KR20080061833A

KR20080061833A - 리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스강 및 그제조방법

Info

Publication number: KR20080061833A
Application number: KR1020060136962A
Authority: KR
Inventors: 유도열; 최점용; 이수찬; 원성연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-03
Also published as: KR100868193B1

Abstract

본 발명은 리징성을 나타내는 Rmax값 계산식(1식) 및 내식성을 나타내는 피팅 인덱스 계산식인 P.I.(2식)식을 이용하여 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신에 Cr 함량을 높이고, 첨가 합금원소중 C%/N%를 최적으로 조절하고, 슬라브의 가열온도와 마무리 압연온도, 열연 및 냉연소둔조건을 제어함으로써 리징성이 우수한 저가의 고내식 고 Cr 페라이트계 스테인리스 냉연강판을 제공하는 것을 요지로 한다.

Rmax = -658.5x(C+N)-0.4xCr-0.54xMo-0.6xTi/(C+N)+53.1 ···(1) P.I.=Cr+3.3Mo························(2)

페라이트계, 스테인리스, 고 Cr, 저 Mo, C/N 비, 연신율, 고내식성, 리징성

Description

리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{A ferritic stainless steel with high corrosion resistance and superior ridging property and the method of manufacturing the same}

도 1은 본 발명에 따른 C/N 비의 변화에 따른 리징값의 변화를 도시한 도면.

도 2는 피팅 지수(pitting index)의 변화에 따른 리징값의 변화를 도시한 도면이다.

본 발명은 리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고내식 및 고성형 특성을 요구하는 자동차 배기계 콜드 존(cold zone)의 각종 파이프 및 머플러(muffler) 등에 사용되는 페라이트계 스테인레스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

페라이트계 스테인리스강에서 내식성 향상을 위해 Mo를 첨가하게 된다. 그러나, 고가의 Mo를 첨가하면 제조원가가 상승하고, 또한 리징성을 나타내는 Rmax값 증가하여 표면 요철 발생에 의한 심가공시 균열 발생의 원인이 되고, 또한 가공성 저하 및 외관저하에 기인하여 스템핑 타입의 머플러등을 성형시 파단이 발생하고 추가의 표면 연마를 필요로 하는 문제점이 나타나게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에 알려진 기술들을 살펴보면, EP 930375는 성분조성과 열간압연조건을 조합하여 딥드로잉성과 리징성을 향상시키는 제조방법이 개시되어 있고 또한 일본 공개특허 JP2000-328197은 적정량의 Al를 첨가하여 우수한 표면광택과 성형성을 개선하는 방법이 개시되어 있으며, 또한 유럽 특허EP 765741은 조성과 압연조건 및 소둔조건을 최적화하여 내리징성 및 면내이방성을 개선하는 방법에 관한 것이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 특허들에서는 Mo 첨가량을 저감 시키며 내식성과 동시에 성형성에 대하여 고객사 요구사향을 충분히 만족시킬 수 있는 성분 및 제조조건에 대하여는 개시되어 있지 않다. 따라서, 고내식 및 고성형성을 요구하는 스템핑 타입의 머플러용으로 사용되는 경우와 배기계 파이프 벤딩(pipe bending) 가공이 심한 경우에는 리징값이 낮은 Rmax 값을 요구하기 때문에 상기와 같은 특성을 모두 만족하는 페라이트계 스테인레스 냉연제품의 재질을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 리징성을 나타내는 지표로서 Rmax값 계산식(1식) 및 내식성을 나타내는 공식전위(or 피팅 인덱스) 계산식인 P.I.(2식)식을 각각 이용하여 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신 에 Cr 함량을 높이면서, 동시에 첨가 합금원소중 C%/N%비를 최적으로 조절한 후, 이 슬라브의 가열온도와 마무리 압연온도, 열연, 냉연 및 냉연소둔조건을 제어함으로써 고내식용으로서 리징성이 우수한 Mo 저감 및 고 Cr 페라이트계 스테인리스 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 중량 %로, C;0.03 이하, Si:0.5 이하, Mn:0.5 이하, P:0.035 이하, S:0.01 이하, Cr:18 ~ 21, Mo:0.5 이하, N:0.030 이하, Cu:0.5 이하, Al:0.05 이하, Ni: 0.2 이하, C+N: 0.014 이하, Ti: 0.4 이하 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 스테인리스 강을 하기 수학식 (1)에 의하여 정의한 Rmax 계산값을 22이하로 제어하고, 하기 수학식 (2)에 의해 정의한 P.I 값을 21 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 고내식용 Mo 저감 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Rmax = -658.5x(C+N)-0.4xCr-0.54xMo-0.6xTi/(C+N)+53.1 ····(1)

