KR101421832B1

KR101421832B1 - 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법

Info

Publication number: KR101421832B1
Application number: KR1020120150065A
Authority: KR
Inventors: 박지언; 신동익
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-22
Also published as: KR20140080363A

Abstract

본 발명은 열간 마무리 압연시 입측 온도를 제어하여 리징 특성을 개선할 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법은 C: 0.0005 ~ 0.01wt%, N: 0.005 ~ 0.015wt%, Si: 0.01 ~ 0.20wt%, Mn: 0.01 ~ 0.20wt%, P: 0.001 ~ 0.03wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.01 ~ 0.20wt%, Al: 0.001 ~ 0.10wt%, Ti: 0.10 ~ 0.30wt%, Nb: 0.01 ~ 0.10wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진 슬래브를 제조하고, 상기 슬래브를 열간 조압연 후 열간 마무리 압연을 실시하되, 상기 마무리 압연 입측온도(FET)를 700 ~ 900℃로 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법{Ferritic stainless steel sheet with excellent ridging resistance and manufacturing method thereof}

본 발명은 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열간 마무리 압연시 입측 온도를 제어하여 리징 특성을 개선할 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인리스강은 화학성분이나 금속조직에 따라 분류된다. 금속조직에 따를 경우, 스테인리스강은 오스테나이트계(300계), 페라이트계(400계), 마르텐사이트계, 이상계로 분류된다.

이러한 스테인리스강 중 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 우수하여 각종 주방용품, 자동차 배기계 부품, 건축자재, 가전제품 등에 주로 사용되고 있으며, 딥드로잉(Deep Drawing)에 의해 성형가공하여 부품을 제조하므로 성형성이 중요한 품질특성 중의 하나이다. 또한 성형 후에 표면에 형성되는 결함을 저감하는 것이 중요하다.

하지만, 페라이트계 스테인리스강은 딥드로잉과 같은 성형가공 시 압연방향에 평행하게 줄무늬 모양의 표면 결함인 리징(Ridging) 결함이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

이러한 리징 결함은 제품의 외관을 나쁘게 할 뿐만 아니라 리징이 심하게 발생할 경우 성형 후에 연마공정이 추가되기 때문에 제조단가가 높아지는 문제점이 있다.

리징의 발생원인은 아직까지 명확하게 밝혀지지 않았지만 대개 다음과 같이 알려져 왔다. 최종 냉연 소둔판에서 다른 집합조직을 가지는 부위의 소성이방성에 의해 표면에 요철이 나타나게 되는데, 특히 조대한 주조조직에 기인하여 열연판에 존재하는 {001}//ND 결정방위를 가지는 조대한 결정립군의 형성에 의한 것으로 알려져 있다. 이러한 조대한 결정립군은 냉간 압연 후에도 그대로 밀집하여 있어 리징을 발생시키게 되므로, 제조공정 전반에 걸쳐 즉, 연주에서부터 냉연 소둔 공정에 이르기까지 조대한 결정립군을 효과적으로 감소시키고 콜로니(colony) 조직을 제거해야만 리징이 없는 강판을 얻을 수 있다.

그동안 많은 연구가들에 의해 페라이트계 스테인리스강의 리징성을 개선시키는 다양한 제조방법이 제안되어 왔다. 예로 등축정율을 향상시켜 주상정의 분율을 줄임으로서 리징성을 개선하는 방법이 있다.

또한, 제조공정 중 공정변수 조절을 통한 리징성을 개선하는 방법이 있다. 예를 들어 압연 온도, 압연시 압하율, 냉간 압연 후 소둔 처리시 소둔온도를 조절하는 방법이 있다. 특히, 냉간 압연 후 소둔 처리시 소둔온도를 조절하는 방법에 대해서는 "내리징성이 우수한 Ti 첨가 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법(공개특허 10-2012-0066476)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

한편, 종래의 페라이트계 스테인리스강 중 리징을 저감시킨 강종으로는 STS 430이 있는데, STS 430은 C+N이 600ppm 이상으로서, 최대 오스테나이트 상의 양이 30% 이상되어 열간압연 도중 밴드조직을 효과적으로 파괴하여 리징을 저감시켰다.

그러나 이와 같은 기술은 많은 C, N으로 인해 가공성이 저하될 뿐만 아니라, 열연 이후 열처리 공정에서 오스테나이트 상변태(Ac1) 온도 이상으로 소재가 노출되면 산세시 입계침식 발생에 의한 골든더스트 등의 결함으로 인해 표면 품질이 저하되는 문제가 있었다.

