KR102522863B1 - 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
내식성 및 성형성이 우수한 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 중량 %로 C: 0.02% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이하, Cr: 18.0~21.0%, Ni: 15.0~25.0%, Mo: 6.0~7.0%, Cu: 0.5~1.0%, N: 0.15~0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상을 만족한다. 또한, 본 발명에 따른 스테인리스강은 합금 성분 및 공정 제어를 통해 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 1% 이하를 나타낸다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 중량 %로 C: 0.02% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이하, Cr: 18.0~21.0%, Ni: 15.0~25.0%, Mo: 6.0~7.0%, Cu: 0.5~1.0%, N: 0.15~0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상을 만족한다. 또한, 본 발명에 따른 스테인리스강은 합금 성분 및 공정 제어를 통해 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 1% 이하를 나타낸다.
Description
본 발명은 스테인리스강 제조 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 내식성 및 성형성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 내식성 및 성형성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
스테인리스강은 주된 미세조직에 따라 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 듀플렉스 스테인리스강으로 구분된다. 이 중에서, 오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 내식성, 가공성 및 용접성에 기인하여 주방, 가전, 산업설비 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 널리 사용되고 있는 오스테나이트계 스테인리스강은 304 스테인리스강, 316 스테인리스강 등이 대표적이다. 최근에는 해수 또는 산성 분위기와 같은 극심한 부식환경 하에서 사용될 수 있도록 고내식성 오스테나이트계 스테인리스강에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성은 Cr, Mo, N 등의 원소가 Fe와 합금화됨으로써 얻어지며, 내식성을 향상시기키 위해서는 더 높은 함량의 Cr, Mo, N가 요구된다. 그러나 이러한 원소들의 함량이 높아지면, 필연적으로 시그마(σ) 상으로 대표되는 금속간화합물이 기지조직 내에 석출하게 되어, 오히려 내식성 및 성형성이 저하되는 문제가 있다.
특허문헌 1에는 및 특허문헌 2 에는 Mo 대신 W를 첨가하여 시그마(σ)상 형성을 억제하는 것에 대하여 개시하고 있다. 그러나, Mo 대신 W을 다량 첨가하는 것은 카이(χ) 상과 같은 또 다른 금속간화합물을 석출시킬 우려가 있다.
또한, 특허문헌 3에는 식: Cr + 2Mo - 40N + 0.5Mn - 2Cu로 정의되는 시그마(σ) 당량의 값이 18 이하가 되도록 성분을 제어함으로써, Si의 함량을 시그마(σ)상을 제어하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 3에서는 시그마(σ)상의 제어에 영향을 주는 합금원소로서 Cr, Mo, N, Mn Cu의 제한적인 원소만 고려하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내식성과 성형성이 우수한 스테인리스강을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 내식성과 성형성이 우수한 스테인리스강을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스테인리스강은 중량 %로 C: 0.02% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이하, Cr: 18.0~21.0%, Ni: 15.0~25.0%, Mo: 6.0~7.0%, Cu: 0.5~1.0%, N: 0.15~0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상이다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 오스테나이트 안정화 원소인 Mn, Cu, Ni 등의 합금 성분 제어와 더불어 열연소둔 등의 공정 제어를 통하여, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 1% 이하이다. 이러한 두께 방향 중심부의 낮은 시그마(σ)상 분율을 통하여 우수한 내식성을 가질 수 있으며, 또한 성형성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 하기 식으로 표현되는 내공식당량지수 (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN)가 40~50일 수 있다.
