KR102020507B1 - Non-magnetic austenitic stainless steel improved in strength and surface conductivity - Google Patents
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Abstract
강도, 표면전도성이 향상된 비자성 오스테나이트계 스테인리스강이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강에 따르면, 중량%로, C: 0.07 내지 0.2%, N: 0.15 내지 0.4%, Si: 0.8 내지 2%, Mn: 16 내지 22%, S: 0.01% 이하(0 제외), Cr: 12.5 내지 20%, Cu: 1 내지 3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족한다.
(1) Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40
(여기서, Ni, Cr, Mn, Si, C, N는 각 원소의 중량% 이다.)A nonmagnetic austenitic stainless steel having improved strength and surface conductivity is disclosed. According to the austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention, in weight%, C: 0.07 to 0.2%, N: 0.15 to 0.4%, Si: 0.8 to 2%, Mn: 16 to 22%, S: 0.01% or less (excluding 0), Cr: 12.5 to 20%, Cu: 1 to 3%, balance Fe and other unavoidable impurities, and satisfy the following formula (1).
(1) Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40
Where Ni, Cr, Mn, Si, C, and N are the weight percentages of each element.
Description
본 발명은 비자성 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비자성 특성과 함께 강도 및 표면전도성이 요구되는 환경에도 적용 가능한 강도, 표면전도성이 향상된 비자성 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.The present invention relates to a nonmagnetic austenitic stainless steel, and more particularly, to a nonmagnetic austenitic stainless steel having improved strength and surface conductivity, which can be applied to an environment requiring strength and surface conductivity as well as nonmagnetic austenitic stainless steel. .
최근들어 다양한 분야의 산업발전에 따라 전자부품용 소재는 고강도와 비자성 특성 혹은 고강도와 비자성 특성 이외에 표면전도성이 우수한 오스테나이트 스테인리스강을 요구하고 있다. 일반적으로 전자부품용 소재는 고가의 Ni을 다량으로 함유하여 원료비가 높아지는 문제가 있다. Recently, according to industrial development in various fields, materials for electronic components require austenitic stainless steel having excellent surface conductivity in addition to high strength and nonmagnetic properties or high strength and nonmagnetic properties. In general, a material for an electronic component contains a large amount of expensive Ni, resulting in a high raw material cost.
STS304로 대표되는 오스테나이트계 스테인리스강은 양호한 내식성을 가지며, 소둔 열처리 상태에서 비자성의 오스테나이트 조직을 나타내어 비자성강으로서 각종 기기 및 장치에 사용되고 있다. 그러나 용도에 따라 가공을 실시하는 경우가 있으며, STS304 강에 딥드로잉 가공 및 프레스 가공을 적용할 경우, 소성유기 마르텐사이트 조직으로의 상변태로 인하여 비자성 특성을 유지하기 어려울 뿐만 아니라 지연 크랙이 발생하는 문제가 있다. The austenitic stainless steels represented by STS304 have good corrosion resistance, exhibit nonmagnetic austenitic structure in the annealing heat treatment state, and are used in various devices and devices as nonmagnetic steels. However, depending on the application, there are cases where processing is performed, and when deep drawing and press working are applied to STS304 steel, it is difficult to maintain nonmagnetic properties due to phase transformation into plastic organic martensite structure, and delay cracking occurs. there is a problem.
따라서, 이를 보완하기 위하여 Ni 함량을 낮추면서도 일반적인 오스테나이트계 스테인리스강과 동등 이상의 강도 및 표면전도성을 확보할 수 있는 새로운 강종의 개발이 필요하다.Therefore, in order to compensate for this, it is necessary to develop a new steel grade that can secure the strength and surface conductivity that is equal to or higher than that of general austenitic stainless steel while lowering the Ni content.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 해결하여, Ni첨가 없이 함량원소를 제어하여 소성유기 마르텐사이트를 억제하고, 응고 시 δ-페라이트 함량을 제어하여 강도, 표면전도성이 향상된 비자성 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention solve the problems described above, by controlling the content element without adding Ni, suppressing the plastic organic martensite, and controlling the δ-ferrite content during solidification, non-magnetic austenitic system improved in strength, surface conductivity It is intended to provide stainless steel.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도, 표면전도성이 향상된 비자성 오스테나이트계 스테인리스강 에 따르면, 중량%로, C: 0.07 내지 0.2%, N: 0.15 내지 0.4%, Si: 0.8 내지 2%, Mn: 16 내지 22%, S: 0.01% 이하(0 제외), Cr: 12.5 내지 20%, Cu: 1 내지 3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족한다.According to the non-magnetic austenitic stainless steel with improved strength and surface conductivity according to an embodiment of the present invention, in weight%, C: 0.07 to 0.2%, N: 0.15 to 0.4%, Si: 0.8 to 2%, Mn : 16 to 22%, S: 0.01% or less (excluding 0), Cr: 12.5 to 20%, Cu: 1 to 3%, balance Fe and other unavoidable impurities, and satisfy the following formula (1).
(1) Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40 (1) Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40
여기서, Ni, Cr, Mn, Si, C, N는 각 원소의 중량% 이다.Here, Ni, Cr, Mn, Si, C, and N are the weight% of each element.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)로 표현되는 항복강도가 450 MPa 이상일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a yield strength of 450 MPa or more represented by the following formula (2).
