KR101939926B1

KR101939926B1 - 오스테나이트계 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR101939926B1
Application number: KR1020177010387A
Authority: KR
Inventors: 마사요시 사와다; 요시히사 시라이; 마사유키 시부야; 하야토 기타; 고우이치 다케우치
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2019-01-17
Also published as: KR20170056007A; CN107075651B; JPWO2016043125A1; SG11201701799RA; WO2016043125A1; JP5939370B1; CN107075651A

Abstract

C:0.03% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, Cr:15.0~20.0%, Ni:6.0~9.0%, N:0.03~0.15%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어짐과 더불어, 497-462(C+N)-9.2(Si)-8.1(Mn)-13.7(Cr)-20(Ni+Cu)-18.7(Mo)에 의해 계산되는 Md30값이30~50℃가 되는 화학 조성을 갖고, 가공 유기 마텐자이트량의 평균치가 체적률로 5.0% 이하이며, 오스테나이트 입경의 평균치가 5.0μm 이하이며, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 γ(220)상의 X선 회절 반가폭이 모두 0.50° 이상이며, 또한 이들의 차가 0.10° 이하인 금속 조직을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 강판이다. 이 강판은, 예를 들면 레이저 메탈 마스크용으로서 적합하다.

Description

오스테나이트계 스테인리스 강판{AUSTENITIC STAINLESS STEEL PLATE}

본 발명은, 오스테나이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.

정밀 가공, 특히 포토 에칭 가공, 또한 그 후에 확산 접합 등에 의해 열이 가해지는 가공에는, 오스테나이트계 스테인리스 강판이 이용된다. 포토 에칭 가공이란, 소재인 금속판의 표면에 포토레지스트법에 의한 패턴을 형성한 후, 스프레이나 침지에 의한 에칭에 의해서 금속판을 용해해, 포토레지스트 패턴과 거의 동일한 형상으로 금속판을 가공하는 방법이다. 또, 레이저 가공이란, CAD 데이터 등을 기초로, 금속판의 표면을 레이저로 용융시켜 구멍이나 소정의 패턴을 형성하는 가공 방법이다.

이렇게 하여 가공된 금속판은 메탈 마스크 등에 사용되므로, 금속판의 소재에는, 뛰어난 평탄성을 갖는 것이나 경도가 높은 것이 요구되고, 특히 포토 에칭 가공의 경우에는, 스머트를 억제하기 위해서 저탄소 함유량인 것, 에칭면이 평활한 것, 또한 하프 에칭 처리 후에도 휨이 작은 것이 요구된다.

또, 최근에는, 포토 에칭 가공이나 레이저 가공이 실시된 스테인리스 강판을 적층하고, 700℃ 정도 이상으로 확산 접합 처리를 하여, 열교환기나 복잡한 유로 부품을 제조하는 경우도 증가하고 있다. 이러한 용도에 대해서는, 상기 각 특성에 추가해, 접합성이 양호한 것이나 가열 후의 체적 변화나 수축이 작은 것도 요구된다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 조질 압연에 의해 스테인리스 강박의 경도를 조정한 후에, 장력을 부여하면서 열처리를 하는 방법(텐션 어닐링법)에 의해서, 포토 에칭 가공용 재료의 평탄화와 응력 완화를 도모하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 조질 압연에 의해 오스테나이트계 스테인리스 강대의 경도를 조정한 후에, 텐션 레벨러에 의한 교정을 행하고, 그 후에, 0.2% 내력의 0.7~1.0배에 상당하는 장력을 부여하고, 또한 700~800℃에서 소둔 처리를 실시함으로써, 에칭 후의 평탄성이 뛰어난 스테인리스 강판을 제조하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에 의해 개시된 방법에 의해 제조되는 스테인리스 강판은, 최종의 700~800℃에서의 소둔 처리에 의해, 조질 압연이나 텐션 레벨러 교정에 의해 소재에 부여된 가공 변형을 소멸시킴으로써, 내부의 잔류 응력이 저감되어 하프 에칭 후의 휨이 억제된다. 또, 이 스테인리스 강판은, 700~800℃에서의 소둔시에 마텐자이트가 오스테나이트로 역변태하기 때문에, 그 후의 확산 접합시에 열이 가해져도 체적 변화나 열 수축이 작다는 특징을 갖는다.

또한, 특허문헌 3에는, 확산 접합성이 뛰어난 스테인리스강으로서, 박두께 방향의 평균 결정립 사이즈가 0.001~5μm로 미세한 결정립을 갖는 Al 함유량이 0.5~8%(본 명세서에 있어서 화학 조성에 관한 「%」는 특별히 기재하지 않는 한 「질량%」를 의미한다)의 페라이트계 스테인리스 강박이 개시되어 있다.