PREN: Cr + 3.3Mo + 16N
본 발명의 다른 실시예에 따른 스테인리스강은 5~6mm 두께를 가지며, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 0.7% 이하일 수 있다. 1차 열연소둔의 소재온도 제어 뿐만 아니라, 1차 열연소둔 및 2차 열연소둔의 소재온도 및 라인 스피드 제어를 통하여, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율을 보다 낮출 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테인리스강은 1mm 이하의 두께를 가지며, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 0.15% 이하를 만족하고, 에릭슨 높이가 10.2mm 이상이며, 압연 방향과 직교하는 방향의 연신율(%)이 40% 이상일 수 있다. 이는 합금성분과 열연소둔 제어에 더하여, 냉연소둔의 온도를 제어함으로써 얻어질 수 있다. 이에 따라, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율을 최대한 낮출 수 있고, 높은 성형성을 갖는 스테인리스강을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테인리스강은 표면으로부터 1㎛ 깊이에서의 Cr의 농도가 18중량% 이상일 수 있다. 또한, 일부 실시예에 따르면, 표면으로부터 0.5㎛ 깊이에서 Cr의 농도가 Ni의 농도보다 더 높을 수 있다. 일반적으로 21중량% 이하의 Cr을 포함하는 스테인리스강은 표면에 인접할수록 Cr의 농도가 낮아지며, 연마 공정을 추가하더라도 강 표면으로부터의 깊이 1㎛에서 Cr의 농도가 18중량%에 미치기 어렵다. 그러나, 본 발명에 따른 스테인리스강은 상술한 합금 성분 및 공정 제어, 그리고 추가의 연마 공정을 통하여 표면에 인접한 부분에서의 Cr 농도를 높일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 중량 %로 C: 0.02% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이하, Cr: 18.0~21.0%, Ni: 15.0~25.0%, Mo: 6.0~7.0%, Cu: 0.5~1.0%, N: 0.15~0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상을 만족하는 소재를 열간압연하는 단계; 및 열간압연된 소재를 1차 열연소둔하는 단계를 포함하고, 1차 열연소둔은 1200℃ 이상에서 수행된다.
본 발명의 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법에서, 1차 열연소둔은 1200℃ 이상, 바람직하게는 1200~1250℃에서 수행된다. 이는 통상의 열연소둔 온도에 비하여 다소 높은 온도에 해당한다. 상기의 합금성분을 갖는 소재에 대하여 1차 열연소둔을 1200℃ 이상에서 수행한 결과, 두께 방향 중심부에서의 시그마(σ)상 분율(면적%)을 1% 이하로 낮출 수 있었다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 상기 1차 열연소둔된 소재를 추가로 압연 및 2차 열연소둔하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 1차 열연소둔이 하기 식 (1)을 만족하며, 2차 열연소둔이 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.
[식 1]
1차 열연소둔 소재온도(℃)]/[1차 열연소둔 라인 스피드(mpm)] > 150
[식 2]
2차 열연소둔 소재온도(℃)]/[2차 열연소둔 라인 스피드(mpm)] > 105
상기 식 1 및 식 2를 만족할 때, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율을 추가로 낮출 수 있었다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 2차 열연소둔된 소재를 냉간압연하는 단계; 및 냉간압연된 소재를 냉연소둔하는 단계;를 추가로 포함하고, 상기 냉연소둔은 1175℃ 이상에서 수행되고, 보다 바람직하게는 1175~1200℃에서 수행된다.
상기와 같은 냉연 공정의 제어를 통하여, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율을 추가로 낮출 수 있었다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 연마 처리를 추가로 수행한다.
추가의 연마 처리를 통하여, 2차 냉연소둔 이후 표면으로부터 1㎛ 깊이에서의 Cr의 농도가 18% 이상이 되도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율이 저감되어, 내식성과 성형성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 우수한 내식성 및 성형성을 구비함으로써 탈황설비, 열교환기, 담수설비, 식음료 설비 등의 산업설비용 소재로 적용이 가능하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 합금 성분과 1차 열연소둔 온도에 따른 스테인리스강의 두께 방향 중심부의 시그마 상의 분율을 나타낸 것이다.
도 2는 1차 및 2차 열연소둔 온도에 따른 스테인리스강의 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율을 나타낸 것이다.
도 3a는 비교예 9에 따른 시편의 극표층의 Cr 농도 분포를 나타낸 것이다.
도 3b는 발명예 7에 따른 시편의 극표층의 Cr 농도 분포를 나타낸 것이다.
도 2는 1차 및 2차 열연소둔 온도에 따른 스테인리스강의 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율을 나타낸 것이다.
