KR101301357B1 - 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조 방법은 중량%로, C: 0.50~0.80%, Cr: 12~14%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.1~1.0%, Ni: 0 초과 1.0% 이하, N: 0 초과 0.1% 이하, S: 0 초과 0.04% 이하, P:0 초과 0.05% 이하의 성분, 잔량의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 열간압연시에 1/sec의 변형속도로 인장변형을 부여할 때 단면적 감소율이 70% 이상이 되는 온도에서 열처리를 개시하는 것을 특징으로 한다.

Description

고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조 방법{Manufacturing method of martensitic stainless steel with high carbon content}

본 발명은 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열간압연 개시온도를 최적화함으로써 결정립계를 따른 표층크랙의 발생을 저감시켜, 열간압연 후 코일 그라인딩이 필요하지 않는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연소재의 표면에는 결정입계를 따라서 형성된 표면 크랙이 많이 발생한다. 이러한 표면 크랙을 제거하기 위해 열연 상소둔 후에, 코일 그라인딩이 필수적으로 요구된다. 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은 주 용도가 도물용이므로 코일 그라인딩을 수행한다 하더라도 제품품질에 영향을 미치지는 않는다. 그 이유는 식도와 같은 나이프용으로 사용하기 위해서 최종 수요가에서는 프레스공정 후에 표면 연삭공정이 실행되기 때문이다. 따라서, 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은 표면품질이 중요한 품질인자가 아니므로 코일 그라인딩을 수행하여도 품질관점에서는 무관하다.

그러나, 표면크랙의 문제로 열연 소재에 코일 그라인딩을 실시하면, 그라인딩시 에지부와 판 중앙부의 두께차이가 발생한다. 일반적으로 코일 그라인딩을 실시하면, 에지부의 두께가 판 중앙부 대비 작게 되는 에지 드랍(edge drop) 현상이 발생한다. 열연소둔 소재에 발생한 에지 드랍은 후속의 냉간압연 공정에서 에지크랙을 발생시키는 주요한 요인으로 작용한다.

고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은 열연소재는 통상의 300계, 400계 스테인릭스강 대비 연신율이 매우 열위하여, 대략적으로 20%의 연신율을 보유하고 있어, 다른 스테인리스강 대비 취성이 강한 소재이므로, 에지 드랍이 발생할 경우 냉간압연이 더욱 어렵게 된다. 또한 코일 그라인딩은 그 자체로 생산부하를 유발하는 부가공정으로, 냉간압연성을 확보하고 생산부하를 저감하기 위해서는 열연재의 표면크랙이 발생하지 않아야 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 중량%로 C: 0.30~0.80%, Cr: 12~14%를 주성분으로 함유하는 고탄소 마텐사이트계 스테인리스강의 열간압연 개시온도를 최적화함으로써 고탄소 마텐사이트계 스테인리스강을 열간압연함에 있어서의 표면크랙 발생을 저감시켜 제조공정 상의 부하를 감소시키는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중량%로, C: 0.50~0.80%, Cr: 12~14%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.1~1.0%, Ni: 0 초과 1.0% 이하, N: 0 초과 0.1% 이하, S: 0 초과 0.04% 이하, P:0 초과 0.05% 이하의 성분, 잔량의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 열간압연시에 1/sec의 변형속도로 인장변형을 부여할 때 단면적 감소율이 70% 이상이 되는 온도에서 열처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법이 제공된다.

상기 열간압연 이전에, 상기 스테인리스강을 10℃/sec의 승온 속도로 상기 열간압연온도까지 승온시킨 후, 10초 이상 유지하는 균열단계를 더 포함할 수 있다.

상기 열간압연시 열처리를 개시하는 온도는 1200℃ 미만일 수 있다.

또한, 중량%로, Mo: 0 초과 2% 이하와 W: 0 초과 2% 이하 중 적어도 어느 하나가 더 첨가될 수 있다.

본 발명에 따르면, 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 열간압연 개시온도를 최적화함으로써 열간압연에 있어서의 표면크랙 발생을 저감시킬 수 있는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 양식기, 가위, 칼, 면도날 등의 도물 용도로 사용되는 마르텐사이트계 스테인리스강의 표면크랙의 문제로 인한 코일 그라인딩 공정실시에 따른 에지 드랍 현상을 해결할 수 있는 신규한 열간압연 공정을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 실시예에 따른 승온, 균열 및 열처리단계의 시간에 대한 온도 그래프이다.
도 2는 본 발명에 실시예 2, 4 및 비교예 1에 대하여 온도에 따라서 고온인장실험을 수행한 후, 시료의 단면적 감소율을 측정하여 도시한 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 1250℃에서 고온인장된 본 발명의 실시예 2 및 실시예 4의 파단면의 주사전자현미경 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 1250℃에서 고온인장된 본 발명의 비교예 1 및 실시예 5의 파단면 직하 단면의 광학현미경 사진이다.

