KR20020048110A - 스테인레스 후강판의 열처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합금성분계의 미세변화, 초기 압연 조건 및 열처리 조건에 따라 상변태 온도가 달라지는 410계통의 스테인레스 후강판을 2차 가공을 위해 연화 시킴에 있어 경제적이고 효과적인 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명은 크롬을 11~13.5% 함유하여 압연 후나 고온에서 열처리 후 급냉 시 상변태에 의해 상온에서 마르텐사이트 상으로 되는 410 계통의 스테인레스 후강판의 열처리방법에 있어서, 상기 후강판을 뜨임 열처리를 통하여 연화를 시킬 때, As 온도를 측정하여 (As - 75℃)~(As - 25℃) 온도구간에서 5~30분간 열처리하여 단 시간내에 최대한 연화시킬 수 있는 스테인레스 후강판의 열처리방법을 요지로 한다.

Description

스테인레스 후강판의 열처리방법{heat treatment method of stainless steel plate}

본 발명은 410계 스테인레스 후강판 제조 시 열처리를 통한 연화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페라이트-오스테나이트 상변태 온도의 측정에 의하여 정확한 소둔 온도를 설정함으로써 소재의 연화를 단시간 내에 효과적으로 이루며 냉각 시 마르텐사이트 변태에 의한 강도 증가를 억제할 수 있는 열처리 방법에 관한 것이다.

410계통 스테인레스 강은 크롬을 11~13.5% 함유하고 있는 강으로 탄소 함량에 따라 410(탄소함량 <0.15), 410S(탄소함량 <0.08) 및 410L(탄소함량 <0.03) 등 3분류로 구별하게 된다. 이 강 들은 근본적으로 크롬함량이 높지 않고 니켈, 망간 및 질소 함량이 극히 낮아 상온에서는 페라이트 상이 안정한 합금 성분계를 갖고 있으나, 열간 압연을 위해 1000℃ 이상의 고온에서 재가열 시 오스테나이트단상 영역에 존재하게 되며 이때 형성된 오스테나이트 상은 쉽게 페라이트 상으로 변태되지 않기 때문에 압연 후 냉각 시 잔존하는 오스테나이트 상이 마르텐사이트로 변태되어 강의 강도 및 경도를 증가시킨다. 이렇게 형성된 마르텐사이트상은 온도를 올리면 다시 오스테나이트상으로 변태되며 오스테나이트 변태 개시온도를 As 그리고 오스테나이트 변태 완료 온도를 Af라 한다. 이러한 특성을 보유하고 있기 때문에 2차 가공 업체에서는 소재를 가공 후 적절한 열처리를 행하여 사용 목적에 맞게 강도 및 경도를 조절한다. 그러나, 2차 가공 업체의 관점에서 보면 소재의 강도 및 경도가 높으면 가공하기가 매우 힘들어 가능한 연화된 소재를 원하기 때문에 소재 공급사에서는 적절한 열처리를 하여 소재를 연화 시켜 공급한다.

열처리에 의하여 마르텐사이트 변태를 유도할 수 있는 강에 대해 종래의 열처리 방법은 강의 강도를 높이거나 유지하면서 인성을 증가시키는 방법이 주 종을이루고 있으며 크게 4가지로 분류된다. 첫째는 US5171384에 기술된 바와 같이 압연 후 마르텐사이트상으로 존재하는 소재를 As와 Af 사이의 온도에서 열처리를 하여 마르텐사이트상의 일부를 오스테나이트상으로 재변태 시키는 방법. 둘째는 US5017246 및 JP60026616 에 기술된 바와 같이 압연 후 소재를 Af 이상의 온도로 재 가열하여 오스테나이트화를 시킨 후 냉각 중 Ac1 이하 온도에서 뜨임(Tempering)처리 후 공냉 하는 방법. 셋째는 JP59153832 에 기술된 바와 같이 Af 이상에서 압연 종료 후 냉각과정 중 800℃ 이상온도에서 소킹(soaking)시켜 연화 후 냉각속도 50℃/hr 이하로 냉각시키는 방법. 넷째는 US5358577 및 JP60149715 에 기술된 바와 같이 압연 후 소재를 Af 이상의 온도로 재 가열하여 오스테나이트화를 시킨 후 급냉하여 마르텐사이트화 시킨 후 다시 As 이하의 온도로 재가열하여 450℃ 이하 온도에서 뜨임처리 후 서냉하는 방법이다. 상기한 밥법 들은 모두 고강도 고인성 확보를 위한 열처리 방법이며, 2차 수요가에 소재를 공급하기 위한 연화 방법에 대한 보고는 거의 없으며, 단지 압연 후 마르텐사이트화 된 소재를 연화하기 위해서는 As 온도 이하에서 즉 410L 강의 경우는 700~820℃에서 급냉 또는 서냉, 410S 및 410 강은 800~900℃ 에서 서냉 또는 약 750℃에서 급냉으로 열처리하여야 한다는 것 만 알려져 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출될 것으로서, 합금 성분계에 따라 As 온도가 달라지는 410계 스테인레스 후강판을 열처리함에 있어 단시간 내에 연화를 이룰 수 있는 적정 온도 및 시간을 제시 함으로써 경제적이며 효과적인 연화 열처리 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 열간압연한 시험재를 1200℃에서 2시간 열처리 후의 상변태 곡선을 도시한 도면.

