KR101375600B1

KR101375600B1 - 스테인리스강, 그 스테인리스강으로 제조한 냉간 스트립, 및 그 스테인리스강으로 평판 강 제품을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR101375600B1
Application number: KR1020117008324A
Authority: KR
Inventors: 코넬 아브라티스; 루츠 에르넨프트쉬; 빌프리트 클로스; 한스-요아침 크라우트쉬크; 미첼 사흐트레베르
Original assignee: 티센크룹 니로스타 게엠베하
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2014-03-17
Also published as: CN102149842A; JP2012502186A; US20110293464A1; WO2010029012A1; EP2163659B1; CN104988430A; ZA201101593B; JP5687624B2; US8608873B2; KR20110052749A; EP2163659A1

Abstract

본 발명은 스테인리스강과, 그 스테인리스강으로 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 냉간 압연 평판 강 제품에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 강은, 중량%로, C: 0.05 내지 0.14%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 4.0 내지 12.0%, Cr: 17.5 초과, 22.0% 이하, Ni: 0.03 내지 4.0%, Cu: 1.0 내지 3.0%, N: 0.03 내지 0.2%, P: 최대 0.07%, S: 최대 0.01%, Mo: 최대 0.5%를 함유하고, 선택적으로, "Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H"로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소를, Ti: 최대 0.02%, Nb: 최대 0.1%, B: 최대 0.004%, V: 최대 0.1%, Al: 0.001 내지 0.03%, Ca: 0.0005 내지 0.003%, As: 0.003 내지 0.015%, Sn: 0.003 내지 0.01%, Pb: 최대 0.01%, Bi: 최대 0.01%, H: 최대 0.0025%의 양만큼 포함하며, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성된다.

Description

스테인리스강, 그 스테인리스강으로 제조한 냉간 스트립, 및 그 스테인리스강으로 평판 강 제품을 제조하는 방법 {STAINLESS STEEL, COLD STRIP PRODUCED FROM SAID STEEL, AND METHOD FOR PRODUCING A FLAT STEEL PRODUCT FROM SAID STEEL}

본 발명은 스테인리스강, 그 스테인리스강으로 제조한 강 스트립 또는 강판 같은 냉간 스트립, 및 상기 스테인리스강으로 평판 강 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

많은 경우에서 실 상황에 성공적으로 적용할 수 있는 것으로 입증된 스테인리스강으로는 X5CrNi18-10과 EN 소재 번호 1.4301에 속하는 것이 알려져 있다. 이 소재는 상대적으로 무르고, 비자성 오스테나이트 강으로, 이들은 포트, 포크류, 세면기와 세탁기, 의류 건조기, 식기 세척기 같은 소위 "백색 가전"(white goods)의 가정용 전자기기의 부품에 사용된다. DIN EN 10088에 의하면, 이들 강은 철과 불가피한 불순물 외에, 일반적으로 중량%로, C: 최대 0.07%, Cr: 17.0-19.5%, Ni: 8.0-10.5%, Si: 최대 1.0%, Mn: 최대 2.0%, P: 최대 0.045%, S: 최대 0.015% 및 N: 최대 0.110%를 포함한다. 고Ni 함량은 강 조직이 오스테나이트로 되는 것을 보장하며, 이는 우수한 성형성(formability)을 위한 전제 조건이 된다. 고Cr 함량은 이들 강에게 우수한 내식성을 부여한다.

그러나, 강종 1.4301의 단점은 그 강을 구성하는 합금 성분, 특히 고가의 Ni 함량이 많아 제조비용이 상당히 많이 소요된다는 것이다.

강종 1.4301의 합금 비용이 많이 소요되기 때문에, 이 소재를 대체할 수 있는 소재를 제공하기 위한 많은 시도가 이루어지고 있다. 이러한 시도들의 공통된 목적은 니켈 함량을 줄이는 것이다.

이러한 연구개발의 일례가 유럽 특허 공개 공보 EP 0 969 113 A1호에 개시되어 있다. 이 문헌에 기재되어 있는 오스테나이트계 강은 중량%로, 철과 불가피한 불순물 외에, C: 0.01-0.08%, Si: 0.1-1%, Mn: 5-11%, Cr: 15-17.5%, Ni: 1-4%, Cu: 1-4%, N: 0.1-0.3%와, 상대적으로 엄격하게 규정되는 함량의 S, Ca, Al, P, B 및 O를 포함한다.

상기와 같은 유형의 강에 대한 또 다른 예가 일본 특허 공개 공보 JP 56 146862호에 개시되어 있다. 이 오스테나이트계 강은 중량%로, C: 최대 0.03%, Si: 최대 0.5%, Mn: 2.2-3.0%, Cr: 14-18%, Ni: 6-9%, N: 최대 0.03%, Mo: 0.15-0.50%, Cu: 1-3% 및 잔부는 철과 불가피한 불순물을 포함한다. 이 예에서, 특히 우수한 성형 거동이 강조되는데, 이 문헌에 개시되어 있는 특수한 식에 따라 계산되는 소위 M_d30 값을 제어가능한 방식으로 조절하여 성형 거동이 조절된다.

