KR101268768B1 - 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조 방법 - Google Patents

페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 표면에 Na2O 및 SiO2를 포함하는 유리막층이 형성된 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 것을 특징으로 한다.

Description

페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조 방법{Ferritic stainless steel and manufacturing method of the same}
본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소둔 이전에 페라이트계 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성함으로써 표면 품질을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인리스강의 열간압연판은 고온취화를 받기 때문에 저온의 α상 영역에서의 장시간 소둔이 널리 이용되고 있다. 상기와 같은 저온 장시간 소둔의 목적은 γ상 분해 조직의 균일화된 탄화물의 석출 및 재결정 연화이다. 이와 같이, 저온에서 장시간 소둔하면 스테인리스강 제품의 리징성, r값, 항복강도 등의 재질특성이 급격히 개선되는 임계조건을 알 수 있다. 임계조건과 금속조직간의 관계가 명확히 되어 있지는 않지만, 통상적으로 820℃ 부근에서 10시간 정도의 소둔조건이 요구된다.
이와 같이, 냉연강판의 압연공정 또는 소둔열처리공정을 수행하는 동안, 냉연강판의 표면에는 크롬(Cr), 철(Fe) 등을 포함하는 금속산화물층이 형성된다. 이러한 금속산화물층은 산세공정 동안 산세용액에 의해 제거될 수 있으나, 일반적인 산세용액은 강산성을 띄는 용액으로 친환경적이지 못한 문제가 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 소둔열처리 이전에 페라이트계 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성하여 소둔열처리 공정에서 발생하는 소둔 스케일의 발생을 방지함으로써 표면 품질을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면에 Na2O 및 SiO2를 포함하는 유리막층이 형성된 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강이 제공된다.
상기 유리막층은 5wt% 이상 10wt% 이하의 Na2O 및 25wt% 이상 30wt% 이하의 SiO2를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 페라이트계 스테인리스강을 냉간압연하는 단계; 상기 스테인리스강의 표면에 Na2O 및 SiO2를 포함하는 물유리층을 형성시키는 단계; 및 물유리층이 형성된 상기 스테인리스강을 소둔하여 상기 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법이 제공된다.
상기 물유리층을 형성시키는 단계는, 냉간압연된 상기 스테인리스강의 표면에 물유리를 접촉시키는 단계; 및 물유리가 접촉된 상기 스테인리스강을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 물유리를 접촉시키는 단계에서, 상기 스테인리스강을 상기 물유리에 침적할 수 있다.
상기 물유리를 접촉시키는 단계에서, 상기 스테인리스강의 표면에 상기 물유리를 코팅 또는 스프레이할 수 있다.
상기 물유리는 5wt% 이상 10wt% 이하의 Na2O, 25wt% 이상 30wt% 이하의 SiO2 및 60wt% 이상 70wt% 이하의 H2O를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유리막층을 형성시키는 단계 이후, 상기 스테인리스강을 물에 침적시켜 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 소둔열처리 이전에 페라이트계 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성하여 소둔열처리 공정에서 발생하는 소둔 스케일의 발생을 방지함으로써 표면 품질을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 소둔 스케일의 발생이 억제됨으로 소둔열처리 공정 이후의 산세공정을 생략할 수 있어 친환경적인 스테인리스강 제조공정을 구현할 수 있으며 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 실시예에 따른 스테인리스강의 제조공정을 간략하게 모식화한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 실시예 2에 따라서 표면에 유리막층을 형성한 후 스테인리스강의 표면 성분을 분석한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라서 표면에 유리막층을 형성하지 않고 소둔열처리한 후 스테인리스강의 표면 성분을 분석한 그래프이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 다만, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려, 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 특허청구범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 함께 제시된 도면은 명확한 설명을 위해서 다소 간략화 되거나 과장된 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
물유리는 이산화규소(SiO2)와 알칼리성의 산화나트륨(Na2O)을 융해해서 얻은 규산나트륨(액상)을 진한 수용액으로 만든 것이다. 이는 원료물질인 규사(珪砂)와 소다회(灰)의 혼합물을 1,300~1,500℃에서 용융해서 얻은 생성물을 저압 증기솥에서 처리하여 만든 것으로, 보통 3호 규산나트륨을 말한다. 물유리는 수분을 60% 이상 함유하므로 그대로 방치해서는 굳지 않으며, 가열한다고 해도 수증기의 증발에 의해서 표면에서부터 굳기 시작한다.
