KR20010047965A - 2상 스테인레스 후강판의 압연방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2상 스테인레스 후강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 압연 도중에 소재의 온도감소에 따른 압연 각 패스간 압연롤 직경, 압연속도 및 압연량에 의하여 결정되어지는 변형속도, 누적압하량 등을 적절히 설정함으로써 표면 균열이 없는 광폭 2상 스테인레스 후판의 열간압연방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2상 스테인레스강 슬라브를 10이하의 압연량과 3sec^-1이하의 변형속도로 첫패스 압연한 다음, 누적압하량의 65까지 압연변형속도를 5sec^-1이하로 하여 폭내기압연과 길이내기 압연하는 것을 포함하여 이루어지는 2상 스테인레스 후강판의 압연방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

2상 스테인레스 후강판의 압연방법{METHOD FOR PLATE ROLLING DUAL PHASE STAINLESS STEEL}

본 발명은 2상 스테인레스 후강판으로 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간 가공성이 상이한 오스테나이트상과 페라이트상이 혼재되어 있는 2상 스테인레스강의 표면 균열 결함을 방지하기 위한 열간압연방법에 관한 것이다.

우수한 내식성 및 내응력 부식균열성을 갖는 2상 스테인레스강은 Cr을 약 21∼28중량(이하 단지 "" 라 함), Ni을 3-8, Mo을 2-5, N를 0.08-0.3, Mn을 2이하, C를 0.03이하를 포함하여 조성되는 강으로, 그 물리적 특성을 극대화시키기 위하여 합금성분을 적절히 조절하여 페라이트상과 오스테나이트상이 약 50:50 으로 유지되게 제조된다. 고온에서 페라이트상은 쉽게 변형이 되고 오스테나이트상은 변형이 잘 되지 않아 페라이트와 오스테나이트 상간의 유동응력 차이가 크기 때문에, 압연조건이 적절하지 못하면 압연중 오스테나이트와 페라이트의 상(Phase) 계면에서 크랙이 쉽게 발생되어 표면크랙으로 발전된다. 이러한 경우에는 제품의 표면품질 확보를 위해 표면연마 등의 후처리가 별도로 필요하게 된다. 압연조건이 불량하여 표면균열이 심하게 발생되는 경우는 에지(Edge) 크랙의 발생정도 역시 커지기 때문에 에지부 절단에 따른 실수율의 급격한 감소를 초래한다.

연속주조된 주편에 존재하는 오스테나이트상은 페라이트상 모재 내부에 위드멘스테턴(Widmanstatten) 형태로 주편 내부에 무질서하게 존재한다. 열간압연시 가해지는 응력은 오스테나이트상의 재결정을 위해 사용되지 못하고 페라이트상 모재의 동적 회복(Dynamic recovery)에 의한 연화(Softening)에 소요되므로, 오스테나이트 상은 압연량이 증가함에 따라 재결정이 이루어지지 않고 압연방향으로 점차정렬되어 페라이트상 모재 내부에 층상 형태로 존재한다. 이렇듯, 열가압연도중 주편내부에 존재하는 오스테나이트상의 형상이 변하게 되므로, 오스테나이트상과 페라이트상의 계면에서 균열이 발생하여 제품의 표면에 크랙(Crack)을 유발하게 되는 문제점이 있다.

2상 스테인레스강을 압연시 표면결함을 줄이는 방안으로 상간의 계면 취하를 발생시키는 S, P 등의 불순물 함량을 최소화하는 방법이 최선으로 여겨지고 있으나, 불순물의 함량을 최소화하기 위해서는 정련에 장시간이 소요되므로 상업적 대량 생산을 위한 방법으로는 적합하지 않다.