일본국 특허 공고 평 4-69229호 공보 일본국 특허 제3573047호 명세서 일본국 특허 제3300225호 명세서

특허문헌 1에 의해 개시된 방법에는, 노 내에서 스테인리스 강박에 장력을 부여할 수 있는 특수한 소둔 설비가 필요하게 되거나, 혹은 충분한 응력 완화를 행하기 위해서 400℃ 정도의 저온에서, 또한 저속으로 통판(通板)시킬 필요가 있기 때문에 생산성이 저하되어 포토 에칭 가공용 재료의 제조 비용이 상승한다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 1에 의해 개시된 방법에 의해 제조한 스테인리스 강박 중에는, 포토 에칭시의 요구 특성을 만족시키는 것도 있지만, 포토 에칭 후의 확산 접합시 등에 있어서의 체적 변화나 열 수축이 큰 것도 있다는 문제도 존재한다. 이 문제는, 레이저 가공에 의해서 열이 가해질 때에도 동일하다. 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 이 문제는, 조질 압연에 의해 생성한 가공 유기(誘起) 마텐자이트가, 텐션 어닐링 후에도 잔존하기 때문에, 그 후의 확산 접합시에 열이 가해질 때에, 마텐자이트가 오스테나이트로 역변태하는 것에 기인한다고 생각된다.

특허문헌 2에 의해 개시된 방법에 의해 제조되는 스테인리스 강판에는, 가공 변형의 소멸에 의해 저탄소 함유량재로는 충분한 경도를 얻을 수 없다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 3에 의해 개시된 발명은 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 하는데, 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서도, 결정립을 미세하게 함으로써 확산 접합성이 향상될 가능성이 있다고 생각된다.

본 발명의 목적은, 특허문헌 1, 2에 의해 개시된 발명에서는 얻어지지 않았던, 이하에 기재하는 2개의 포토 에칭시나 레이저 가공시의 요구 특성(특성 I) 및 확산 접합이나 레이저 가공 등으로 열을 가할 수 있는 용도로 사용될 때의 요구 특성(특성 II)을 양립할 수 있는, 예를 들면 레이저 메탈 마스크용 등의 정밀 가공에 제공되는 재료에 적합한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

(특성 I) 포토 에칭시나 레이저 가공시의 요구 특성으로서, 소재가 평탄한 것, 높은 경도를 갖는 것, 또한 포토 에칭시의 스머트를 억제하기 위해서, 저탄소 함유량인 것, 하프 에칭 처리 후에도 휨이 작은 것, 에칭면, 레이저 가공면이 평활한 것.

(특성 II) 확산 접합이나 레이저 가공 등으로 열을 가할 수 있는 용도로 사용될 때의 요구 특성으로서, 가열에 의한 체적 변화나 수축이 작은 것.

도 1(a)~도 1(c)는, 판 내부 및 판 표면에 있어서의 가공 변형의 분포를 개념적으로 나타내는 설명도이다.

도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 종래의 조질 압연, 텐션 레벨러에 의한 교정 후의 판의 가공 변형 분포는, 판 표면에서 커짐과 더불어 판 내부에서 작아지는 분포가 된다. 이 상태에서, 하프 에칭을 행하면, 판 표면의 근방에 있어서의 압축 응력이 개방되어, 하프 에칭면이 볼록해지는 휨이 발생한다.

이에 대해, 특허문헌 2에 의해 개시된 바와 같이, 700~800℃에서 30초에서 10분간 정도의 소둔(SR 처리:스트레스 릴리프의 약칭이며, 잔류 응력 제거를 주목적으로 한 열처리)을 행함으로써, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 판 표면 및 판 내부를 포함하는 판 전체의 가공 변형을 소멸시킬 수 있고, 이에 의해, 하프 에칭 후의 휨의 발생은 확실하게 억제된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 가공 변형이 소멸되므로 판의 경도가 저하되어, 에칭재로서 최근에 요구되는 특성을 만족시킬 수 없는 경우가 있다.

본 발명자들은 이들 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, SR 처리에 의해 판 전체의 가공 변형을 소멸시키는 것이 아니라, 일정한 가공 변형을 판두께 방향으로 균일하게 잔존시킴으로써, 하프 에칭 후의 휨의 발생을 억제하면서 에칭재로서 요구되는 경도를 만족시킬 수 있음을 알아냈다.

그러나, 종래의 SR 처리를 단순하게 저온화하는 것만으로는, 조질 압연 및 텐션 레벨러 교정에 의해서 생성한 가공 유기 마텐자이트(α')가 잔존해, 확산 접합시의 체적 변화가 커진다. 또, SR 처리를 단순히 단시간화하는 것만으로는, 가공 유기 마텐자이트(α')는 소멸되지만 가공 변형이 소멸되지 않아, 하프 에칭 후의 휨이 커져 버린다.

도 2(a)~도 2(c)는, 각종 SR 처리 조건을 나타내는 설명도이다.