도 2는 열간압연한 시험재의 상변태 곡선을 도시한 도면.

도 3은 열간압연한 시험재를 1200℃에서 2시간 열처리 후의 725~925℃ 구간에서 25분간 소둔 후 1℃/s 로 냉각하였을 때의 상변태 곡선을 도시한 도면.

도 4는 열간압연한 시험재를 1200℃에서 2시간 열처리 후의 775℃ 에서 소둔시간 변화에 따른 상변태 곡선을 도시한 도면.

도 5는 열간압연한 시험재를 1200℃에서 2시간 열처리 후의 775℃ 에서 5~10분간 소둔 후 725℃에서 25분간 유지하였을 때의 상변태 곡선을 도시한 도면.

도 6은 열간압연한 시험재의 650~825℃ 구간에서 열처리 시간에 따른 경도변화를 도시한 도면.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 사용한 강의 화학 조성은 표 1과 같다. 표 2는 초기 상태의 열처리 이력을 달리하여 급냉한 후의 경도 차이를 보여주는 것으로, 압연 후 1200℃에서 2시간 소둔 후 급냉한 시편은 재결정되어 비교적 크기가 균일한 큰 입도를 보이고 압연 후 급냉한 상태는 압연 방향으로 연신된 비교적 미세한 입도를 가지는 조직을 갖고 있으나 경도는 거의 유사한 수준임을 보이고 있다. 이 이유는 도 1과 도 2에 보이듯이 고온에서 가열 후 급냉에 의하여 마르텐사이트 변태에 의함을 알 수 있다. 도 1는 압연 후 1200℃에서 2시간 소둔 후 냉각하였을 때의 상변태 곡선으로 As가 약 800℃ 임을 보이고 있으며, 도 2는 압연 후 급냉한 상태의 후강판을 1100℃ 까지 가열 후 냉각하였을 때의 상변태 곡선으로 As가 약 775℃ 임을 보이고 있다. 이렇듯 410 계통의 강은 동일 화학 조정을 가지고 있는 경우에도 초기 상태에 따라 냉각 후 마르텐사이트 변태에 의하여 경도 차이는 거의 없지만 As 온도가 크게 달라짐을 알 수 있다. 이러한 강을 연화 시키기 위해서는 냉각 후에도 마르텐사이트 변태가 일어나지 않도록 As 온도 이하에서 뜨임 열처리를 해 주어야 한다. 비록 초기 상태에 따라 As 온도가 다르지만 저온 영역에서 장시간 소둔을 행하면 균일한 경도를 확보할 수 있으나 이러한 방법은 후강판 생산 시 열처리는 낱장 단위로 행해지기 때문에 장시간 소둔하는 방법은 경비가 증가하고 기회 손실 정도가 크기 때문에 적합한 방법이 아니며, 가능한 단 기간에 강을 연화 시킬 수 있는 최적의 열처리 조건의 도출이 필요하다.

본 발명자는 크롬을 11~13.5% 함유하여 압연 후나 고온에서 열처리 후 급냉 시 상변태에 의해 마르텐사이트 상으로 되는 410 계통의 강의 제시된 As 온도 이하의 열처리 온도 범위가 매우 넓으며, 후강판을 열처리하여 연화를 시키기 위해서는 강판의 두께에 따라 압연 마무리 온도 및 압연 정도의 차이에 따른 As 온도의 차이가 있을 수 있기 때문에 효과적으로 짧은 시간 내에 연화를 시키기 위해서는 열처리 온도를 달리하여야 한다는 점에 착안 하여 정확한 열처리 온도를 설정하기 위하여 As 온도 전 후의 온도 범위에서 시간에 따른 경도 변화를 측정하여 410 계통의 강을 효과적으로 짧은 시간 내에 최대한 연화 시킬 수 있는 적정 열처리 조건을 도출하였다.

