KR101779305B1

KR101779305B1 - 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101779305B1
Application number: KR1020167000484A
Authority: KR
Inventors: 마사요시 사와다; 가즈히코 아다치
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2017-09-18
Also published as: JP6029662B2; WO2015087376A1; KR20160018748A; CN105452505A; CN105452505B; JPWO2015087376A1

Abstract

변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫ 이상이며, 고변형 속도에서의 고강도화, 저변형 속도에서의 연성의 향상이 도모된 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제공한다. 질량％로, C:0.02∼0.30％, Cr:10.0∼25.0％, Ni:3.5∼10.0％, Si:0∼3.0％, Mn:0.5％∼5.0％, N:0.10∼0.40％, Mo:0∼3.0％, Cu:0∼3.0％, Ti:0∼0.10％, Nb:0∼0.50％, V:0∼1.0％이며, C＋3×N:0.4％ 이상이며, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, (1)식에 의해 규정되는 Md₃₀값이 0℃ 이상 50℃ 이하이며, Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률이 1％ 이하이며, 또한 모상의 평균 결정입경이 10㎛ 이하인, 오스테나이트계 스테인리스 강판이다.

Description

오스테나이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법 {AUSTENITIC STAINLESS STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 예를 들어 자동차나 전철 등의 구조 부재로서 사용하는 데 적합한, 충돌 상당의 고변형 속도 영역에서의 강도와 프레스 성형 상당의 저변형 속도 영역에서의 연성을 양립한 오스테나이트계 스테인리스 강판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 환경 문제에의 대응으로서, 자동차나 철도 등의 연비 향상이 요망되고 있고, 이 해결책으로서는, 차체의 경량화가 매우 효과적이다. 또한 차체의 경량화에는, 중량의 대부분을 차지하는 구조 부재를 형성하는 소재의 경량화, 구체적으로는 소재의 박육화가 유효하다. 그러나, 소재의 박육화는 강성이나 충돌 시의 충격 흡수능을 저하시킨다. 따라서, 최근에는 특히 구조 부재에의 고강도 소재의 적용이 진행되고 있다.

예를 들어, 자동차의 프론트 사이드 멤버 등은, 크게 변형되지 않고 충격 에너지를 흡수할 필요가 있다. 이러한 작은 변형 영역에서의 충격 흡수능의 지표로서는, 충돌 상당의 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력이 적합하다고 여겨진다. 또한, 프레스 성형성의 지표로서는, 프레스 상당의 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신이 적합하다고 여겨진다. 즉, 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과, 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신이 우수한 재료가 구조 부재로서 적합하다고 할 수 있다. 구체적으로는, 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과, 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫ 이상으로 되는 충격 흡수능과 프레스 성형성 중 어느 하나, 혹은 양쪽이 극히 우수한 재료가 바람직하다.

특허문헌 1에는, Mn을 다량으로 첨가하고, 변형 시에 가공 유기 마르텐사이트 변태를 일으키게 하지 않고, 오스테나이트의 쌍정 변형에 의해 강도를 높이는 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 발명이 개시된다. 그러나, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 가공 유기 마르텐사이트 변태를 전혀 일으키게 하지 않으므로, 얻어지는 강도 및 연신의 밸런스가 불충분한 경우가 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에는, 실시예로서 동적 인장 시험에 있어서의 10％ 유동 응력과 정적 인장 시험에 있어서의 파단 연신이 기재되어 있지만, 이들의 곱은 모두 400㎫보다 약간 작은 것에 그친다.

특허문헌 2에는, 저Ni형의 자동차 구조 부재용 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 발명이 개시된다. 그러나, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은, 결정입경이 수 10㎛로 조대하므로, 자동차 구조 부재로서 성형할 때에 굽힘 가공부의 표면에서 균열이 발생하는 경우가 많고, 구조 부재의 특성으로서 불충분하다.

일본 특허 출원 공개 제2009-30128호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-196103호 공보

구조 부재의 가일층의 경량화나 설계 자유도의 향상을 도모하기 위해, 현재에도, 소재에는 고변형 속도에서의 고강도화와, 저변형 속도에서의 연성의 향상이 요구되고 있다. 이로 인해, 특허문헌 1, 2에 의해 개시된 오스테나이트계 스테인리스강이라도, 최신의 제품에 요구되는 성능을 충분히 만족시킬 수 없는 경우가 있다.