여기서, 본 발명자들은 더욱 검토를 거듭한 결과, 도 1(c)에 나타낸 바와 같은 판두께 방향으로 균일한 가공 변형을 가짐과 더불어 가공 유기 마텐자이트량을 저감하기 위해서는, 도 2(a)에 나타낸 종래의 SR 처리 조건과 같이, 고온에서, 또한 장시간의 열처리에 의해서 가공 유기 마텐자이트의 오스테나이트로의 역변태, 및 가공 변형의 소멸을 동시에 행하는 것이 아니라, 조질 압연 및 텐션 레벨러에 의한 교정 후에, 도 2(b)나 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 판두께 표면의 온도로, 승온 속도 10℃/초 이상으로 700~800℃로 가열하여 상기 온도역에 10초간 이하 유지한 후에 판 표면에서의 냉각 속도 10℃/초 이상으로 냉각하는 열처리를 실시함으로써 가공 유기 마텐자이트의 오스테나이트로의 역변태를 행하는 열처리 X와, 600℃ 이상 700℃ 미만의 온도역에서 10초 이상 유지하는 열처리를 실시함으로써 가공 변형의 조정을 행하는 열처리 Y공정을 구비하는 SR 처리 조건을 채용하는 것이 유효함을 알아냈다.

또한, 열처리 X공정 및 열처리 Y공정의 순서에는 제약이 없고, 열처리 X공정을 행한 후에, 열처리 Y공정을 행해도 되고, 열처리 Y공정을 행한 후에, 열처리 X공정을 행해도 된다. 어느 경우도 본 발명에서 요구되는 특성을 만족시키는 것이 가능하다. 또, 열처리 X공정에 이어서 열처리 Y공정을 연속해서 행해도, 열처리 Y공정에 이어서 열처리 X공정을 연속해서 행해도, 본 발명에서 요구되는 특성을 만족시키는 것이 가능하다.

본 발명이 대상으로 하는 화학 조성에서는, 냉간 압연 또는 추가로 텐션 레벨링으로 생성한 가공 유기 마텐자이트는, 전단형(무확산)이며 오스테나이트로 역변태하기 때문에, 상기와 같은 짧은 유지 시간으로도 소멸된다.

본 발명에 의해 제공되는 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 이와 같이 가공 유기 마텐자이트(α')가 저감되어 있기 때문에, 확산 접합의 가열시에 있어서의 가공 유기 마텐자이트의 오스테나이트로의 역변태에 의한 체적 변화 등이 억제된다. 또, 레이저 가공 등에 의해 열이 가해지는 경우도 마찬가지로, 가공면에서의 가공 유기 마텐자이트의 오스테나이트로의 역변태에 기인한 형상 변화가 억제된다.

한편, 가공 변형은, 700℃ 이상에서의 SR 처리를 단시간에 행하는 경우에는 그 대부분 모든 것이 잔존하기 때문에, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 일정한 가공 변형을 판두께 방향으로 균일하게 잔존시킬 수 없다. 그러나, SR 처리를 보다 저온역에서 적절한 시간 행함으로써, 가공 변형이 많은 표면 근방에서의 확산이 우선하여 진행되고, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 일정한 가공 변형을 판두께 방향으로 균일하게 잔존시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 가공 변형을 정량적으로 평가하기 위해서는, X선 회절 측정으로 얻어진 피크의 반가폭을 활용할 수 있다. 변형량이 많으면, 결정 격자간 거리가 본래의 길이로부터 신축되고, 그 거동은, X선 회절 측정으로 얻어지는 피크의 반가폭에 나타난다. 즉, 변형량이 많을수록, 결정 격자간 거리가 본래의 길이로부터 긴 것이나 짧은 것이 증가하기 때문에, 피크의 반가폭이 커진다.

본 발명은 이하에 기재한 바와 같다.

질량%로,

C:0.03% 이하,

Si:1.0% 이하,

Mn:1.5% 이하,

Cr:15.0~20.0%,

Ni:6.0~9.0%,

N:0.03~0.15%,

Nb:0~0.50%,

V:0~0.50%,

Ti:0~0.20%,

Cu:0~1.5%,

Mo:0~2.0%,

잔부가 Fe 및 불가피 불순물이며,

하기 (1)식으로 계산되는 Md30값이 30.0~50.0℃인 화학 조성을 갖고,

가공 유기 마텐자이트량의 평균치가 체적률로 5.0% 이하이며,

오스테나이트 입경의 평균치가 5.0μm 이하이며,

판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 γ(220)상의 X선 회절 반가폭이 0.50° 이상이며, 또한 이들의 차가 0.10° 이하인 금속 조직을 갖는, 오스테나이트계 스테인리스 강판.

Md30값(℃)=497-462(C+N)-9.2(Si)-8.1(Mn)-13.7(Cr)-20(Ni+Cu)-18.7(Mo)……(1)

단, (1)식에 있어서의 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 예를 들면, 오스테나이트계 스테인리스 냉연 강대에 30% 이상의 압하율로의 조질 압연을 행하여 경도를 조정한 후에, 필요에 따라서 텐션 레벨러에 의한 교정을 행한 후, 하기의 열처리 X 및 열처리 Y를 구비하는 열처리를 행함으로써, 제조할 수 있다.

