KR101474626B1

KR101474626B1 - 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대 및 그들의 제조 방법

Info

Publication number: KR101474626B1
Application number: KR1020127024762A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 데라오까; ?지 사까모또
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2014-12-18
Also published as: ES2713046T3; TW201202444A; EP2554702A1; WO2011122697A1; CN102782171B; EP2554702A4; CN102782171A; BR112012024400A2; US20130014864A1; KR20120126112A; JP5744575B2; BR112012024400B1; TWI475116B; US9074271B2; JP2011225970A; EP2554702B1

Abstract

내식성이 우수한 고강도 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대이며, 질량％로, C : 0.02 내지 0.20％, Si : 0.10 내지 2.0％, Mn : 0.20 내지 2.0％, P : 0.040％ 이하, S : 0.010％ 이하, Cr : 15.0 내지 18.0％, Ni : 0.5 내지 4.0％, Sn : 0.05 내지 0.50, N : 0.010 내지 0.10％를 포함하고, γp가 60 내지 95의 범위에 있고, 잔량부가 실질적으로 Fe의 조성을 갖고, 페라이트 및 오스테나이트 2상 영역에 가열된 후의 냉각 과정에서 오스테나이트 상이 마르텐사이트 변태함으로써 생성된 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 비커스 경도가 200HV 이상인 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대. 단, γp＝420C＋470N＋23Ni＋7Mn＋9Cu－11.5Cr－11.5Si－12Mo－7Sn－49Ti－47Nb－52Al＋189이다.

Description

복상 조직 스테인리스 강판 및 강대 및 그들의 제조 방법{DUAL PHASE STRUCTURE STAINLESS STEEL SHEET AND STEEL STRIP, AND METHOD FOR PRODUCING THE DUAL PHASE STRUCTURE STAINLESS STEEL SHEET AND STEEL STRIP}

본 발명은, 내식성 및 내마모성이 우수하고, 장기간의 사용에 있어서도 표면의 경면 광택이나 사상성의 저하가 적은 스테인리스 강에 관한 것이다. 구체적인 사용예로서는, 태양광이나 가정용 조명 기기의 반사판, 거울, 기계, 전기, 전자 기기 등의 각종 부품의 소재로서 제공된다.

내식성 및 내마모성이 우수한 금속 재료로서는, 마르텐사이트계 스테인리스 강, 가공 경화형의 오스테나이트계 스테인리스 강, 석출 경화형 등의 스테인리스 강, 페라이트와 마르텐사이트의 복상 조직 스테인리스 강이 알려져 있다.

마르텐사이트계 스테인리스 강은, 켄칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 함으로써, 고강도화되어 사용된다. 대부분의 경우, 켄칭 후에 템퍼링이 실시된다.

경도는, C, N의 함유량, 켄칭의 조건(용체화 처리 온도, 시간, 냉각 속도), 템퍼링의 조건(온도, 시간)으로 조정된다.

마르텐사이트 변태 시에는, 결정립 단위로 체적 팽창이 발생하므로, 강판의 표면 조도가 커진다. 마르텐사이트계 스테인리스 강은, 고강도이고 저인성이므로, 조질 압연에 의한 표면 조도의 저감은 용이하지는 않다.

또한, 마르텐사이트계 스테인리스 강을 고강도로 하는 공정에서는, 오스테나이트 단상 영역으로부터 켄칭을 실시하여 마르텐사이트 단상 조직을 얻는다. 내식성을 향상시키는 Cr, Mo 등의 원소는, 오스테나이트 단상화 온도 영역을 축소시키므로, 첨가량이 한정된다.

일례로서, SUS420J1 강에서는, Cr량이 12 내지 14％로 규정되어 있다. 이로 인해, SUS420J1 강은, 일반적으로는, 스테인리스 강으로서의 최저한의 내식성밖에 갖고 있지 않다.

보다 고(高)Cr의 마르텐사이트계 스테인리스 강으로서, SUS429J1이나, SUS431이 있고, 15.00 내지 17.00％의 Cr을 함유한다. 이들은, 마르텐사이트 단상 조직으로 하면 연성이 낮고, 페라이트나, 오스테나이트 상과 마르텐사이트의 복상 조직으로 하면 내식성을 손상시킨다.

가공 경화형의 오스테나이트계 스테인리스 강의 대표적인 강종으로서는, SUS301을 들 수 있다.

SUS301은, 용체화 처리 시에는 오스테나이트 조직이며, 그 후의 조질 압연에 의해, 서서히 가공 유기 마르텐사이트로 변태하고, 압연율의 증가에 의해, 양 상의 가공 경화가 더욱 진행되어 고강도화된다.

SUS301의 조성은, 17％ Cr―7％ Ni이며, 고가의 Ni를 7％ 필요로 하므로, 원료 비용이 높아진다.

또한, 가공 유기 마르텐사이트로의 변태량은, 냉간 압연 시의 재료 온도에 영향을 받으므로, 스테인리스 강의 냉간 압연에서 일반적인 리버스식 압연에서는, 압연 속도의 변화가 발생하는 코일 톱, 보톰 근방에서, 가공 유기 마르텐사이트량에 변화가 발생하고, 경도 변화가 커진다.

또한, SUS301은, 가공 경화가 크므로, 열연판을 냉간 압연하여 원하는 판 두께로 마무리할 때의 압연 반력이 높고, 냉간 압연율에 따라서는 중간 어닐링이 필요해지는 등, 생산성이 떨어진다.

