KR101923922B1 - 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법이 개시된다. 개시된 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은, 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 포함하며, 하기 식 (1)로 정의되는 Ni의 표면 부편석도가 0.6 내지 0.9의 범위이며, 마르텐사이트 분율이 10 내지 30%이다.
(CNi -Min)/(CNi -Ave) ------ 식 (1)
여기서, CNi -Min은 표면에서의 Ni 최소농도이며, CNi -Ave는 표면에서의 Ni 평균농도이다.

Description

표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법{AUSTENITIC STAINLESS STEEL PRODUCT HAVING EXCELLENT SURFACE PROPERTIES AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 싱크 등으로 사용되는 스테인리스강 가공품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 싱크로 가공함에 있어서 가공 후 크랙 등의 결함이 발생하지 않으며 가공 후 표면에 돌기, 줄무늬 등의 표면 불량이 발생하지 않는 가공성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품에 관한 것이다.
주방용 싱크대의 싱크 보울에는 일반적으로 스테인리스강이 사용된다. 주로 특정 범용 스테인리스강들이 사용되는데, 일반적인 싱크 보울의 형상에는 성형성에 문제가 없어 널리 사용되는 편이다.
그러나 최근 시장에서의 경쟁력 강화를 위하여 다양하고 복잡한 형상의 싱크 보울을 설계하려는 시도가 많아지고 있다.
오스테나이트계 스테인리스강의 성형에 있어서 가공성이 부족한 소재는 가공 후 크랙 등의 결함이 발생한다. 또한 가공 후 표면에 돌기 등이 형성됨으로써 표면특성이 나쁜 경우도 있다. 크랙 등의 결함 발생 시에는 가공 불량에 해당하여 생산 수율을 떨어 뜨리는 원인이 되며, 표면특성이 나쁠 경우 표면의 연마 등 추가 공정이 필요하여 생산 비용을 증가시키는 문제점이 발생한다.
종래에 싱크 등의 가공용으로 널리 사용되는 강종으로 예를 들어, STS 304강이 있으나 상술한 가공 크랙이나 표면 열화는 종종 발생하는 고질적인 문제로 작용한다.
한국 공개특허문헌 제10-2013-0014069호 (2013.02.06. 공개)
본 발명의 실시예들은 싱크 등으로 복잡한 형상으로 가공하더라도 가공 크랙이나 표면 열화가 발생하지 않는 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은, 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 포함하며, 하기 식 (1)로 정의되는 Ni의 표면 부편석도가 0.6 내지 0.9의 범위이며, 마르텐사이트 분율이 10 내지 30%이다.
(CNi -Min)/(CNi -Ave) ------ 식 (1)
여기서, CNi -Min은 표면에서의 Ni 최소농도이며, CNi -Ave는 표면에서의 Ni 평균농도이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식 (2)로 정의되는 표면 경도비가 1.1 내지 1.6의 범위일 수 있다.
A/B ------ 식 (2)
여기서, A는 상기 가공품 표면 경도 상위 10%의 평균값이며, B는 상기 가공품 표면 경도 하위 10%의 평균값이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙이 10개 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Ni 표면 편석부는 면적분율로 60% 미만이며, Ni 표면 부편석부는 면적분율로 5% 초과일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 제조 방법은, 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 가공하는 단계, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품을 900 내지 1,150℃의 온도에서 10분 이하 동안 열처리하는 단계 및 열처리된 상기 오스테나이트 스테인리스강 가공품을 500℃까지 30분 이내로 냉각하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열처리 전, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율은 10 내지 50%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 후, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율은 10 내지 30%일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은, 싱크 등으로 복잡한 형상으로 가공하더라도 가공 크랙 등의 결함을 방지할 수 있으며, 가공 후에 표면에 발생하는 돌기 내지 줄무늬 등의 표면 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면에 형성된 Ni 편석부 및 부편석부를 촬영한 사진이다.
도 2는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 5는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강으로 싱크 가공한 가공품의 가공면을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강으로 싱크 가공한 가공품의 가공면을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면 크랙을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은, 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 포함한다. 즉, 상기 가공품은 상기 스테인리스강을 가공하여 제조될 수 있으며, 상기 가공품은 예를 들어, 싱크 보울(sink bowl)일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 가공성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 구성하는 성분들의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.
