KR101454517B1 - 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중량 %로, C: 0초과~0.06% 이하, Si: 0초과~1.5% 이하, Mn: 0초과~2% 이하, Cr: 19~23%, Ni: 1.8~3.5%, Mo: 0.5~1.0%, N: 0.16~0.30%, Cu: 0.5~1.0%, Al: 0.003~0.03%, B: 0.001~0.005%, Ca: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 1000℃ 내지 1050℃의 온도로 소둔열처리하는 단계를 포함하고, 상기 소둔열처리하는 단계에서 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton인 것을 특징으로 하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

Description

린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법{Lean duplex stainless steel and manufacturing method using the same}
본 발명은 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성 및 열간가공성이 향상된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
통상, 가공성 및 내식성이 양호하다고 알려지고 있는 오스테나이트계 스테인리스강은 철 (Fe)을 소지금속으로 하여 크롬 (Cr), 니켈 (Ni)을 주원료로 함유하고 있으며, 몰리브덴 (Mo) 및 구리 (Cu) 등의 기타 원소들을 첨가시켜 각종 용도에 맞는 다양한 강종으로 개발되고 있다. 오스테나이트계 스테인리스강은 내식성 및 내공식성이 우수한 강종으로서, 저탄소이면서 8wt% 이상의 Ni 성분을 함유하고 있고, Ni 가격 상승에 따른 원가의 변동폭이 커 가격이 불안정하여 경쟁력이 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 보완하기 위해서 Ni 함량을 낮추면서 오스테나이트계 스테인리스강과 동등 이상의 내식성을 확보할 수 있는 새로운 강종의 개발을 위하여 다방면으로 연구가 진행되고 있다.
듀플렉스 스테인리스강 (duplex stainless steel)은 오스테나이트 상과 페라이트 상이 각각 부피분율로 대략 35 ~ 65%를 갖는 스테인리스강으로, 종래의 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 내식성을 확보하면서 Ni 함량이 적어 경제적이며, 고강도의 확보가 용이하여 내식성을 요하는 담수설비, 펄프, 제지, 화학설비 등의 산업설비용 강재로 각광을 받고 있다. 또한, 최근에는 듀플렉스 스테인리스강 중에서도 Ni 및 Mo 등의 고가의 합금원소를 배제하고 이들 원소를 대신하여 저원가의 합금원소를 첨가하여 낮은 합금 비용의 장점을 더욱 증대시킨 린 듀플렉스 스테인리스강 (lean duplex stainless steel)에 대한 관심이 증대되고 있는 추세이다.
린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판은 소둔함으로써 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 성형성을 향상시키는데 주목하고 있다. 반면, 소둔시 고온에서 소둔열처리 하는 경우에는 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 낮은 크리프 저항성으로 인하여 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 형상이 변화게 되어 문제가 되고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 소둔시 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 변형을 최소화할 수 있는 린 듀플렉스 스테인리스강 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 오스테나이트 상과 페라이트 상의 2상을 가지는 2상 조직 스테인리스강 중 Ni, Mo 등 고가의 합금원소의 함량을 낮춘 린 듀플렉스 스테인리스강으로, 종래 오스테나이트계 스테인리스 강인 304 및 304L 대비 동등 이상의 우수한 내식성을 확보하면서도 냉연 및 연속소둔시 폭방향 변형을 최소화 한 린 듀플렉스 스테인리스강을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 중량 %로, C: 0초과~0.06% 이하, Si: 0초과~1.5% 이하, Mn: 0초과~2% 이하, Cr: 19~23%, Ni: 1.8~3.5%, Mo: 0.5~1.0%, N: 0.16~0.30%, Cu: 0.5~1.0%, Al: 0.003~0.03%, B: 0.001~0.005%, Ca: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하고, 부피분율로 40~60%의 페라이트와 40~60%의 오스테나이트 분율을 포함하며, 하기 식에 따르는 크롬 당량 (Creq) 값은 19.5 내지 26.3이고, 니켈 당량 (Nieq) 값은 6.9 내지 15.8인이고 두께가 1.0mm 이하의 냉연강판 것을 특징으로 하는 린 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것이다.