열처리 X:판 표면에서의 승온 속도 10℃/초 이상으로 700~800℃로 가열하여 상기 온도역에서 10초간 이하 유지한 후에 판 표면에서의 냉각 속도 10℃/초 이상으로 냉각하는 열처리,

열처리 Y:600℃ 이상 700℃ 미만의 온도역에서 10초 이상 유지하는 열처리.

본 발명에 의해, 포토 에칭, 레이저 가공시의 요구 특성(소재가 평탄한 것, 고경도를 갖는 것, 포토 에칭시의 스머트를 억제하기 위해서 저탄소 함유량인 것, 하프 에칭 처리 후에도 휨이 작은 것, 에칭면, 레이저 가공면이 평활한 것), 및, 확산 접합, 레이저 가공 등으로 열을 가할 수 있는 용도로 사용될 때의 요구 특성(가열에 의한 체적 변화나 수축이 작은 것)을 겸비하는, 오스테나이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다. 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 예를 들면 레이저 메탈 마스크용 등의 정밀 가공에 제공되는 재료에 적합하다.

도 1(a)~도 1(c)는, 판 내부 및 판 표면에 있어서의 가공 변형의 분포를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 2(a)~도 2(c)는, 각종 SR 처리 조건을 나타내는 설명도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태를 설명한다.

1. 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강판

본 발명은, 준안정 오스테나이트계 스테인리스강을 대상으로 하는데, 에칭면의 평활성 등의 관점에서, 평균 결정입경이 작은 것, 및 에칭시에 스머트가 나오지 않는 것이 바람직하고, 화학 조성은 이하와 같이 규정한다.

(1-1) 화학 조성

[C:0.03% 이하]

C 함유량이 0.03% 초과하면, 제조시에 조대한 Cr 탄화물로서 결정입계에 석출되고, 에칭시에 스머트 발생의 원인이 되므로, C 함유량은 적은 것이 좋다. 그러나, C는 저렴하게 강판의 강도를 높일 수 있는 원소이므로, 스머트의 악영향이 없는 0.03% 이하의 범위에서 함유시켜도 된다. 이 때문에, C 함유량은 0.03% 이하로 한다. 에칭 후의 평활성이 엄격하게 요구되는 용도에는, C 함유량을 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. C 함유량은, 0.012% 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Si:1.0% 이하]

Si는, 용제시의 탈산재로서 사용되고, 강의 강화에도 기여한다. 그러나, Si 함유량이 1.0%를 초과하면, 에칭 속도를 저하시킨다. 그래서, Si 함유량은, 1.0% 이하로 한다. 바람직하게는 0.8% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.6% 이하이다. Si 함유량은, 0.3% 이하가 더욱 바람직하다.

[Mn:1.5% 이하]

Mn은, 열간 가공시의 취성 파괴의 방지와 강의 강화에 기여한다. 그러나, Mn은, 강력한 오스테나이트 생성 원소이므로, Mn 함유량이 1.5%를 초과하면, 냉간 압연시에 생성되는 가공 유기 마텐자이트가 적어져, 그 후의 소둔으로 미세 결정립을 얻을 수 없게 된다. 따라서, Mn 함유량은, 1.5% 이하로 한다. 바람직하게는 1.2% 이하이다.

[Cr:15.0~20.0%]

Cr은, 스테인리스강의 기본 원소이며, 15.0% 이상 함유함으로써, 강재 표면에 금속 산화물층을 형성하고, 내식성을 높이는 작용을 발휘한다. 그러나, Cr은, 강력한 페라이트 안정화 원소이므로, Cr 함유량이 20.0%를 초과하면, ∂페라이트가 생성되고, 이 ∂페라이트는 소재의 열간 가공성을 열화시킨다. 따라서, Cr 함유량은, 15.0% 이상 20.0% 이하로 한다.

[Ni:6.0~9.0%]

Ni은, 오스테나이트 생성 원소이며, 실온에서 오스테나이트상을 안정적으로 얻기 위한 원소이다. 따라서, Ni 함유량의 하한은 6.0%로 한다. 바람직한 하한은 6.1%이다. 그러나, Ni 함유량이 9.0%를 초과하면, 오스테나이트상이 너무 안정화되어, 냉간 압연시의 가공 유기 마텐자이트 변태가 억제된다. 또한, Ni은 고가의 원소이며, Ni 함유량의 증대는 비용의 대폭적인 상승을 초래한다. 따라서, Ni 함유량의 상한은 9.0%로 한다. 바람직한 상한은 8.9%이다.

[N:0.03~0.15%]

N는, C와 마찬가지로, 고용 강화 원소이며, 강의 강도 향상에 기여한다. 또, N는, Nb과 결합하여 미세한 Nb 화합물로서 소둔시에 석출되어, 결정립 성장을 억제시키는 효과가 있다. 이 때문에, N 함유량은 0.03% 이상으로 한다. 그러나, N 함유량이 0.15%를 초과하면, 강판의 제조 과정에서 조대한 질화물이 다수 생성되고, 이들 조대한 질화물은 파괴 기점이 되어, 열간 가공성을 현저하게 열화시켜, 제조를 곤란하게 한다. 따라서, N 함유량은, 0.15% 이하로 한다. 바람직한 상한은 0.13%이다.