"M_d30"은 일반적으로 30% 냉간 변형하였을 때에 오스테나이트가 마르텐사이트로 50% 변태 완료하는 온도를 가리킨다. 다른 한편으로, 이 온도 이상에서, 더 적은 양이 변태된다(베르크슈토프쿤데 슈탈, 볼륨 2, 발행인: 베라인 도이쳐 아이젠휘텐로이트, 1985, 스프링어-베라라그 베를린 하이델베르그 뉴욕 토키오, 베르라그 슈탈라이젠 엠.베.하. 뒤셀도르프, 챔터 디 10.3.2. 참조)(Werkstoffkunde Stahl, volume 2, Publisher: Verein Deutscher Eisenhuettenleute, 1985, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokio, Verlag Stahleisen m.b.H. Duesseldorf, Chapter D 10.3.2.).

유럽 특허 공보 EP 1 431 408 B1호는, 중량%로, C: 0.03-0.064%, Si: 0.2-1.0%, Mn: 7.5-10.5%, Cr: 14.0-16.0%, Ni: 1.0-5.0%, N: 0.04-0.25%, Cu: 1.0-3.5%, 미량의 Mo과 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 구성된 저Ni 성분의 오스테나이트계 스테인리스 CrNiMnCu 강을 또한 제안하고 있다. 냉간 압연성(cold rollability)을 확보하기 위해, EP 1 431 408 B1호에 개시되어 있는 식에 의해 계산되는 δ 페라이트 함량("delta ferrite content")은 8.5% 미만으로 특정되어 있다. 이러한 방식으로 얻어지는 강의 기계적 물성은 기존의 강종 1.4301의 물성과 대등한 정도이다.

이러한 유형에 속하는 오스테나이트계 스테인리스 CrNiMnCuN 강이 유럽 특허 공개 공보 EP 0 593 158 A1호에 개시되어 있다. 이 강은, 철과 불가피한 불순물 외에, 중량%로, C: 0.15% 미만, Si: 1% 미만, Mn: 6.4-8.0%, Cr: 16.5-17.5%, Ni: 2.50-5.0%, N: 0.2% 미만, Cu: 2.0-3.0%를 구비한다. 이 강은 열간 압연성이 우수한데, 특히 열간 압연 중에 에지 크랙의 발생을 예방하는 동시에, 기계적 물성과 내식성도 상당하다. 이러한 여러 물성들의 조합을 신뢰성 있게 보장하기 위해, 이 강의 Cr 성분은 어떠한 경우에도 17.5 중량%를 초과하지 않도록 조절된다.

주로 Mn-오스테나이트를 주된 구성 성분으로 구성되어 있으며, 강도가 종래 강의 강도보다 우수한 강 스트립 또는 강판을 적정 가격으로 제조하는 방안이 유럽 특허 공보 EP 1 319 091 B1호에 개시되어 있다. 이를 위해, 중량%로, 적어도 Cr: 15.00-24.00%, Mn: 5.00-12.00%, N: 0.10-0.60%, C: 0.01-0.2%, Al 및/또는 Si: 최대 3.00%, P: 최대 0.07%, S: 최대 0.05%, Nb: 최대 0.5%, V: 최대 0.5%, Ni: 최대 3.0%, Mo: 최대 5.0%, Cu: 최대 2.0% 그리고 잔부로는 철과 불가피한 불순물을 포함하는 강을 용해한다. 이 실시예에서, 이러한 유형의 강을 쌍롤 주조기의 회전하는 2개의 롤러 사이에 형성되는 주조 닙(casting nip)에 장입하여, 두께가 최대 10㎜인 박 스트립을 형성한다. 한편, 주조 닙의 박 스트립이 적어도 200 K/초의 냉각 속도로 냉각되도록 롤러 또는 롤이 냉각된다. 공지된 이러한 방식의 방법은 기본적으로 예컨대 쌍롤 주조 장치("double roller")의 롤러들 또는 롤들 사이에 형성된 주조 닙에서 강을 주조하고, 주 페라이트 응고가 주 오스테나이트 응고로 시프트되도록 냉각시키는 공지의 스트립 캐스팅(strip casting) 시스템 기술을 사용한다. 이는, 오스테나이트의 질소 용해도가 크기 때문에, 용강 내에 용해되어 있는 질소를 강 중으로 이동시킬 수 있다. 높은 냉각 속도로 집중 냉각이 이루어지기 때문에, 응고되는 용강 내에 질소 가스 버블의 발생 가능성이 작고, 버블에 가해지는 압력은 크다. 이는 응고가 진행되는 중에 고 질소 함량이 방출되는 것을 방지한다.