Creq = %Cr + %Mo + 1.5%Si
Nieq = %Ni + 30(%C + %N) + 0.5(%Mn + %Cu)
상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 경도는 270Hv 이하이고, 상온 연신율은 30% 이상이며, 공식전위는 400mV 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 중량 %로, C: 0초과~0.06% 이하, Si: 0초과~1.5% 이하, Mn: 0초과~2% 이하, Cr: 19~23%, Ni: 1.8~3.5%, Mo: 0.5~1.0%, N: 0.16~0.30%, Cu: 0.5~1.0%, Al: 0.003~0.03%, B: 0.001~0.005%, Ca: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 1000℃ 내지 1050℃의 온도로 소둔열처리하는 단계를 포함하고, 상기 냉연강판의 소둔열처리하는 단계에서 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton인 것을 특징으로 하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 두께는 1.0mm 이하일 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 소둔시 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 변형을 최소화할 수 있는 린 듀플렉스 스테인리스강 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 오스테나이트 상과 페라이트 상의 2상을 가지는 2상 조직 스테인리스강 중 Ni, Mo 등 고가의 합금원소의 함량을 낮춘 린 듀플렉스 스테인리스강으로, 종래 오스테나이트계 스테인리스 강인 304 및 304L 대비 동등 이상의 우수한 내식성을 확보하면서도 냉연 및 연속소둔시 폭방향 변형을 최소화 한 린 듀플렉스 스테인리스강을 제공할 수 있다.
도 1은 960℃의 온도로 소둔열처리된 린 듀플렉스 스테인리스강의 광학현미경 사진이다.
도 2는 1050℃의 온도로 소둔열처리된 린 듀플렉스 스테인리스강의 광학현미경 사진이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법은, 중량 %로, C: 0초과~0.06% 이하, Si: 0초과~1.5% 이하, Mn: 0초과~2% 이하, Cr: 19~23%, Ni: 1.8~3.5%, Mo: 0.5~1.0%, N: 0.16~0.30%, Cu: 0.5~1.0%, Al: 0.003~0.03%, B: 0.001~0.005%, Ca: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 1000℃ 내지 1050℃의 온도로 소둔열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 린 듀플렉스 스테인리스강은 부피분율로 40~60%의 페라이트와 40~60%의 오스테나이트 분율을 포함하며, 하기 식에 따르는 크롬 당량 (Creq) 값은 19.5 내지 26.3이고, 니켈 당량 (Nieq) 값은 6.9 내지 15.8일 수 있다.
Creq = %Cr + %Mo + 1.5%Si
Nieq = %Ni + 30(%C + %N) + 0.5(%Mn + %Cu)
또한, 상기 린 듀플렉스 스테인리스강은 P: 0.03% 이하, S: 0.002% 이하 및 O: 0.01% 이하 중 어느 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이하에서 별도의 언급이 없는 경우, 부피분율인 오스테나이트 및 페라이트 분율을 제외하고 각 원소에 대한 함량은 중량 %를 기준으로 설명한다.
C는 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이나, 함량이 과다 시 페라이트-오스테나이트 상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물형성 원소와 쉽게 결합하고, 그에 의하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 부식 저항성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 내식성을 극대화하기 위해서는 C의 함량을 0.06% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Si는 탈산 효과를 위하여 일부 첨가되고, 또한 페라이트 안정화 원소로도 작용하기 때문에 일부 첨가한다. 반면, 상기 Si 함량이 과다할 경우 충격인성과 관련된 기계적 특성을 저하시키므로 1.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mn은 용탕 유동도를 조절하기 위하여, 약 1.5% 정도 함유할 수 있으나, 고가의 Ni 대치용으로 상기 Mn의 함량을 증가시킬 수 있으며, 이 경우 부수적으로 열간가공성의 향상효과를 얻을 수 있다. 반면, Mn의 함량이 과다하면 강 중의 S와 결합하여 MnS를 형성하여 내식성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 열간가공성도 저하되므로, Mn의 함량은 2% 이하인 것이 바람직하다.
Cr은 Mo와 함께 페라이트 안정화 원소로 듀플렉스 스테인리스 강에서 페라이트 상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라, 내식성 확보를 위한 필수 원소이다. 반면, Cr 함량을 증가시키면 내식성이 증가하나 상분율 유지를 위하여 고가의 Ni 함량도 비례적으로 증가 되어야 하므로, 린 듀플렉스 스테인리스강의 생산비용을 증가시킨다. 따라서, 오스테나이트 및 페라이트의 상분율을 유지하면서 적정한 내식성을 확보하기 위해서 Cr의 함량은 19% 이상 내지 23% 이하인 것이 바람직하다.
Ni은 Mn 및 N와 함께 오스테나이트 안정화 원소로 듀플렉스 스테인리스 강의 오스테나이트의 상분율 확보에 주된 역할을 한다. 원가절감을 위하여 고가의 Ni 함량을 감소시키는 경우, 그 외의 오스테나이트 형성 원소인 Mn과 N 의 함량 증가로 상쇄될 수 있으나, 과도한 Ni 함량 감소는 Mn 및 N 함량의 과다로 오히려 내식성 및 열간가공성을 저하시키고, 또는 Cr 및 Mo의 함량 감소로 인해 내식성 확보가 곤란하므로, Ni의 함량을 1.8% 이상 내지 3.5% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.