또한 이러한 문제점을 해결하기 위해서 저온에서 장시간 소둔을 행하면 되지만 이는 제품의 생산성을 저하시키는 주요 원인 중에 하나였다.

공개특허 10-2012-0066476 (2012. 06. 22)

본 발명은 열간 마무리 압연시 입측 온도 및 윤활조건을 최적화하여 내부조직의 집합조직 및 결정립 크기를 제어함으로써 리징 결함 발생을 억제할 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법은 C: 0.0005 ~ 0.01wt%, N: 0.005 ~ 0.015wt%, Si: 0.01 ~ 0.20wt%, Mn: 0.01 ~ 0.20wt%, P: 0.001 ~ 0.03wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.01 ~ 0.20wt%, Al: 0.001 ~ 0.10wt%, Ti: 0.10 ~ 0.30wt%, Nb: 0.01 ~ 0.10wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진 슬래브를 제조하고, 상기 슬래브를 열간 조압연 후 열간 마무리 압연을 실시하되, 상기 마무리 압연 입측온도(FET)를 700 ~ 900℃로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 열간 마무리 압연 시 롤에 가해지는 압하력(roll force)은 5000톤 미만으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 열간 마무리 압연 이후 소둔처리 된 스테인리스강은 결정립 크기가 100㎛ 이하이고, γ-파이버(GF)의 분율이 20% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 열간 마무리 압연에 이어서, 열연 소둔처리, 냉간 압연 및 냉연 소둔처리를 실시하고, 상기 냉연 소둔처리 된 스테인리스강은 Lankford 값(r-bar)이 2.0 이상이고, 리징 높이가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 마무리 압연시 압연롤과 슬래브 사이에 윤활재를 공급하면서 압연하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열간 마무리 압연의 입측 온도(FET)를 700 ~ 900℃로 하고, 마무리 압연시 압연롤과 슬래브 사이에 윤활재를 공급함에 따라 스티킹(sticking) 및 슬래브 판 형상의 불량이 없이 결정립크기가 100μm 이하이고, γ-fiber(GF)의 분율이 20% 이상인 열연 소둔판을 만들 수 있어 표면의 리징 결함 발생을 억제할 수 있다.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따르면 페라이트계 스테인리스강의 품질을 향상시키고, 결함 해소에 따른 공정 수를 줄여 최종 제품의 생산성도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 발명재와 비교재의 열연 소둔처리 후 조직을 비교하는 사진이고,
도 2는 열간 마무리 압연 입측온도(FET)에 따른 γ-fiber(GF) 집합조직의 분율을 나타낸 그래프이며,
도 3은 열간 마무리 압연 입측온도(FET)에 따른 압하력(roll force)을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 C: 0.0005 ~ 0.01wt%, N: 0.005 ~ 0.015wt%, Si: 0.01 ~ 0.20wt%, Mn: 0.01 ~ 0.20wt%, P: 0.001 ~ 0.03wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.01 ~ 0.20wt%, Al: 0.001 ~ 0.10wt%, Ti: 0.10 ~ 0.30wt%, Nb: 0.01 ~ 0.10wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 한다.

탄소(C)의 함량은 0.0005wt% 이상 0.01wt% 이하인 것이 바람직하다. 탄소(C)의 양이 0.0005 wt% 미만이면 고순도 제품을 만들기 위한 정련 가격이 비싸지고 0.01 wt%를 초과하면 소재의 불순물이 늘어 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

질소(N)의 함량은 0.005wt% 이상 0.015wt% 이하인 것이 바람직하다. 질소(N)의 양이 0.005wt% 미만이면 TiN 정출이 낮아져 슬래브의 등축정율이 낮아지고, 0.015 wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

실리콘(Si)의 함량은 0.01wt% 이상 0.20wt% 이하인 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 양이 0.01wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.2wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

망간(Mn)의 함량은 0.01wt% 이상 0.20wt% 이하인 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 양이 0.01wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.2wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

인(P)의 함량은 0.001wt% 이상 0.03wt% 이하인 것이 바람직하다. 인(P)의 양이 0.001wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.03wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

황(S)의 함량은 0.0001wt% 이상 0.005wt% 이하인 것이 바람직하다. 황(S)의 양이 0.0001wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고 0.005wt%를 초과하면 내식성과 가공성이 나빠지는 문제가 있다.