마지막으로, 통상적인 냉간 성형 중에 응력 크랙(stress crack) 발생에 민감하지 않으면서도 경제적으로 스테인리스강을 제조할 수 있는 방법이 유럽 특허 공보 EP 1 352 982 B1호에 개시되어 있다. 이 강에 있어서, 통상적으로 순수하게 단상(single-phase) 오스테나이트 미세조직을 추구하는 대신, Si 및/또는 Mo의 첨가와 Ni 함량을 낮추거나, 또는 Ni을 Cu로 대체함으로써 2상(two-phase) 혼합 조직에서 오스테나이트(A)와 페라이트(F)의 비율이 조정된다. 오스테나이트는 성형 과정 중에 오스테나이트의 마르텐사이트로의 형성이 더 이상 응력 크랙을 발생시키지 않을 정도로 안정화된다. 유럽 특허 공보 EP 1 352 982 B1호의 원소 함량은 중량%로, Cr 함량은 16 내지 20%이고, Mn 함량은 6 내지 12%, Ni 함량은 9.05% 이하, Cu 함량은 3% 이하이다. N는 0.1 내지 0.5% 첨가된다. 이 합금은 t-인자(각 전인자(prefactor)가 있는 오스테나이트-형성 원소에 대한 페라이트-형성 원소의 비)가 1.3 초과, 1.8 미만 사이의 범위에 있다. 이와 동시에, 이 합금의 M_d30 온도는 특정 조건을 만족시켜야 한다.

전술한 종래 기술의 배경에 대해, 본 발명의 목적은 간단한 방식으로 경제적으로 제조할 수 있는 강을 제공하는 것이다. 또한, 최적의 물성을 구비하며 상기의 유형의 강으로 제조될 수 있는 강 스트립을 제조하는 방법이 개시된다. 마지막으로, 성형 특성이 우수하고, 광범위한 분야에 사용될 수 있는 적당한 강도를 구비하며, 경제적으로 제조할 수 있는 냉간 압연 스테인리스 평판 강 제품이 개시되어 있다.

본 발명 강과 관련하여, 상기 본 발명의 목적은 청구항 1에 의해 구성되는 강에 의해 달성된다. 본 발명 강의 유리한 구성들이 청구항 1을 인용하는 청구항들에 개시되어 있다.

평판 강 제품과 관련된 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해법은 청구항 12에 개시되어 있으며, 이러한 강 제품의 유리한 구성은 청구항 13에 개시되어 있다.

마지막으로, 평판 강 제품의 제조 방법과 관련된 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해법은 적어도 청구항 15에 기재되어 있는 공정 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따른 방법의 유리한 구성은 청구항 15를 인용하는 청구항들에 개시되어 있다.

경제성이 있으며 강종 1.4301의 대체 소재로서 고Mn, 고Cu 및 저Ni 함량의 CrMnNiCu 스테인리스강이 본 발명에 의해 제조될 수 있고, 이러한 강을 스트립 캐스팅 공법으로 평판 강 제품을 제조하는 것이 유리하다.

본 발명에 따라 구성된 강의 합금 성분들은, 냉간 압연 상태에서의 미세 조직이, 오스테나이트 외에도 δ 페라이트 함량("delta ferrite content")을 5-15 부피% 구비하도록 선택된다. 본 발명에서 δ 페라이트 함량은, 강도가 우수한 냉간 스트립으로서의 본 발명에 따른 강의 내식성이 강종 1.4301의 내식성에 근사하도록 조절된다. 본 발명에 따른 강을 냉간 압연하여 제조한 평판 강 제품의 기계적 특성, 예컨대 항복 응력과 인장 강도는 강종 1.4301에 비해 더 우수하고, 파단 시의 연신율은 더 낮은 A80 값을 갖는다. 한계 드로잉비, 커핑 테스트(cupping test)에서의 구형 캡 높이 같은 냉간 성형성을 평가하는 이러한 기술적 특징은 강종 1.4301로 제조한 강판보다 더 낮은 분포 영역의 값을 구비한다.

본 발명 강은 특정 특성이 조합되어 있기 때문에, 본 발명에 따른 강은, 강판을 심하게 디프 드로잉하고 스트레치 드로잉하여 제품을 제조하는 "백색 가전" 분야나 기타 이와 유사한 분야의 제품을 제조함에 있어, 강종 1.4301을 대체하기에 적합하다.

이러한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 강은,

중량%로,

C: 0.05 내지 0.14%,

Si: 0.1 내지 1.0%,

Mn: 4.0 내지 12.0%,

Cr: 18.0 내지 22.0%,

Ni: 1.0 내지 4.0%,

Cu: 1.0 내지 3.0%,

N: 0.03 내지 0.2%,

P: 최대 0.07%,

S: 최대 0.01%,

Mo: 최대 0.5%를 함유하고,

선택적으로, "Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H"로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소를,

Ti: 최대 0.02%,

Nb: 최대 0.1%,

B: 최대 0.004%,

V: 최대 0.1%,

Al: 0.001 내지 0.03%,

Ca: 0.0005 내지 0.003%,

As: 0.003 내지 0.015%,

Sn: 0.003 내지 0.01%,

Pb: 최대 0.01%,

H: 최대 0.0025%를 포함하며,

잔부로는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

본 발명에 따른 강에서, Cr은 주로 내식성을 개선하기 위해 18.0 중량% 내지 22.0 중량% 함유된다. 본 발명에 따른 강에서 18.0 중량% 이상의 Cr을 함유함으로써 강종 1.4301에 상당하는 내식성을 얻을 수가 있다. Cr 함량이 적어도 18.0 중량%인 경우, 이러한 특성이 특히 신뢰성 있게 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 강의 Cr 함량이 20 중량%로 제한되는 경우, 특히 이러한 결과가 본 발명에 의해 달성된다.

