KR20060075727A - 구리 첨가 고망간 오스테나이트계 스테인리스강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것으로서, 질량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, Cu: 3.0% 이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, 이 범위에서 52.9933 + 1.37513 X B + 0.298097 X Ca + 1.51623 X Cu - 0.0187413 X B X B - 4.98177 X Cu X Cu 의 수식으로 계산된 900℃에서의 단면적감소율이 60% 이상이 되도록 조성함으로써 우수한 열간 가공성을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

스테인리스, 고망간, 열간 가공성

Description

구리 첨가 고망간 오스테나이트계 스테인리스강{Cu added High manganese austenitic stainless steel}

도 1은 900℃에서의 단면적 감소율의 실측값과 예측값의 비교 그래프도.

본 발명은 자동차 강판용, 건축 장식용, 주방용 등에 범용으로 사용되는 스테인리스강에 관한 것이고, 더 상세하게는 오스테나이트 상을 안정화시키고 냉간 가공성을 향상시키기 위하여 Cu를 첨가할 경우에도 우수한 열간 가공성을 확보하는 고망간 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

가장 널리 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강으로는 가공성과 내식성이 우수한 304강이 대표적이다. 그러나 304강은 8% 이상의 Ni을 함유하고 있기 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해소하기 위하여 고가의 Ni을 저가의 합금원소로 대체하려는 시도가 이루어져 Ni의 일부를 Mn이나 N로 대체한 강종, 예를 들어 201강, 202강 및 204강 등으로 규격화 되어 있다. 이러한 강종은 Ni을 Mn이나 N로 대체함으로서 비자성이면서 고강도를 얻기 쉬운 장점이 있으나, Mn은 Ni에 비교하여 성형성과 내식성을 저하시키고 또한 N에 의한 성형성이 저하되어 304강에 비교하여 사용 용도에 한정되는 문제점이 있다. Cu를 첨가하여 Mn 및 N 함량이 높은 오스테나이트계 스테인리스강의 성형성을 개선하는데 Cu의 첨가는 열간 가공성을 저하해서 열간 압연 조업 시 결함을 발생시키는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 열간 및 냉간가공성이 우수한 Cu첨가 고망간 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 중량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, Cu: 2.5% 이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, 이 범위에서 52.9933 + 1.37513 X B + 0.298097 X Ca + 1.51623 X Cu - 0.0187413 X B X B - 4.98177 X Cu X Cu 의 수식으로 계산된 단면감소율이 60% 이상이 되도록 조성되는 우수한 열간 가공성을 갖는 구리 첨가 고망간 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 단면감소율을 900℃에서의 단면적 감소율로 한다.

이하 본 발명은 더욱 상세히 설명한다.

본 발명자는 Cu첨가 고망간 오스테나이트계 스테인리스강의 합금 성분이 열간 가공성에 미치는 영향을 연구하면서, 열간 가공성의 대표지수라 할 수 있는 900℃에서의 단면적 감소율과 Cu, B 및 Ca의 상관 관계식을 도출하여, 성형성을 향상시키지만 열간 가공성을 저하하는 Cu 함량에 따라 열간 가공성을 향상시키는 B 및 Ca의 첨가량을 적정히 조정함으로서 열간가공성과 성형성을 개선 할 수 있음을 밝혀 내었다.

이하 본 발명의 특징을 작용과 함께 설명한다. 우선 본 발명에서 필수성분을 한정한 이유를 설명한다.

C : 오스테나이트상 형성 원소이며 과다 첨가시 Cr과 반응하여 크롬탄화물을 생성 시키어 내식성을 저하시킴과 동시에 성형성과 연신율을 저하시키므로 200계 스테인리스강의 규격 범위인 0.15% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Si : 페라이트상의 생성을 조장하면서 열간 가공성을 저해하는 원소이므로, 가능한 한 소량으로 제한하는 것이 바람직하며 본 발명에서는 200계 스테인리스강의 규격 범위인 1% 이하로 제한한다.

