KR102497433B1 - 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents

강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강이 개시된다. 개시된 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.15 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족한다.
식(1): 15 ≤ 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo ≤ 25
여기서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.

Description

강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 {AUSTENITIC STAINLESS STEEL WITH IMPOROVED STRENGTH AND CORROSION RESISTANCE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로, 특히 성분조건 및 냉연 소둔 조건을 최적화 함으로써, 최종 냉연강판의 강도 및 연신율을 확보하면서도 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인리스강은 화학성분이나 금속조직에 따라 분류한다. 금속조직에 따를 경우, 스테인리스강은 오스테나이트(Austenite)계, 페라이트(Ferrite)계, 마르텐사이트(Martensite)계 그리고 이상(Dual Phase)계로 분류할 수 있다.
오스테나이트계 스테인리스강은 성형성, 내식성, 용접성 등 물성이 탁월하여 가장 많이 사용되는 대표적인 스테인리스강이다. 그 중에서도 대표적인 강종의 하나인 STS 301계열은 내식성, 가공성, 용접성이 우수하여 각종 용도에 사용되고 있다.
오스테나이트계 스테인리스강은 가공 시 상변태를 동반한다. 오스테나이트상을 안정화시키는 원소들을 충분히 첨가하지 않는 경우, 오스테나이트상은 소성변형 도중 마르텐사이트상으로 변태하여 소성변형에 따른 가공경화가 발생한다.
다만, 냉연강판의 표면에 발생하는 띠상 줄무늬로 인해 표면품질을 확보할 수 없는 문제가 있다. 이러한 표면 결함인 띠상 줄무늬는, 주조 시, 델타페라이트 응고 이후 austensite로 변태 과정에서, 비평형상인 델타페라이트가 불균일하게 잔류함으로써 재결정 결정립의 불균일 성장을 유발하여 발생하는 것으로, 냉연 소둔을 거친 이후에도 잔존한다.
종래에는 표면의 불균일한 미세조직을 유발하는 델타-페라이트의 강판 폭 방향 편차를 줄이고, 열간압연 전 슬라브의 가열 온도를 높여 델타-페라이트를 확산, 제거하는 방법을 제안하고 있으나, 델타-페라이트가 압연 및 소둔 공정에서도 완전히 제거되지 않고 불균일하게 잔류하는 문제가 있다.
구체적으로, 일본 공개공보 1999-012652에서는 열간압연전 Slab 온도를 높임으로써, 일본 공개공보 1993-293601에서는 연속주조시 저속냉각을 도입함으로써 델타페라이트의 확산 및 소실을 촉진하는 방법을 제안하고 있으나, 전술한 방법에 의해서도 표면 띠상 줄무늬에 의한 광택 불균일의 문제는 여전히 발생하고 있는 실정이다.
한편, 일본 공개공보 2000-54081에서는 산화물의 분포를 제어함으로써 냉연재 표면의 결정립을 미세화 하기 위해 Nb, B, Mo 등을 첨가하는 방안을 제안하고 있으나, 제조 원가을 상승시키고 표면 결함이 잔존하는 문제가 있다.
따라서, 강도 및 연신율을 확보하면서도 표면 품질을 확보할 수 있어 철도 차량 외장재에 적용이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강의 개발이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 최종 냉연 소둔재의 강도 및 연신율을 확보하면서도 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.15 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족한다.
식(1): 15 ≤ 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo ≤ 25
여기서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식(2)를 만족할 수 있다.
식(2): 0.139 ≤ C+N ≤ 0.180
여기서, C, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연신율이 45% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 항복강도는 300MPa 이상이고, 인장강도는 700MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.15 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하고, 열연 소둔하는 단계; 열연 소둔이 진행된 강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연강판을 1,000 내지 1,100℃에서 냉연 소둔하는 단계;를 포함한다.
식(1): 15 ≤ 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo ≤ 25
여기서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식(2)를 만족할 수 있다.
