KR20110102503A

KR20110102503A - 고 Ｍｎ 오스테나이트계 스테인리스강과 복식용 금속 부품

Info

Publication number: KR20110102503A
Application number: KR1020117018353A
Authority: KR
Inventors: 시게루 히라타; 유지 이케가미; 가즈히로 야마카와
Original assignee: 니폰야긴고오교오가부시기가이샤
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-16
Also published as: CN103952642A; US20140332117A2; JP5444561B2; EP2402471B1; US8703047B2; SI2402471T1; JP2010196142A; US20110286879A1; ES2685483T3; WO2010098506A1; EP2402471A1; US9528173B2; US20140166158A1; KR101345048B1; CN102333900A; EP2402471A4

Abstract

복잡한 형상 부품으로 가공이 가능하고, 또한 이들 가공품이 검침기에 의한 검사에도 대응할 수 있는 비자성 특성을 갖는 복식용 금속 부품용의 스테인리스강으로서, mass％ 로, C ： 0.02 ∼ 0.12 ％, Si ： 0.05 ∼ 1.5 ％, Mn ： 10.0 ∼ 22.0 ％, S ： 0.03 ％ 이하, Ni ： 4.0 ∼ 12.0 ％, Cr ： 14.0 ∼ 25.0 ％, N ： 0.07 ∼ 0.17 ％ 를 함유하고, 또한 상기 성분이 하기 식；
δcal (％) = (Cr＋0.48 Si＋1.21 Mo＋2.2 (V＋Ti)＋0.15 Nb)－(Ni＋0.47 Cu＋0.11 Mn－0.0101 Mn²＋26.4 C＋20.1 N)－4.7
로 나타내는 δcal 이 5.5 ％ 이하가 되도록 함유하는 성분 조성을 갖고, 200 kA/m 의 자장 중에서의 투자율이 1.003 이하인 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다.

Description

고 Ｍｎ 오스테나이트계 스테인리스강과 복식용 금속 부품 {HIGH-Mn AUSTENITE STAINLESS STEEL AND METAL PART FOR CLOTHING}

본 발명은, 복식용의 후크나 버튼, 걸고리, 톤비 등과 같은 복잡한 부품 형상으로의 가공이 용이하고, 또한 검침기로의 절침 검사에서도 오검출을 일으키지 않는 비자성 특성을 갖는 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강과, 그 스테인리스강으로부터 제조된 복식용 금속 부품에 관한 것이다.

복식용의 후크나 버튼, 걸고리, 톤비 등의 금속 부품은, 기능성뿐만 아니라, 다른 제품과의 차별화를 도모하기 위해서, 의장성 (디자인성, 패션성) 을 부여할 필요가 있고, 프레스나 코이닝 등의 복잡한 가공 공정을 거쳐 제조되고 있다. 그 때문에, 이들 부품의 소재가 되는 금속 재료에는, 엄격한 가공에 견딜 수 있는 소성 가공성이 필요하고, 종래부터, 놋쇠나 알루미늄 합금 등의 연질 재료가 많이 사용되어 왔다. 또, 부품끼리의 접합이나 천에 대한 고정은, 프레스에 의한 「코킹 가공」에 의해 실시되는 것이 일반적이고, 이 점에서도 연질 재료인 것이 요구되고 있다.

그런데, 최근, 안전성을 중시하는 관점에서, 봉제시에 접힌 바늘이 제품 중에 잔존하지 않는지 여부를 자성의 유무로 판별하는 검침기가 도입되어 엄격한 검사가 실시되고 있다. 이들 검사는, 최종 제품에서 행해지기 때문에, 후크나 버튼, 걸고리 등의 금속 부품을 부착한 후에 실시되게 된다. 이 점, 상기 서술한 놋쇠나 알루미늄 합금 등으로 제조된 금속 부품은 자성이 작아, 접힌 바늘로 착각하여 검출되는 경우는 없기 때문에, 검사에서 특별히 지장을 초래하지는 않는다.

그러나, 놋쇠나 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 금속 부품은, 비닐 포장되어 운반되는 도중에, 천에 잔존된 염료 등의 약품에 의해 변색을 일으킨다는 문제를 발생시키는 경우가 있어, 변색이 일어나지 않는 금속 소재에 대한 변경, 예를 들어, 스테인리스강 등으로의 전환이 검토되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 놋쇠나 알루미늄 합금 등에 비해 강도가 높은 스테인리스강의 특징을 살려, 스프링성이 요구되는 복식용 금속 부품에 Ni－Cr 계 비자성 스테인리스강을 적용하는 것이 제안되었다.

그러나, 일본 공개특허공보 평08－269639호의 Ni－Cr 계 비자성 스테인리스강은, 비자성이라고는 해도 투자율 (透磁率) 은 1.005 정도로 비자성 특성이 충분하지 않기 때문에, 부품 중량이 큰 걸고리나 소켓 등에 적용한 경우에는, 검출기가 오검출을 해버리는 경우가 있다. 또, 이 스테인리스강은, 냉간 압연을 실시하여 강도를 높였고, 또한 스프링성을 부여하기 위한 고용화 (固溶化) 열처리 후에도 경질이기 때문에, 소성 가공성이 양호하다고는 할 수 없고, 또, 코킹 가공에 대해서도, 일반적인 방법으로는 천에 대한 고정이 어렵다는 문제를 안고 있다. 따라서, 놋쇠나 알루미늄 합금 등 대신에 스테인리스강이 사용되기 위해서는, 추가적인 비자성 특성의 향상과 소성 가공성의 향상 (연질화) 을 도모할 필요가 있다.