Mo는 Cr과 같이 페라이트 안정화 원소인 동시에 강력한 부식저항성 향상 원소이다. 반면, Mo는 매우 고가의 원소이고, 함량이 과다하면 열처리시 쉽게 시그마상을 형성하여 내식성 및 충격인성을 저하시키는 단점이 있다. 상기 Mo는 오스테나이트 및 페라이트의 상분율 확보를 위한 Cr의 보조 역할 및 적정 내식성 확보이며, 제조원가의 절감을 위해 Mo의 함량은 0.5% 이상 내지 1.0% 이하인 것이 바람직하다.
N은 Ni와 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소 중의 하나이며, N 함량 증가는 부수적으로 내식성 증가 및 고강도화를 유발할 수 있다. 반면, N의 함량이 너무 높으면 열간가공성을 저하시켜 실수율을 감소시키고, N 함량이 너무 낮으면 상분율 확보를 위해 Cr 및 Mo 함량도 낮추어야 하며 용접부 강도 및 상 안정성 확보가 곤란하다. 따라서, N 함량은 0.16% 이상 내지 0.30% 이하인 것이 바람직하다.
Cu는 Ni, Mn 및 N와 같이 오스테나이트 상을 안정화시키는 원소로, 황산 분위기에서 스테인리스 강의 내식성을 증가시킨다. 반면, 1% 이상의 Cu 함량은 공식저항성을 감소시키고, 열간가공성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Cu의 함량을 0.5% 이상 내지 1.0% 이하인 것이 바람직하다.
Al은 강의 탈산을 위한 중요한 원소이며, 강 중의 산소를 저감하기 위해서 0.003% 이상의 첨가가 필요하다. 반면, Al은 N과의 친화력이 비교적 큰 원소이며, 과잉으로 첨가하면 AlN을 형성하여 인성 및 내식성을 저해하므로 Al의 함량은 0.003% 이상 내지 0.03% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.
B은 입계에 편석되어 입계를 강화시키는 원소로 알려져 있으며, 열간가공성을 향상시키기 위해 0.001% 이상 내지 0.005% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.
Ca은 입계 편석 원소인 S와 결합하여 안정한 CaS 화합물을 형성하여 S의 입계 편석을 억제하여 소재의 열간가공성을 향상시키는 원소이다. 반면, Ca가 과잉 함유될 경우 용접성을 저해할 수 있으므로 상기 Cu 함량은 0.001% 이상 내지 0.01% 이하인 것이 바람직하다.
P는 입계나 상경계에 편석되어 내식성 및 인성을 저해할 수 있기 때문에 가능하면 낮게 관리함이 바람직하다. 따라서 정련 공정의 효율성을 위하여 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
S는 오스테나이트-페라이트 상 계면에 편석 되어 열간가공성을 악화시키거나 MnS의 형성으로 내식성을 저하 시키므로 가능하면 함량을 낮게 관리함이 바람직하므로 0.002% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.
O는 비금속 개재물의 대표인 산화물을 구성하는 유해한 원소이며, 과잉 함유될 경우 입계에 편석이 되어 입계의 청정도를 감소시켜 소재의 열간가공성을 저해한다. 또한 조대한 클러스터 형상의 산화물이 생성되면 표면 흠집의 원인이 되므로 0.01% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 린 듀플렉스 스테인리스강은 부피분율로 40~60%의 페라이트와 40~60%의 오스테나이트 분율을 포함하며, 하기 식에 따르는 크롬 당량 (Creq) 값은 19.5 내지 26.3이고, 니켈 당량 (Nieq) 값은 6.9 내지 15.8일 수 있다.
Creq = %Cr + %Mo + 1.5%Si
Nieq = %Ni + 30(%C + %N) + 0.5(%Mn + %Cu)
상기 크롬 당량 (Creq)은 스테인리스강에서 페라이트 생성원소인 Cr, Mo, Si, Nb의 영향을 Cr의 영향으로 환산한 지수이다. 본 발명에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강에서는 합금 성분 중 Nb가 포함되지 않으므로 상기 크롬 당량 식에서 Nb 항을 제외하였다. 상기 크롬 당량에 의하여 Cr, Mo, Si의 합금원소가 페라이트 상의 안정성에 기여하는 정도를 지수화 할 수 있으며, Ni 함량을 저감한 본 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스 강에 있어서 페라이트 상과 오스테나이트 상사이의 균형을 이루기 위해서는 Cr 당량값이 19.5 이상, 26.3 이하인 것이 바람직하다.