석출 경화형의 스테인리스 강으로서는, SUS630(17Cr―4Ni―4Cu), 631(17Cr―7Ni―1.2Al) 등의 마르텐사이트형 석출 경화 강이 주류이다.

마르텐사이트형 석출 경화 강은, 고용화 열처리 후에, 실온으로 냉각하는 과정에서 조직을 마르텐사이트 조직으로 하고, 계속해서 시효 처리를 실시함으로써, Cu가 풍부한 석출 상이나, 금속간 가공물 NiAl 화합물의 미세 분산 석출을 발생시키고 경화시킨 것이다.

마르텐사이트형 석출 경화 강도, 고가의 Ni, Cu 등의 합금 원소가 다량으로 필요하여, 원료 비용이 높고 고가의 재료이다.

또한, 마르텐사이트형 석출 경화 강의 제조에 있어서는, 최종 시효 공정 이외에서 석출 경화 상이 발생하면, 소재의 인성 저하나 냉간 압연 반력의 증가에 의해 냉간 압연을 할 수 없게 된다. 그로 인해, 예를 들어, 열간 압연 공정에서는, 열연 후에 저온 권취가 필요하고, 권취 형상 불량에 의한 흠집의 발생도 문제로 된다.

이들 문제를 해결하기 위해 개발된 것이, 특허문헌 1 내지 4에 개시되어 있는, 페라이트와 마르텐사이트의 복상 조직을 갖는 복상 조직 스테인리스 강이다.

복상 조직 스테인리스 강은, 페라이트 및 탄질화물 조직의 열연 강판을 냉간 압연한 후, 페라이트 및 오스테나이트의 2상 영역으로 가열하고 냉각하는 복상화 어닐링을 실시함으로써, 오스테나이트 상을 마르텐사이트 변태시키고, 실온에서 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직으로 하고, 또한 조질 압연이나 시효 처리를 가한 것이다.

복상 조직 스테인리스 강은, SUS431, SUS429J1에 유사한 조성을 기초로 개발되어 있고, 필요한 경도에 따라 마르텐사이트량을 조정하도록, 적절하게 성분 조정이 이루어져 있다.

복상 조직 스테인리스 강은, 고강도이고, 또한, 연성이 크고, 강도의 면 내 변동이 작고, 형상 평탄도가 우수한 특징을 갖는다고 보고되어 있다.

또한, 대표적인 페라이트계의 스테인리스 강인 SUS430 강도, 2상 영역으로 가열하고 냉각함으로써, 용이하게 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직으로 되는 것이 알려져 있다.

그러나 복상 조직 스테인리스 강은, 페라이트 상에 비해 마르텐사이트 상의 Cr량이 낮으므로, 상의 사이에서 내식성에 차이가 발생하고, 평균 조성으로 얻어지는 내식성을 충분히 얻을 수 없는 것이나, 부식에 의한 경년 열화가 상의 사이에서 다름으로써 광택이나 색조의 불균일을 발생시켜, 미관을 손상시킨다고 하는 문제가 있다.

일본 특허 출원 공개 소63-007338호 일본 특허 출원 공개 소63-169330호 일본 특허 출원 공개 평07-138704호 일본 특허 출원 공개 제2002-105601호

고강도 스테인리스 강의 사용 용도는 다방면에 걸쳐, 양식기 나이프에는 SUS420J1 강, 철도 차량에는 SUS301, 스프링에는 SUS630, 복상 조직 스테인리스 강 등, 환경에 따라 필요로 하는 내식성이나 기계적 성질로부터 재료 선정이 행해지고 있다.

최근, 기존의 스테인리스 강 이상으로 높은 내식성을 갖고, 내마모성이나 높은 평탄도를 갖고, 또한 저렴한 고강도 스테인리스 강을 필요로 하게 되었다.

일반적으로 내식성을 향상시키는 원소로서는, Cr, Mo, N이 알려져 있고, 이들 원소의 함유량을 늘림으로써, 내식성은 향상되지만, 상 밸런스가 바뀌므로, 목표로 하는 고강도를 달성할 수 없게 된다.

본 발명은, 이러한 문제를 해소하기 위해 이루어진 것이며, 특히 마르텐사이트 상의 내식성을 향상시켜, 18 내지 19Cr 강에 상당하는 내식성을, 17Cr 베이스로 달성하여, 옥외의 혹독한 부식, 마모 환경에 견디고, 경면으로서 장기간 성능을 저하시키는 일이 없는, 저렴하고 강도가 높은 스테인리스 강을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 15 내지 17Cr 강을 베이스로 하는 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직을 갖는 스테인리스 강에 있어서, 내식성을 향상시키는 방법을 다양하게 검토하였다.

그 결과, Sn을 미량 첨가함으로써, 강도를 저하시키는 일 없이 내식성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다.

복상 조직 스테인리스 강의 내식성 향상에 Sn이 작용하는 이유는, Cr, Mo와 마찬가지로 부동태 피막의 형성, 강화에 의한 것으로 추찰된다.

일반적으로, 스테인리스 강의 중성 염화물 환경에 있어서의 내(耐)공식성을 향상시키는 원소로서는, Cr, Mo, N이 알려져 있고, 내공식 지표로서, PRE＝Cr＋3.3Mo＋16 내지 30N이 제안되어 있다. Sn은, 고온 강도를 올리는 원소로서 사용되고 있지만, 내식성을 향상시키는 목적에서의 이용은 보고예가 적다.