또, 일본 공개특허공보 2005－154890호에는, 가공성을 개선한 비자성 스테인리스강으로서 딥 드로잉 등의 프레스 성형용의 Mn－Cr 계 오스테나이트계 스테인리스강이 제안되어 있다. 그러나, 이 스테인리스강은, 소성 가공 후에도 비자성을 유지할 수 있도록 화학 조성, 오스테나이트상의 안정도, 적층 결함 에너지의 생성 지표 등을 제어한 성분 설계를 하고 있는데, 얻어진 재료에 60 ％ 의 냉간 압연을 실시한 후의 투자율은 1.01 ∼ 1.05 정도로, 비자성 특성으로는 불충분한 것이다.

상기한 바와 같이, 연질이며 복잡한 복식 부품으로도 충분히 가공할 수 있고, 또한 검침기를 오작동시키지 않는 연질 비자성의 스테인리스강은, 여전히 존재하지 않는 것이 현상황으로, 의장성이 높은 복잡한 소성 가공이 가능한 우수한 소성 가공성을 가짐과 함께, 부품 중량이 큰 복식 금속 부품에 사용해도 검침기가 오검출하지 않는 우수한 비자성 특성을 갖는 스테인리스강의 개발이 강하게 요구되고 있다.

그래서, 본 발명의 목적은, 종래 기술이 안고 있는 상기 모든 문제를 해결하여, 버튼이나 걸고리, 소켓 등의 복식용 복잡한 형상 부품으로 가공이 가능하고, 또한 이들 가공품이 검침기에 의한 엄격한 검사에도 충분히 대응할 수 있는, 우수한 비자성 특성을 갖는 스테인리스강을 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제의 해결을 도모하기 위해, 투자율 및 경도에 미치는 강 성분의 영향을 넓은 범위에 걸쳐 조사하였다. 그 결과, Mn－Cr 계 스테인리스강이면, 종래의 Ni－Cr 계 스테인리스에서는 달성할 수 없는 작은 투자율이 얻어질 가능성이 있는 것을 지견하였다. 이것은, Mn, N 은 투자율을 작게 하는 데에 유효한 원소이지만, Mn 을 다량으로 첨가함으로써, N 의 고용량 (固溶量) 을 보다 증가시킬 수 있기 때문인다. 그래서, 발명자들은, 추가로 상기 N 을 다량으로 고용시킨 Mn－Cr 계 스테인리스강에 있어서, 투자율, 경도에 미치는 강 성분의 영향을 상세하게 조사하였다. 특히, 금속 조직 및 그 안정성이 투자율에 대해 크게 영향을 미치는 점에서, 전체의 성분 밸런스에 대해서도 고려하면서 검토를 실시하였다.

즉, 양호한 비자성 특성을 얻기 위해서는, 응고시에 생성되고, 자성을 갖는 δ 페라이트상이 제품판에 잔존하지 않을 필요가 있다. 또, δ 페라이트상이 잔존하지 않는 오스테나이트 단상의 제품판이 얻어졌다 하더라도, 이것을 부품으로 가공했을 때, 자성을 갖는 마텐자이트상이 유발되지 않을 필요가 있다. 또한, 자성을 갖는 이들 2 개의 상의 생성을 방지한 후, 성분 원소의 영향을 확인하여 투자율을 작게 할 필요가 있다. 이들에 더하여 추가로 양호한 소성 가공성을 부여하기 위해서, 경도에 미치는 강 성분의 영향에 대해서도 조사를 실시함과 함께, 보다 염가로 제조하기 위한 제조성에 대해서도 검토를 실시하여 개발한 것이 본 발명이다.

즉, 본 발명은, C ： 0.02 ∼ 0.12 mass％, Si ： 0.05 ∼ 1.5 mass％, Mn ： 10.0 ∼ 22.0 mass％, S ： 0.03 mass％ 이하, Ni ： 4.0 ∼ 12.0 mass％, Cr ： 14.0 ∼ 25.0 mass％, N ： 0.07 ∼ 0.17 mass％ 를 함유하고, 또한 상기 성분이 하기 (1) 식；

δcal (mass％) = (Cr＋0.48 Si＋1.21 Mo＋2.2 (V＋Ti)＋0.15 Nb)－(Ni＋0.47 Cu＋0.11 Mn－0.0101 Mn²＋26.4 C＋20.1 N)－4.7 (1)

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％) 으로 나타내는 δcal 이 5.5 mass％ 이하가 되도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 200 kA/m 의 자장 중에서의 투자율이 1.003 이하인 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강이다.

본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 Mo ： 0.03 ∼ 2.0 mass％, Cu ： 0.03 ∼ 3.0 mass％, V ： 0.02 ∼ 1.0 mass％, Ti ： 0.02 ∼ 1.0 mass％ 및 Nb ： 0.02 ∼ 1.0 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 B ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, Ca ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, REM ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％ 및 Mg ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분이, 하기 (2) 식；

Ni 당량 (mass％) = 15 C＋0.33 Si＋0.71 Mn＋Ni＋0.44 Cr＋0.60 Mo＋0.51 Cu＋21 N＋1.2 V＋0.8 Ti＋1.1 Nb (2)

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％) 으로 나타내는 Ni 당량이 26 mass％ 이상이 되도록 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분이, 하기 (3) 식；

Hv 값 = 87 C＋2 Si－1.2 Mn－6.7 Ni＋2.7 Cr＋3.2 Mo－2.6 Cu＋690 N＋18 V＋20 Ti＋24 Nb＋88 (3)

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％) 으로 나타내는 Hv 값이 200 이하가 되도록 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은, 상기 중 어느 것에 기재된 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어지는 복식용 금속 부품이다.

