KR20020040438A - 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저 니켈 함유 304L 오스테나이트계 스테인레스강의 제조 방법에 관한 것으로서, 니켈과 질소의 함량을 각각 8.0% 내지 9.0%와 0.070% 내지 0.080%가 되도록 조절한 스테인레스 강 슬라브를 델타 페라이트 함량이 6~8% 되도록 (1)식에 의해 계산되고, 상기 슬라브를 1230~1270℃에서 210~250분간 가열하고 압연하여 잔존 델타 페라이트의 함량을 2% 이하가 되도록하고, 1060~1090℃에서 10~20분간 소둔처리후의 잔존 델타 페라이트의 함량을 1% 이하가 도도록하는 것을 특징으로 하는 저 니켈 함유 304L 오스테나이트 스테인레스 후강판 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 오스테나이트 형성 원소인 니켈 함량과 질소함량을 조절하여 슬라브의 델타 페라이트 함량이 6% 이상이 되도록하고, 열처리 조건을 적절히 조절 함으로써 제품의 잔존 델타 페라이트 함량이 1% 이하가 되게 제어함으로써 내식성이 향상된 두께가 10mm 이상의 저 니켈 함유 304L 오스테나이트 스테인레스 후강판을 제조할 수 있었다.

Description

저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법{Manufacturing of low nickel containing stainless steel 304L plate}

본 발명은 저 니켈 함유 304L 오스테나이트계 스테인레스강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 니켈 함량의 저감에 따라 강의 내식성을 저해하는 잔존 델타 페라이트 함량을 크게 낮출 수 있는 저 니켈 함유 304L 오스테나이트계 스테인레스 후강판의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 오스테나이트계 스테인레스강은 초정 텔타 페라이트로 응고하기 때문에 연속주조 후 슬라브 상태에서 많은 량의 델타 페라이트가 잔존하게 된다. 슬라브 내에 잔존하는 델타 페라이트는 그 함량에 따라 강의 열간가공성 및 최종 제품의 내식성에 영향을 미친다.

즉, 슬라브에 델타 페라이트 함량이 과도하게 많이 함유되어 있으면 재가열 후 잔존 델타 페라이트 함량도 높아지게 되어 델타 페라이트/오스테나이트 상간의 심한 열간 가공성 차이가 발생해 압연시 상 계면에서 균열이 시발되어 에지 크렉(Edge crack) 및 심한 균열성 표면 결함을 유발하게 된다. 이에 대한 해결방안으로 일본특허 특개2000-80417에서 제시한 바와 같이 약 5% 이내로 예비열간압연 가공 후 1000~1300℃의 온도에서 2~30시간 동안 장시간 가열 후 통상의 열간 압연 공정을 거치면 에지 크렉(Edge crack) 및 심한 균열성 표면 결함을 해결할 수 있는 것으로 알려져 있다.

반면에 슬라브 내의 델타 페라이트 함량이 과도하게 적을 경우에는 재가열 후 잔존 델타 페라이트 함량이 너무 작아져 결과적으로 열간압연 중 재결정핵 생성 사이트(Site)로 작용하는 델타 페라이트/오스테나이트 상 계면이 적어지게 되어 오히려 열간 가공성이 불량하게 되며, 표면에 미세한 균열형태의 흠을 발생하게 된다. 이 경우는 일본특허 특개평 11-319910에서 제시한 압연 공정간 유지시간을 연장하여 지연압연을 하거나, 일본특허 특개평11-293412에서 제시한 Ca 처리를 통한 열간가공성 향상을 기할 수 있다고 알려져 있다.

그러나 이 방법들은 텔타 페라이트 함량에 따른 열간가공성 향상 방법을 제시한 것으로 텔타 페라이트 함량 저감에 따른 내식성 향상과는 거리가 먼 발명기술이라 할 수 있다.

한편, 두께가 6mm 이하이며 압연량이 97% 이상이고 압연속도가 매우 빠른 열연 코일 제조시는, 압연량이 매우 크기 때문에 델타 페라이트가 충분히 변형되므로 충분한 열간 가공성 확보 및 재결정 촉진을 위하여 델타 페라이트 함량이 적당히 높은 수준을 유지하여도 후속되는 소둔 공정에서 쉽게 고용되게 된다. 그러므로, 열연 코일용 슬라브는 델타 페라이트가 6~8% 수준으로 관리하면 적당하다고 알려져 있다.