그러나 마르텐사이트 조직을 갖는 스테인리스 강에 있어서는, 미량의 Sn이 중성 염화물 환경에 있어서의 내공식성을 크게 개선하고, 마르텐사이트 강, 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직을 갖는 복상 조직 스테인리스 강 모두, 그 효과는 발휘된다.

페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직을 갖는 복상 조직 스테인리스 강은, 복상화 열처리 시의 페라이트 상과 오스테나이트 상의 Cr량이 다르므로, 저(低)Cr의 오스테나이트 상이 변태한 마르텐사이트 상의 내식성이 페라이트 상보다도 낮아지고, 모재의 평균 조성 Cr량에 상당하는 내식성보다도 내식성이 저하되는 것이 보통이었다.

본 발명자들은, 마르텐사이트계 스테인리스 강의 내식성을 향상시키는 방법을 검토하고, 그 결과, Sn에 의한 내식성의 개선 효과가 큰 것, 특히 고전위 밀도하, 즉, 높은 경도를 갖는 경우, 구체적으로는 비커스 경도가 200HV 이상의 경도를 갖는 경우에 있어서, 그 효과가 나타나는 것을 발견하였다.

복상화 열처리 시에 있어서, Sn은, Cr이나 Mo와 마찬가지로 페라이트 상으로 농화된다. 그러나 마르텐사이트 상은, 페라이트 상에 비해 Sn에 의한 내식성 향상의 효과가 크다. 그 결과, 마르텐사이트 상은 페라이트 상에 비해 Cr량이 적지만, Sn이 Cr의 차이를 보충하여 내식성을 향상시킴으로써, 복상 조직의 평균 조성의 Cr량에 상당하는 이상의 내식성이 얻어진다.

본 발명은, 상기한 지식에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로,

C : 0.02 내지 0.20％,

Si : 0.10 내지 1.0％,

Mn : 0.20 내지 2.0％,

P : 0.040％ 이하,

S : 0.010％ 이하,

Cr : 15.0 내지 18.0％,

Ni : 0.5 내지 2.5％,

Sn : 0.05 내지 0.30％ 및,

N : 0.010 내지 0.10％

를 포함하고, 하기 식 (a)로 정의되는 γp가 60 내지 95의 범위에 있고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,

페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직을 갖고,

비커스 경도가 200HV 이상인 것을 특징으로 하는 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대.

(2) 질량％로,

B : 0.0003 내지 0.0050％,

Cu : 0.30 내지 2.0％,

Mo : 0.30 내지 2.0％ 및,

Al : 0.01 내지 0.1％

의 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 조성을 갖는 냉간 압연 스테인리스 강판 또는 냉간 압연 스테인리스 강대를,

페라이트 및 오스테나이트의 2상 영역인 850 내지 1100℃로 가열하고, 냉각하는 복상화 어닐링을 실시함으로써, 오스테나이트 상을 마르텐사이트 변태시키고,

실온에서 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직으로 하는 것을 특징으로 하는 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.

(4) 상기 복상화 어닐링에 있어서의 냉각은, 냉각 속도 20℃/s 이상으로, 550℃ 이하의 온도까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (3)의 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.

(5) 상기 복상화 어닐링 후, 조질 압연 및/또는 시효 처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 (3) 또는 (4)의 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 특히 마르텐사이트 상의 내식성을 향상시켜, 18 내지 19Cr 강에 상당하는 내식성을, 17Cr 베이스로 상 밸런스를 바꾸는 일 없이 달성하여, 옥외의 혹독한 부식, 마모 환경에 견디고, 경면 광택이 장기간 저하되지 않는, 고강도의 복상 조직 스테인리스 강을, 저렴하게 제공할 수 있다.

도 1은 페라이트 조직의 스테인리스 강과, 복상 조직의 스테인리스 강에 있어서의, Sn 첨가가 내식성에 미치는 효과를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 성분 조성에 대해 설명한다. 이하, 「％」는 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.

C : 0.02 내지 0.20％

C는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 고용 강화에 의해 특히 마르텐사이트의 강화에 유효하다. 용체화 시에 미고용의 탄화물은, 마르텐사이트의 강화와 함께 내마모성을 향상시키는 효과도 갖는다. 이들 효과는, C의 함유량이 0.02％ 이상으로 되면 현저해진다.

그러나 C의 함유량의 증가에 수반하여, 복상화 어닐링 후의 냉각 과정에서, Cr 탄화물이 석출하고, Cr 결핍 상을 형성함으로써 내식성을 저하시키는 현상, 소위 예민화 현상이 일어나기 쉬워지므로, C의 함유량은 0.20％ 이하로 한다. 바람직한 C의 함유량은, 0.10 내지 0.15％이다.

Si : 0.10 내지 1.0％

Si는, 페라이트 안정화 원소이며 고용 강화능도 크고, 페라이트, 마르텐사이트 상을 경화시킨다. 또한, 제강 공정에 있어서는, 탈산 원소로서도 작용한다. 이 작용은, Si의 함유량이 0.10％ 이상으로 되면 현저하게 나타난다. 그러나 Si의 함유량이 1.0％를 초과하면, 복상 조직 스테인리스 강에 적합한 상 밸런스를 유지할 수 없게 된다. 바람직한 Si의 함유량은, 0.20 내지 0.70％이다.