본 발명에 의하면, 소성 가공성이 우수함과 함께, 비자성 특성도 우수한 스테인리스강을 제공할 수 있다. 이 스테인리스강은, 복잡한 형상 부품으로의 가공이 용이하고, 또한, 검침기에 의한 검사에서도 오검출을 일으키는 경우가 없기 때문에, 후크나 버튼, 걸고리, 톤비 등과 같은 복식 분야에서 사용되는 금속 부품의 소재로서 바람직하게 사용할 수 있다.

도 1 은 δcal 의 값이, 제품판에 잔존하는 δ 페라이트상의 양에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2 는 Ni 당량이, 고용화 열처리재, 냉간 압연재의 투자율에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 Mn 함유량이, 투자율에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4 는 소성 가공성의 평가에 사용한 복식용 부품 (걸고리) 의 모식도이다.
도 5 는 경도 Hv 가, 코킹 불량률에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

먼저, 본 발명을 개발하기에 이른 경위와 기본적인 기술 사상에 대해 설명한다.

(1) δ 페라이트상의 제품에 대한 잔존 방지

오스테나이트계 스테인리스강을, 연속 주조법 등으로 슬래브로 했을 경우, 그 응고 조직은, 오스테나이트상과 수 vol％ 의 δ 페라이트상으로 이루어지는 혼합 조직이 되는 것이 일반적이다. 이 δ 페라이트상은, 제조성이나 제품에 있어서의 자성에 영향을 미치는 점에서, SUS304 로 대표되는 Ni－Cr 계의 오스테나이트계 스테인리스강을 중심으로 하여 화학 성분과 δ 페라이트상 분율의 관계가 수많이 조사되었고, 그 예측식도 몇 가지 제안되어 있다. 이에 대하여, Mn－Cr 계의 오스테나이트계 스테인리스강에 대해서는, 검토가 거의 이루어져 있지 않고, Hull 에 의한 기술 논문 (Welding Journal, 58, No.5 (1973) p.193 ∼ 203) 이 있는 정도이다.

그래서, 발명자들은, 연속 주조법으로 제조한 여러 가지의 성분 조성을 갖는 Mn－Cr 계의 오스테나이트계 스테인리스강의 슬래브 중에 생성된 δ 페라이트의 상 분율을 페라이트 미터로 측정하고, 상기 슬래브의 성분 조성과 δ 페라이트상 분율의 관계에 대해 상기 Hull 식과 비교하여, Hull 식의 타당성을 검토함과 함께, Hull 식에 기재가 없는 다른 원소의 영향 계수의 도출을 시도하였다. 그 결과, 얻어진 것이 하기 (1) 식이다. 또한, Hull 식과 본 발명의 하기 (1) 식에서 영향 계수가 상이한 주된 이유는, 냉각 속도의 차이에 의한 것이라고 볼 수 있다.

아래

δcal (mass％) = (Cr＋0.48 Si＋1.21 Mo＋2.2 (V＋Ti)＋0.15 Nb)－(Ni＋0.47 Cu＋0.11 Mn－0.0101 Mn²＋26.4 C＋20.1 N)－4.7 … (1)

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％)

또한, 발명자들은, 상기 δcal 의 값과 판두께가 2 ㎜ 인 제품판 (냉연판) 에 잔존하는 δ 페라이트의 상 분율과의 관계를 조사하였다. 그 결과, 도 1 에 나타낸 바와 같이, δcal 의 값이 5.5 mass％ 를 초과하면, δ 페라이트상이 열간 압연 후의 강판 중에 잔존하게 되고, 이 잔존된 δ 페라이트상은, 냉간 압연 후에도 소실되지 않고 잔존하고, 비자성 특성을 현저하게 저하시키는 것이 분명해졌다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 상기 (1) 식으로 나타내는 δcal 의 값이 5.5 mass％ 이하가 되도록 성분 설계를 실시하는 것으로 하였다. 또한, 상기 (1) 식 중에 기재된 원소가 포함되지 않는 경우에는, 그것들은 제로 (0) 로 하여 계산한다 (후술하는 (2) 식, (3) 식도 동일하게 한다).

(2) 가공 유발 마텐자이트상의 생성 방지

오스테나이트계 스테인리스강에 있어서는, 냉간 가공에 의해서도 자성을 갖는 마텐자이트상이 생성되는 것이 알려져 있다. Ni－Cr 계의 스테인리스강에 있어서의 화학 성분과 오스테나이트상의 안정성의 관계에 대해서는, 수많은 연구가 이루어졌고, Ni 당량이나 Md30 이라고 불리는 관계식 등이 여러 가지 제안되었다. 이에 대하여, Mn－Cr 계의 스테인리스강에 대해서는 δcal 과 동일하게, 거의 조사가 이루어지지 않았다.