[상기 (1)식에 의해 구해지는 Md30값:30.0℃ 이상 50.0℃ 이하]

본 발명이 대상으로 하는 준안정 오스테나이트계 스테인리스강은, 냉간 압연시에 있어서의 오스테나이트⇒가공 유기 마텐자이트(마텐자이트) 변태와, 그 후의 열처리에 있어서의 가공 유기 마텐자이트⇒오스테나이트 역변태를 활용함으로써, 미세 결정립이 얻어진다. Md30값이 30.0℃ 미만이며 오스테나이트 안정도가 높고, 냉간 압연시에 충분한 가공 유기 마텐자이트가 생성되기 어렵다. 한편, Md30값이 50.0℃를 초과하면, 오스테나이트 안정도가 낮기 때문에 냉간 압연의 부하가 커진다. 따라서, Md30값은 30.0℃ 이상 50.0℃ 이하로 한다. 바람직한 하한은 36.0℃이며, 바람직한 상한은 48.0℃이다.

[Nb:0~0.50%]

[V:0~0.50%]

[Ti:0~0.20%]

Nb, V, Ti은, 미세한 탄화물 혹은 질화물을 생성하고, 플럭스 피닝 효과에 의해 결정의 입자 성장을 억제해, 소재의 결정립의 미세화에 유효한 원소이다. 결정립의 미세화는, 에칭면의 평활성 향상 등에 기여한다. 이 때문에, 이들 원소를 함유시켜도 된다. 그러나, Nb, V, Ti의 함유량이 너무 많아지면, 재결정을 억제해, 소둔 후에 미재결정부가 다량으로 잔존하는 악영향이 있다. 또, 이들 원소의 다량 첨가는, 소재의 비용 상승으로 직결된다. 따라서, 이들 원소를 함유시키는 경우의 상한치는 Nb, V은 0.50%, Ti은 0.20%로 한다. 이들 원소의 함유량의 바람직한 하한은, Nb는 0.001%, V은 0.001%, Ti은 0.001%이다.

[Mo:0~2.0%]

Mo은, 재료의 내식성을 향상시키기 위해서, 적절히 첨가해도 된다. 그러나, Mo 함유량이 2.0%를 초과하면, 에칭을 저해시켜, 비용 상승으로도 연결된다. 따라서, Mo을 함유시키는 경우에는, 그 함유량은, 2.0% 이하로 한다. 바람직하게는 1.8% 이하, 보다 바람직하게는 1.0% 이하로 한다. Mo 함유량의 바람직한 하한은, 0.001%이다.

[Cu:0~1.5%]

Cu는, 오스테나이트 생성 원소이며, 오스테나이트상의 안정도를 조정 가능한 원소이므로, 적절히 첨가해도 된다. 그러나, Cu 함유량이 1.5%를 초과하면, 제조 과정에서 입계에 편석되고, 이 입계 편석은, 열간 가공성을 현저하게 열화시켜, 제조가 곤란하게 된다. 따라서, Cu를 함유시키는 경우에는, 그 함유량의 상한치는 1.5%로 한다. 바람직하게는 1.4% 이하이다. Cu 함유량의 바람직한 하한은, 0.001%이다.

(1-2) 금속 조직

[가공 유기 마텐자이트량의 평균치:체적률로 5.0% 이하]

가공 유기 마텐자이트량이 많으면, 확산 접합이나 레이저 가공 등으로 열이 가해질 때에, 오스테나이트상으로 변태하고, 이것이 체적 변화의 요인이 된다. 따라서, 가공 유기 마텐자이트량의 평균치는 체적률로 5.0% 이하로 한다. 가공 유기 마텐자이트량의 평균치는, X선 회절 측정으로 얻어진 피크의 적분 강도로부터, 산출한다(B.D.Cullity,Element Of X-Ray Diffraction.Addison-Wesley,1978). 가공 유기 마텐자이트량의 평균치는, 구체적으로는, 하기 식(2) 및 식(3)에 의해 구해진다. 여기서, C_γ, C_α는 각각 오스테나이트상, 마텐자이트상의 체적률, I_γ, I_α는 오스테나이트상, 마텐자이트상으로부터의 X선 회절 피크의 적분 강도, R_γ, R_α는, 하기 식(4)에 의해 구해지는 계수이다. 여기서, v는 유닛 셀의 체적, F는 구조 인자, p는 다중도 인자, Θ는 입사각, e^-2M은 온도 인자이다.

C_γ+C_α=1……(2)

I_γ/I_α=R_γC_γ/R_αC_α……(3)

R=(1/v²)[F²p(1+cos²2Θ)/(sin²ΘcosΘ)](e^-2M)……(4)

[오스테나이트 입경의 평균치:5.0μm 이하]

오스테나이트 입경의 평균치를 5.0μm 이하로 작게 함으로써, 에칭면이 평활해져, 더욱 확산 접합성이 향상된다. 따라서, 본 발명에서는, 오스테나이트 입경의 평균치의 상한을 5.0μm로 한다.