이 경우 소둔 후의 제품 상태에서는 델타 페라이트 함량이 0.1% 이하로 거의 없는 상태가 되며 제품의 내식성에는 문제가 없으나, 압연량이 95% 이하이고 두께가 10mm 이상인 후강판 제조에서는 델타 페라이트의 함량 및 고용 등을 다른 관점에서 보아야 한다.

즉, 후강판 제조의 경우 압연량이 작을 뿐 아니라 압연속도도 상당히 늦기 때문에 델타 페라이트의 변형이 쉽지 않으며, 슬라브 재가열시 충분히 고용되지 않은 델타 페라이트는 압연 후에도 그대로 잔존하며 소둔 공정에서도 고용이 잘되지 않는다. 따라서 델타 페라이트 함량이 1% 이상 잔존하면 내식성이 나빠지므로, 후강판 소둔 제품에서 델타 페라이트 함량이 1% 이하 되게 하기 위해서는 슬라브의 델타 페라이트 함량을 5% 수준으로 작게 해주어야 한다.

다른 한편, 강의 합금 성분 중 내식성을 저해하지 않으면서 델타 페라이트 함량을 작게 해주는 원소로써 오스테나이트 형성 원소인 니켈 또는 질소를 들 수 있다. 니켈 함량을 높이면 제조 원가가 높아지기 때문에 질소를 첨가하는 방법이 많이 사용되나 질소 함량이 과다하면 열간 변형저항이 높아질 뿐 아니라 열간 가공성도 나빠져 질소 함량 증가에는 한계가 있다

이와 같이 합금 성분계에 의하여 델타 페라이트 함량이 결정되어 지는 강의 주편 내 델타 페라이트 함량을 조절할 수 있는 방법 중의 하나로 제시된 일본특허 특개평8-252652 에서는 주조시 주편을 300℃/s 이상으로 냉각시킴으로써 주편응고 조직내의 델타 페라이트를 미세하게 분산시켜 후속 열간 압연 공정에서 쉽게 확산 소멸시킬 수 있다고 하고 있으나, 이 방법은 스트립 케스팅과 같이 주편의 두께를5mm 이하로 얇게 주조할 경우에나 가능한 방법이며, 통상의 주편 두께 200mm 주조에서는 적용이 곤란하다. 일본특허 특개평10-017927에서는 주편 내의 델타 페라이트 함량을 제어하는 또 다른 방법으로 2단 재가열 열처리 방법을 제시하고 있다. 즉 소재를 1230~1260℃에서 1~2시간 가열하고 다시 1300~1320℃로 승온하여 0.5~1시간 유지한 후 압연하는 방법으로 이 방법은 압출하여 봉재나 선재를 제조하는데 적용가능하며, 판재를 제조하는 슬라브의 가열 방법에는 고온산화에 의한 표면결함 발생 때문에 적합하지 않다.

따라서, 본 발명은 304L 오스테나이트계 스테인레스 강에서 니켈 함량을 낮출 경우 델타 페라이트 함량이 증가되어 압연 후 과도하게 잔존하는 델타 페라이트에 의해 내식성이 저하되는 단점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 오스테나이트 형성 원소인 니켈 함량을 낮추어 슬라브의 델타 페라이트 함량이 6% 이상이 되는 성분계에서 최대 델타 페라이트의 함량을 설정하고 가열로 열처리 방법을 적절히 조절 함으로써 제품의 잔존 델타 페라이트 함량이 1% 이하가 되게 하는 두께가 10mm 이상의 저 니켈 함유 304L 오스테나이트 스테인레스 후강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 저 니켈 함유 304L 오스테나이트계 스테인레스후강판 제조 방법에 있어서,

니켈과 질소의 함량을 각각 8.0% 내지 9.0%와 0.070% 내지 0.080%가 되도록 조절한 스테인레스 강 슬라브를 델타 페라이트 함량이 6~8% 되도록 (1)식에 의해 계산되고, 상기 슬라브를 1230~1270℃에서 210~250분간 가열하고 압연하여 잔존 델타 페라이트의 함량을 2% 이하가 되도록하고, 1060~1090℃에서 10~20분간 소둔처리후의 잔존 델타 페라이트의 함량을 1% 이하가 도도록하는 것을 특징으로 하는 저 니켈 함유 304L 오스테나이트 스테인레스 후강판 제조 방법을 제공한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명강의 화학 조성은 표 1에 나타내었다. A 강은 니켈의 함량이 10.1% 함유하고 있는 강으로 슬라브의 델타 페라이트 함량이 5.1%로 통상적으로 제조되고 있는 강의 화학 성분이다. B 강, C 강 및 D 강은 A 강과 비교했을 때 니켈를 제외한 다른 합금 성분계는 거의 동일수준이나 특히 니켈 함량을 줄임으로써 슬라브의 델타 페라이트 함량을 각각 7.3%, 8.0% 및 9.0% 되게 한 강이다. E 강, F 강 및 G 강은 니켈 함량을 줄임과 동시에 질소 함량을 증가시켜 슬라브의 델타 페라이트 함량을 각각 4.5%, 6.2% 및 7.1% 되게 한 강이다. 여기에서 슬라브 상태의 델타 페라이트 함량은 실제 페라이트 스코프를 이용하여 측정한 값과 잘 일치하는 식 1을 이용하여 계산한 값이며, 압연 후 및 소둔 열처리 후의 델타 페라이트 량은 페라이트스코프를 이용하여 측정한 값들이다.