도 3a는 비교예 9에 따른 시편의 극표층의 Cr 농도 분포를 나타낸 것이다.
도 3b는 발명예 7에 따른 시편의 극표층의 Cr 농도 분포를 나타낸 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 중량 %로 C: 0.02% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이하, Cr: 18.0~21.0%, Ni: 15.0~25.0%, Mo: 6.0~7.0%, Cu: 0.5~1.0%, N: 0.15~0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다. 이때, 본 발명에 따른 스테인리스강은 (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상을 만족한다.
그리고, 본 발명에 따른 스테인리스강은 상기와 같은 합금성분의 제어와 함께 후술하는 열연소둔, 냉연소둔 등의 공정 제어를 통하여 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 1% 이하를 나타낼 수 있다. 이러한 낮은 시스마상 분율을 통하여 내식성과 성형성을 동시에 확보할 수 있다.
일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성은 내공식당량지수 (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN)로 표현되며, Cr, Mo, N 성분의 식으로 Cr + 3.3Mo + 16N 로 표현된다. 또한 해수와 같은 다량의 염분이 포함된 환경 또는 산성 물질이 포함된 극심한 부식환경에서 소재가 유지되기 위해서는 상기 PREN 값이 40 이상이 되어야 한다. 그 이하의 내식성을 가질 경우 부식환경에서 장시간 견딜 수 없고, 50 이상의 값을 가질 경우 다량의 Cr, Mo, W 함량이 포함되어 금속간화합물 석출에 의한 내식성 저하가 우려된다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 PREN이 40~50이면서, 또한 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율(면적%)을 1% 이하를 만족할 수 있도록 (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상인 합금 조성을 갖는다. 이하, 본 발명에 따른 스테인리스강에 포함되는 합금 성분 및 그 함량 범위에 대하여 설명한다. 각 성분의 함량은 중량 %를 의미한다.
C: C는 강력한 오스테나이트 상 안정화 원소이며, 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. 그러나, 함량이 과다 시 오스테나이트상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소화 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 부식 저항성을 감소시키기 때문에 C의 함량을 0.02% 이하로 제한한다.
Si; 페라이트상 안정화 원소로도 작용되는 Si은 내식성 향상에 효과적이며, 주요한 탈산제로서의 역할을 하는 원소이나, 과다할 경우 시그마(σ)상 등의 금속간화합물 석출을 조장하여 충격인성과 관련된 기계적 특성 및 내식성을 저하시키며, 열간압연 시 크랙을 유발시키므로 0.8% 이하로 제한한다.
Mn; Mn은 C, Ni과 같은 오스테나이트 상 안정화 원소로서, N 고용도를 향상시킬 수 있다. 그러나, Mn 함량의 증가는 MnS 등의 개재물 형성에 관여하여 내식성이 요구되는 경우 바람직하지 못하므로 부식 저항성 확보 차원에서 Mn 함량을 1.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr: Cr은 스테인리스강의 내식성 향상 원소 중 가장 많이 함유되어 기본이 되는 원소이며, 본 발명에서 PREN 값이 40 이상의 내식성의 발현을 위해서는 적어도 18% 이상 포함되어야 한다. 그러나 Cr은 페라이트 안정화 원소로서, Cr 함량이 높아지면 페라이트 분율이 증가하여 강의 열간가공성을 저하시키며, 시가므(σ)상 형성이 조장되어 기계적 물성 및 내식성 저하의 원인이 된다. 따라서 Cr 함량은 21% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Ni: Ni는 오스테나이트상 안정화 원소 중 가장 강력한 원소로서, 오스테나이트 상을 유지하기 위해서는 15% 이상 함유되어야 한다. 그러나 Ni 함량의 증가는 원료 가격의 상승과 직결되므로 25% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Mo: Mo은 페라이트 안정화 원소로서 오스테나이트계 스테인리스강에 첨가 시 강의 내식성을 향상시켜주는 원소로 작용하므로, PREN 40 이상의 고내식 특성을 확보하기 위해서는 6% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 그러나 소둔 상태에서는 기계적 성질 및 내식성 측면에서 유용하지만, 시효 열처리, 열간압연 또는 용접 등의 공정 중 시그마(σ)상을 생성시키는 대표적인 원소이므로 7% 이하로 함량을 제한하는 것이 바람직하다.