Mn : 0.20 내지 2.0％

Mn은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 복상화 어닐링 시에 보다 오스테나이트 및 페라이트의 적절한 상 밸런스를 얻기 위해 필요한 합금 원소이므로, 0.20％ 이상 함유시킨다.

Mn의 오스테나이트 안정화능은, Ni의 약 절반이지만, Ni에 비해 저렴한 원소이다. 반면, Ms점을 내리는 효과가 Ni에 비해 크고, 잔류 γ가 생성되고 경도가 저하된다. 또한, Mn은, 내산화성을 저해하는 원소이며, 어닐링 시의 산화에 의해 표면 품질이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 품질을 해치는 영향이 적은 범위로서, Mn의 함유량은 2.0％ 이하로 한다. 바람직한 Mn의 함유량은, 0.50 내지 1.0％이다.

P : 0.040％ 이하

P는, 고용 강화능이 큰 원소이지만, 페라이트 안정화 원소이며, 또한, 내식성이나 인성에 대하여 유해한 원소이다. 스테인리스 강의 원료인 페로크롬에 불순물로서 포함되지만, 스테인리스 강의 용강으로부터 탈(脫)P하는 기술이 없으므로, 사용하는 페로크롬 원료의 순도와 양으로 P의 양은 결정된다. 그러나 저P의 페로크롬은 고가이므로, 재질이나 내식성을 크게 열화시키지 않는 범위로서, P의 함유량은 0.040％ 이하로 한다. 바람직한 P의 함유량은, 0.030％ 이하이다.

S : 0.010％ 이하

S는, 황화물계 개재물을 형성하고, 강재의 일반적인 내식성(내전면 부식이나 내공식)을 열화시키므로, 함유량은 0.010％ 이하로 할 필요가 있다. S의 함유량은 적을수록 내식성은 양호해지지만, 저S화에는 탈황 부하가 증대하므로, 하한은 0.003％로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 S의 함유량은, 0.003 내지 0.008％이다.

Cr : 15.0 내지 18.0％ 이하

Cr은, 모재의 일반적인 내식성(내전면 부식이나 내공식)의 개선에 유효한 원소이지만, 함유량이 15％ 미만에서는, 충분한 내식성을 얻는 것이 어렵다. Cr은 페라이트 상(α 상) 안정화 원소이며, 함유량이 18％를 초과하면, 오스테나이트 상(γ 상)의 안정성이 저하되고, 복상 조직화에 의한 고강도화가 곤란해진다. 바람직한 Cr의 함유량은 15.5 내지 17.5％이다.

Ni : 0.5 내지 2.5％

Ni는, 오스테나이트 상의 안정화 원소이며, 복상화 어닐링 시의 오스테나이트 상 분율에 크게 영향을 미친다. 적절한 상 분율을 얻기 위해서는, Cr량에 상응하는 양의 Ni 첨가가 필요하므로, 그 함유량은 0.5％ 이상으로 한다. Ni는 고가의 원소이며, 과잉의 첨가는, 합금 비용의 증가로 되므로, 함유량은 2.5％ 이하로 한다. 바람직한 Ni의 함유량은, 1.0 내지 2.0％이다.

Sn : 0.05 내지 0.30％

Sn은, 페라이트 상 안정화 원소이며, 마르텐사이트 상의 내식성 향상에 유효한 원소이다. Sn은, 복상화 어닐링 시에는, Cr과 마찬가지로 페라이트 상으로 농화되지만, 페라이트와 마르텐사이트의 복상 조직에 있어서, Cr량의 차이를 보충하도록, 마르텐사이트 상의 내식성을 향상시키므로, 복상 조직의 평균 조성의 Cr량에 상당하는 이상의 내식성이 얻어진다.

마르텐사이트 상의 내식성을 향상시키기 위해서는, Sn의 함유량은 0.05％ 이상으로 한다. Sn을 0.30％를 초과하여 첨가해도, Sn에 의한 마르텐사이트 상의 내식성 개선 효과는 포화되고, 합금 비용이 불필요하게 증가하므로, 함유량은 0.30％ 이하로 한다. 바람직한 Sn의 함유량은, 0.1 내지 0.25％이다.

N : 0.010 내지 0.10％

N은, C와 마찬가지로, 오스테나이트 안정화 원소이며, 마르텐사이트의 강화에도 유효한 원소이므로, 함유량은, 0.010％ 이상으로 한다. 고용 N은, 부동태 피막을 강화하거나, 예민화의 억제에 의해, 내식성을 향상시키거나 하는 작용을 갖는다. N을 과잉으로 첨가하면, 기포계 결함의 원인으로 되므로, 함유량은, 0.10％ 이하로 한다. 바람직한 N의 함유량은, 0.02 내지 0.06％이다.

상기 성분에 더하여, 필요에 따라, B, Cu, Mo, Al을 첨가할 수 있다.

B : 0.0003 내지 0.0050％

B는, 열간 압연 온도 영역에 있어서, 페라이트 상과 오스테나이트 상의 변형 저항차에 기인한 에지 크랙의 발생을 방지하는 효과가 있으므로, 첨가하는 경우의 함유량은, 0.0003％ 이상으로 한다. B의 함유량이 0.0050％를 초과하면, 붕화물의 석출에 의한 내식성의 저하나, 열간 가공성의 저하가 발생하므로, 0.0050％ 이하로 한다. 바람직한 B의 함유량은, 0.0005 내지 0.0030％이다.