본 발명자들은, 일반적으로 상반되는 특성인 고강도 및 고연성의 양립에 있어서, 강의 각종 고강도화의 방법을 검토한 결과, 각종 고강도화의 방법 중에서 (a) 고용 C, 고용 N에 의한 강화, (b) 변형 시의 변태 유기 소성(TRIP 효과)에 의한 강화, 및 (c) 결정립 미세화에 의한 강화를 활용함으로써, 고변형 속도에서의 고강도와, 저변형 속도에서의 고연성을 양립시킬 수 있는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 이하에 열기하는 바와 같다.

[1]

질량％로, C:0.02∼0.30％, Cr:10.0∼25.0％, Ni:3.5∼10.0％, Si:0∼3.0％, Mn:0.5％∼5.0％, N:0.10∼0.40％, Mo:0∼3.0％, Cu:0∼3.0％, Ti:0∼0.10％, Nb:0∼0.50％, V:0∼1.0％이며, C＋3×N:0.4％ 이상이며, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식에 의해 규정되는 Md₃₀값이 0℃ 이상 50℃ 이하이며, Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률이 1％ 이하이며, 또한 모상의 평균 결정입경이 10㎛ 이하인, 오스테나이트계 스테인리스 강판.

[2]

질량％로, Mo:0.4∼3.0％, Cu:0.4∼3.0％ 중 적어도 1종을 함유하는, [1]에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강판.

[3]

질량％로, Ti:0.01∼0.10％, Nb:0.02∼0.50％, V:0.02∼1.0％로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는, [1] 또는 [2]에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강판.

[4]

변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫ 이상인, [1]∼[3] 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 스테인리스 강판.

[5]

질량％로, C:0.02∼0.30％, Cr:10.0∼25.0％, Ni:3.5∼10.0％, Si:0∼3.0％, Mn:0.5％∼5.0％, N:0.10∼0.40％, Mo:0∼3.0％, Cu:0∼3.0％, Ti:0∼0.10％, Nb:0∼0.50％, V:0∼1.0％이며, C＋3×N:0.4％ 이상이며, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지는 스테인리스강 소재에 열간 압연을 실시한 후, 얻어진 열연 강판에 하기 (2)식을 만족시키는 어닐링 온도 T(℃) 및 어닐링 시간 t(sec)에서 열연판 어닐링을 실시하는, 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.

본 발명에 관한 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫ 이상이며, 충격 흡수능과 프레스 성형성 중 어느 하나 혹은 양쪽을, 종래 강보다도 크게 향상시킬 수 있고, 고변형 속도에서의 고강도화와, 저변형 속도에서의 연성의 향상이 도모된다.

도 1은 (2)식을 도시한 그래프이다.
도 2는 EPMA선 분석에 의한 열연 어닐링판의 분석 결과를 나타내는 그래프이며, 도 2의 (a)는 강판 3의 분석 결과를 나타내고, 도 2의 (b)는 강판 43의 분석 결과를 나타내고, 도 2의 (c)는 강판 44의 분석 결과를 나타낸다.

본 발명에 관한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 화학 조성, 금속 조직 및 제조 방법을 설명한다. 또한, 본 명세서에서는 특별히 언급이 없는 한 화학 조성에 관한 「％」는 「질량％」를 의미한다.

1. 화학 조성

(C:0.02∼0.30％)

C는, 고용 강화 원소이며, 고변형 속도에서의 고강도화에 크게 기여한다. C에 의한 고용 강화는, 단범위 장해물을 활용한 강화이며, 강화의 변형 속도 의존성이 크다. 따라서, 합금 원소에 의한 고용 강화, 전위에 의한 강화, 석출물에 의한 다른 강화와 비교하여, 저변형 속도에서의 연성의 열화가 작고, 본 발명의 목적인 고변형 속도에서의 고강도화와 저변형 속도에서의 연성의 양립에 극히 유효하다. 이로 인해, C 함유량은 0.02％ 이상으로 한다. 단, C 함유량이 과잉이면, 제조 과정에 있어서 조대한 탄화물을 생성되어, 강도 및 연성의 밸런스가 열화되므로, C 함유량은 0.30％ 이하로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.04％ 이상 0.30％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.06％ 이상 0.30％ 이하이다.