본 발명은 2상 스테인레스강 광폭 후판을 제조할때 상간의 열간가공성의 차이에 따른 균열이 발생되는 단점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하여 그 결과에 근거하여 제안하게 된 것으로, 압연 도중에 소재의 온도감소에 따른 압연 각 패스간 압연롤 직경, 압연속도 및 압연량에 의하여 결정되어지는 변형속도, 누적압하량 등을 적절히 설정함으로써 표면 균열이 없는 광폭 2상 스테인레스 후판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 누적압연량별 고온연성을 나타내는 그래프

도 2는 실제압연중에 온도감소와 누적압하량을 고려한 고온연성의 변화를 나타내는 그래프

도 3은 표면균열 발생부의 조직사진

도 4는 누적압하율과 변형속도의 관계를 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2상 스테인레스 후강판의 압연방법은, 2상 스테인레스강 슬라브를 10이하의 압연량과 3sec^-1이하의 변형속도로 첫패스 압연한 다음, 누적압하량의 65까지 압연변형속도를 5sec^-1이하로 하여 폭내기압연과 길이내기 압연하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 2상 스테인레스후강판의 압연과정에서 오스테나이트상의 압연방향으로의 정렬상태에 따라 압연량, 롤의 직경, 압연속도 등으로 결정되는 패스간 변형속도를 적절히 설정해주어서 오스테나이트상과 페라이트상의 계면에서 균열을 방지하는데, 그 특징이 있다.

2상 스테인레스강의 열간압연시 균열이 발생되는 가장 취약한 부위는 오스테나이트상과 페라이트상의 계면이며, 압연방향과 수직으로 존재하는 계면의 존재 확율이 높으면 쉽게 크랙이 발생되는데, 이 계면은 페라이트상 내부에 존재하는 오스테나이트상의 형상에 의하여 결정된다. 따라서, 본 발명에서는 먼저 열간압연과정에서 오스테나이트상의 압연방향으로의 정렬정도가 증가하여 압연방향 수직으로 존재하는 계면의 존재확율이 작아져서 충분한 열간가공성을 확보할 수 있는 임계 누적 압하량을 설정하는데 촛점을 맞추었다.

일반적으로 주조상태의 2상 스테인레스강 슬라브에는 오스테나이트상이 페라이트상 모재 내부에 위드멘스테턴(Widmanstatten) 형태로 방향성 없이 무질서하게 존재하므로, 압연방향과 수직으로 존재하는 상계면의 존재 확율이 높기 때문에, 근원적으로 크랙 발생 민감도가 매우 커 열간가공성이 나쁘다. 도 1에 나타난 바와 같이, 2상 스테인레스강의 슬라브는 온도가 떨어짐에 따라 열간가공성이 급격히 감소하는 결과를 보이고 있다. 그러나, 압연이 어느 정도 진행된 61압연재의 경우는 주조상태보다는 다소 양호한 열간가공성을 보이나 계면이 압연방향으로의 정렬 정도가 충분치 못하여 여전히 열간가공성이 나쁜 상태로 비교적 고온인 1100℃ 까지 열간가공성이 급격히 떨어지는 경향을 보인다. 오스테나이트상이 페라이트상 모재내에 압연방향으로 길게 늘어져 층상으로 존재하는 86압연재의 경우는 800∼1100℃ 의 온도구간에서 매우 양호한 열간 가공성을 보이고 있다. 이와 같이, 2상 스테인레스강은 누적압연량의 차이에 따라 열간가공성의 차이가 매우 크며 압연량이 증가함에 따라 열간가공성이 증가하나 압연량 약 63부근에서는 열가간공성이 온도변화에 매우 민감함을 잘 알 수 있으며, 충분히 압연된 약 86부근에서는 온도변화에 대한 민감도가 작아져 온도가 비교적 낮아도 충분한 열간가공성이 확보됨을 알 수 있다. 즉, 도 1에서 보인 바와같이, 2상 스테인레스강의 열간가공성은 압하량의 정도 및 압연시점의 온도에 따라 차이가 매우 크게 나타나기 때문에 압연조건이 맞지 않으면 오스테나이트상과 페라이트상의 계면에서 쉽게 균열이 발생하게 됨을 알 수 있다.

상기 도 1의 결과를 토대로 실제 후판 압연시 누적 압연량의 변화를 고려하여 2상 스테인레스강의 온도에 따른 열간 가공성의 변화를 도시하면 도 2와 같다. 도 2에서 알 수 있듯이, 압연을 하기 위하여 슬라브를 고온에서 가열한 직후는 열간가공성이 양호한 상태이나, 압연량이 증가하면서 온도가 떨어지기 때문에 열간가공성이 떨어지다가 약 1050℃ 부근에서 열간가공성이 최소로 나타나고, 다시 점차적으로 열간가공성이 향상됨을 알 수 있다.