Cu; Cu는 오스테나이트 안정화 원소로서, 냉간변형 시 마르텐사이트 상으로의 상변태를 억제시키며, 황산 분위기에서의 내식성을 향상시키는 장점이 있다. 그러나, 염소 분위기에서는 공식저항성을 감소시키고 또한 열간가공성을 저하시키는 단점이 있어 Cu 함량을 0.5~1.0%로 제한한다.
N; N은 염소 분위기에서의 내식성 향상 뿐아니라 오스테나이트 상의 안정화에 유용한 원소이다. 따라서 강의 내식성 확보를 위해서 0.15% 이상 첨가될 필요가 있다. 그러나 다량 첨가 시 열간가공성을 감소시켜 강의 실수율을 저하시키므로, 0.25% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 스테인리스강은 강의 열간 가공성을 저하시키는 인(P), 황(S)을 포함하지 않거나, 불가피하게 포함되더라도 그 함량은 P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하이다.
식 A : (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)
Mn, Cu, Ni, C, N은 각각 오스테나이트 안정화에 유용한 원소로서, 본 발명의 발명자들은 식 A가 20 이상일 경우, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율을 저감하는데 유효함을 알아내었다.
도 1은 식 A의 값에 따른 두께가 약 5 mm인 강스테인리스강의 시그마(σ)상의 분율을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 식 A값이 예를 18 정도로 매우 낮을 경우에는 열연소둔 온도와 관계없이 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율이 상대적으로 높은 것을 볼 수 있다. 그러나, 식 A의 값이 20 이상인 경우에는 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율이 상대적으로 낮아지며, 특히, 1200℃ 이상의 1차 열연소둔 조건과 결부됨으로써 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율이 1% 이하로 낮아지는 것을 볼 수 있다.
따라서, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율을 1% 낮추기 위해서는 오스테 나이트 안정화 원소들의 함량과 관계되는 식 A가 20 이상을 나타낼 필요가 있으며, 1차 열연소둔 조건 역시 1200℃ 이상에서 수행될 필요가 있다.
5~6mm 두께의 열연 제품(예를 들어 선박용 탈황설비 부품)에 있어서, 두께 방향 중심부에 시그마(σ)상이 1.0% 미만으로 석출될 경우 ASTM G48-A(10%FeCl3·6H2O, 50℃, 24hr 침지후 무게감량 4.0g/m2 이하) 기준을 만족할 수 있다. 또한, 약 1mm 두께의 냉연 제품(예를 들어, 판형열교환기 부품)에 있어서, 두께 방향 중심부에 시그마(σ)상이 0.15% 미만으로 석출될 경우 에릭슨 높이가 10.2mm 이상이며, 90도 인장 연신율(%)이 40% 이상인 특성을 갖는 것으로 확인하였다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 상기와 같은 합금성분 및 후술하는 공정 제어를 통하여 오스테나이트 단상의 미세조직을 가질 수 있으며, 1% 이하의 시그마(σ)상이 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어 5~6mm 두께의 열연재에 대하여는 0.7% 이하의 시그마(σ)상이 포함될 수 있고, 예를 들어 1mm 이하 두께의 냉연재에 대하여는 0.15% 이하의 시그마(σ)상이 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 상기의 합금 조성을 갖는 소재를 열간압연하는 단계 및 열간압연된 소재를 1차 열연소둔하는 단계를 포함한다. 필요에 따라서는 1차 열연소둔된 소재를 2차 압연하는 단계 및 2차 열연소둔할 수 있다. 예를 들어, 열간압연에서는 소재를 7~8mm 두께로 압연하고 2차 압연에서는 열간압연된 소재를 5~6mm 두께로 압연할 수 있다. 2차 압연은 예를 들어 냉간압연으로 수행될 수 있으며, 2차 열연소둔 온도는 예를 들어, 1180~1230℃에서 수행될 수 있다. 