(Cr:10.0∼25.0％)

Cr은, 스테인리스강의 기본 원소이며, 10.0％ 이상 함유시킴으로써 강재의 표면에 부동태 피막을 형성하여 내식성을 높이는 작용을 발휘한다. 그러나, Cr 함유량이 과잉이면, 고온에서 δ 페라이트가 생성되고, 강의 열간 가공성이 현저하게 열화된다. 그로 인해, Cr 함유량은 10.0％ 이상 25.0％ 이하로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 15％ 이상 20％ 이하이다.

(Ni:3.5∼10.0％)

Ni는, 오스테나이트계 스테인리스강의 기본 원소이며, 실온에서 우수한 강도 및 연성의 밸런스를 갖는 오스테나이트상을 안정적으로 얻기 위해, Ni를 3.5％ 이상 함유시킨다. 그러나, Ni 함유량이 지나치게 많으면 오스테나이트상이 과잉으로 안정화되고, 변형 시의 가공 유기 마르텐사이트 변태가 억제되어, 가공 경화되기 어려워지는 결과, 연신이 저하된다. 그로 인해, Ni 함유량은 3.5％ 이상 10.0％ 이하로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 3.5％ 이상 8％ 이하이다.

(Mn:0.5∼5.0％)

Mn은, 용제 시의 탈산재로서 사용된다. 또한, Mn은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 또한 C, N의 고용 한도를 높이고, 다량의 C, N을 고용시키는 효과가 있고, 다른 원소와의 밸런스를 고려하여 적량을 함유시킨다. 그러나, Mn 함유량이 과잉이면, 제조 과정에서 조대한 Mn 화합물이 생성되고, 조대한 Mn 화합물이 파괴의 기점으로 되어, 성형성이 열화된다. 이상의 이유에 의해, Mn 함유량은 0.5％ 이상 5.0％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.0％ 이상 5.0％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.5％ 이상 5.0％ 이하이다.

(N:0.10∼0.40％)

N은, C와 마찬가지로 고용 강화 원소이며, 고변형 속도에서의 고강도화에 유효하다. 고용 N은, 고용 C와 마찬가지로, 합금 원소에 의한 고용 강화, 전위에 의한 강화, 석출물에 의한 강화와 비교하여, 저변형 속도에서의 연성의 열화가 작으므로, 본 발명의 목적인 고변형 속도에서의 고강도화와 저변형 속도에서의 연성의 향상에 극히 유효하다. 이로 인해, N 함유량은 0.10％ 이상으로 한다. 단, N 함유량이 과잉이면, 제조 과정에 있어서 조대한 질화물을 생성하여, 강도 및 연성의 밸런스가 열화되므로, N 함유량은 0.40％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.15％ 이상 0.30％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.20％ 이상 0.25％ 이하이다.

(C＋3×N:0.4％ 이상)

상술한 바와 같이, C, N은 고용 강화 원소이며, 고변형 속도에서의 고강도화에 크게 기여한다. C와 N에 의한 고용 강화는, 합금 원소에 의한 고용 강화, 전위에 의한 강화, 석출물에 의한 강화와 비교하여, 저변형 속도에서의 연성의 열화가 작으므로, 본 발명의 목적인 고변형 속도에서의 고강도화와 저변형 속도에서의 연성의 양립을 위해, C＋3×N을 0.4％ 이상으로 한다.

본 발명에 관한 오스테나이트계 스테인리스강은, 필요에 따라 이하에 설명하는 임의 첨가 원소를 더 함유하고 있어도 된다.

(Si:0∼3.0％)

Si는, 고용 강화 원소이며, 강의 고강도화에 기여함과 함께, 용제 시의 탈산재로서도 사용된다. Si는, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 고강도화를 위해서는, 0.1％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Si 함유량이 과잉이면, 제조 과정에서 조대한 Si 화합물이 생성되고, 이들 조대한 Si 화합물이 열간 가공성 및 냉간 가공성의 열화를 초래한다. 이로 인해, Si 함유량은, 3.0％ 이하이며, 바람직하게는 2.8％ 이하이다.

(Mo:0∼3.0％ 또는 Cu:0∼3.0％의 한쪽 또는 양쪽)

Mo는, 내식성의 향상에 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mo 함유량이 지나치게 많으면 연성의 저하를 초래하므로, Mo 함유량은, 3.0％ 이하로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 2.5％ 이하이며, 내식성 향상 효과를 확실하게 얻기 위해서는 0.4％ 이상 함유하는 것이 바람직하다.