(2) 항복강도(MPa) = 185 + 1977C + 605N + 3.65Cu - 3.63Mn (2) Yield strength (MPa) = 185 + 1977C + 605N + 3.65Cu-3.63Mn
여기서, C, N, Cu, Mn은 각 원소의 중량% 이다.Here, C, N, Cu and Mn are the weight% of each element.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 70% 냉간가공후 측정된 페라이트 함량이 0.1% 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a ferrite content of 0.1% or less after cold processing of 70%.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 70% 냉간 가공에서도 투자율이 1.005 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a permeability of 1.005 or less even in 70% cold working.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (3)으로 표현되는 적층결함에너지(SFE)가 41 mJ/m2 이상일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a stacking defect energy (SFE) of 41 mJ / m 2 or more represented by the following Equation (3).
(3) SFE(mJ/m2) = 25.7+1.59(Ni+Cu)-0.85Cr+0.001Cr2+38.2N0 .5-2.8Si-1.34Mn+0.06Mn2 (3) SFE (mJ / m 2) = 25.7 + 1.59 (Ni + Cu) -0.85Cr + 0.001
여기서, Ni, Cu, Cr, N, Si, Mn은 각 원소의 중량% 이다.Here, Ni, Cu, Cr, N, Si, and Mn are weight% of each element.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 냉간압연재 경도(Hv) 값이 215이상일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a cold rolled material hardness (Hv) value of 215 or more.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 부동태 피막 2nm 이내 영역내 Cu+Mn 함량이 0.2% 이상일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a Cu + Mn content of 0.2% or more in a region within 2 nm of the passivation film.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 표면저항이 10mΩcm2 미만일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a surface resistance of less than 10 mΩcm 2 .
개시된 실시예에 따르면 Ni첨가 없이 함량원소를 제어하여 소성유기 마르텐사이트를 억제하고, 응고 시 δ-페라이트 함량을 제어하여 강도, 표면전도성이 향상된 비자성 오스테나이트계 스테인리스강 제공이 가능하다.According to the disclosed embodiment it is possible to provide a non-magnetic austenitic stainless steel with improved strength, surface conductivity by controlling the content element without Ni content to suppress the plastic organic martensite, and control the δ-ferrite content during solidification.
또한, 개시된 실시예에 따른 강도, 표면전도성이 향상된 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 각종 기기 또는 장치에 사용되는 비자성 부품용으로 다양한 적용이 가능하다.In addition, the non-magnetic austenitic stainless steel having improved strength and surface conductivity according to the disclosed embodiments may be variously used for non-magnetic parts used in various devices or devices.
또한, 개시된 실시예에 따르면 δ-페라이트에 의한 자성을 제거하기 위하여 장시간 소재를 열처리하는 추가적인 공정이 불필요하여, 제조 공정이 간단한 비자성 오스테나이트계 스테인리스강 제공이 가능하다.In addition, according to the disclosed embodiment there is no need for an additional process of heat-treating the material for a long time in order to remove the magnetism by δ-ferrite, it is possible to provide a non-magnetic austenitic stainless steel with a simple manufacturing process.
도 1은 Ni 당량과 투자율의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 Ni 당량과 항복강도 예측식과의 상관관계를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the correlation between Ni equivalent weight and permeability.
2 is a graph showing the correlation between Ni equivalent weight and yield strength prediction equation.
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.The following embodiments are presented to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. The present invention is not limited to the embodiments presented herein but may be embodied in other forms. The drawings may omit illustrations of parts not related to the description in order to clarify the present invention, and may be exaggerated to some extent in order to facilitate understanding.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates an exception.
이하에서는 강의 미세조직 내에 존재하는 δ-페라이트 함량을 제어하여 δ-페라이트를 분해하기 위한 추가적인 공정이 필요없이 통상의 공정으로 제조하더라도 비자성 특성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 통상적으로 사용되는 STS304계 스테인리스강 대비 향상된 강도 및 표면전도성을 갖는 비자성 오스테나이트계 스테인리스강에 대하여 기술한다.Hereinafter, by controlling the amount of δ-ferrite present in the microstructure of the steel, there is no need for an additional process for decomposing δ-ferrite, even if manufactured in a conventional process, it is possible to secure nonmagnetic properties, and the commonly used STS304 system A nonmagnetic austenitic stainless steel having improved strength and surface conductivity compared to stainless steel is described.
구체적으로, 본 발명에서는 열처리 추가 공정을 거치지 않더라도 고가의 Ni 첨가 없이도, 합금원소 성분계 제어만으로 우수한 비자성 특성을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다. Specifically, the present invention provides an austenitic stainless steel that exhibits excellent nonmagnetic properties only by controlling alloy element components even without expensive Ni addition without undergoing an additional heat treatment.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.07 내지 0.2%, N: 0.15 내지 0.4%, Si: 0.8 내지 2%, Mn: 16 내지 22%, S: 0.01% 이하(0 제외), Cr: 12.5 내지 20%, Cu: 1 내지 3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족한다.Austenitic stainless steel according to an aspect of the present invention, in weight percent, C: 0.07 to 0.2%, N: 0.15 to 0.4%, Si: 0.8 to 2%, Mn: 16 to 22%, S: 0.01% Or less (excluding 0), Cr: 12.5 to 20%, Cu: 1 to 3%, balance Fe, and other unavoidable impurities, and satisfy the following formula (1).
