KR20130034025A

KR20130034025A - 용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130034025A
Application number: KR1020127032216A
Authority: KR
Inventors: 히로키 오타; 켄이치 후지타; 야스시 가토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-04-04
Also published as: JP2012012702A; CN102933732B; RU2012157554A; TW201207128A; AU2011259992B2; CN102933732A; CA2799696A1; CA2799696C; EP2578715B1; JP4893866B2; ES2643150T3; EP2578715A1; TWI439555B; WO2011152475A1; BR112012030684B1; AU2011259992A1; BR112012030684A2; EP2578715A4; RU2522065C1; KR101409291B1

Abstract

염가이고 그리고 고효율로 생산할 수 있고, 용접부의 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판 및 그의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로는, 질량％로, C: 0.01～0.03％, N: 0.01～0.03％, Si: 0.10～0.40％, Mn: 1.5～2.5％, P: 0.04％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.05～0.15％, Cr: 10～13％, Ni: 0.5～1.0％, Ti: 4×(C＋N) 이상, 0.3％ 이하를 함유하고, V: 0.05％ 이하, Ca: 0.0030％ 이하, O: 0.0080％ 이하로 규제하고, 또한, Cr＋2×Si＋4×Ti－2×Ni－Mn－30×(C＋N)으로 나타나는 F값이 11 이하, Cr＋3×Si＋16×Ti＋Mo＋2×Al－2×Mn－4×(Ni＋Cu)－40×(C＋N)＋20×V로 나타나는 FFV값이 9.0 이하를 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어진다.

Description

용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판 및 그의 제조 방법{STRUCTURAL STAINLESS STEEL SHEET HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE IN WELDED PART, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 예를 들면 석탄(coal)이나 철광석(iron ore)을 운반하는 화차(레일 왜건(railway wagon))의 보디 용도 재료로서 적합한 용접부의 내식성(corrosion resistance)이 우수한 구조용 스테인레스 강판(structural stainless steel sheet) 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

석탄이나 철광석을 운반하는 화차(레일 왜건)의 보디 용도 재료에는, 스테인레스강이 널리 이용되고 있다. 채굴된 석탄이 유황분(sulfur content)을 많이 포함하고 있기 때문에, 레일 왜건의 보디용의 재료에는, 내(耐)황산 부식 성능(sulfate corrosion resistance), 특히 용접부의 내입계 부식성(intergranular corrosion resistance)이 요구된다.

내식성과 용접성을 겸비한 스테인레스강으로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 용접부의 인성(toughness)이 우수한 Ti 함유 페라이트계 스테인레스강이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 용접부의 조직이 페라이트상(ferrite phase)이 되도록 성분 설계하고 있기 때문에, 용접부의 인성이나 내식성이 충분하지 않다는 문제가 있다.

이에 대하여, 특허문헌 2나 특허문헌 3에는, 고온에서의 상(相) 분율을 제어함으로써, 용접부에 적당량의 마르텐사이트상(martensitic phase)을 생성시켜, 용접부의 가공성(workability)이나 내식성을 개선하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 탄산 가스(carbon dioxide gas)를 이용한 용접법에 적합한 스테인레스강이 개시되어 있다. 또한, 본 발명자들 중 한명은, 먼저, 용접부의 조직을 정확하게 예측할 수 있는 파라미터(parameter)를 이용하여, 성분 조성을 적정화함으로써 용접부의 내식성을 개선한 구조용 스테인레스 강판을 제안했다(특허문헌 5).

일본공개특허공보 평3-249150호 일본공개특허공보 2002-167653호 일본공개특허공보 2009-13431호 일본공개특허공보 2002-30391호 일본공개특허공보 2009-280850호

