KR20090110301A - 오스테나이트계 강 물체의 제조 방법 - Google Patents

오스테나이트계 강 물체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강 스트립으로부터 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 스트립은 스트립의 미세구조로의 마르텐사이트의 형성을 촉진하기 위해서 냉간 가공되고, 이상 미세구조를 갖는 스트립이 더 처리된다. 상기 스트립은 그 후에 적어도 하나의 만곡되거나 아치형의 영역을 갖는 소망하는 물체로 성형되고 물체의 성형 동안에 스트립의 상이한 영역은 상이한 정도로 변형된다. 소망하는 물체는 마르텐사이트를 오스테나이트 형태로 복원하기 위해서 복원 어닐링되고 물체의 적어도 만곡되거나 아치형의 영역에 대해 본질적으로 미립자 미세구조를 갖기 위해서 경화 효과가 달성된다.

Description

오스테나이트계 강 물체의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING AN AUSTENITIC STEEL OBJECT}
본 발명은 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체의 제조 방법에 관한 것이고, 이 방법에 있어서 적어도 하나의 열처리 단계에서 상기 물체의 기계적 특성이 향상된다.
오스테나이트계 스테인레스강의 심한 변형 및 짧은 어닐링은 미립화 마르텐사이트계 및 오스테나이트계 입자 구조를 형성할 수 있어서, 높은 강도 및 연성을 갖는 우수한 기계적 특성을 가능하게 한다. 이 현상은 예를 들어 Somani M.C. 등에서, Stainless Steel '05.5th European Congress Stainless Steel Science and Market, Seville, Spain, Sept. 27 ~ 30, 2005, pp. 37 ~ 42 에 나와있는, 복원 어닐링식 (reversion-annealed) 으로 냉간압연된 17Cr-7Ni 형 오스테나이트계 강의 미세구조 및 기계적 특성에 개시되어 있다. 이 문헌에 따라, 오스테나이트계 강 스트립이 냉간 압연되고 이 냉간 압연은 마르텐사이트의 형성을 촉진한다. 700℃ 초과의 온도에서의 짧은 인라인 어닐링 처리는 연성 마르텐사이트 및 초미립 오스테나이트의 이상 미세구조 (dual-phase microstructure) 의 형성을 가능하게 한다. 35 ~ 45 % 의 냉간 압연 압하율에서도, 초미립 오스테나이트는 용이하게 얻어진다. 이상 미세구조로, 1000 MPa 의 항복 강도 및 36 % 의 총 연신율이 달성된다.
일본 특허 공보 04-063247 호에는 고강도 및 고연성의 스테인레스강이 개시되어 있고, 이 강은 상 변형 처리로서 마르텐사이트 단일상 미세구조로 냉간압연된다. 그 후에, 상기 강은 600 ~ 900 ℃ 온도 범위에서 열처리되어 오스테나이트 단일상 또는 오스테나이트와 마르텐사이트의 혼합상으로 미세구조를 형성한다. 그 다음, 상기 강은 다시 마르텐사이트 변형 처리되고 600 ~ 900 ℃ 의 온도 범위에서 열처리된다. 이렇게 오스테나이트 단일상 또는 오스테나이트와 마르텐사이트의 혼합상으로 만들어진 미세구조가 형성되고 입경이 최대 1 마이크로미터인 미립자가 얻어진다.
일본 특허 공보 07-216451 호는 내용접 연화성, 고강도 및 고연성을 갖는 스테인레스강의 제조를 개시하고 있다. 상기 강은 마르텐사이트상 및 오스테나이트상으로 구성되는 이상 미세구조를 갖는다. 3 % 이하의 변형을 준 후에, 400 ~ 600 ℃ 의 온도 범위에서 30 분 이하 동안 열처리가 실시된다. 그 후에 0.2 % 내력은 900 N/㎟ 보다 크게 된다.
플레이트, 시트 또는 스트립 등의 평평한 제품에 대한 시험 결과가 참조로서 기재되고, 이에 따르면 처리된 전체 물품에 대한 특성값의 분포는 본질적으로 일정하다.