Cu : 0.3 내지 2.0％

Cu는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 복상화 어닐링 시의 오스테나이트 및 페라이트의 상 밸런스를 얻기 위해 유효한 합금 원소이므로, 필요에 따라 첨가한다. 첨가하는 경우의 함유량은 0.3％ 이상으로 한다. Cu의 오스테나이트 안정화능은, Ni의 약 절반이지만, Ni에 비해 저렴한 원소이다.

Cu를 과잉으로 첨가하면, 석출물 기인의 내식성 저하나, 내산화성의 저하에 기인하는 표면의 광택 불균일이 발생하므로, 함유량은, 2.0％ 이하로 한다. 바람직한 Cu의 함유량은, 0.5 내지 1.5％이다.

Mo : 0.3 내지 2.0％

Mo는, Cr보다도 내식성을 향상시키는 효과가 있는 원소이며, 필요에 따라 첨가한다. 첨가하는 경우의 함유량은, 0.3％ 이상으로 한다. Mo는, Cr과 마찬가지로, 복상화 어닐링 시에는, 페라이트로 농화되고, 페라이트와 마르텐사이트의 내식성차를 확대한다. 또한, 고가의 원소이며, 제조 비용이 높아지는 원인으로도 되므로, 함유량은 2.0％ 이하로 한다. 바람직한 Mo의 함유량은, 0.5 내지 1.2％이다.

Al : 0.01 내지 0.1％

Al은, 탈산제로서 효과적인 첨가 성분이다. 탈산 효과를 얻기 위해서는, 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. Al을 다량으로 함유하면, 클러스터 형상의 고융점 산화물을 형성하여, 슬래브의 표면 흠집의 원인으로 된다. 또한, 용접성도 나빠지므로, 함유량은 0.1％ 이하로 한다. 바람직한 Al의 함유량은, 0.02 내지 0.05％이다.

그 외, 스테인리스 중에 불가피하게 혼입되는 불순물로서, Nb, Ti, V, Ca, Mg, REM, Co, Y, Zr 등이 있다. 이들 원소는, 정련 과정에 있어서의 슬래그나, 합금 원료로부터 혼입되는 것이며, 적극적으로 첨가하는 것은 아니다. 불가피하게 혼입되는 양은, 0.01％ 이하 정도이다. V는, 불가피하게 혼입되는 양이 다른 원소에 비해 많고, 0.05％ 이하 정도이다.

γp : 60 내지 95

하기 식 (a)로 나타내어지는 γp는, 1000 내지 1150℃의 페라이트 상과 오스테나이트 상의 2상 영역에 있어서의, 오스테나이트 상의 최대량을 나타내는 지표이며, 대략 오스테나이트 상의 체적 분율을 ％로 나타낸 값과 일치한다.

복상화 어닐링 후, 또는, 조질 압연이나 시효 처리를 더 실시한 후의 경도가, 비커스 경도로 200을 초과하는 데 필요한 마르텐사이트량을 얻기 위해서는, γp의 식을 60 이상, 95 이하로 하는 것이 필요하다.

γp가 60 미만에서는, 페라이트와 마르텐사이트의 복상 조직이 충분한 경도로 될 수 없다. 또한, γp가 20 내지 60에서는, 열연 시의 열간 가공성이 저하되어, 에지 균열을 발생시키는 경우가 있다.

γp가 95％를 초과하면, 가공성이 저하된다.

본 발명의 특징은, 복상 조직 스테인리스 강에 Sn을 첨가한 점이다. 이 효과에 대해, 이하, 실험 결과에 기초하여 해설한다.

우선, 페라이트 단상 조직의 대표적인 스테인리스 강으로서, SUS430LX 강, 복상 조직의 대표예로서, 0.10C－0.5Si－0.35Mn－17.1Cr－1Ni－0.03N 강을 기본 조성으로 하는 용강을, 진공용해로에서 용제하고, Sn의 양을 0 내지 0.30％의 범위에서 변화시켜 주조하였다.

이어서, 강괴의 표면을 평활하게 연삭한 후, 열간 압연을 실시하여, 판 두께 3.0㎜의 열연 강대로 하였다.

그 후, 상법에 의해, 어닐링, 산세, 냉간 압연을 실시하여, SUS430LX 베이스 강은 880℃에서 어닐링을 실시하고, 0.10C－0.5Si－0.35Mn－17.1Cr－1Ni－0.03N 베이스 강은 1000℃에서 가열한 후 냉각하는 복상화 어닐링을 실시하였다.

이들 재료를 공시재로 하여, JIS G 0577에 규정되는 공식 전위 측정을 행하였다. 도 1에, Sn의 첨가량과, Sn을 첨가하지 않는 공시재의 공식 전위를 1로 하였을 때의 공식 전위(공식 전위비)의 관계를 나타낸다.

페라이트 단상 강 및 복상 조직 스테인리스 강에 있어서의 Sn의 효과는, 서로 크게 다르다. 페라이트 단상 강에서는, Sn의 첨가량이 증가함에 따라, 공식 전위가 일정한 비로 증가하는 것에 비해, 복상 조직 스테인리스 강에서는, Sn을 0.05％ 첨가한 시점으로부터, 급격하게 공식 전위가 오르는 것을 알 수 있다.