P.I.=Cr+3.3Mo··········(2)

또한, 본 발명에서 상기 C%/N% 비가 0.8이하를 만족하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 Ti/C+N은 18~25 범위인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기의 합금조성을 갖은 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 가열온도를 1230~1280^oC, 마무리압연온도를 740~850^oC로 열간압연후, 냉간압하율을 60% 이상하여 냉연소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 고내식용 Mo 저감 페라이트계 스테인리스강 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 리징성을 나타내는 Rmax 값 계산식(1식) 및 내식성을 나타내는 피팅 인덱스 계산식인 P.I.(2식)식을 이용하여 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신에 Cr 함량을 높이고, 첨가 합금원소중 C%/N%비를 최적으로 조절하고, 슬라브의 가열온도와 마무리 압연온도, 열연, 냉연 및 냉연소둔조건을 제어함으로써 리징성이 우수한 고내식 Mo 저감 고 Cr 페라이트계 스테인리스 냉연강판를 제조하여 자동차 배기계 부품을 심가공이 가능한 재질을 확보하는 것을 기술적 사상으로 하고 있다.

본 발명에서 자동차 배기계 머플러용으로 사용되는 강종은 STS436L강으로 고가 원료인 Mo을 1%이상에서 1.2%까지 첨가하여 제조원가가 높아 소재 확대 사용에 제약을 받아왔다. 따라서 Mo 함량을 줄이면서도 내식성 및 리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제조하는 방법으로 식(1)에 의해 정의한 리징성을 나타내는 Rmax값이 22이하, 식(2)에 의해 정의한 P.I 값은 21 이상으로 조절하는 조건으로, 중량 %로 C;0.03% 이하, Si:0.5% 이하, Mn:0.5% 이하, P:0.035 이하, S:0.01 이하, Cr:18 ~ 21%, Mo:0.5% 이하, N:0.030% 이하, Cu:0.5% 이하, Al:0.05% 이하, Ni: 0.4% 이하, C+N: 0.014% 이하, Ti:0.04% 이하 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 리징성이 우수한 고내식 Mo 저감 페라이트계 스테인리스 강판을 제공한다.

본 발명에서 리징성을 나타내는 Rmax 값 및 내식성을 나타내는 피팅 인덱스 계산식인 P.I.(2식)값은 하기와 같다.

Rmax = -658.5x(C+N)-0.4xCr-0.54xMo-0.6xTi/(C+N)+53.1 ····(1)

P.I.= Cr+3.3Mo·······(2)

그리고 페라이트계 스테인레스 강판에 C%/N%비가 0.8 이하를 만족하는 조건의 페라이트계 스테인레스 강판에서 스라브 가열온도를 1230~1280^oC, 마무리압연온도를 740~850^oC로 열간압연후 900~1000^oC에서 열연소둔하여 냉간압하율을 60% 이상하여 900~1000^oC에서 냉연소둔한다.

이하 본 발명의 조성범위 한정이유를 상세히 설명한다.

상기 C 및 N는 Ti(C, N) 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하며, C, N 함량이 높아지면 Ti(C,N) 탄질화물 형성되지 않는 고용 C, N는 소재의 연신율 및 장출성형성을 저하시키기 때문에 그 함량은 C의 경우는 0.03% 이하, N은 0.03% 이하로, 동시에 C+N 함량이 높아지면 Ti 함량을 높게 첨가하여 제강성 개재물 증가 로 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고 또한 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제점과 고용 C, N 증가에 의한 연신율이 저하에 의한 성형성이 저하하기 때문에 C+N 함량을 0.014% 이하로 한정한다.