그래서, 발명자들은, 실험실적으로 Mn－Cr 계 스테인리스강에 있어서의 가공 유발 마텐자이트상의 생성 용이함을 조사하고, 상기 Ni－Cr 계의 스테인리스강의 Ni 당량의 관계식에 수정을 부가한 것이, 하기 (2) 식이다. 이 Ni 당량의 값은, Mn－Cr 계 스테인리스강에 있어서의 오스테나이트상의 안정도 (가공 유발 마텐자이트 변태의 발생 어려움) 와 화학 성분의 관계를 나타내는 것으로, 이 값이 클수록 가공 유발 마텐자이트가 생성되기 어려운 것을 나타내고 있다.

아래

Ni 당량 (mass％) = 15 C＋0.33 Si＋0.71 Mn＋Ni＋0.44 Cr＋0.60 Mo＋0.51 Cu＋21 N＋1.2 V＋0.8 Ti＋1.1 Nb … (2)

발명자들은, Ni 당량을 크게 변화시켜, 고용화 열처리를 실시한 Mn－Cr 계 스테인리스강판과 그 강판에, 엄격한 소성 가공을 상정하여 압하율 60 ％ 의 냉간 압연을 부가한 재료의 200 kA/m 의 자장 중에서의 투자율을 조사하여, 그 결과를 도 2 에 나타냈다. 이 결과로부터, 고용화 열처리재의 투자율이 1.003 이하인 양호한 비자성 레벨이어도, Ni 당량이 26 mass％ 미만인 오스테나이트상의 안정도가 작은 재료는, 가공에 의해 마텐자이트상이 유발되어 투자율이 상승되었음을 알 수 있다. 생성된 마텐자이트상은 미량이지만, 검침기의 오검출을 초래하므로, 복식용 재료로서는 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 가공 후에도 비자성인 것을 확보하기 위해, 상기 (2) 식으로 나타내는 Ni 당량을 26 mass％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

(3) 투자율에 미치는 Mn 의 영향

Ni－Cr 계의 오스테나이트계 스테인리스강에서는, Mn 은 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이다. 그래서, 고가의 Ni 의 대체로서 SUS304 의 Ni 를 Mn 으로 치환한, 200 계의 스테인리스강 등의 염가의 스테인리스강이 제조되고 있다. 이와 같이, Ni－Cr 계의 스테인리스강에 있어서는, Mn 과 Ni 의 거동은 거의 동일하다고 볼 수 있다.

그러나, 본 발명은, Mn 의 첨가량을 증가시켜 가면, 그 거동은 Ni 와 동일하지 않게 되고, 페라이트상을 안정화시키는 원소로서 작용하게 되는 것을 알 수 있다. 이것은, 상기 서술한 δcal 의 (1) 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, Mn 이 어느 일정 양을 초과하면, δ 페라이트상이 증가하게 되므로, 비자성 특성이 악화되기 때문이다.

그래서, 발명자들은, C 나 N, Ni 등을 소정량 첨가하여 δ 페라이트상의 생성을 방지한 강에 있어서, 투자율에 미치는 Mn 함유량의 영향을 상세하게 조사하여, 그 결과를 도 3 에 나타냈다. 도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, Mn 의 첨가량이 10 mass％ 를 초과하는 영역에서는, 투자율을 저하시키는 효과가 확인되었다. 그러나, 투자율 저감 효과가 확인되는 것은 18 mass％ 정도까지이고, 그 이상의 첨가량에서는, 페라이트 안정화 원소로서의 기능이 커져, 미량이지만 δ 페라이트상이 잔존하여, 투자율이 상승하게 된다. 그리고, Mn 첨가량이 25 mass％ 가 되면, 투자율이 1.003 을 크게 초과해버린다. 따라서, 본 발명에서는, Mn 첨가량의 상한은 22 mass％ 로 제한한다. 덧붙여서, Ni－Cr 계 스테인리스강에 있어서의 종래의 지견에서는, Mn 의 투자율 상승을 억제하는 효과는, 10 mass％ 이하의 범위에서만 확인되었던 현상이다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평08－269639호 참조).

(4) 소성 가공성의 개선

복식용의 금속 부품에는, 종래, 놋쇠나 알루미늄 합금 등이 사용되었기 때문에, 이들을 제조하는 설비도, 놋쇠나 알루미늄 합금의 강도를 상정한 설계로 되어 있다. 그러나, 스테인리스강의 강도는, 놋쇠나 알루미늄 합금과 비교하여 높기 때문에, 종래의 제조 설비에서 스테인리스강을 사용하여 복식용 금속 부품을 제조하고자 하면 가공 불량이 발생된다. 따라서, 놋쇠나 알루미늄 합금을 스테인리스강으로 치환하기 위해서는, 연질화를 도모할 필요가 있다. 또, 상기 서술한 비자성의 스테인리스강은, 일반적인 SUS316L 등의 스테인리스강보다 경질이기 때문에, 보다 연질화를 도모할 필요가 있다.

발명자들은, 고용화 열처리를 실시한 Mn－Cr 계 스테인리스강의 경도와 강 성분의 관계를 실험실적으로 조사하고, 중회귀분석하여 하기의 (3) 식을 얻었다.