C는 0.005 내지 0.15 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
C는 오스테나이트상 안정화 원소로서 많이 첨가할수록 오스테나이트상이 안정화되어 0.005% 이상 함유하나, 과도하게 함유하면 강도가 지나치게 높아져 가공하기 어려울 수 있으므로 0.15% 이하로 제한한다.
Si은 0.1 내지 1.0 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
Si는 첨가할수록 일정 수준 가공경화 및 내식성의 효과를 제공하여 0.1% 이상 함유하나, 너무 많이 첨가하면 인성을 저해할 수 있어 1.0% 이하로 제한한다.
Mn은 0.1 내지 2.0 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
Mn은 오스테나이트상 안정화 원소로서 많이 첨가할수록 오스테나이트상이 안정화되며 가공경화 속도를 줄여주는 효과가 있어 0.1% 이상 함유하나, 과도하게 첨가하면 내식성을 저해하므로 2.0% 이하로 제한한다.
Ni은 6.0 내지 8.0 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
Ni은 오스테나이트상 안정화 원소로서 많이 첨가할수록 오스테나이트상이 안정화되며 첨가량이 증가하면 오스테나이트강의 연질화 및 가공경화 속도를 줄여주는 효과가 있으며, 본 발명에서 편석대를 형성하는 원소이므로 6.0% 이상 첨가하나, 많이 첨가하면 비용상승을 초래하므로 8.0%로 제한한다.
Cr은 16 내지 18 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
Cr은 내식성을 향상시키는 원소로서 16% 이상을 함유하나, 과도한 첨가는 비용상승을 수반하므로 18%로 제한한다.
Cu는 0.1 내지 4.0 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
Cu는 오스테나이트상 안정화 원소로서 많이 첨가할수록 오스테나이트상이 안정화되며 오스테나이트강의 연질화 및 가공경화 속도를 줄여주는 효과가 있으므로 0.1% 이상 함유하며, 첨가량이 증가할 수록 오스테나이트상이 안정화되어 본 발명에서 추구하는 특성이 얻어지므로 4.0%까지도 첨가할 수 있다. 그러나, Cu의 과도한 첨가는 비용상승을 수반하므로 2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
N는 0.005 내지 0.2 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
N은 오스테나이트상 안정화 원소로서 많이 첨가할수록 오스테나이트상이 안정화되고 내식성을 향상시키므로 0.005% 이상 함유하나, 과도하게 함유하면 강도가 지나치게 높아져 가공하기 어려울 수 있으므로 0.2% 이하로 제한한다.
Mo은 0.01 내지 0.2 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
Mo은 내식성과 가공성을 향상시키는 효과가 있어 0.01% 이상 함유하나, 과도한 첨가는 비용상승을 수반하므로 0.2% 이하로 제한한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면에 형성된 Ni 편석부 및 부편석부를 촬영한 사진이다. 도 2는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은, 강 표면에 Ni 표면 편석부 및 Ni 표면 부편석부를 포함한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은 하기 식 (1)로 정의되는 Ni의 표면 부편석도가 0.6 내지 0.9의 범위를 가진다.
(CNi -Min)/(CNi -Ave) ------ 식 (1)
여기서, CNi -Min은 표면에서의 Ni 최소농도이며, CNi -Ave는 표면에서의 Ni 평균농도이다.
Ni의 표면 부편석도는 상기 식 (1)로 정의되며, 강 표면의 Ni의 최소농도를 Ni의 평균농도로 나눈 값이며, Ni의 최소농도는 상기 Ni 부편석부에서 측정된 값이다.
여기서, 편석도는 스테인리스강 가공품의 표면에서 측정된다. 통계적으로 의미를 가지기 위하여는 500*500㎛2 이상의 면적에서 측정하고, 각 축에서 등간격으로 50개 이상의 위치에서 측정하는 것이 바람직하다.