Mn : 오스테나이트상 안정화 원소로서 Ni를 대체하는 원소로서 오스테나이트상을 안정화 시키기 위해서 7% 이상이 첨가하며 10% 이상 과다하게 첨가되는 경우 내식성과 냉간가공성이 저하된다.

S : 주원소 합금 내에 불가피하게 함유되는 원소로서 결정입계에 편석되어 열간압연시 가공크랙을 일으키는 이기 때문에 가능한 낮은 함량인 0.01% 이하로 제한한다.

Ni : 망간과 마찬가지로 오스테나이트상을 안정화 한다. 그러나 니켈은 합금원소 중 매우 고가일 뿐 아니라 과다하게 첨가될 때 액상 중 질소의 고용도를 낮추어 기공을 발생시키므로 그 함량은 4% 이하로 제한한다.

Cr : 부동태 피막형성을 촉진하며 동시에 질소의 고용도를 높이는 원소로서 전반적인 내식성을 확보하기 위하여 14% 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 크롬이 과다한 경우는 응고 후 과다한 페라이트 상이 잔존하게 되어 열간가공성을 저하시킨다. 따라서 Cr의 첨가량은 14~18%로 제한한다.

N : 오스테나이트상을 안정화 시켜 Ni을 대체하는 원소이다. 강도와 내공식성을 향상 시키는 이점은 있으나 첨가량이 0.3%를 넘으면 주조시 페라이트 상을 통과하는 경우 질소에 의한 기공이 발생될 수 있으므로 질소의 첨가량은 0.30% 이하로 제한한다.

Cu : Ni 대체원소로서 오스테나이트 상을 안정화 시키고 Ni과 같이 강을 연질화 시키는 원소이나 과다 첨가시 내식성과 열간가공성이 저하되므로 2.5% 이하로 제한한다.

B : 열간가공성을 향상시키는 강력한 미량 첨가원소이나, 과량 첨가되면 효과가 포화되거나 또는 편석에 의해 오히려 열간가공성을 저하시키므로 그 함량은 0.005% 이하로 한다.

Ca : 열간가공성을 향상시키는 미량원소이나, 과량 첨가되면 개재물이 다량 생기어 연주시 노즐막힘 또는 개재물에 의한 표면결함이 발생하므로 0.005% 이하로 제한한다.

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

하기 표1에는 Cr-Mn-N-Cu 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위해 사용되는 합금성분들을 나타내고 있다. 하기 표 1의 강종들은 Cu, B 및 Ca의 영향을 통계적으로 분석하기 위하여 반응표면 분석법의 중심복합설계을 사용하여 성분을 설계하였다. 하기 표 1에 나타난 성분을 갖는 스테인리스 용강을 잉고트(ingot)로 주조하고, 통상의 열연 공정으로 압연 후 지름 10mm의 열%) 그리고 미량성분 B, Ca을 주조하고 통상의 열간 압연을 통해 지름 10mm의 고온 인장 시편을 제작하여 1250℃에서 5분 유지 후 900℃로 냉각하여 5초 유지 후 초당 30의 인장률 속도(strain rate) 인장 파단 후 단면적 감소율(이하 RA : Reduction of Area)을 측정하여 표 2에 표기하였다. 측정 결과를 반응 표면 분석법으로 분석하여 구한 RA의 예측식 (RA = 52.9933 + 1.37513 X B + 0.298097 X Ca + 1.51623 X Cu - 0.0187413 X B X B - 4.98177 X Cu X Cu) 으로부터 계산한 RA의 예측치를 표 2에 함께 정리하였다. 예측식은 통계적으로 유의하며 설명력이 보정 R² 값 91.1%로 우수한 설명력을 나타냈다.