(1) 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40(1) 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40
이하, 본 발명의 실시예에서의 함금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.Hereinafter, the reason for the numerical limitation of the content of the alloying component in the embodiment of the present invention will be described. In the following, the unit is% by weight unless otherwise specified.
C의 함량은 0.07 내지 0.2%이다.The content of C is 0.07 to 0.2%.
탄소(C)는 강력한 오스테나이트상 안정화 원소이며, 고용강화에 의한 재료강도 증가를 위해 0.07% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다한 경우, 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 내식성을 저하시키는 바, 그 상한을 0.2% 로 한정할 수 있다. Carbon (C) is a strong austenitic stabilizing element and is preferably added at least 0.07% in order to increase the material strength by solid solution strengthening. However, when the content is excessive, the upper limit can be limited to 0.2% by easily combining with a carbide forming element such as Cr, which is effective for corrosion resistance, thereby lowering the Cr content around the grain boundary and reducing the corrosion resistance.
N의 함량은 0.15 내지 0.4%이다. The content of N is 0.15 to 0.4%.
질소(N)는 강력한 오스테나이트상 안정화 원소이며, Ni를 첨가하지 않는 강에서는 필수적으로 첨가되는 원소로 본 발명에서는 0.15% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다한 경우, 질화물 석출 및 질소 포어(pore)에 의한 표면결함을 발생시키는 바, 그 상한을 0.4% 로 한정할 수 있다.Nitrogen (N) is a strong austenite phase stabilizing element, and is an element which is essentially added in steel without adding Ni, and preferably 0.15% or more in the present invention. However, if the content is excessive, the occurrence of surface defects due to nitride precipitation and nitrogen pores, the upper limit can be limited to 0.4%.
Si의 함량은 0.8 내지 2% 이다. The content of Si is 0.8 to 2%.
규소(Si)는 탈산에 유용한 원소이며, Ni을 첨가하지 않을 경우 내식성 향상에 기여하는 효과가 있어 0.8% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다한 경우, 충격인성과 관련된 기계적 특성을 저하시키는 바, 그 상한을 2%로 한정할 수 있다. Silicon (Si) is an element useful for deoxidation, and when Ni is not added, it is effective to improve corrosion resistance, and therefore it is preferably added at 0.8% or more. However, if the content is excessive, the mechanical properties related to impact toughness are reduced, and the upper limit thereof may be limited to 2%.
Mn의 함량은 16 내지 22% 이다.The content of Mn is 16 to 22%.
망간(Mn)은 Ni을 첨가하지 않을 경우 오스테나이트상의 안정화에 필수적으로 첨가되는 핵심원소로, 16% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 표면결함이 발생하는 바, 그 상한을 22%로 한정할 수 있다. Manganese (Mn) is a key element that is essential for stabilizing austenite phase when Ni is not added. It is preferable to add at least 16%. However, if the content is excessive, the surface defect occurs, the upper limit can be limited to 22%.
S의 함량은 0.01% 이하이다.The content of S is 0.01% or less.
황(S)은 MnS를 형성하며, 이러한 MnS은 부식의 기점이 되어 내식성을 감소시키므로, 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.Sulfur (S) forms MnS, and this MnS is the starting point of corrosion and reduces the corrosion resistance, it is preferable to limit to 0.01% or less.
Cr의 함량은 12.5 내지 20%이다.The content of Cr is 12.5 to 20%.
크롬(Cr)은 스테인리스강의 내식성 향상 원소 중 가장 많이 함유되어 기본이 되는 원소이며, 내식성의 발현을 위해 12.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 Cr은 페라이트 안정화 원소로서, Cr 함량이 높아지면 페라이트 분율이 증가하여 오스테나이트 안정화를 저해하는 바, 그 상한을 20%로 한정할 수 있다. Chromium (Cr) is the most basic element contained and contained among the corrosion resistance improving elements of stainless steel, and it is preferable to add 12.5% or more in order to express corrosion resistance. However, Cr is a ferrite stabilizing element, and as the Cr content increases, the ferrite fraction increases to inhibit austenite stabilization, so the upper limit thereof may be limited to 20%.
Cu의 함량은 1 내지 3%이다.The content of Cu is 1-3%.
구리(Cu)는 Mn과 같이 본 발명에서 필수적으로 첨가되는 원소로, 오스테나이트상 안정성을 증가시키고 내식성을 향상함을 물론 Mn가 함께 첨가되어 부동태 피막내 고용되어 표면전도성을 증가할 수 있어 1%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 오히려 성형성을 저하시키는 바, 그 상한을 3%로 한정할 수 있다. Copper (Cu) is an element essential in the present invention, such as Mn, increases austenite stability and improves corrosion resistance, as well as Mn is added together to increase the surface conductivity by solid solution in the passivation film. It is preferable to add more. However, when the content is excessive, the moldability is rather lowered, and the upper limit thereof may be limited to 3%.
니켈(Ni)은 미량 첨가시 오히려 용출 및 성형성이 저하되어 본 발명에서는 불순물로 관리한다.Nickel (Ni) is rather reduced in elution and moldability when added in a small amount, and is managed as an impurity in the present invention.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, in the conventional manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably mixed, and thus cannot be excluded. Since these impurities are known to those skilled in the art, all of them are not specifically mentioned in the present specification.