측정 방법은 에너지 분산형 분광분석(energy dispersive spectroscopy, EDS) 혹은 전자 탐사 미량 분석(electron probe micro analysis, EPMA) 등을 활용할 수 있다.
본 발명에서는 800*800㎛2의 면적에서 스테인리스강의 원표면에서 EPMA를 활용하여 Ni의 원소 분포를 측정하였으며, 이를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 밝은 색이 Ni 부편석부를 의미하며, 어두운 색이 Ni 편석부를 의미하며, 편석대가 형성되었음을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 오스테나이트계 스테인리스강을 이용한 가공품인 STS 301강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다. 이는 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면에 Ni 편석부 및 부편석부가 형성되어 있지 않은 강이며, 이의 가공품의 표면에 돌기가 발생하여 표면 거침에 따른 표면 특성이 저하됨을 알 수 있다.
이와 달리, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다. 이는 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면에 Ni 표면 편석부 및 Ni 표면 부편석부가 형성되어 있어, 가공을 하더라도 표면에 줄무늬 또는 돌기가 발생하지 않고 수려한 표면 품질을 가짐을 알 수 있다.
이와 같은 효과에 대하여 본 발명자는 Ni 표면 편석부가 형성된 스테인리스강을 가공하면, 동량의 Ni을 함유하고도 편석부를 형성하지 않은 소재에 대비해서 가공 시 부편석부에서 마르텐사이트 변태가 다량 이루어져 돌기의 형성이 억제되는 것으로 추정하고 있다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면을 촬영한 사진이다.
상기 Ni의 표면 부편석도가 0.6 미만인 경우, 표면에 편석대가 과도하게 형성되어 가공 후 표면에 압연 방향을 따라 심한 줄무늬가 나타나는 문제점이 있다. 도 4를 참조하면, 상기 Ni의 표면 부편석도가 0.5를 가지는 오스테나이트계 스테인리스강을 가공한 후 표면을 촬영한 사진으로, 압연 방향으로 줄무늬가 관찰됨을 알 수 있으며, 이러한 줄무늬에 의한 표면 불량은 표면의 연마 등 추가 공정이 필요하여 생산 비용을 증가시키게 된다.
또한, 상기 Ni의 표면 부편석도가 0.9 초과인 경우, 본 발명에서 목적하는 편석부 및 부편석부가 형성되지 않거나 그 형성량이 작아 부편석부에서의 마르텐사이트 변태가 이루지지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율이 10 내지 30%이다.
상기 가공품의 마르텐사이트 분율이 30% 초과인 경우, 추가 가공시 크랙이 발생하는 문제점이 있으며, 상기 가공품의 마르텐사이트 분율이 10 내지 30%의 범위인 경우 추가적인 가공시에도 크랙 내지 표면에 주름이 발생하지 않는다.
예를 들어, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 상기 Ni 표면 편석부는 면적분율로 60% 미만이며, 상기 Ni 표면 부편석부는 면적분율로 5% 초과일 수 있다.
상기 Ni 표면 편석부는 표면에서의 Ni 평균농도보다 큰 Ni 농화 영역이며, 상기 Ni 표면 부편석부는 표면에서의 Ni 평균농도보다 작은 Ni 결핍 영역이다. 예를 들어, 상기 Ni 농화 영역은 표면에서의 Ni 평균농도보다 1.2배 이상의 Ni 농도를 가지며, 상기 Ni 결핍 영역은 표면에서의 Ni 평균농도보다 0.8배 이하의 Ni 농도를 가질 수 있다.
이와 같은 상기 Ni 표면 부편석부가 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면 상에 면적분율로 5% 이하로 형성되거나, 상기 Ni 표면 편석부가 면적분율로 60% 이상으로 형성되는 경우, 가공시 상기 Ni 표면 부편석부에서 마르텐사이트 변태가 충분히 이루어지지 못하여 가공 후의 표면 상의 돌기를 억제하기 어렵다.
예를 들어, 상기 Ni 표면 부편석부는 장경이 100㎛ 이하인 편석을 60% 이상 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 Ni 표면 부편석부 내 편석을 미세화 함에 따라, 편석의 크기 증가에 따라 가공 후 표면에 압연 방향을 따라 줄무늬가 발생하는 것을 방지할 수 있어 표면특성을 개선할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은 하기 식 (2)로 정의되는 표면 경도비가 1.1 내지 1.6의 범위일 수 있다.