식(2): 0.139 ≤ C+N ≤ 0.180
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연 소둔은, 10초 내지 10분간 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성분조건 및 냉연 소둔 조건을 최적화함으로써 최종 냉연 소둔재의 강도 및 연신율을 확보하면서도 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 변형률과 강도 및 가공 경화 속도와의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 오스테나이트계 스테인리스 냉연강판의 표면에 발생한 광택 불균일을 보여주는 사진이다.
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.
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. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.15 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 함금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C의 함량은 0.019 내지 0.030%이다.
탄소(C)는 오스테나이트상 안정화 원소이다. 탄소는 고용강화 효과뿐만 아니라 가공 도중 마르텐사이트상 변태 시에도 강화 효과에 크게 기여하므로, 오스테나이트계 스테인리스강의 강도 확보를 위해 0.019% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 Cr탄화물의 입계 석출을 유도하여 연성, 인성, 내식성 등에 악영향을 미칠 수 있으므로 그 상한을 0.030%로 한정할 수 있다.
Si의 함량은 0.3 내지 0.8%이다.
실리콘(Si)은 제강공정 중 탈산제의 역할을 함과 동시에 강도 및 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소로 0.3% 이상 첨가할 수 있다. 그러나 Si은 페라이트상 안정화에 효과적인 원소로써 과잉 첨가 시 주조 슬라브 내 델타 페라이트 형성을 조장하여 열간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 고용강화 효과에 의한 강재의 연성/인성을 저하시킬 수 있으므로 그 상한을 0.8%로 한정할 수 있다.
Mn의 함량은 1.0 내지 1.8%이다.
망간(Mn)은 오스테나이트상 안정화 원소로, N의 고용도를 개선하고 지나친 가공유기 마르텐사이트 생성을 억제하기 위해 1.0% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, S계 개재물(MnS)을 과량 형성하여 오스테나이트계 스테인리스강의 연성, 인성 및 내식성을 저하시킬 수 있으며, 제강 공정도중 Mn 흄을 발생시켜 제조상 위험성을 동반하므로 그 상한을 1.8%로 한정할 수 있다.
Ni의 함량은 6.5 내지 7.0%이다.
니켈(Ni)은 강력한 오스테나이트상 안정화 원소로써 그 함량이 증가할수록 오스테나이트상이 안정화되어 소재를 연질화하고, 변형유기 마르텐사이트의 발생에 기인하는 가공경화를 억제하기 위하여 6.5% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 원료비용의 상승을 초래하고, Md30 하향으로 인해 가공유기 마르텐사이트상 분율이 감소하므로, 그 상한을 7.0%로 한정할 수 있다.
Cr의 함량은 17.0 내지 18.0%이다.
크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소이지만 마르텐사이트상 생성 억제에 있어서 효과적이며, 스테인리스강에 요구되는 내식성을 확보하는 기본 원소로 17% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 제조비용이 상승하고, Md30 하향으로 인해 가공유기 마르텐사이트상 분율이 감소하여 강도 확보가 어려우며, 슬라브 내 델타(δ) 페라이트를 형성하여 열간가공성의 저하를 초래함에 따라 그 상한을 18.0%로 한정할 수 있다.
Cu의 함량은 0.15 내지 0.5%이다.
구리(Cu)는 오스테나이트상 안정화 원소로, 내식성을 향상시키기 위해 0.15% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 비용의 상승뿐만 아니라 액상화 및 저온취성의 문제점이 있다. 이에 강재의 비용-효율성 및 재질특성을 고려하여 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다.
Mo의 함량은 0.5% 이하(0은 제외)이다.
몰리브덴(Mo)은 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이며, 고용강화 효과에 크게 기여한다. 그러나 과도할 경우 열간가공성 저하가 발생할 수 있으므로, Mo의 상한을 0.5% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
N의 함량은 0.12 내지 0.16%이다.
질소(N)는 C와 마찬가지로 오스테나이트상 형성 원소로 고용강화 및 가공유기 마르텐사이트상 변태에 의한 소재의 강도 개선에 유효한 원소이며, 이와 동시에 내식성 향상에 크게 기여하므로 본 발명에서 의도적으로 그 함량을 0.12% 이상으로 제어하고자 한다. 다만 그 함량이 과도할 경우, N 기공(pore) 형성에 의해 표면 크랙을 유발하고, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 수 있으므로 그 상한을 0.16%로 한정할 수 있다.