Cu는, 냉간 가공성이나 연성의 향상에 유효하고, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Cu 함유량이 지나치게 많으면 열간 취성을 유발하므로, Cu 함유량은 3.0％ 이하로 한다. Cu 함유량은, 바람직하게는 2.5％ 이하이며, 냉간 가공성이나 연성의 향상 효과를 확실하게 얻기 위해서는 0.4％ 이상 함유하는 것이 바람직하다.

(Ti:0∼0.10％, Nb:0∼0.50％ 및 V:0∼1.0％로부터 선택된 1종 또는 2종 이상)

Ti, Nb 및 V는, 모두 제조 과정에 있어서, 미세한 탄화물 혹은 질화물로서 석출되고, 피닝 효과에 의해 결정의 입성장을 억제하는 효과가 있으므로, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 단, 이들 원소의 함유량이 과잉으로 되면, 조대한 탄화물이나 질화물이 생성되고, 이들이 변형 시의 파괴 기점으로 되어 성형성을 현저하게 열화시킨다. 그로 인해, Ti 함유량은 0.10％ 이하로 하고, Nb 함유량은 0.50％ 이하로 하고, V 함유량은 1.0％ 이하로 한다. 바람직하게는, Ti 함유량은 0.05％ 이하이며, Nb 함유량은 0.2％ 이하이며, V 함유량은 0.5％ 이하이다. 또한, 결정의 입성장을 억제하는 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ti는 0.01％ 이상, Nb는 0.02％ 이상, V는 0.02％ 이상 함유하는 것이 바람직하다.

상술한 것 이외의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 불순물로서는, 광석이나 스크랩 등의 원재료에 포함되는 것, 제조 공정에 있어서 포함되는 것이 예시된다. 대표적인 불순물로서는, P:0.05％ 이하, S:0.03％ 이하 등이 예시된다.

(Md₃₀값이 0℃ 이상 50℃ 이하)

Md₃₀값은, 오스테나이트 안정도를 나타내는 지표이며, 30％의 연신 변형을 부여하였을 때에 50％가 마르텐사이트로 변태하는 가공 온도이다. Md₃₀값은, 하기 (1)식에 의해 규정된다. Md₃₀값을 0℃ 이상 50℃ 이하로 함으로써, 변형 시에 적절하게 가공 유기 마르텐사이트가 생성되고, TRIP 효과가 발현됨으로써, 보다 우수한 강도 및 연성의 밸런스가 얻어진다.

2. 금속 조직

(오스테나이트 모상의 결정입경:10㎛ 이하)

결정립의 미세화는, 강의 연성의 열화가 작은 강화법이며, 본 발명에서 대상으로 하는 스테인리스강에 있어서도 유효한 강화 방법인 것을 알 수 있었다. 또한, 결정입경을 작게 하고, 결정입계의 밀도를 높임으로써, 변형 시에 결정입계에 집중하는 변형을 분산시키고, 균열의 발생을 억제하는 효과도 있다. 따라서, 오스테나이트 모상의 결정입경을 10㎛ 이하로 한다. 오스테나이트 모상의 결정입경은, 바람직하게는 7㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 6㎛ 이하이다.

(Cr 탄질화물의 체적률:1.0％ 이하)

전술한 바와 같이, C, N 함유량을 증가시킴으로써, 고변형 속도에서의 강도와 저변형 속도에서의 연성의 밸런스가 향상되지만, 이것은, 고용 C, N의 경우, 고강도화에 미치는 변형 속도 의존성이 크기 때문이다. 따라서, C, N을 많이 첨가해도, 이들이 Cr 탄화물이나 Cr 질화물로서 존재하였던 것에서는 이 효과를 얻을 수 없다. 여기서, Cr 탄화물로서는 Cr₂₃C₆를 들 수 있고, Cr 질화물로서는 Cr₂N, CrN을 들 수 있다. 여기서 말하는 Cr 탄화물에는, 미량의 N이 고용된 Cr₂₃(C, N)₆를 포함하고, Cr 질화물에는 미량의 C가 고용된 Cr₂(C, N), Cr(C, N)을 포함한다. 또한, Cr 탄화물, Cr 질화물과 같이 조대한 화합물이 존재하는 경우, Cr 탄화물, Cr 질화물 자신, 혹은 Cr 탄화물, Cr 질화물과 모상의 계면이 균열의 기점으로 되기 쉽고, 연성을 현저하게 열화시킨다. 이로 인해, Cr 탄화물, Cr 질화물이 적은 것이 바람직하고, 구체적으로는, Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률을 1.0％ 이하로 한다.