A/B ------ 식 (2)
여기서, A는 상기 가공품 표면 경도 상위 10%의 평균값이며, B는 상기 가공품 표면 경도 하위 10%의 평균값이다.
표면 경도의 측정시, 통계적으로 의미를 가지기 위하여는 십자방향으로 각 방향당 10 mm 범위에서 50개 이상의 위치에서 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표면 경도의 상위 5개의 평균값을 하위 5개의 평균값으로 나눈 값이 표면 경도비 일 수 있다.
상기 표면 경도비가 1.1 미만인 경우, 가공품의 표면 상에 편석부 및 부편석부가 형성되지 않거나 그 형성량이 작아 부편석부에서의 마르텐사이트 변태량이 상대적으로 작으며, 이에 따라 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면에 돌기가 존재하며, 이의 추가 가공시 표면에 주름이 발생하는 문제점이 있다.
상기 표면 경도비가 1.6 초과인 경우, 가공품의 표면 상에 편석대가 과도하게 형성되어 가공품의 표면에 오스테나이트 스테인리스강의 압연 방향을 따라 심한 줄무늬가 나타나며, 이의 추가 가공시 크랙이 발생하는 문제점이 있다.
도 5는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강으로 싱크 가공한 가공품의 가공면을 촬영한 사진이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강으로 싱크 가공한 가공품의 가공면을 촬영한 사진이다. 도 7은 본 발명의 비교예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면 크랙을 촬영한 사진이다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은 표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙이 10개 이하일 수 있다. 상기 가공품의 표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙이 10개를 초과하는 경우 상기 가공품의 불량으로 판단되어 사용이 제한될 수 있다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 종래의 오스테나이트계 스테인리스강을 이용한 가공품인 STS 301강 가공품의 표면을 관찰한 것으로, 오스테나이트계 스테인리스강의 가공시 표면 크랙이 심하게 발생됨을 알 수 있으며, 따라서, 본 발명이 제시하는 오스테나이트계 스테인리스강 가공품은 6의 예와 같이 싱크 가공성이 양호함을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 제조 방법은, 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 가공하는 단계, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품을 900 내지 1,150℃의 온도에서 10분 이하 동안 열처리하는 단계 및 열처리된 상기 오스테나이트 스테인리스강 가공품을 500℃까지 30분 이내로 냉각하는 단계를 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 연속 주조하여 제조할 수 있다.
이때에, 상기 연속 주조 단계는, 2차 냉각대에서, 1,150 내지 1,200℃인 제1 온도 구간에서 주편을 60℃/min 이상의 속도로 냉각하는 단계, 900 내지 1,150℃인 제2 온도 구간에서 주편을 10℃/min 이하의 속도로 냉각하는 단계 및 900℃ 이하인 제3 온도 구간에서 주편을 20℃/min 이상의 속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
연속 주조된 주편은 1,150 내지 1,200℃인 제1 온도 구간에서 주편을 60℃/min 이상의 속도로 냉각하는 단계를 거친다.
상기 본 발명의 성분계를 가지는 용강으로부터 연속 주조를 하여 슬라브를 제조하는데, 이때에 주편의 표면에 Ni 표면 편석부 및 Ni 표면 부편석부를 형성하기 위하여 상기 제1 온도 구간에서는 상기 주편의 급냉을 수행한다. 이때, 예를 들어 전면 노즐 분사를 통하여 주편의 면 전체가 빠른 속도로 냉각되도록 수행한다. 이와 달리, 상기 주편이 상기 제1 온도 구간에서 60℃/min 미만의 속도로 냉각되는 경우에는 표면에 Ni 표면 편석부 및 부편석부가 형성되지 않을 수 있다.
통상적으로 연속 주조에 따른 Ni 편석은 주편의 중심 편석이 알려져 있으나, 본 발명에서와 같이 일정 온도 구간에서 급냉을 수행하는 경우, 주편 표면에 Ni 편석을 형성할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 상기 식 (1) 로 표시되는 Ni의 표면 부편석도가 0.6 내지 0.9의 범위를 만족할 수 있다.