그러나, 이들 특허문헌 2～5에 개시된 기술에서는, 최적 성분 범위에 관한 검토가 반드시 충분하지는 않다. 특히, 이들은 제조성(manufacturability)에 대해서는 거의 고려되고 있지 않아, 슬래브 단계(slab stage)에서의 균열 발생이나, 스캡(scab)이라고 칭해지는 표면 결함(surface defect)의 발생이 현저하여, 수율(yield ratio) 저하에 의한 비용 상승(cost rise)을 회피하는 것이 곤란하다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 염가이고 그리고 고효율로 생산할 수 있고, 용접부의 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들 중 한명은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 화학 성분, 특히 Mn, Ti의 함유량과, 각 성분의 밸런스(balance)를 적정 범위로 조정하면, 입계 근방의 Cr 결핍에 기인한 입계 부식(intergranular corrosion)을 억제할 수 있는 것 및, 용접 열영향부(welded heat affected zone)를 마르텐사이트(martensite)를 주체로 한 조직으로 할 수 있는 것을 인식하여, 특허문헌 5에 나타내는 바와 같은 파라미터(F값)를 제안했다. 그리고, 본 발명자들은 이들 인식에 기초하여, 특히 제조성에 관한 상세한 검토를 계속한 결과, Al을 적량 함유시키는 것에 더하여, V, Ca, O를 소정 범위 이하로 저감한 후에, 제조성의 양부(良否)를 나타내는 새로운 파라미터로서, FFV값을 적정한 범위로 함으로써, 슬래브 균열(slab crack)이나 개재물 기인의 스캡(표면 결함)을 현저하게 줄일 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 질량％로, C: 0.01～0.03％, N: 0.01～0.03％, Si: 0.10～0.40％, Mn: 1.5～2.5％, P: 0.04％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.05～0.15％, Cr: 10～13％, Ni: 0.5～1.0％, Ti: 4×(C＋N)(단, C, N은 이들 함유량(질량％)을 나타냄) 이상, 0.3％ 이하를 함유하고, V: 0.05％ 이하, Ca: 0.0030％ 이하, O: 0.0080％ 이하로 규제하고, 또한, 이하의 식으로 나타나는 F값 및 FFV값이, F값≤11, FFV값≤9.0을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판을 제공한다.

F값＝Cr＋2×Si＋4×Ti－2×Ni－Mn－30×(C＋N)

FFV값＝Cr＋3×Si＋16×Ti＋Mo＋2×Al－2×Mn－4×(Ni＋Cu)－40×(C＋N)＋20×V

단, 이들 식에 있어서, 각 원소 기호는, 그들 원소의 함유량(질량％)이다.

또한, 본 발명은, 상기 성분에 더하여, 추가로 질량％로, Cu: 1.0％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 성분에 더하여, 추가로 질량％로, Mo: 1.0％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판을 제공한다.

또한, 본 발명은, 질량％로, C: 0.01～0.03％, N: 0.01～0.03％, Si: 0.10～0.40％, Mn: 1.5～2.5％, P: 0.04％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.05～0.15％, Cr: 10～13％, Ni: 0.5～1.0％, Ti: 4×(C＋N)(단, C, N은 이들 함유량(질량％)을 나타냄) 이상, 0.3％ 이하를 함유하고, V: 0.05％ 이하, Ca: 0.0030％ 이하, O: 0.0080％ 이하로 규제하고,

또한, 이하의 식으로 나타나는 F값 및 FFV값이, F값≤11, FFV값≤9.0을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 슬래브를 1100～1300℃의 온도로 가열한 후, 1000℃ 초과의 온도역에서, 압하율이 30％ 이상인 압연을 적어도 1패스 이상 행하는 열간 조(粗)압연을 포함하는 열간 압연을 행하거나, 또는, 상기 열간 압연을 행한 후, 열연판을 어닐링하는 일도 없이 또는 600～1000℃의 온도에서 어닐링하고 나서 산세정을 행하는 것을 특징으로 하는 구조용 스테인레스 강판의 제조 방법을 제공한다.

F값＝Cr＋2×Si＋4×Ti－2×Ni－Mn－30×(C＋N)

또한, 본 발명은, 상기 성분에 더하여, 추가로 질량％로, Cu: 1.0％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 성분에 더하여, 추가로 질량％로, Mo: 1.0％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접부 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 염가이고 그리고 고효율로 생산할 수 있으며, 예를 들면 석탄이나 철광석을 운반하는 화차(레일 왜건)의 보디 용도 재료로서 적합한, 용접부의 내식성이 우수한 구조용 스테인레스 강판이 얻어진다.