아래

Hv 값 = 87 C＋2 Si－1.2 Mn－6.7 Ni＋2.7 Cr＋3.2 Mo－2.6 Cu＋690 N＋18 V＋20 Ti＋24 Nb＋88 … (3)

그래서, 추가로 고용화 열처리를 실시한 Hv 값이 상이한 여러 가지의 Mn－Cr 계 스테인리스강을 사용하여, 도 4 에 나타낸 바와 같은 복식용 부품 (걸고리) 을 실기 제조 설비에서 제조하고, 이것을 종래와 동일한 코킹 장치를 사용하여 천에 부착했을 때의 불량 발생률을 조사하였다. 여기서, 상기 불량이란, 도 4 에 나타낸 걸고리의 양측에 있는 돌기부를 내측으로 접어 구부려서 천에 부착했을 때, 코킹이 불충분해져, 천과 코킹한 돌기부 사이에 간극이 발생되어 버린 것을 말한다. 도 5 는, Hv 값과 불량 발생률의 관계를 나타낸 것으로, 불량 발생률을 1 ％ 이하로 하기 위해서는, Hv 값을 200 이하, 불량 발생률을 제로로 하기 위해서는, Hv 값을 185 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 (3) 식으로 나타내는 Hv 값을 200 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 Mn－Cr 계 스테인리스강에 있어서의 각각의 성분의 조성 범위에 대해 설명한다.

C ： 0.02 ∼ 0.12 mass％

C 는, 오스테나이트 생성 원소이고, 고온에서 생성되는 δ 페라이트상의 생성을 방지함과 함께, 소성 가공시에 있어서의 가공 유발 마텐자이트상의 생성을 억제하는 데에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 적어도 C 를 0.02 mass％ 함유시킬 필요가 있다. 한편, C 의 과잉된 첨가는, 열처리 후의 경도를 높여 가공성을 저하시킨다. 또, 열처리 조건에 따라서는 탄화물이 잔존하고, 내식성의 저하를 초래할 우려도 있기 때문에, 0.12 mass％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.03 ∼ 0.11 mass％ 의 범위이다.

Si ： 0.05 ∼ 1.5 mass％

Si 는, 탈산제로서 첨가되는 원소이고, 이 효과를 얻기 위해서는, 적어도 0.05 mass％ 를 첨가할 필요가 있다. 한편, Si 는, 페라이트 생성 원소이기 때문에, 1.5 mass％ 를 초과하는 첨가는, δ 페라이트상의 생성을 촉진시켜, 열처리 후의 경도를 높여 버린다. 따라서, Si 는, 0.05 ∼ 1.5 mass％ 의 범위로 첨가한다. 바람직하게는, 0.1 ∼ 1.3 mass％ 의 범위이다.

Mn ： 10.0 ∼ 22.0 mass％

Mn 은, 오스테나이트계 스테인리스강의 투자율을 작게 하는 데에 유효한 원소이고, 동일한 투자율을 작게 하는 N 의 고용량을 증가시키는 효과도 갖기 때문에 직접적, 간접적으로 투자율의 저감에 유효하게 기여하는, 본 발명의 스테인리스강에 있어서는 필수의 중요 원소이다. 덧붙여, Mn 은, 강을 연질화시키고, 소성 가공성을 개선시키는 효과를 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 적어도 10.0 mass％ 의 첨가가 필요하다. 한편, 22.0 mass％ 를 초과하는 과잉된 첨가는, 비자성 특성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Mn 은 10.0 ∼ 22.0 mass％ 의 범위로 첨가한다. 바람직하게는, 12.0 ∼ 20.0 mass％ 의 범위이다.

S ： 0.03 mass％ 이하

S 는, 제철 원료인 스크랩에서 기인되어 혼입되는 불순물이고, 열간 가공성을 저하시키는 유해 원소이기 때문에, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는, S 는 0.03 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.02 mass％ 이하이다.

Ni ： 4.0 ∼ 12.0 mass％

Ni 는, 오스테나이트 생성 원소이고, 오스테나이트상의 조직 안정성에 대해서는, C 나 N 과 거의 동일한 거동을 나타내는 원소이다. 또, Ni 는, 연질화를 촉진시키기 때문에, 소성 가공성을 확보하는 관점에서도 필요한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 적어도 4.0 mass％ 의 첨가가 필요하다. 한편, 12.0 mass％ 를 초과하여 첨가해도, 상기 효과가 포화되어, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이다. 따라서, Ni 는 4.0 ∼ 12.0 mass％ 의 범위로 첨가한다. 바람직하게는, 4.5 ∼ 11.0 mass％ 의 범위이다.

Cr ： 14.0 ∼ 25.0 mass％

Cr 은, 강의 내식성을 확보하고, 변색을 방지하기 위해서 필수 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 적어도 14.0 mass％ 의 첨가가 필요하다. 한편, Cr 은, 페라이트 생성 원소이기 때문에, 25.0 mass％ 를 초과하는 과잉된 첨가는, δ 페라이트상의 생성을 촉진시키고, 비자성 특성을 현저하게 악화시킨다. 따라서, Cr 은 14.0 ∼ 25.0 mass％ 의 범위로 첨가한다. 바람직하게는, 15.0 ∼ 20.0 mass％ 의 범위이다.

N ： 0.07 ∼ 0.17 mass％

N 은, 오스테나이트 생성 원소이고, δ 페라이트상이나 가공 유발 마텐자이트상의 생성을 억제하는 원소이고, 우수한 비자성 특성을 얻기 위해서는 중요한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 적어도 0.07 mass％ 의 첨가가 필요하다. 한편, N 은, 고용 강화에 의해 경도를 현저하게 높이기 때문에, 소성 가공성을 저하시키는 원소이기도 하다. 따라서, N 은, 0.07 ∼ 0.17 mass％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.08 ∼ 0.16 mass％ 의 범위이다.

본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 필수로 하는 성분에 더하여 추가로 Mo, Cu, V, Ti 및 Nb ： 0.02 ∼ 1.0 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 하기의 범위로 함유할 수 있다.