이후, 900 내지 1,150℃인 제2 온도 구간에서 주편을 10℃/min 이하의 속도로 냉각하는 단계를 거친다.
상기 제1 온도 구간에서 표면에 Ni 편석을 형성한 이후, 상기 제2 온도 구간에서 상기 주편의 서냉을 수행한다. 이에 따라서, 주편 표면의 Ni 편석 중 일부가 재고용되게 된다.
이에 따라, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 Ni 표면 편석부는 면적분율로 60% 미만이며, Ni 표면 부편석부는 면적분율로 5% 초과를 만족할 수 있다.
이후, 900℃ 이하인 제3 온도 구간에서 주편을 20℃/min 이상의 속도로 냉각하는 단계를 거친다.
상기 제2 온도 구간에서 표면에 Ni 편석 일부를 재고용한 이후, 상기 제3 온도 구간에서 상기 주편의 급냉을 수행한다. 이에 따라서, 주편 표면의 상기 Ni 표면 부편석부 내에 편석을 미세화할 수 있다.
이후, 상기 2차 냉각단계에서 냉각된 주편을 열간압연하는 단계 및 상기 열간압연된 주편을 냉간압연하는 단계를 포함한다.
이때에, 열간압연시, 연속 주조된 오스테나이트계 스테인리스강 슬라브의 5시간 이내로 재가열을 수행한다. 슬라브의 재가열 시간이 5시간을 초과하게 되면, 표면에 형성된 상기 Ni 표면 편석부 및 부편석부가 분해되기 시작하여 본 발명에서 목적하는 표면의 상기 Ni 표면 부편석부 및 상기 Ni 표면 편석비를 만족할 수 없게 된다.
또한, 열연 소둔 또는 냉연 소둔시, 1,000 내지 1,200℃의 소둔 온도까지 30초 이내로 승온시킨 후, 유지 시간은 30초 이내로 수행한다. 열연 소둔 또는 냉연 소둔시 승온 시간 및 유지 시간이 증가할수록, 표면에 형성된 상기 Ni 표면 편석부 및 부편석부가 분해되기 시작하여 본 발명에서 목적하는 표면의 상기 Ni 표면 부편석부 및 상기 Ni 표면 편석비를 만족할 수 없게 된다.
이후, 상기 오스테나이트계 스테인리스강을 가공한 후, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품을 900 내지 1,150℃의 온도에서 10분 이하 동안 열처리한다. 상기 가공품의 표면 편석대, 경도비 및 마르텐사이트 분율을 제어하기 위하여 가공품의 열처리 과정을 수행한다.
예를 들어, 열처리 전, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율은 10 내지 50% 일 수 있다.
상기 열처리는 900 내지 1,150℃의 온도에서 10분 이하로 수행되는데, 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우 변형유기 마르텐사이트의 분율을 감소시키기 어려우며, 열처리 온도가 1,150℃ 초과이거나, 열처리 시간이 10분 초과인 경우, 표면에 형성된 상기 Ni 표면 편석부 및 부편석부가 분해되기 시작하여 본 발명에서 목적하는 표면의 상기 Ni 표면 부편석도, 상기 표면 경도비를 만족할 수 없게 된다.
이후, 열처리된 상기 오스테나이트 스테인리스강 가공품을 500℃까지 30분 이내로 냉각한다. 상기 가공품의 Ni 표면 부편석부 내에 편석을 미세화하기 위하여 가공품의 급냉 과정을 수행한다.
상기 열처리된 상기 오스테나이트 스테인리스강 가공품을 공냉 또는 수냉하여 냉각할 수 있으며, 이에 따라, 가공품 표면의 상기 Ni 표면 부편석부 내에 편석을 미세화할 수 있다.
예를 들어, 상기 Ni 표면 부편석부는 장경이 100㎛ 이하인 편석을 60% 이상 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 Ni 표면 부편석부 내 편석을 미세화 함에 따라, 편석의 크기 증가에 따라 추가적인 가공 후 표면에 줄무늬가 발생하는 것을 방지할 수 있어 표면특성을 개선할 수 있다.
