KR101301334B1 - 리징성이 개선된 스테인리스강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리징성을 향상 시키는 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로, 스테인리스강의 열연판을 100K 이하의 극저온에서 최종 제품의 두께로 냉간 압연하여 냉연판을 얻은 후에 소둔 온도 1073 ~ 1173K 온도에서 연속 소둔하는 과정을 통하여 리징성을 현저히 개선시킨 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다. 본 발명에서는 중량 %로 C: 0 초과 0.10% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, Mn: 0 초과 1.0% 이하, P: 0 초과 0.04% 이하, S: 0 초과 0.003% 이하, Cr: 15.0~20.0%, 그리고 N: 0 초과 0.05% 이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강종을 대상으로 한다.

극저온, 페라이트계, 스테인리스강, 냉간 압연

Description

리징성이 개선된 스테인리스강의 제조방법{Method of manufacturing ferritic stainless steel with an excellent ridging property}

본 발명은 스테인리스강의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 열간 압연을 거친 열연판을 냉간 압연하는 과정에서 냉간 압연의 온도와 압연 방법을 제어하여 소둔 상태에서 리징 결함을 최소화 시키도록 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 열간 압연, 냉간 압연 및 소둔 단계 후에 다양한 방법으로 최종 제품으로 가공되어진다. 특히 페라이트계 스테인리스강은 각종 주방용품, 자동차 부품등에 널리 사용되는데 이 때 딥 드로잉(deep drawing)이라는 프레스 성형 가공과정을 거친다. 그러나 페라이트계 스테인리스강은 이와 같은 프레스 성형시에 제품의 표면에 줄무늬 모양의 리징(ridging) 결함이 발생하곤 한다.

이러한 리징 결함은 표면에 요철을 형성하여 제품의 외관을 나쁘게 할 뿐 아니라, 심하게 발생하는 경우 프레스 성형 후 표면 연마 공정이 추가되기 때문에 제품 생산 비용이 높아지므로 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 리징 높이는 낮을수록 좋은데 이와 같은 리징 결함을 적절히 제어하기 위한 많은 방법이 알려져 있다. 통상은 이와 같은 리징높이가 10um 이하의 경우에 표면 연마 없이 제품을 제작할 수 있으므로 리징 높이를 10um 이하로 제어하는 것이 요구된다.

이와 같은 리징결함의 원인은 명확하게 밝혀지지는 않았지만, 대개 다음과 같이 알려 져 있다. 즉 최종 냉연 소둔판에 있어서 다른 집합조직을 가지는 부위의 소성 이방성에 의해 표면에 요철이 발생하는데, 특히 조대한 주조조직에 기인하여 열연판에 존재하는 {001}<110> 결정 방위를 가지는 조대한 결정립 군의 형성에 의한 것으로 알려져 있다.

이와 같은 리징결함을 해결하기 위한 다양한 제어방법이 종래에 알려져 있다. 먼저 리징의 원인인 조대한 결정립군은 응고시 형성되된 조대 결정립으로부터 발생한 것이라는 근거에 기인하여 응고 결정립을 미세화하기 방법이 있다. 일본 특허 공개공보 소50-123294호에 기술된 응고 결정립 미세화는 주상정의 등축정화율 향상을 위하여 전자 교반, 응고 결정핵 도입 및 주조 온도 저하를 통한 응고 결정립 미세화 방안을 제시하여 리징결함을 낮추기 위한 방법을 제시하고 있다.

또한 일본 특허 공개 공보 소57-70234는 조대한 결정립군인 집합조직의 무질서화(랜덤화)를 위하여 제조공정인 열간 압연중 결정립의 재결정화 촉진을 위하여 열간압연 조건 즉 가열온도, 마무리 온도, 권취온도, 압하율 및 열간압연 후 소둔온도 등의 적정화와 냉간압연 재결정화를 증가를 도모하기 위하여 냉간 압연시 중간 소둔 공정을 추가하는 방법을 제시하였다. 또 이들은 열간 압연 방법의 변경 즉 폭방향 변형의 부가 및 입내 석출물과 오스테나이트상 이용 및 열연 윤활의 적정화에 의하여 리징을 개선할 수 있다고 언급하고 있으며, 일본 특허 공개 공보 평6-81036호는 상변태를 도입 할 목적으로 강의 성분의 미세 조정과 특수한 열처리 공정을 제한하고 있기도 한다.