도 1은 FFV값과 표면 결함 발생률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 황산-황산구리 부식 시험 후의 시험편 단면의 용접 열영향부에 있어서, 깊은 피트 형상의 부식이 인정된 경우의 관찰예를 나타내는 광학 현미경 사진이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 성분 조성에 대해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, ％ 표시는 질량％이다.

ㆍC: 0.01～0.03％

ㆍN: 0.01～0.03％

C 및 N은, 구조용 스테인레스 강판으로서 필요한 강도를 얻기 위해서는, 모두 0.01％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 한편, C, N의 함유량이 0.03％를 초과하면, Cr 탄화물 혹은 Cr 탄질화물이 석출되기 쉬워져, 내식성, 특히 용접 열영향부의 내식성이 저하된다. 또한, 용접 열영향부가 경화하여, 인성도 저하된다. 이 때문에, C 및 N의 함유량은, 모두 0.01～0.03％의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, C는 0.015～0.025％, N은 0.012～0.02％의 범위이다.

ㆍSi: 0.10～0.40％

Si는, 탈산제로서 이용되는 원소로서, 그 효과를 얻으려면 0.10％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 한편, 그의 함유량이 0.40％를 초과하면 열연 강판의 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Si함유량은 0.10～0.40％의 범위로 한다. 바람직하게는, 하한이 0.20％, 상한이 0.30％이다.

ㆍMn: 1.5～2.5％

Mn은, 탈산제로서, 또한 구조용 스테인레스 강판으로서의 필요한 강도를 확보하기 위한 강화 원소로서 유용한 원소이며, 또한 고온에 있어서의 오스테나이트 안정화 원소이기도 하다. 또한, 본 발명에 있어서는, 용접 열영향부의 마이크로 조직을 소망하는 체적률을 갖는 마르텐사이트 조직으로 제어하는 데에 중요한 원소이다. 이러한 작용을 발휘시키기 위해서는, 그의 함유량은 1.5％ 이상 필요하다. 한편, 2.5％를 초과하여 함유시켜도, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 함유량이 과잉해져 인성을 저하시키고, 또한 제조 공정에서의 탈(脫)스케일성을 저하시켜 표면 성상에 악영향을 미치고, 게다가 합금 비용도 증대해 버린다. 이 때문에, Mn의 함유량은 1.5～2.5％의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, 1.8～2.5％의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 1.85～2.0％의 범위이다.

ㆍP: 0.04％ 이하

P는, 열간 가공성의 점에서 적은 쪽이 바람직하고, 그의 함유량이 허용되는 상한값을 0.04％로 한다. 보다 바람직하게는, 0.035％ 이하이다.

S: 0.02％ 이하

S는, 열간 가공성 및 내식성의 점에서 적은 쪽이 바람직하고, 그의 함유량이 허용되는 상한값을 0.02％로 한다. 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

ㆍAl: 0.05～0.15％

Al은, 일반적으로는 탈산을 위해 함유시키지만, 본 발명에서는, 제조성, 특히 슬래브 단계에서의 균열의 발생을 억제하는 데에 유효하게 작용하는 것을 발견하고, 이러한 기능을 발휘시키기 위해 적량 함유시킨다. 슬래브 균열의 발생을 억제하기 위해서는, Al 함유에 더하여, 후술하는 바와 같이 V, Ca, O의 저감, 또한 FFV값의 최적화가 필요하다. Al 함유에 의해 슬래브 균열이 개선되는 기구에 대해서는, 반드시 명확하게 되어 있는 것은 아니지만, 상(相) 분율의 적정화와 개재물 형태의 제어의 효과에 의한 것이라고 추정하고 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Al을 0.05％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 한편, 그 함유량이 0.15％를 초과하면, 대형의 Al계 개재물이 생성되어 표면 결함의 원인이 된다. 이 때문에, Al의 함유량을 0.05～0.15％의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, 0.080～0.150％의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 0.085～0.120％의 범위이다.