2상 스테인레스강 후판을 제조하기 위해서는 연속주조된 주편을 약 1200∼1250℃ 로 가열된 가열로에 장입하여 충분히 숙열을 시킨 후 압연을 행한다. 후판 압연은 열연코일 제조와는 달리 비교적 저속 압연이기 때문에 압연중 온도가 떨어지는 정도가 심하며 누적압하량이 약 40∼65정도에서의 온도는 통상적으로 약 1050∼1100℃ 이다. 따라서, 2상 스테인레스 후강판의 열간압연에서는 누적압하량이 65까지는 압연을 매우 신중히 해야함을 알 수 있다. 연속주조 슬라브의 폭은 약 1580mm 정도인데, 이를 폭 약 3500mm 까지로 광폭의 압연판을 제조하기 위해서는 폭내기 압연 후 길이내기 압연을 하게 된다. 최종제품의 폭에 따라 폭내기 압연량이 달라지나, 통상적으로 누적압연량 약 30∼50수준에서 폭내기 압연이 마무리되므로, 폭내기 압연 과정이나 폭내기 압연 완료후 길이내기 압연 초기 단계 사이의 압연을 매우 신중히 행하여야 함을 알 수 있다.

한편, 도 3은 실제로 압연판 표면에 관찰된 크랙 단면을 보여주는 미세조직 사진으로 압연중 발생된 크랙은 압연이 진행되면서 압연방향으로 페라이트와 오스테나이트상(Phase) 계면을 따라 진행됨을 보여주고 있다. 표면크랙의 상층부는 압연 초기 단계의 조직을 보이고 있어, 압연초기의 표면크랙을 방지할 수 있는 압연조건도 중요함을 알 수 있다. 슬라브를 가열한 직후는 고온으로 열간가공성이 매우 양호한 상태이나 압연 롤(Roll)과의 접촉에 의한 표층부의 온도는 급격히 감소하게 된다. 위드멘스테턴(Widmanstatten) 형태로 존재하는 오스테나이트상은 온도가 떨어짐에 따라 열간가공성이 급격히 감소되기 때문에 이를 고려하여 압연조건을 설정하여야 한다. 본 발명에서는 수회의 실험결과를 통하여, 압연 첫 패스의 압연량이 10를 초과하거나 변형속도가 3sec^-1를 초과하는 경우 표면 크랙이 발생되는 것을 확인하였다. 압연 첫패스는 고르기 압연 개념으로 압연량을 10이하로, 변형속도는 3sec^-1이하로 행함이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 실험결과에 따르면, 후판 압연시 폭내기 압연 단계까지의 누적 압연량은 오스테나이트상의 압연방향으로의 정렬정도를 크게 변화시키지 못하며 압연온도 역시 열간가공성이 열위한 구간에 속하게 되므로, 폭내기 압연시 압연 변형속도를 작게 해주어야 하며, 압연변형속도가 5sec^-1를 넘지 않음이 바람직하다는 것을 확인하였다. 더우기 폭내기 압연 후에는 길이내기 압연을 하여야 하며 이 경우 압연판의 압연 방향이 90°바뀌기 때문에 상당량의 오스테나이트 상이 압연방향과 직각으로 정렬하게 되어 폭내기 압연 후 길이내기 압연 초기는 크랙 발생 민감도가 매우 큰 상태이므로, 후판 압연시 폭내기 압연후 본격적인 길이내기 압연전 오스테나이트상의 압연방향으로의 정렬정도가 충분할 때까지 계속적으로 변형속도를 낮게 해주어야 한다. 따라서, 최소한 누적 압하량 65정도까지는 변형속도가 5sec^-1를 넘지 않아야 하며, 바람직하게는 폭내기 압연 후 길이내기 압연시 압연방향과 수직으로 존재하는 계면에 의한 균열발생을 억제하기 위하여 추가적으로 누적 압연량 25정도까지는 변형속도가 5sec^-1를 넘지 않도록 하면, 열간가공성을 크게 개선할 수 있다.