상기 니켈 당량 (Nieq)은 스테인리스 강에 있어서 오스테나이트 생성 원소인 C, Mn, Ni, Cu, N의 영향을 Ni의 영향으로 환산한 지수이다. 본 발명에서의 린 듀플렉스 스테인리스강의 경우 Ni 함량은 1.8% 이상 내지 3.5% 이하인 것이 바람직하므로, 이를 바탕으로 페라이트 상과 오스테나이트 상 간의 균형을 이루기 위해 각 합금 원소의 함량을 조절하였다. 따라서, 본 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강에서 니켈 당량그 결과 본 발명의 린 듀플렉스 스테인리스 강에서의 니켈 당량값은 6.9 이상, 15.8 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강에서 오스테나이트 상과 페라이트 상이 공존하는 데, 이때 상기 오스테나이트 상의 부피분율을 40% 이상 내지 60% 이하이고, 페라이트 상의 부피분율은 40% 이상 내지 60% 이하일 수 있다. 오스테나이트 상의 부피분율이 40% 미만에서는 인성 불량이 발생하고, 60% 초과에서는 열간가공성 저하의 문제가 생기며, 어느 경우에도 내식성이 저하된다. 따라서, 상기 오스테나이트 상의 분율과 페라이트 상의 분율을 확보하기 위해서는, 본 발명의 범위 내에서 오스테나이트 상의 증가원소인 Ni, Cu, Mn, C, N 등과 페라이트 상의 증가원소인 Cr, Mo, Si 등의 함유 비율을 조정한다. 구체적으로는 상기 크롬 당량값 및 니켈 당량값을 전술한 범위에 포함되도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 제조방법은 다음과 같다. 전술한 바와 같은 조성범위를 갖는 린 듀플렉스 스테인리스강의 슬라브를 가열한 후 열간압연하여 500℃ 내지 800℃에서 권취한다. 이때, 상기 슬라브의 가열 온도는 다양하게 변형이 가능하나, 열간압연 시 안정적인 온도 확보 및 소재의 변형저항을 최소화하기 위하여 1100℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 열간압연에서의 압하율 및 냉각 조건도 다양하게 변형이 가능하다. 또한, 상기 권취시의 온다는 냉간압연 성을 얻기 위하여 500℃ 이상일 수 있고, 불필요한 2차상의 석출을 방지하기 위해서는 800℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 열간압연후 열연강판의 두께는 소재의 변형저항 및 온도, 설비 요건을 고려하였을 때, 3.0mm 내지 5.0mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 열간압연된 린 듀플렉스 스테인리스강의 열연강판은 50% 내지 70%의 누적 압하율로 냉간압연하고, 이와 같이 냉간압연된 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판은 연속 소둔라인에서 1000℃ 내지 1050℃의 온도로 소둔열처리하는 단계를 거칠 수 있다. 상기 소둔열처리시 온도가 1000℃ 미만인 경우에는, 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 미세조직에서 오스테나이트 상의 재결정이 완전히 이루어지지 않아 문제가 될 수 있다. 또한, 상기 온도가 1050℃ 초과인 경우에는, 소둔열처리시 린 듀플렉스 스테인리스강의 폭 및 길이 방향을 변형이 커 품질불량을 유발하거나, 심한경우에는 생산자체가 불가능할 수 있다. 따라서, 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판은 연속 소둔라인에서 1000℃ 내지 1050℃의 온도에서 소둔열처리되는 것이 바람직하다.
린 듀플렉스 스테인리스강의 열연강판을 두께 (대략 3.0mm 내지 5.0mm)에서 두께가 1.0mm 이하인 냉연강판으로 냉간압연하기 위해서는 냉간압연후의 냉연강판의 에지 (edge) 품질 등을 고려하여 복수회, 예컨대 2회 이상으로 나눠서 냉간압연을 실시한다. 이때, 1회째의 냉간압연후 연속 소둔할 경우에는 냉연강판의 두께가 1.0mm 초과이므로, 이후 진행되는 연속 소둔시 특별히 문제되는 것은 없으므로 통상의 방식에 의해서 소둔열처리할 수 있다. 반면, 2회째의 냉간압연 (재압연) 이후부터는 냉연강판의 두께는 1.0mm 이하이므로 연속 소둔시 낮은 크리프 저항성에 의하여 강판의 변형이 발생하기 쉽고, 따라서, 강판의 변형을 방지하기 위해서 통상적으로 소둔시 소둔열처리 온도를 낮추게 된다. 반면, 상기 소둔열처리 온도를 낮추는 경우에는, 강판의 변형은 방지할 수 있으나, 미세조직에서 오스테나이트 상 등의 재결정이 발생하지 않아 강판의 연신율이 열위하게 되며, 오스테나이트 상과 페라이트 상 사이의 합금원소의 분배가 제한되기 때문에, 강판의 목표로 하는 내식성을 확보하기 어렵고, 또한 오스테나이트 상분율도 부피분율로 40% 내지 60%를 확보하기 어려워져 전반적으로 린 듀플렉스 스테인리스강의 품질이 저하된다. 또한, 상기 냉연강판을 소둔시 소둔장력도 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 품질 및 변형 등에 영향을 미칠 수 있다. 이때, 상기 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton인 것이 바람직한데, 상기 소둔장력이 0.3ton 미만인 경우에는, 소둔시 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 충분히 지지하지 못하고, 재결정이 완전이 발생하기 어려워 품질을 저하시킬 수 있다. 또한, 상기 소둔장력이 0.5ton 초과인 경우에는 소둔열처리시 상기 냉연강판에 가해지는 힘이 과도하여 냉연강판의 폭 또는 길이 등의 변형을 유발하고, 심한경우에는 소둔열처리 자체가 불가능할 수 있다. 따라서, 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 두께가 1.0mm 이하인 경우, 상기 냉연강판을 연속 소둔할 때 소둔열처리 온도 및 소둔장력은 상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 변형, 내식성 등의 품질특성과, 공정효율 등에 영향을 미치므로, 상기 두께가 1.0mm 이하인 냉연강판을 연속 소둔하는 경우, 소둔열처리 온도는 1000℃ 내지 1050℃이고, 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton인 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.