3. 제조 방법

본 발명은, 많은 C, N을 고용시킴으로써, 우수한 강도 및 연성의 밸런스를 얻는 것을 특징으로 한다. 그러나, 예를 들어 특허문헌 2에서 개시된, 1080℃, 60초간 정도의 열연판 어닐링에서는, 열간 압연 시에 석출 혹은 농화된 C, N이 충분히 균일화되지 않고, 이들 석출 혹은 농화된 C, N이, 그 후의 고용화 열처리나 어닐링을 거쳐도 존재하는 경우가 있고, 고용화 열처리나 어닐링 후의 냉각 과정에서, Cr 탄화물이나 질화물이 잔존한 석출물을 핵으로서 석출하기 쉽고, C, N을 많이 고용한 상태로 할 수 없다.

본 발명자들은, 어닐링 온도 T(℃), 어닐링 시간 t(sec)와 C, N의 확산을 상세하게 검토한 결과, 열연판 중의 C, N이 150㎛ 이상 확산되는 어닐링 온도 T 및 어닐링 시간 t에 의해 열연판 어닐링을 실시함으로써, 열간 압연 시에 석출 혹은 농화된 C, N이 충분히 고용되고 균일화되는 것이 판명되었다.

여기서, 확산 거리 λ는, (3)식과 같이 확산 계수 D, 시간 t로 정리된다. 또한, 오스테나이트계 스테인리스강 중의 N의 확산 계수 D(㎡/sec)는, 문헌(예를 들어, 강의 물성과 질소 69페이지 아그네 기술 센터)에 의하면, (4)식에 의해 나타내어진다.

(3)식 및 (4)식에 기초하여 N이 150㎛ 이상 확산되는 조건을 정리한 것이 (2)식이다. 또한, (2)식을 도시한 것이 도 1이다. 도 1 중의 회색으로 칠해진 부분(우측 상방 부분)이, (2)식을 만족시키는 범위이다. 오스테나이트계 스테인리스강 중의 C는, 확산 계수가 N과 거의 동일하므로, (2)식을 만족시키는 어닐링 온도 및 어닐링 시간의 열연판 어닐링을 행하면, C도 충분히 확산되고, 균일화된다.

또한, 열연판 어닐링 시에 C, N이 확산되어 균일화되어도, 냉각 속도가 느리면, 냉각 중에 C, N이 Cr 탄화물, Cr 질화물로서 석출되는 경우가 있다. 특히 Cr 탄화물, Cr 질화물이 석출되기 쉬운 700℃까지는 냉각 속도를 2.0℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다. 열연판 어닐링 이후의 용체화 처리나 어닐링에 있어서도, 온도는 900℃ 이상에서 유지하고, 유지 온도로부터 700℃까지의 냉각 속도는 2.0℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 조성의 17㎏의 스테인리스 강괴를 용제하였다. 표 1에 있어서, 강종 A1∼A25는, 화학 조성, (C＋3×N)량, Md₃₀값이 모두 본 발명의 범위를 만족시키는 재료이며, 강종 B1∼B14는, 화학 조성, (C＋3×N)량, Md₃₀값 중 적어도 하나가 본 발명의 범위를 벗어나는 재료이다. 표 1 중, 「-」은, 함유를 의도하고 있지 않은 것(함유량이 바람직한 범위 미만 또는 0)을 나타낸다.

이 스테인리스강 주괴를 절삭 가공하여 두께 45㎜의 열간 압연용 소재로 하였다. 그 후에 열간 압연을 실시하여, 두께 6.0㎜의 열연 강판으로 한 후, 이 열연 강판에 각각 표 2에 나타내는 어닐링 온도 및 어닐링 시간에서 열연판 어닐링을 실시하였다. 강판 28, 34, 35, 43, 44는, 열연판 어닐링에 있어서의 어닐링 온도 T(℃), 어닐링 시간 t(sec)가 상기 (2)식을 만족시키지 않는 예이다.

그 후, 냉간 압연과 어닐링을 2∼3회씩 반복하여, 두께 1.0㎜의 냉연판을 얻었다. 마지막으로 900∼1000℃에서 180초간 어닐링을 실시하였다.

Cr 탄질화물의 체적률 V(％), 평균 결정입경 D(㎛), 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력(10％ FS), 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신(UEL)은, 이하의 방법으로 측정하였다.