복상 조직 강에 있어서는, 마르텐사이트 상의 내식성이 페라이트 상에 비해 열위이므로, Sn의 첨가량이 작은 영역에서는, 내식성이 마르텐사이트 상의 내식성에 지배된다. 마르텐사이트 상은, 페라이트 상에 비해 Sn에 의한 내식성의 향상이 크므로, Sn의 첨가량이 커지면, 그 효과에 의해, 급격하게 공식 전위가 오른다고 생각된다.

복상 조직 스테인리스 강에 있어서, 경도는, 마르텐사이트량, 고용 탄소질소량, 템퍼링 조건 등에 의해 주로 지배되고, 전위 밀도와 대응한다.

Sn 첨가에 의한 마르텐사이트 상의 내식성 향상은, 고전위 밀도하에서 나타나므로, 내식성의 간접적인 지표로서, 본 발명의 스테인리스 강에서는, 비커스 경도를 200HV 이상으로 규정하였다.

고전위 밀도하에서 Sn에 의한 내식성 향상이 현저하게 나타나는 원인은 명확하지 않지만, 부동태 피막의 강화가 촉진되는 것에 의한 것으로 생각된다.

비커스 경도를 200HV 이상으로 하기 위해서는, 본 발명에서 규정하는 조성 및 γp의 범위 내에 있어서, 후술하는 바와 같이 마르텐사이트 변태 시의 냉각 속도를 20℃/s로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 적합한 제조 방법에 대해 설명한다.

우선, 상기한 성분 조성으로 조정된 스테인리스 강을, 상법에 의해, 열간 압연, 열연판 어닐링, 산세, 냉간 압연의 공정을 거쳐, 냉간 압연 스테인리스 강판(이하 「냉연 강판」이라 함) 또는 냉간 압연 스테인리스 강대(이하 「냉연 강대」라 함)로 한다.

열간 압연에 있어서의 가열 온도는, 열간 가공성을 확보하여, 열연판 단부면의 에지 균열을 방지하기 위해, 1140 내지 1240℃가 바람직하다.

또한, 권취 온도는, 열연판의 연질화를 위해 600 내지 800℃로 하는 것이 바람직하다.

열연판 어닐링은, 열연판을 냉간 압연 전에 연질화하기 위해 행하는 것이며, 상자형 어닐링로에 의해, 750 내지 880℃에서, 1시간 이상, 20시간 이하, 유지되는 조건에서 행하는 것이 바람직하다.

산세 후에 행하는 냉간 압연에서는, 생산성과 조직의 균질화의 관점에서, 냉간 압연율을 60 내지 80％로 하는 것이 바람직하다.

그 후, 냉연 강판 또는 냉연 강대는, 연속 어닐링로에서 통판(通板)되고, 페라이트 및 오스테나이트의 2상 영역으로 가열된다. 이때의 가열 온도는 Ac1 이상이며, 페라이트가 재결정하는 온도일 필요가 있으므로, 850℃ 이상으로 한다.

가열 온도는 오스테나이트량에 영향을 미치고, Ac1 내지 850℃의 범위에서는, 오스테나이트의 양이 크게 변화되므로, 조직의 균일성, 재질의 안정성의 면에서도 850℃ 이상이 바람직하다.

한편, 페라이트 및 오스테나이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스 강은 고온에서 크리프 변형하기 쉽고, 연속 가열 시의 통판 장력에 의해, 통판 방향으로 신장되고, 폭 수축을 일으키기 쉽다. 크리프 변형은, 고온일수록 일어나기 쉬우므로, 가열 온도는, 1100℃ 이하로 한다.

850 내지 1100℃의 가열에 의해 생성된 페라이트 및 오스테나이트 조직을 갖는 스테인리스 강을 냉각하는 복상화 어닐링을 실시하면, 냉각 과정에서 오스테나이트 상이 마르텐사이트 상으로 변태하고, 실온에서는 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직으로 된다.

복상 조직 스테인리스 강의 마르텐사이트 변태에 필요로 하는 임계 냉각 속도는, 예민화의 억제에 필요한 냉각 속도에 비해 느리므로, 냉각 속도는, 예민화를 방지하기 위해 필요한 20℃/s 이상으로, 가열 온도로부터 550℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다.

페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직으로 한 강대에는, 필요에 따라 조질 압연이나, 시효 처리가 실시된다.

조질 압연은, 마르텐사이트에 비해 연질의 페라이트 상을 강화하는 것을 목적으로 한 것이며, 시효 처리는, 마르텐사이트의 인성 향상을 목적으로 한 것이다.

조질 압연율은, 페라이트 상의 강화를 위해서는, 10％ 이상 필요하다. 이미 고강도를 갖는 복상 조직 재료를 고압하율까지 냉간 압연하면 생산성이 나빠지고, 폭 단부의 에지 균열을 발생시키는 경우도 있으므로, 조질 압연율은 50％ 이하가 바람직하다.

시효 처리 온도는, 연속 어닐링에 의해 시효가 가능해지는 300℃ 이상이 바람직하고, 어닐링 시의 예민화 억제의 관점에서 550℃ 이하가 바람직하다.

