KR19980040101A - 고내식성 및 고성형성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법 - Google Patents

고내식성 및 고성형성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고성형성 및 고내식성을 갖는 페라이트게 스테인레스강 제조방법에 관한 것으로, 공식전위값을 이용하여 강중의 Cr,Mo 및 Cu의 첨가량을 조절하는 한편,(Nb+T1)/(C+N) 및 Nb서i 비를 최적화하여 내식성 및 성형성이 동시에 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량비로, C : 0.02%이하, Si : 0.6%이하, Mn : 0.5%이하, P : 0.03%이하, S : 0.003%이하, Cr : 17.5-23%, Mo : 4%이하, N : 0.02%이하, Cu : 0.3-0.7%, Ti : 0.3%이하, Nb : 0.6%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C와 N의 합이 0.03%이하 이며, 공식전위 (E'100)값이 300이상이 되도록 Cr, Mo 및 Cu 함량을 조정하여 첨가하고,(Nb+Tl) / (C+N) : 10-20 및 Nb/Ti : 2이상을 만족하는 스테인레스강을 1150-1250℃ 온도범위로 가열하여 열간압연후 750-900℃온도범위로 사상 압연하고,900-1000℃ 온도범위에서 열연소둔한 다음 급냉하고, 냉간압연한후 상기 열연소둔과 동일한 조건으로 냉연소둔처리한 다음, 급냉함을 포함하여 구성되는 고성형성 및 고내식성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고내식성 및 고성형성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법
본 발명은 주방용품, 세탁기 드럼 및 자동차 배기계 부품용으로 사용되는 내식성 및 성형성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 페라이트계 스테인레스강은 Ni를 첨가하지 않기 때문에 STS 304오스테나이트계 스테인레스강 보다 가격면에서는 유리하지만 내식성이 나쁘고 특히 연신율이 낮아 장출성형성이 나빠 용도가 제한을 받고있는 문제점이 있다.
그러나, 최근에는 침입형 원소인 C, N를 낮게 관리하고, 안정화원소인 Ti,Nb, Al, 및 Zr 등을 첨가하여 내식성 및 가공성을 높이고, 동시에 Mo을 첨가하여 STS 304와 동등한 내식성을 얻고자하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 결과 주방기기, 세탁기 드럼 및 자동차 배기계 부품용으로 사용되는 페라이트계 스테인레스강의 수요와 용도는 증가하는 경향을 보이고 있다.
상기와 같이 C, N를 저감시키고 안정화원소를 침가하여 페라이트계 스테인레스강의 내식성, 성형성 및 용접성을 개선한 종래의 제안들로서는 일본의 특개(소)51-149116호, 특개(소)56-158850호 및 특개(평 )8-025619호를 들 수 있다.
상기 일본의 특개(소)51-149116호는 중량비로, C : 0.03%이하, S1 : 1%이하, Mn : 1%이하, Cr : 14-20%, Mo : 1-3%, Ti : 0.1-1.2%, Nb : 0.1-1.2%. N : 0.02%이하, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고,(C+N) : 0.04%이하, (Ti+Nb)% / (C+N)% 비가 8-30범위로 유지되는 강을 970-1170℃ 온도범위로 소둔하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것으로 리찡성 개선효과가 있다.
또한, 상기 일본의 특개(소)56-158850호는 중량비로, C : 0.015%이하, S1 : 0.6%이하, Mn : 0.5%이하, S : 0.005%이하, Cr : 15-20%, Ni : 1.0%이하, Mo : 0.5%이하, Cu : 0.1-1.0%, Ti : 0.1-0.5%, Nb : 0.1-0.5%, N : 0.02%이하, A1 : 0.1%이하,(W, V) :단독 또는 복합으로 O.3%이하, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고,(C+N) : 0.03%이하이고, (Ti+Nb)% / (C+N)% : 10이상으로 유지되는 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로 내식성, 성형성 및 용접성 개선에 효과가 있다.
또한,상기 특개(평)8-025619호는 중량비로, C : 0.02%이하, Sl : 1.0%이하, Mn : 1·0%이하, P : 0.04%이하, S : 0.02%이하, Cr : 12-25%, Cu : 0.1-2.0%, Nb : 0.2-2.0%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 마무리 열간압연온도 850℃, 냉연소둔온도 950-1050℃온도범위로 소둔하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것으로 내식성, 성형성 및 표면품질 개선효과와 제조원가절감이라는 효과가 있다.
그러나, 상기한 3가지 제안의 페라이트계 스테인레스강에서는 Mo 및 Cr함량이 증가하면 내식성은 향상되나 Mo, Cr, W, Ti, Nb, Cu 및 V 등의 투입량이 많아지므로 제조원가가 상승하고 성형성이 저하한다. 즉, 성형성과 내식성을 동시에 개선시키는 데는 문제점이 있다.