P의 함량은 0.1% 이하(0은 제외)이다.
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 입계 부식을 일으키거나 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 P 함량의 상한을 0.1% 이하로 관리한다.
S의 함량은 0.01% 이하(0은 제외)이다.
황(S)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 S 함량의 상한을 0.01% 이하로 관리한다.
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.
철도 차량 외장내는 기본적으로 강도 및 내식성 뿐만 아니라, 가격경쟁력을 요구한다. 본 발명은 Ni 등 고가의 오스나이트 안정화 원소의 함량을 줄이면서, 이를 보상할 수 있는 오스테나이트 안정화 원소 N을 다량 첨가하고자 하였다.
하지만, 이와같이 가격 경쟁력을 확보하기 위해 Ni을 저감하고, N를 다량 첨가하는 경우에는, 가공경화가 급격하게 발생하여 열간가공성을 확보할 수 없어 제조가 용이하지 않다는 문제가 있다. 전술한 사항을 고려하여, 오스테나이트계 스테인리스강의 연신율을 확보할 필요가 있다.
스나이트계 스테인리스강의 연신율은 소성변형과정 중의 마르텐사이트 변태 속도와 상관관계가 있다. 도 1은 개시된 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 변형률과 강도 및 가공 경화 속도와의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 가공 경화가 큰 소재의 경우 강도는 증가하지만, 연신율이 낮아지는 것을 보여주고 있다. 반면, 가공 경화가 낮은 소재의 경우는 연신율은 증가하지만, 강도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
오스테나이트계 스테인리스강은, 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms) 이상의 온도에서 소성가공에 의해 마르텐사이트 변태가 발생한다. 이러한 가공에 의해 상변태를 일으키는 상한 온도는 Md 값으로 나타내며, 가공에 의해 상변태가 일어나는 정도를 나타내는 척도이다.
특히, 30% 변형을 부여할 때 마르텐사이트로의 상변태가 50% 일어나는 온도(℃)를 Md30 라고 정의한다. Md30 값이 높으면 가공유기 마르텐사이트상의 생성이 쉬운 것에 반해, Md30 값이 낮으면 가공유기 마르텐사이트상의 생성이 상대적으로 어려운 강종으로 판단할 수 있다. 일반적으로 Md30 값은 통상의 오스테나이트계 스테인리스강의 오스테나이트 안정화도를 판단할 수 있는 지표로 사용되며, 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo로 표현되는 Nohara 회귀식을 통해서 연산될 수 있다.
Md30 값이 낮으면 또한 가공경화가 억제되나, 합금 원소가 추가되어 비용이 증가하게 된다.
본 발명에서는 오스테나이트계 스테인리스강의 변형에 의해 발생하는 상변태를 고려하여, 하기 식(1)을 도출하였다.
식(1): 15 ≤ 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo ≤ 25
여기서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
본 발명에서는 조질압연 시 소성유기 마르텐사이트 변태를 통한 강도 확보를 위해, Md30 값을 15℃이상으로 확보하고자 하였다. 반면, Md30 값이 커지는 경우에는, 외부 변형에 의해 오스테나이트계 스테인리스강은 급격한 변형유기 마르텐사이트 변태거동을 나타내고, 이에 따라, 오스테나이트계 스테인리스강의 연신율이 감소하는 문제가 있어, 본 발명에서는 Md30 값을 25℃ 이하로 한정한다.
한편, 오스나이트계 스테인리스강의 강도를 확보하기 위해서는 침입형 원소인 C와 N의 함량을 최대화하는 것이 필요하다. 반면, C+N이 증가할수록 열간 압연 과정에서 압하력이 증가하게 되어 제조가 용이하지 않으므로, 최종 냉연재의 강도 및 열간 압연 시 압하력 한계를 고려하여, C+N 값의 범위를 제어할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, C+N 함량은 0.139 내지 0.180%를 만족한다.
