KR20080034852A - 광택의 표면 외관 및 우수한 기계적 성질을 나타내는오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 600 ㎫ 이상이고, 파괴시 하중 (Rm) 이 800 ㎫ 이상이고, 신장율 (A80) 이 40% 이상이고, 광택-어닐링 처리된 유형의 광택의 표면 외관을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법에 관한 것이다.

Description

광택의 표면 외관 및 우수한 기계적 성질을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립{AUSTENITIC STAINLESS STEEL STRIP HAVING A BRIGHT SURFACE FINISH AND EXCELLENT MECHANICAL PROPERTIES}
본 발명은 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 600 ㎫ 이상이고, 파괴시 하중 (Rm) 이 800 ㎫ 이상이고, 신장율 (A80) 이 40% 이상이고, 광택-어닐링 처리된 유형의 광택의 표면 외관을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법에 관한 것이다.
높은 기계적 내성 및 연성을 특징으로 하는 우수한 저온 구조 용량, 우수한 용접성 및 우수한 내식성으로 인하여, 오스테나이트계 스테인리스 스틸은 예를 들면 기계 부품, 조리 도구 및 튜브의 제조와 같은 광범위한 최종 적용예에 사용된다.
오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립에 사용하고자 하는 적용예에 의하면, 실시 조건에 따라 예를 들면 도기의 제조에 중요한 높은 휘도를 나타내는 표면 양상을, 또는 빌딩 외관의 제조에 중요한 매트형 표면 외관을 부여한다. 본 발명에 의하면, 휘도는 표면의 반사율 측정치에 해당한다. 본 발명의 범위내에 서, 휘도는 국제 규격 ISO 7668 (1986) 에 의하여 60°의 표면 조망각에 따라 측정한다. 본 발명의 범위에서, 광택의 표면 외관이라는 것은 60°에서 측정한 휘도가 50 초과인 표면을 지칭하며, 매트형 표면 외관이라는 것은 60°에서 측정한 휘도가 20 미만인 표면을 지칭한다.
통상적으로, 광택의 표면 외관을 얻기 위하여, 스트립에 광택의 표면 외관을 부여하는 실린더를 사용하여 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립을 미리 냉간 압연 처리한다. 냉간 압연 처리한 스트립을 탈지 및 헹굼 처리한 후, 환원 분위기가 우세한 "광택-어닐링"으로 지칭되는 수직 노내에서 열 처리한다. 이를 위하여, 스트립은 중성 기체 또는 환원 기체가 순환하는 3 개의 구역을 포함하는, 외부 분위기와는 완전 분리된 하우징으로 구성된 노내에서 이동한다. 상기 기체는 예를 들면 수소, 질소 또는, 수소와 질소의 혼합물 (HNX 기체) 로부터 선택되며, 이슬점은 -60℃ 내지 -45℃이다. 우선, 스트립을 1,050℃ 내지 1,150℃의 온도 및, 30 내지 60℃/s의 가열 속도로 제1의 노 구역에서 가열시킨다. 그후, 스틸의 재결정화 및 기계적 성질의 복구가 가능하기에 충분한 시간 동안 제2의 노 구역내에서 상기 온도를 유지한다. 마지막으로, 스트립이 노의 하우징에서 배출될 때, 공기의 산소와 스트립 표면의 임의의 재산화를 방지하기 위하여 150℃ 정도의 온도까지 제3의 노 구역에서 냉각시킨다.
노로부터 배출되면, 냉간 압연시 스트립에 부여된 광택의 표면 외관이 유지되는데, 이는 어닐링시 형성된 산화물 막이 10Å 정도로 두께가 매우 얇기 때문이 다.
한편, 수소 및/또는 질소와 같은 기체의 사용으로 인하여 그리고 일정한 이슬점을 갖는 조절된 분위기를 노 하우징내에서 유지하여야 하는 필요성으로 인하여 상기와 같은 유형의 노의 사용은 복잡하게 되며 비용이 들게 된다.
또한, 수소를 포함하는 기체 분위기하에서 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립을 광택-어닐링 처리하는 경우, 스틸의 기계적 성질이 저하되는데, 이는 수소가 스트립의 엠보싱 처리에 의하여 얻은 부품의 특정 구역에서의 균열 형성을 지지하기 때문이다. 이와 같은 수소로 인한 취성은 어닐링 온도가 높고 HNX 혼합물의 수소 함량이 클수록 더 심해진다.
광택의 표면 외관을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 또다른 제조 방법은 어닐링-스트리핑 처리한 표면 외관, 즉 매트형 표면 외관을 부여하는, 스트립에 어닐링-스트리핑 형태의 최종 처리를 실시한 후, 스트립 표면의 광택 또는 스트립의 스킨-패스 공정을 처리하는 것으로 이루어진다.
어닐링-스트리핑 처리한 유형의 표면 외관을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립을 얻기 위하여, 하기와 같이 처리하였다. 산화 분위기를 얻도록 버너로의 공기 흐름을 조절하는 탄화수소 연소에 의하여 열 에너지가 발생하는 노에서 1,100℃ 정도의 온도에서, 약 1 분간 상기 미리 냉간 압연 처리한 스트립을 연속 어닐링 처리하였다. 사실상, 탄화수소에 의한 스틸의 재탄화에 의하여 스트립의 부식에 대한 양상이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 환원 분위기, 즉 과량의 탄화수소를 포함하는 분위기로 스트립을 처리하는 것을 배제한다. 그후, 어닐링 처리된 스트립은 공기중의 냉각 및/또는, 노의 외부에서 물 살포에 의한 냉각을 실시한다. 마지막으로, 노내에서 어닐링 처리시, 스트립의 표면에 형성되는 0.1 내지 0.3 ㎛ 정도의 두꺼운 산화물 피막을 배제시키기에 적절한 스트리핑으로 처리한다. 스트리핑은 일반적으로 상기 산화물 피막을 제거할 수 있는 산 용액, 예를 들면 질산 및 불화수소산의 혼합물을 포함하는 다수의 스트리핑 탱크내에서 실시한다.