예를 들어, 냉각 후, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율은 10 내지 30% 일 수 있다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
하기 표 1의 발명예1 내지 9, 그리고 비교예1 내지 6의 성분을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강 슬라브를 연속 주조하여 제조하였다. 이후, 열간 압연 및, 50% 총압하율로 냉간 압연을 거쳐, 냉연 강판을 제조하였다.
이후, 상기 발명예1 내지 9, 그리고 비교예1 내지 6의 냉연 강판을 직경 150mm인 구면 펀치를 이용하여 마르텐사이트 함량이 40%가 되도록 가공 후, 가공품의 온도가 1,100에 도달 후 30초 열처리 후 공냉하여 500까지 2분만에 냉각하였다. 이후 추가 가공 후 가공성을 관찰하였다.
C Si Mn Ni Cr Cu Mo N
발명예1 0.115 0.6 0.2 6.8 17.3 0.61 0.19 0.05
발명예2 0.109 0.6 0.8 6.7 17.2 0.59 0.14 0.05
발명예3 0.108 0.2 1.6 6.7 17.2 1.00 0.09 0.05
발명예4 0.108 0.9 1.9 6.7 16.2 1.60 0.09 0.05
발명예5 0.108 0.6 0.9 9.8 19.6 1.00 0.09 0.05
발명예6 0.108 0.6 1.0 6.6 17.2 0.12 0.04 0.04
발명예7 0.009 0.6 0.9 6.6 17.2 2.05 0.04 0.14
발명예8 0.115 0.6 0.9 6.6 17.2 2.94 0.04 0.04
발명예9 0.115 0.6 0.9 6.1 17.2 3.90 0.01 0.04
비교예1 0.110 0.6 0.9 6.7 17.0 0.25 0.12 0.04
비교예2 0.113 0.6 0.9 6.7 17.2 0.00 0.04 0.04
비교예3 0.110 0.6 0.8 6.6 17.2 0.05 0.04 0.04
비교예4 0.115 0.6 0.9 5.8 17.2 1.00 0.01 0.04
비교예5 0.111 0.6 0.9 7.0 18.0 0.01 0.04 0.04
비교예6 0.060 0.6 0.9 8.5 19.2 0.01 0.01 0.04
이에 따라 제조된 가공품의 Ni 표면 부편석도, 마르텐사이트 분율, 표면 경도비, 표면 특성 및 추가 가공 후 크랙 내지 주름 발생여부를 육안으로 관찰하여 하기 표 2에 나타내었다.
Ni 표면 부편석도 마르텐사이트 분율(%) 표면 경도비 표면 특성 가공성
발명예1 0.90 19.0 1.2 양호 양호
발명예2 0.67 23.0 1.5 양호 양호
발명예3 0.90 21.0 1.1 양호 양호
발명예4 0.63 15.0 1.5 양호 양호
발명예5 0.71 10.0 1.4 양호 양호
발명예6 0.67 28.0 1.5 양호 양호
발명예7 0.83 18.0 1.2 양호 양호
발명예8 0.90 13.0 1.2 양호 양호
발명예9 0.90 14.0 1.1 양호 양호
비교예1 0.53 35.0 2.2 줄무늬 크랙
비교예2 0.59 32.0 1.7 줄무늬 크랙
비교예3 0.56 40.0 1.9 줄무늬 크랙
비교예4 0.45 45.0 2.2 줄무늬 크랙
비교예5 1.00 16.0 1.0 돌기 주름
비교예6 1.00 15.0 1.0 돌기 주름
여기서, Ni 표면 부편석도 및 표면 경도비는 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 표면에서 측정된다.
통계적으로 의미를 가지기 위하여는 500*500㎛2 이상의 면적에서 측정하고, 각 축에서 등간격으로 50개 이상의 위치에서 측정하는 것이 바람직하다
측정면은 원 표면으로 하거나, 연마한 표면으로 할 수 있으며, 연마를 하는 경우 연마제의 입도가 2㎛ 이하인 것이 바람직하다. 측정 방법은 에너지 분산형 분광분석(energy dispersive spectroscopy, EDS) 혹은 전자 탐사 미량 분석(electron probe micro analysis, EPMA) 등을 활용할 수 있다.