Si은 페라이트상 형성원소로 함량 증가시 페라이트 상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.5% 이상 첨가하면 제강성 Si 개재물 증가로 표면결함이 발생하기 쉽고, 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 가공성에 불리하여 0.5% 이하로 한정한다.

Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 0.5% 이하로 한정한다.

Ni은 감마(g)상 생성원소로 많이 첨가하면 g 상이 증가하여 열간압연 후 코일을 공냉하면 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도가 증가되어 연신율이 저하된다. 따라서 Ni 첨가량은 0.2% 이하로 한정한다.

P 및 S는 MnS등 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋기 때문에 P :0.035% 이하, S : 0.01% 이하로 한정한다.

Cr은 함량이 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 너무 높아지면 내식성은 향상이 되나 강도가 높고 연신율이 낮아 가공성을 저하시키기 때문에 그 함량은 18 ~ 21%로 한정한다.

고가인 Mo 함량이 증가하면 내식성은 현저하게 향상시키지만 소재의 제조원가가 높아지는 문제점과 강도를 높여 연신율이 저하되기 때문에 가공성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 가공성을 고려하여 Mo 함량을 0.5% 이하로 한정한다.

Al은 탈산제로 첨가되는 원소로 다량 첨가하면 표면결함을 발생시키기 때문에 0.05% 이하로 한정한다.

Cu는 감마(g)상 생성원소로 많이 첨가하면 g 상이 증가하여 열간압연 후 코일을 공냉하면 마르텐사이트상 생성이 촉진되어 강도 및 경도 증가로 연신율이 저하되기 때문에 Cu는 0.5% 이하로 한정한다

Ti는 첨가량이 너무 높게 첨가되면 제강성 개재물이 증가하여 스켑(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고 또한 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하는 문제점과 고용 Ti 함량 증가로 연신율이 저하하고, C+N 함량 대비 너무 Ti 첨가량이 낮아 Ti/(C+N)비가 낮아지면 입계부식이 발생하여 내식성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문에 Ti 첨가량은 0.4% 이하로 한정하고 Ti/C+N 비 값은 내식성 및 성형성을 고려하여 18~25 범위로 한정한다.

다음은 본 발명의 리징성을 나타내는 Rmax값을 개선하기 구한 수학식 1에서 이 값이 22 이상이 되면 스템핑 타입의 머플러용 소재로는 장출성형성 값이 만족하 더라도 성형시 표면 요철 또는 리징 발생에 의해서 파단불량이 발생되거나, 비록 파단이 발생하기 않더라도 표면의 요철에 의한 외관저하 또는 제거를 위한 후 연마공정이 필요하기 때문에 이값은 22 이하로 한정한다.

Rmax = -658.5x(C+N)-0.4xCr-0.54xMo-0.6xTi/(C+N)+53.1 ·····(1)

수학식 2의 P.I.(Pitting Index) 값이 높아지면 내식성이 향상된다. 따라서 이 값을 높이기 위해서는 Cr이나 고가 원소인 Mo 함량을 높이면 연신율 및 장출성형성이 저하하고, 제조원가가 상승하는 문제점이 발생한다. 또한 너무 낮아지면 내식성이 저하되기 때문에 기존에 사용되는 STS436L강(1%Mo 첨가강)과 동등한 내식성을 갖기 위해서는 수학식 2의 P.I.값은 21 이상으로 한정한다.

P.I.=Cr+3.3Mo··············(2)

C%/N% 비에 대해서는, C%+N% 함량이 동일한 조건에서 C%/N% 값이 1.05 이상 즉 C 함량이 N 함량에 비해 현저하게 높아지면 연신율 저하 및 용접부 입계부식이 발생하고 또 표면 리징이 발생하므로 C%/N% 비는 0.8이하로 한정한다.

다음은 본 발명의 제조조건을 설명한다.

본 발명은 상기의 성분으로 제조된 슬라브의 열간압연조건에서 슬라브 가열온도가 높을수록 열연조업중 재결정에 유리하지만 가열온도가 너무 높으면 표면결함이 다발하기 때문에 슬라브 가열온도는 1230~1280^oC로 한정한다.