제1 실시예

표 1, 2에 나타내는 성분 조성의 각종 스테인리스 강을, 진공용해로에서 용제하고, 1160℃로 1시간 가열 후, 열간 압연으로 판 두께 3.0㎜의 열연 강대로 하고, 760℃의 권취 재현로에 넣어 노냉하였다. 열연판 어닐링은 800℃에서 4시간의 균열(均熱) 후, 25℃/hr로 350℃까지 냉각 후, 공냉하였다.

또한, 산세 후, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.5㎜의 냉연 강대로 하였다. 이 냉연 강대에, 표 3, 4에 나타내는 조건에서의 연속 어닐링로에 의한 복상화 어닐링 및 조질 압연을 실시하고, 일부에는 시효 처리를 실시하였다.

표 1의 강 A1 내지 A31은, 본 발명에서 규정된 조성을 만족하는 스테인리스 강이며, 표 2의 강 a32 내지 a52는, 비교예이다. 강 a49는 SUS410, 강 a50은 SUS429J1, 강 a51은 SUS430, 강 a52는 SUS431에 상당한다.

얻어진 강판에 대해, 이하의 평가를 행하였다.

경도 측정은, JIS Z2244에 규정되는 비커스 경도의 시험 방법으로 행하고, 강판의 표면으로부터 측정하였다.

페라이트량의 동정(同定)은, 조직을 스테인리스 강 편람(1975년 발행, 4판, p871)에도 기재되는 무라까미 시약으로 부식 에칭한 후, 현미경 관찰과 화상 해석을 조합하여 행하였다.

내식성의 평가는, JIS G0577에 규정되는 스테인리스 강의 공식 전위 측정 방법을 이용하여 행하고, SUS430LX 강에 비해, 동일하거나 높은 값을 나타낸 것을 양호(＋), 낮은 값을 나타낸 것을 불량(－)으로 하였다.

내후성의 평가는, 경면으로 연마한 시험편에 대하여, 옥외에 있어서의 1개월의 폭로 시험과, JIS K7205에 규정되는 플라스틱의 마모 시험을 반복하는 시험을 6사이클 행하고, 경면 광택의 열화 정도로부터 평가를 행하였다.

경면 광택도의 측정은, JIS Z8741에 규정되는 경면 광택도 측정 방법의 방법 5(GS 20°)로 행하였다. 경면 광택도의 측정의 결과, 광택의 저하가 50 미만으로 작은 것을 양호(＋), 50을 초과하는 큰 광택 저하를 발생시킨 것을 불량(－)으로 판단하였다.

플라스틱의 마모 시험에서는, 시험기의 마모 손상을 억제하기 위해, 400HV 5 이상의 재료를 회전 원판에 사용하였다. 재질의 평가는, 경도가 200HV 이상이고, 전단 시에 취성 파괴를 발생시키지 않는 것을 양호(＋), 경도가 200HV 이하이거나, 전단 시에 취성 파괴를 발생시킨 것을 불량(－)으로 하였다.

열연판의 에지 균열 평점은, 열연 코일을 단부면으로부터 관찰하여, 에지 균열의 개수를 측정하고, 0.25개/㎞ 미만을 A, 0.25개/㎞ 이상 1.25개/㎞ 미만을 B, 1.25개/㎞ 이상 2.5개/㎞ 미만을 C, 2.5개/㎞ 이상을 D로 하였다.

표 5, 6에, 이들의 평가 결과를 나타낸다.

본 발명에 규정되는 성분 범위의 냉간 압연 강대에, 복상화 어닐링을 실시함으로써, 내식성, 내기성, 재질이 우수한 재료를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, B를 첨가한 강 A16, A17은, 열연판의 폭 단부에 있어서의 에지 균열이 극히 적고, 우수한 단부면 성상을 나타냈다.

비교예의, Sn의 함유량이 0.05％ 미만인 강 a33, a34, a39, a40, a42, a44 내지 a48, a50 내지 a52, Cr의 함유량이 15％ 미만인 강 a38, a39, a49, S의 함유량이 0.01％ 초과인 강 a37, P가 0.04％ 초과인 강 a36 및 B가 0.0050％ 초과인 강 a43은, 내식성이 불량하였다.

γp가 60 미만인 강 a39, a46은, 내식성은 양호하지만, 마모에 의한 열화가 있고, 내후성이 불량하였다.

C가 0.020％ 미만인 강 a32 및 Cr이 18％ 초과, Sn이 0％, 경도가 200HV 미만인 강 a39는, 내식성이 불량하고, 또한, 마모에 의한 열화가 있고, 내후성이 불량하였다.

γp가 95 초과, 또는, C가 0.20％ 초과인 강 a33, a41, a49, a50, a52 및 Cu가 2％ 초과인 강 a45는, 지나치게 경질화되어, 재질이 불량하였다.

강 a35는, Mn이 2％ 초과이므로, 복상화 어닐링 시에 광택 불균일이 발생하여, 불량하였다.

강 a41은, Ni가 2.5％ 초과이므로, 비용면에서도 부적합하다.

강 a44는, N이 0.09％ 초과이므로, 기포계의 결함이 표면에 드러나, 불량하였다.

강 a47은, Al이 0.1％ 초과이므로, 개재물계의 결함이 발생하여, 불량하였다.