최근에 개시된 대한민국 공개특허 2003-0050695에 의하면 열연 소둔을 하지 않은 열연판을 일정 압하율 까지 냉간 압연하여 내부 변형에너지를 축적하여 충분한 소둔을 통하여 리징의 원인이 되는 조대한 결정립군을 파괴 시키고 다시 냉간 압연 및 소둔을 함으로써 리징을 향상시키는 열연 무소둔 후 반복 냉간 압연-냉연 소둔하는 방법을 제시하고 있다.

그러나 상기에 언급한 방법들은 냉간 압연 이전 공정 즉 연주, 열간 압연등의 공정을 통하여 리징결함을 제어하기 위한 것이며, 이는 냉연 소둔시 재결정 조직에 직접 영향을 주는 냉간 압연에 의한 내부 변형에너지의 축적이 적고 또 재결정 핵생성 사이트가 제한 적이기 때문에 냉연 소둔 조건에 상관없이 리징의 원인인 조대 결정립군의 파괴가 쉽지 않다는 어려움이 있다. 특히 최근에 제시된 열연 무소둔 후 반복 냉간 압연-냉연 소둔 방법은 전체적인 냉간 압연율의 증가에 의한 조대 결정립의 파괴로 리징의 개선은 이루어질 수 있으나, 반복되는 냉간 압연-냉연 소둔 공정은 소재 제조 비용의 증가로 이어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 통상의 방법으로 얻어진 열연판을 냉간 압연단계에서 냉간 압연 온도의 조절에 의하여 리징을 개선하기 위한 방안을 제시하고자 한다.

이와 같은 냉간 압연단계에서의 냉연 온도를 제어할 경우 열간 압연판을 냉간 압연기에서 냉간 압연 할 때 냉간 변형에 의한 내부 변형 에너지를 극대화시킬 수 있다. 그리고 냉연 소둔시 재결정 핵생성 장소를 증가시키기 위하여 냉간 압연시 냉간 압연을 통상의 압연 온도인 상온 (296K)보다 매우 낮은 극저온인 100K 이하에서 냉간 압연을 시행함으로서 내부 변형에너지의 축적을 극대화할 수 있다. 극저온은 바람직하기로는 액체질소 온도인 77K 이하에서 냉간 압연을 시행 한다. 또한 이와 같은 극저온 변형시 변형쌍정을 도입함에 의하여 열간 압연판에 존재하는 조대 결정립을 기계적으로 파괴하고 냉연소둔시 재결정의 핵생성 장소를 제공함으로써 페라이트계 스테인리스강에 있어서의 리징을 획기적으로 저감하의 리징을 저감하는 냉간 압연 제조방법을 제공하는 데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 페라이트계 스테인리스강의 열연판을 제공하는 단계; 상기 열연판을 100K 이하의 극저온에서 최종 제품의 두께로 냉간 압연하여 냉연판을 얻는 단계; 상기 냉연판을 소둔 온도 1073 ~ 1173K 온도에서 연속 소둔하는 단계;로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.

바람직하기로 연속 소둔 시간은 30초 ~ 2분이고, 대상 강종은 중량 %로 C: 0 초과 0.10% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, Mn: 0 초과 1.0% 이하, P: 0 초과 0.04% 이하, S: 0 초과 0.003% 이하, Cr: 15.0~20.0%, 그리고 N: 0 초과 0.05% 이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강이다.

또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 페라이트계 스테인리스강의 열연판을 제공하는 단계; 상기 열연판을 100K 이하의 극저온에서 50~70%의 압하율로 냉간 압연하여 냉연판을 얻는 단계; 상기 냉연판을 100K 이상에서 10%이하의 압하율로 최종 마무리 냉간 압연하는 단계; 상기 냉연판을 소둔 온도 1073 ~ 1173K 온도에서 연속 소둔하는 단계;로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.