본 발명의 목적은 적어도 부분적으로 만곡된 내부 및/또는 외부 형상을 갖는 오스테나이트계 스테인레스강 물체의 향상된 제조 방법을 달성하는 것이고, 상기 목적은 연성 및 고강도의 양호한 기계적 특성을 위한 적어도 하나의 열처리 단계에서 처리된다. 본 발명의 본질적인 특성은 첨부되는 청구범위에 나타나 있다.
본 발명에 따라서, 오스테나이트계 스테인레스강 스트립은 유리하게는 미세구조에서 마르텐사이트상의 형성을 촉진하기 위해 압연함으로써 먼저 냉간 작업되고, 마르텐사이트의 형성은 연성 및 고강도의 소망하는 기계적 특성을 위해 유익하다고 알려져 있다. 냉간 작업 후에, 강 스트립은 만곡되거나 아치형의 외부 및/또는 내부 형상을 갖는 적어도 하나의 영역을 갖는 소망하는 물체로 형성된다. 형성된 물체는 마르텐사이트를 오스테나이트로 복원하고 물체의 적어도 만곡형 또는 아치형의 영역을 위한 미세한 연성 입자 구조를 얻기 위해서 더 복원 어닐링된다. 또한, 복원 어닐링 동안 및/또는 별도의 단계로서 복원 어닐링 후에 물체에 대한 경화 효과가 달성된다. 경화 효과는 가공 경화 (work hardening) 및/또는 소부 경화 (bake hardening) 에 의해 실행된다. 소부 경화가 사용될 때, 소부 경화는 가공 시효 (strain ageing) 를 강화하고 복원 어닐링의 효과가 더 작아지는 이들 영역에서도 물체의 강도를 증가시킨다.
본 발명의 방법에 따라 처리될 스트립용 원료는 주성분으로서 철 이외에 15 ~ 22 중량% 의 크롬, 1 ~ 10 중량% 의 니켈 및 0.5 ~ 20 중량% 의 마그네슘 및 0.01 ~ 0.1 중량%의 탄소, 유리하게는 0.01 ~ 0.05 중량% 의 탄소를 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강이다.
오스테나이트계 스테인레스강 스트립은 유리하게는 소망하는 물체로 압연 형성되지만, 성형은 예컨대 벤딩 (bending) 에 의해서도 행해질 수 있다. 물체의 형상은, 종방향 단면에서 봤을 때, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 이들 형상 중 적어도 두 개의 조합 또는 다른 기하학적 구조일 수 있어서 형상은 적어도 부분적으로 만곡되거나 아치형이 된다. 튜브는 물체의 바람직한 한 형상이지만, 물체의 다른 형상도 바람직하다. 물체에 대한 종방향에서의 폐쇄형 형상은 바람직하게는 용접에 의해 달성되지만, 임의의 다른 기계적 결합 방법이 사용될 수 있다. 물체는 종방향에서 적어도 부분적으로 개방될 수도 있다. 또한, 물체는 종방향으로 서로 나란히 또는 횡방향으로 서로 인접하여 적어도 부분적으로 만곡되거나 아치형인 적어도 두 영역을 가질 수 있고, 상기 영역은 수평 또는 수직 또는 경사진 위치에서 본질적으로 평평한 부분에 의해 서로 연결된다.
