KR20110019877A

KR20110019877A - 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법

Info

Publication number: KR20110019877A
Application number: KR1020090077479A
Authority: KR
Inventors: 조근우; 이문수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-02
Also published as: KR101290421B1

Abstract

본 발명은 강판 중심부의 잔류 금속간 화합물을 크게 저감함에 따라 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법은 스테인리스 강판을 1050~1150℃의 소둔 온도에서 5~50mpm의 라인스피드로 소둔하는 단계; 상기 소둔 후 스트립을 용융염 처리하는 단계; 및 상기 용융염 처리 후 황산조 및, 불산 10~30g/L와 질산 80~120g/L의 혼산조에 침지하는 단계;를 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 소둔 후 스트립의 온도를 조절하여 용융염 처리를 통해 표면의 스케일 제거를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 재결정 성장 및 금속간 화합물의 재고용은 촉진하고, 금속간 화합물의 응집을 억제함으로써, 난산세 고합금 스테인리스강의 산세 효율을 향상시킬 수 있다.

냉연강판, 소둔, 산세, 금속간 화합물

Description

스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법{The annealing-pickling method for cold rolled stainless steel}

본 발명은 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기계적 특성을 향상시키고, 표면의 스케일 제거를 극대화하여, 스테인리스강의 산세 효율을 향상시킬 수 있는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법에 관한 것이다.

일반적으로 STS304, STS316L과 같은 기존의 오스테나이트계 스테인리스강은 염소 이온이 존재하는 해수 분위기 등에서 공식 부식이 발생하여, 담수화 설비, 원자력 발전소 복수기 튜브와 같은 해수 설비 등에 적합하지 않다. 이에 따라 크롬, 몰리브덴, 질소 등 내식성을 향상시키는 합금 원소를 첨가하여 가혹한 부식 환경에서도 높은 내식성을 가지는 고합금 오스테나이트계 스테인리스강이 개발되고 있다.

그러나, 고합금 오스테나이트계 스테인리스강은 응고 시 크롬, 몰리브덴 함량이 높은 시그마상 등의 금속간 화합물이 빠르게 석출된다. 금속간 화합물은 연 성이 낮아 깨어지기 쉬우므로 기계적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라, 주변에 크롬, 몰리브덴 고갈 영역을 형성하여 내식성을 크게 저하시키는 것으로 알려져 있다. 이에 의해 소둔 시 이와 같은 금속간 화합물을 최대한 재고용시키는 것이 중요하다.

반면, 금속간 화합물을 재고용하기 위하여 고온으로 장시간 소둔 시 표면의 산화스케일 성장으로 산세 후에도 산화스케일이 잔류한다는 문제가 있다. 특히, 고합금 오스테나이트계 스테인리스강은 내식성이 높기 때문에 기존의 오스테나이트계 스테인리스강의 산세 조건에서는 산화스케일이 제거되지 않는 난산세강으로 알려져 있다.

따라서, 현재 고합금 오스테나이트계 스테인리스강은 냉간압연 후 질소 및 수소 혼합가스 분위기에서 광휘소둔을 이용하여 산화스케일의 성장을 억제하는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 광휘소둔은 합금 성분에 따라 수소 취성을 야기할 수 있으며, 공정 비용이 높은 단점을 가진다.

따라서, 본 발명의 목적은 냉연강판의 제조 시, 1050~1150℃의 소둔온도에서 5~50mpm 라인 스피드(line speed)로 소둔하여 강판 중심부의 잔류 금속간 화합물을 크게 저감함에 따라 기계적 특성을 향상시키고, 소둔 후 스트립의 온도를 조절하여 용융염 처리를 통해 표면의 스케일 제거를 극대화할 수 있는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법은 스테인리스 강판을 1050~1150℃의 소둔 온도에서 5~50mpm의 라인스피드로 소둔하는 단계; 상기 소둔 후 스트립을 용융염 처리하는 단계; 및 상기 용융염 처리 후 황산조 및, 불산 10~30g/L와 질산 80~120g/L의 혼산조에 침지하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 용융염 처리 전의 상기 스트립의 온도가 400℃ 이하일 경우 스트립을 예열하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 스테인리스 강판은 내공식지수가 40 이상이다.

내공식지수 = Cr% + 3.3 * Mo% + 30 * N%

또한, 상기 스테인리스 강판은 중량%로, Cr:18~25, Ni:17~25, Mo:4~8, N:0.1~0.35, C:0.08 이하, Si:1.5 이하, Mn:2.0 이하, P:0.045 이하, S:0.03 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

또한, 상기 용융염 처리 시 상기 스트립의 온도는 400~550℃를 유지한다.