바람직하기로 연속 소둔 시간은 30초 ~ 2분이고, 대상 강종은 중량 %로 C: 0 초과 0.10% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, Mn: 0 초과 1.0% 이하, P: 0 초과 0.04% 이하, S: 0 초과 0.003% 이하, Cr: 15.0~20.0%, 그리고 N: 0 초과 0.05% 이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 페라이트계 스테인리스강의 냉간 압연을 극저온인 100K 이하 또는 극저온과 통상의 상온 압연 조합에 의하여 냉연 성형을 실시함으로써, 표면 결함인 리징을 현저히 감소 시키는 효과를 얻을 수 있으며, 또한 공정 생략에 의한 제조 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명을 적용하기 위하여 바람직한 페라이트계 스테인리스의 해당강종은 중량 %로 C: 0 초과 0.10% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, Mn: 0 초과 1.0% 이하, P: 0 초과 0.04% 이하, S: 0 초과 0.003% 이하, Cr: 15.0~20.0%, 그리고 N: 0 초과 0.05% 이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되어 있다.

다음은 본 발명의 제조조건과 그에 대한 한정 이유를 설명한다.

본 발명의 냉간 압연시의 온도를 100K 이하의 극저온으로 설정한 것은 냉간 압연시 소성변형에 의하여 도입된 각종 결함에 의한 내부에너지 축적을 최대화하기 위한 것이다. 또한 극저온 냉간 압연시 소재의 변형이 전위에 의한 변형 보다 변형 쌍정에 의하여 변형이 진행되어 열연판에 존재하는 조대한 결정립군의 파괴를 도모하고자 하였다.

통상적으로 냉간 압연시 부과된 변형 에너지의 90% 정도는 열에너지로 변환하여 가공발열로 발생하고, 나머지 10% 정도만이 변형에너지로 저장된다고 알려져 있으므로 강을 냉간 압연하는 경우 가공 발열에 의하여 소재의 온도가 상당히 상승한다. 특히 페라이트계 스테인리스강의 경우, 통상의 냉간 압연 조건인 상온 296K에서 압연을 하는 경우, 소재의 변형은 전위의 이동에 의한 전위셀 및 변형띠의 형성에 의해서 진행되며, 가공 발열에 의하여 일부 전위 셀 및 변형띠의 회복이 발생할 수도 있다.

이처럼 전위 셀이나 변형띠의 회복은 냉연 소둔시 재결정 핵생성 장소로서 역할을 하지 못하여, 열연판에서 존재하는 조대 결정립의 파괴에 효과적이지 못하다. 극저온인 100K 이하에서 냉간 압연하는 경우, 가공 발열에 의한 소재 온도가 상온 이하로 냉간 압연시 도입된 전위 셀 이나 변형띠의 회복 발생 가능성이 거의 없다. 특히 극저온에서 페라이트계 스테인리스강의 경우 소성 변형 기구가 전위의 이동 보다는 변형쌍정의 형성에 의하여 발생한다. 이들 변형쌍정은 냉연소둔시 재결정 핵생성 장소로 제공되며, 특히 열연판에서 존재하는 조대한 결정을 미세하게 파괴하는 데 효과적이다. 따라서, 냉연 변형에너지의 극대화를 위해서 냉연 온도를 100K 이하의 극저온 온도에서 냉간 압연 함이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 또 극저온인 100K 이하에서 약 50% ~ 70% 냉간 압연 후 최종 마무리 단계로 약 10% 이하의 압하량을 통상의 온도인 296K에서 압연하여도 좋다.

이는 모든 냉간 압연을 극저온인 100K이하에 행하는 경우, 냉간 압연판의 표면 광택이 통상 조건에 비하여 열위하나, 최종 냉간 압연 패스에서 압연온도를 296K의 통상이 조건으로 약 10% 이하로 냉간 압연하면 압연유의 원활한 윤활에 의하여 표면 광택의 회복이 발생한다. 또 최종 마무리 압연의 냉간 압하량이 많을 경우 냉간 압연시 발생한 가공발열에 의하여 페라이트강의 회복이 발생하여 이전 냉간 압연단계에서 저장된 내부 변형에너지가 감소한다.

또 냉연 소둔온도를 1073 ~ 1173K 온도에서 30초 ~ 2분 동안 연속 소둔하는 설정에 대하여 상세히 설명한다. 페라이트계 스테인리스강을 연속 소둔하는 경우 온도가 1073K 미만에서는 재결정이 충분히 일어나지 않고, 1173K를 넘게 되면 오스테나이트가 형성되는 변태점을 초과하여 오스테나이트상이 잔존하여 성형성이 나빠진다. 또 상기 연속소둔시 유지시간이 30초 이하의 경우 재결정이 충분히 일어나지 않고, 2분을 넘는 경우 결정립의 성장 및 생산성이 낮아지는 문제점이 발생하게 된다.

