KR20030003848A - 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법 - Google Patents

리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간압연 후 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 냉간압연 후 상소둔함으로써 리징성을 향상시키는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성된 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하는 단계와, 열간압연판을 850 ~ 1000℃온도로 가열하여 10초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하여 연속소둔하는 단계와, 연속소둔된 열간압연판을 냉간압연하는 단계와, 냉간압연판을 800 ~ 900℃ 온도에서 1시간 ~ 10시간 유지하여 상소둔하는 단계를 포함한다. 또한, 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(max)은 15 ~ 40%인 것을 특징으로 한다.

Description

리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법{Method for producing ferritic stainless steel sheets having excellent ridging property}
본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이며, 특히, 430 스테인레스 열간압연판을 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 냉간압연 후 상소둔하는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인레스 냉간압연제품은 딥드로잉(Deep Drawing)과 같은 성형가공에 의해 각종 주방용품, 자동차부품 등에 널리 사용되고 있는데, 프레스 성형시 줄무늬 모양의 리징(Ridging)결함이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 리징결함은 제품의 외관을 나쁘게 할 뿐만 아니라 리징이 심하게 발생할 경우 성형후에 연마공정이 추가되기 때문에 제조원가의 상승과 함께 제품의 질적저하를 초래하는 문제점이 있다.
이와 같은 리징의 원인은 아직까지 명확하게 밝혀지지 않았지만 대개 다음과 같은 사상으로 알려지고 있다. 즉 최종 냉간압연소둔판에 있어서 다른 집합조직을 가지는 부위의 소성이방성에 의해 표면에 요철로 나타나게 된다. 특히 조대한 주조조직에 기인하여 열간압연판에 존재하는 {001}<110> 결정방위를 가지는 조대한 결정립군(群)의 형성에 의한 것으로 알려져 있다.
종래의 리징성을 개선하기 위한 대책은 앞서 언급한 추정기구에 근거하여 대개 3가지로 이루어지고 있다. 즉 (1)조대한 결정립군의 기원인 응고 결정립의 미세화, (2)조대한 결정립군의 집합조직의 무질서화(랜덤화), (3)조대한 결정립군의 분해이다. 상기 (1)의 경우 예를 들면 일본 특허 공보 소50-123294 에 기술된 바와 같이 주상정의 등축정화를 위한 전자교반, 응고결정립의 미세화를 위한 응고결정핵의 도입과 주조온도의 저하에 의한 급격한 응고가 구체적인 대책으로서 제시되었다. 상기 (2)에 대해서는 일본 특허 공보 소 57-70234 에 나타낸 바와 같이 제조공정 중에서 재결정을 촉진시키기 위한 열간압연온도(가열온도, 마무리온도, 권취온도 등), 압하율, 소둔온도 등의 적정화와 냉간압연 재결정 회수의 증가를 도모한 냉간압연시의 중간소둔공정의 추가, 열간압연시의 연신변형 외에 폭방향 변형의 부가 및 입내 석출물과 오스테나이트상의 이용, 그리고 열간압연윤활의 적정화를 들 수 있다. 또한 상기 (3)에서는 일본 특허 공보 평6-81036 에 기술한 바와 같이 변태의 도입을 의도한 성분 변경과 특수한 열처리 공정이 제안되어 있다. 이와 같은대부분의 종래기술은 각각을 단독으로 실시하는 것이 아니라 몇가지 기술의 조합에 의해 효과의 증대를 노리고 있다.
일반적으로 430 스테인레스강은 열간압연 소둔공정을 거치는데 비교적 저온(800 ~ 850℃)에서 장시간(35 ~ 50시간) 열처리하는 상소둔(Box Annealing)을 행하고 있다. 열간압연판 소둔의 목적은 재결정에 의한 열간압연 집합조직을 파괴하고 오스테나이트상(상온에서 마르텐사이트상)을 페라이트+탄화물로 분해하는 2가지의 야금학적 인자를 만족시킴으로써, 성형가공시에 발생하는 리징을 저감시키고, 성형성을 향상시키며, 냉간압연성을 향상시키기 위한 것이다. 그런데, 이러한 상소둔 공정은 에너지 소모가 클 뿐 아니라 장시간의 열처리에 따른 생산성 저하의 문제점이 발생한다.
그래서, 최근에는 리징성이나 성형성을 개선함과 동시에 대량생산 체제에 적합한 열간압연소둔공정의 연속화 또는 열간압연소둔공정의 생략화를 통한 생산성 향상에 관한 연구 및 기술개발이 집중되고 있는 실정이다.