C+N의 함량을 0.139% 이상으로 제어함으로써 가공유기 마르텐사이트상의 강도 증가를 구현할 수 있다. 0.019 내지 0.030%의 C 및 0.12 내지 0.16%의 N 각각의 범위를 만족하더라도 C+N 함량이 0.139%에 미달하는 경우 최종 냉연재의 항복강도를 300MPa 이상, 인장강도를 700MPa 이상 확보하기 어렵다.
상기 합금원소 조성 범위 및 관계식을 만족하는 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 300MPa 이상의 항복강도, 700MPa 이상의 인장강도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 45% 이상의 연신율을 확보할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 강도가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법은,
중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.15 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하고, 열연 소둔하는 단계; 열연 소둔이 진행된 강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연강판을 1,000 내지 1,100℃에서 냉연 소둔하는 단계;를 포함한다.
합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기의 조성을 포함하는 스테인리스강을 연속주조 또는 강괴주조에 의해 주편으로 제작하고, 일련의 열간압연, 열연소둔, 냉간압연 및 냉연소둔의 제조공정을 거친다.
열간압연과 열연소둔은 통상적인 방법으로 수행될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 슬라브는 통상의 압연온도인 1,100 내지 1,200℃의 온도에서 열간압연될 수 있으며, 열연강판은 800 내지 1,100℃의 온도 범위에서 열연 소둔될 수 있다. 이때, 열연소둔은 10초 내지 10분 동안 진행될 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법 중 냉간압연, 냉연소둔 시 열처리 조건에 대하여 상세히 설명한다.
열연 소둔재는 냉간압연 및 냉연소둔을 거쳐 최종 제품으로 제조될 수 있다.
육안으로 노출되는 곳에 사용되는 철도 차량 외장내는 기본적으로 강도 및 내식성 뿐만 아니라, 표면품질을 요구한다.
도 2는 기존 STS 301 냉연강판의 표면에 발생한 광택 불균일을 보여주는 사진이다. 도 2를 참조하면, 흰 부분의 미세조직은 균일한 반면, 검은 부분의 미세조직은 화살표로 표시된 결함이 다량 발생함을 확인할 수 있다. 이러한 결함은, 편석의 형태로 나타나 육안으로는 검은 띠상 줄무늬로 인식되어, 냉연강판 표면품질을 저하시키는 문제가 있다.
띠상 줄무늬는, 주조 시, 델타페라이트 응고 이후 오스테나이트로 변태하는 과정에서, 비평형상인 델타페라이트가 불균일하게 잔류함으로써 재결정 결정립의 불균일 성장을 유발하여 발생하는 것으로, 냉연 소둔을 거친 이후에도 잔존한다.
따라서, 최종 냉연소둔재에서 균일한 표면품질을 확보하기 위해서는 냉간압연 후, 연속주조 과정에서 폭방향으로의 균일한 응고를 유도하거나, 냉연소둔 과정에서 비평형상인 델타페라이트 형성을 억제할 수 있는 열처리 조건의 최적화가 요구된다.
본 발명에서는 띠상 줄무늬 광택 결함이 저감시키기 위한 방법으로, 1,100℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 냉연소둔 열처리함으로써 결정립 성장을 최소화하고자 하였다.
냉연소둔 시 온도범위가 과도하게 높으면, 소재 내부의 델타페라이트 및 불균일한 미세 석출물에 의해 결정립 성장이 균일하지 못하게 일어나고, 이는 띠상 줄무늬로 발현된다. 따라서, 본 발명에서는 최종 냉연소둔재 띠상 줄무늬를 감소시키기 위해, 냉연소둔 온도를 1,100℃ 이하로 제어하고자 한다.
이에 비해, 냉연소둔 온도가 과도하게 낮으면 연신율이 낮아지게 되어 균일한 재질 분포를 확보할 수 없다는 문제가 있어, 본 발명에서는 냉연소둔 온도를 1,000℃ 이상으로 제어하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 소둔은 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 10초 내지 10분간 진행할 수 있다.
