KR20050073808A

KR20050073808A - 성형성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법

Info

Publication number: KR20050073808A
Application number: KR1020040001900A
Authority: KR
Inventors: 김동식; 박종환; 이희호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2005-07-18
Also published as: KR101064364B1

Abstract

본 발명은 전기로에서 합금성분을 용융시켜 용융물을 생산하는 단계와, 상기 용융물을 에오디 정련로에서 정련하여 용강을 생산하는 단계와, 상기 용강을 래들에서 가스교반시키는 단계와, 교반처리된 용강을 연속주조하는 단계로 이루어져서, 중량%로 C: 0.004~0.05%, Cr: 11~19%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.5% 이하, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하와, Si, Al 및 Ti와, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 함유하는 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 에오디 정련로에서 상기 Si 성분의 함량을 0.05~0.35%의 범위로 유지하고; 상기 래들에서 용강중 Al 성분의 함량을 0.003% 이하로 유지하고, 상기 Ti 성분의 함량을 0.003% 이하로 유지하는 것을 특징으로 하므로, 페라이트계 스테인레스강의 성형성과 리징 저항성을 향상시킬 수 있다.

Description

성형성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING THE FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING SUPERIOR FORMABILITY}

본 발명은 주방용품 등으로 사용되는 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 성형성이 우수할 뿐 아니라, 리징 저항성도 동시에 우수한 페라이트계 스트인레스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, SUS 430강으로 대표되는 페라이트계 스테인리스강은 우수한 가공성과 내식성을 가지면서 비교적 가격이 저렴하기 때문에 딥드로잉(Deep Drawing)과 같은 성형가공에 의해 주방그릇, 싱크대 등의 각종 주방용품 또는 자동차부품 등에 사용되고 있다.

그러나, 불순물이 많이 존재하고 있는 페라이트계 스테인레스강은 성형가공시 크랙이 발생되는 문제점이 있다. 예를 들어, 페라이트계 스테인레스강 제품을 수요가에서 가공하는 경우에, 도 1a에 나타난 바와 같은 스피닝 크랙(spinning crack)이 발생하여 제품품질의 저하 및 생산성에 악영향을 끼치게 된다. 스피닝 크랙은 도 1b 및 도 1c에 나타난 바와 같이, 페라이트계 스테인레스강에 존재하는 약 1770℃ 정도의 고융점을 갖는 실리카(silica) 또는 약 2020℃ 정도의 고융점을 갖는 알루미나와 같은 개재물들에 의해서 발생하고 있음을 알 수 있다.

일반적으로, 페라이트계 스테인레스강에서 실리카는 중량%로 0.35%를 초과하는 함량의 Si를 함유하는 소재에서 발생하기 쉽고, 알루미나는 50ppm 이상의 Al을 함유하는 소재에서 발생하기 쉽다. 또한, 50ppm 이상의 Al을 함유하고 있는 경우에 MgO-Al₂O₃계 스피넬 고융점 개재물도 생성될 수 있다.

한편, 페라이트계 스테인리스강의 연신율이 낮은 경우에, 열연강판 및/또는 냉연강판을 심가공하거나, 굽힘(bending) 등의 가공을 실시하면 리징(ridging)이라는 주름형 굴곡의 형상이 압연방향을 따라 발생하여 제품의 외관이 현저히 손상된다. 이때, 리징이 심하게 발생한 경우에는 이를 제거하기 위하여 가공 후에 연마공정이 추가되기 때문에 제조단가가 높아지는 문제점이 있다.

따라서, 청정도 및 연신율이 좋은 페라이트계 스테인레스강을 확보하기 위해서는 연속주조로 생산되는 페라이트계 스테인레스강의 주편에 고융점 개재물, 예를 들어 실리카와 같은 개재물이 존재하지 않아야 한다. 이러한 개재물을 제거하기 위해서는 제강공정에서 탈산방법이 대단히 중요하다.

