KR20090052958A - 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 - Google Patents

연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로, C:0.03~0.06, Si:0.2~0.45, Mn:0.2~0.45, Cr:16.0~16.6, Ni:0.4이하, Cu:0.5이하, Al:0.01이하, N:0.03~0.06%, P:0.030이하, S:0.01이하 및 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스 열연강판을 상소둔 열처리시 하기 식(1)의 로크웰 경도값을 78 이하가 되도록 하고, 하기 식(2)의 연신율값을 28 이상이 되도록 소둔온도 및 유지시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.
HRb = 176-0.0485 x T - 0.181 x t (1)
(T : 상소둔 시 소둔 균열온도(℃), t : 소둔 균열온도에서 유지시간(hour))
EL. = 65.3 -0.473 x HRb (2)
상소둔, 연신율, 석출물, 페라이트계 스테인리스강

Description

연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법{Method for manufacturing of ferritic stainless steel to improve an elogation}
본 발명은 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 연신율이 요구되는 가전 및 주방부품에 사용되는 430 페라이트계 스테인리스 냉연재 제조를 위한 열연강판의 상소둔(Batch annealing) 방법을 제어할 수 있는 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인리스강의 대표적인 강종의 하나인 430강은 표 1에 나타낸 것과 같은 조성을 갖는데 가격이 저렴하면서도 내식성이 우수하여 가전 및 주방부품으로 많이 사용되고 있다. 하기 표 1은 430 페라이트계 스테인리스강의 화학성분(wt.%)을 나타낸다.
성분 C Si Mn P S Cr Ni Cu Al N
중량% (wt.%) 0.03~ 0.06 0.2~ 0.4 0.2~ 0.45 0.030 이하 0.01 이하 16.0~ 16.6 0.4 이하 0.5 이하 0.01 이하 0.03~ 0.06
상기와 같은 조성으로 이루어진 430 스테인리스강은 열간압연 후 페라이트와 오스테나이트 2상으로 형성된다. 따라서, 페라이트 단상을 얻기 위하여 열연강판을 오스테나이트 변태가 발생하는 온도 직하에서 장시간 유지하는 상소둔(Batch annealing)을 실시하여 제조한다.
제조된 430 페라이트계 스테인리스강은 연신율 향상을 위하여 탄소(C) 및 질소(N) 함량을 낮추어야 한다. 그러나 C 및 N 함량을 낮추게 되면 제강의 정련공정에서 시간이 증가하여 생산성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 궁극적으로 오스테나이트 분율(γ max)이 낮아지고, 이로 인해 열간 압연 중에 축적되는 변형량이 적어진다. 이 경우에 최종 냉연제품에서 리징(ridging) 특성이 저하되어 부품 가공 시 표면 요철이 증가하는 문제점이 나타난다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에 알려진 기술들을 살펴보면, 유럽등록특허 제0930375호에는 성분조성과 열간 압연 조건을 조합하여 리징성을 향상시키는 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 한국공개특허 제1999-0040403호에은 상소둔 열처리 패턴을 750~760℃에서 5~7시간 유지한 다음 재결정온도 이상으로 균열 처리하는 2단 열처리 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허들에서는 열연강판의 상소둔 열처리 시 크롬 탄화물 및 질화물 등의 석출물 변화와 상소둔 조건에 따른 최종 냉연재의 연신율 변화 등에 대한 조건은 전혀 제시되어 있지 않다. 따라서, 냉연재의 연신율을 향상시키기 위한 상소둔 열처리 조건을 정확하게 제공하지 못하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 열연강판의 표면경도를 나타내는 HRb 값 예측식(1) 및 냉연재 연신율을 나타내는 EL.