오스테나이트 입경의 평균치는, 이하와 같이 산출한다. 우선, 소재의 압연 방향 수직 단면을 EBSD로 측정하고, 방위차 15° 이상의 경계로 둘러싸인 영역을 1개의 결정립으로 간주하고, 소정의 면적 중에 포함되는 결정립의 수로부터 결정립 1개당 평균 면적 S를 산출하고, 평균 면적 S로부터, 하기 식(5)에 의해 구해지는 오스테나이트 입경 D를 산출한다.

D=(2S/π)^0.5……(5)

[판 표면 및 판 중심 각각에서 측정한 오스테나이트 γ(220)상의 X선 회절 반가폭:모두 0.50° 이상, 이들의 차:0.10° 이하]

상술한 바와 같이, 본 발명의 기본 사상 중 하나는, 판두께 방향의 변형량의 분포를 제어하는 것이다. 본 발명에서는, 소재의 경도를 유지하기 위해서, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 변형량이 일정 이상 있을 필요가 있고, 이것을 반가폭 0.5° 이상으로 하여 규정한다.

또, 하프 에칭 가공 등에서의 판의 휨이나 변형을 억제하기 위해서는, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 변형량의 차가 작을 필요가 있고, 이것을, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 반가폭의 차 0.1° 이하로 하여 규정한다.

X선 회절 측정에서는, 특성 X선에 Co-Kα선을 이용해, γ(220)의 반가폭을 사용한다. 판두께 중심부의 측정은, 편면을 마스크하고, 판두께가 절반이 될 때까지 화학적으로 연마한 연마면에서 측정한다.

2. 제조 방법

(2-1) 조질 압연 및 텐션 레벨러 교정

본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 상술한 화학 조성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 냉연 강대에 30% 이상의 압하율로의 조질 압연을 행하여 경도를 조정한다. 즉, 마무리 소둔 후에 조질 압연을 실시함으로써 경도를 조정한다. 구체적으로는, HV370이라고 규정되는 304-H 사양 정도 이상의 경도를 확보하기 위해서, 30% 이상의 압하율로의 조질 압연을 행한다.

조질 압연 후의 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 물결 형상이 되는 경우가 있으므로, 판의 평탄도를 확보하기 위해서, 텐션 레벨러에 의한 텐션 레벨링 처리를 실시하여, 형상을 교정하는 것이 바람직하다.

조질 압연 및 텐션 레벨러 교정은, 이런 종류의 것으로 하여 주지 관용의 수단에 의하면 되고, 특정 수단으로는 한정되지 않는다.

(2-2) SR 처리

종래의 SR 처리에서는, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 700~800℃ 정도로 일정 시간 실시함으로써 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 판 전체의 가공 변형을 소멸시키고 있었다.

이에 대해, 본 발명 방법은, 하기 열처리 X 및 열처리 Y를 구비하는 열처리를 실시함으로써, 가공 변형의 조정을 행하는 것이다.

본 발명 방법에 있어서의 열처리는, 열처리 X 및 열처리 Y를 구비하는 열처리면 되고, 예를 들면, 도 2(b) 또는 도 2(c)에 나타낸 바와 같이 열처리 X를 행한 후에 열처리 Y를 행하는 열처리여도 되고, 열처리 Y를 행한 후에 열처리 X를 행하는 열처리여도 된다. 이에 의해, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 일정한 가공 변형을 판두께 방향으로 균일하게 잔존시킬 수 있고, 하프 에칭 후의 휨의 발생을 억제하면서 에칭재로서 요구되는 경도를 만족시킬 수 있다.

열처리 X에 있어서, 그 승온 속도가 10℃/초 미만인 경우, 열처리 온도가 800℃를 초과하는 경우, 열처리 시간이 10초를 초과하는 경우, 또는 냉각 속도가 10℃/초 미만인 경우에는, 오스테나이트로의 역변태가 과잉이 될 뿐만 아니라, 가공 변형도 과잉으로 완화되어 필요한 강도를 얻기 어려워진다. 한편, 그 열처리 온도가 700℃ 미만으로 낮은 경우에는, 오스테나이트로의 역변태가 불충분해진다. 따라서, 판 표면에서의 승온 속도 10℃/초 이상으로 700~800℃로 가열하여 상기 온도역에서 10초간 이하 유지한 후에 판 표면에서의 냉각 속도 10℃/초 이상으로 냉각하는 것으로 했다. 승온 속도는 사용하는 설비 성능에 의존하나, 균일하게 가열하여 열 변형에 의한 형상 불량을 억제하는 관점에서, 50℃/초 이하가 바람직하다. 냉각 속도는, 20℃/초 이하가 바람직하다. 열처리 Y는, 강판 표면 근방의 가공 변형만을 소멸시키는 관점에서, 600℃ 이상 700℃ 미만의 온도역에서 10초간 이상 유지한다. 열처리 시간은 180초간 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 열처리 X에 있어서의 냉각시에, 계속해서 열처리 Y로 이행해도 되고, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 열처리 X에 있어서의 냉각에 의해, 열처리 Y의 온도보다도 낮은 온도(예를 들면 상온)로 냉각하고, 그 후에 재가열하여 열처리 Y를 행하도록 해도 된다.