일반적으로 전자부품 용도로 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강은 판재성형, 딥드로잉 등의 공정이 요구되며, 성형 완성품에서는 변형량이 약 50% 이상인 변형조직이 형성되고, 이러한 변형부에서도 비자성 특성이 유지되어야 한다.In general, austenitic stainless steels used for electronic parts require plate forming, deep drawing, and the like, and a molded product having a deformation amount of about 50% or more is formed in the finished product, and non-magnetic properties are maintained even in such deformation parts. Should be.
강의 비자성 특성을 이용하는 전자부품용 소재에 있어서, 정상적인 작동을 위해서는 부품에 적용된 강의 투자율(magnetic permeability, μ)이 1.005 이하가 되어야 한다. 이를 만족하기 위해서는 강의 응고 시에 형성되는 δ-페라이트의 함량을 제어하여야 한다. In materials for electronic parts using the nonmagnetic properties of steel, the magnetic permeability (μ) of the steel applied to the part must be less than 1.005 for normal operation. In order to satisfy this, it is necessary to control the content of δ-ferrite formed during solidification of the steel.
일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강의 미세조직 내에 존재하는 δ-페라이트는 체심입방형 구조(Body Centered Cubic Structure, BCC)를 가지는 조직의 특성으로 인하여 자성을 띄게 되며, 오스테나이트는 면심입방형 구조(Face Center Cubic Structure, FCC)로 자성을 띄지 않게 된다. 따라서, δ-페라이트의 분율을 제어하여 원하는 크기의 자성 특성을 얻을 수 있으며, 비자성강의 경우에는 δ-페라이트의 분율을 최대한 낮게 하거나, 없애는 것이 필요하다.In general, δ-ferrite in the microstructure of austenitic stainless steel becomes magnetic due to the characteristics of the structure having a body centered cubic structure (BCC), and austenite has a face center cubic structure (Face Center). Cubic Structure (FCC) will not be magnetic. Therefore, the magnetic properties of the desired size can be obtained by controlling the fraction of δ-ferrite, and in the case of nonmagnetic steel, it is necessary to lower or eliminate the fraction of δ-ferrite as much as possible.
특히 오스테나이트 안정화 원소를 첨가함으로써 δ-페라이트 분율을 감소시킬 수 있는데, 일반적으로 다른 물성의 저하 없이 오스테나이트를 안정화시키는데 유용한 Ni 함량을 제어하여 δ-페라이트의 형성을 억제할 수 있다.In particular, by adding an austenite stabilizing element, the δ-ferrite fraction can be reduced, and generally, the formation of δ-ferrite can be suppressed by controlling the Ni content useful for stabilizing austenite without deteriorating other physical properties.
다만, Ni은 매우 고가의 원소이므로, 그 사용범위가 제한되는 경우가 있다. 따라서 본 발명자들은 Ni 첨가 없이 Mn, Si, C, N 의 함량을 제어하여 오스테나이트계 스테인리스강의 비자성 특성을 확보하고자 하였다. 비자성 특성은 오스테나이트 안정화도를 나타내는 Ni 당량(Nieq) 값으로 표현할 수 있다. However, since Ni is an extremely expensive element, its use range may be limited. Therefore, the present inventors attempted to secure the nonmagnetic properties of the austenitic stainless steel by controlling the contents of Mn, Si, C, and N without adding Ni. The nonmagnetic property can be expressed as a Ni equivalent (Nieq) value representing austenite stabilization.
Ni 당량은 주어진 조성 성분계에서 δ-페라이트가 형성되지 않도록 하는 최소 Ni 함량을 의미하며, 아래와 같이 표현될 수 있다.Ni equivalent refers to the minimum Ni content to prevent the δ-ferrite is formed in a given composition system, it can be expressed as follows.
Nieq = Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N Nieq = Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N
여기서, Ni, Cr, Mn, Si, C, N는 각 원소의 중량 %이다.Here, Ni, Cr, Mn, Si, C, and N are the weight% of each element.
본 발명자들은 Ni 당량값이 40 이상인 경우에, 실제 가혹 성형부를 모사하여 70% 냉간가공 후 측정된 페라이트 함량이 0.1% 이하를 만족하여야 투자율이 1.005 이하로 나타나 비자성 특성을 만족할 수 있음을 발견하였다.The present inventors have found that when the Ni equivalent value is 40 or more, the ferrite content is 0.105 or less to satisfy the nonmagnetic properties when the ferrite content measured after 70% cold working is simulated by the actual harsh molded part to satisfy 0.1% or less. .
도 1은 Nieq에 따른 투자율 상관관계를 나타내는 그래프이다. 도 1을 참조하면, Ni 당량값이 40 이상일 경우에 오스테나이트 스테인리스강의 70% 냉간변형 후 투자율이 1.005 이하를 만족함을 알 수 있다.1 is a graph showing the magnetic permeability correlation according to Nieq. Referring to FIG. 1, when the Ni equivalent value is 40 or more, the permeability after 70% cold deformation of the austenitic stainless steel satisfies 1.005 or less.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스강의 냉연소둔판은 하기 식 (2) 로 표현되는 항복강도가 450Mpa 이상 및 경도(Hv) 값이 215 이상을 만족할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the cold-rolled annealing plate of the austenitic stainless steel can satisfy the yield strength of 450 Mpa or more and the hardness (Hv) value of 215 or more represented by the following formula (2).
