KR20010065414A - 티타늄 첨가 리징성이 우수한 스테인레스강 및 그 제조방법 - Google Patents

티타늄 첨가 리징성이 우수한 스테인레스강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 실가공시 고질적으로 발생하는 리징에 대해 이를 최소화하기 위하여 탄소 및 질소의 적정량 조절 그리고 티타늄 등의 미량 원소를 첨가하여 표면 광택 및 리징성이 우수한 스테인레스강 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 중량%로, C:0.04-0.05, Si:0.3-0.4, Mn:0.3-0.4, P:0.01-0.02, S:0.002이하, Cr:16.0-16.2, Ni:0.1-0.2, Mo:0.01-0.02, Ti:0.065-0.075, Cu:0.03-0.04, Al:0.002-0.004, O:0.02-0.03, N:0.03-0.04로 조성된 스테인레스강 및 상기의 조성으로 이루어진 강을 연속주조후 슬라브를 재가열한 후 최종목표두께 3-6mm로 840℃-860℃의 온도에서 사상압연을 거친 후 상소둔 및 산세하는 리징성이 우수한 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연신특성과 리징성이 우수한 강을 제조할 수 있다.

Description

티타늄 첨가 리징성이 우수한 스테인레스강 및 그 제조방법{Ti-added type 430 stainless steel having higher ridging resistance and good elongation and the method of the manufacturing the same}
본 발명은 스테인레스 430강에 합금원소를 첨가시켜 리징성을 개선시킨 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테인레스 430에 Ti원소를 첨가하고 열연 소둔온도를 변태점 이상으로 높게 설정하여 기존 스테인레스 430에 비해 리징성이 우수한 강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 준안정 페라이트계 스테인레스강이 STS 430은 기계적 성질 및 성형성이 우수하고 적정한 부식저항성을 유지하고 있어 페라이트계 스테인레스강 중에서도 가장 대표적으로 널리 사용하고 있는 강종이다. 이 강종의 드로잉성은 낮은 가공경화 속도로 우수하고 인성 역시 크랙 전파나 노치 민감도에 대한 저항성이 뛰어날 뿐 아니라 오스테나이트 스테인레스강에 비해 가공경화 속도가 낮아 상대적으로 낮은 강도를 요구하는 영역에서 충분히 널리 사용되고 있다. 즉 페라이트계 스테인레스강을 선호하는 이유는 Ni이 첨가되지 않아 오스테나이트계 보다 소재 가격이 저렴하고 표면의 광택도가 우수하며 더불어 내식성과 성형성이 동시에 우수하기 때문에 여러모로 용도만족을 하기 때문이다. 그러나 역시 본 강종에도 개선되어져야 할 단점이 있는데 그 중 대표적인 문제라면 가공에 따른 리징(ridging)의 최소화와 연신율의 개선이라 할 수 있다. 리징성은 페라이트계 스테인레스강의 고유성질이라고도 할 수 있는데 오스테나이트계와 달리 연주 조직의 불균일성이 압연을 통해서도 크게 개선되지 않고 그대로 냉연조직까지 이어져서 발생되는 현상이다. 따라서 가공시에 발생하는 표면 요철의 증대로 인해 수요가 불만을 야기할 뿐 아니라 광택도 측면에서도 불리하게 작용하고 있다. 따라서 이러한 리징성의 개선은 430강의 가공성과 관련하여 사용확대를 위해 향상되어져야 할 중요한 요구사항이다. 따라서 본 연구는 리징성을 개선시키는 제인자들 즉, 오스테나이트 포텐샬 등 성분의 영향, 슬라브 등측정율 및 Ti원소의 영향, 슬라브 재가열온도 및 압연조건의 영향, 열연 소둔조건의 영향, 열연 소둔조건의 영향, 냉연 소둔 및 압연 조건의 영향중에서도 특히 티타늄 합금원소의 첨가 및 소둔조건의 절절한 적용을 통한 리징성 개선을 제시하고자 한다.