ㆍCr: 10～13％

Cr은, 부동태 피막을 형성하여, 내식성, 특히 용접 열영향부의 내식성을 확보하는 데에 필수의 원소로서, 그 효과를 얻기 위해서는 10％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 한편, Cr을 13％를 초과하여 함유시키면, 비용을 상승시킬 뿐만 아니라, 용접부에 있어서, 고온에서 충분한 오스테나이트상을 확보하는 것이 곤란해져, 용접 후의 용접 열영향부에 필요한 분율의 마르텐사이트 조직을 얻는 것이 곤란해진다. 그 결과, 용접 열영향부에서의 내입계 부식성의 저하를 초래한다. 따라서, Cr 함유량은, 10～13％의 범위로 한다. 바람직하게는, 10.5～12.5％이다.

ㆍNi: 0.5～1.0％

Ni는, 강도와 인성을 확보하는 목적으로 0.5％ 이상 함유시킨다. 한편, Ni는 고가의 원소로서, 경제성의 관점에서, 그의 상한을 1.0％로 한다. 또한, Ni는 Mn과 동일하게, 고온에 있어서의 오스테나이트 안정화 원소로서, 용접 열영향부의 마이크로 조직을 소망하는 체적률을 갖는 마르텐사이트 조직으로 제어하는 데에 유용하지만, 본 발명에서는, 그 효과가 Mn의 첨가에 의해 충분히 얻어지기 때문에, Ni의 함유량은 0.5～1.0％의 범위가 적당하다. 보다 바람직하게는, 0.60～1.0％의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 0.60～0.90％의 범위이다.

ㆍTi: 4×(C＋N) 이상, 0.3％ 이하

Ti는, 본 발명에 있어서 우수한 용접부 내식성을 얻기 위해 중요한 원소로서, 특히 용접 열영향부의 내입계 부식성을 향상시키기 위해 필수의 원소이다. Ti는 강 중의 C, N을 Ti의 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물(이후, 탄화물, 질화물, 탄질화물의 3종을 총칭하여, 탄질화물 등이라고 기재함)로서 석출 고정하여, Cr의 탄질화물 등의 생성을 억제하는 효과를 갖는다. 본 발명에 있어서, 강판의 용접 열영향부에서는, 페라이트와 마르텐사이트로 이루어지는 조직을 갖지만, 내식성이라는 점에서는, 냉각 중에 탄질화물 등의 석출을 수반하는 페라이트상 부분에서의 내식성의 저하가 문제이다. 본 발명에 따른 강판에서는, 용접시의 용접 열영향부에 Cr의 탄질화물 등이 석출됨으로써 입계 근방에 Cr 결핍이 생성되고, 특히 페라이트상의 부분에서의 내입계 부식성이 저하되는 문제를, Ti를 함유시킴으로써 해결하고 있다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti의 함유량을 4×(C＋N) 이상(단, C, N은 이들 함유량(질량％)을 나타냄)으로 할 필요가 있다. 한편, 0.3％를 초과하여 다량으로 함유시켜도, 그 효과는 포화될 뿐만 아니라, 강 중에 다량의 Ti의 탄질화물 등이 석출되어, 인성의 열화를 초래한다. 이 때문에, Ti의 함유량은, 4×(C＋N) 이상, 0.3％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.180～0.230％의 범위이며, Ti의 함유량이 동시에 4×(C＋N) 이상을 충족하도록, C, N을 저감하는 것이 유효하다.

본 발명에서는, 생산성(수율)이나 제조성, 특히 슬래브 단계에서의 균열이나 개재물 기인으로 발생하는 스캡(표면 결함)의 발생을 억제하기 위해, 이하와 같이 V, Ca, O를 저감하는 것이 중요하다.

ㆍV: 0.05％ 이하

V는, Cr 원료 등의 불순물로서 포함되는 경우가 많아, 의도하지 않게 함유되는 경우가 있지만, 특히 슬래브 단계에서의 균열의 발생을 억제하기 위해서는, 그 함유량을 엄격하게 규제할 필요가 있다. 그러한 관점에서 V의 함유량을 0.05％ 이하로 할 필요가 있다. 바람직한 범위는 0.03％ 이하, 더욱 바람직한 범위는 0.03％ 미만이다. 함유량을 0.01％ 이하로 함으로써, 보다 큰 균열 억제 효과가 얻어지지만, 원료의 선별 등이 필요해져, 경제적으로는 불리해진다.