C와 N는 강력한 오스테나이트 형성제(austenite former)이고, 또한 본 발명에 따른 강을 가공하는 도중에 마르텐사이트가 형성하는 것을 억제하는 데에 효과적으로 작용한다. 이에 따라, C 함량의 하한은 0.05 중량%로 설정되고, N 함량의 하한은 0.03 중량%로 설정된다.

C 함량의 상한을 0.14 중량%로 유지함으로써, 예컨대 용접 도중이나 열처리할 때에 크롬 탄화물(chromium carbide)의 형성 및 입간 부식의 위험이 예방된다.

침입형 원소로서의 N는 항복 강도를 증가시키므로, 최대 함량을 0.2 중량%로 고정한다. 성형성이 최대한 우수하도록 하기 위해, N 함량은 0.12 중량%로 제한하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 스테인리스강에서 질소 첨가에 의한 효과는, Ni 함량이 적어도 0.06 중량%, 특히 0.06 내지 0.10 중량% 범위에서 발휘된다.

Si은 페라이트의 생성을 조장한다. 본 발명에 따른 강에서 Si 함량은 최대 1 중량%, 특히 0.5 중량%로 제한하며, Si에 의한 바람직하지 않은 효과를 예방하기 위해, 본 발명에 따른 스테인리스강에서의 Si 함량은 최대 0.4 중량%로 제한한다.

Mo은, 한편으로는 페라이트 형성을 조장하고, 다른 한편으로는 고가의 원소이기 때문에, 본 발명에 따른 강에 의도적으로 첨가하는 원소는 아니다. 따라서 Mo 함량은 가능하면 낮은 것이 바람직하다. 특히 본 발명에 따르면, Mo은 제조 시에 불가피하게 함유될 수 있는 불순물로 간주되어 Mo에 의한 효과가 발휘되지 않을 정도로 그 함량이 낮추어질 수 있다.

Ni은 본 발명에 따른 강에 오스테나이트 형성제로 첨가되며, 본 발명에 따른 강 중에 δ 페라이트 함량을 열간 스트립에서 최대 25% 보장하고, 우수한 성형 특성을 보장하기 위해서는 최소 1 중량%가 필요하고, 본 발명에 따른 냉간 스트립에서 목표로 하는 δ 페라이트 함량을 위해서는 최대 15 중량%로 제한되어야 한다. Ni 함량이 적어도 1.5 중량%, 특히 적어도 2.0 중량%인 경우, 이러한 효과가 특히 신뢰성 있게 달성될 수 있다. Ni의 함량을 최대 4 중량%로 제한함으로써, 강종 1.4301에 비해 합금 수단의 비용을 확실하게 줄일 수 있다.

Ni 함량은 절감은 오스테나이트 형성제인 Mn과 Cu를 첨가함으로써 이루어질 수 있다.

Cu는 Ni과 유사하게 오스테나이트-안정화 효과를 가지고 있다. 그러나 Cu 함량이 지나치게 많으면 용융점이 낮은 구리-리치(copper-rich) 적층물을 형성하며, 이는 특히 본 발명에 따른 강을 스트립 캐스팅 시스템에서 주조하여 주조 스트립을 형성할 때에 또는 인라인으로 캐스팅에 후속하여 열간 압연할 때에 균열을 야기할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 Cu의 상한을 3 중량%로 제한한다. 본 발명에 따른 강에서 Cu에 의한 효과를 보장하기 위해, Cu 함량의 하한은 1.5 중량%, 특히 2.0 중량%인 것이 바람직한 것으로 판명되었고, 실 테스트에서는 2.1 중량%나 그 이상인 경우 성공적인 것으로 판명되었다.

본 발명에 따른 강에서 Mn의 오스테나이트-형성 효과는 적어도 4 중량%에서 이루어진다. 합금화 수단 기술의 측면에서, 경제적인 측면을 고려하면 Mn 함량은 최대 12 중량%로 제한되고, Mn 함량이 4.0 내지 10.5 중량%, 특히 7.5 내지 10.5 중량%인 경우, 본 발명에 따른 강에서 Mn에 의한 효과가 최적으로 이루어진다.

P과 S은, 본 발명에 따른 강에 이들 원소들이 성형성에 미치는 악영향을 실질적으로 배제시키기 위해, P는 최대 0.07 중량%, S은 최대 0.01 중량%로 제한된다.

본 발명에 따른 강의 특정 물성을 조정하기 위해, 선택적으로 Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Pb 또는 H가 첨가될 수 있다.

Ti 성분을 최대 0.02 중량% 첨가하면, 연속 주조(continuous casting)로 본 발명에 따른 평판 강 제품을 제조할 때에, 그리고 제조된 스트립 내에서 소위 "스트립 캐스팅 루트"(strip casting route)로 불리는 크랙 발생을 예방할 수 있다.

Nb을 최대 0.1 중량% 첨가하면 연속 주조 및 스트립 캐스팅에 의해 제조하는 중에 성형성에 바람직한 효과를 부여한다.