이상의 제조 방법에 의해, 상술한 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조할 수 있다.

[실시예]

표 1에 본 실시예에서 이용한 강종 A~K의 화학 조성을 나타낸다. 강종 A~H는 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 만족하는 것이며, 강종 I, J, K는 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 만족하지 않는 것이다.

강종 A~K의 화학 조성을 갖는 소형 주괴(鑄塊)를 용제하고, 절삭 가공, 열간 압연, 소둔 및 탈스케일을 순차적으로 행한 후에, 냉간 압연 및 소둔을 3회 반복함으로써, 판두께 0.2mm의 스테인리스 강판으로 했다. 이 시점에서의 각 스테인리스 강판의 평균 결정입경은, 강종 I, J를 제외하고 모두 약 2μm이다. 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 만족시키지지 않는 강종 I, J는, 상기 공정에서 미세 결정립 조직을 얻을 수 없었다.

그 후, 표 2에 나타낸 조질 압연율로 조질 압연을 행한 후, 텐션 레벨러 교정을 실시하고, 또한, 표 2에 나타낸 조건으로 SR 처리를 실시했다. 그 후, SR 처리를 완료한 스테인리스 강판의 가공 유기 마텐자이트(α') 량 측정, 오스테나이트 입경의 평균치, X선 회절 측정 및 단면 경도 측정을, 상술한 측정법을 이용하여 행했다.

또한, 하프 에칭 후의 에칭면의 평균 거칠기, 휨, 및 가열 시험 후의 변형률을 측정했다.

구체적으로는, 하프 에칭면의 거칠기는, 10mm×100mm의 직사각형상 시험편의 편면을 마스크한 후, 염화제2철 용액으로 판두께가 절반이 될 때까지 편면으로부터 화학적으로 용해시킨 후, 접촉식 조도계로 측정한 산술 평균 거칠기이다. 측정 방향은, 압연 방향 수직 방향, 측정 길이는 4mm로 하고, 5회 측정한 산술 평균 거칠기의 평균을 취했다. 하프 에칭 후의 휨은, 그 후의 길이 방향의 곡률을 측정했다. 또한, 가열 시험 후의 변형률은, 사전에 포토 에칭에 의해, 직경 10mm인 구멍을 뚫은 후, 1000℃에서 5분간 가열하고, 가열 전후의 구멍 사이즈의 비로부터 산출했다.

적층 접합성은, 스테인리스 강판을 직경 8mm의 원반형상 시험편으로 하여 겹쳐 맞춘 후, 60MPa의 하중을 가하면서, 750℃에서 30초간 유지하고, 유지 후에, 2장의 시험편이 접합되어 있는 것을 ○로 하고, 접합되어 있지 않은 것을 ×로 했다.

또한, 표 2에 있어서, 열처리 Y의 유지 온도란 도달 온도를 의미하고, 또 유지 시간은 강판이 600℃ 이상 700℃ 미만의 온도역에서 열처리를 행한 시간을 의미한다.

시험 결과를 표 2에 정리하여 나타낸다.

표 2에 있어서의 강판 1~11은, 모두, 본 발명을 만족하는 본 발명예이다. 한편, 강판 12~25는, 본 발명을 만족하지 않는 비교강이다.

강판 1~11은, 단면 경도가 392~415Hv이며, 하프 에칭 후의 평균 거칠기 0.13~0.18μm, 곡률 0.0005~0.0020mm^-1이며, 가열 시험 후 변형률 0.015~0.020이었다. 강판 1~11은, 상술한 특징 I, II를 겸비하고 있고, 예를 들면 레이저 메탈 마스크용으로서 적합한 정밀 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판임을 알 수 있다.

이에 대해, 강판 12는, C 함유량이 본 발명의 범위를 벗어나 있기 때문에, 오스테나이트 입경의 평균치가 7μm로 미세 결정립이 되지 않아, 그 결과, 하프 에칭면의 평활성이 뒤떨어져, 적층 접합성도 좋지 않았다.

강판 13은, Md30값이 본 발명의 범위보다 작기 때문에, 오스테나이트 입경의 평균치가 8μm로 미세 결정립이 되지 않아, 그 결과, 하프 에칭면의 평활성이 뒤떨어져, 적층 접합성도 좋지 않았다.

강판 14는, Md30값이 본 발명의 범위보다 크기 때문에, 가공 유기 마텐자이트(α')가 다량으로 잔존해, 가열 시험 후의 변형이 컸다.