이하, 실시예 및 도면을 통하여 본 발명을 설명한다.

하기 표 1은 통상의 페라이트계 스테인리스강 제조 공정인 연주 슬라브-열간 압연 후 열연 소둔된 열연 소둔 판을 표 1의 몇가지 방법으로 냉간 압연 후 1073 ~ 1173K 에서 약 1분간 연속 소둔 후 품질 평가용 시편을 제조하여 인장시험에 의하여 리징(ridging) 높이를 측정하였다. 여기서 리징은 약 15% 인장 시험 후 표면 조도기를 이용하여 표면 조도를 측정하여 리징 높이를 측정하는 데 리징 높이가 낮을수록 유리하다. 시험 수는 최소 세 번 이상씩 하였고, 그 값의 평균치를 이용하였다.

종래방법	열연판->냉간 압연(압연온도~296K)->연속소둔
실시예 1	열연판->냉간 압연(압연온도~77K)->연속소둔
실시예 2	열연판->냉간 압연(압연온도~77K, 냉간 압하량: 50% ~ 70%)->냉간 압연(압연온도~296K)->연속소둔

도 1, 2은 종래의 방법과 본 발명의 실시예 1, 2에 의하여 제조한 시편의 대표적인 광학 현미경 조직을 나타낸 것이다. 도 1,2을 참조하면, 종래의 방법으로 약 25% 냉간 압연 하는 경우 결정립이 압연 방향으로 연신이 발생하나, 본 발명의 실시예 1, 2의 방법으로 극저온인 ~77K의 온도에 냉간 압연하는 경우 화살표로 나타낸 것 같이 페라이트 결정립 내에 변형 쌍정이 형성됨을 알 수 있다. 이들 변형 쌍정은 냉간 변형이 진행됨에 따라 양이 증가하며, 냉연 소둔시 재결정핵이 생성되는 장소로 제공된다.

도 3는 종래기술과 본 발명의 실시예 1, 2의 방법으로 냉간 압연에 의하여 각각 제조된 시편의 리징 높이를 측정한 결과를 비교한 그래프이다. 도 3에서 나타낸 것과 같이 종래의 방법에 의하여 제조된 강의 보다는 본 발명의 방법으로 제조된 강의 리징 수준이 낮음을 알 수 있다. 또 극저온에서 냉간 압연 후 상온에서 냉간 압연하는 경우에 극저온에서의 가공량이 50% 이상인 경우 리징 저감에 효과적임을 알 수 있다. 특히 본 발명의 실시예 2의 방법으로 제조된 강의 경우 리징 높이가 가장 낮은 최고의 수준을 나타내었다. 따라서 본 발명의 방법은 종래의 방법 보다 리징 높이가 매우 낮게 나타냄으로써, 본 발명의 냉간 압연 제조 방법으로 페라이트계 스테인리스강을 제조 할 경우, 리징이 현저히 감소함을 알 수 있다.

도 1은 종래기술에 의하여 압하율 25%로 냉간 압연을 실시한 후의 미세조직 사진도.

도 2는 본 발명에 의하여 압하율 25%로 냉간 압연을 실시한 후의 미세조직 사진도.

도 3은 종래기술과 본 발명의 실시예에 의하여 냉각 압연을 실시하였을 경우의 리징 높이 변화를 도시한 그래프도.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 스테인리스강의 열연판을 제공하는 단계;

   상기 열연판을 100K 이하의 극저온에서 50~70%의 압하율로 냉간 압연하여 냉연판을 얻는 단계;

   상기 냉연판을 100K 이상에서 10%이하의 압하율로 최종 마무리 냉간 압연하는 단계;

   상기 냉연판을 소둔 온도 1073 ~ 1173K 온도에서 연속 소둔하는 단계;를 포함하는 리징성이 개선된 스테인리스강의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 연속 소둔 시간은 30초 ~ 2분인 리징성이 개선된 스테인리스강의 제조방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 스테인리스강은 페라이트계인 리징성이 개선된 스테인리스강의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 스테인리스강은 중량 %로 C: 0 초과 0.10% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, Mn: 0 초과 1.0% 이하, P: 0 초과 0.04% 이하, S: 0 초과 0.003% 이하, Cr: 15.0~20.0%, 그리고 N: 0 초과 0.05% 이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 리징성이 개선된 스테인리스강의 제조방법.

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