특히, 안정화원소중 Ti를 다량 첨가하면 Ti산화물에 의한 연속주조시 노즐막힘 현상이 나타나고, 표면 결함이 많이 발생되며, 광휘소둔시 템퍼드 칼라(Tempered Co1or)가 발생하는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 공식전위 값을 이용하여 강중의 Cr, Mo 및 Cu의 첨가량을 조절하는 한편,(Nb+Ti) / (C+N) 및 Nb/Ti 비를 최적화하여 내식성 및 성형성이 동시에 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조 방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
제 1 도는 페라이트계 스테인레스강 중의 (Nb+Ti)/(C+N) 비 변화에 따른값 변화를 나타낸 그래프,
제 2 도는 페라이트계 스테인레스강 중의 (Nb+Ti)/(C+N) 비 변화에 따른 에릭센값 변화를 나타낸 그래프,
제 3 도는 페라이트계 스테인레스강 중의 Cu 함량변화에 따른값 변화를 나타낸 그래프,
제 4 도는 페라이트계 스테인레스강 중의 Cu 함량변화에 따른 에릭센 및 코니칼 컵값 변화를 나타낸 그래프,
제 5 도는 페라이트계 스테인레스강 중에서 공식전위 계산식으로 구한 공식전위값(E'100)과 실험으로 구한 측정값을 나타낸 그래프
본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량비로. C : 0.02%이하, Si : 0.6%이하, Mn : 0.5%이하, P : 0.03%이하, S : 0.003%이하, Cr : 17.5-23%, Mo : 4%이하, N : 0.02%이하, Cu : 0.3-0.7%, Tl : 0.3%이하, Nb : 0.6%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C와 N의 합이 0.03%이하 이며, 공식전위 (E'1oo)값이 300이상이 되도록 Cr, Mo 및 Cu 함량을 조정하여 침가하고,(Nb+Ti) / (C+N) : 10-20 및 Nb/Ti : 2이상을 만족하는 스테인레스강을 1150-1250℃ 온도범위로 가열하여 열간압연후 750-900℃온도범위로 사상 압연하고,900-1000℃ 온도범위에서 열연소둔한 다음 급냉하고, 냉간압연한후 상기 열연소둔과 동일한 조건으로 냉연소둔처리한 다음, 급냉함 을 포함하여 구성되는 고성형성 및 고내식성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 스테인레스강 조성 한정이유를 설명한다. 상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로서 침입형 원소로 고용되면 강도를 높이지만, 연신율, 충격인성, 내식성 및 성형성에 대한 효과를 저하시키기 때문에 낮게 할수록 바람직하며, 그 함량은 두 원소 모두 0.02%이하로 하면서 두 원소의합(C+N)을 0.03이하로 한정한다.
상기 Si는 폐라이트 형성원소로서 첨가량이 증가하면 페라이트상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.5%이상 첨가하면 Si개재물의 함량이 증가되고, 또한 경도, 강도를 높이고, 연신율 및 n(가공경화지수)값을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하여 0.5%이하로 한정한다.
상기 Mn은 함량이 높아지면 MnS 개재물의 함량이 증가하여 내공식성이 나빠지며, 경도, 강도를 높이고, 연신율 및 n값을 저하시켜 성형성이 나빠지기 때문에 그 함량을 0.5%이하로 한정한다.
상기 P, S는 P학합물 및 MnS를 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하고, 특히 P는 n값을 크게 저하시키므로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하므로 P : 0.03%이하, S : 0.003%이하로 한정한다.
상기 Cr은 함량이 너무 낮으면 내식성이 저하하고. 높아지면 내식성은 향상되나 23%이상 침가하면 강도가 높아지고 연신율, n값 및 r값(평균 랭크포드값)이 낮아 성형성이 나빠진다. 특히, 시그마상을 석출시킬 우려가 높아진다. 기존의 STS304오스테나이트계 스테인레스강 보다 높은 공식전위를 갖기 위해서는 공식전위 계산식 E'100(V vs SCE) = 43.9Cr%+15.9Mo%+26.7Cu-550.5에 의해 구해진 E'100값이 300이상이 되도록 해야 한다. 따라서, 상기 Mo함량의 최대치인 4%Mo첨가 및 Cu함량의 최대치인 0.7%Cu첨가시 Cr함량은 17.5%이상 첨가되어야한다. 이러한 이유로 본 발명에서는 Cr의 함량을 17.5-23%로 한정한다.