마지막으로, 소정의 광택의 표면 외관을 얻을 때까지 스킨-패스 공정 또는 광택 공정으로 스트립을 처리한다. 스킨-패스는 거울 광택으로 지칭되는 작동 실린더, 즉 광택의 표면 외관을 스틸 스트립에 부여하는 0.05 내지 0.08 ㎛의 산술 평균 거칠기 (Ra) 를 나타내는 실린더를 사용하여 생성된다.
한편, 상기 2 가지의 방법에 의하여 얻은 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립은 불충분한 기계적 성질을 나타내어 이의 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 250 내지 350 ㎫이고, 이의 파괴시 하중 (Rm) 은 600 내지 700 ㎫이며, 신장율 (A80) 은 50 내지 60%이다. 마지막으로, 스킨-패스 또는 광택 공정은 보충 단계로 이루어진다. 또한, 광택 공정은 길고 섬세한 공정이다.
본 발명은 종래 기술의 방법의 단점을 배제하면서, 탄화수소 연소 노에서 처리한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립에 광택의 표면 외관, 600 ㎫의 탄성 한계치 (Rp0 .2) 및 40% 이상의 신장율 (A80) 과 관련된 800 ㎫의 파괴시 하중 (Rm) 을 부여할 수 있는 방법을 실시하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명은 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 600 ㎫ 이상이고, 파괴시 하중 (Rm) 이 800 ㎫ 이상이고, 신장율 (A80) 이 40% 이상이고, 조성은 중량% 단위로 0.025≤C≤0.15%, 0.20≤Si≤1.0%, 0.50≤Mn≤2.0%, 6.0≤Ni≤12.0%, 16.0≤Cr≤20.0%, Mo≤3.0%, 0.030≤N≤0.160%, Cu≤0.50%, P≤0.50%, S≤0.015%, 임의로 0.10≤V≤0.50% 및 0.03≤Nb≤0.50%, 0.10≤Nb+V≤0.50%를 포함하며, 나머지는 철 및 공정중에 불가피하게 생성된 불순물이며, 오스테나이트 입자의 중간 크기는 4 ㎛ 이하이며, 상기 표면은 60°에서 측정한 휘도가 50 초과인 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립에 관한 것이다.
본 발명에 의한 스틸 스트립은 추가로 산술 평균 거칠기가 0.08 ㎛ 이하인 표면을 나타내는 것이 이로우며, 이는 스트립에 평활한 표면 및 휘도가 더 큰 표면 외관을 부여한다.
또한, 본 발명은 상기 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법을 목적으로 한다.
본 발명의 특징 및 잇점은 비제한적인 예로서 제시하는 하기의 상세한 설명에 의하여 명백할 것이다.
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스 스틸 스트립을 얻기 위하여, 우선 제작후 하기의 원소를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸의 금속 시이트의 형태로 주조하여야 한다:
- 0.025 내지 0.15 중량% 함량의 탄소. 탄소는 오스테나이트의 형성을 촉진하며, 변형 마르텐사이트의 함량 및 경도를 조절한다. 또한, 고용체의 사용은 스틸을 경화시키며, 이의 기계적 내성을 증가시킨다. 탄소의 함량이 0.025% 미만인 경우, 스틸은 불안정하게 되며, 불충분한 신장율 (A80) 과 함께 다량의 마르텐사이트가 형성된다. 그 반면에, 탄소의 함량이 0.15%를 초과할 경우, 스틸은 안정해지며, 변형 마르텐사이트의 형성이 불충분해지며, 스틸은 더 이상 재결정화를 위한 충분한 에너지를 갖지 않는다. 그 결과, 재결정화를 개시하기 위한 최소의 어닐링 온도가 상승하며, 오스테나이트 입자의 크기는 너무 커져서 높은 기계적 성질을 달성하지 못하게 된다. 게다가, 더 높은 비율의 탄소 함량은 차후의 열 처리시 입자 경계에 크롬의 탄화물 형성을 촉진하며, 그리하여 입자간 부식의 위험성을 증가시킨다.
- 0.20 내지 1.0 중량% 함량의 규소. 규소는 액체 스틸 탈산소화제로서 사용되며, 고용체로의 경화에 참여하게 된다. 이의 함량은 1.0 중량%로 한정하는데, 이는 스틸의 금속 시이트로의 주조중에 분리되는 문제를 제기하여 스틸 스트립 제조 방법을 방해하는 경향이 있기 때문이다.
- 0.50 내지 2.0 중량% 함량의 망간. 망간은 오스테나이트의 형성을 촉진한다. 망간의 함량이 2.0%를 초과할 경우, 오스테나이트는 매우 안정하게 되며, 변형 마르텐사이트의 형성은 불충분하게 되며, 필요한 탄성 한계치의 레벨을 달성할 수 없게 된다. 한편, 망간의 함량이 0.50% 미만인 경우, 스틸의 탈산화가 불충분하게 된다.