강판 15는, 조질 압연율이 본 발명의 범위의 하한을 밑돌기 때문에, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 X선 반가폭이 작고, 단면 경도도 작았다.

강판 16은, 종래의 일반적인 조건으로의 SR 처리를 행했으므로 가공 변형이 거의 잔존하지 않았기 때문에, X선 반가폭이 작고, 단면 경도도 작았다.

강판 17은, 종래의 일반적인 SR 처리 조건을 단시간화한 것이므로, 가공 유기 마텐자이트(α') 량은 줄었지만, 가공 변형이 거의 소멸되지 않고, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 가공 변형의 차도 거의 변하지 않아, 하프 에칭 후의 휨이 컸다.

강판 18은, 종래의 일반적인 SR 처리 조건을 저온도화한 것이기 때문에, 가공 유기 마텐자이트(α')가 다량으로 잔존해, 가열 시험 후의 변형이 컸다.

강판 19는, 2단의 SR 처리를 행하는 것이나, 1단째의 SR 처리의 승온 속도가 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있기 때문에, 가공 변형이 많이 소멸되어, 충분한 경도가 얻어지지 않았다.

강판 20은, 2단의 SR 처리를 행하는 것이나, 1단째의 SR 처리의 유지 온도가 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있기 때문에, 가공 유기 마텐자이트(α')가 다량으로 잔존했다.

강판 21은, 2단의 SR 처리를 행하는 것이나, 1단째의 SR 처리의 냉각 속도가 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있기 때문에, 가공 변형이 많이 소멸되어, 충분한 경도가 얻어지지 않았다.

강판 22는, 2단의 SR 처리를 행하는 것이나, 2단째의 SR 처리 온도가 본 발명에서 규정하는 범위를 웃돌고 있기 때문에, 가공 변형이 많이 소멸되어, 충분한 경도가 얻어지지 않았다.

강판 23은, 2단의 SR 처리를 행하는 것이며, 가공 변형의 조정 및 소멸을 도모하기 위한 1단째의 열처리와 가공 유기 마텐자이트의 오스테나이트로의 역변태를 행하는 2단째의 열처리라는 순서로 행했다. 상기 2단째의 열처리의 SR 처리 유지 시간이 본 발명에서 규정하는 범위를 웃돌고 있기 때문에, 가공 변형이 많이 소멸되어, 충분한 경도가 얻어지지 않았다.

강판 24는, 2단의 SR 처리를 행하는 것이며, 가공 변형의 조정 및 소멸을 도모하기 위한 1단째의 열처리와 가공 유기 마텐자이트의 오스테나이트로의 역변태를 행하는 2단째의 열처리라는 순서로 실시했다. 상기 2단째의 열처리의 SR 처리 온도가 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있기 때문에, 가공 유기 마텐자이트가 다량으로 잔존해, 하프 에칭 후의 곡률이나 가열 시험 후의 변형이 컸다.

또한, 강판 25는, SR 처리 그 자체를 실시하고 있지 않기 때문에, 다량의 가공 유기 마텐자이트(α')가 잔존한 것에 추가해, 판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 X선 반가폭이 커져, 하프 에칭 후의 휨, 가열 시험 후의 변형률이 모두 좋지 않았다.

또한, 본 실시예에서는, 5종류의 강종 A~H를 예를 들어 설명했는데, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 화학 조성을 갖는 준안정 오스테나이트계 스테인리스강이면, 본 발명은 동일하게 적용되는 것은 말할 필요도 없다.

Claims

질량%로,
C:0.03% 이하(0%를 포함하지 않음),
Si:1.0% 이하(0%를 포함하지 않음),
Mn:1.5% 이하(0%를 포함하지 않음),
Cr:15.0~20.0%,
Ni:6.0~9.0%,
N:0.03~0.15%,
Nb:0~0.50%,
V:0~0.50%,
Ti:0~0.20%,
Cu:0~1.5%,
Mo:0~2.0%,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물이며,
하기 (1)식으로 계산되는 Md30값이 30.0~50.0℃인 화학 조성을 갖고,
가공 유기(誘起) 마텐자이트량의 평균치가 체적률로 5.0% 이하이며,
오스테나이트 입경의 평균치가 5.0μm 이하이며,
판 표면 및 판 중심 각각에 있어서의 γ(220)상의 X선 회절 반가폭이 0.50° 이상이며, 또한 이들의 차가 0.10° 이하인 금속 조직을 갖는, 오스테나이트계 스테인리스 강판.
Md30값(℃)=497-462(C+N)-9.2(Si)-8.1(Mn)-13.7(Cr)-20(Ni+Cu)-18.7(Mo)……(1)
단, (1)식에 있어서의 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타낸다.
청구항 1에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, Nb:0.001~0.50%, V:0.001~0.50% 및 Ti:0.001~0.20%로부터 선택되는 1종 이상 함유하는, 오스테나이트계 스테인리스 강판.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, Cu:0.001~1.5% 및/또는 Mo:0.001~2.0%를 함유하는, 오스테나이트계 스테인리스 강판.