B은, 스트립 캐스팅으로 본 발명에 따른 강을 제조할 때에 크랙의 형성을 방지하기 위해 최대 0.004 중량% 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 강이 연속 주조로 주조되는 경우, B을 최대 0.004 중량% 첨가하면 표면 크랙 발생의 위험성이 예방될 수 있다.

Al 성분을 0.001 내지 0.03 중량% 첨가하면, 본 발명에 따른 강의 순도(degree of purity)가 개선될 수 있다. Ca을 0.0005 내지 0.003 중량% 첨가해도 동일한 효과를 달성할 수 있다.

As를 0.003 내지 0.015 중량%, Sn을 0.003 내지 0.01 중량%, Pb을 최대 0.01 중량% 그리고 Bi를 최대 0.01 중량% 첨가하면, 본 발명에 따른 강을 스트립 캐스팅할 때에 크랙 생성의 위험이 최소로 될 수 있다. 연속 주조로 가공하는 경우, 전술한 범위로 첨가되는 상기 원소들은 열간 압연 중에 발생할 수 있는 표면 결함의 발생을 줄이는 데에 도움이 된다.

특히 냉간 압연 상태에서의 물성과 관련하여 오스테나이트 및 페라이트-형성 합금 원소의 최적 비는, 다음 식에서 t가 1.3 이하인 경우에 달성된다.

여기서, %C는 C 함량을, %N은 N 함량을, %Si는 Si 함량을, %Al은 Al 함량을, %Mn은 Mn 함량을, %Cr은 Cr 함량을, %Ni는 Ni 함량을, %Mo는 Mo 함량을, %Cu는 Cu 함량을 각각 나타낸다. t가 1.3 미만인 경우, 특히 t가 최대 1.2인 경우에 본 발명이 지향하는 물성이 특히 신뢰성 있게 조절된다.

본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 성분으로 구성된 강으로 냉간 압연된 강 제품, 예컨대 냉간 압연 강 스트립 또는 강판의 연신율 A80은 적어도 35%이다. 본 발명에 따른 성분으로 구성된 강으로 제조된 냉간 압연 강 제품에서, 회전 대칭인 컵을 디프 드로잉할 때의 한계 드로잉 비는 2.00이다. 여기서, "한계 드로잉 비"(limiting draw ratio)는 라운드형 블랭크를 어떤 유지력으로 디프 드로잉할 때에 베이스 크랙이나 폴드(fold)를 발생하지 않으면서 드로잉되는 블랭크의 직경과, 그 컵을 디프 드로잉하는 데에 사용되는 다이의 직경의 최대 비를 의미한다. 본 경우에 있어, 라운드형 블랭크의 바깥쪽 가장자리는 드로잉 링과 유지 장치(holding down device) 사이에서 완전하게 고정된다. 그런 다음 직경 100 ㎜의 다이를 라운드 블랭크 내로 밀어 디프 드로잉하여 구형 캡(spherical cap)을 형성한다. 이러한 과정을 판형 금속 소재가 파단(tearing)될 때까지 계속한다. 본 발명에 따른 강으로 제조한 냉간 스트립 또는 강판에 대해 이러한 조건에서 측정된 크랙-프리 구형 캡의 높이는 대체로 58 ㎜이다. 따라서, 본 발명에 따른 성분으로 된 평판 강 제품은 예컨대 디프 드로잉이나 그에 상당하는 가공법으로 성형하는 데에 최적인 물성을 구비한다.

본 발명에 따른 냉간 압연된 평판 강 제품의 제조 방법은 일반적으로, "조강 단계에서 강을 용해, 처리 및 후-처리하는 단계", "상기 강을 스트립 캐스팅으로 주조 스트립을 제조하는 단계", "상기 주조 스트립 또는 슬래브를 열간 압연하는 단계", "냉간 압연을 위해 열간 스트립을 준비(어닐링 및 산세정/디스케일링)하는 단계", "냉간 압연 단계", "냉간 스트립을 최종 어닐링하는 단계" 및 "냉간 스트립을 후처리(조질 압연(temper rolling), 스트레치 레벨링(stretch leveling), 트리밍(trimming))하는 단계"를 포함한다.

이들 각 공정 단계는, 가용 시스템 장치와 사용자(소비자)에 의한 요구에 따라 선택적으로 수행될 수 있는 작업 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 평판 강 제품을 제조하기 위해, 먼저, 본 발명의 방식에 따라 구성된 강을 용해한다. 이러한 방식으로 조성된 용강을 쌍롤 주조기에서 주조하여 주조 스트립을 형성한다. 본 발명에 따른 강의 응고는, 고Cr 함량과 저Ni 함량으로 인해, 주로 페라이트로 응고한 후 다시 오스테나이트로 이루어진다. 스트립 캐스팅 시에 냉각 속도를 크게 하는 것은 우호적인 "δ 페라이트 분률"(delta ferrite fraction) 상당 양이 열간 스트립 내에 잔류하는 것에 기초하는 것이다.

본 발명에 따른 강의 주조 스트립을 연속 생산 방식으로 열간 압연한다. 이러한 방식으로 일반적으로 두께가 1 내지 4㎜의 열간 스트립이 제조된다. 각 열간 압연기에서 열간 압연하는 중에 주조 스트립은 보상(compensating) 또는 재가열로(reheating furnace)와 같은 추가의 워크스테이션을 통과할 수 있다.