- 16.0 내지 20.0 중량% 함량의 크롬. 크롬은 변형 마르텐사이트의 형성을 촉진하며, 우수한 내식성을 스틸에 부여하기 위한 필수 원소가 된다. 크롬 함량이 20.0 중량%를 초과할 경우, 변형 마르텐사이트가 많이 생성되며, 이는 탄소, 질소, 니켈 및 망간과 같은 오스테나이트의 형성을 촉진하는 원소의 함량을 증가시켜야만 한다. 크롬의 함량이 16.0 중량% 미만인 경우, 스틸의 내식성이 불충분하게 된다.
- 6.0 내지 12.0 중량% 함량의 니켈. 니켈은 오스테나이트를 안정화시키며, 재부동화를 촉진시킨다. 니켈의 함량이 6.0 중량% 미만인 경우, 스틸의 내식성이 불충분하다. 니켈의 함량이 12.0 중량%를 초과할 경우, 오스테나이트는 과안정화되며, 그리하여 더 이상 변형 마르텐사이트를 충분하게 형성하지 않으며, 스틸의 기계적 성질은 불충분하게 된다.
- 3.0 중량% 이하 함량의 몰리브덴. 몰리브덴은 변형 마르텐사이트의 형성을 촉진하며, 그리하여 특히 질소와 혼합할 경우 내식성을 증가시킨다. 3.0 중량% 이상의 함량에서는 스틸의 내식성이 개선되지 않는다.
- 0.030 내지 0.160 중량% 함량의 질소. 질소는 오스테나이트의 형성을 촉진하며, 탄화물의 침전은 오스테나이트를 안정화시키고, 성형 가능성을 개선시킨다. 또한, 이는 구조체에서의 입자의 크기를 조절하는 역할을 한다. 한편, 질소가 0.160 중량% 초과의 함량으로 첨가될 경우, 스틸의 고온 연성을 열화시킬 우려가 있다.
- 0.50 중량% 이하 함량의 구리. 구리는 오스테나이트의 형성을 촉진하 며, 내식성에 기여한다. 한편, 0.50 중량% 이상에서는 오스테나이트중의 고용체중에 존재하지 않는 구리의 비율이 증가되며, 스틸의 고온 성형 가능성이 저하된다.
- 0.50 중량% 이하 함량의 인. 또한, 인은 분리 원소이다. 이는 스틸의 고용체로의 경화를 촉진시키지만, 이의 함량은 0.50 중량%로 한정되어야 하는데, 이는 스틸의 취성 및 용접에 대한 경향을 증가시키기 때문이다.
- 0.015 중량% 이하 함량의 황. 또한, 황은 분리 원자이며, 이는 열간 압연시 균열을 방지시키기 위하여 제한되어야 한다.
추가로, 조성물은 임의로 하기를 포함할 수 있다:
- 0.10 내지 0.50 중량% 함량의 바나듐. 바나듐은 스틸의 용접 가능성을 촉진하며, 열에 의하여 영향을 받는 구역에서의 오스테나이트 입자의 증가를 지연시킨다. 0.50 중량% 이상에서는 바나듐이 용접 가능성의 개선에 기여하지 않으며, 0.10 중량% 이하에서는 스틸의 용접 가능성이 충분하지 않다.
- 0.03 내지 0.50 중량% 함량의 니오븀. 니오븀은 스틸의 용접 가능성을 촉진하지만, 0.50 중량% 이상에서는 스틸 스트립의 고온 성형 가능성을 저하시킨다.
- 고온 연성에 대한 해로운 영향을 미치지 않으면서 스틸의 용접 가능성을 확실히 하기 위한 0.10 내지 0.50 중량%의 니오븀과 바나듐의 총 함량.
조성의 나머지는 목적하는 성질에 영향을 미치지 않는 비율내에서, 스테인레스 스틸의 공정으로부터 생성된 불순물로서 통상적으로 존재할 것으로 예상되는 기 타의 원소 및 철로 이루어진다.
주조후, 열간 압연 처리한 스트립을 형성하기 위하여 금속 스트립의 트레인내에서 금속 시이트를 열간 압연시키고, 이를 어닐링 및 임의로 스트리핑 처리한다.
그후, 열간 압연 처리한 스트립은 우수한 광택의 표면 외관 및 기계적 성질을 동시에 나타내면서, 어닐링 처리 없이는 광택-어닐링 노내에서 어닐링시키거나 또는 최종 스킨-패스 작동으로 또는 스트립 표면의 최종 광택을 실시하지 않는 스트립을 얻도록 각종 처리를 실시한다.
본 발명에 의한 스트립을 제조하는데 사용되는 장치는 본 발명에 의한 조성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립이 이동하는 작동 실린더를 포함하는 스트립의 트레인으로 이루어진 스트립의 냉간 압연 장치를 포함한다. 작동 실린더는 산술 평균 거칠기 (Ra) 가 0.15 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.10 ㎛ 이하이다. 스트립 트레인의 작동 실린더의 직경은, 높은 압하율, 즉 75%의 압하율에 대한 압연의 수고를 최소로 하기 위하여, 50 내지 100 ㎜이다. 스트립 트레인은 스트립의 두께를 감소시킬 뿐 아니라, 미리 열간 압연 처리된 스트립으로부터의 거친 분쇄를 촉진시킬 수 있다.
냉간 압연 장치에 이어서, 장치는 스트립이 이동하게 되는 개방 하우징 및, 탄화수소와 공기의 기체 혼합물의 투입 수단을 포함하는 탄화수소 연소 노를 포함한다. 상기 개방 하우징은 2 개의 연속하는 구역을 나타내는 스트립의 이동 방향에서 1차 가열 구역 및 2차 온도 유지 구역을 포함한다.