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 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 실시예에 따른 승온, 균열 및 열처리단계의 시간에 대한 온도 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법은 중량%로, C: 0.50~0.80%, Cr: 12~14%을 주성분으로 함유하고, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.1~1.0%, Ni: 0 초과 1.0% 이하, N: 0 초과 0.1% 이하, S: 0 초과 0.04% 이하, P:0 초과 0.05% 이하의 성분, 잔량의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 1/sec의 변형속도로 인장변형을 부여할 때 단면적 감소율이 70% 이상이 되는 온도에서 열처리를 개시하는 열처리단계를 포함한다. 여기서, 냉연 상소둔을 실시한 상기 스테인리스강의 경도는 250Hv 이하이고 항복강도는 500Mpa 이하가 된다. 여기서, 본 발명의 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조 공정 중에 중량%로, Mo: 0 초과 2% 이하와 W: 0 초과 2% 이하 중 적어도 어느 하나가 더 첨가될 수 있다.

열처리단계 이전에 스테인리스강을 열처리를 개시하는 상기 온도까지 10℃/sec의 승온 속도로 t1초 동안 승온시킨 후, t2초까지 승온된 온도를 유지한다.

고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강에 오스테나이트상이 생성되는 온도인 880~890℃ 이상의 온도인 900℃까지 t1분 동안 승온시킨 후, t2분까지 승온된 온도를 유지한다. 유지 시간(t2-t1)은 적어도 10초 이상인 것이 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 크랙발생 저감을 위해 바람직하다.

다음, 균열단계를 거친 상기 스테인리스강을 열간압연한다. 상기 열간압연단계는 1/sec의 변형속도로 인장변형을 부여할 때 단면적 감소율이 70% 이상이 되는 온도인 1200℃ 미만의 온도 범위에서 개시되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.

( 비교예 및 실시예 )

표 1은 본 발명의 비교예 1-2 및 실시예 1-5에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 조성이고, 표 2는 열간압연된 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 크랙발생 여부 측정 결과이며, 표 3은 열간압연 개시온도에 따른 표 1에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 크랙발생 여부 측정 결과이다.

도 2는 본 발명에 실시예 2, 4 및 비교예 1에 대하여 온도에 따라서 고온인장실험을 수행한 후, 시료의 단면적 감소율을 측정하여 도시한 그래프이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 1250℃에서 고온인장된 본 발명의 실시예 2 및 실시예 4의 파단면의 주사전자현미경 사진이며, 도 4a 및 도 4b는 각각 1250℃에서 고온인장된 본 발명의 비교예 1 및 실시예 4의 파단면 직하 단면의 광학현미경 사진이다.

표 1은 본 발명의 비교예 및 실시예 1-2에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 조성이다.

본 발명에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.50~0.80%, Cr: 12~14%을 주성분으로 함유하고, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.1~1.0%, Ni: 0 초과 1.0% 이하, N: 0 초과 0.1% 이하, S: 0 초과 0.04% 이하, P:0 초과 0.05% 이하의 성분을 포함하며, Mo: 0 초과 2% 이하와 W: 0 초과 2% 이하 중 적어도 어느 하나, 잔량의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

비교예 1 및 비교예 2의 경우에는 C의 함유량이 중량%로 각각 0.30%, 0.41%이고, 실시예 1 내지 실시예 5는 C의 함유량이 중량%로 각각 0.51%, 0.59%, 0.65%, 0.71%, 0.79% 이다.

표 1과 같은 조성을 갖는 비교예 1-2 및 실시예 1-5에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 진공유도용해로를 활용하여 50kg의 잉곳(ingot)으로 제조하였다. 제조된 잉곳은 1270℃의 가열로에서 2시간 동안 숙열되었으며, 이 후 가열로에서 추출되어 5mm두께의 열간압연판으로 제조되었다. 이때, 가열로에서 추출된 잉곳에 대하여, 열간압연의 개시온도를 1150℃, 1200℃, 1230℃로 변화시키면서 열간압연을 진행하였으며, 제조된 5mm 두께의 열연판 표면에서 크랙발생 여부를 조사하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

표 2는 열간압연된 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 크랙발생 여부 측정 결과이다.

C의 함유량이 중량%로 0.30%인 비교예 1 및 0.41%인 비교예 2는 모든 열간압연 개시온도에서 표면크랙이 발생하지 않았다. 그러나, C의 함유량이 0.51%인 실시예 1은 1230℃에서 표면크랙이 발생하였으며, C의 함유량이 0.59%인 실시예 2, 0.65%인 실시예 3, 0.71%인 실시예 4 및 0.79%인 실시예 5는 1200℃와 1230℃에서 표면크랙이 발생함을 확인할 수 있었다.

열간압연 개시온도에 따른 크랙발생 경향을 확인하기 위하여, 비교예 1-2 및 실시예 1-5에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강에 대하여, 고온인장을 실시한 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3은 열간압연 개시온도에 따른 표 1에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 크랙발생 여부 측정 결과이다.