(Cr 탄질화물의 체적률)

강판을 판 두께가 3/4으로 될 때까지 화학 연마한 후, 특성 X선을 Co-Kα선, 2θ를 30-100(degree)의 범위에서 X 회절 측정을 행하였다. 검출된 회절 피크를 사용하여 Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률 V를 산출하였다. 모상의 X선 회절 피크는, 오스테나이트상의 (111)면, (200)면, (220)면 및 모상의 마르텐사이트상의 (110)면, (200)면, (211)면으로부터의 회절 피크를 사용하였다. 탄화물의 X선 회절 피크로서 Cr₂₃C₆의 (420)면, (422)면, (440)면으로부터의 회절 피크, 질화물의 X선 회절 피크로서 Cr₂N의 (110)면, (002)면, (111)면 및, CrN의 (111)면, (220)면, (311)면으로부터의 회절 피크를 사용하였다.

동일한 상으로부터의 피크라도 면에 의해 X선의 반사율이 다르다. 따라서, 각 피크의 적분 강도는, JCPDS 카드의 각 피크의 상대 강도로 나누고, 규격화하였다.

또한, 각 상의 구성 원소가 다르면, 그들 구성 원소의 원자 산란 인자(atomic scattering factor)가 다르므로, X선의 반사율은 다르다. 그러나, X선 회절 측정에 관한 대표적인 문헌인 「B.D.Cullity:Elements of X-ray Diffraction, 2nd ed., Addison-Wesley, Massachussets, (1978)」에 의하면, 본 발명에서 대상으로 하는 스테인리스강의 모상, 및 탄화물, 질화물의 주요 원소인 Fe, Cr, Ni, Mn의 원자 산란 인자의 차는 작으므로, 금회의 실시예의 범위에서는, 각 상의 구성 원소의 차가 반사율에 미치는 영향은 무시할 수 있다.

이상에 의해, Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률 V는, 하기 (5)식에 의해 나타낼 수 있다. V_C, V_N, V_γ, V_α _'는, 각각 Cr 탄화물, Cr 질화물, 오스테나이트상, 마르텐사이트상의 각 면의 피크의 적분 강도를 JCPDS 카드의 상대 강도로 나눈 후, 그 값을 더한 값이다.

일례를 (6)식에 나타낸다. 여기서, I_γ(hkl)은, X선 회절 측정에서 얻어진 γ(hkl)면으로부터의 피크의 적분 강도, RI_γ(hkl)은, JCPDS 카드의 RI_γ(hkl)의 상대 강도이다.

(결정입경)

강판의 압연 방향 평행 단면을 연마하고, 질산 전해 부식 후에, 주사형 현미경으로 금속 조직을 촬영하였다. 촬영한 사진으로부터 얻어진 공칭 입경을 모상의 평균 결정입경으로 하였다.

(변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력, 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신)

변형 속도 1000/s 및 0.1/s로 인장 시험을 행하였다. 각 강판에 대해 인장 시험을 3회씩 행하고, 그들의 평균값을 특성값으로 하였다. 여기서는, 충돌 상당의 고변형 속도의 강도로서 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력을 이용함과 함께, 프레스 상당의 저변형 속도에서의 연성으로서 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신을 측정하였다. 이들 10％ 유동 응력과 균일 연신의 곱을, 강도 및 연성의 밸런스의 지표로 하였다.

표 2에, 이들 강판의 Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률 V(％), 평균 결정입경 D(㎛), 변형 속도 1000/s에서의 인장 시험에 있어서의 10％ 유동 응력, 변형 속도 0.1/s에서의 인장 시험에 있어서의 균일 연신, 및 이들의 곱을 정리하여 나타낸다.

표 2에 있어서의 강판 1∼26은, 본 발명예의 강판이다. 강판 1∼26에 있어서의 Mo 함유량:0.3％, Cu 함유량:0.3％, Ti, Nb, V 함유량:0.001％는, 모두 불순물로서의 함유량이다.

강판 1∼26은, 모두 우수한 강도 및 연성의 밸런스를 갖는다. 구체적으로는, 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫을 초과하는 강이다.

한편, 강판 27∼44는 비교강이며, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어지는 강이다.