(2) 항복강도(Mpa) 예측식 = 185 + 1977C + 605N + 3.65Cu - 3.63Mn(2) Yield strength (Mpa) prediction formula = 185 + 1977C + 605N + 3.65Cu-3.63Mn
여기서, C, N, Cu, Mn은 각 원소의 중량 %이다.Here, C, N, Cu and Mn are the weight% of each element.
전자부품용 소재에 있어서, 다양한 가공환경에 대한 강도를 확보할 필요가 있다. 본 발명에서는 Ni을 첨가하지 않고, 항복강도 증대에 효과적인 C, N 및 Cu의 함량을 제어하여 오스테나이트계 스테인리스강의 고강도화를 실현하고자 하였다.In electronic component materials, it is necessary to secure strength for various processing environments. In the present invention, it is intended to realize the high strength of the austenitic stainless steel by controlling the content of C, N and Cu, which is effective in increasing yield strength, without adding Ni.
본 발명자들은 식 (2)로 표현되는, C, N 및 Cu 함량을 포함한 항복강도 예측식이 강의 강도를 잘 반영하고 있음을 알아내었으며, 식 (2)의 범위가 450이상일 경우 목적하는 강도를 확보할 수 있음을 발견하였다.The inventors have found that the yield strength prediction formula including C, N and Cu contents, represented by Equation (2), well reflects the strength of the steel, and when the range of Equation (2) is 450 or more, the desired strength is secured. I found it possible.
도 2는 Nieq에 따른 항복강도(MPa) 상관관계를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the yield strength (MPa) correlation according to Nieq.
도 2를 참조하면, Ni 당량값이 40 이상일 경우에 오스테나이트 스테인리스강의 냉연소둔판의 항복강도가 450Mpa 이상을 만족함을 알 수 있다. 2, it can be seen that the yield strength of the cold rolled annealing plate of the austenitic stainless steel satisfies 450 Mpa or more when the Ni equivalent value is 40 or more.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (3)으로 표현되는 적층결함에너지가 41 mJ/m2 이상을 만족할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may satisfy a stacking defect energy of 41 mJ / m 2 or more represented by the following Equation (3).
(3) SFE (mJ/m2) = 25.7 + 1.59(Ni+Cu) - 0.85Cr + 0.001Cr2 + 38.2N0 .5 - 2.8Si - 1.34Mn + 0.06Mn2 (3) SFE (mJ / m 2) = 25.7 + 1.59 (Ni + Cu) - 0.85Cr + 0.001
고강도와 함께 판재성형, 딥드로잉 등의 공정 용이성을 고려하여 오스테나이트계 스테인리스강의 연성을 확보할 필요가 있다.In addition to high strength, it is necessary to secure the ductility of the austenitic stainless steel in consideration of process ease such as sheet forming and deep drawing.
오스테나이트상의 적층결함에너지(SFE, mJ/m2)는 오스테나이트상의 변형 기구를 제어하는 것으로 알려져 있다. 통상적으로 오스테나이트상의 적층결함에너지는 단상의 오스테나이트계 스테인리스강인 경우, 외부에서 부가한 소성 변형에너지가 오스테나이트상의 변형에 기여하는 정도를 나타낸다. The stacking defect energy (SFE, mJ / m 2 ) of the austenite phase is known to control the deformation mechanism of the austenite phase. Usually, the stacking defect energy of the austenite phase represents the degree to which the plastic deformation energy added from the outside contributes to the deformation of the austenite phase in the case of the single phase austenitic stainless steel.
일반적으로, 적층결함에너지가 낮을수록 오스테나이트상에서 엡실론 마르텐사이트상 형성 후 강의 가공경화에 기여하는 소성 유기 마르텐사이트상이 형성되는 정도가 증가한다. In general, the lower the lamination defect energy, the higher the degree of formation of the calcined organic martensite phase which forms the epsilon martensite phase in the austenite phase and contributes to the work hardening of the steel.
적층결함에너지가 중간 정도인 경우, 오스테나이트상에서 기계적 쌍정이 형성된다. 중간 정도의 적층결함에너지 경우, 이들 쌍정의 교차점에서 소성 유기 마르텐사이트상이 형성되어, 가해진 소성 변형 에너지가 기계적으로 상변화를 초래하여 오스테나이트상에서 마르텐사이트상으로 변태를 일으킨다. 따라서 스테인리스강의 경우 상당히 광범위한 범위에서 중간상(엡실론 마르텐사이트상 또는 기계적 쌍정)의 차이점만 제외하고 소성 유기 마르텐사이트상이 형성된다고 알려져 있다. 따라서, 적층결함에너지가 41mJ/m2 미만인 경우는 오스테나이트상에서 엡실론 마르텐사이트상 형성된 후 소성 유기 마르텐사이트상이 형성되거나, 오스테나이트상에서 기계적 쌍정이 형성된 후 소성 유기 마르텐사이트상이 형성된다. If the lamination defect energy is moderate, mechanical twins are formed on the austenite. In the case of moderate lamination defect energy, a plastic organic martensite phase is formed at the intersection of these twins, and the applied plastic strain energy mechanically causes a phase change, resulting in a transformation from the austenite phase to the martensite phase. Thus, in the case of stainless steel, it is known that a calcined organic martensite phase is formed except for the difference between the intermediate phase (epsilon martensite phase or mechanical twin) in a fairly wide range. Accordingly, when the lamination defect energy is less than 41 mJ / m 2 , the calcined organic martensite phase is formed after the epsilon martensite phase is formed on the austenite phase, or the calcined organic martensite phase is formed after the mechanical twins are formed on the austenite phase.