본 발명은 상술된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 에오디 정련로에서의 정련공정과, 전로공정과, 연속주조공정에서 Si, Al, Ti의 조성과 Si/Mn 비를 제어하여 성형성과 리징저항성을 개선시킨 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전기로에서 합금성분을 용융시켜 용융물을 생산하는 단계와, 상기 용융물을 에오디 정련로에서 정련하여 용강을 생산하는 단계와, 상기 용강을 래들에서 가스교반시키는 단계와, 교반처리된 용강을 연속주조하는 단계로 이루어져서, 중량%로 C: 0.004~0.05%, Cr: 11~19%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.5% 이하, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하와, Si, Al 및 Ti와, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 함유하는 페라이트계 스테인레스강 제조방법은 상기 에오디 정련로에서 상기 Si 성분의 함량을 0.05~0.35%의 범위로 유지하고; 상기 래들에서 용강중 Al 성분의 함량을 0.003% 이하로 유지하고, 상기 Ti 성분의 함량을 0.003% 이하로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

먼저, 소정의 합금성분을 전기로에서 용융하여 용융물을 생산한다. 상기 용융물은 에오디(AOD; argon oxygen decarburization) 정련로에서 환원 탈류처리된 후에 산소취입에 의해 탈탄처리되고, Si 성분의 투입에 의해 탈산처리된다.

상기 탈류처리에 의해서 S 성분의 함량은 황화물의 생성을 방지하기 위하여 0.01% 이하로 제어된다.

도 2를 참조하여 탈산 성분조정에 의한 개재물 생성상을 하기와 같이 설명한다. 도 2는 430 페라이트계 스테인레스강(0.04% C - 16% Cr)중 Mn과 Si 성분의 농도조건에 따라 용강 중에 존재하는 산화물의 평형상을 FACT 열역학 패키지를 이용해서 예측하여 나타낸 그래프이다. 430 페라이트계 스테인레스강(0.04% C - 16% Cr)의 응고온도선, 즉 1510℃의 실선을 기준으로 해서 Mn 성분이 0.5%일 때 Si 성분이 약 0.60% 이상이면 SiO₂가 생성됨을 알 수 있다. 그러나, 실제 조업에서 이 같은 성분계의 생산시에는 점선의 응고온도선을 기준으로 해서 Si 성분이 약 0.35% 이상이면 실리카가 생성된다. 따라서, 실리카 개재물의 생성을 억제하고, 제품에 나쁜 영향을 주지 않는 저융점의 액상 개재물, 예를 들어 MnO-SiO₂-Cr₂O₃를 생성하기 위해서는 Si 성분은 0.35% 이하로 유지되어야 한다. 한편, Si 성분의 함량이 0.05% 미만인 경우에는 Si 성분에 의한 탈산효과가 미미할 뿐만 아니라 도 2에 나타난 바와 같이 크랙을 발생시킬 수 있는 (Cr, Fe)₂O₃의 개재물을 생성하게 된다. 결과적으로, Si 성분은 0.05~0.35%의 조성범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 에오디 정련로에서 정련처리된 용강은 래들로 출강된 후 Al 및 Ti와 같은 탈산제의 투입과 함께 아르곤과 같은 가스취입에 의해서 교반처리되어 상기 용강에 함유되어 있는 산소를 제거한다. 상기 Al 성분의 함량이 과다하면 알루미나와 같은 고융점 개재물이 생성되므로, Al 성분의 함량은 0.003% 이하로 제어된다. 또한 Ti 성분도 과다하게 투입되면 TiO₂계 대형 고융점 개재물이 생성되므로, 그의 함량은 0.003% 이하로 제어된다.

래들에서 교반처리된 용강은 아르곤 실링의 분위기 하에서 연속주조되어 주편으로 주조된다. 상기 주편은 중량%로 0.004~0.05% C, 11~19% Cr, 0.3~0.6% Mn, 0.5% 이하 Ni, 0.03% 이하 P, 0.01% 이하 S와, 0.05~0.35% Si, 0.003% 이하 Al 및 0.003% 이하 Ti와, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 함유한다.

이때, 상기 주편의 성분함량 한정이유는 다음과 같다.

C 성분은 탄화물 형성원소로서 첨가량에 따라서 스테인레스강의 강도를 향상시키는 반면에 충격인성, 내식성 및 성형성을 저하시킨다. 즉, C 성분의 함량이 0.004% 미만인 경우에 강도향상효과가 미미한 반면에 0.05%를 초과하면 충격인성, 내식성 및 성형성을 저하시킨다. 따라서, C 성분의 함량은 0.004~0.05%로 한정한다.

Cr 성분은 첨가량에 따라서 스테인레스강의 내식성을 향상시키는 반면에 성형성을 저하시킨다. 즉, Cr 성분의 함량이 11% 미만이면 내식성 향상효과가 미미한 반면에 19%를 초과하면 강도가 높아지고 연신율이 낮아져 성형성이 저하한다. 따라서, Cr 성분의 함량은 11~19%로 한정하는 것이 바람직하다.