강판 27, 28은, C 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 29, 30은, N 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나고, 특히 강판 29는 (C＋3×N)량도 본 발명의 범위보다도 적으므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 31, 32는, (C＋3×N)량이 본 발명의 범위보다도 적고, 특히 강판 31은 C 함유량 및 N 함유량 모두 본 발명의 범위를 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 33, 34는, Cr 함유량 및 Md₃₀값이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 35는, Ni 함유량 및 Md₃₀값이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 36은, Ni 함유량 및 Md₃₀값이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 37은, Si 함유량 및 Mn 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 38은, Si 함유량, Mn 함유량 및 Ti 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 39는, Mo 함유량 및 Nb 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 40은, Cu 함유량 및 V 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다.

강판 41, 42는, 모두 본 발명의 범위를 만족시키는 화학 조성, (C＋3×N)량 및 Md₃₀값을 갖지만, 결정입경이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다. 강종 A1로부터 제작한 강판 1, 41, 42를 비교함으로써, 결정입경을 10㎛ 이하로 함으로써 우수한 강도 및 연성의 밸런스를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 강판 43, 44는, 모두 본 발명의 범위를 만족시키는 화학 조성, (C＋3×N)량 및 Md₃₀값을 갖지만, 냉연 어닐링재의 Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 합계의 체적률이 1％를 초과하고 있고, 강도 및 연성의 밸런스가 떨어진다. 강종 A3으로부터 만든 강판 3, 4, 43, 44를 비교함으로써, Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 합계의 체적률을 1％ 이하로 함으로써, 우수한 강도 및 연성의 밸런스가 얻어지는 것을 알 수 있다.

도 2는 EPMA선 분석에 의한 열연 어닐링판의 분석 결과를 나타내는 그래프이며, 도 2의 (a)는 강판 3의 분석 결과를 나타내고, 도 2의 (b)는 강판 43의 분석 결과를 나타내고, 도 2의 (c)는 강판 44의 분석 결과를 나타낸다.

강판 43, 44는, 본 발명의 범위를 만족시키는 화학 조성이지만, 열간 압연 후의 열연판 어닐링의 어닐링 온도 및 어닐링 시간이 (2)식을 만족시키지 않고, 도 2의 (a)∼도 2의 (c)의 열연 어닐링판의 EPMA 분석 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 열연판 어닐링 후에 C, N이 농화된 영역이 존재한다. 이들이, 최종 어닐링 후까지 잔존하고, 다량의 Cr의 탄화물, 질화물로서 존재한다.

Claims

질량％로, C:0.02∼0.30％, Cr:10.0∼25.0％, Ni:3.5∼10.0％, Si:0∼3.0％, Mn:0.5％∼5.0％, N:0.10∼0.40％, Mo:0∼3.0％, Cu:0∼3.0％, Ti:0∼0.10％, Nb:0∼0.50％, V:0∼1.0％이며, C＋3×N:0.4％ 이상이며, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식에 의해 규정되는 Md₃₀값이 0℃ 이상 50℃ 이하이며, Cr 탄화물 및 Cr 질화물의 체적률이 1％ 이하이며, 또한 모상의 평균 결정입경이 10㎛ 이하인, 오스테나이트계 스테인리스 강판.
[수학식 1]
제1항에 있어서, 질량％로, Si:0.1∼3.0％, Mo:0.4∼3.0％, Cu:0.4∼3.0％ 중 적어도 1종을 함유하는, 오스테나이트계 스테인리스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로, Ti:0.01∼0.10％, Nb:0.02∼0.50％, V:0.02∼1.0％로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 오스테나이트계 스테인리스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫ 이상인, 오스테나이트계 스테인리스 강판.
질량％로, C:0.02∼0.30％, Cr:10.0∼25.0％, Ni:3.5∼10.0％, Si:0∼3.0％, Mn:0.5％∼5.0％, N:0.10∼0.40％, Mo:0∼3.0％, Cu:0∼3.0％, Ti:0∼0.10％, Nb:0∼0.50％, V:0∼1.0％이며, C＋3×N:0.4％ 이상이며, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지는 스테인리스강 소재에 열간 압연을 실시한 후, 얻어진 열연 강판에 하기 (2)식을 만족시키는 어닐링 온도 T(℃) 및 어닐링 시간 t(sec)에서 열연판 어닐링을 실시하고, 모상의 평균 결정입경이 10㎛ 이하인, 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
[수학식 2]
제3항에 있어서, 변형 속도 1000/s에서의 10％ 유동 응력과 변형 속도 0.1/s에서의 균일 연신의 곱이 450㎫ 이상인, 오스테나이트계 스테인리스 강판.