열연산세를 마친 화이트 코일(White Coil) 상태의 강판을 냉간압연을 하여 소둔 산세과정의 전단계인 풀 하드(Full Hard)재가 된다. 이러한 풀 하드재는 냉간압연과정에 압연유가 묻어 있어서 이것을 제거하기 위한 탈지과정이 필요하다. 이렇게 탈지를 마친 풀 하드재의 표면에 물유리층을 형성시키기 위하여 물유리가 들어 있는 수조를 통과시켜서 강판을 물유리를 침지한다. 또한, 강판의 표면에 물유리를 스프레이하거나 또는 롤코터를 이용하여 강판의 표면에 물유리를 코팅시킨다. 이렇게 하여 형성된 물유리층이 소둔과정을 거치면 표면에 있는 수분은 증발하고, 남아있는 물유리 잔류물들이 강판의 표면과 유리막층을 형성하게 된다. 형성된 유리막층은 스테인리스 강판 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있어 스케일이 생성되지 않게 한다. 이에 따라서, 강판의 표면에 형성된 유리막층은 강판의 내식성을 향상시켜 유리막층이 표면에 형성된 강판은 자동차용 배기계에 사용하기 적절한 형태가 된다. 즉, 일반적으로 소둔공정 후에 필요로 하는 산세공정을 배제하고도 내식성이 우수한 표면에 유리막층이 형성된 강판을 형성할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명에 실시예에 따른 스테인리스강의 제조공정을 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 냉간압연된 스테인리스강의 표면에 Na2O 및 SiO2를 포함하는 물유리층을 형성시키는 단계 및 물유리층이 형성된 상기 스테인리스강을 소둔하여 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성시키는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 물유리층을 형성시키는 단계는, 냉간압연된 상기 스테인리스강의 표면에 물유리를 접촉시키는 단계 및 물유리가 접촉된 상기 스테인리스강을 건조하는 단계를 포함한다.
상기 물유리를 접촉시키는 단계에서, 상기 스테인리스강을 상기 물유리에 침적할 수 있으며, 상기 스테인리스강의 표면에 상기 물유리를 코팅할 수도 있다.
여기서, 상기 물유리는 5wt% 이상 10wt% 이하의 Na2O, 25wt% 이상 30wt% 이하의 SiO2 및 60wt% 이상 70wt% 이하의 H2O를 포함한다.
또한, 상기 유리막층을 형성시키는 단계 이후, 상기 스테인리스강을 물에 침적시켜 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예들을 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
( 비교예 및 실시예 )
페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드(Full Hard)재 1.2t 150X70mm 시편을 물유리에 침적시켜서 건져낸 후 공기 중에서 4시간 정도 건조시킨다. 이것을 930℃ 가열로(box furnace)에 넣고 72초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 1.2t 150X70mm 시편을 물유리를 바 코터(bar coater)로 코팅한 후 공기 중에서 4시간 정도 건조시킨다. 이것을 930℃ 가열로에 넣고 72초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 0.6t 150X70mm 시편을 물유리에 침적시켜서 건져낸 후 공기 중에서 4시간 정도 건조시킨다. 이것을 930℃ 가열로에 넣고 52초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
페라이트계 430 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 1.2t 150X70mm 시편을 물유리에 침적시켜서 건져낸 후 공기 중에서 4시간 정도 건조시킨다. 이것을 830℃ 가열로에 넣고 95초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
페라이트계 430 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 0.6t 150X70mm 시편을 물유리를 바 코터로 코팅한 후 공기 중에서 4시간 정도 건조시킨다. 이것을 830℃ 가열로에 넣고 52초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
[ 비교예 1]
페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 1.2t 150X70mm 시편을 930℃ 가열로에 넣고 72초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
[ 비교예 2]
페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 0.6t 150X70mm 시편을 930℃ 가열로에 넣고 52초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
[ 비교예 3]
페라이트계 430 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 1.2t 150X70mm 시편을 830℃ 가열로에 넣고 95초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
[ 비교예 4]
페라이트계 430 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 0.6t 150X70mm 시편을 830℃ 가열로에 넣고 52초 동안 유지한 후 수냉시킨다.
표 1은 본 발명의 실시예 1-5 및 비교예 1-4에 따른 페라이트계 스테인리스강의 내식성 테스트 결과이다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따라서 표면에 유리막층을 형성한 후 스테인리스강의 표면 성분을 분석한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 표면에 유리막층을 형성하고 소둔열처리한 후 스테인리스강의 표면 성분을 분석한 그래프이다.