상기 Mo은 내식성을 개선시키지만 그 함량이 증가하면 연신율, n값을 저하시켜 성형성이 나빠진다. 또한 Cr과 동일하게 시그마상을 석출할 가능성이 높기때문에 내식성, 성형성 및 제조원가를 고려하여 그 함량은 4%이하로 한정한다.
상기 Cu는 내식성을 개선시키는 원소로 효과를 얻기 위해 그 함량을 O.3% 이상으로 해야 하지만, 0.7% 를 초과하면 성형성이 저하한다. 이때문에 본 발명에서는 Cu 함량을 0.3-0.7%로 한정하는 것이며,0.5%가 그 최적 함량이다.
상기 Ti은 C, N와 결합하여 Ti탄질화물을 형성하여 Cr탄학물 생성을 억제하므로 내식성을 향상시킨다. 그러나, Ti을 0.6%이상 과잉 첨가하면 Ti산화물에 의한 연속주조시 노즐막힘 현상이 나타나고, 표면 결함이 많이 발생되며. 성형성이 저하하기 때문에 그 함량은 O.6%이하로 한정한다.
상기 Nb은 C, N와 결합하여 Nb탄질화물을 형성하여 Cr탄화물 생성을 억제하므로 내식성을 향상시킨다. 그러나, Nb을 O.6%이상으로 과잉 첨가하면 성형성이 저하하기 때문에 그 함량은 0.6%이하로 한정한다.
그리고, 상기 (Ti+Nb)% / (C+N)% 비가 10이상이면 용접부 입계부식성이 방지되고, 10-20범위에서 디프드로잉(deep drawing)성을 나타내는값 및 장출성형성을 나타내는 에릭센(Erichsen)값이 높기 때문에 내식성 및 성형성을 동시에 만족하는 10-20범위로 한정하는 것이 바람직하다. Ti 및 Nb를 복합첨가하는 강은 Ti, Nb를 단독으로 첨가하는 강에 비해 n값이 높아 장출성형성이 향상되며, Ti와 Nb를 복합첨가한 효과를 최대로 얻기 위해서는 Nb/Ti 비를 2이상으로 하여 Nb함량을 높이는 것이 성형성 개선에 효과적이므로 Nb/Ti 비는 2이상으로 한정한다.
상기와 같이 조성된 강은 열간압연, 사상압연, 열연소둔, 냉간압연, 냉연소둔 등을 거치게 되는데 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
열간압연을 위한 주편과 주괴의 가열온도, 사상압연온도 및 권취온도는 낮을 수록 성형성 및 리찡성이 개선된다. 그러나 열간압연온도가 너무 낮아지면 스라브 표층부가 압연롤에 묻어나는 스티킹(Sticking)현상이 발생하여 열연코일 표면에 결함이 많이 발생한다는 문제점 때문에 가열온도를 1150-1250℃범위로 가열하여 열간압연한후 750-900℃범위로 사상압연함이 바람직하다.
그리고, 열연소둔을 하고 냉간압연을 행한 후 냉연소둔을 하는 데, 상기 열연 및 냉연소둔의 온도가 900℃이하로 낮아지면 재결정 온도를 높이는 Nb가 첨가된 강에서는 재결정 및 재결정립 성장이 불층분하여 충격특성, 연신율 및 성형성이 저하하며 1000℃이상으로 소둔온도가 높아지면 결정립이 조대하여 충격특성, 성형후 오렌지 필(orange peel) 및 리찡 저항성등이 나빠지므로 열연 및 냉연소둔 처리온도는 900-1000℃범위가 바람직하다. 상기와 같은 열연 및 냉연소둔 후 냉각은 고온취화 방지와 기계적성질 및 성형성이 양호하도록 급냉을한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
하기표1의 조성을 갖는 스테인레스강을 진공유도 용해로에서 용해하여 30kg주괴(Ingot)를 제조하여 1230℃에서 150분 가열한후,800℃에서 사상압연하여 6mm두께의 열연판을 제조하고 700℃에서 권취한 다음, Nb단독 및 Nb+Ti복합 첨가강은 950℃에서, Ti단독 첨가강은 900℃에서 6분간 박스 퍼니스(Box furnace)에서 연속 소둔 처리후 급냉하고 산세처리 하였다.
열연소둔판을 80%의 압연율로 냉간압연하여 1.2mm두께의 냉연판을 제조하고, 상기 열연판의 소둔온도와 동일한 온도에서 4분간 박스 퍼니스에서 냉연소둔하여 급냉하고 산세처리한 다음 1%냉간압연율로 조질압연하여 시편을 제조하였다.
페라이트계 스테인레스강의 성형성은 디프드로잉성과 장출성형성에 의해 평가할 수있으며, 내식성은 공식전위에 의해 알 수 있다.