구분	강	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Cu	N	델타페라이트(%)
비교강	A	0.018	0.50	1.1	18.30	10.10	0.15	0.2	0.040	5.1
발명강	B	0.020	0.51	1.1	18.25	9.07	0.20	0.2	0.045	7.3
	C	0.021	0.51	1.1	18.29	8.82	0.22	0.2	0.044	8.0
비교강	D	0.022	0.49	1.1	18.29	8.48	0.15	0.2	0.042	9.0
	E	0.020	0.49	1.5	18.32	9.21	0.22	0.2	0.075	4.5
발명강	F	0.020	0.49	1.4	18.60	8.95	0.22	0.2	0.071	6.2
	G	0.020	0.49	1.5	18.59	8.45	0.21	0.2	0.077	7.1

본 발명의 슬라브를 열간 압연하기 위해서는 오스테나이트상 안정 구역인 1230℃ 의 고온에서 재가열을 한다. 이때 상당량의 델타 페라이트가 분해되며, 가열온도 까지 시간은 약 180분 정도 소요되기 때문에 슬라브 내부 까지 충분한 숙열을 위해서 총 가열 시간이 210분 이상 되게 한다. 가열온도가 높을수록 가열시간이 길수록 델타 페라이트의 분해가 많아지나, 가열온도가 1270℃ 이상되거나 가열시간이 250분 이상이 되면 고온에서 입계 산화가 심하여 표면 결함을 유발할 수 있기 때문에 가열온도의 상한은 1270℃, 가열시간의 상한은 250분으로 한정한다.

표 2는 상기 표1의 성분들을 함유한 강을 두께 200mm인 슬라브를 주조하여 슬라브상태의 델타 페라이트의 량을 측정하였고, 상기 슬라브를 델타 페라이트의 분해가 제일 빨리 이루어지는 1250℃에서 210분 가열하고 압연판의 두께가 10mm 되게 95% 압연하여 델타 페라이트의 량을 측정하였으며. 그 압연판을 1060℃에서 10분간, 1090℃에서 20분간 각각 소둔 후의 잔존 델타 페라이트 함량을 보이고 있다.

구분	강	델타 페라이트 함량
		슬라브 상태	1250℃에서 210분 가열 후압연한 상태	소둔 열처리 후
				1060℃/10분	1090℃/20분
비교강	A	5.1	1.1	0.7	0.5
발명강	B	7.3	3.1	2.5	1.9
	C	8.0	3.6	3.0	2.2
비교강	D	9.0	4.0	3.6	2.6
	E	4.5	1.3	0.9	0.6
발명강	F	6.2	2.4	1.9	1.3
	G	7.1	3.3	2.9	2.0

표 2에서 보면 슬라브 상태에서 델타 페라이트 함량이 5.1% 및 4.5% 수준인 A 강과 E 강의 경우는 압연 후의 델타 페라이트 함량이 1.5% 이하로 되고, 소둔 후에는 델타 페라이트 함량이 1% 이하가 된다. 반면에 슬라브의 델타 페라이트 함량이 6~8% 수준인 B 강, C강, F 강 및 G 강의 경우는 압연 후에도 2% 이상의 델타 페라이트가 잔존함을 보이고 있다. 소둔온도가 높고 시간이 길수록 델타 페라이트의 분해정도가 증가하나 여전히 1% 이상의 델타 페라이트를 함유하고 있으며, 또한 소둔조건에 따라 다르나 압연 상태에 비하여 약 0.5~1.5% 정도 감소되는 경향을 보이고 있다. 특히 슬라브의 델타 페라이트의 함량이 9% 수준인 D 강은 압연 후에도 4%의 높은 델타 페라이트 함량을 보이며, 소둔 열처리 후에도 2.5% 이상의 델타 페라이트 함량을 보유하고 있어 내식성이 극히 나쁜 상태임을 알 수 있다.