Cu ： 0.03 ∼ 3.0 mass％

Cu 는, 열처리 후의 경도를 낮추고, 오스테나이트상의 안정도를 높여 조직 안정성에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 발현시키기 위해서는, 적어도 0.03 mass％ 의 첨가가 필요하다. 한편, 3.0 mass％ 를 초과하는 과잉된 첨가는, 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, Cu 를 첨가하는 경우에는, 0.03 ∼ 3.0 mass％ 의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05 ∼ 2.5 mass％ 의 범위이다.

Mo ： 0.03 ∼ 2.0 mass％

Mo 는, 소량의 첨가로 현저하게 내식성을 향상시키는 원소이고, 이 효과를 발현시키기 위해서는, 적어도 0.03 mass％ 의 첨가가 필요하다. 한편, Mo 는, 페라이트 생성 원소이기 때문에, 2.0 mass％ 를 초과하는 과잉된 첨가는, δ 페라이트상의 생성을 촉진시키고, 비자성 특성을 현저하게 악화시킨다. 따라서, Mo 를 첨가하는 경우에는, 0.03 ∼ 2.0 mass％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05 ∼ 1.8 mass％ 의 범위이다.

V ： 0.02 ∼ 1.0 mass％, Ti ： 0.02 ∼ 1.0 mass％, Nb ： 0.02 ∼ 1.0 mass％

V, Ti 및 Nb 는, 열처리시에 미세한 탄화물을 형성하고, 결정립의 성장을 억제하여 미세화함으로써, 부품 성형 후의 표면 성상을 평활하게 하여, 의장성이나 연마성의 향상에 유효하게 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 적어도 0.02 mass％ 의 첨가가 필요하다. 그러나, 1.0 mass％ 를 초과하는 과잉된 첨가는, 경도를 높여 가공성을 저해하게 된다. 따라서, 이들 원소를 첨가하는 경우에는, 각각 0.02 ∼ 1.0 mass％ 의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.03 ∼ 0.8 mass％ 의 범위이다.

또한, 본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분에 더하여 추가로 B, Ca, REM 및 Mg 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 하기의 범위로 함유할 수 있다.

B ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, Ca ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, REM ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, Mg ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％

B, Ca, REM 및 Mg 는, S 에 의한 열간 가공성의 저하를 개선하기 위해서 첨가할 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, 적어도 0.0005 mass％ 의 첨가가 필요하다. 그러나, 이들 원소의 0.01 mass％ 를 초과하는 과잉된 첨가는, 반대로 저융점 화합물을 생성하여, 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, 이들 원소는 각각 0.0005 ∼ 0.01 mass％ 의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.0008 ∼ 0.008 mass％ 의 범위이다.

본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 각각의 성분이 상기의 조성 범위를 만족시키고 있는 것에 더하여 추가로 하기 (1) 식；

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％) 으로 나타내는 δcal 의 값이, 5.5 mass％ 이하가 되도록 함유하고 있을 필요가 있다.

이 δcal 은, 전술한 바와 같이 연속 주조로 슬래브를 제조했을 때에, 슬래브 중에 생성되는 δ 페라이트의 상 분율과 강 성분의 관계를 나타내는 것으로, 제품에서의 δ 페라이트상의 잔존율을 저감시키는 데에 유효한 지표이다. 이 δcal 값이 5.5 mass％ 를 초과하면, δ 페라이트상이 열간 압연 후나 냉간 압연 후에도 잔존하게 되기 때문에, 비자성 특성을 현저하게 악화시킨다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 δcal 값을 5.5 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 4.5 mass％ 이하이다.

또한, 본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분이 하기 (2) 식；

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％) 으로 나타내는 Ni 당량이 26 mass％ 이상이 되도록 함유하고 있는 것이 바람직하다.

Ni 당량은, 상기 서술한 바와 같이, Mn－Cr 계 스테인리스강에 있어서의 오스테나이트상의 안정도와 강 성분의 관계를 나타내는 지표, 즉, 오스테나이트상의 안정성에 미치는 합금 원소 각각의 기여도를 나타내는 지표이다. 비자성 특성을 확보하기 위해서는, 소성 가공에 의한 가공 유발 마텐자이트상이 발생되는 것을 방지할 필요가 있는데, 이 Ni 당량이 26 mass％ 보다 작아지면, 소성 가공에 의해 가공 유발 마텐자이트상이 생성되기 쉬워져, 비자성 특성이 저하된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 Ni 당량을 26 mass％ 이상으로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 27 mass％ 이상이다.

또한, 본 발명의 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 성분이 하기 (3) 식；

여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％) 으로 나타내는 Hv 값이 200 이하가 되도록 함유하고 있는 것이 바람직하다.

양호한 소성 가공성이나 코킹 가공성을 확보하기 위해서는, 연질일 필요가 있고, 이 Hv 값은, 고용화 열처리한 Mn－Cr 계 스테인리스강의 경도와 성분 조성의 관계를 나타내는 지표이다. 이 Hv 값이 200 을 초과하여 커지면, 소성 가공할 때의 불량 발생률이 높아진다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Hv 값을 200 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 185 이하이다.