상기 시편들의 디프드로잉성을 평가하기 위해 압연방향과 평행한 0°,45°및 90°방향에서 JIS 13B로 인장시편을 가공하여 15% 인장시험후 값을 3개씩 측정하고,(Nb+Ti)/(C+N) 비 변학에 따른의 변화를 제 1 도에 나타내었다.
제 1 도에 나타난 바와같이값은 (Nb+Ti)/(C+N) 비가 10-20범위내에서 높다는 것을 알 수 있다.
상기 시편들의 장출성형성을 평가하기 위해 JIS Z 2247B 방법으로 에릭센 시험하고 각 시편별로 3회 측정후 그 평균값을 제 2 도에 나타내었다.
제 2 도에 나타낸 바와같이 에릭센값은 (Nb+Ti)/(C+N) 비가 10-20범위내에서 높다는 것을 알 수 있다.
상기 두 시험에서 알 수 있는 바와같이 디프드로잉성과 장출성형성을 모두 만족하기 위해 (Nb+Ti)/(C+N) 비는 10-20범위로 한정해야 함을 알 수 있으며. (Nb+Ti)/(C+N) 비가 10-20범위 이며, 동시에 Nb/Ti 비가 2이상인 조건을 만족하는 상기표 1에서 발명재(A,B,C)의 경우,값 및 에릭센값이 높게 나타나 디프드로잉성과 장출성형성이 우수함을 알 수 있다.
제 3 도는 (Nb+Ti)/(C+N) 비가 10이상인 페라이트계 스테인레스강에서 Cu함량변화에 따른값 변화를 나타낸 그래프로 Cu함량이 0.3-0.7%의 범위에서값이 높게 나타났다. 그리고, 최적함량은 0.5%이었다. 제 4 도는 (Nb+Tti)/(C+N) 비가 10이상인 페라이트계 스테인레스강에서 Cu함량 변화에 따른 장출성형성을 나타내는 에릭센 값의 변학 및 디프드로잉성과 장출성형성이 동시에 요구되는 복합성형성을 나타내는 코니칼 컵값의 변화를 나타낸 그래프이다.
제 4 도에서는 Cu함량이 0.3-0.7%에서 장출성형성 및 복합성형성이 우수함을 알 수 있었다. 그리고, Cu의 최적함량이 0.5%이었다.
제 5 도는 30℃의 3.5%NaC1 용액내에서의 각 시편들 공식전위를 측정하고 각시편의 공식전위와 화학성분을 이용하여 중회기분석한 결과 다음과 같은 공식전위 계산식을 도출하였다.
공식전위 계산값(E'100) = 43.9Cr%+15.9Mo%+26.7Cu-550.5
상기식을 이용하여 공식전위를 계산한 계산값과 실험에 의해 구한 공식전위 측정값은 비교적 잘 일치하였다(제 5 도 참조). 따라서 내식성이 기존의 STS304(18%Cr-8%Ni)보다 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하기 위해 공식전위가 300(E'100, V vs SCE)이상이 되도록 상기식에 의해 Cr, Mo 및 Cu 첨가량을 조절하여 첨가하면 실제 공식전위도 300(V vs SCE)이상이 된다.
상기 조건을 만족하는 발명재의 측정한 공식전위가 300(V vs SCE)이상이 되어 내식성이 우수함을 알 수 있다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면 내식성이 기존의 STS304(18%Cr-8%Ni)보다 우수할 뿐만아니라 동시에 성형성도 우수한 페라이트계 스테인레스강이 제공되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량비로, C : 0.02%이하, Si : 0.6%이하, Mn : 0.5%이하, P : 0.03%이하, S : 0.003%이하, Cr : 17.5-23%, Mo : 4%이하, N : 0.02%이하, Cu : 0.3-0.7%, Tl : 0.3%이하, Nb : 0.6%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C와 N의 합이 0.03%이하이며, 공식전위 (E'100)값이 300이상이 되도록 Cr, Mo 및 Cu 함량을 조정하여 첨가하고,(Nb+Ti) / (C+N) : 10-20 및 Nb/Ti : 2이상을 만족하는 스테인레스강을 1150-1250℃ 온도범위로 가열하여 열간압연후 750-900℃온도범위로 사상 압연하고,900-1000℃ 온도범위에서 열연소둔한 다음 급냉하고, 냉간압연한후 상기 열연소둔과 동일한 조건으로 냉연소둔처리한 다음, 급냉함을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고성형성 및 고내식성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 공식전위 E'100값은 계산식 E'100= 43.9Cr%+15.9Mo%+26.7Cu-550.5에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법
KR1019960059239A 1996-11-29 1996-11-29 고내식성 및 고성형성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 제조방법 KR100276301B1 (ko)

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