본 발명에 따르면, 오스테나이트계 스테인레스강 스트립은 미세구조에서 마르텐사이트상의 형성을 촉진하기 위해 먼저 냉간 압연된다. 압연 압하도는 5 ~ 50 %, 유리하게는 10 ~ 30 % 이다. 압연 후에 스트립에서 마르텐사이트의 일부는 10 ~ 50 %, 유리하게는 15 ~35 % 이고, 잔부는 변형된 오스테나이트상이다. 냉간 압연된 이상 강 스트립은 그 다음에 소망하는 물체의 형태로 성형되고, 이는 외부 및/또는 내부가 적어도 부분적으로 만곡되거나 아치형이다. 물체의 성형 동안에, 스트립의 상이한 영역이 상이한 압하도로 변형되고 마르텐사이트 함량은 압하도에 비례한다. 예를 들어, 형성된 물체가 튜브이면, 튜브의 내부 영역은 튜브의 외부 영역보다 더 변형되고, 종방향에서 봤을 때 물체의 단면이 정사각형인 경우에, 정사각형 물체의 코너는 정사각형 물체의 직선 영역보다 더 변형된다. 30 ~ 60 %, 유리하게는 40 ~ 50 % 의 마르텐사이트 함량을 갖는 물체의 더 변형된 영역은 더 가공 경화된다. 30 % 미만의 마르텐사이트 함량을 갖는 물체의 덜 변형된 영역은 복원 어닐링 동안에 또는 복원 어닐링 후의 별도의 소부 어닐링 동안에 소부 경화된다. 별도의 소부 어닐링 처리가 실행되는 것이 바람직한 경우에, 전체 물체 자체에 대해 처리가 달성된다. 별도의 소부 어닐링은 소부 경화 및 필요한 경우 물체의 단면에 걸쳐 본질적으로 균일한 기계적 특성을 보장해준다.
유도 마르텐사이트에서 오스테나이트로 복원된 성형된 물체에 대한 복원 어닐링은 500 ~ 900 ℃, 유리하게는 700 ~ 800 ℃ 의 온도 범위에서 5 ~ 60 초, 유리하게는 10 ~ 20 초 동안 실행된다. 별도의 소부 어닐링 처리는 바람직하게는, 100 ~ 450 ℃ 의 온도 범위에서 1 ~ 60 분 동안, 유리하게는 150 ~ 250 ℃ 의 온도 범위에서 5 ~ 20 분 동안 및 보다 유리하게는 160 ~ 200 ℃ 의 온도 범위에서 10 ~ 15 분 동안 복원 어닐링의 냉각 단계에서 실행된다. 복원 어닐링된 물체가 먼저 실온까지 냉각된 후에 소부 경화를 위해 소망하는 온도까지 가열된 후에 별도의 소부 어닐링 처리가 실행될 수도 있다.
실시예 1
주성분으로서 철 이외에 17.7 중량% 의 크롬 및 6.5 중량% 의 니켈 및 0.02 중량% 의 탄소를 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강 등급 1.4318 (AISI 301LN) 으로 만들어진 스트립이 향상된 연성 및 고강도를 달성하기 위해서 본 발명에 따라 처리되었다. 오스테나이트계 스트립은, 스트립의 미세구조가 약 30 % 의 마르 텐사이트 및 잔부 오스테나이트를 함유하는 이상이 되도록 마르텐사이트를 형성하기 위해 15 % 의 압하도를 이용하여 먼저 냉간 압연되었다.
이상 스트립은, 스트립의 대향 에지가 용접에 의해 서로 연결되도록 튜브의 형상으로 더 압연되었다. 이렇게 본 발명에 따라 더 처리하기 위한 튜브는 외부 및 내부로 만곡되거나 또는 아치형인 적어도 하나의 영역을 갖는다. 이상 미세구조를 포함하는 튜브는 10 초의 어닐링 시간으로 700 ℃ 의 온도에서 복원 어닐링으로 전환된다. 이 복원 어닐링 후에, 튜브의 더 변형된 영역은 미립형의 밀한 연성 미세구조를 갖게 되고 항복 응력은 1000 ~ 1200 MPa 의 정도에 도달하게 된다.
추가적으로, 복원 어닐링된 튜브는, 항복 응력이 1000 ~ 1200 MPa 의 정도에 도달할 때 튜브의 덜 변형된 영역의 특성을 향상시키기 위해서 170 ℃ 의 온도에서 10 분 동안 소부 어닐링된다.