이런 기술에 대한 자료는 다수의 특허로 제안되어 있는 데, 그 중에서, 일본 특허공고 소59-43977호, 소59-43978호(1984.10.25)에는 430 스테인레스강에 Al을 0.1 ∼ 0.15% 첨가하고, 연속주조시 슬라브(slab)의 등축정율을 높이는 동시에, 비교적 저온가열 및 강압화로 열간압연한 열간압연판을 고온 단시간에 연속소둔하는 제조방법에 관한 내용이 기술되어 있다.
또, 일본 특허공고 소57-64402호(1982.4.19), 소59-576호(1984.1.7)에는 430 스테인레스강에 Al을 첨가하고 열간압연 공정을 제어하며 열간압연소둔 공정을 생략함으로써 에너지를 절약하고 생산성을 향상시키는 방법에 관한 내용이 기술되어 있다.
또한, 일본 S사에서는 430 스테인레스강에 Al을 첨가하지 않고 상소둔 공정을 생략하는 압연방법에 관한 내용이 소개되어 있다. 즉, 이 방법은 열간압연 중 석출된 오스테나이트상을 마르텐사이트상의 형태로 열간압연판내에 석출시켜 열간압연소둔을 생략하고, 냉간압연시에는 페라이트 기지내에서 변형의 집중처로 작용하도록 한 것이다. 즉, 이런 변형집중처에서는 냉간압연소둔 공정에서 페라이트의 재결정 핵생성처로 작용하여 입도 미세화가 일어나며, 이런 결정립의 미세화에 의해 리징성을 개선한 것이다.
그러나, 앞서 설명한 종래기술의 제조방법에 의하면 리징성이 약간 개선될 수는 있으나 현저하게 향상되지는 못한다는 문제점이 있다. 또한 리징성의 문제는 냉간압연후 연속소둔할 때 소둔 열처리 시간이 매우 짧아서 재결정이 충분히 일어나지 않기 때문에 획기적으로 리징성을 개선하는 데 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열간압연 후 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 냉간압연 후 상소둔함에 따라 재결정을 충분히 시켜 조대한 결정립군을 파괴시킴으로써 리징성을 향상시키는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고,
도 2는 종래기술과 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 의해 각각 제조된 시편의 리징 높이 측정결과를 비교한 그래프이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하는 단계와, 상기 열간압연된 열간압연판을 850 ~ 1000℃ 온도로 가열하여 10초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하여 연속소둔하는 단계와, 상기 연속소둔된 열간압연판을 냉간압연하는 단계와, 상기 냉간압연판을 800 ~ 900℃ 온도에서 1시간 ~ 10시간 유지하여 상소둔하는 단계를 포함하는 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(max)이 15 ~ 40% 인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 도면과 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
본 발명의 스테인레스강 조성은 이미 공지되어 있는 페라이트계 스테인레스강이며, 그 구체적인 성분계는 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1 .0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어져 있다.
상기와 같은 합금성분계로 이루어진 본 발명 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(max)이 15 ~ 40% 가 되도록 조성해야 한다. 왜냐하면, 오스테나이트 최대 분율이 15%이하인 경우에는 열간압연소둔 후 잔존하는 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)에 의한 결정립 미세화효과가 적어져서 리징성 개선에 거의 효과가 없으며, 그 오스테나이트 최대 분율이 40%를 넘게 되면 상기의 잔존하는 오스테나이트상이 너무 많아져서 마르텐사이트상에 의한 취화현상이 나타나기 때문이다. 따라서 본 발명의 오스테나이트 최대 분율(max)은 수학식 1에 의해 구해진다.
오스테나이트 최대 분율(max) = 420(%C) + 470(%N) + 23(%Ni) + 9(%Cu) + 10(%Mn) + 180 - 11.5(%Cr) - 11.5(%Si) - 12(%Mo) - 52(%Al)
이하, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 대한 양호한 실시예를 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에서 보이듯이, 상기와 같은 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연한 후(S1), 850 ~ 1000℃ 온도로 가열하여 10초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하는 연속소둔을 행한다(S2). 이와 같은 조건에서 작업하는 것은 열간압연판을 850℃ 이하에서 단시간 열처리하면 재결정이 충분히 일어나지 않아 결정립 미세화 효과를 얻을 수 없고, 1000℃를 넘게 되면 결정립이 조대화되고 고온취화 현상이 일어나서 냉간압연시 판파단이 발생할 우려가 있기 때문에 본 발명의 연속소둔 가열온도는 850 ~ 1000℃ 범위가 바람직하다. 또한 상기 연속소둔로에서의 유지시간은 10초 이내에서는 재결정이 충분히 일어나지 않아 결정립 미세화 효과를 기대할 수 없고, 장시간 유지할수록 유리하지만 5분을 넘게 되면 생산성이 낮아지는 문제점이 발생하기 때문에 유지시간은 10초 ~ 5분 범위내가 바람직 하다.