표 1에 기재된 조성범위를 갖는 A강종 및 B강종을 이용하여, 표 2와 같이 열간압연후 냉간압연하여 냉연강판을 제조하였고, 상기 냉연강판을 연속 소둔한 후 경도 (Hv), 상온 연신율 (%) 및 공식전위 (mV)를 확인하였다. 상기 A강종은 고가의 Ni 및 Mo을 모두 높은 함량으로 첨가한 것으로, 듀플렉스 스테인리스강의 일종이고, B강종은 A강종에 비하여 Ni 및 Mo의 함량을 절감하여 원가를 낮춘 린 듀플렉스 스테인리스강의 일종이다. A강종을 이용하여 각각 1.5mm의 두께인 냉연강판으로 제작하였으며, B강종을 이용하여 각각 0.75mm 및 0.8mm의 두께인 냉연강판으로 제작하였다.
강종 조성 (wt.%)
C Si Mn Cr Ni Mo Cu Al Ca B N Creq Nieq
A강종 0.016 0.47 1.43 22.3 5.12 2.6 0.2 0.004 0.0010 0.0026 0.171 25.6 11.5
B강종 0.025 0.53 1.75 21.8 2.2 0.6 0.7 0.007 0.0015 0.0027 0.179 23.2 9.5
강종 연주
두께(mm)		 재가열 열연강판 두께(mm) 열연소둔
온도(℃)		 냉연 압하율 냉연강판 두께
(mm)
온도(℃) 시간(hr) 1차(%) 2차(%)
A강종 150 1270 3 5 1060 70 - 1.5
B강종 150 1270 3 5 1060 70 50 0.75
B강종 150 1270 3 4 1060 60 50 0.8
표 2에서, A강종에 대해서는 냉간압연시 1회만 실시하여 1.5mm의 두께인 냉연강판으로 제조하였고, B강종의 경우에는 모두2회의 냉간압연을 실시하여 각각 0.75mm 및 0.8mm의 두께인 냉연강판으로 제조하였다. B강종의 경우에는 두께가 1.0mm 이하인 냉연강판으로 냉간압연하기 위해서 냉간압연후의 냉연강판의 에지 품질을 고려하여 2회로 나누어서 진행한 것이다. 즉, 두께가 1.0mm 초과로 제작된 A강종은 1회의 냉간압연으로 각각 1.5mm의 두께의 냉연강판을 얻었다. 상기 냉간압연의 회수는 공정상 냉연강판의 두께를 제어하기 위한 것으로 이후 연속 소둔시에 영향을 미치지 않는다.
또한, B강종에서는, 열연강판의 두께가 각각 5mm, 4mm로 변경되어 1차 냉간압연시 냉연 압하율이 각각 70%, 60%로 변경되었다. 반면, 상기 냉연 압하율은 냉연강판을 연속 소둔시에 냉연강판의 변형 (연신율 등)에 영향을 미치지 않으므로, 본 실시예에서는 열간압연후 열연강판의 두께를 제한하지 않았다.
1. 린 듀플렉스 스테인리스강의 소둔열처리 온도에 따른 미세조직
도 1은 960℃의 온도로 소둔열처리된 린 듀플렉스 스테인리스강의 광학현미경 사진이고, 도 2는 1050℃의 온도로 소둔열처리된 린 듀플렉스 스테인리스강의 광학현미경 사진이다.