크롬(Cr)의 함량은 15.0wt% 이상 17.0wt%의 이하인 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 양이 15.0wt% 미만이면 내식성 및 내산화성이 나빠지는 문제가 있고, 17.0wt%를 초과하면 연신율이 떨어지고 원가가 상승하는 문제가 있다.

니켈(Ni)의 함량은 0.01wt% 이상 0.20wt% 이하인 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 양이 0.01wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.2wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

알루미늄(Al)의 함량은 0.01wt% 이상 0.10wt% 이하인 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 양이 0.01wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.1wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

타이타늄(Ti)의 함량은 0.1wt% 이상 0.3wt% 이하인 것이 바람직하다. 타이타늄(Ti)의 양이 0.1wt% 미만이면 TiN 정출양이 줄어 슬래브의 등축정율이 낮아지고, 고용된 C, N 원소들이 많아져 연신율이 떨어지는 문제가 있고, 0.3wt%를 초과하면 Ti계 산화물의 증가로 연주 슬래브 제조시 노즐이 막히는 문제가 있다.

나이오븀(Nb)의 함량은 0.01wt% 이상 0.1wt% 이하인 것이 바람직하다. 나이오븀(Nb)의 양이 0.01wt% 미만이면 결정립이 조대해지는 문제가 있고, 0.1wt% 이상이면 원료비가 상승하고, 미세한 Nb 석출물로 인해 연신율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 내리징성이 우수한 스테인리스강을 제조하기 위하여 상기와 같은 조성을 갖는 용강을 통상의 방법으로 연주하여 슬래브를 생산한 후 이를 열간 조압연 및 열간 마무리 압연을 실시하고, 이어서 열연 소둔처리, 냉간 압연 및 냉연 소둔처리를 실시하여 최종 냉연 제품을 생산한다.

이때 슬래브를 열간 조압연 후 마무리 압연의 입측온도(FET)를 700 ~ 900℃로 유지하면서 열간 마무리 압연을 실시한다.

이렇게 슬래브를 열간 조압연 후 마무리 압연의 입측온도(FET)를 700 ~ 900℃로 유지하는 이유를 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 발명재와 비교재의 열연 소둔처리 후 조직을 비교하는 사진이고, 도 2는 열간 마무리 압연 입측온도(FET)에 따른 γ-fiber(GF) 집합조직의 분율을 나타낸 그래프이며, 도 3은 열간 마무리 압연 입측온도(FET)에 따른 압하력(roll force)을 나타낸 그래프이다.부연하자면, 도 1a는 마무리 압연시 입측온도를 700 ~ 900℃로 유지한 후 열연 소둔처리 후 조직을 보여주는 사진이고, 도 1b는 마무리 압연시 입측온도를 900℃보다 높게 유지한 후 열연 소둔처리 후 조직을 보여주는 사진이다.

마무리 압연의 입측온도를 900℃ 이하로 유지하여 슬래브 내부에 충분한 변형에너지를 부여함에 따라 열연 소둔 시 재결정이 활발히 발생하도록 함에 따라 도 1a에서와 같이 결정립 크기를 100μm 이하로 미세하게 만들 수 있는 반면에, 마무리 압연의 입측온도를 900℃ 보다 높게 유지하면 도 1b에서와 같이 결정립이 도 1a의 발명재보다 상대적으로 크기가 큰 결정립이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 2에서와 같이 마무리 압연의 입측온도를 900℃ 이하로 유지하여 성형에 유리한 γ-파이버(GF) 집합조직의 분율을 20% 이상으로 늘릴 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

반면에, 마무리 압연의 입측온도를 700℃ 이하로 유지하면 열연 도중 슬래브의 판 표면에 스티킹(sticking) 결함이 발생할 뿐만 아니라, 마무리 압연시 슬래브의 온도가 너무 낮아 적정한 두께로 압연시키기 위하여 도 3에서와 같이 압하력(roll force)이 5000톤 이상으로 급증하여 판 형상에 불량이 발생하게 된다.

또한, 본 실시예에서는 판 형상의 불량을 방지하기 위하여 마무리 압연롤과 슬래브 판 사이에 충분한 윤활재를 공급하면서 마무리 압연을 실시하여 스티킹 및 판 형상 불량과 같은 결함이 없도록 한다.