실시예 2
17.5 중량% 의 크롬, 6.5 중량% 의 니켈, 1.11 중량% 의 마그네슘, 0.14 중량% 의 질소 및 0.026 중량% 의 탄소 및 잔부 철 및 불특정 불순물을 포함하는 화학적 조성을 갖는 스테인레스강 스트립이 두께가 9 % 감소되는 압연에 의해 냉간 가공되었다. 이 단계에서 초기 항복 강도가 360 MPa 에서 650 MPa 로 증가하였다. 냉간 가공된 재료의 파단에 대한 연신율은 A50 = 32 % 였다.
냉간 가공된 스트립은 종방향으로 직사각형 단면을 갖는 중공부로 성형되었 고 국부적인 변형이 물체를 부분적으로 마르텐사이트로 만들었다. 측정된 마르텐사이트 구획은 얻어진 국부적인 변형에 따라 3 ~ 50 % 였다. 중공부의 코너에는 가장 높은 변형 및 마르텐사이트 구획이 있었다.
850 ℃ 에서 1 초간의 빠른 열처리는 기계적 특성을 회복하기 위한 마르텐사이트-오스테나이트 복원에 충분하였다. 물체의 변형이 가장 많이 된 코너에서 980 MPa 의 최종 항복 응력 및 파단에 대한 신장율 A10 = 42 % 가 달성되었다.
열처리를 적절하게 조정함으로써 중공부의 덜 변형된 부분이 복원 어닐링과 동시에 소부 어닐링되었다. 물체의 이들 부분은 450 ℃ 미만의 온도를 가졌고 강도가 증가되었다. 이 경우에 별도의 소부 경화가 필수적인 것으로 여겨지지는 않았지만, 더 나은 기계적 특성이 소망되는 경우에는 170 ℃ 에서의 별도의 소부 경화가 이용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 오스테나이트계 스테인레스강 스트립으로부터 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법으로서, 상기 방법에서 스트립은 스트립의 미세구조로의 마르텐사이트의 형성을 촉진하기 위해서 냉간 가공되고, 이상 미세구조를 갖는 스트립이 더 처리되는 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 스트립은 적어도 하나의 만곡되거나 아치형의 영역을 갖는 소망하는 물체로 성형되고 상기 물체의 성형 동안에 스트립의 상이한 영역이 상이한 정도로 변형되며, 상기 소망하는 물체는 마르텐사이트를 오스테나이트 형상으로 복원하기 위해서 복원 어닐링되고 상기 물체의 적어도 만곡되거나 아치형의 영역에 대해 본질적으로 미립자 미세구조를 갖도록 경화 효과가 달성되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복원 어닐링은 500 ~ 900 ℃ 의 온도 범위에서 5 ~ 60 초 동안 실행되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복원 어닐링은 700 ~ 800 ℃ 의 온도 범위에서 10 ~ 20 초 동안 실행되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레 스강 물체를 제조하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 효과는 가공 경화에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 효과는 소부 어닐링에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 소부 어닐링은 100 ~ 450 ℃ 의 온도 범위에서 1 ~ 60 분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 소부 어닐링은 150 ~ 250 ℃ 의 온도 범위에서 5 ~ 20 분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 소부 어닐링은 160 ~ 200 ℃ 의 온도에서 10 ~ 15 분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스 강 물체를 제조하는 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 효과는 복원 어닐링동안 소부 어닐링에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  10. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 효과는 복원 어닐링 후에 소부 어닐링에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체의 종방향 단면은 원형인 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체의 종방향 단면은 타원형인 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체의 종방향 단면은 정사각형인 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체 를 제조하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체의 종방향 단면은 직사각형인 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체의 종방향 단면은 원형, 타원형, 정사각형 또는 직사각형 형상을 포함하는 형상 중 적어도 두 개의 조합인 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립의 원료는 주성분으로서 철 이외에 15 ~ 22 중량% 의 크롬 및 1 ~ 10 중량% 의 니켈 및 0.5 ~ 20 중량% 의 마그네슘 및 0.01 ~ 0.1 중량% 의 탄소, 유리하게는 0.01 ~ 0.05 중량% 의 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연성의 고강도 오스테나이트계 스테인레스강 물체를 제조하는 방법.
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