도 1 및 도 2는 표 1 및 표 2에 의하여 제작된 B강종 (두께 0.75mm)에 따른 냉연강판을 소둔열처리 온도만을 달리하여 실시한 결과이다. 도 1은 960℃에서 소둔열처리된 미세조직이고, 도 2는 1050℃에서 소둔열처리된 미세조직을 나타낸다. 도 1 및 도 2에서 모두 오스테나이트와 페라이트로 이루어진 2상의 미세조직을 관찰할 수 있었다. 또한, 상기 오스테나이트의 경우에는 대략 1㎛ 내지 5㎛ 크기의 결정립도를 보이는 반면, 페라이트의 경우에는 길게 연신된 형태의 결정립을 가짐을 확인할 수 있다. 도 1 및 도 2에서 밝은 색으로 보이는 부분이 오스테나이트를 나타낸다.
반면, 소둔열처리 온도에 따라 오스테나이트 상의 재결정 여부가 달라짐을 확인할 수 있는데, 도 1의 경우 960℃에서 소둔한 미세조직은 재결정이 완전히 이루어지지 않았고, 도 2의 경우 1050℃에서 소둔한 미세조직은 오스테나이트 상이 재결정되어 구성화된 형태를 가짐을 확인할 수 있었다. 즉, 소둔온도가 낮은 경우, 예컨대 960℃에서는 오스테나이트 상이 완전히 재결정이 이루어지지 않으므로, B강종 (두께 0.75mm)와 같이 1.0mm 이하의 두께를 갖는 냉연강판에서는 소정온도 이상의 소둔열처리하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
2. 소둔열처리 온도 및 소둔장력에 따른 냉연강판의 변형 정도
아래 표 3 및 표 4는 두께가 1.5mm인 A강종의 냉연강판 및 두께가 0.8mm인 B강종의 냉연강판을 이용하여 각각의 소둔온도 및 소둔장력을 달리하여, 소둔열처리시의 냉연강판의 변형 정도를 확인한 결과이다.
표 3에서는, A강종은 B강종에 비하여 고가의 Ni 및 Mo를 상대적으로 더 많이 포함하고 있는 것으로, 통상 사용되는 조건들을 고려하여 소둔온도 및 소둔장력을 변화시키면서 A강종의 냉연강판의 변형 정도를 확인하였다. 표 3 및 표 4에서, 기재된 %는 소둔열처리시 각 냉간압연의 변형 정도를 확인 한 것으로, 구체적으로 소정의 소둔온도 및 소둔장력에서 A강종 및 B강종 각각의 길이 및 폭 방향에 따른 평균 평형 정도를 %로 나타낸 값이다. 구체적으로. 소둔열처리되기 전 (무소둔 상태의 A강종 및 B강종의 냉연강판)을 기준으로 소정의 소둔온도 및 소둔장력으로 소둔한 후 변형된 정도를 %로 나타내었다.
소둔장력 (ton) A강종 (두께 1.5mm)
소둔온도(℃)
960 1000 1050 1080
0.6 2.0% 3.1% 5.3% 6.5%
1.0 3.5% 6.2% 10.3% 14.8%
표 3에 기재된 소둔온도 및 소둔장력은 1.5mm 두께의 A강종에서 수행된 공정조건으로, 이와 같은 냉연강판의 변형 정도는 소둔공정이 충분히 효율적으로 수행될 수 있는 조건이다. 즉, A강종은 소둔시 냉연강판의 변형 정도가 2% 내지 14.8% (약 15%) 정도인 것을 확인할 수 있었다. 표 3에서 같이 A강종으로 확인된 냉연강판의 변형 정도를 갖도록 B강종을 다양한 소둔온도 및 소둔장력으로 B강종의 냉연강판의 변형 정도를 확인하고 이를 표 4에 나타내었다.
소둔장력 (ton) B강종 (두께 0.8mm)
소둔온도(℃)
960 1000 1050 1080
0.15 1.5% 2.2% 2.9% 3.6%
0.3 2.6% 3.7% 5.3% 8.4%
0.5 4.0% 7.4% 11.9% 16.2%
0.6 6.4% 12.2% 17.6% 23.8%
1.0 - - - -
표 3에 따른 A강종의 경우에는 두께가 1.5mm인 무소둔 냉연강판을 이용하여 소둔열처리를 하였고, 표 4에 따른 B강종의 경우에는 두께가 1.0mm 이하인, 0.75mm인 무소둔 냉연강판을 이용하여 소둔열처리를 실시하였다. 소둔열처리 온도는 린 듀플렉스 스테인리스강이 통상 소둔되는 온도범위인 960℃ 내지 1100℃에서 온도를 변화하여 실시하였다. 또한, A강종의 경우에는 B강종보다 냉연강판의 두께가 두꺼워, 연속 소둔열처리시 부과되는 실제 소둔장력은 0.8ton 내지 1.0ton이 부과되며, 이에 따라 소둔장력 조건도 실제 생산조건을 모사하기 위하여 0.6ton, 1.0ton에서 실시하였다. 반면, B강종의 경우에는 상기 A강종에 비하여 두께가 얇으므로 적정 소둔장력 조건을 도출하기 위하여 다양한 소둔장력 조건하에서 소둔열처리를 실시하였다. 표 4에서 소둔장력이 1.0ton의 경우에는, B강종의 두께가 얇은 데 반하여, 상기 소둔장력이 너무 과하여 조업이 불가하였으므로 변형 정도를 확인할 수 없었다.