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

실시예

도 3은 처리방법 1을 한 시험강을 725~925℃ 구간에서 25분간 소둔 후 1℃/s로 냉각하였을 때의 상변태 곡선으로 750℃ 이상의 온도에서는 마르텐사이트의 변태가 존재함을 알 수 있다. 750℃는 As 온도 보다 약 50℃ 낮은 온도로 25분간 소둔하여도 냉각 시 상변태가 없으나 775℃의 경우는 As 보다 약 25℃ 낮은 온도 임에도 불구하고 일부 마르텐사이트 상이 오스테나이트로 변태하여 냉각 시 마르텐사이트 변태가 일어남을 보이고 있다. 도 4는 처리방법 1을 한 시험강을 775℃ 에서 소둔 시간의 변화에 따른 상변태 곡선으로 775℃에서는 열처리 온도 도달 시점에서는 바로 냉각을 하면 마르텐사이트 변태가 없으나, 5분 만 유지하여도 오스테나이트 변태에 의하여 냉각 시 마르텐사이트 변태가 있음을 보여 준다. 이렇듯 열처리 중 오스테나이트가 형성되면 온도를 As 보다 훨씬 낮은 725℃에서 25분 이상을 유지하여도 도 5에 보인바와 같이 페라이트상으로 재변태가 되지 않고 냉각 시 여전히 마르텐사이트 변태가 일어나므로 충분한 연화를 이루기 위해서는 장시간 열처리 하거나 재차 열처리하여야 함을 알 수 있다. 냉각 시 마르텐사이트가 형성되면 오히려 강도가 상승하여 충분한 연화를 얻을 수 없기 때문에 측정한 As 보다는 최소한 50℃ 정도 낮은 온도 이하에서 열처리를 하여야 함을 알 수 있다.

도 6은 처리방법 2을 한 시험강을 650~825℃ 온도 구간에서 열처리 후 상온으로 급냉하였을 때 소둔시간에 따른 경도변화를 보여준다. 725℃에서 열처리한 경우, 경도는 서서히 감소하여 약 5분 소둔 후는 거의 일정한 수준을 유지하고 있다. 이 온도보다 25℃ 낮은 700℃의 경우는 유지시간이 길어짐에 따라 경도가 서서히 감소하여 충분한 연화를 위해서는 비교적 장시간이 필요함을 알 수 있다. 25℃ 높은 750℃의 경우는 경도가 감소하였다가 유지시간이 길어짐에 따라 서서히 경도가 증가함을 보이고 있다. 이 강의 As는 약 775℃이나 그 보다 25℃ 낮은 온도에서도 열처리 시간이 길어짐에 따라 오스테나이트 변태가 일부 있었기 때문이다. 이 경우도 역시 충분한 연화를 얻기 위해서는 측정한 As 보다는 최소한 50℃ 정도 낮은 온도 이하에서 열처리를 하여야 함을 알 수 있다.

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	cu	N
0.013	0.28	0.79	0.023	0.003	11.2	0.43	0.02	0.34	0.0131

처리방법	열처리	경도	As
1	1200℃에서 2시간 열처리후 급냉상태	HRB 100.5	800℃
2	열간압연후 급냉상태	HRB 102	775℃

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 합금 성분계에 따라 As 온도가 달라지는 410계 스테인레스 후강판을 열처리함에 있어 단시간 내에 연화를 이룰 수 있는 적정 온도 및 시간을 제시 함으로써 경제적이며 효과적인 연화 열처리를 실시할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 크롬을 11~13.5% 함유하여 압연 후나 고온에서 열처리 후 급냉 시 상변태에 의해 상온에서 마르텐사이트 상으로 되는 410 계통의 스테인레스 후강판의 열처리방법에 있어서, 상기 후강판을 뜨임 열처리를 통하여 연화를 시킬 때, As 온도를 측정하여 (As - 75℃)~(As - 25℃) 온도구간에서 5~30분간 열처리하여 단 시간내에 최대한 연화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 스테인레스 후강판의 열처리방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 온도구간은 (As - 50℃)인 것을 특징으로 하는 스테인레스 후강판의 열처리방법.