이와 같이, 합금성분, 성분 관계식 및 냉연소둔 조건을 제어하는 경우, 가격경쟁력, 강도, 연신율 및 내식성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 냉연 소둔재에서도 균일한 표면 광택도를 확보할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
하기 표 1에 나타낸 다양한 합금 성분범위에 대하여, 전기로에서 용강을 용해한 후 AOD에서 제강과정을 거쳐, 수직만곡형 연주기에서 슬라브를 제조하였다. 다음으로, 1245℃의 재가열로에서 2시간 열처리 후 4 내지 6mm 두께로 열간압연을 실시하고, 1100℃에서 30초 소둔열처리 후 혼산(질산+불산)에서 산세하여 열간 압연재를 제조하였다.
이후, ZRM에서 2mm 두께로 냉간압연을 진행하였으며, 냉연소둔산세 공정을 거쳐 최종 냉연소둔재를 제조하였다. 냉연소둔재의 항복강도, 인장강도 및 연신율을 인장시험으로 측정하였다. 구체적으로, 상온인장 실험은 ASTM 규격에 의거하여 진행하였고, 그에 따라 측정된 항복강도(Yield Strength, MPa), 인장강도(Tensile Strength, MPa) 및 연신율(Elongation, %)을 아래 표 1에 기재하였다.
C Si Mn Ni Cr N Mo Cu C+N Md30 YS(MPa) TS(MPa) 연신율(%)
실시예 1 0.0196 0.372 1.342 6.53 17.14 0.156 0.08 0.187 0.18 24.5 401 769 47
실시예 2 0.021 0.56 1.58 6.46 17.4 0.15 0.1 0.2 0.17 20.7 327 747 51
실시예 3 0.021 0.55 1.6 6.46 17.3 0.14 0.1 0.49 0.16 18.2 322 709 52
실시예 4 0.019 0.52 1.42 7.08 17.2 0.12 0.1 0.21 0.14 21.6 307 711 51
비교예 1 0.027 0.65 1.3 7.2 17.1 0.125 0.1 0.3 0.15 10.6 310 710 53
비교예 2 0.02 0.4 1.42 6.6 17 0.15 0.09 0.19 0.17 25.8 331 743 44
비교예 3 0.016 0.41 1.38 6.55 17.2 0.13 0.1 0.21 0.15 35.1 303 766 41
비교예 4 0.0202 0.376 1.357 6.48 17.02 0.136 0.09 0.209 0.16 35.6 350 798 42
비교 예 5 0.0202 0.376 1.357 6.48 17.02 0.152 0.09 0.19 0.17 28.7 370 801 43
비교예 6 0.026 0.5 1.41 6.52 17.2 0.165 0.1 0.21 0.191 14.1 450 730 51
표 1을 참조하면, 본 발명이 제시하는 합금 조성과 식(1)의 값 및 식(2)의 값의 범위를 만족하는 실시예 1 내지 4의 경우, 300 MPa 이상의 항복강도, 700 MPa 이상의 인장강도 확보가 가능할 뿐만 아니라, 45% 이상의 우수한 연신율을 확보할 수 있음을 확인하였다. 또한, 고가의 오스나이트 안정화 원소인 Ni 함량을 량을 낮출 수 있어, 오스테나이트계 스테인리스강의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
비교예 1은 Md30 값이 15에 미달하는 경우로, 300 MPa 이상의 항복강도, 700 MPa 이상의 인장강도 및 45% 이상의 연신율을 확보할 수 있었으나 7% 이상의 Ni 이 첨가되어 가격 경쟁력을 확보할 수 없어 비교예로 편성한 경우이다.
비교예 2 내지 비교예 5는 본 발명이 제안한 합금 조성에 속하는 강종으로 식(2)의 범위를 만족하여, 고용강화에 의해 300 MPa 이상의 항복강도 및 700 MPa 이상의 인장강도를 확보할 수 있었으나, 식 (1)의 값이 25를 초과하여 45% 이상의 연신율을 확보할 수 없었고, 표면 재질이 불량으로 나타났다.