식(2)을 이용하여 상소둔 열처리 시 소둔온도 및 균열 유지시간을 최적화함으로써, 크롬 탄화물의 분율보다 크롬 질화물의 분율을 증가시키고, 크롬 질화물의 석출물 크기를 일정 크기 이상으로 조대화시킬 수 있는 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, C:0.03~0.06, Si:0.2~0.4, Mn:0.2~0.45, Cr:16.0~16.6, Ni:0.4이하, Cu:0.5이하, Al:0.01이하, N:0.03~0.06, P:0.030이하, S:0.01이하 및 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스 열연강판을 상소둔 열처리 시 하기 식 (1)의 로크웰 경도값을 78이하가 되도록 하고, 하기 식 (2)의 연신율 값을 28 이상이 되도록 소둔온도 및 유지시간을 제어한다.
HRb = 176-0.0485 x T - 0.181 x t (1)
(T : 상소둔시 소둔 균열온도(℃), t : 소둔 균열온도에서 유지시간(hour))
EL. = 65.3 -0.473 x HRb (2)
(소둔온도 850oC에서 20초간 유지하였을 때 얻어지는 재질의 연신율)
또한, 상기 상소둔 열처리 시 석출되는 석출물에서 크롬 질화물의 분율을 크롬 탄화물보다 많이 석출되게 하며, 크롬 질화물의 크기는 0.5㎛ 이상으로 조대화시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 열연강판의 경도를 나타내는 HRb 값 예측식(1)을 이용하여 크롬 탄·질화물을 조대화시킬 수 있다. 특히, 크롬 질화물의 크기를 0.5㎛ 이상으로 제어하는 열연강판의 상소둔 온도 및 유지시간을 최적화함으로써, 냉연재의 연신율을 나타내는 식(2)의 값으로부터 우수한 연신율을 나타낼 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 표 1에 나타낸 430강의 성분조성 범위에서 하기 표 2의 성분을 갖는 소재를 사용하였다. 즉, 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 430 페라이트계 스테인리스강의 화학성분(wt.%)을 나타낸다.
성분 C Si Mn P S Cr Ni Cu Al N
중량% 0.04 0.30 0.35 0.023 0.003 16.2 0.1 0.02 0.003 0.04
본 발명은 열간 압연 후 페라이트 및 오스테나이트 조직을 갖는 430 스테인리스강의 상소둔 공정에서 발생되는 오스트테나이트 상(phase)을 페라이트 및 석출물(탄·질화물)로 변태시킬 수 있다. 이를 위하여 페라이트 단상을 갖는 430강 제조 공정에서 최종 냉연재의 연신율 향상을 위해 열연강판 상소둔 조건을 적정하게 제어하여야 한다.
상소둔이 완료된 후 430 페라이트계 스테인리스강의 열연재에서 식(1)로 정의되는 로크웰 경도(HRb) 값을 78 이하로 한다. 이때, 냉연재의 연신율은 소둔온도 850oC에서 20초간 유지하였을 때 얻어지는 재질의 연신율에서 식(2)의 EL 값이 28 이상이 되도록 소둔온도 및 유지시간을 제어하여 연신율이 우수한 430 페라이트계 스테인리스강을 제공한다.
HRb = 176-0.0485 x T - 0.181 x t (1)
EL. = 65.3 - 0.473 x HRb (2)
여기서, T는 상소둔시 소둔 균열온도(℃)이고, t는 소둔 균열온도에서 유지시간(hour)이다.
또한, 본 발명에서는 위와 같은 상소둔 조건으로 열처리를 실시하였을 경우 얻어지는 석출물의 종류는 크롬 탄화물 및 크롬 질화물이다. 그리고, 석출물의 분율은 크롬 질화물이 크롬 탄화물보다 많고, 크롬 질화물의 크기도 0.5㎛ 이상으로 조대화되어 연신율 향상에 기여하는 특징을 가지고 있다.
(실시예)
표 2의 성분을 갖는 430 스테인리스강을 1180℃에서 가열하고 850℃에서 열간 압연이 마무리하여 제조된 3.0mm 두께의 열연강판을 사용하여 표 3에 나타낸 본 발명에서의 열처리 조건으로 상소둔을 실시하였다. 이때 승온 및 냉각시간 조건은 상온에서 소둔온도까지 10시간에 도달하는 승온 패턴을 적용하였고, 냉각은 소둔온도에서 65oC/시간으로 상온까지 냉각하였다.
소둔온도 분위기 790도 790도 820도 850도 850도
유지시간 100% 수소 3시간 27시간 15시간 3시간 27시간