이렇게 저온 열간 압연 및 윤활 열간 압연을 통해 열간 압연을 실시함에 따라 결정립을 미세하면서 성형에 유리한 γ-파이버(GF) 집합조직의 분율을 20% 이상으로 늘릴 수 있고, 슬래브 판 표면의 스티킹 결함이나 판 형상 불량을 방지할 수 있고, 이렇게 압연된 열간 압연재로 냉간 압연을 실시함에 따라 최종 냉연제품의 R-bar가 2.0 이상이 되어 심가공에 유리하고, 리징 높이가 10μm 이하가 된다. 이에 따라 제품 성형후 표면에 줄무늬가 남지 않는 것이다.

[실시예]

이하 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

상업 생산된 페라이트계 스테인리스강을 실험에 사용하였으며 상기에서 제시된 합금성분으로 조성되는 용강을 이용하여 연속주조된 슬래브로부터 열간 조압연을 실시한 후 열간 마무리 압연을 실시하여 4 ~ 5mm 두께의 열연판을 생산한다. 그리고, 열연 소둔처리 및 2회에 걸쳐 냉간 압연와 냉연 소둔처리를 실시하였다. 각 제조공정별로 제어 조건은 하기의 표 1과 같이 변경하면서 실시하였고, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.

No.	FET (℃)	윤활	sticking	RF (ton)	판형상	GS (㎛)	GF (%)	R-bar	리징높이(㎛)	비고
1	1050	○	-	2793	합격	237	12.3	1.82	12.8	비교예
2	1030	×	-	3612	합격	153	13.7	1.88	11.4
3	980	○	-	3244	합격	145	15.2	1.92	12.2
4	950	×	발생	5380	불량	-	-	-	-
5	930	×	발생	5567	불량	-	-	-	-
6	930	○	-	3390	합격	121	22.9	2.10	11.8
7	820	×	발생	7110	합격	63	24.8	2.23	8.3
8	780	×	발생	7432	합격	57	25.4	2.31	7.4
9	820	○	-	4011	합격	81	28.4	2.22	8.8	발명예
10	780	○	-	4130	합격	75	30.2	2.14	8.0
11	750	○	-	4322	합격	66	31.1	2.24	7.7
12	730	○	-	4469	합격	67	33.0	2.33	9.2
13	730	○	-	4276	합격	59	34.7	2.27	8.6
14	650	○	-	5931	불량	-	-	-	-	비교예
15	630	○	-	6687	불량	-	-	-	-	비교예

여기서, FET(Finish-rolling Entry Temperature)는 마무리 압연 입측온도이고, RF(Roll Force)는 압하력이며, GS(Grain size)는 결정립 크기이고, GF(Gamma Fiber)은 γ-파이버이다.

표 1에서 알 수 있듯이, 열간 마무리 압연시 마무리 압연 입측온도(FET)를 700 ~ 900℃로 유지하고, 슬래브와 압연롤 사이에 윤활재를 공급함에 따라 스티킹 및 판 형상 불량과 같은 결함이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

그리고, 결정립 크기를 100㎛ 이하로 미세하게 유지하면서, 성형에 유리한 γ-파이버(GF) 집합조직의 분율을 20% 이상으로 늘릴 수 있음을 확인할 수 있었고, 이에 따라 최종 냉연제품은 R-bar 값이 2.0 이상으로 유지되어 리징 높이가 10㎛ 이하로 제어됨을 확인할 수 있었다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims

C: 0.0005 ~ 0.01wt%, N: 0.005 ~ 0.015wt%, Si: 0.01 ~ 0.20wt%, Mn: 0.01 ~ 0.20wt%, P: 0.001 ~ 0.03wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.01 ~ 0.20wt%, Al: 0.001 ~ 0.10wt%, Ti: 0.10 ~ 0.30wt%, Nb: 0.01 ~ 0.10wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진 슬래브를 제조하고,
상기 슬래브를 열간 조압연 후 열간 마무리 압연을 실시하되, 상기 마무리 압연 입측온도(FET)를 700 ~ 900℃로 유지하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열간 마무리 압연 시 롤에 가해지는 압하력(roll force)은 5000톤 미만으로 유지하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열간 마무리 압연 이후 소둔처리 된 스테인리스강은 결정립 크기가 100㎛ 이하이고, γ-파이버(GF)의 분율이 20% 이상인 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열간 마무리 압연에 이어서, 열연 소둔처리, 냉간 압연 및 냉연 소둔처리를 실시하고,
상기 냉연 소둔처리 된 스테인리스강은 Lankford 값(r-bar)이 2.0 이상이고, 리징 높이가 10㎛ 이하인 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 마무리 압연시 압연롤과 슬래브 사이에 윤활재를 공급하면서 압연하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.