1차 가열 구역에는 유지 온도 (T1) 까지 가열 속도 V1에서 스트립을 신속하게 가열시키기에 적절한 강력한 가열 수단 (도시하지 않음) 이 장착되어 있다. 스트립은 2차 구역에서, 유지 시간 M동안 상기 온도 (T1) 에서 유지한 후, 노의 출구 이후에 적소에 위치하는 냉각 구역에서 속도 V2로 냉각시킨다.
마지막으로, 냉각 구역 이후에, 장치는 스트리핑 용액을 포함하며 산에 대한 내성을 갖는 1 이상의 스트리핑 탱크를 포함하는 스트리핑 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 미리 열간 압연 처리한 오스테나이트계 스틸 스트립을 55 내지 85%의 압하율로 상온에서 냉각 압연 처리한다. 그리하여 0.6 내지 2 ㎜인 두께를 나타내는 냉간 압연 처리한 스트립을 얻는다.
55 내지 85%의 압하율에서의 냉간 압연 작업시, 50 내지 90 부피%의 변형 마르텐사이트 α'가 형성된다. 변형 마르텐사이트 α'는 현미경에 의하여 관찰되며, 이의 부피 분율은 X선 회절 또는 자기 유도 측정 (강자성 상) 에 의하여 측정될 수 있다.
압하율이 55% 미만인 경우, 변형 마르텐사이트 α' 및 전위의 비는 요구되는 기계적 성질을 본 발명에 의한 스테인레스 스틸에 부여하기에는 불충분하다. 사실상, 압하율이 지나치게 낮을 경우, 부피로 저장된 변형 에너지는 중간 크기가 4 ㎛ 이하인 오스테나이트계 입자를 얻기 위하여 스틸의 균질한 재결정화를 실시할 수 없다.
높은 탄성 한계치 (Rp0 .2) 를 얻기 위하여, 중간 크기가 4 ㎛를 초과하지 않 는 오스테나이트의 입자를 얻을 수 있는 재결정화 어닐링을 실시하는 것이 적절하다. 사실상, Hall-Petch의 법칙에 의하면, 탄성 한계치 (Rp0 .2) 는 입자의 크기의 제곱근에 반비례하는 것으로 공지되어 있다. 또한, 미립자의 최종 구조체, 즉 오스테나이트 입자의 중간 크기가 4 ㎛를 초과하지 않는 구조체는 이하에서 알 수 있는 바와 같이, 예를 들면 엠보싱 처리에 의하여 저온 성형 작업 시간 동안 매트형 (mat) 화 현상 (휘도의 손실) 에 대하여 상당한 방식으로 내성을 갖는다.
또한, 냉간 압연후 표면의 휘도 조망점으로부터, 55% 미만의 압하율은 미리 열간 압연 처리한 스트립의 표면 외관을 복구할 수 없으며, 그리하여 사전의 냉간 압연 및 차후의 열간 압연에 대한 기계적 그리고 화학적 탈탄화 공정으로부터 생성된 제분의 크레이터 및 나머지 입자간 침투로부터 존속하게 된다. 55% 초과의 압하율은 입자 경계 및/또는 제분 크레이터 유형의 미소결함의 밀도를 감소시킬 수 있으며, 냉간 압연후 균질하며 증가된 휘도를 나타내는 표면 외관을 얻을 수 있다.
그러나, 냉간 압연비가 85% 초과인 경우, 작동 실린더상에서의 상당한 구속이 가해지며, 이는 더 이상 스트립을 압연 처리할 수 없다. 또한, 냉간 압연 처리한 실린더/스트립 계면에서의 전단 구속으로 인한 "열 공격" 유형의 미소결함 출현의 위험성이 상당히 커지게 된다.
압하율은, 평활한 표면의 토포그래피, 즉 화학적으로 침투된 입자 경계 및/또는 제분 크레이트 유형의 미소결함을 제외하고 산술 평균 거칠기 (Ra) 가 0.07 내지 0.12 ㎛인 스트립을 얻기 위하여 70 내지 85%인 것이 바람직하다. 이는 낮은 온도에서 더 신속하게 재결정화를 촉진하기에 충분한 소성 변형 에너지를 저장할 수 있다.
본 출원인은 종래의 광택-어닐링 공정에 의하여서가 아니라 산화 어닐링 공정에 이어서 스트리핑 공정에 의하여 광택의 표면 외관을 얻는 것은, 본 발명자의 이론에 의하면 탄화수소 연소 노에서의 스틸 어닐링의 낮은 휘도의 성질에서 매트형 표면 외관을 나타내는 스트립을 얻고자 하는 본 발명자들의 초기의 예상에 반하는 것이라는 점을 지적하고자 한다. 사실상, 본 발명자들은 이들의 이론에 의하면, 화학적으로 침투된 입자 경계의 표면 밀도를 증가시키면서, 오스테나이트계 스테인리스 스틸의 조절된 재결정화에 의하여 얻은 부피에서의 입자 크기의 성장의 제한은 표면에서의 광의 확산 반사를 촉진하며, 그리하여 매트형 및 비광택의 표면을 얻게 된다.
그러나, 본 발명자들은 입자 경계가 침투되지 않으면서 산 스트리핑에 의하여 용이하게 제거하기에 충분히 얇은 산화물 피막을 형성하기 위하여, 스트립을 충분히 높은 압하율로 그리고 산술 평균 거칠기 (Ra) 가 0.15 ㎛ 이하인 작동 실린더를 사용하여 냉간 압연시킨 후, 탄화수소 연소 노에서 약 800℃의 온도에서 부분 재결정 어닐링으로 처리하는 경우, 스트립은 우수한 기계적 성질 및, 광택-어닐링된 광택의 표면 외관을 나타낸다는 것을 강조한다.