그러나 적층결함에너지가 41mJ/m2 이상의 경우에는, 기계적 쌍정이나 엡실론 마르텐사이트상의 형성 없이 전위이동에 의하여 변형이 진행되기 때문에 오스테나이트상에서 마르텐사이트상으로의 변태가 잘 이루어지지 않는다고 알려져있다. However, when the lamination defect energy is 41 mJ / m 2 or more, it is known that transformation from austenite phase to martensite phase is difficult because deformation proceeds by dislocation movement without formation of mechanical twin or epsilon martensite phase.
본 발명자들은 식 (3)으로 표현되는 오스테나이트상의 적층결함에너지가 41 mJ/m2 이상인 경우는 투과전자 현미경을 이용하여 조사한 결과, 소성 변형 후 마르텐사이트상의 형성이 관찰되지 않음을 확인할 수 있었다.The inventors of the present invention confirmed that the lattice defect energy of the austenite phase represented by the formula (3) was 41 mJ / m 2 or more, using a transmission electron microscope. As a result, the formation of the martensite phase was not observed after plastic deformation.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스강은 표층으로부터 2nm 이내 영역에서, Cu + Mn 함량이 0.2% 이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the austenitic stainless steel may have a Cu + Mn content of 0.2% or more in a region within 2 nm from the surface layer.
전자부품 용도로 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강에서 표면전도성은 중요한 인자이다. 본 발명에서는 Cu 와 Mn의 함량을 제어하여, 부동태 피막의 두께 2nm 이내 영역 내에서 Cu + Mn 함량이 0.2% 이상일 때 표면저항이 10mΩcm2 이하로 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 Cu와 Mn이 Cr산화물층으로 구성되는 부동태 피막에 일부 치환 고용됨으로써 전자 이동도가 증가하여 표면전도성이 증가하는 것으로 파악하였다.Surface conductivity is an important factor in austenitic stainless steel used for electronic parts. In the present invention, by controlling the content of Cu and Mn, it was confirmed that the surface resistance is less than 10mΩcm 2 when the Cu + Mn content is 0.2% or more in the region within 2nm thickness of the passivation film. This suggests that the partial mobility of Cu and Mn in the passivation film composed of the Cr oxide layer increases the electron mobility, thereby increasing the surface conductivity.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
실시예Example
표 1과 같이 강의 각 성분의 함량을 변경하면서 50kg 잉곳(Ingot) 캐스팅을 통해 스테인리스 강재를 생산하였다. 잉곳을 1250℃에서 3시간 가열후, 열간압연을 실시하여 4mm두께의 열연재를 생산하였다. 열연재는 냉간압연을 실시하여 최종 두께 2.5mm 로 가공하여 1100℃ 에서 대기중에 30초 동안 소둔을 실시한 후, 산세하였다.As shown in Table 1, stainless steels were produced through 50 kg ingot casting while changing the content of each component of the steel. After heating the ingot at 1250 ° C. for 3 hours, hot rolling was performed to produce a 4 mm thick hot rolled material. The hot rolled material was cold rolled, processed to a final thickness of 2.5 mm, annealed in the air at 1100 ° C. for 30 seconds, and then pickled.
이와 같은 방법으로 제조된 시편에 대해 인장시험을 통해 항복강도(YS, Mpa)를 측정하여 항복강도 예측식과 비교하였다. 또한 비커스 경도시험을 통해 경도(Hv)를 측정하였다. Yield strengths (YS, Mpa) were measured through tensile tests on specimens prepared in this way and compared with the yield strength prediction equation. In addition, hardness (Hv) was measured through the Vickers hardness test.
표 1에 따른 발명강 및 비교강을 실험에 사용하였다. Invented steels and comparative steels according to Table 1 were used in the experiment.
2.5mm 냉간압연이 된 시편은 실제 전자부품 소재의 성형품 내의 비자성, 표면저항 특성을 모사하기 위하여 70% 냉간 압하율로 냉간압연하여 0.75mm 두께의 냉간압연 판재를 제조하였다. 페라이트스코프 장비를 활용하여 제조된 냉간압연 판재의 페라이트 함량(%)를 측정하였으며, 투자율 측정장비(FERROMASTER)를 활용하여 투자율을 측정하였다.2.5mm cold rolled specimens were cold rolled at 70% cold rolling rate to simulate the nonmagnetic and surface resistance characteristics of the molded parts of actual electronic parts. The ferrite content (%) of the cold rolled sheet manufactured using the ferrite scope equipment was measured, and the permeability was measured using the permeability measuring equipment (FERROMASTER).
또한, GDS(Glow Discharge Spectrometer) 분석장비를 활용하여 냉간압연 판재의 표층부로부터 2nm 지점에서의 부동태 피막 내의 Mn+Cu(중량%)를 분석하였다. In addition, using a GDS (Glow Discharge Spectrometer) analysis equipment was analyzed Mn + Cu (% by weight) in the passivation film at the 2nm point from the surface layer of the cold-rolled sheet material.