또한, 상기 황산 및 혼산 처리 시 상기 황산조 및 혼산조의 온도는 40~70℃를 유지한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 1050~1150℃의 소둔온도에서 5~50mpm 라인 스피드(line speed)로 소둔하여 강판 중심부의 잔류 금속간 화합물을 크게 저감함에 따라 기계적 특성을 향상시키고, 소둔 후 스트립의 온도를 조절하여 용융염 처리를 통해 표면의 스케일 제거를 극대화할 수 있다.

즉, 재결정 성장 및 금속간 화합물의 재고용은 촉진하고, 금속간 화합물의 응집을 억제함으로써, 난산세 고합금 스테인리스강의 산세 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 내공식지수(Pitting Resistance Equivalent Number = Cr% + 3.3 * Mo% + 30 * N%)가 40 이상이며, 중량%로, Cr:18~25, Ni:17~25, Mo:4~8, N:0.1~0.35, C:0.08 이하, Si:1.5 이하, Mn:2.0 이하, P:0.045 이하, S:0.03 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강의 냉연 연속 소둔산세 방법이다.

본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 냉연 연속 소둔산세 방법을 상세히 설명하면, 냉연강판의 제조 시, 1050~1150℃의 소둔온도에서 5~50mpm 라인 스피드(line speed)로 소둔하여 강판 중심부의 잔류 금속간 화합물을 크게 저감함에 따라 기계적 특성을 향상시키고, 소둔 후 스트립의 온도를 400~550℃로 유지하여 용융염 처리를 통해 표면의 스케일 제거를 극대화할 수 있는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법에 관한 것이다. 이후, 황산 처리 및 혼산 처리 시 온도는 40~70℃를 유지한다. 이러한 본 발명을 통해 통상의 냉연 오스테나이트계 스테인리스강 제조공정 설비와 같이 소둔, 용융염 처리, 황산 처리, 혼산 처리를 거치며, 본 발명의 최적의 소둔 조건을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명에서는 소둔로, 예열로, 용융염조, 황산조 및 혼산조로 구성된 소둔산세 설비에서 소둔 조건을 제어하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 소둔로는 냉연 스테인리스강의 재결정 성장을 위한 가열로이고, 예열로는 용융염 침지 전 스트립의 온도 제어를 위한 가열로이며, 용융염조는 소둔 후 표면에 형성된 산화스케일을 용해시키고, 크랙을 유발시킨다. 이때, 예열로는 용융염 침지 전 스트립의 온도가 400℃ 이하로 낮을 경우 필요하다. 또한, 황산조는 수소 가스 발생으로 스케일과 모재 사이에 크랙을 유발시키며, 혼산조의 불산은 모재를 용해하고, 질산은 부동태 피막 형성에 기여하여 국부적 과산세를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 조성범위와, 그 한정이유를 더욱 상세히 설명한다.

C는 적층결함에너지를 높혀서도 ε(입실런)-마르텐사이트 발생을 억제하고, 오스테나이트의 안정성을 높히는 성분이지만, 그 함량이 0.08% 초과인 경우에는 적층결함에너지가 너무 높게 되어 쌍정 발생의 효과가 없고 오스테나이트상의 고용한도를 넘어서 탄화물이 과다하게 석출되므로 연성과 성형성을 해치기 때문에 탄소의 함량은 0.08% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Si은 과다 첨가되면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 가공성에 불리하여 1.5% 이하로 한정한다.

Mn은 강도 증가 및 오스테나이트 상을 안정화시키는 필수적인 원소이지만, 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 2.0% 이하로 한정한다.

P 및 S은 MnS 등의 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋기 때문에 P는 0.045% 이하, S는 0.03% 이하로 한정한다.

Cr은 함량이 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 너무 높아지면 내식성은 향상이 되나 강도가 높고 연신율이 낮아 가공성을 저하시키기 때문에 그 함량은 18~25%로 한정한다.

Ni은 연성 및 충격에너지 등의 기계적 성질을 향상시키지만, 그 첨가량이 4.0%를 초과하는 경우에는 첨가효과가 포화되므로, 경제적인 측면을 고려하여 Ni의 첨가량은 17-25%로 제한하는 것이 바람직하다.

고가인 Mo 함량이 증가하면 내식성은 현저하게 향상되지만 소재의 제조원가가 높아지는 문제점과 강도를 높여 연신율이 저하되기 때문에 가공성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 가공성을 고려하여 Mo 함량을 4-8%로 한정한다.