본 발명의 조건, 즉 스틸의 입자 경계 침투가 존재하지 않는 조건하에서, 냉간 압연 작동시 작동 실린더에 의하여 스트립에 전달되는 산술 평균 거칠기 (Ra) 는 매우 적게 저하된다. 그래서, 60° 조망각으로 측정한 휘도가 50 초과인 스 트립을 얻기 위하여서는, 작동 실린더의 산술 평균 거칠기가 0.15 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.10 ㎛ 미만인 것이 중요하다. 본 발명의 범위내에서 측정한 휘도는 표면의 반사율의 측정치에 해당하며, 이는 국제 규격 ISO 7668 (1986) 에 의하여 60° 조망각으로 측정한다.
본 발명에 의하면, 스틸의 부분 재결정화 어닐링에 이어서 강력한 냉각으로 이루어진 열 처리를 실시하기 위하여, 철에 대한 산화 분위기가 우세한 내부에서 탄화수소 연소 노의 개방 하우징내에서 냉간 압연 처리한 스트립을 이동시킨다.
노에서 우세한 분위기는 공기/탄화수소의 부피비가 1.1 내지 1.5인 공기 및 1 이상의 탄화수소를 포함하는 기체 혼합물로 이루어지며, 기체 혼합물은 3 내지 8 부피%의 산소를 더 포함한다. 노의 분위기는 1.1 내지 1.5의 공기/탄화수소의 부피비로 공기 및 탄화수소의 기체 혼합물이며, 기체 혼합물은 3 내지 8 부피%의 산소를 더 포함하는 것이 바람직하다.
1 이상의 탄화수소는 천연 가스, 부탄 및 메탄으로부터 선택된다. 천연 가스는 이의 저렴한 비용 및 용이한 수송으로 인하여 선택하는 것이 바람직하다.
공기/탄화수소의 부피비가 1.5 초과인 경우, 어닐링 노내에서 우세한 분위기는 산화성이 크며, 형성된 산화물 피막은 두꺼워서 이를 제거하기 위하여서는 입자 경계를 침투하게 되는 강력한 스트리핑 용액을 사용하여야 한다. 그리하여 스트립의 표면 외관은 매트형이 된다.
한편, 공기/탄화수소의 부피비가 1.1 미만인 경우, 어닐링 노내에서 우세한 분위기는 환원성이 크게 된다. 그리하여, 탄화수소에 의한 스틸의 재탄화는 피 할 수 없게 되어 스틸의 부식과 관련된 양상은 저하될 것이다.
표면이 광택 외관을 나타내는 스트립을 얻기 위하여, 두께가 0.10 ㎛ 미만인 산화물 피막에 의하여 피복된 스트립을 얻도록, 열 처리 조건을 조절하여야만 한다. 사실상, 산화물의 두께가 0.10 ㎛ 이상인 경우, 상기 두꺼운 산화물 피막을 제거하기 위하여, 입자 경계를 침투하게 되는 강력한 스트리핑 산을 사용하여야 하며, 이는 스트립에 매트형 표면 외관을 부여한다.
요구되는 기계적 성질을 얻기 위하여, 재결정화된 부피 분율이 60 내지 75%인 스틸 스트립을 얻도록 열 처리를 조절한다. 사실상, 재결정화되지 않은 부피 분율 (현미경 관찰 및 화상 분석에 의하여 측정함) 이 40% 초과인 경우, 스틸의 미소구조는 매우 높은 기계적 성질을 유도하며, 스트립의 신장율 (A80) 은 40% 미만이 된다. 반면, 재결정화되지 않은 부피 분율이 25% 미만인 경우, 탄성 한계치 (Rp0.2) 와 같은 기계적 성질은 불충분하게 된다.
부분 재결정화 어닐링은 10 내지 80℃/s의 속도 V1, 800 내지 950℃의 온도 T, 10 내지 100 초, 이롭게는 60 내지 80 초의 유지 시간 M에서 실시하는 것이 바람직하다.
800℃ 내지 950℃의 온도 T에서의 스트립의 어닐링은 입자 경계에서의 크롬의 확산을 제한할 수 있으며, 이에 따라 스트립의 최종 화학적 스트리핑중에 입자 경계 침투를 제한하게 되며, 이는 광택의 표면 외관을 얻는 것을 돕는다.
온도 T가 800℃ 미만인 경우, 스틸은 요구되는 기계적 성질을 얻기에 충분하 지 않게 재결정화되지 않는다. 사실상, 스틸은 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 600 ㎫ 초과이지만, 신장율 (A80) 은 그저 40% 미만이며, 이는 저온 변형 용량을 강력하게 제한한다.
온도 T가 950℃ 초과인 경우, 완전하게 소실되는 마르텐사이트를 위하여 오스테나이트 입자의 확대로 인하여 스트립의 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 불충분하게 될 뿐 아니라, 산화물 피막이 증가하기 때문에 스트립의 표면의 휘도가 감소된다.
스트립의 가열 속도 V1이 10℃/s 미만인 경우, 스테인리스 스틸은 공업적 요건에는 적합하지 않은 매우 긴 유지 시간 M동안에만 재결정화될 수 있다. 다른 한편으로, 오스테나이트의 입자는 마르텐사이트를 위하여 확대되며, 탄성 한계치 (Rp0.2) 는 스테인리스 스틸에 우수한 기계적 성질을 부여하기에는 불충분하다.