실시예

표 1 에 나타낸 성분 조성을 갖는 No.1 ∼ 26 의 스테인리스강을 통상적인 방법의 프로세스로 용제하고, 연속 주조하여 150 ㎜ 두께 × 1000 ㎜ 폭 × 6000 ㎜ 길이의 슬래브로 하였다. 또, 참고재로서 상기와 동일하게 하여, SUS305, SUS316L 및 SUS310S 의 슬래브도 함께 제조하였다. 이들 슬래브를 재가열 후, 1000 ∼ 1300 ℃ 의 온도에서 열간 압연하고, 두께가 6 ㎜ 인 열연재 (코일) 로 한 후, 이 열연재를 열연판 소둔하고, 산세정하고, 냉간 압연하여 두께 2.0 ㎜ (압하율 67 ％) 인 냉연재로 하고, 다시 1000 ∼ 1200 ℃ 의 온도에서 소둔 후, 산세정하여 냉연 소둔재로 하였다. 상기 냉연 소둔재의 일부에 대해서는, 다시 2 차 냉간 압연하여, 두께가 0.7 ㎜ (압하율 65 ％) 인 냉연재로 한 후, 1000 ∼ 1200 ℃ 의 온도에서 소둔한 후, 산세정하여, 2 차 냉연 소둔재로 하였다. 이들 냉연 소둔재 및 2 차 냉연 소둔재에 대해, 하기의 평가 시험에 제공하였다.

＜투자율의 측정＞

냉간 압연한 상태의 판두께 2.0 ㎜ 인 냉연재와 거기에 소둔을 실시한 냉연 소둔재의 양방에 대해, 진동식 자기 측정 장치 (리켄 전자사 제조；BHV－55) 를 사용하여, 200 kA/m 의 자장을 인가하여, 투자율 μ 를 측정하였다. 또한, 투자율의 평가는, 1.003 이하를 비자성 특성이 양호한 것으로 하였다.

＜마이크로 조직 관찰＞

판두께 2 ㎜ 인 냉연 소둔재의 압연 방향 단면을 연마 후, KOH 를 사용하여 전해 에칭을 실시하고, 결정 조직을 현출시키고 나서, 광학 현미경을 사용하여 마이크로 조직을 관찰하고, δ 페라이트상의 잔존 유무를 판정하였다.

＜검침기로의 오검출성의 평가＞

두께가 0.7 ㎜ 인 2 차 냉연 소둔재를 사용하여, 전술한 도 4 에 나타낸 복식용 금속 부품 (걸고리) 을 제조하고, 이 금속 부품을, 자기 유도를 이용한 컨베이어식의 검침기 (산코우사 제조；APA－6500) 의 컨베이어 상에 진행 방향에 대해 수직 방향으로 복수 개 나열하여 검침기를 통과시켜, 검침기가 검출할 수 있는 최소 개수를 조사하였다. 이 때의 검침기의 검출 감도는, 절침의 크기에 상당하는 0.8 ㎜ φ 의 철구를 검출할 수 있는 레벨로 설정하였다. 이 평가 시험에서는, 상기 최소 개수가 많을수록 비자성 특성이 우수한, 즉, 검침기가 오검출을 일으키기 어렵다는 것을 의미한다.

＜경도의 측정＞

판두께가 2 ㎜ 인 냉연 소둔재에 대해, 표면의 비커스 경도 Hv 를 측정하였다.

＜소성 가공성의 평가＞

두께가 0.7 ㎜ 인 2 차 냉연 소둔재를 사용하여, 전술한 도 4 에 나타낸 복식용 금속 부품 (걸고리) 을 제조하고, 이 금속 부품을 각각 1000 개씩 천에 코킹하여 부착했을 때의 불량 발생률을 측정하였다. 또한, 가공성의 평가는, 천과 간극 없이 접합할 수 있었던 것을 합격으로 하고, 간극이 발생한 것을 불합격으로 하여 그 불합격의 발생률로 평가하였다.

＜연마성의 평가＞

판두께가 0.7 ㎜ 인 2 차 냉연 소둔재로부터 제조한 도 4 의 복식용 금속 부품 (걸고리) 의 제일 넓은 면을, 건식의 버프 연마 장치를 사용하여 연마하고, 산세정한 채의 표면 상태로부터 ＃400 마무리 상당의 표면 상태까지 완성될 때까지의 소요 연마 시간으로 평가하였다. 또한, 연마성은, 1 개의 강에 대해 5 개의 연마를 실시하여, 그 평균 소요 시간으로 평가하였다.

＜제조성의 평가＞

열간 압연 후의 열연재 (코일) 를 소둔 후, 산세정하고, 산세정 라인의 출측에서 코일 전체 길이를 육안으로 관찰하여 표면에 발생한 스리바, 벗겨짐 등의 유해 결함의 개수를 측정하고, 코일의 100 m 당의 결함 개수가 0.5 개 이하를 제조성 우수 (◎), 0.5 개 초과 1.0 개 이하를 제조성 양호 (○), 1.0 개 초과를 제조성 불량 (×) 으로 평가하였다.

상기 각 평가 시험의 결과를 표 2 에 나타냈다.

표 2 로부터, 본 발명의 조건을 만족하는 No.1 ∼ 17 의 발명예의 강판은, 모두 투자율이 작고, 비자성 특성도 우수하다. 또, 경도가 낮고, 가공 후의 코킹성도 양호하고, 복식 부품의 소재로서 바람직한 것을 알 수 있다. 그 중에서도, V, Ti 및 Nb 중 어느 1 종 이상을 적정량 첨가한 No.12 ∼ 14 의 강판은, 가공성, 비자성 특성이 우수할 뿐만 아니라, 연마성도 우수하고, 작업성의 향상에 기여하는 것이라고 생각한다. 또, B, Ca, REM 및 Mg 중 어느 1 이상을 적정량 첨가한 No.15 ∼ 17 의 강판은, 표면 품질이 양호하고, 제조성이 우수하다.