ㆍCa: 0.0030％ 이하

Ca는, 저융점의 개재물을 생성시키고, 특히 개재물 기인의 표면 결함의 원인이 된다. 이 때문에, 본 발명에서는 그의 함유량을 엄격하게 제한할 필요가 있어, 그의 상한을 0.0030％로 한다. Ca 함유량은 낮을수록 바람직하고, 0.0010％, 나아가서는 0.0002％ 이하로 하는 것이 바람직하지만, 원료의 선별 등이 필요해져, 경제적으로는 불리해진다.

ㆍO: 0.0080％ 이하

O는, 산화물계 개재물의 생성을 억제하여, 높은 생산성을 확보하기 위해, 그의 함유량을 낮게 할 필요가 있어, 상한을 0.0080％로 한다. 바람직하게는, 0.0060％ 이하이다.

또한, 본 발명에서는, 이하에 나타내는 F값, FFV값을 적정한 범위로 함으로써, 내식성이나 생산성을 크게 개선한다.

ㆍF값≤11

F값은, Cr＋2×Si＋4×Ti－2×Ni－Mn－30×(C＋N)(단, 각 원소 기호는, 그들 원소의 함유량(질량％)임)으로 나타나고, 용접시의 용접 열영향부의 마이크로 조직(microstructure)을 추정하는 파라미터로서, 보다 상세하게는 마르텐사이트 조직의 체적률(페라이트 조직의 잔존율)을 추정하는 파라미터이다. 용접 열영향부와 같이 고온에 노출된 부위에서는, 그의 일부가 오스테나이트(austenite)(혹은 추가로 일부가 δ 페라이트(delta ferrite))로 변태하고, 이 상이 냉각 과정에서 마르텐사이트로 변태한다. 그의 비율은, 페라이트 안정화 원소(페라이트 생성 원소(ferrite formation elements))와 오스테나이트 안정화 원소(오스테나이트 생성 원소(austenite formation elements))의 양적 밸런스의 영향을 받는다. 상기 F값을 나타내는 식 중의 계수가 정(正)인 원소(Cr, Si, Ti)는 페라이트 안정화 원소이며, 계수가 부(負)인 원소(Ni, Mn, C, N)는 오스테나이트 안정화 원소이다. 즉, F값이 클수록 페라이트 조직이 잔존하기 쉽고(페라이트 조직의 체적률이 큼, 즉 마르텐사이트 조직의 체적률이 작음), 작을수록 페라이트 조직이 잔존하기 어려워(페라이트 조직의 체적률이 작음, 즉, 마르텐사이트 조직의 체적률이 큼)진다.

특허문헌 5에 있어서는, F값과 용접 열영향부의 마르텐사이트 조직의 체적률과의 관계를 조사하고, 또한 황산-황산구리 부식 시험에 의해 용접 열영향부 근방의 내식성을 평가함으로써, 성분의 최적화를 도모하고 있지만, 본 발명에서도 상기 특허문헌 5와 동일하게, 용접 열영향부의 내식성의 향상을 도모하기 위해, 상기의 F값을 11 이하(마르텐사이트 체적률: 40％ 이상)로 한다. 바람직하게는, F값: 10.5 이하(마르텐사이트 체적률 60％ 이상)이며, 더욱 바람직하게는 10 이하이다. 또한, 용접부의 내식성의 관점에서 F값의 하한은 5.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 범위는 6.0 이상이다.