본 발명에 따른 강을 스트립 캐스팅 시스템에서 가공하는 것의 이점은 용강(steel melt)이 두께가 최소로 되는 스트립, 특히 그 두께가 최대 4㎜, 바람직하기로는 최대 3.5㎜로 제한되는 스트립을 형성할 수 있으며, 주조 스트립이 최종 두께로 되는 데에 필수인 성형률(degree of forming)이 최대 50%로 될 수 있다는 것이다. 본 발명에 따른 강이 본질적으로 2상으로 되어 있음에도 불구하고, 신뢰성 있는 공정을 통해 냉간 스트립으로 추가 가공되어 공급될 수 있는 열간 스트립이 제조될 수 있다.

열간 압연이 단일 열간 압연 패스로 이루어지는 경우에, 본 발명에 따른 방법은 특히 유리하다. 본 경우에 있어서, 달성될 수 있는 총 성형률 ε은 바람직하지 않은 미세 결정립이 형성되지 않기 때문에, 최대 50%이다.

주조 스트립이 열간 압연의 제1 압연 패스에 들어가는, 열간 압연의 온도는 1050 내지 1200℃인 것이 바람직하다.

이하에서 예시적 실시형태를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

표 1은 본 발명에 속하는 3종의 합금 E1-E4의 화학 조성을 나타낸다.

이들 E1-E4 합금으로 구성되는 용탕을 제조하기 위해, 합금 스크랩 금속, 비합금 스크랩 금속, 합금철(ferro alloy)을 전기 아크로에서 용해하였다.

이렇게 전기 아크로에서 용해된 용탕을 AOD 컨버터(argon oxygen decarburization converter)에서 추가로 처리하였다. AOD 컨버터에서 처리하는 주 목적은 산소-아르곤 혼합가스를 불어넣어 탄소 함량을 목표로 하는 함량으로 낮추는 것이다.

AOD 처리를 한 후, 용탕을 레이들에 장입한다. 소정의 후처리를 함으로써 소정의 고품질 용강이 얻어진다. 이는 액상 조강의 레이들 또는 진공 처리 같은 2차 정련에 의해 수행된다. 이 작업 단계는, 용강의 균질화와 좁은 온도 범위 또는 추출 온도를 유지하는 것 외에도, 강 중에 존재하는 탄소, 질소, 수소, 인 및 일부 미량 원소의 함량을 낮게 조정하는 것을 주된 목적으로 한다.

이렇게 처리된 용강을 통상적인 쌍롤 압연기에서 열간 압연하여 두께 2.5-3.5㎜의 주조 스트립을 제조하고, 바로 이어서 1.5-2.5㎜ 두께의 열간 스트립으로 제조한다. 이때 열간 압연의 최종 온도는 1100℃이며, 본 발명에 따른 강으로 기본적으로 변형률 25-50%로 가공하는 경우 열간 압연된 열간 스트립에 있어서 열간 압연 최종 온도는 1050-1200℃일 수도 있다. 상기 조건 하에서 스트립 캐스팅과 열간 압연이 바로 이어서 이루어지기 때문에, 표면 결함이나 크랙이 발생할 위험이 예방되고, 본 발명에 따른 강 합금을 다단계 열간 압연 공정으로 수행되는 통상적인 공정으로 처리하는 경우 이로부터 제조되는 열간 스트립은 근본적으로 2상(two phase)으로 되어 있기 때문에, 위와 같은 위험성이 잔존한다.

비교를 위해, 표준 합금 강 1.4301에 속하는 두 개의 샘플(4301.70, 4301.60)을 용해한 후, 4301.70 샘플은 샘플 E1-E4에 대해 전술한 방식으로 쌍롤 압연기에서 열간 압연하여 두께 1.9-2.4㎜의 열간 스트립으로 제조하였고, 샘플 4301.60은 통상적인 방식으로 연속 주조하여 슬래브를 제조한 후, 다단계로 열간 압연하여 두께 2.8-3.6㎜의 열간 스트립으로 제조하였다.

그런 다음, 전술한 방식으로 제조된 열간 스트립들을 냉간 압연하기 위해 준비하였다. 이를 위해, 본 발명에 따른 열간 스트립을 가공하는 중에는 전형적인 1000-1180℃의 온도에서 어닐링 형태의 열간 처리를 하였다. 본 명세서에 기재되어 있는 예시적 실시형태의 각 경우에 있어서 상기 열간 처리 온도는 1050℃이다.

그런 다음, 열간 스트립 표면에 부착되어 있는 산화물 층을 제거하기 위해, 공지의 방식으로 열간 스트립을 디스케일링하였다. 이러한 형태의 디스케일링은 일반적으로 예컨대 통상의 스케일 브레이커로 수행되는 기계식 사전-디스케일링과, 후속해서 열간 스트립 금속 표면에서 스케일을 실질적으로 완전하게 제거하기 위해 액상 산세정 매체를 사용하는 산세정(pickling)을 포함한다.