본 발명은 상기의 요망된 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 페라이트계 스테인레스강의 실가공시 고질적으로 발생하는 리징에 대해 이를 최소화하기 위하여 탄소 및 질소의 적정량 조절 그리고 티타늄 등의 미량 원소를 첨가하여 표면 광택 및 리징성이 우수한 스테인레스강 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 중량%로, C:0.04-0.05, Si:0.3-0.4, Mn:0.3-0.4, P:0.01-0.02, S:0.002이하, Cr:16.0-16.2, Ni:0.1-0.2, Mo:0.01-0.02, Ti:0.065-0.075, Cu:0.03-0.04, Al:0.002-0.004, O:0.02-0.03, N:0.03-0.04로 조성된 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 조성으로 이루어진 강을 연속주조후 슬라브를 재가열한 후 최종목표두께 3-6mm로 840℃-860℃의 온도에서 사상압연을 거친 후 상소둔 및 산세하는 리징성이 우수한 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 상소둔 모사를 설명하기 위한 가열 및 냉각조건의 그래프도.
도 2는 스테인레스강의 질소와 티타늄 함량에 따른 응옥 및 석출동향의 스미토모 경험식을 도시한 그래프도.
도 3은 재가열 온도가 1230℃ 인 경우 티타늄 함량변화에 따른 리징거동 변화를 도시한 그래프도.
도 4는 재가열 온도가 1230℃인 경우 티타늄 함량변화에 따른 연신율거동 변화를 도시한 그래프도.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 이용되어진 대상강종은 페라이트계 스테인레스강인 STS 430을 기본으로 하였으며 실험실적으로 용해된 용재재의 성분은 크게 두가지로 나뉜다. 우선, 결정핵종제로 티타늄(Ti)원소를 달리 첨가한 경우와 오스테나이트 포텐셜량을 달리한 경우로서 표.1(a)는 본 개발을 위해 용해된 슬라브의 화학조성을 나타내고, 표. 1(b)는 목표 Ti원소량으로 각 각 200, 700, 1300ppm을 목표로 하였다. 표. 2(a),(b),(c)는 실제로 용해한 소재의 화학조성으로 다소의 편차가 있지만 목표 범주를 크게 벗어나지는 않고 있다. 화학성분 특성을 요약하면, STS 430 슬라브를 가지고 Ti 함량만을 임의로 변화한 것으로 각 각의 시편은 실험실적으로 50kg을 1 차지(charge) 진공용해후 25kg의 잉고트를 2개씩 제조하였다.
열간압연 시험은 파이럿 플랜트(Pilot plant)에서 실시하였는데, 크게 용해재 압연과 현장재 압연으로 구분된다. 용해재의 경우에는 슬라브 재가열 온도를 크게 3가지로 나누었으며 각 각의 온도는 1100, 1170, 1230℃로 설정하였다. 용해재의 슬라브 두께는 120mm이고, 최종 4mm까지 열간압연을 하였으며, 표.3 은 Ti 첨가재의 가열온도 및 마무리 온도를 요약한 것이다. 여기서 마무리 온도는 사상압연기의 FT7 온도와 비견되는 것으로 저온압연 측면의 850℃와 통상적인 930℃ 2조건으로 설정하였다.
열간압연을 마친 소재는 최냉점의 승온패턴으로 상소둔조건을 모사하여 박스 퍼니스(Box frunace)에서 소둔하였다. 도 1은 승온 패턴을 모사한 것으로 균열 온도는 각 각 810, 840, 870, 900℃의 4조건을 사용하였으며 5시간 유지를 기본으로 하였다. 소둔을 마침 소재는 숏 블라스터를 통과한 후 20% 황산조에서 약 1분 침지한 후 0.5% HF+8% NHO3용액에서 30초 침지하여 산세하였다.
열연소둔 및 산세를 마친 4mm의 열연재는 Pilot 냉간압연기에서 0.5mm까지압연을 실시하여 각종 시험의 시편으로 사용하였다. 냉연판의 소둔조건은 밀(Mill) 생산재의 연속소둔로를 모사하기 위하여 골드 퍼니스를 사용하였으며 스트립의 오도는 850℃를 기준으로 하였다. 소둔후 산세는 열연산세와 동일한 조건을 사용하였다.
시험재의 인장시험은 압연방향에 평행하게 JIS 13호 시험편을 가공한 후 20mm/min의 일정한 변형속도로 인장시험을 하여 항복 강도, 인장강도 및 연신율을 측정하였다. 리징성 평가를 위해서는 시험편을 JIS 5호 시편규격으로 인장시편을 가공하여 시편의 평행부를 #1200 연마기로 연마후 15% 인장하여 표면조도기(Surftest-501, Mitutoyo)로 표면의 요곡부를 R-커브(Range 600, λ c=2.5, n-5, 측정거리=12.5mm)로 측정하였으며, 측정값은 Rt인 peak-to-valley height값을 시편당 3회 측정후 평균값으로 표기하였다.