A강종은 대략 2.0% 내지 14.8%를 나타내므로, A강종에 상당하는 변형 정도를 갖는 B강종은 소둔열처리 온도가 960℃인 경우에는 소둔장력이 0.3ton, 0.5ton 및 0.6ton인 경우가 해당하고, 소둔열처리 온도가 1000℃ 인 경우에는 소둔장력이 0.15ton, 0.3ton, 0.5ton 및 0.6ton인 경우가 해당하며, 소둔열처리 온도가 1050℃인 경우에는 소둔장력이 0.15ton, 0.3ton 및 0.5ton인 경우가 해당하고, 소둔열처리 온도가 1080℃인 경우에는 소둔장력이 0.15ton 및 0.3ton인 경우가 해당함을 확인할 수 있었다.
또한, B강종에서 확인한 소둔열처리 온도에 따른 미세결정을 고려할 때, 도 1에서와 같이 960℃에서 소둔열처리 된 경우, 오스테나이트 상의 재결정이 완전하지 못하여 문제된다. 따라서 본 발명에 따른 소둔열처리 온도는 표 4에 기재된 온도인 960℃, 1000℃, 1050℃ 및 1080℃ 중에서 960℃를 제외한 1000℃ 이상인 것이 바람직하다. 소둔열처리 온도가 1050℃을 초과한 1080℃인 경우에는 0.5ton의 소둔장력에서도 16.2%로 변형되는 등 냉연강판의 변형 정도가 악화되므로, 실제 생산에 적용하기에 적합하지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, 1.0mm 이하의 두께를 갖는 냉연강판을 소둔열처리할 때 온도는 1000℃ 내지 1050℃이 바람직함을 확인할 수 있었다.
또한, 0.8mm 두께의 B강종을 1000℃ 내지 1050℃의 온도에서 소둔열처리 하는 경우에, 소둔장력이 0.3ton 이상에서는 소둔열처리가 원활하게 진행되나, 0.3ton 미만인 경우에는 고온에서 냉연강판의 자중에 의한 판의 쳐짐 현상에 의해 생산이 어려움을 확인할 수 있었다. 또한, 소둔열처리시 소둔장력이 0.5ton 초과인 경우에는 전술한 바와 같이 냉연강판의 폭 또는 두께 방향의 변형이 커져 품질을 저하시킴을 확인할 수 있었다. 따라서, 0.8mm 두께의 B강종과 같이, 두께가 1.0mm 이하의 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 소둔할때 소둔온도가 1000℃ 내지 1050℃이고 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton이 바람직함을 확인할 수 있었다. 또한, 표 4에 기재된 바와 같이, 소둔온도가 1000℃ 내지 1050℃이고 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton인 경우에 0.8mm 두께의 B강종의 평균 변형 정도는 3.7% 내지 11.9%로, 이는 표 3에서 1.5mm 두께의 A강종으로 확인한 평균 변형 정도의 범위 내에 포함된다. 즉, B강종 (0.8mm)은 A강종 (1.5mm)에 비하여 고가의 Ni 및 Mo를 감소시킨 강종으로, 두께도 더 얇은 두께로 구비되어 있으므로 소둔조건에 대하여 가혹한 조건이다. 그럼에도 불구하고, 상기 B강종 (0.8mm)은 소둔온도가 1000℃ 내지 1050℃이고 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton에서는 A강종에 상응하는 품질을 갖음을 확인할 수 있었다.
표 5에서는 표 4에서 B강종 (0.8mm)의 냉연강판에서 소둔장력이 0.5ton인 경우를 정량적으로 분석하기 위하여 경도 (Hv), 상온 연신율 (%) 및 공식전위 (mV)를 확인하였다.