전술한 방식으로 어닐링 및 산세정된 소위 "화이트"(white) 열간 스트립을 코일로 권취하여 냉간 압연 스탠드로 공급한다.

상기 열간 스트립을 20-롤 냉간 압연 스탠드에서 예비 가열하지 않고 냉간 압연하여 소정의 0.8㎜의 최종 두께로 냉간 압연한다. 이러한 유형의 냉간 압연 스탠드는 고등급 강을 가공하는 데에 필요로 하는 높은 형성력을 가할 수 있는 상태에 있는 동시에 표면 품질과 두께에 대해 소비자가 요구하는 공차(tolerance)가 유지되는 것을 보장한다. 본 발명에 따른 공정 중 냉간 압연에 의해 달성되는 변형률(degree of forming)은 40-80%인 것이 일반적이다.

냉간 압연 중에 응고된 냉간 스트립은, 추가 재결정 가공을 위해 필요로 하는 성형 물성을 회복하도록, 1140℃의 어닐링 온도에서 어닐링된다. 본 발명에 따른, 평판 강 제품의 재결정화 어닐링을 위한 적당한 어닐링 온도는 1050-1180℃이다.

본 예시적 실시형태에서, 재결정화 어닐링은, 먼저 냉간 스트립을 대기 중에서 어닐링하고, 그 어닐링 공정 중에 발생하는 스케일을 제거하기 위해 산세정하는, 통상적인 어닐링 및 산세정 라인에서 수행된다. 선택적으로, 표면 성상에 대해 매우 엄격한 사양이 요구되는 경우에는 광휘(bright) 어닐링 라인에서 보호 가스 분위기 하에서 어닐링을 할 수도 있다. 이때 기계적으로 냉간 스트립 표면의 광택이 유지되고, 그 광택은 보호 가스 분위기에서 열처리를 함으로써 더 향상된다.

소비자가 요구하는 평탄도(flatness), 표면 미세 조직 및 광택과 같은 기계적 물성으로 최종 조정하기 위해, 열처리된 냉간 스트립은 최종적으로 조질 압연(temper rolling)된다. 이러한 목적을 위해, 연마된 워킹 롤을 구비하는 쌍롤 조질 압연기 또는 4롤 조질 압연기를 사용하는 것이 일반적이다.

강종 E1-E4, 4301.70 및 4301.60으로 제조한 열간 스트립("HS")의 δ 페라이트 함량과 기계적 물성, 내력(proof stress)(Rp), 인장강도(Rm), 연신율(A80)을 표 2에 나열하였다. 전술한 바와 마찬가지로, 강종 E1-E4, 4301.70 및 4301.60으로 제조한 0.8 ㎜ 두께의 냉간 스트립의 δ 페라이트 함량, ASTM에 따라 평가한 미세조직의 입도, 내력(Rp), 인장강도(Rm), 연신율(A80)을 표 2에 나열하였다.

본 발명에 따른 샘플로 얻은 냉간 스트립들의 경우, 일반적으로 내력과 인장강도 값이 비교 샘플인 4301.70과 4301.60으로 제조한 냉간 스트립들의 값을 상회하였다.

샘플 E1-E4로 제조한 냉간 스트립에서, 압연 방향을 가로지르는 방향으로 측정한 연신율(A80)은 44.4% 내지 48.5%인 반면, 비교 샘플 4301.70과 4301.60의 경우에는 연신율(A80)이 53%와 57.6%이었다.

본 발명에 따른 냉간 스트립의 δ 페라이트 분률("δ ferrite fraction")은 8.5% 내지 13%로, 명확하게 2개의 비교 샘플에 비해 크다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 샘플에 존재하는 명확한 δ 페라이트 상은 연신율이 작은 것을 설명하고 있다. 또한, 샘플 E1-E4로 제조된 냉간 스트립의 ASTM 값은 최대 10으로 매우 결정립이 미세하며, 이로 인해 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 탄소 및 질소 또는 망간 같은 침입형 또는 치환형 원자들은 (혼합형 결정 형태로) 강도를 증가시킨다.

샘플 E1-E4, 4301.70 및 4301.60으로 제조한 냉간 스트립들의 성형성을 평가하기에 적합한 기술적 특성을 표 3에 나열하였다.

샘플 E1-E4로 제조한 냉간 스트립의 스트레치-드로잉 능력을 나타내는 특성인, 구형 캡 높이는 상기 2개의 비교 샘플에 대해 측정된 값과 동등한 범위이거나 약간 낮았다.

샘플 E1-E4로 제조한 냉간 스트립의 한계 드로잉비도 비교 샘플 4301.60의 한계 드로잉비와 동등한 범위이었다. 따라서 본 발명에 따른 냉간 스트립의 디프 드로잉 능력은 종래의 강인 1.4301로 제조한 샘플과 거의 동일한 수준이었다.