표면저항은 금이 도금된 Cu-plate(면적2cm2)를 냉간압연 판재의 상/하면에 배치하고, 압력을 10N/cm2 인가하여 DC 4 단자법으로 저항을 측정하여 표면저항 값으로 나타내었다. 표면저항 측정기준은 10mΩcm2 미만은 양호, 그 이상은 미흡한 것으로 평가하였다.For surface resistance, the gold-plated Cu-plate (area 2cm 2 ) was placed on the upper and lower surfaces of the cold rolled sheet, and the pressure was applied by applying 10N / cm 2 to the
각각의 성분에서 오스테나이트 스테인리스강의 적층결함에너지(SFE), 페라이트 함량, 투자율, 항복강도 예상값 및 실제값, 경도, 표층부 2nm 지점의 Mn+Cu 함량 및 표면저항 평가결과를 하기 표 2에 나타내었다.The evaluation results of lamination defect energy (SFE), ferrite content, permeability, yield strength and actual value, hardness, Mn + Cu content and surface resistance of the austenitic stainless steel in each component are shown in Table 2 below. .
함량(%)ferrite
content(%)
예측식YS (Mpa)
Prediction
실측치YS (Mpa)
Found
(Hv)Hardness
(Hv)
(mJ/m2)SFE
(mJ / m 2 )
(중량 %)Mn + Cu at 2nm of surface layer
(weight %)
(mΩcm2)Surface resistance
(mΩcm 2 )
도 1은 Nieq에 따른 투자율 상관관계를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the magnetic permeability correlation according to Nieq.
도 1 및 표 2를 참조하면, 실시예들의 경우 비교예들과 비교하여 식 (1)로 표현되는 Nieq 값이 40 이상을 만족하여, 투자율은 1.005 이하로 나타나 비자성 특성을 만족함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1 and Table 2, the Nieq value expressed by Equation (1) satisfies 40 or more, and the permeability is 1.005 or less, compared to the comparative examples, and it can be confirmed that the nonmagnetic properties are satisfied. .
도 2는 Nieq에 따른 항복강도(MPa) 상관관계를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the yield strength (MPa) correlation according to Nieq.
도 1 및 표 2를 참조하면, 실시예들의 경우 비교예들과 비교하여 식 (1)로 표현되는 Nieq 값이 40 이상을 만족하여, 항복강도는 450 MPa 이상, 경도는 215 Hv 이상을 만족함을 확인할 수 있다. 또한, 표 2를 참조하면 발명강들의 경우, 항복강도의 예측식과 항복강도 실측치 사이의 차이가 극미하여, 식 (2)가 오스테나이트계 스테인리스강의 강도를 잘 반영하고 있음을 알 수 있다. 1 and Table 2, the Nieq value represented by Equation (1) compared to the comparative examples in the case of the embodiment satisfies 40 or more, yield strength is 450 MPa or more, hardness is 215 Hv or more You can check it. In addition, referring to Table 2, it can be seen that, in the case of the inventive steels, the difference between the predicted yield strength yield value and the yield strength measured value is extremely small, and Equation (2) well reflects the strength of the austenitic stainless steel.
또한, 실시예들의 경우 비교예들과 비교하여 적층결함에너지(SFE) 값이 41 mJ/m2 이상으로 나타나 소성 변형 후 마르텐사이트상의 형성을 억제하여 연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 표층으로부터 2nm 이내 영역에서 Cu + Mn 함량이 0.2% 이상으로 Cu 및 Mn의 농축이 발생하여 표면저항은 10mΩcm2 이하로 측정되었다. 즉, 표면전도성이 향상됨을 확인할 수 있다. In addition, the stacking defect energy (SFE) value of 41 mJ / m 2 or more compared to the comparative examples in the case of the embodiment can not only secure the ductility by inhibiting the formation of martensite phase after plastic deformation, but also 2nm from the surface layer The Cu + Mn content of 0.2% or more in the region within the concentration of Cu and Mn occurred, the surface resistance was measured to 10mΩcm 2 or less. That is, it can be confirmed that the surface conductivity is improved.
이에 비해, 비교예 1에서는 Ni을 8.1% 포함하였지만, Mn 함량이 1.5%로 과도하게 낮아, Nieq 값은 40에 미달하였다. 구체적으로, 표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예 1의 경우 Nieq 값이 23.745로 본 발명 범위를 벗어나, 투자율이 5.2로 자성 일 뿐만 아니라 450 MPa 이상의 고강도 및 목적하는 표면전도성을 확보할 수 없었다. On the contrary, in Comparative Example 1, Ni contained 8.1%, but the Mn content was excessively low as 1.5%, and the Nieq value was less than 40. Specifically, referring to Table 1 and Table 2, in the case of Comparative Example 1 Nieq value is 23.745 outside the scope of the present invention, magnetic permeability is 5.2, not only could not secure high strength and the desired surface conductivity of 450 MPa or more .