B강종 (0.8mm)
소둔장력 0.5ton		 소둔온도(℃)
960 1000 1040 1080
경도(Hv) 273.2 253.1 252.3 248.6
상온 연신율 (%) 28 31 32 32
공식전위 (mV) 392 434 439 445
상기 경도는 비커스 (Vickers) 경도계를 사용하여 다이아몬드 팁으로 1kg의 중량으로 10초간 하중을 가하여 측정하였다. 소둔열처리 온도가 960℃인 경우, 경도가 273.2로 측정되었으며, 1000℃ 이상의 온도에서는 소둔열처리 온도에 따라 253.1, 252.3, 248.6으로 낮아졌음을 확인할 수 있었다. 즉, 소둔열처리 온도가 증가됨에 따라 경도값이 안정되며, 재질의 연화가 발생했음을 확인할 수 있었다. 따라서, 경도값을 통해서 확인한 바와 같이, 960℃에서 소둔할 경우 미세조직 중 오스테나이트 상이 재결정되지 못하고 압연 시 변형 조직이 그대로 존재함을 확인할 수 있었다.
한편, 소둔열처리 온도가 960℃ 이하인 경우 소재의 상온 연신율이 30% 이하의 낮은 연신율을 보이고 있음을 알 수 있으며, 내식성을 나타내는 공식전위 역시, 가장 낮은 392mV로 평가되어 두께 1.0 mm 이하인 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 적정 소둔열처리 온도는 1000℃ 이상임을 확인할 수 있었다.
표 4에서 나타낸 바와 같이, 소둔열처리 온도가 1050℃ 초과인 경우에는, 고온에서 소둔열처리에 따른 소재의 변형 정도가 증가하여 생산이 어렵고 실수율이 감소되므로, 두께 1.0 mm 이하인 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 냉연 연속 소둔시 소둔열처리 온도는 1050℃ 이하인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강은 소둔열처리하는 단계 후 경도는 270Hv 이하이고, 상온 연신율은 30% 이상이며, 공식전위는 400mV 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 오스테나이트계 스테인리스 강에 비해 합금 비용이 낮으면서도 우수한 내식성을 확보하는 린 듀플렉스 스테인리스강을 제공할 수 있으며, 또한 1.0mm 이하의 두께를 갖는 스테인리스강의 냉연강판 제조의 큰 과제인 냉연 연속 소둔열처리 시의 폭 또는 두께 변형을 최소화하여 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 품질 제고 및 생산 부하 저감, 수요 창출에 의한 경제성 향상 시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 중량 %로, C: 0초과~0.06% 이하, Si: 0초과~1.5% 이하, Mn: 0초과~2% 이하, Cr: 19~23%, Ni: 1.8~3.5%, Mo: 0.5~1.0%, N: 0.16~0.30%, Cu: 0.5~1.0%, Al: 0.003~0.03%, B: 0.001~0.005%, Ca: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하고, 부피분율로 40~60%의 페라이트와 40~60%의 오스테나이트 분율을 포함하며, 하기 식에 따르는 크롬 당량 (Creq) 값은 19.5 내지 26.3이고, 니켈 당량 (Nieq) 값은 6.9 내지 15.8이고 두께가 1.0mm 이하의 냉연강판이며,
    상기 냉연강판은 1000℃ 내지 1050℃의 온도로 소둔열처리되고, 이때의 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton인 것을 특징으로 하는 린 듀플렉스 스테인리스강.
    Creq = %Cr + %Mo + 1.5%Si
    Nieq = %Ni + 30(%C + %N) + 0.5(%Mn + %Cu)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 경도는 270Hv 이하이고, 상온 연신율은 30% 이상이며, 공식전위는 400mV 이상인 것을 특징으로 하는 린 듀플렉스 스테인리스강.
  3. 중량 %로, C: 0초과~0.06% 이하, Si: 0초과~1.5% 이하, Mn: 0초과~2% 이하, Cr: 19~23%, Ni: 1.8~3.5%, Mo: 0.5~1.0%, N: 0.16~0.30%, Cu: 0.5~1.0%, Al: 0.003~0.03%, B: 0.001~0.005%, Ca: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하고, 부피분율로 40~60%의 페라이트와 40~60%의 오스테나이트 분율을 포함하며, 하기 식에 따르는 크롬 당량 (Creq) 값은 19.5 내지 26.3이고, 니켈 당량 (Nieq) 값은 6.9 내지 15.8인 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판을 1000℃ 내지 1050℃의 온도로 소둔열처리하는 단계를 포함하고, 상기 소둔열처리하는 단계에서 소둔장력은 0.3ton 내지 0.5ton이며,
    상기 린 듀플렉스 스테인리스강의 냉연강판의 두께는 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법.
    Creq = %Cr + %Mo + 1.5%Si
    Nieq = %Ni + 30(%C + %N) + 0.5(%Mn + %Cu)
  4. 삭제
KR1020120152205A 2012-12-24 2012-12-24 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법 KR101454517B1 (ko)

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