Mn 성분은 첨가량에 따라서 내식성을 향상시키는 반면에 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시킨다. 따라서, Mn 성분의 함량은 0.3~0.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ni 성분은 오스테나이트상 조장원소이면서 고가이므로, 페라이트상을 얻기위하여 그리고 생산원가를 낮추기 위해서 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

P 성분은 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하므로, 0.03% 이하로 유지한다.

S는 황화물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 0.01% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 설명한다.

[실시예]

먼저, 페라이트계 스테인레스강의 조성범위를 만족하는 하기 표 1의 성분을 갖도록 합금성분을 90톤 용량의 전기로에서 용해하고, 이때 생성된 용융물을 90톤 용량의 에오디 정련로에서 정련처리한 다음, 용강을 90톤 래들에서 교반처리하였다. 이 후에, 아르곤 실링의 분위기하에서 연속주조하여 200mm두께 X 1200mm폭의 주편을 생산하였다.

[표 1]

	강번	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Ti*	Al*
발명예	1	0.048	0.25	0.5	0.001	0.006	16.3	0.20	〈 10	〈 30
	2	0.039	0.28	0.5	0.018	0.005	16.2	0.20	〈 10	〈 30
	3	0.043	0.27	0.4	0.018	0.005	16.2	0.19	〈 10	〈 30
	4	0.040	0.33	0.6	0.020	0.003	16.4	0.20	〈 10	〈 30
	5	0.036	0.21	0.5	0.022	0.005	16.3	0.18	〈 10	〈 30
종래예	6	0.038	0.45	0.5	0.018	0.003	16.3	0.21	100	30
	7	0.043	0.51	0.5	0.019	0.002	16.2	0.19	110	30
	8	0.045	0.46	0.6	0.025	0.003	16.2	0.16	〈 10	30
	9	0.039	0.55	0.4	0.22	0.003	16.3	0.19	〈 10	110
	10	0.043	0.59	0.4	0.020	0.331	16.3	0.20	〈 10	30

상기 표 1에서 성분들의 함량단위 중량%이고, 기호 *가 부여된 성분들의 함량단위는 ppm 단위이다.

상기 에오디 정련로에서의 정련처리 중에서 탈산처리는 Si의 투입에 의해서 이루어지고, Al과 Ti의 조성범위는 래들에서 제어되었다.

한편, 상기 표 1의 조성중에서 주요 탈산제인 Si, Al, Ti 성분의 함유범위에 따른 냉연제품의 청정도 지수와 제품 가공시 스피닝 크랙 발생 정도는 하기 표 2에 나타난다.

[표 2]

	강번	청정도 지수(등급)	스피닝크랙 발생지수
발명예	1	1	A
	2	2	A
	3	2	A
	4	3	B
	5	3	B
종래예	6	5	C
	7	7	D
	8	5	C
	9	6	D
	10	7	D

상기 냉연제품의 청정도 지수는 개재물의 길이(㎛)에 따른 Krupp 등급으로 표시되었으며, 이때, 개재물의 길이에 있어서, 15㎛ 미만은 1등급, 15~30㎛은 2등급, 31~55㎛은 3등급, 56~110㎛은 4등급, 111~220㎛은 5등급, 221~440㎛은 6등급, 441~880㎛은 7등급에 해당한다. 또한, 스피닝 크랙 발생정도에 있어서, A는 아주우수, B는 우수, C는 보통, D는 불량을 의미한다.

상기 표 2에서, 발명예의 경우처럼 Mn 성분이 0.4~0.6% 범위일 때, Si 성분의 함량을 0.20%~0.33% 범위로 조정하고 있는 강번 1, 2, 3, 4, 5에 있어서 냉연제품의 청정도 지수는 1~3등급에 분포하여 우수한 경향을 나타내고 있으며, 이는 도 3에 그래프로 나타나 있다. 이때, 발명예의 강번들에 있어서 Si/Mn은 0.40~0.70의 값을 갖는다.

또한, 발명예의 강번들에 있어서 최종 제품 가공시 스피닝 크랙 발생율도 표 2와 도 4에 나타난 바와 같이 우수한 경향을 나타낸다. 이는 Si/Mn비를 제어함으로써 도 1c에 나타난 바와 같이 스피닝 크랙을 야기시키는 실리카가 생성되지 않고, 래들에서 저융점의 액상 개재물, 즉 MnO-SiO₂-Cr₂O₃의 생성조성으로 제어가 가능하기 때문이다.