표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예 2의 경우에는 C, Si, Mn 함량이 본 발명의 범위를 만족하나, Nieq 값이 38.45로 40에 미달하여, 투자율이 1.1로 목적하는 비자성 특성을 확보할 수 없을 뿐만 아니라 450 MPa 이상의 고강도 및 목적하는 표면전도성을 확보할 수 없었다. Referring to Table 1 and Table 2, in the case of Comparative Example 2, the content of C, Si, Mn satisfies the scope of the present invention, but the Nieq value is 38.45, which is less than 40, and the magnetic permeability is 1.1 to achieve the desired nonmagnetic properties. Not only could not be secured, but also high strength of 450 MPa or more and desired surface conductivity could not be secured.
표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예 3의 경우에도 Nieq 값이 30.38로 40에 미달하여, 투자율이 2.5로 목적하는 비자성 특성을 확보할 수 없을 뿐만 아니라 450 MPa 이상의 고강도 특성을 확보할 수 없었다.Referring to Table 1 and Table 2, even in the case of Comparative Example 3 Nieq value is 30.38, less than 40, the permeability is 2.5, not only can not secure the desired nonmagnetic properties, but also high strength properties of 450 MPa or more can be secured There was no.
또한, 비교예 3의 경우에는 Mn과 함께 부동태 피막 내에 고용되는 Cu가 미첨가되어 표층으로부터 2nm 이내 영역에서 Cu + Mn 함량이 0.0001% 이며, 이에 따라 표면저항은 45mΩcm2 로 측정되어 목적하는 표면전도성을 확보할 수 없었다.In addition, in the case of Comparative Example 3, Cu and Mn dissolved in the passivation film were not added together with Mn, and the content of Cu + Mn was 0.0001% in the region within 2 nm from the surface layer. Accordingly, the surface resistance was measured to be 45 mΩcm 2 , thereby providing the desired surface conductivity. Could not be secured.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 Ni첨가 없이 함량원소를 제어하여 소성유기 마르텐사이트를 억제하고, 응고 시 δ-페라이트 함량을 제어하여 강도, 표면전도성을 높이면서도 비자성 특성을 확보할 수 있다.Austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention is to control the content element without adding Ni to suppress the plastic organic martensite, and to control the δ-ferrite content during solidification to increase the strength, surface conductivity and non-magnetic properties It can be secured.
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.As described above, the exemplary embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and a person skilled in the art does not depart from the spirit and scope of the following claims. It will be understood that various changes and modifications are possible in the following.
Claims (8)
하기 식 (1)을 만족하고,
하기 식 (3)으로 표현되는 적층결함에너지(SFE)가 41 mJ/m2 이상인 오스테나이트계 스테인리스강.
(1) Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40
(여기서, Ni, Cr, Mn, Si, C, N는 각 원소의 중량% 이다.)
(3) SFE(mJ/m2) = 25.7+1.59(Ni+Cu)-0.85Cr+0.001Cr2+38.2N0.5-2.8Si-1.34Mn+0.06Mn2
(여기서, Ni, Cu, Cr, N, Si, Mn은 각 원소의 중량% 이다.)By weight, C: 0.07 to 0.2%, N: 0.15 to 0.4%, Si: 0.8 to 2%, Mn: 16 to 22%, S: 0.01% or less (excluding 0), Cr: 12.5 to 20%, Cu : 1 to 3%, balance Fe and other unavoidable impurities,
Satisfy the following formula (1),
Austenitic stainless steel having a lamination defect energy (SFE) of 41 mJ / m 2 or more represented by the following formula (3).
(1) Ni + 0.65Cr + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C + 33.6N ≥ 40
Where Ni, Cr, Mn, Si, C, and N are the weight percentages of each element.
(3) SFE (mJ / m 2 ) = 25.7 + 1.59 (Ni + Cu) -0.85Cr + 0.001Cr 2 + 38.2N 0.5 -2.8Si-1.34Mn + 0.06Mn 2
Where Ni, Cu, Cr, N, Si, and Mn are the weight percent of each element.
하기 식 (2)로 표현되는 항복강도가 450 MPa 이상인 오스테나이트계 스테인리스강.
(2) 항복강도(MPa) = 185 + 1977C + 605N + 3.65Cu - 3.63Mn
(여기서, C, N, Cu, Mn은 각 원소의 중량% 이다.)The method of claim 1,
The austenitic stainless steel whose yield strength represented by following formula (2) is 450 Mpa or more.
(2) Yield strength (MPa) = 185 + 1977C + 605N + 3.65Cu-3.63Mn
(Where C, N, Cu, and Mn are the weight percent of each element.)
70% 냉간가공후 측정된 페라이트 함량이 0.1% 이하인 오스테나이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Austenitic stainless steel with a ferrite content of 0.1% or less after 70% cold working.
70% 냉간 가공에서도 투자율이 1.005 이하인 오스테나이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Austenitic stainless steel with a permeability of 1.005 or less, even at 70% cold working.
냉간압연재 경도(Hv) 값이 215이상인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Austenitic stainless steel, characterized in that the cold-rolled material hardness (Hv) value of 215 or more.
부동태 피막 2nm 이내 영역내 Cu+Mn 함량이 0.2% 이상인 오스테나이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Austenitic stainless steel with a Cu + Mn content of 0.2% or more in the region within 2 nm of the passivation film.
표면저항이 10mΩcm2 미만인 오스테나이트계 스테인리스강.The method of claim 7, wherein
Austenitic stainless steel with a surface resistance of less than 10 mΩcm 2 .
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