10 초 미만의 온도 T에서의 유지 시간 M이하에서는, 스트립의 재결정화된 부피 분율이 60% 미만이며, 스트립의 신장율 (A80) 은 불충분하다. 반대로, 100 초 이상에서는 오스테나이트계 입자가 마르텐사이트를 위하여 확대되어 기계적 성질, 예컨대 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 불충분하게 된다.
부분 재결정화된 스틸 스트립은 10 내지 80℃/s의 속도 V2에서, 예를 들면 공기의 통기에 의하여 또는 가압하의 공기의 통기에 의하여 그리고 물의 분쇄에 의하여 강력하게 냉각 처리된다. 냉각 속도 V2가 10℃/s 초과인 경우, 탄성 한계치 (Rp0 .2) 및 파괴시 하중 (Rm) 은 증가된다.
스트립을 냉각시킬 경우, 스틸 입자 경계를 침투하지 않으면서, 이의 두께 및 성질에 따라 산화물 피막의 완전 제거가 가능한 산 스트리핑 용액을 사용하여 스트리핑 처리한다.
예를 들면, 스트립은 농도가 150 내지 200 g/ℓ이고, pH가 3 미만인 황산나트륨을 포함하는 조 (bath) 내에서 5 내지 12 ㎄의 전류를 사용하여 1차 전해질 스트리핑 처리한다.
농도가 80 내지 120 g/ℓ이고, pH가 3 미만인 질산을 포함하는 조내에서 5 내지 12 ㎄의 전류를 사용하여 2차 전기화학 스트리핑 처리한다.
본 발명에 의한 스트립은 하기와 같은 잇점을 갖는다:
- 광택-어닐링 노내에서 어닐링 처리한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 (표준 2RB) 의 변형후 휘도의 우수한 내성. 사실상, 본 발명에 의한 스트립의 휘도 손실은 엠보싱 처리후 30% 정도일 뿐인 반면, 표준 광택-어닐링된 스트립의 경우 80%이다.
- 표준 어닐링-스트리핑 처리를 실시한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 (표준 2D) 의 우수한 입자간 내식성.
- 표준 광택-어닐링 처리된 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 (표준 2RB) 의 스트라이프에 대한 우수한 내성.
- 표준 어닐링-스트리핑 유형으로 처리한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 (표준 2D) 및, 표준 광택-어닐링 처리된 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 (표준 2RB) 보다 높은, 인상면 (indentation) 에 의하여 측정한 Vickers 경 도 HV5.
또한, 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립은 표준 광택-어닐링 처리된 또는 표준 어닐링-스트리핑 처리된 오스테나이트계 스테인리스 스틸에서의 스트립에 필적하는 용접 성질을 나타낸다.
본 발명은 비제한적인 예로서 제시된 하기의 실시예에 의하여 예시하고자 한다.
우선, 표준 어닐링-스트리핑형 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립(표준 2D) 및 표준 광택-어닐링 처리된 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립 (표준 2RB) 을 사용하여 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 기계적 성질 및 휘도를 비교하였다. 휘도의 측정은 국제 규격 ISO 7668 (1986) 에 의하여 60°조망각에서 실시하였다.
그리하여, 3 개 유형의 스트립의 엠보싱 처리에 대한 성질, 엠보싱 처리후 휘도 손실, 스트라이프 내성 및 마지막으로 입자간 내식성을 비교하였다.
이를 위하여, 우선 화학적 조성이 하기 표 1에 제시되어 있는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 AS33, 본 발명에 의한 스틸 스트립, 표준 스트립 2D 및 표준 스트립 2RB의 동일한 차이로부터 제조하였다.
중량%로 나타낸 본 발명에 의한 스테인리스 스틸의 화학적 조성 (나머지는 철 및 불가피한 불순물임)
C Si Mn Ni Cr Mo N Cu P S V Nb
0.055 0.51 1.25 8.03 18.1 0.15 0.045 0.41 0.03 0.002 0.11 0.03
1. 본 발명에 의한 스트립의 제조
두께 4.5 ㎜을 얻을 때까지 열간 압연 처리한 금속 시이트를 형성하기 위하여 스틸 AS33을 주조하였다. 통과시 두께가 0.8 ㎜인 스트립을 얻도록 산술 평균 거칠기 (Ra) 가 0.1 ㎛이고, 압하율이 82%인 작동 실린더를 사용하여 상기 금속 시이트를 냉간 압연시켰다.
상기 냉간 압연 처리된 스트립을 50 초의 유지 시간 동안 820℃의 유지 온도까지 50℃/s의 가열 속도로 가열하면서 연소 노내에서 스틸의 부분 재결정화 어닐링으로 처리한다. 노내에서 우세한 분위기는 4 부피%의 산소비를 포함하는 천연 기스 및 공기의 혼합물이다. 공기/천연 가스의 부피비는 1.3이다.
스트립을 상온이 될 때까지 70℃/s의 냉각 속도로 냉각시켰다.
냉각후, 두께가 0.08 ㎛인 산화물 피막을 스트립의 표면에 형성하였다.
마지막으로, 농도가 175 g/ℓ이고, pH 2인 황산나트륨을 포함하는 조에서 9 ㎄의 전류를 사용하여 15 s 동안 스트립을 1차 전해질 스트리핑 처리한 후, 농도가 100 g/ℓ인 pH 2의 질산을 포함하는 조에서 9 ㎄의 전류를 사용하여 15 s 동안 2차 전기화학 스트리핑 처리하였다.
얻은 스트립은 차후의 어떠한 처리, 표면 광택 또는 스킨-패스도 실시하지 않았다.