리징 거동은 연속주조시에 생성되는 조대한 주상정 조직이 압연공정에도 불구하고 파괴가 잘 일어나지 않고 이러한 주상정 집합조직이 잔존하여 생기는 것으로 볼 때 미세조직의 균일화가 필요하다. 스테인레스 430은 강중 티타늄(Ti) 및 질소(N)함량에 다라 등측정율이 증가하는 양호한 측면이 있는 반면 표면결함의 발생 빈도가 증가하는 불리한 측면이 있기 때문에 이들 두 원소의 적절한 함량 조절이 필요한데 이를 확인하기 위해 스미토모(sumitomo) 경험식을 이용하였다.
Log[%N] = -19755/(T+273)+7.78+0.07[%Ti]-log[%Ti]+0.045[%Cr]
이를 도식화한 것이 도 2로 주조시 몰드벽(Mold)에서의 응고온도가 각 각 1510, 1530℃의 경우에 대해 나타낸 것이다. 예를 들어 1510℃가 응고온도라고 할때 질소함량이 400ppm일 때 Ti함량 약 700ppm 지점과 일치하는 것을 알 수 있다. 이 선을 기준으로 상부에 존재할 때는 TiN 석출이 일어나지 않는다고 볼 수 있고 하부에서는 TiN 석출이 일어난다고 보면 된다. 그런데 이러한 TiN 석출이 몰드벽에서의 응고 발생시점 이전에 일어난다면 Ti 개재물일 뿐 등축정율을 높이는 핵생성 역할은 기대할 수 없다. 도 3은 Ti 함량이 다른 소재들을 가지고 1230℃ 재가열하에서 압연을 실시한 소재의 리징성을 조사한 것이다. Ti가 200ppm 소재의 경우에는 소둔온도의 변화에도 불구하고 18∼17μm로 균일한 리징성을 보이는 반면 700ppm과 1300ppm 소재의 경우에는 소둔온도에 따라 차이를 보며 특히 870℃ 전후에서 리징성의 개선효과가 두드러졌다. 하지만 두 경우 모두 보다 고온인 900℃가지 소둔온도를 증가시킴에 따라 리징성은 저하되었다. 이들 소재들이 870℃ 부근에서 리징성이 가장 우수한 이유로는 이 온도영역에서 재결정이 활발하게 일어나고 200ppm 소재에 비해 오스테나이트상 생성능이 상대적으로 적어 입계 성장의 가능성이 크므로 보다 고온인 900℃이상 소둔의 경우 리징성이 다시 악화하는 것으로 판단되다. 도 4는 이들 소재의 연신율을 살펴본 것으로 700ppm소재의 경우가 870℃ 소둔온도에서 역시 우수한 연신율을 나타내는 것을 알 수 잇다. 따라서 리징성과 연신율 모두 Ti 700ppm 소재의 870℃ 상소둔을 실시한 시에 성형성이 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
(a) 슬라브 화학조성
위치 C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Cu Al B N
H09541 L.C 0.053 0.38 0.39 0.018 0.001 16.12 0.09 0.01 0.0 0.02 0.004 0.0 0.0358
H09545 L.C 0.046 0.34 0.39 0.018 0.001 16.32 0.14 0.01 0.0 0.02 0.003 0.0 0.0395
H09953 L.R 0.049 0.38 0.43 0.02 0.001 16.38 0.38 0.02 0.021 0.05 0.003 0.0 0.0297
H09954 L.R 0.048 0.35 0.41 0.017 0.002 16.34 0.18 0.02 0.021 0.03 0.003 0.0 0.0329
H09955 L.R 0.047 0.34 0.41 0.017 0.002 16.33 0.14 0.01 0.021 0.02 0.003 0.0 0.0337
H09956 L 0.049 0.37 0.41 0.018 0.001 16.38 0.17 0.01 0.021 0.02 0.003 0.0 0.0345
H09959 L.R 0.046 0.40 0.44 0.024 0.00 16.16 0.11 0.05 0.0 0.04 0.003 0.0 0.0320
H09960 L.R 0.042 0.37 0.42 0.019 0.001 16.24 0.10 0.0 0.02 0.02 0.003 0.0 0.0373
H09961 L.R 0.049 0.42 0.43 0.019 0.001 16.25 0.15 0.01 0.0 0.003 0.003 0.0 0.0397
H09962 L.C.R 0.046 0.42 0.43 0.019 0.001 16.07 0.09 0.01 0.024 0.02 0.003 0.0 0.0396
H10477 0.048 0.38 0.48 0.024 0.001 16.34 0.27 0.01 0.018 0.04 0.003 0.0 0.0403
(b) 용해 목표성분
수량 C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Cu Al B N
A 25kg-6EA 0.0475 0.38 0.39 0.018 0.001 16.12 0.19 0.01 0.070 0.02 0.004 0.0 0.0375
B 25kg-6EA 0.0475 0.38 0.39 0.018 0.001 16.12 0.19 0.01 0.130 0.02 0.004 0.0 0.0375