이에 대하여, 본 발명의 조건을 만족하지 않는 No.18 ∼ 29 의 비교예 및 참고예의 강판은, 비자성 특성, 소성 가공성, 제조성 중 어느 1 이상의 특성이 떨어진다. 예를 들어, No.18 및 21 의 강판은, 전술한 (1) 식의 δcal 및 (2) 식의 Ni 당량의 기준값을 만족하고, δ 페라이트상의 잔존이나 가공 유발 마텐자이트상의 생성은 방지할 수 있지만, 비자성 특성을 개선하는 Mn 및 N 의 함유량이 적기 때문에, 투자율이 목표로 하는 레벨 (1.003 이하) 에는 도달하지 못했다.

또, Mn 량, δcal 이 본 발명 범위보다 많은 No.19 의 강판, 및 Ni 량이 본 발명 범위보다 적은 No.20 의 강판은, 모두 δ 페라이트상이 잔존하기 때문에 소둔재의 투자율이 커진다. 또한, No.20 의 강판은, Ni 당량이 낮고, 오스테나이트상의 안정도가 작기 때문에, 가공 유발 마텐자이트상의 생성이 발생되어, 냉간 압연재의 투자율도 높다.

또, N 량이 본 발명 범위보다 많이 함유하는 No.22 의 강판은, 비자성 특성은 양호하지만, 경도가 높고, 코킹 가공에 있어서의 불량률이 높아진다.

또, No.23 의 강판은, 비자성 특성은 양호하지만, S 량이 본 발명 범위를 초과하기 때문에, 열간 가공성을 개선하는 Ca, Mg 를 첨가해도, 그 효과는 충분하지 않고, 표면 결함이 많이 발생되었다.

또, δcal 의 값이, 본 발명의 범위외인 No.24 의 강판은, δ 페라이트가 제품에 잔존하여, 투자율이 목표로 하는 레벨에는 도달하지 못했다.

또, (2) 식으로 나타내는 Ni 당량이 본 발명의 적합 범위를 만족하지 않는 No.25 의 강판은, 냉간 압연에 의해 가공 유발 마텐자이트가 생성되어, 투자율이 커진다. 또, (3) 식으로 나타내는 Hv 값이 본 발명의 적합 범위를 만족하지 않는 No.26 의 강판은, 비자성 특성은 양호하지만, 경도가 높고 가공성이 떨어진다.

또한, 참고예로서 평가한 Ni－Cr 계 비자성 스테인리스강인 SUS305, SUS316L 및 SUS310S 는, 모두 본 발명인 Mn－Cr 계 비자성 스테인리스강과 비교하여 비자성 특성이나 제조성이 떨어져, 양호하다고는 할 수 없다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 스테인리스강판의 용도는, 복식용 금속 부품의 소재에 한정되는 것은 아니고, 본 발명과 마찬가지로, 소성 가공성과 비자성 특성이 요구되는 다른 분야, 예를 들어, 휴대전화나 휴대형 디지털 미디어 플레이어 등의 전자기기 부품의 분야에도 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

C ： 0.02 ∼ 0.12 mass％, Si ： 0.05 ∼ 1.5 mass％, Mn ： 10.0 ∼ 22.0 mass％, S ： 0.03 mass％ 이하, Ni ： 4.0 ∼ 12.0 mass％, Cr ： 14.0 ∼ 25.0 mass％, N ： 0.07 ∼ 0.17 mass％ 를 함유하고, 또한 상기 성분이 하기 (1) 식으로 나타내는 δcal 이 5.5 ％ 이하가 되도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 200 kA/m 의 자장 중에서의 투자율이 1.003 이하인 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강.
아래
δcal (mass％) = (Cr＋0.48 Si＋1.21 Mo＋2.2 (V＋Ti)＋0.15 Nb)－(Ni＋0.47 Cu＋0.11 Mn－0.0101 Mn²＋26.4 C＋20.1 N)－4.7 … (1)
여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％)
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로 Mo ： 0.03 ∼ 2.0 mass％, Cu ： 0.03 ∼ 3.0 mass％, V ： 0.02 ∼ 1.0 mass％, Ti ： 0.02 ∼ 1.0 mass％ 및 Nb ： 0.02 ∼ 1.0 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로 B ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, Ca ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％, REM ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％ 및 Mg ： 0.0005 ∼ 0.01 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분이, 하기 (2) 식으로 나타내는 Ni 당량이 26 mass％ 이상이 되도록 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강.
아래
Ni 당량 (mass％) = 15 C＋0.33 Si＋0.71 Mn＋Ni＋0.44 Cr＋0.60 Mo＋0.51 Cu＋21 N＋1.2 V＋0.8 Ti＋1.1 Nb … (2)
여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％)
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분이, 하기 (3) 식으로 나타내는 Hv 값이 200 이하가 되도록 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강.
아래
Hv 값 = 87 C＋2 Si－1.2 Mn－6.7 Ni＋2.7 Cr＋3.2 Mo－2.6 Cu＋690 N＋18 V＋20 Ti＋24 Nb＋88 … (3)
여기서, 상기 식 중의 각 원소 기호는, 각각 원소의 함유량 (mass％)
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어지는 복식용 금속 부품.