열간압연시 마무리압연온도는 낮을수록 열간압연중 변형축적에너지가 높아 소둔시 재결정에 도움을 주기 때문에 연신율 향상에 유리하지만 마무리 압연온도가 너무 낮아지면 압연롤과 소재가 붙어 발생하는 스티킹(Sticking) 결함이 생기기 때문에 마무리 압연온도범위는 740~850^oC로 한정한다.

소재의 냉간압하율이 너무 낮아지면 표면결함 제거 및 표면특성 확보가 어렵고, 또한 냉간압하율이 높아지면 성형성 향상에는 유리하기 때문에 소재 제조시 냉간압하율은 50% 이상으로 한정한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이 조성된 페라이트계 스테인레스강을 50Kg 진공용해에서 용해하여 120mm 두께의 잉고트를 제조하였다. 이와같이 제조된 잉고트를 1250℃에서 가열하고, 800℃ 마무리온도로 열간압연하여 3.0mm 두께의 열연판을 제조하고, 950℃에서 열연소둔후 산세하여 0.6mm 두께로 냉간압연후 950℃에서 냉연소둔후 산세하여 인장시험 및 에릭션시험을 하였다. 그리고 냉연소둔판의 공식전위는 KS D 0238방법으로 시험하여 V'c10에서의 값으로 5회 측정하여 평균값으로 나타내었다. 리징성 평가용 시편은 폭 40mm, 길이 150mm 시편을 15% 인장시험후 3차원 레이저 표면조도기를 사용하여 리징 높이를 측정하였다.

이하 시험결과에 대해 설명하면 표 1은 시편별 화학성분, 리징계산 및 측정 값, P.I. 계산값, 내식성(공식전위) 및 장출성형성(Er값)을 나타낸 표에서 수학식 2에 관한 P.I. 을 사용하여 P.I.값이 21 이상이 되도록 Cr, Mo함량을 조절한 본발명강은 종래 고가의 Mo를 1% 함유한 비교재(시편 No.10)에 비해 Mo 함량이 0.5% 이하로 낮아도 비교재와 동일한 수준의 내식성(공식전위 ≥ 277mV) 값을 나타내고 있다. 또한 Rmax값 계산식인 수학식 1을 사용하여 Rmax 값이 22이하가 되도록 C, N, Cr, Mo, Ti/(C+N) 함량을 적정하게 조절한 본 발명강은 비교강보다 내식성도 우수하고, 동시에 장출성형성을 나타내는 에릭션값도 비교강 수준임을 알수 있다. 특히 리징의 경우 비교재로 선택된 강 중 436L (비교강 10) 보다 월등히 우수함을 알수있다.

도 1은 20Cr강에 Mo, Ti 및 C, N등을 변화시킨 강에서 C/N 비에 따른 리징값의 변화 나타낸 도면이다. 도면의 빗금친 부분을 보면 C/N의 비가 0.8이하가 되는 경우 리찡값이 22이하로 리징성이 우수함을 알수 있다.

도 2는 20Cr강에 Mo, Ti 및 C, N등을 변화시킨 강에 피팅 인덱스값의 변화에 따른 리찡값의 변화를 나타낸 도면이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 비교강 특히 436L (비교강 10) 보다 우수한 내공식성을 가지며 동시에 리징값이 22이하인 범위는 도 2의 빗금친 부분임을 알수 있다.

표 1은 표 1은 시편별 화학성분, 리징계산, 측정값, P.I. 계산값, 내식성(공식전위) 및 장출성형성 (Er값)을 나타내고 있다.