2. 매트형 표면 외관의 표준 스트립 2D의 제조
두께 4.5 ㎜을 얻을 때까지 열간 압연 처리한 금속 시이트를 형성하기 위하여 스틸 AS33을 주조하였다. 통과시 두께가 0.8 ㎜인 스트립을 얻도록 82%의 압하율로 상기 금속 시이트를 냉간 압연시켰다.
상기 냉간 압연 처리된 스트립을 50 초의 시간 동안 1,120℃의 온도에서 연소 노내에서 스틸의 완전 재결정화 어닐링으로 처리하였다. 노내에서 우세한 분위기는 4 부피%의 산소비를 포함하는 천연 가스 및 공기의 혼합물이다. 공기/천연 가스의 부피비는 1.3이다.
스트립을 상온이 될 때까지 80℃/s의 냉각 속도로 냉각하였다
마지막으로, 황산나트륨 및 황산을 포함하는 조에서 0.2 ㎛의 두께로 형성된 산화물 피막을 완전히 제거하기 위하여 스트립을 스트리핑 처리하였다.
얻은 스트립은 차후의 어떠한 처리, 표면 광택 또는 스킨-패스도 실시하지 않았다.
3. 표준 스트립 2 RB 의 제조
두께 4.5 ㎜을 얻을 때까지 열간 압연 처리한 금속 시이트를 형성하기 위하여 스틸 AS33을 주조하였다. 통과시 두께가 0.8 ㎜인 스트립을 얻도록 82%의 압하율로 스트립에 광택의 표면 외관을 부여하는 작동 실린더를 사용하여 냉간 압연 처리하였다.
상기 냉간 압연 처리된 스트립을 1,100℃의 유지 온도까지 50℃/s의 가열 속도로 가열하면서 이슬점이 -50℃이고 10 부피%의 질소 및 90 부피%의 수소를 포함하는 기체 혼합물로 이루어진 분위기가 우세한 내부에서 광택-어닐링 노내에서 스틸의 완전 재결정화 어닐링으로 처리하였다.
마지막으로, 스트립을 상온이 될 때까지 60℃/s의 냉각 속도로 냉각하였다.
얻은 스트립은 차후의 어떠한 처리, 표면 광택 또는 스킨-패스도 실시하지 않았다.
하기 표 2에 3 가지 유형의 스트립의 기계적 성질 및 외관을 기재하였다.
기계적 성질 표준 스트립 2D 표준 스트립 2RB 본 발명에 의한 스트립
탄성 한계치, (Rp0 .2) (㎫) 312 308 596
파괴시 하중, (Rm) (㎫) 656 677 796
신장율, (A80)(%) 59 59 42
입자 크기(㎛) 12 내지 25 15 내지 20 1 내지 4
외관 특징 표준 스트립 2D 표준 스트립 2RB 본 발명에 의한 스트립
휘도(60 , 종방향) 21 55 50
산술 평균 거칠기, Ra(㎛) 0.12 0.12 0.07
슈퍼피셜 경도(HV5) 169 172 286
본 발명에 의한 스트립은 표준 스트립 2D 및 표준 스트립 2RB에 대하여 광택의 표면 외관 및 우수한 기계적 성질을 동시에 나타낸다. 또한, 종래 기술의 2 가지의 스트립에 비하여 더 높은 슈퍼피셜 경도를 나타낸다.
4. 엠보싱 처리 성질 및 휘도에 대한 영향
본 발명에 의한 스틸 스트립, 표준 스트립 2RB 및 표준 스트립 2D에서 블랭크를 절단하였다. 통상적으로 펀치, 매트릭스 및 블랭크 홀더를 통상적으로 포함하는 엠보싱 프레스에서 상기 블랭크를 엠보싱 처리하여 용기를 형성하였다.
엠보싱 처리에 의한 성형 조작후, 60°조망각을 사용하여 측정한 표면의 휘도는 용기의 바닥에서 그리고 용기의 슬리프상에서 동시에 측정하며, 이는 엠보싱 처리한 부분의 휘도의 평균 값으로 간주할 수 있다. 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
표준 스트립 2D 표준 스트립 2RB 본 발명에 의한 스트립
60°에서의 스트립의 휘도 21 55 50
60°에서의 용기 바닥에서의 휘도 7 7 34
60°에서의 용기 슬리프에서의 휘도 10 13 35
60°에서의 용기의 중간 휘도 8.5 10 34.5
엠보싱 처리후 휘도의 상대적 손실율(%) 52 81 30
평면 생성물의 휘도값에 대하여, 저온 성형된 부분의 휘도의 손실율을 통상적으로 관찰한다. 실험한 스트립의 상이한 유형에 대하여 실시한 분석에 의하면, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립은 표준 스트립 2D 및 표준 스트립 2RB보다 변형에 의한 표면 매트화에 대하여 더 우수하게 견딘다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 의한 스틸 스트립의 엠보싱 처리후, 휘도 손실율은 약하며, 표준 스트립 2D 및 표준 스트립 2RB에 대하여 관찰된 것보다 대개 더 낮다.
5. 스트라이프에 대한 내성
스트라이프에 대한 내성 테스트는, 조질강에서의 반구점이 1,500 HV의 경도 및 1 ㎜의 직경을 갖는 Clemen 기기를 사용하여 본 발명에 의한 스틸 스트립 및 국제 규격 ISO 1518에 의한 표준 스트립 2RB에 대하여 실시하였다. 테스트는 스트라이프가 생성되도록 스트립의 표면에 반구점을 50 g, 200 g 및 400 g의 가변 부하로 가하는 것으로 이루어진다. 결과를 하기 표 4에 기재하였다.