표 3의 조건으로 상소둔 후 열연강판의 표면에 대하여 로크웰 경도(HRb) 값의 측정 결과를 도 1에 나타내었다. 소둔 온도가 850oC에 근접할수록 HRb 값은 감소하고, 동일온도에서 시간이 증가할수록 HRb 값은 감소한다. 이러한 결과로부터 얻어지는 HRb 예측식은 식(1)과 같이 표현할 수 있다.
HRb = 176-0.0485 x T - 0.181 x t (1)
이와 같은 열연재에 대하여 미세조직을 분석한 결과 도 2에 나타낸 바와 같이 석출물의 크기와 분포가 다른 것을 알 수 있다. 식 (1)의 값이 78을 초과하는 경우는 크롬 탄화물(c)의 분율이 크롬 질화물(n)보다 크고, 석출물 크기는 대부분 0.5㎛ 이하로 미세하게 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 식(1)의 값이 78 이하일 경우는 석출물이 조대화되어 크롬 질화물(n)의 분율이 크롬 탄화물(c)보다 훨씬 크며, 크기도 대부분 0.5 ㎛이상인 것을 알 수 있다.
이러한 특성을 갖는 열연판을 두께 0.6mm까지 냉간압연한 후 850oC에서 20초동안 유지하는 열처리를 동일하게 적용한 결과, 도 3과 같은 연신율 결과를 얻을 수 있다. 즉, 냉연소재에 대하여 동일한 소둔 열처리를 적용하였음에도 불구하고 열연강판의 상소둔 열처리 조건에 의하여 연신율에 차이가 나타나고 있다.
도 3의 결과를 살펴보면 열연강판의 상소둔 온도가 증가하는 경우 냉연재의 연신율이 증가하고, 상소둔 열처리 시간이 증가할수록 연신율이 향상되는 경향이 있다. 이러한 결과로부터 냉연재의 연신율은 다음과 같은 식으로 표시될 수 있다.
EL = -13.6 + 0.0485 x T + 0.108 x t
여기서 T는 상소둔온도, t는 유지시간, 위 식에 식(1)을 적용하면 최종적으로 아래와 같은 식(2)를 얻을 수 있다.
EL. = 65.3 -0.473 x HRb (2)
본 발명에서 얻어진 식 (1)과 식 (2)를 사용하여 본 발명의 상소둔 조건 범위를 나타낸 도 4에서 상소둔 HRb(경도) 조건과 냉연재 EL(연신율)의 관계를 예측하고, 냉연재의 연신율이 우수한 상소둔 조건 범위를 설정하였다. 그리고, 미세조직을 분석한 도 2의 결과와 비교 분석하였다.
본 발명의 식 (1)로 예측되는 HRb 값이 78 이하인 경우 크롬 질화물이 크기 0.5㎛ 이상으로 조대화되어 연질 특성을 보이며, 식 (2)로 표현되는 EL 값은 28% 이상을 나타내어야 우수한 연신율을 얻을 수 있기 때문에 이에 대한 적정 조건을 도 4에 본 발명의 범위로 표시하였다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 열연강판 상소둔 온도와 유지시간에 따른 열연재 경도 변화를 도시한 그래프도.
도 2a 및 2b는 본 발명의 열연강판 상소둔 조건에 따른 열연재의 석출물 변화를 도시한 그래프도.
도 3은 본 발명에 관한 열연강판 상소둔 온도와 유지시간에 따른 냉연재 연신율 변화를 도시한 그래프도.
도 4는 본 발명에 관한 HRb 예측식으로부터 구한 냉연재 연신율 변화를 도시한 그래프도.

Claims (2)

  1. 중량%로, C:0.03~0.06, Si:0.2~0.4, Mn:0.2~0.45, Cr:16.0~16.6, Ni:0.4이하, Cu:0.5이하, Al:0.01이하, N:0.03~0.06, P:0.030이하, S:0.01이하 및 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스 열연강판을 상소둔 열처리 시 하기 식 (1)의 로크웰 경도값을 78이하가 되도록 하고, 하기 식 (2)의 연신율 값을 28 이상이 되도록 소둔온도 및 유지시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
    HRb = 176-0.0485 x T - 0.181 x t (1)
    (T : 상소둔시 소둔 균열온도(℃), t : 소둔 균열온도에서 유지시간(hour))
    EL. = 65.3 -0.473 x HRb (2)
    (소둔온도 850oC에서 20초간 유지하였을 때 얻어지는 재질의 연신율)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상소둔 열처리 시 석출되는 석출물에서 크롬 질화물의 분율을 크롬 탄화물보다 많이 석출되게 하며, 크롬 질화물의 크기는 0.5㎛ 이상으로 조대화시키는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
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