에서 제어되는 것이고, 제2 조건은 주편에 대해 그라인딩을 실시하지 않는 것이고, 제3 조건은 장입온도를 290℃ 내지 330℃ 범위 내에서 제어하는 것이고, 제4 조건은 균열대 온도를 1160℃ 내지 1190℃ 범위 내에서 제어하는 것이다.

본 발명의 제1 및 제2 비교예들의 경우에는, 상술한 제1 내지 제4 가지 조건들을 모두 만족하지 않는다. 상기 제1 비교예의 조건에 따라 제조된 압연코일의 품질은 평점 2이고, 상기 제2 비교예의 조건에 따라 제조된 압연코일의 품질은 평점 3으로, 이 두 비교예들에서 제시되는 조건에 따라 제조된 압연코일들에서는 모두 선상흠 결함이 발생됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 비교예들 각각에서는, 상기 선상흠 결함을 제거하기 위하여 코일 그라인딩 작업이 요구될 수 있다.

본 발명의 제3 비교예의 경우에는, 상기 제2 조건을 만족하나, 나머지 제1, 제3 및 제4 조건들을 만족하지 않는다. 상기 제3 비교예의 조건에 따라 제조된 압연코일의 품질은 평점 2로, 상기 제3 비교예에서 제시된 조건에 따라 제조된 압연코일에 대해서 선상흠 결함이 발생됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 제3 비교예에서는, 상기 선상흠 결함을 제거하기 위하여 코일 그라인딩 작업이 요구될 수 있다.

본 발명의 제4 비교예의 경우에는, 상기 제1 조건을 만족하나, 나머지 제2, 제3 및 제4 조건들을 만족하지 않는다. 상기 제4 비교예의 조건에 따라 제조된 압연코일의 품질은 평점 2로, 상기 제4 비교예에서 제시된 조건에 따라 제조된 압연코일에 대해서 선상흠 결함이 발생됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 제4 비교예에서는, 상기 선상흠 결함을 제거하기 위하여 코일 그라인딩 작업이 요구될 수 있다.

본 발명의 제5 비교예의 경우에는, 상기 제1, 제2 및 제3 조건들을 만족하나, 상기 제4 조건을 만족하지 않는다. 상기 제5 비교예의 조건에 따라 제조된 압연코일의 품질은 평점 2로, 상기 제5 비교예에서 제시된 조건에 따라 제조된 압연코일에 대해서 선상흠 결함이 발생됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 제1, 제2 및 제3 실시예들 각각은 상기 제1 내지 제4 조건들을 모두 만족한다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 실시예들 각각에서 제시되는 조건에 따라 제조된 압연코일(70)에서는 선상흠 결함이 발생되지 않는다.

따라서, 상기 표 1의 결과를 종합하면, 본 발명에서 제시하는 상기 제1 내지 제4 조건들 모두는 선상흠 결함을 제어하는 데 필요한 조건임을 알 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 조건들을 모두 충족하는 경우에, 상기 압연코일(70)에 선상흠 결함이 저감되어 코일 그라인딩 작업 없이도 우수한 표면품질을 갖는 상기 압연코일(70)을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 연속주조장치 40: 냉각수 공급장치
60: 주편 200: 열간압연장치
90: 보열로 120: 가열로
180: 열간압연기 180: 열간압연기

Claims (6)

1. 열간압연공정의 가열로측으로 제공되는 마르텐사이트계 스테인리스강의 장입온도를 290℃ 내지 330℃ 범위 내에서 제어하고, 상기 가열로의 균열대온도를 1160℃ 내지 1190℃ 범위 내에서 제어하되,
   상기 마르텐사이트계 스테인리스강은 Cr: 12wt% 내지 13 wt%, Mn: 0.3 wt% 내지 0.5 wt%, C: 0.04 wt% 내지 0.07 wt%, Cu: 0.1 wt% 내지 0.5 wt%, N: 0.01 wt% 내지 0.03 wt%, 기타 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   연주공정시 상기 스테인리스강을 냉각하는 냉각수의 비수량을 0.95L/Kg-steel 내지 1.05L/Kg-steel 범위 내에서 제어하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열간압연공정 이전에서 상기 스테인리스강에 대해 그라인딩을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. Cr: 12wt% 내지 13 wt%, Mn: 0.3 wt% 내지 0.5 wt%, C: 0.04 wt% 내지 0.07 wt%, Cu: 0.1 wt% 내지 0.5 wt%, N: 0.01 wt% 내지 0.03 wt%, 기타 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 열간 압연 이전의 가열로 측으로 290℃ 내지 330℃의 장입온도로 장입되어 1160℃ 내지 1190℃의 균열대 온도로 소둔되어 제조된 마르텐사이트계 스테인리스강.

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