N는 과다하면 내식성을 저하시키기 때문에 적을수록 좋으므로 상한은 0.35%로 한정하였고, 과도한 저하는 정련 비용의 증가로 이어지므로 하한을 0.1%로 한정한다.

다음은 본 발명의 제조조건과 그에 대한 한정 이유를 설명한다.

본 발명의 오스테나이트계 스테인리스 냉연강판의 소둔 온도는 1050~1150℃로, 더욱 바람직하게는 1070~1120℃이다. 1050℃ 미만에서 소둔 시, 재결정 성장 속도가 늦어 경도가 너무 높으며, 기계적 특성이 낮다는 단점이 있다. 반면, 1150℃를 초과하여 소둔 시, 냉간압연 후 미세하게 분포하고 있던 금속간 화합물이 계면 에너지의 감소를 위하여 인접 금속간 화합물과 응집하여 조대화된다. 이와 같은 조대한 금속간 화합물로 인하여 충격치 등의 기계적 특성이 저하될 수 있다. 또한, 고온에서 산화스케일 성장속도가 빠르게 되어 산세에 어려움을 야기할 수 있다.

또한, 본 발명은 소둔 시 라인스피드(Line speed)는 5~50mpm으로, 더욱 바람직하게는 10~30mpm이다. 5mpm 미만에서 작업 시 소둔산세 공정이 장시간 소요되어 경제성이 떨어지며, 50mpm을 초과하여 작업할 시 금속간 화합물의 재용해가 충분히 진행되지 않아 표면에서도 금속간 화합물이 잔류할 수 있으며, 이 경우 경도가 높고 내식성은 급격히 저하된다.

소둔을 마친 스테인리스강은 용융염 처리를 거치게 되는데, 용융염에 침지되기 전 스트립의 온도는 400~550℃를 유지하여야 한다. 스트립의 온도가 400℃ 미 만으로 낮아지면 산화스케일과 용융염 사이의 화학반응 속도가 급격히 낮아져 미산세 발생률이 증가하게 된다. 또한, 스트립의 온도가 550℃를 초과하게 되면, 스트립의 표면이 변색된다는 문제점이 있다.

이후 용융염 처리를 마친 스트립은 황산조 및 혼산조에 담지되는데, 이때 황산조 및 혼산조의 온도는 40~70℃이며, 더욱 바람직하게는 50~60℃이다. 40℃ 미만에서는 반응 속도가 감소하여 미산세 발생률이 증가되며, 70℃를 초과할 경우에는 NO_X 발생 및 산세조 설비의 부식이 빠르게 진행될 수 있다. 여기서, 혼산조의 조성은 불산 10~30g/L, 질산 80~120g/L이며, 오스테나이트계 스테인리스강의 내공식지수가 증가함에 따라 불산 농도 증가 시 미산세율이 감소된다.

도 1은 냉간압연 전/후의 고합금 오스테나이트계 스테인리스강의 중심부를 나타내는 사진이다.

도 1을 참조하면, 냉간압연 전의 내공식지수가 40 이상이며, 중량%로, Cr:18~25, Ni:17~25, Mo:4~8, N:0.1~0.35, C:0.08 이하, Si:1.5 이하, Mn:2.0 이하, P:0.045 이하, S:0.03 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강 열연재는 다량의 크롬 및 몰리브덴이 포함되어 있으므로, 금속간 화합물이 존재하는 것을 볼 수 있다. 그리고, 이러한 오스테나이트계 스테인리스강 열연재를 냉간압연하면, 금속간 화합물이 깨어지며 미세하게 분산됨을 확인할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

구분	5mpm	10mpm	20mpm	30mpm	40mpm	50mpm
1050℃	250Hv	251Hv	255Hv	260Hv	255Hv	253Hv
1060℃	237Hv	240Hv	241Hv	242Hv	244Hv	245Hv
1070℃	188Hv	192Hv	192Hv	194Hv	205Hv	214Hv
1080℃	188Hv	191Hv	191Hv	193Hv	202Hv	210Hv
1100℃	185Hv	188Hv	190Hv	191Hv	199Hv	204Hv
1120℃	183Hv	185Hv	187Hv	190Hv	191Hv	193Hv
1140℃	184Hv	185Hv	186Hv	186Hv	187Hv	189Hv
1150℃	183Hv	184Hv	184Hv	184Hv	186Hv	189Hv