열연소둔 및 후술하는 냉연소둔은 스테인리스강의 재결정 성장을 위한 가열로인 소둔로에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 스테인리스강 제조 방법에서는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이, 1차 열연소둔이 1200℃ 이상에서 수행되고, 바람직하게는 1200~1250℃에서 수행된다. 본 발명에 따른 스테인리스강 제조 방법에서 적용되는 1차 열연소둔 온도는 통상의 열연소둔 온도에 비하여 다소 높은 온도에 해당한다. 상기의 합금성분을 갖는 소재에 대하여 1차 열연소둔을 1200℃ 이상에서 수행한 결과, 두께 방향 중심부에서의 시그마(σ)상 분율(면적%)을 1% 이하로 낮출 수 있었다. 도 2를 참조하면, 1차 열연소둔온도가 1200℃ 이상인 경우 2차 열연소둔 온도가 1200℃보다 낮더라도 두께 방향 중심부에서의 시그마(σ)상 분율이 1% 이하로 될 가능성이 있었다. 이는 시그마(σ)상 분율을 낮출 수 있는 2차 열연소둔 온도의 폭이 매우 넓다는 것을 의미한다. 이러한 결과로부터 1차 열연소둔 온도의 영향은 매우 크며, 상대적으로 고온에서 1차 열연소둔을 수행함으로써 두께 방향 중심부에 형성된 시그마(σ)상이 분해된 결과로 볼 수 있다. 한편, 1차 열연소둔 온도가 1200℃에 미치지 못하면 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 시그마(σ)상 분율을 낮출 수 있는 2차 열연소둔 온도의 폭이 매우 좁아진다. 따라서, 1차 열연소둔 온도는 1200℃ 이상인 것이 바람직하다.
1차 열연소둔 또는 2차 열연소둔이 수행된 후에는 공냉 또는 수냉 등으로 냉각이 수행될 수 있다.
한편, 상기 1차 열연소둔이 하기 식 (1)을 만족하며, 상기 2차 열연소둔이 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.
[식 1]
1차 열연소둔 소재온도(℃)]/[1차 열연소둔 라인 스피드(mpm)] > 150
[식 2]
2차 열연소둔 소재온도(℃)]/[2차 열연소둔 라인 스피드(mpm)] > 105
예를 들어 1차 열연소둔의 라인 스피드가 8.1mpm인 경우, 식 (1)을 만족하기 위해 소둔온도는 1215℃ 이상이 될 수 있고, 또한, 2차 열연소둔의 라인 스피드가 11.3mpm이라면, 2차 열연소둔은 약 1180℃ 이상에서 수행될 수 있다. 1차 열연소둔 및 2차 열연소둔이 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 조건에서 수행되는 경우, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율을 보다 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 냉연 공정을 추가로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 1차 및 2차 열연소둔된 소재를 냉간압연하고, 냉간압연된 소재를 냉연소둔하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 냉연소둔 후에는 공냉, 수냉 등의 냉각이 수행될 수 있다. 이때, 상기 냉연소둔은 1175℃ 이상에서 수행되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는 1175~1200℃에서 수행되는 것을 제시할 수 있다. 이러한 냉연 공정의 제어를 통하여, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상의 분율을 추가로 낮출 수 있었다.
예를 들어, 냉연 공정이 1차 냉간 압연, 1차 냉연소둔, 2차 냉간 압연 및 2차 냉연소둔의 순으로 수행된다면, 1차 냉연소둔 및 2차 냉연소둔 모두 1175℃ 이상에서 수행되는 것이 바람직하다. 1차 냉연소둔 및 2차 냉연소둔 모두 1175℃ 이상에서 수행될 때 목표하는 10.2mm 이상의 에릭슨 높이 및 40% 이상의 폭방향 연신율을 얻을 수 있으며, 1차 냉연소둔 또는 2차 냉연소둔이 1175℃ 미만에서 수행될 경우, 에릭슨 높이 및 연신율 중 적어도 하나가 목표치에 미치지 못하였다. 이는 후술하는 실시예의 표 3에서도 확인할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테인리스강 제조 방법은 연마 처리를 추가로 수행한다.