고온인장을 위해서 비교예 및 실시예 1-5의 시료를 10℃/sec의 승온속도로 목표온도까지 승온하였으며, 목표온도 도달 후 10초 정도 유지한 후, 1/sec의 변형속도로 인장변형을 부여하였다. 그리고, 초기소재의 단면적과 파단후 소재의 파단면 투영면적으로부터 단면적 감소율을 계산하였다.

표 3에서 알 수 있듯이, C의 함유량이 중량%로 0.30%인 비교예 1은 1380℃를 제외한 모든 온도조건에서 가장 높은 단면적 감소율을 보여 고온연성이 우수함을 알 수 있었고, C의 함유량이 중량%로 0.41%인 비교예 2 역시 1380℃를 제외한 모든 온도조건에서 높은 단면적 감소율을 보여 고온연성이 우수함을 알 수 있었다. 그러나, C의 함유량이 0.51%인 실시예 1, 0.59%인 실시예 2 및 0.65%인 실시예 3은 단면적 감소율이 10% 이하로 취성을 나타내는 온도영역이 1300~1380℃이고, C의 함유량이 0.71%인 실시예 4 및 0.79%인 실시예 5는 단면적 감소율이 10% 이하로 취성을 나타내는 온도영역이 1250~1380℃ 임을 알 수 있었다.

표 2와 표 3의 비교예 1-2 및 실시예 1-5를 보다 구체적으로 설명하기 위하여, 표 3의 결과를 온도에 따른 단면적 감소율(reduction of area, %)의 함수로 도시한 결과를 도 2에 나타내었다.

C의 함유량이 중량%로 0.30%인 비교예 1, C의 함유량이 0.59%인 실시예 2 및 C의 함유량이 0.71%인 실시예 4로 갈수록, 즉, C의 함유량이 높을수록 연성이 낮은 온도영역이 확장됨을 보여주고 있다.

도 3a 및 도 3b는 각각 1250℃에서 고온인장된 본 발명의 실시예 2 및 실시예 4의 파단면의 주사전자현미경 사진이다.

도 3a는 C의 함유량이 0.59%인 실시예 2에 대하여, 1250℃ 에서 고온인장된 시료의 파단면을 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다. 실시예 2는 파단면에 공극이 주로 형성된 연성파단면을 보이며 국부적으로 결정입계를 따라서 취성파괴가 발생하였음을 보이고 있다. 이에 비하여, 도 3b는 C의 함유량이 0.71%인 실시예 4에 대하여, 1250℃ 에서 고온인장된 시료의 파단면을 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다. 실시예 4는 전체 파단면에서 결정입계를 따라서 취성파괴가 발생하였음을 확인할 수 있었다.

도 4a 및 도 4b는 각각 1250℃에서 고온인장된 본 발명의 비교예 1 및 실시예 5의 파단면 직하 단면의 광학현미경 사진이다.

단면적 감소율이 가장 크게 나타났던 C의 함유량이 0.30%인 비교예 1과 단면적 감소율이 가장 낮았던 C의 함유량이 0.79%인 실시예 5에 대하여, 1250℃ 에서 고온인장된 시료의 파단면 직하의 단면을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진을 나타내었다. 파단면 직하의 단면 미세조직에도 비교예 1의 경우에는 공극(A)의 발생이 명확히 확인되며, 이로 인하여 파단시까지 단면적 감소율이 높게 나타났음을 확인할 수 있었다. 이에 비하여, 실시예 5의 파단면 직하의 단면 미세조직은 결정입계를 따라서 크랙(B)이 형성되어, 입계크랙이 낮은 단면적 감소율의 주요한 원인임을 확인할 수 있었다.

이상과 같은 결과는, 탄소함유량이 높을수록, 결정입계를 따른 크랙발생이 용이하다는 것을 나타내며, 탄소함량이 높을수록 압연시작온도를 낮추어야 크랙발생을 억제할 수 있음을 의미한다.

실시예 1 내지 5에 따른 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 열간압연 개시온도를 최적화함으로써 열간압연에 있어서의 표면크랙 발생을 저감시킬 수 있는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 얻을 수 있었다.

또한, 양식기, 가위, 칼, 면도날 등의 도물 용도로 사용되는 마르텐사이트계 스테인리스강의 표면크랙의 문제로 인한 코일 그라인딩 공정실시에 따른 에지 드랍 현상을 해결할 수 있는 신규한 열간압연 공정을 제공할 수 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 (4)

1. 중량%로, C: 0.50~0.80%, Cr: 12~14%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.1~1.0%, Ni: 0 초과 1.0% 이하, N: 0 초과 0.1% 이하, S: 0 초과 0.04% 이하, P:0 초과 0.05% 이하의 성분, 잔량의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 열간압연시 1200℃ 미만에서 열처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   중량%로, Mo: 0 초과 2% 이하와 W: 0 초과 2% 이하 중 적어도 어느 하나가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.

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