발명재와 비교재의 합금성분표 (wt. %)

강종	C	Si	Mn	S	Cr	Ni	N	B	Ca	Cu
비교재1	0.050	0.51	9.01	0.0027	15.01	1.00	0.21	0.0027	0.0021	3.11
비교재2	0.050	0.52	9.07	0.0024	14.99	1.00	0.21	0.0012	0.0009	2.54
비교재3	0.051	0.53	9.06	0.0030	14.97	1.00	0.21	0.0011	0.0028	2.52
비교재4	0.050	0.52	8.98	0.0020	14.97	1.00	0.20	0.0000	0.0016	1.61
비교재5	0.510	0.52	9.04	0.0025	14.99	1.00	0.20	0.0043	0.0008	2.52
비교재6	0.051	0.52	9.07	0.0031	15.01	0.99	0.21	0.0042	0.0030	2.50
발명재1	0.050	0.52	8.95	0.0022	14.99	0.99	0.20	0.0026	0.0000	1.57
발명재2	0.051	0.53	9.06	0.0027	15.03	0.99	0.21	0.0010	0.0009	0.63
발명재3	0.050	0.53	9.02	0.0015	15.00	1.00	0.21	0.0025	0.0018	1.59
발명재4	0.051	0.52	9.05	0.0018	15.00	1.00	0.20	0.0026	0.0017	1.59
발명재5	0.050	0.52	9.00	0.0016	14.99	0.99	0.22	0.0025	0.0018	1.58
발명재6	0.050	0.55	9.01	0.0030	15.04	1.00	0.20	0.0010	0.0021	0.65
발명재7	0.050	0.51	9.05	0.0014	15.00	0.99	0.20	0.0046	0.0018	1.57
발명재8	0.050	0.52	9.02	0.0026	14.87	0.99	0.20	0.0026	0.0031	1.60
발명재9	0.049	0.52	8.96	0.0021	15.05	0.98	0.20	0.0040	0.0006	0.66
발명재10	0.050	0.51	8.95	0.0032	15.00	0.98	0.20	0.0026	0.0012	0.00
발명재11	0.050	0.54	8.95	0.0027	15.01	1.00	0.21	0.0042	0.0025	0.65

표 2에서는 실측 RA와 계산에 의해 예측한 RA를 비교하여 도 1에 정리하였다.

발명재와 비교재의 단면적 감소율, 실측치와 계산치 비교

강종	RA (실측)	RA (계산)
비교재1	29.9	35.1
비교재2	40.6	38.7
비교재3	45.1	44.1
비교재4	40.7	47.4
비교재5	54.5	49.7
비교재6	62.5	57.0
발명재1	65.3	65.0
발명재2	70.0	67.1
발명재3	67.3	69.8
발명재4	67.2	69.9
발명재5	71.3	69.9
발명재6	79.9	70.6
발명재7	68.3	71.7
발명재8	72.9	74.0
발명재9	78.7	78.9
발명재10	77.0	80.2
발명재11	82.4	84.5

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 열간 압연 시에 발생하는 표면 균열에 의한 열연 표면 품질의 저하를 막기 위해서 900℃에서 통상 확보되어야하는 60 이상의 RA를 확보하기 위한 미량 합금 성분의 첨가 범위를 Cu의 함량 범위에 따라 용이하게 도출할 수 있어 냉간 가공성과 열간 가공성을 동시에 확보할 수 있는 스테인리스강의 합금 설계에 사용이 가능하다.

Claims (2)

1. 중량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 7~10%, S:0.01% 이하, Ni: 4.0% 이하, Cr: 14.0~20.0%, N: 0.30% 이하, Cu: 3.0% 이하, B: 0.005% 이하, Ca: 0.005% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, 이 범위에서 52.9933 + 1.37513 X B + 0.298097 X Ca + 1.51623 X Cu - 0.0187413 X B X B - 4.98177 X Cu X Cu 의 수식으로 계산된 단면적감소율이 60% 이상이 되도록 조성되는 것을 특징으로하는 구리 첨가 고망간 오스테나이트계 스테인리스강.
2. 제1항에 있어서, 상기 단면적 감소율은 900℃에서의 단면적 감소율인 것을 특징으로 하는 구리 첨가 고망간 오스테나이트계 스테인레스강.

Images