저융점의 액상 개재물은 용강중 액체로 존재하기 때문에 응집성장이 쉽고, 부상분리도 용이하다. 따라서 용강중 탈산 원소 농도가 낮아서 용해 산소는 증가하여 전산소량(Total oxygen)이 다소 증가하여도, 구성 산화물 대부분 조성이 액상 개재물들이기 때문에 연신성 및 고융점 개재물들이 거의 존재하지 않았다. 이에 부가하여, 용강의 청정도를 향상시킬 수 있는 상승효과가 얻어진다.

한편, 0.45~0.51% Si 성분과 0.05~0.011% Ti 성분을 갖는 강번 6, 7과 0.46~0.59% Si 성분과 30~110ppm Al 성분을 갖는 강번 8~10은 표 2와 도 3 및 4로부터 알 수 있는 바와 같이 청정도 지수가 5~7 등급 수준으로 불량하고 또한 스피닝 크랙 발생지수도 C와 D로서 불량함을 알 수 있다. 이는, 강번 6, 7에 있어서 SiO₂, TiO₂계 대형 고융점 개재물들이 주편에 존재하고, 이들은 후속 압연공정 및 가공시 표면결함 및 크랙 발생의 요인으로 작용하였기 때문이다. 강번 8~10에 있어서도 강중에 생성된 개재물 조성이 실리카와 고융점 알루미나로 이루어져 있고 이들이 상술된 문제점으로 작용하였기 때문이다. 결과적으로, 종래예의 제품을 가공하게 되면 스피닝 크랙 발생 지수도 나쁜 결과를 보여 주었다.

하기 표 3은 상기 표 1의 강종에 대한 연신율을 비교하여 나타낸다.

[표 3]

강번	발명예					종래예
강번	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
연신율(El, %)	27.3	27.8	28.9	27.1	27.5	25.2	25.6	26.9	24.8	25.9

표 3으로부터 알 수 있듯이, 발명예의 강종들은 27.1%~28.9% 수준의 연신율을 가져서 24.8~26.9% 수준의 연신율을 갖는 종래예의 강종에 비하여 높은 연신율을 보여주고 있다. 이는 일반적으로 소재중에서 가공경화지수의 함수로 작용하는 Si 성분이 종래예의 강종에 비하여 발명예의 강종에 상대적으로 적게 함유되어 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, Si, Al, Ti 성분과 같은 탈산제의 함유량을 적절히 제어하여 저융점의 액상 개재물로 생성함으로써 페라이트계 스테인레스강의 성형성과 리징 저항성을 향상시킬 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

도 1a는 스테인레스강의 표면에 크랙의 발생을 촬영한 사진, 도 1b는 도 1a의 전자현미경 사진, 도 1c는 크랙발생부의 성분 분석그래프;

도 2는 430(16%Cr) 용강 중 Mn과 Si 농도에 따른 개재물 생성을 예측하여 나타낸 그래프;

도 3은 용강의 탈산방법에 따른 발명예와 종래예의 청정도 지수를 비교하여 나타낸 그래프;

도 4는 용강의 탈산방법에 따른 발명예와 종래예의 제품 가공시 스피닝 크랙

발생 등급을 비교하여 나타낸 그래프.

Claims

전기로에서 합금성분을 용융시켜 용융물을 생산하는 단계와, 상기 용융물을 에오디 정련로에서 정련하여 용강을 생산하는 단계와, 상기 용강을 래들에서 가스교반시키는 단계와, 교반처리된 용강을 연속주조하는 단계로 이루어져서, 중량%로 C: 0.004~0.05%, Cr: 11~19%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.5% 이하, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하와, Si, Al 및 Ti와, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 함유하는 페라이트계 스테인레스강판 제조방법에 있어서,

상기 에오디 정련로에서 상기 Si 성분의 함량을 0.05~0.35%의 범위로 유지하여 상기 용융물을 탈산처리하고,

상기 래들에서 용강중 상기 Al 성분의 함량을 0.003% 이하로 유지하고, 상기 Ti 성분의 함량을 0.003% 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 합금성분들 중에서 Si/Mn비는 0.4~0.7로 제어되는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법.