추가의 연마 처리를 통하여, 2차 냉연소둔 이후 표면으로부터 1㎛ 깊이에서의 Cr의 농도가 18% 이상이 되도록 할 수 있다. 나아가, 표면으로부터 0.5㎛ 깊이에서의 Cr의 농도가 Ni의 농도보다 더 높을 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
발명예 및 비교예에 이용된 시편들의 합금 조성을 표 1에 나타내었다. 표 1에 기재된 성분 이외는 Fe와 불가피한 불순물이다.
[표 1] (단위 : 중량%)
표 1에 기재된 화학 조성을 가지는 강을 진공유도용해로에서 용해한 후, 열간압연을 실시하여 두께 8㎜ 소재를 제조하였다. 각 소재에 대하여 1차 열연소둔의 소재온도(℃)를 변화시키면서 소둔을 행한 후에, 2차 압연(냉간압연)을 실시하여 두께 약 5mm 소재를 제조하였다. 이후, 각 소재에 대하여 1180℃에서 2차 열연소둔을 실시한 소재의 두께방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(%) 변화를 조사하였다.
표 2은 상기와 같은 열연 공정을 통하여 제조된 두께 약 5 mm 시편들의 합금 성분 및 1차 열연소둔 소재온도에 따른 시그마(σ)상 분율을 나타낸 것이다.
[표 2]
표 2를 참조하면, 발명예 1~6에 따른 열연 시편들에 대해서는 (Mn+Cu+Ni)+10Х(C+N)이 20 이상을 만족하고, 1차 열연소둔의 소재온도(℃)가 1200℃ 이상으로 제조된 것으로, 두께방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 1% 이하로, ASTM G48-A(10%FeCl3·6H2O, 50℃, 24hr 침지 후 무게감량 4.0g/m2 이하) 기준을 만족하였다. 비교예 1~8에 따른 열연 시편들에 대해서는 (Mn+Cu+Ni)+10Х(C+N)이 20 미만이거나 1차 열연소둔의 소재온도(℃)가 1200℃ 미만인 경우에 해당하여, 두께방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 1.1% 이상으로, ASTM G48-A 기준 미달을 나타내었다.
표 3은 표 1 및 표 2의 발명예 1에 따른 시편을 이용하여, 냉연 공정을 수행하여, 얻어진 냉연 시편의 기계적 물성을 나타낸 것이다. 이를 위해 1차 냉간압연과 1차 냉연소둔, 2차 냉간압연과 2차 냉간압연을 실시하여 두께 약 1mm의 냉연시편들을 제조하였다.
[표 3]
표 3을 참조하면, 제조된 냉연 시편들은 인장강도 및 항복강도에 있어서는 큰 차이를 나타내지 않았다. 그러나, 1차 냉연소둔 및 2차 냉연소둔의 온도에 따라 에릭슨 높이 및 압연 방향에 수직인 방향(C방향)의 연신율의 값은 큰 차이를 나타내었다. 동일한 합금성분 및 동일한 열연공정을 수행하였다고 하더라도, 냉연 공정이 본 발명에서 제시한 조건, 즉 1차 냉연소둔 및 2차 냉연소둔의 온도가 1175℃ 이상일 때, 두께 방향 중심부의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 0.15% 이하를 만족하고, 에릭슨 높이가 10.2mm 이상이며, 압연 방향과 직교하는 방향의 연신율(%)이 40% 이상을 나타내는 것을 볼 수 있다.
이에 반해, 1차 냉연소둔 및 2차 냉연소둔 중 어느 하나라도 1175℃ 이하에서 수행되는 경우, 에릭슨 높이가 10.2mm 미만이거나, 압연 방향과 직교하는 방향의 연신율(%)이 40% 이하를 나타내었다.