부하(g) 표준 스트립 2RB에 대한 스트라이프 깊이(㎛) 본 발명에 의한 스트립에 대한 스트라이프 깊이(㎛) 상대적 차이(%)
50 1.08 0.73 32
200 3 1.35 55
400 3.35 2.33 30
테스트 결과에 의하면, 본 발명에 의한 스틸 스트립은 표준 스트립 2RB에 비하여, 스트립의 상대적 슈퍼피셜 경도의 차에 해당하는 평균 40%의 크기 정도로 스트라이프 내성이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.
6. 입자간 내식성
입자간 내식성 테스트는 본 발명에 의한 스틸 스트립 및 표준 스트립 2D에서 얻은 샘플에 실시하였다.
이러한 테스트는 규격 NFA 05-159에 의하여 실시하였다. 이는 황산 및 황산구리의 비등 용액에 샘플을 20 시간 동안 침지시키는 것으로 이루어진다. 그후, 샘플을 90°로 접고, 상기 용액중에 침지하지 않은 참조용 샘플을 사용한 비교에서 상기 후자의 볼록면의 관찰에 의하여 극단의 스킨에서 균열의 정도를 측정할 수 있다. 약한 입자간 내식성은 접은 샘플의 볼록면에서 다수의 균열의 존재를 특징으로 한다. 입자간 내식성 테스트에 의하면, 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립이 표준 스트립 2D보다 더 우수한 입자간 내식성을 갖는다는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 탄성 한계치 (Rp0 .2) 가 600 ㎫ 이상이고, 파괴시 하중 (Rm) 이 800 ㎫ 이상이고, 신장율 (A80)이 40% 이상이고, 조성은 중량% 단위로 0.025≤C≤0.15%, 0.20≤Si≤1.0%, 0.50≤Mn≤2.0%, 6.0≤Ni≤12.0%, 16.0≤Cr≤20.0%, Mo≤3.0%, 0.030≤N≤0.16%, Cu≤0.50%, P≤0.50%, S≤0.015%, 임의로 0.10≤V≤0.50% 및 0.03≤Nb≤0.50%, 0.10≤Nb+V≤0.50%를 포함하며, 나머지는 철 및 공정중에 불가피하게 생성된 불순물이며, 오스테나이트 입자의 중간 크기는 4 ㎛ 이하이며, 상기 표면은 60°조망각에 의하여 측정한 휘도가 50 초과인 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립.
  2. 제 1 항에 있어서, 산술 평균 거칠기 (Ra) 가 0.08 ㎛ 이하인 표면을 나타내는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 의한 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법으로서,
    - 중량% 단위로 0.025≤C≤0.15%, 0.20≤Si≤1.0%, 0.50≤Mn≤2.0%, 6.0≤Ni≤12.0%, 16.0≤Cr≤20.0%, Mo≤3.0%, 0.030≤N≤0.16%, Cu≤0.50%, P≤0.50%, S≤0.015%, 임의로 0.10≤V≤0.50% 및 0.03≤Nb≤0.50%, 0.10≤Nb+V≤0.50%를 포함 하며, 나머지는 철 및 공정중에 불가피하게 생성된 불순물을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 냉간 압연 단계로서, 상기 냉간 압연은 산술 평균 거칠기 (Ra) 가 0.15 ㎛ 이하인 작동 실린더를 사용하여 실시하는 냉간 압연 단계;
    - 산화물 코팅이 피복된 스트립을 얻기 위하여 철에 대하여 노의 내부에서 산화 분위기가 우세한 어닐링 노에서 상기 냉간 압연 처리된 스트립을 열 처리하는 단계로서, 상기 열 처리는 재결정화 부피 분율이 60 내지 75%인 스트립을 얻기 위하여 스틸의 부분 재결정화를 실시하도록 조절하는 열 처리 단계;
    - 스틸 입자 경계를 침투하지 않으면서, 스틸의 두께 및 성질에 따라 산화물의 층을 완전 제거할 수 있는 1 이상의 산 스트리핑 용액을 사용하여 상기 열 처리한 스트립을 스트리핑하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 작동 실린더의 산술 평균 거칠기 (Ra) 는 0.10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 스트립은 55 내지 85%의 압하율로 냉간 압연 처리하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 압하율은 70 내지 85%인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 노 분위기는 공기/탄화수소의 부피비가 1.1 내지 1.5인 공기 및 1 이상의 탄화수소의 기체 혼합물이며, 상기 기체 혼합물은 3 내지 8 부피%의 산소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 공기/탄화수소 부피비는 1.1 내지 1.3인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 1 이상의 탄화수소는 천연 가스, 부탄 및 메탄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열 처리는 가열 속도 V1에서의 가열 단계, 온도 T 및 유지 시간 M동안의 유지 단계에 이어서 냉각 속도 V2에서의 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 온도 T는 800℃ 내지 950℃인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 속도 V1은 10 내지 80℃/s인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 유지 시간 M은 10 내지 100 s인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 속도 V2는 10 내지 8O℃/s 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
  15. 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 부분 어닐링 처리된 스트립은, 150 내지 200 g/ℓ의 농도, pH 3 미만인 황산나트륨을 포함하는 조에서 5 내지 12 ㎄의 전류를 사용한 1차 전해질 스트리핑에 이어서, 80 내지 120 g/ℓ의 농도, pH 3 미만인 질산을 포함하는 조에서 5 내지 12 ㎄의 전류를 사용한 2차 전기화학 스트리핑으로 처리하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 스트립의 연속 제조 방법.
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