따라서, 본 발명에 따른 강으로 디프 드로잉비가 크고 드로잉 깊이가 깊은 부품들을 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 방식으로 제조된 냉간 압연 평판 강 제품의 이어링(earing)은 강종 1.4301로 통상의 연속 주조 방식으로 제조된 냉간 스트립에 비해 작다. 이는, 냉간 스트립에서 압연 집합조직이 더 작음으로 인해 본 발명에 따른 강이 더 등방성 유동 거동(isotropic flow behavior)을 한다는 것을 보여준다. 이러한 등방성 유동 거동은 많은 디프 드로잉 공정에서 특히 유리한 것으로 판명되었다. 본 발명에 따라 제조된 냉간 압연 제품의 압연 방향을 횡단하는 방향의 r값은 통상적인 재료로 제작되는 경우와 거의 동일하다.

조질 압연 후에 냉간 스트립은, 필요에 따라, 인장 교정(stretch leveling)과 트리밍 공정을 거칠 수 있다. 이들 제조 공정들은 별개로 수행되는 것이 일반적이다. 필요하다면, 연삭 라인은 스트립 표면에 다양한 연삭 패턴을 구비하는 스트립을 제공할 수 있다. 고등급 강판의 평탄도에 대한 사양이 매우 엄격하다면, 조질 압연 스트립이든 조질 압연하지 않은 스트립이던지 간에 모두 스트립 스트레칭 시스템에서 처리될 수 있다. 이러한 처리에 의해, 스트립의 평탄도를 저하시킬 수 있는 잔류 응력이 상쇄된다.

본 발명에 의해 제조될 수 있는 강의 내식성은 강종 1.4301에 필적한다. 본 발명에 따른 강으로 제조한 열간 및 냉간 스트립의 δ 페라이트 함량("δ ferrite content")은 화학 성분 조성과 스트립 캐스팅 중에 급속 응고 속도를 조절하여, 열간 압연한 후 완전한 인라인에서 파단 연신율이 35%, 특히 40%를 상회할 수 있으며, 성형 특성은 1.4301 소재와 동등한 범위에 속할 수 있다.

Claims

중량%로,
C: 0.05 내지 0.14%,
Si: 0.1 내지 1.0%,
Mn: 4.0 내지 12.0%,
Cr: 18.0 내지 22.0%,
Ni: 1.0 내지 4.0%,
Cu: 1.0 내지 3.0%,
N: 0.03 내지 0.2%,
P: 최대 0.07%,
S: 최대 0.01%,
Mo: 최대 0.5%를 함유하고,
선택적으로, "Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H"로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소를,
Ti: 최대 0.02%,
Nb: 최대 0.1%,
B: 최대 0.004%,
V: 최대 0.1%,
Al: 0.001 내지 0.03%,
Ca: 0.0005 내지 0.003%,
As: 0.003 내지 0.015%,
Sn: 0.003 내지 0.01%,
Pb: 최대 0.01%,
Bi: 최대 0.01%,
H: 최대 0.0025% 포함하고,
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되며,
냉간 압연 상태에서의 미세조직은 δ-페라이트가 8.5 내지 13 부피%, 잔부는 오스테나이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제1항에 있어서,
아래의 식으로 정의되는 t가 1.3 이하인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.

여기서, %C는 C 함량을, %N은 N 함량을, %Si는 Si 함량을, %Al은 Al 함량을, %Mn은 Mn 함량을, %Cr은 Cr 함량을, %Ni는 Ni 함량을, %Mo는 Mo 함량을, %Cu는 Cu 함량을 각각 나타낸다.
제1항에 있어서,
Si 함량이 0.1 내지 0.4 중량%인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제1항에 있어서,
Mn 함량이 4.0 내지 10.5 중량%인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제1항에 있어서,
Cr 함량이 최대 20.0 중량%인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
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제1항에 있어서,
Ni 함량이 적어도 1.5 중량%인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제1항에 있어서,
Cu를 적어도 1.5 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제9항에 있어서,
Cu 함량이 적어도 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제1항에 있어서,
N 함량이 0.03 내지 0.10 중량%인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 따라 구성된 강으로 제조되는, 냉간 압연 평판 강 제품.
제12항에 있어서,
연신율 A80이 적어도 35%인 것을 특징으로 하는 냉간 압연 평판 강 제품.
제12항에 있어서,
회전 대칭인 컵을 디프 드로잉할 때, 한계 드로잉비가 2.00인 것을 특징으로 하는 냉간 압연 평판 강 제품.
강 스트립 또는 강판 같은 평판 강 제품을 제조하는 방법으로,
- 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 따른 성분의 스테인리스강을 용해하는 단계;
- 상기 용강을 쌍롤법으로 주조하여 주조 스트립을 형성하는 주조 단계;
- 상기 주조 스트립을 주조한 후에 인라인으로 그 주조 스트립을 열간 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 강 제품 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 열간 압연은 단일 열간 압연 패스로 수행되는 것을 특징으로 하는 평판 강 제품 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 열간 압연 중에 달성되는 총 성형률 ε은 최대 50%인 것을 특징으로 하는 평판 강 제품 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 주조 스트립이 1050 내지 1200℃의 열간 압연 시작 온도로 제1 압연 패스로 들어가는 것을 특징으로 하는 평판 강 제품 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 주조 스트립의 두께가 최대 4㎜인 것을 특징으로 하는 평판 강 제품 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 열간 스트립을 냉간 압연하여 냉간 스트립을 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 강 제품 제조 방법.