구분	번호	C	N	(C+N)	C/N	Si	Mn	P	S	Cu	Al
발 명 강	1	0.0050	0.0080	0.0130	0.6250	0.1	0.15	0.024	0.0008	0.027	0.047
	2	0.0050	0.0080	0.0130	0.6250	0.1	0.15	0.024	0.0008	0.027	0.047
	3	0.0056	0.0069	0.0125	0.8116	0.1	0.15	0.023	0.0009	0.027	0.046
비 교 강	1	0.0050	0.0080	0.0130	0.6250	0.1	0.15	0.024	0.0008	0.027	0.047
	2	0.0063	0.0058	0.0121	1.0862	0.081	0.15	0.023	0.0005	0.42	0.045
	3	0.0050	0.0080	0.0130	0.6250	0.1	0.15	0.024	0.0008	0.027	0.047
	4	0.0060	0.0090	0.0150	0.6667	0.1	0.15	0.024	0.0008	0.027	0.047
	5	0.0035	0.0088	0.0123	0.3977	0.071	0.15	0.024	0.0005	0.035	0.046
	6	0.008	0.004	0.012	2.0000	0.086	0.14	0.023	0.0007	0.026	0.042
	7	0.0069	0.0061	0.013	1.1311	0.11	0.142	0.0219	0.0011	0.021	0.035
	8	0.0057	0.0068	0.0125	0.8382	0.102	0.15	0.024	0.0009	0.027	0.046
	9	0.0058	0.007	0.0128	0.8286	0.09	0.15	0.025	0.0009	0.028	0.045
	10(436L)	0.0046	0.0099	0.0124	0.4646	0.328	0.435	0.0263	0.0013	0.075	0.027

	번호	Nb	Ni	Cr	Mo	Ti	리찡 계산 (m)	리찡 높이(m)	Pitting index	공식 전위	Er (mm)
발 명 강	1	0.0048	0.12	20.8	0.39	0.325	21.01	20.73	22.09	294	9.05
	2	0.0048	0.12	20.8	0.13	0.325	21.15	21.73	21.23	297	8.64
	3	0.006	0.12	17.8	0.97	0.324	21.68	21.92	21.00	277	8.67
비 교 강	1	0.0048	0.12	18.8	0.39	0.325	21.81	20.43	20.09	253	8.92
	2	0.003	0.12	20.8	0	0.3	21.93	22.3	20.80	302	9.2
	3	0.0048	0.12	18.8	0.13	0.325	21.95	21.07	19.23	237	10.2
	4	0.0048	0.12	19.8	0.26	0.33	21.96	21.93	20.66	302	8.3
	5	0.003	0.12	19.98	0.3	0.3	22.21	22.01	20.99	277	9.23
	6	0.005	0.12	20.03	0.31	0.29	22.50	23.46	20.99	272	8.4
	7	0	0.15	17.76	0.5	0.316	22.59	23	19.41	216	9.25
	8	0.004	0.12	17.82	0.5	0.308	22.71	23.69	19.47	266	11
	9	0.004	0.12	15.12	0	0.324	23.44	24.58	15.12	133	9.25
	10 (436L)	0.002	0.25	17.81	1.05	0.272	24.6	25.03	21.28	280	8.76

상기 표 1 및 표 2에서 비교강 10은 436L강에 대한 것을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 리징성을 나타내는 지표로서 Rmax값 계산식 및 내식성을 나타내는 피팅 인덱스 계산식인 P.I.식을 이용하여, 고가 원료인 Mo 첨가량을 줄이고 대신에 Cr 함량을 높이면서, 동시에 첨가 합금원소중 C%/N%비를 최적으로 조절함으로써, 고내식용으로서 리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다. 또한 Mo가 저감됨으로써 제조원가가 저감되는 효과를 가진다.

Claims

중량 %로, C;0.03이하, Si:0.5이하, Mn:0.5이하, P:0.035이하, S:0.01이하, Cr:18 ~ 21, Mo:0.5이하, N:0.030이하, Cu:0.5이하, Al:0.05이하, Ni: 0.2이하, C+N: 0.014 이하, Ti: 0.4이하 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 스테인리스 강을 하기 수학식 (1)에 의하여 정의한 Rmax 계산값을 22이하로 제어하고, 하기 수학식 (2)에 의해 정의한 P.I 값을 21 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스강.

Rmax = -658.5x(C+N)-0.4xCr-0.54xMo-0.6xTi/(C+N)+53.1 ···(1)

P.I.=Cr+3.3Mo··········(2)
제1항에 있어서,

상기 C/N 비가 0.8이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항에 있어서,

상기 Ti/C+N은 18~25 범위인 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스 강판.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 페라이트계 스테인리스강 슬라브의 가열온 도를 1230~1280^oC, 마무리압연온도를 740~850^oC로 열간압연후, 냉간압하율을 60% 이상하여 냉연소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리징성이 우수한 고내식용 페라이트계 스테인리스강 제조방법.