이러한 표 3의 결과를 볼 때, 1차 냉연소둔 및편 2차 냉연소둔 각각은 1175℃ 이상에서 수행되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 표 3의 비교예 9 및 발명예 7에 따른 냉연 시편에 대하여 추가 연마 공정을 수행하였을 때, 표면으로부터의 깊이에 따른 Cr의 농도 분포를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 비교예 9에 따른 냉연 시편으로 연마를 수행한 경우, 표면으로부터 두께 1㎛에서 Cr 농도가 18중량%에 미치지 못하는 것을 볼 수 있다. 이에 반해, 도 3b를 참조하면, 발명예 7에 따른 냉연 시편으로 연마를 수행한 경우, 표면으로부터 두께 1㎛에서 Cr 농도가 18중량% 이상인 것을 볼 수 있다.
또한, 도 3a를 참조하면, 비교예 9에 따른 냉연 시편으로 연마를 수행한 경우 표면으로부터 두께 0.5㎛에서 Cr 농도가 Ni 농도보다 낮으나, 도 3b를 참조하면, 발명예 7에 따른 냉연 시편으로 연마를 수행한 경우 표면으로부터 두께 0.5㎛에서 Cr 농도가 Ni 농도보다 높은 것을 볼 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
Claims (10)
- 중량 %로 C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.8% 이하, Mn: 0% 초과 1.0% 이하, Cr: 18.0∼21.0%, Ni: 15.0∼25.0%, Mo: 6.0∼7.0%, Cu: 0.5∼1.0%, N: 0.15~0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며,
(Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상을 만족하며,
하기 식으로 표현되는 내공식당량지수(PREN)가 40 이상, 50 미만이며,
PREN = Cr(중량%) + 3.3×Mo(중량%) + 16×N(중량%)
두께 방향 중심의 시그마(σ)상 분율(면적%)이 0.15% 이하를 만족하고, 에릭슨 높이가 10.2mm 이상이며, 압연 방향과 직교하는 방향의 연신율(%)이 40% 이상인것을 특징으로 하는 스테인리스강.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 스테인리스강은 1mm 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
- 제3항에 있어서,
표면으로부터 1㎛ 깊이에서의 Cr의 농도가 18중량% 이상인 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
- 제3항에 있어서,
표면으로부터 0.5㎛ 깊이에서의 Cr의 농도(중량%)가 Ni의 농도(중량%)보다 더 높은 것을 특징으로 하는 스테인리스강.
- 중량 %로 C: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.8% 이하, Mn: 0% 초과 1.0% 이하, Cr: 18.0∼21.0%, Ni: 15.0∼25.0%, Mo: 6.0∼7.0%, Cu: 0.5∼1.0%, N: 0.15∼0.25% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, (Mn+Cu+Ni)+10×(C+N)이 20 이상이고, 하기 식으로 표현되는 내공식당량지수(PREN)가 40 이상, 50 미만인 소재를 열간압연하는 단계; 및
PREN = Cr(중량%) + 3.3×Mo(중량%) + 16×N(중량%)
열간압연된 소재를 1차 열연소둔하는 단계;
상기 1차 열연소둔된 소재를 추가로 압연 및 2차 열연소둔하는 단계;
2차 열연소둔된 소재를 냉간압연하는 단계; 및
냉간압연된 소재를 냉연소둔하는 단계;를 포함하고,
상기 1차 열연소둔은 1200℃ 이상에서 수행되고, 상기 냉연소둔은 1175℃ 이상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 제조 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 1차 열연소둔이 하기 식 (1)을 만족하며, 상기 2차 열연소둔이 하기 식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 제조 방법.
[식 1]
1차 열연소둔 온도(℃)]/[1차 열연소둔 라인 스피드(mpm)] > 150
[식 2]
2차 열연소둔 온도(℃)]/[2차 열연소둔 라인 스피드(mpm)] > 105
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 냉연소둔 이후 표면으로부터 1㎛ 깊이에서의 Cr의 농도가 18중량% 이상이 되도록 연마 처리를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 제조 방법. - 삭제
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