나아가, 본 발명에서는 2상 스테인레스강의 S, P의 함량에 따라 탈스케일공정과 압연롤의 냉각수유량을 제어하여 열간가공성이 더욱 개선한다. 2상 스테인레스강에서 S 및 P의 불순물은 계면취하에 영향을 미칠 정도로 많이 포함되면(S: 15ppm이상, P:200ppm이상) 열간가공성이 더욱 악화된다. 이 경우에는 열간압연전후 탈스케일을 생략하여 표면을 얇은 산화스케일(Scale)로 보호하여 압연시 윤활작용 효과를 도모함과 동시에, 냉각수의 유량을 가능한 최소화하여 표면의 온도 저하를 억제하여, 표면 크랙 발생의 억제한다. 압연롤의 냉각수 유량은 기존에 약 4000ℓ/min로 하였는데, 본 발명에서는 냉각수의 유량을 최소화하는 측면에서 3500ℓ/min이하로 한다.

본 발명에 따라 탈스케일을 생략하더라도 2상 스테인레스강에서는 별 다른 문제가 되지 않는다. 통상, 스테인레스강의 압연시 압연롤의 보호를 위하여 초기 압연전후에 고압수를 분사하여 탈스케일(descaling)하고 압연도중에는 압연롤 부위에 냉각수를 다량 분사하게 되어 있다. 그런데, 2상 스테인레스강은 크롬의 함량이 높아 표면에 얇고 치밀한 Cr-Rich 산화층을 형성하여 고온 산화량이 매우 작기 때문에 표층부에 형성되는 산화스케일량이 매우 작을 뿐 아니라 압연중에 생기는 재산화층도 매우 얇다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

두께 150mm의 연속주조 슬라브를 누적압연량 40까지 폭내기 압연한 후 길이내기 압연을 하여 두께 8∼9mm로 압연하였는데, 이때 각 단계별 압연조건을 표 1에 나타내었고, 누적압하량과 변형속도의 관계를 도 3에 나타내었다.

표 1에 나타난 바와 같이, 발명예의 경우는 폭내기 압연 후 길이내기 압연시 누적압하량 65까지 변형속도를 5sec^-1이하를 유지하여 표면에 크랙이 발생하지 않은 양호한 제품을 제조할 수 있었다. 그러나, 상기 발명예와 같이 하더라도 초기 첫 패스에서 압연량이 10를 초과하거나, 변형속도가 3sec^-1를 넘을 경우 미세크랙이 발생되었다(비교예C).

한편, 비교예A의 경우는 폭내기 압연후 누적압하량 57까지는 변형속도를 5sec^-1이하의 양호한 상태를 유지하였으나, 그후 65시점까지에서 변형속도를 8sec^-1수준 이상으로 급격히 증가함에 따라 표면에 미세 크랙이 발생되었다.

또한, 비교예B의 경우는 폭내기 압연시에는 변형속도가 5/sec 를 초과한 경우로 표면에 대형 크랙이 다량 발생되었다. 따라서, 누적압연량과 변형속도가 2상 스테인레스강의 표면 크랙 발생에 결정적인 영향을 미침은 분명하게 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 압연조건을 제어하여 열간 후판압연하면 S, P등의 불순물의 함량을 낮추기 최대한 낮추기 위한 정련부하 없이도 표면 크랙이 없는 2상 스테인레스강을 제조할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 2상 스테인레스강 슬라브를 10이하의 압연량과 3sec^-1이하의 변형속도로 첫패스 압연한 다음, 누적압하량의 65까지 압연변형속도를 5sec^-1이하로 하여 폭내기압연과 길이내기 압연하는 것을 포함하여 이루어지는 2상 스테인레스 후강판의 압연방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 길이내기 압연은 길이내기 누적압하량의 25까지 압연변형속도를 5sec^-1이하로 하는 것을 특징으로 하는 2상 스테인레스 후강판의 압연방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 2상스테인레스강 성분중 S의 함량이 15ppm이상이고, P의 함량이 200ppm이상의 경우에는 상기 압연전에 탈스케일공정을 생략하고, 압연롤의 냉각수유량은 3500ℓ/min이하로 함을 특징으로 하는 2상스테인레스 후강판의 압연방법.