상기의 실험에서 보여주듯이 본 발명자들은 니켈 함량을 줄이고 질소 함량을 높여 델타 페라이트 함량을 조절한 강들은 단순히 니켈 함량 만 줄여 동일 수준의 델타 페라이트 함량을 보유한 강들과 비교시 델타 페라이트 분해 거동이 유사하며, 압연판에 잔존하는 델타 페라이트 함량은 소둔 조건에서 평균적으로 약 1% 수준 감소한다는 점에 착안을 하여 소둔후 제품의 잔존 델타 페라이트 함량을 1% 이하로 하기 위해서는 압연 후의 델타 페라이트 함량을 2% 수준 이하로 되게 하면 소둔 열처리 후 1% 미만의 델타 페라이트 함량을 보유한 제품을 생산할 수 있다는 것으로 판단하고, 고가의 니켈 함량을 저감하여 델타 페라이트 함량이 6% 이상인 강 슬라브 들을 가열조건의 최대 한계인 1270℃에서 250분간 가열하고 스테인레스 후강판으로 압연을 하고 소둔 열처리하여 잔존 델타 페라이트 함량이 1% 미만이 되는 델타 페라이트의 함량 범위를 도출하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

구분	강	델타 페라이트 함량
		슬라브 상태	1270℃에서 250분 가열 후압연한 상태	소둔 열처리 후
				1060℃/10분	1090℃/20분
발명강	B	7.3	1.2	0.8	0.5
	C	8.0	1.8	1.0	0.8
비교강	D	9.0	2.7	2.1	1.7
발명강	F	6.2	1.1	0.7	0.5
	G	7.1	1.3	0.9	0.7

표 3에서 보듯이 델타 페라이트 함량이 6% 이상인 B 강, C 강, D 강, F 강 및 G 강 슬라브를 1270℃에서 250분간 가열 및 압연 하고, 상기 표 2의 소둔조건으로 소둔 후의 잔존 델타 페라이트의 변화를 측정하였다. 식 (1)에 의하여 계산된 슬라브의 델타 페라이트 함량이 6~8% 대 수준인 B 강, C 강, F 강 및 G 강은 압연 후에도 잔존 델타 페라이트 함량이 2% 이하이고 소둔 후는 1% 미만이 되어, 니켈 함량을 10% 수준에서 9% 이하 수준으로 저감할 수 있으며 니켈의 함량을 8.5% 수준으로 더욱 줄이기 위해서는 질소 함량을 0.75~0.8% 수준으로 올려 델타 페라이트의 함량을 8% 수준 이하로 조절해 주어야 함을 알 수 있다. 그러나 질소 함량의 증가 없이 단순히 니켈 함량을 8.5% 수준으로 줄여 슬라브의 델타 페라이트 함량이 9% 대 수준인 D 강은 압연 후 잔존하는 델타 페라이트 함량이 2.7%로 높을 뿐아니라 1090℃에서 20분간 소둔하여도 1.7% 수준의 델타 페라이트를 함유하고 있어 1% 이하의 잔존 델타 페라이트 함량을 위해서는 더욱 고온에서 가열하거나 장시간 가열하여야 함을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 오스테나이트 형성 원소인 니켈 함량과 질소함량을 조절하여 슬라브의 델타 페라이트 함량이 6% 이상이 되도록하고, 열처리 조건을 적절히 조절 함으로써 제품의 잔존 델타 페라이트 함량이 1% 이하가 되게 제어함으로써 내식성이 향상된 두께가 10mm 이상의 저 니켈 함유 304L 오스테나이트 스테인레스 후강판을 제조할 수 있었다.

Claims (4)

1. 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법에 있어서,

   니켈과 질소의 함량을 조절한 스테인레스 강 슬라브를 델타 페라이트 함량이 하기 식(1)에 의하여 6~8% 되도록 조절하고, 상기 슬라브를 일정시간동안 가열, 압연하여 잔존 델타 페라이트의 함량을 2% 이하가 되도록하고, 소둔후의 잔존 델타 페라이트의 함량을 1% 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 니켈과 질소의 함량은 각각 8.0% 내지 9.0%와 0.070% 내지 0.080%가 되는 것을 특징으로 하는 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 슬라브의 가열조건은 1230~1270℃에서 210~250분간 가열히는 것을 특징으로 하는 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 압연판의 소둔조건은 1060~1090℃에서 10~20분간 소둔처리히는 것을 특징으로 하는 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법.