계속해서, 상기의 열간압연판을 연속소둔을 행한 후 냉간압연을 행한다(S3). 상기 냉간압연 후에는 800 ~ 900℃ 온도에서 1시간 ~ 10시간 동안 유지하여 상소둔한다(S4). 이와 같은 조건에서 작업하는 것은 800℃이하에서는 재결정이 충분히 일어나지 않고, 900℃를 넘게 되면 오스테나이트상이 잔존하여 성형성이 나빠지기 때문이다. 또, 유지시간 1시간 이내에서는 재결정이 충분히 일어나지 않고, 장시간 유지할수록 탄질화물 석출이 용이하여 성형성에 유리하지만 10시간을 넘게 되면 생산성이 낮아질 뿐만 아니라 에너지 소모량이 많아 제조비용이 높아지기 때문이다.
즉, 본 발명의 제조방법은 열간압연판을 고온에서 단시간 연속소둔함으로써 열간압연소둔시 재결정촉진에 의한 결정립 미세화 효과 및 오스테나이트상을 잔존시킬 수 있다. 그리고, 냉간압연에서 열간압연소둔 후 잔존하는 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)을 변형의 집중처로 이용하여 냉간압연소둔 공정에서 재결정의 핵생성처로 작용되도록 함과 동시에 일정시간 열처리하는 상소둔함으로써 충분히 재결정시켜 결정립 미세화에 의한 조대한 집합조직을 파괴시킴에 따라 리징성을개선할 수 있었다.
다음은 실험예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠다.
하기의 표 1과 같은 조성을 갖는 페라이트계 스테인레스강 잉고트 시편을 사용하여 열간압연을 행한다. 이 때, 열간압연조건으로서 재가열온도는 1250℃, 마무리압연온도는 850 ~ 900℃ 그리고 권취온도는 700℃로 한다.
계속해서, 850 ~ 1000℃에서 1분간 연속소둔한 열간압연소둔판을 냉간압연 및 냉간압연소둔하여 품질특성 평가용 시편을 제조하여, 인장시험에 의해 리징높이를 측정한다. 여기에서, 리징성은 인장시험 후의 표면조도를 측정하여 리징 높이로 평가하는데 리징높이가 낮을수록 유리하다.
다음은, 표 2에 나타낸 종래방법과 본발명법의 제조조건으로 제조한 시편의 리징 높이 측정결과를 도 2에 도시하였다.
도 2는 종래기술과 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 의해 각각 제조된 시편의 리징높이 측정결과를 비교한 그래프이다.
도 2에서 보이듯이, 종래방법에 비해 본발명의 방법에 의해 제조한 시편의 리징 높이가 매우 낮게 나타남을 알 수 있다. 특히 본 발명강(A,B,C)과 비교강(D)내에서도 제조조건이 다르고 슬라브의 오스테나이트 최대 분율을 적절히 조절함에 따라 현격한 리징성 개선효과가 나타남을 알수 있다.
즉, 본 발명의 제조방법에 의해 각종 주방용품, 자동차부품등에 널리 이용되는 페라이트계 스테인레스강을 제조할 경우 리징성 개선으로 최종제품의 품질개선과 원가절감에 기여할 수 있다.
(단위 :wt%)
C Si Mn Cr Al N γmax(%)
A 0.052 0.39 0.38 16.23 0.003 0.03 31.1 본발명강
B 0.047 0.40 0.25 16.34 0.002 0.014 18.4
C 0.052 0.42 0.25 16.38 0.134 0.025 18.4
D 0.044 0.40 0.23 16.50 0.063 0.011 11.4 비교강
제조조건
종래방법(I) 열간압연 → 상소둔 →냉간압연 →연속소둔
종래방법(II) 열간압연 →연속소둔→냉간압연 →연속소둔
본발명법 열간압연 →연속소둔→냉간압연 →상소둔
상술한 바와 같이 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법은 오스테나이트 최대 분율(max)을 적절히 조절한 슬라브를 열간압연 후 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔을 행한 다음 냉간압연 후 상소둔함에 따라 리징성을 현저하게 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 성형 가공 후에 미려한 표면을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 최종제품의 연마공정 생략에 의한 제조원가 절감효과를 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

  1. 중량%로 C : 0.10%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, P : 0.040%이하, S : 0.030%이하, Cr : 15.0 ~ 20.0%, Al : 0.2%이하 그리고 N : 0.05%이하를 함유하고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서,
    상기와 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하는 단계와, 상기 열간압연된 슬라브를 850 ~ 1000℃ 온도로 가열하여 10초 ~ 5분 동안 유지한 후 급냉하여 연속소둔하는 단계와, 상기 연속소둔된 열간압연판을 냉간압연하는 단계와, 상기 냉간압연판을 800 ~ 900℃온도에서 1시간 ~ 10시간 유지하여 상소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인레스강 슬라브의 오스테나이트 최대 분율(max)은 15 ~ 40%인 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.
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