비교예 6은 식 (2)의 값이 0.180를 초과하여 열간 압연 과정에서 압하력이 4,000톤을 초과하여 원하는 두께로 제조가 용이하지 않았다.
다음으로, 실시예 1의 조성을 갖는 냉연강판에 대해 하기 표 2의 온도 조건에서 냉연 소둔을 실시한 후, 표면 재질 및 띠상 줄무늬 발생 정도를 기재하였다.
냉연소둔 산세 후, 표면 재질이 균일함을 육안으로 판정하였으며, 하기 표 2에서 합격은 ○, 불합격은 X 로 표기하였다.
띠상 줄무늬 발생 정도는 육안으로 띠상 줄무늬가 발생한 정도를 하기 표 2에서 1등급 내지 5등급으로 분류하였고, 1등급 및 2등급을 합격으로 판정하였다.
　 항복강도 인장강도 연신율 띠상 줄무늬
표면재질
(MPa) (MPa) (%) (등급)
소둔온도
(℃)
　
　
　
　
　		 900 355 789 42.5 1등급 X
950 344 790 44 1등급 X
1000 339 790 46 1등급 O
1050 328 784 46 1등급 O
1100 311 783 46.5 2등급 O
1120 313 787 46.8 3등급 X
1140 307 789 47 4등급 X
도 2는 오스테나이트계 스테인리스 냉연강판의 표면에 발생한 광택 불균일을 보여주는 사진으로, 상기 표 2에서 4등급에 해당한다.
표 2를 참조하면, 본 발명이 제시하는 온도범위인 1,000 내지 1,100℃에서 냉연소둔이 진행된 경우, 재질 및 표면 품질이 양호하게 도출되었다.
반면, 냉연소둔 온도가 1,000℃에 미달하는 경우, 결정립 성장이 억제되어 띠살 줄무늬는 발현되지 않았으나, 연신율이 낮아지게 되어 균일한 재질 분포를 확보할 수 없었다.
이에 비해, 냉연소둔 온도가 1,100℃를 초과하는 경우, 결정립 성장에 따른 띠상 줄무늬 발현으로 표면 품질을 확보할 수 없었다.
개시된 실시예에 따르면, 합금원소 조성 범위 및 관계식을 제어함으로써, 300MPa 이상의 항복강도, 700MPa 이상의 인장강도 및 45% 이상의 연신율을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 오스나이트 안정화 원소인 Ni 함량을 량을 낮출 수 있어, 오스테나이트계 스테인리스강의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 개시된 실시예에 따르면, 냉연소둔 조건을 최적화함으로써, 결정립 성장을 최소화하여 열연소둔 산세 강판의 국부적인 입계 침식을 방지하여 최종 냉연 소둔재에서도 균일한 표면 품질을 확보할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.15 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식(1) 및 (2)를 만족하는 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강.
    식(1): 15 ≤ 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo ≤ 25
    식(2): 0.139 ≤ C+N ≤ 0.180
    여기서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    연신율이 45% 이상인 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서,
    항복강도는 300MPa 이상이고, 인장강도는 700MPa 이상인 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강.
  5. 중량%로, C: 0.019 내지 0.030%, Si: 0.3 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Ni: 6.5 내지 7.0%, Cr: 17.0 내지 18.0%, Cu: 0.2 내지 0.5%, Mo: 0.5% 이하(0은 제외), N: 0.12 내지 0.16%, P: 0.1% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족하는 슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 열간 압연하고, 열연 소둔하는 단계;
    열연 소둔이 진행된 강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연강판을 1,000 내지 1,100℃에서 냉연 소둔하는 단계;를 포함하는 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
    식(1): 15 ≤ 551-462*(C+N)-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*(Ni+Cu)-18.5*Mo ≤ 25
    여기서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
    식(2): 0.139 ≤ C+N ≤ 0.180
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉연 소둔은, 10초 내지 10분간 수행되는 강도 및 내식성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
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