제2 실시예

표 7, 8에 나타내는 성분 조성의 각종 스테인리스 강을, 진공용해로에서 용제하고, 1160℃로 1시간 가열 후, 열간 압연으로 판 두께 3.0㎜의 열연 강대로 하고, 760℃의 권취 재현로에 넣어 노냉하였다. 열연판 어닐링은, 800℃에서 4시간의 균열 후, 25℃/hr로 350℃까지 냉각 후, 공냉하였다.

또한, 산세 후, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.5㎜의 냉연 강대로 하였다. 이 냉연 강대에 표 9, 10에 나타내는 조건에서의 연속 어닐링로에 의한 복상화 어닐링 및 조질 압연을 실시하고, 일부에는 시효 처리를 행하였다.

표 7의 강 B1 내지 B31은, 본 발명에서 규정된 조성을 만족하는 스테인리스 강이며, 표 8의 강 b32 내지 b52는, 비교예이다. 강 b49는 SUS410, 강 b50은 SUS429J1, 강 b51은 SUS430, 강 b52는 SUS431에 상당한다.

얻어진 강판에 대해, 제1 실시예와 마찬가지의 평가를 행하였다. 표 11, 12에 그 결과를 나타낸다.

본 발명에 규정되는 성분 범위의 냉간 압연 강대에 복상화 어닐링을 실시함으로써, 내식성, 내기성, 재질이 우수한 재료를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 열연판의 폭 단부에 있어서의 에지 균열이 극히 적고, 우수한 단부면 성상을 나타냈다.

비교예의 Sn의 첨가량이 0.05％ 미만인 강 b32 내지 b34, b39, b40, b42, b44 내지 b52, Cr이 15％ 미만인 강 b38, b49, S가 0.01 초과인 강 b37, P가 0.04％ 초과인 강 b36 및 B가 0.0050％ 초과인 강 b43은, 내식성이 불량하였다.

γp가 60 미만인 강 b39, b46은, 내식성은 양호하지만, 마모에 의한 열화가 있고, 내후성이 불량하였다.

C가 0.020％ 미만이고 Sn이 0％인 강 b32 및 Cr이 18％ 초과, Sn이 0％, 경도가 200HV 미만인 강 b39는, 내식성이 불량하고, 또한, 마모에 의한 열화가 있고, 내후성이 불량하였다.

γp가 95 초과, 또는, C가 0.20％ 초과인 강 b33, b41, b49, b50, b52, Cu가 2％ 초과인 강 b45는, 지나치게 경질화되어, 재질이 불량하였다.

강 b35는, Mn이 2％ 초과이므로, 복상화 어닐링 시에 광택 불균일이 발생하여, 불량하였다.

강 b41은, Ni가 2.5％ 초과이므로, 비용면에서도 부적합하다.

강 b44는, N이 0.09％ 초과이므로, 기포계의 결함이 표면에 드러나, 불량하였다.

강 b47은, Al이 0.1％ 초과이므로, 개재물계의 결함이 발생하여, 불량하였다.

본 발명에 따르면, 특히 마르텐사이트 상의 내식성을 향상시켜, 18 내지 19Cr 강에 상당하는 내식성을, 17Cr 베이스로 상 밸런스를 바꾸는 일 없이 달성하여, 옥외의 혹독한 부식, 마모 환경에 견디고, 경면 광택이 장기간 저하되지 않는, 고강도의 복상 조직 스테인리스 강을, 저렴하게 제공할 수 있고, 태양광이나 가정용 조명 기기의 반사판, 거울, 기계, 전기, 전자 기기 등의 각종 부품의 소재에 적용할 수 있으므로, 산업상 이용가능성은 크다.

Claims

질량％로,
C : 0.02 내지 0.20％,
Si : 0.10 내지 1.0％,
Mn : 0.20 내지 2.0％,
P : 0.040％ 이하,
S : 0.010％ 이하,
Cr : 15.0 내지 18.0％,
Ni : 0.5 내지 2.5％,
Sn : 0.05 내지 0.30％ 및,
N : 0.010 내지 0.10％
를 포함하고, 하기 식 (a)로 정의되는 γp가 60 내지 95의 범위에 있고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직을 갖고,
비커스 경도가 200HV 이상인 것을 특징으로 하는, 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대.
제1항에 있어서, 질량％로,
B : 0.0003 내지 0.0050％,
Cu : 0.30 내지 2.0％,
Mo : 0.30 내지 2.0％ 및,
Al : 0.01 내지 0.1％
의 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대.
제1항 또는 제2항에 기재된 조성을 갖는 냉간 압연 스테인리스 강판 또는 냉간 압연 스테인리스 강대를,
페라이트 및 오스테나이트의 2상 영역인 850 내지 1100℃로 가열하고, 냉각하는 복상화 어닐링을 실시함으로써, 오스테나이트 상을 마르텐사이트 변태시키고,
실온에서 페라이트 및 마르텐사이트의 복상 조직으로 하는 것을 특징으로 하는, 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 복상화 어닐링에 있어서의 냉각은, 냉각 속도 20℃/s 이상으로, 550℃ 이하의 온도까지 냉각하는 것을 특징으로 하는, 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 복상화 어닐링 후, 조질 압연과 시효 처리 중 하나 이상을 더 실시하는 것을 특징으로 하는, 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 복상화 어닐링 후, 조질 압연과 시효 처리 중 하나 이상을 더 실시하는 것을 특징으로 하는, 복상 조직 스테인리스 강판 및 강대의 제조 방법.