C 25kg-6EA 0.0475 0.38 0.39 0.018 0.001 16.12 0.19 0.01 0.020 0.02 0.004 0.0 0.0375
(a) Ti 목표 700ppm
C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Cu Al B N
A-1 0.042 0.349 0.340 0.018 0.001 16.10 0.190 0.015 0.084 0.035 0.003 0.021 0.034
A-2 0.043 0.336 0.345 0.018 0.001 16.10 0.159 0.015 0.074 0.035 0.003 0.027 0.033
A-3 0.046 0.327 0.321 0.019 0.001 16.07 0.164 0.014 0.076 0.035 0.003 0.022 0.035
(b) Ti 목표 1300ppm
C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Cu Al B N
B-1 0.045 0.350 0.350 0.018 0.001 16.05 0.140 0.012 0.132 0.003 0.004 0.022 0.034
B-2 0.045 0.342 0.340 0.018 0.001 16.04 0.180 0.012 0.111 0.034 0.020 0.021 0.034
B-3 0.052 0.350 0.337 0.021 0.001 15.96 0.108 0.011 0.127 0.029 0.003 0.015 0.031
(c) Ti 목표 200ppm
C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Cu Al B N
C-1 0.044 0.270 0.328 0.020 0.001 16.02 0.172 0.026 0.038 0.035 0.003 0.019 0.036
C-2 0.049 0.360 0.283 0.019 0.001 16.00 0.133 0.026 0.021 0.034 0.002 0.017 0.036
C-3 0.043 0.350 0.340 0.018 0.001 15.99 0.216 0.014 0.002 0.039 0.002 0.020 0.035
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B-1 8 0.132 1170℃ 850℃ 700℃
B-2 2 0.132 1230℃ 930℃ 700℃
B-4 5 0.111 1230℃ 850℃ 700℃
B-6 11 0.127 1100℃ 850℃ 550℃
C-5 3 0.021 1230℃ 930℃ 700℃
C-6 9 0.021 1170℃ 850℃ 700℃
C-7 12 0.002 1100℃ 850℃ 550℃
C-8 6 0.002 1230℃ 850℃ 700℃
H10477 13 0.018 1230℃ 930℃ 700℃ 현장 슬라브
H10477 14 0.018 1230℃ 850℃ 700℃ "
H10477 15 0.018 1170℃ 850℃ 700℃ "
H10477 16 0.018 1100℃ 850℃ 550℃ "
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 리징성이 현저히 개선되고 연신특성도 우수한 강재를 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Claims (4)

  1. 중량%로, C:0.04-0.05, Si:0.3-0.4, Mn:0.3-0.4, P:0.01-0.02, S:0.002이하, Cr:16.0-16.2, Ni:0.1-0.2, Mo:0.01-0.02, Ti:0.065-0.075, Cu:0.03-0.04, Al:0.002-0.004, O:0.02-0.03, N:0.03-0.04로 조성된 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 스테인레스강.
  2. 제1항의 조성으로 이루어진 강을 연속주조후 슬라브를 재가열한 후 최종목표두께 3-6mm로 840℃-860℃의 온도에서 사상압연을 거친 후 상소둔 및 산세하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 스테인레스강의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 연속주조후의 슬라브의 재가열 온도는 1230℃로 하여 200분간 숙열시키는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 스테인레스강의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상소둔 균일온도는 860℃-880℃로 하고, 4.5-5.5시간을 유지하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 스테인레스강의 제조방법.
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