내식성은 복합염수분무시험기(CCT : Cyclic Corrosion Tester)를 이용하여 1 cycle 당 Spray(2시간)-Dry(4시간)-Wet(2시간) 실시한 후 경과 cycle에 따른 백청 및 적청 5% 이상 발생 시간을 측정하여 부식상태를 조사하였으며, 평가기준은 다음과 같다.
내식성의 테스트 결과는 아래와 같은 기호를 사용하여 표기하였고, 당해 테스트 결과는 표 1에 기재하였다.
◎ : 적청 미발생 - 21 cycles 이상, 백청 발생 - 12 cycles 이상
○ : 적청 발생 - 15~21 cycles, 백청 발생 - 4~12 cycles
□ : 적청 발생 - 3~15 cycles, 백청 발생 - 1~3 cycles
△ : 적청 발생 - 3 cycles 이내, 백청 발생 - 1 cycle 이내
× : 적청 발생 - 1 cycle 이내
Figure 112011059465195-pat00001
상기 표 1에서, 대부분의 경우에서 페라이트계 스테인리스 냉연강판의 표면에 백청이 발생한 다음 적청이 발생하였다.
그러나, 실시예 1-5의 경우에는 복합염수분무시험기 12 cycles 이상에서 백청이 발생하였으나, 21 cycles 이상인 경우에도 적청이 미발생하였다. 즉, 페라이트계 스테인리스강의 표면에 SiO2를 포함하는 유리막층이 코팅되어 스케일층의 생성을 방지함을 알 수 있다.
이에 비하여, 비교예 1-4의 경우에는 백청의 발생 없이 복합염수분무시험기 1 cycle 이내에 적청이 발생하였다. 즉, 페라이트계 스테인리스강의 표면에 실시예 1-5와 같은 SiO2를 포함하는 유리막층이 형성되어 있지 않을 경우 스케일층이 생성됨을 알 수 있다.
도 2는 본 발명에 실시예 2에 따라서 표면에 유리막층을 형성한 후 스테인리스강의 표면 성분을 분석한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라서 표면에 유리막층을 형성하지 않고 소둔열처리한 후 스테인리스강의 표면 성분을 분석한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 1.2t 150X70mm 시편의 표면에 Si 및 O의 성분이 있는 것을 볼 수 있었다. 이로부터 스테인리스강의 표면에 SiO2를 포함하는 유리막층이 코팅되어 있음을 알 수 있었다.
또한, 페라이트계 409 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 0.6t 150X70mm 시편을 소둔열처리한 후 표면 성분을 분석한 도 3을 참조하면, 1.5㎛ 내지 2㎛의 깊이에서 Fe, Cr 및 O의 성분이 있는 것을 볼 수 있었다. 즉, 크롬(Cr), 철(Fe)을 포함하는 금속산화물층인 스케일층이 표면으로부터 1.5㎛ 내지 2㎛의 깊이에 생성된 것을 알 수 있었다.
상기 결과로부터, 유리막층을 스테인리스 냉연강판 풀 하드재 표면에 코팅하고 소둔열처리한 경우 표면에 형성된 SiO2가 스케일층의 생성을 방지함을 알 수 있다.
본 발명의 실시예 1 내지 5에 따르면, 소둔열처리 이전에 페라이트계 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성하여 소둔열처리 공정에서 발생하는 소둔 스케일의 발생을 방지함으로써 표면 품질을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 소둔 스케일의 발생이 억제됨으로 소둔욜처리 공정 이후의 산세공정을 생략할 수 있어 친환경적인 스테인리스강 제조공정을 구현할 수 있으며 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 페라이트계 스테인리스강을 냉간압연하는 단계;
    상기 스테인리스강의 표면에 Na2O 및 SiO2를 포함하는 물유리층을 형성시키는 단계; 및
    물유리층이 형성된 상기 스테인리스강을 소둔열처리하여 상기 스테인리스강의 표면에 유리막층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 물유리층을 형성시키는 단계는,
    냉간압연된 상기 스테인리스강의 표면에 물유리를 접촉시키는 단계; 및
    물유리가 접촉된 상기 스테인리스강을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 물유리를 접촉시키는 단계에서,
    상기 스테인리스강을 상기 물유리에 침적하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 물유리를 접촉시키는 단계에서,
    상기 스테인리스강의 표면에 상기 물유리를 코팅 또는 스프레이하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 물유리는 5wt% 이상 10wt% 이하의 Na2O, 25wt% 이상 30wt% 이하의 SiO2 및 60wt% 이상 70wt% 이하의 H2O를 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 유리막층을 형성시키는 단계 이후,
    상기 스테인리스강을 물에 침적시켜 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
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