[표 1]에는 내공식지수 40의 오스테나이트계 스테인리스강을 압하율 90%로 냉간압연한 후, 소둔 온도 및 라인 스피드에 따른 경도 변화를 분석하였다. [표 1]을 참조하면, 소둔 온도가 1050℃로 낮으면 재결정 성장이 느리게 진행되어 경도가 높으며, 1150℃에서는 라인 스피드에 관계없이 거의 유사한 경도값을 보임을 알 수 있다. 1100℃에서 소둔 시, 50mpm에서 경도값이 높게 측정되었는데, 이는 소둔 시간이 짧아 표면의 금속간 화합물이 완전히 재고용되기에 불충분하여 금속간 화합물이 잔류하기 때문이다. 이와 같이 표면에 금속간 화합물이 잔류하는 경우 내식성 감소를 야기할 수 있다.

(실시예 2)

내공식지수 50의 오스테나이트계 스테인리스강을 압하율 70로 냉간압연 후, 소둔 온도를 각각 1100℃, 1150℃에서 라인 스피드 10mpm으로 소둔한 뒤, 중심부의 금속간 화합물 분포를 분석하였다.

도 2는 냉간 압연 후 각각 1100℃, 1150℃에서 10mpm으로 열처리 시 고합금 오스테나이트계 스테인리스강의 중심부를 나타내는 사진이다.

도 2를 참조하면, 1150℃에서 소둔하였을 경우, 1100℃에서 소둔하였을 경우보다 더욱 조대한 금속간 화합물이 형성되었음을 알 수 있다. 조대한 금속간 화합물은 충격치 등의 기계적 특성을 저하시킬 수 있으므로, 본 발명에 따른 소둔온도는 1150℃를 초과하지 않도록 하여야 한다.

(실시예 3)

구분	25℃	300℃	350℃	400℃	450℃	500℃
산세효율(%)	0	30	50	80	95	100

[표 2]에는 내공식지수 50의 오스테나이트계 스테인리스강을 압하율 70%로 냉간압연한 후, 소둔 온도 1100℃에서 라인 스피드 10mpm으로 소둔한 뒤, 용융염 처리 전 스트립의 온도를 변경해가며 산세효율을 측정하였다. 이때, 스트립의 온도를 25℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃로 변경해가며 용융염 처리 및 황산조(50℃, 100g/L H2SO4), 혼산조(50℃, 11g/L HF + 90g/L HNO3) 처리하였다. [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이 스트립 온도가 증가할수록 산세효율이 증가하였다. 여기서, 산세효율은 산세된 시편 면적/전체 시편 면적의 비율로 계산하였다.

이와 같이 본 발명의 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법에 따르면, 잔류 금속간 재용해를 촉진하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 소둔 후 스트립의 온도를 조절하여 용융염 처리를 통한 표면 스케일 제거를 극대화할 수 있다. 이에 따라 난산세 고합금 오스테나이트계 스테인리스강의 산세효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 냉간 압연 전/후의 고합금 오스테나이트계 스테인리스강의 중심부를 나타내는 사진.

도 2는 냉간 압연 후 각각 1100℃, 1150℃에서 10mpm으로 열처리 시 고합금 오스테나이트계 스테인리스강의 중심부를 나타내는 사진.

Claims

스테인리스 강판을 1050~1150℃의 소둔 온도에서 5~50mpm의 라인스피드로 소둔하는 단계;

상기 소둔 후 스트립을 용융염 처리하는 단계; 및

상기 용융염 처리 후 황산조 및, 불산 10~30g/L와 질산 80~120g/L의 혼산조에 침지하는 단계;를 포함하는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법.
제1항에 있어서,

상기 용융염 처리 전의 상기 스트립의 온도가 400℃ 이하일 경우 스트립을 예열하는 단계를 더 포함하는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법.
제1항에 있어서,

상기 스테인리스 강판은 내공식지수가 40 이상인 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법.

내공식지수 = Cr% + 3.3 * Mo% + 30 * N%
제3항에 있어서,

상기 스테인리스 강판은 중량%로, Cr:18~25, Ni:17~25, Mo:4~8, N:0.1~0.35, C:0.08 이하, Si:1.5 이하, Mn:2.0 이하, P:0.045 이하, S:0.03 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법.
제1항에 있어서,

상기 용융염 처리 시 상기 스트립의 온도는 400~550℃를 유지하는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법.
제1항에 있어서,

상기 황산 및 혼산 처리 시 상기 황산조 및 혼산조의 온도는 40~70℃를 유지하는 스테인리스 냉연강판의 소둔산세 방법.