본 발명에서는 800㎛*800㎛ 면적에서 EPMA 방법으로 Ni의 원소 분포를 촬영하였다. 스테인리스강은 일반적으로 표면에 산화층을 형성하므로 원소를 측정하는 장치가 산화층 이하의 영역을 측정할 수 있을 만큼 반응 부피가 충분하지 않을 때에는 산화층을 표면으로부터 1 내지 200㎛ 연마한 면에서 측정하였다. 또한 이물질은 본 발명의 논외이며 Ni 편석은 모재에 대한 것으로 하였다.
상기 표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 성분 및 범위를 만족하는 경우, 표면 특성 및 가공성이 우수함을 알 수 있다. 다만, 이러한 성분 범위를 만족하더라도 강 표면의 Ni 부편석도 및 표면 경도를 만족하지 못하는 경우 표면 특성 내지 가공성이 열위함을 알 수 있다.
추가적으로, 상기 발명예 1 내지 3, 그리고 비교예 1 내지 3의 추가 가공 후 표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙의 개수를 관찰한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
추가 가공시 크랙 개수(ea)
발명예1 1
발명예2 2
발명예3 8
비교예1 15
비교예2 50
비교예3 20
표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 추가 가공시 발생되는 표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙의 개수가 10개 이하로 가공성이 양호함을 알 수 있으며, 비교예들에 따르면 표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙의 개수가 10개를 초과하여 다량으로 발생하여 가공성이 열위함을 알 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강을 포함하며,
    하기 식 (1)로 정의되는 Ni의 표면 부편석도가 0.6 내지 0.9의 범위이며, 마르텐사이트 분율이 10 내지 30%인 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품.
    (CNi -Min)/(CNi -Ave) ------ 식 (1)
    여기서, CNi -Min은 표면에서의 Ni 최소농도이며, CNi -Ave는 표면에서의 Ni 평균농도이다.
  2. 제1항에 있어서,
    하기 식 (2)로 정의되는 표면 경도비가 1.1 내지 1.6의 범위인 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품.
    A/B ------ 식 (2)
    여기서, A는 상기 가공품 표면 경도 상위 10%의 평균값이며, B는 상기 가공품 표면 경도 하위 10%의 평균값이다.
  3. 제1항에 있어서,
    표면으로부터의 깊이가 20㎛ 이상인 크랙이 10개 이하인 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품.
  4. 제1항에 있어서,
    Ni 표면 편석부는 면적분율로 60% 미만이며, Ni 표면 부편석부는 면적분율로 5% 초과인 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품.
  5. 중량 %로, C: 0.005 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 2.0%, Ni: 6.0 내지 8.0%, Cr: 16 내지 18%, Cu: 0.1 내지 4.0%, N: 0.005 내지 0.2%, Mo: 0.01 내지 0.2%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 연속 주조하여 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 단계;
    상기 오스테나이트계 스테인리스강을 가공하는 단계;
    상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품을 900 내지 1,150℃의 온도에서 10분 이하 동안 열처리하는 단계; 및
    열처리된 상기 오스테나이트 스테인리스강 가공품을 500℃까지 30분 이내로 냉각하는 단계;를 포함하고,
    상기 연속 주조 시 2차 냉각대에서는,
    1,200 내지 1,150℃의 제1 온도 구간에서 상기 슬라브를 60℃/min 이상의 속도로 냉각하고,
    1,150 내지 900℃의 제2 온도 구간에서 상기 슬라브를 10℃/min 이하의 속도로 냉각하고,
    900℃ 이하의 제3 온도 구간에서 상기 슬라브를 20℃/min 이상의 속도로 냉각하는 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    열처리 전, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율은 10 내지 50%인 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    냉각 후, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 마르텐사이트 분율은 10 내지 30%인 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품의 제조 방법.
KR1020160177373A 2016-12-23 2016-12-23 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 가공품 및 이의 제조 방법 KR101923922B1 (ko)

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