ㆍFFV값≤9.0

FFV값은, Cr＋3×Si＋16×Ti＋Mo＋2×Al－2×Mn－4×(Ni＋Cu)－40×(C＋N)＋20×V(단, 각 원소 기호는, 그들 원소의 함유량(질량％)임)로 나타나고, 본 발명에 있어서, 제조성을 나타내는 지표로서 새롭게 도출한 것이다. 이 FFV값은, 열연 중의 상(相) 밸런스를 고려한 것으로, 상기와 같은 성분 조정, 특히 Al 함유나, V, Ca, O의 상한의 규제를 행한 후에, 이 값을 작게 함으로써, 슬래브 단계에서의 균열이나 개재물을 기인으로 한 표면 결함의 발생을 현저하게 적게 할 수 있다. F값을 고안했을 때에는 고려하지 않았던 Al량을 고려한 새로운 파라미터의 최적화를 도모함으로써, 표면 결함의 발생에 의한 수율 저하를 크게 억제하는 것에 성공한 것이 본 발명의 큰 특징이다. FFV값의 최적화에 의한 제조성 개선의 기구는 반드시 분명하게 되어 있는 것은 아니지만, FFV값을 9.0 이하로 함으로써 제조성이 현저하게 개선되는 점에서, FFV값을 9.0 이하로 한다. 바람직하게는, 8.5 이하이다. 또한, FFV값을 작게 하려면, Cr량을 줄이거나, C, N량을 늘리는 것이 유효해지지만, 이와 같이 하면 내식성의 저하가 염려된다. 이 때문에, FFV값의 하한은 5.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 범위는 6.0 이상이다.

열연판 혹은 열연 어닐링판의 상태에서 사용되는 본 발명 강판에서는, 표면 결함을 적게 하기 위해서 슬래브 단계에서의 균열이나 개재물을 제어하는 것이 중요하다. 표면 결함의 발생은, 수율을 크게 저하시키는 균열이나 스캡과 같은 부분은 외관이 나쁠 뿐만 아니라, 녹 발생의 기점도 될 수 있기 때문에, 제품으로서 출하할 때에는 대상의 부분을 잘라 내지 않으면 안 되기 때문이다. 또한, 상기 FFV값의 식에는 Mo, V, Cu가 포함되어 있지만, 이들 강 중에 함유되지 않은 경우도 있으며, 이들이 함유되지 않는 경우에는, 이들 중 함유되지 않은 성분을 0％로 하여 FFV값을 계산한다.

도 1에, FFV값과 표면 결함 발생률의 관계를 나타낸다. 결함의 발생률은, 코일 전체 길이에 대해, 결함이 발생한 부분의 길이로부터 산출한 FFV값을 9.0 이하의 적정한 범위로 함으로써, 표면 결함의 발생이 현저하게 억제되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 성분 외에, 필요에 따라서 이하의 범위에서 Cu를 함유시킬 수 있다.

ㆍCu: 1.0％ 이하

Cu는, 내식성을 향상시키는 원소로서, 특히 극간 부식(crevice corrosion)을 저감시키는 원소이다. 이 때문에, 높은 내식성이 요구되는 경우에 첨가할 수 있다. 그러나, 1.0％를 초과하여 함유시키면, 열간 가공성(hot workability)이 저하되는데다가, 고온에서의 상 밸런스가 무너져, 용접 열영향부에서 소망하는 조직을 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, Cu를 함유시키는 경우에는, 그의 상한을 1.0％로 한다. 내식성 향상 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는 0.3％ 이상 함유시키는 것이 유효하다. 보다 바람직한 범위는, 0.3～0.5％이다.

ㆍMo: 1.0％ 이하

Mo는, 내식성을 향상시키는 원소로서, 특히 높은 내식성이 요구되는 경우에 첨가할 수 있다. 그러나, 1.0％를 초과하여 함유시키면, 냉간에서의 가공성이 저하되는데다가, 열간 압연에서의 표면거칠기가 일어나, 표면 품질이 극단적으로 저하된다. 따라서, Mo를 함유시키는 경우에는, 그의 상한을 1.0％로 한다. 내식성을 충분히 발휘시키기 위해서는 0.03％ 이상 함유시키는 것이 유효하다. 보다 바람직한 범위는, 0.1～1.0％이다.

본 발명에 있어서, 전술한 바와 같은, Cu나 Mo를 1.0％ 이하 함유시키는 것에 의한 내식성의 개선 외에, 0.005％ 이하의 B를 함유시키는 것에 의한 연성의 개선 등, 종래의 인식에 기초하여 다른 원소를 함유시켜도 좋지만, 그 경우에도 고온에서의 상 밸런스를 고려하는 것이 중요하다. 또한, Nb는 강한 스태빌라이즈 원소로서, C나 N과 결합되어 상 밸런스를 크게 무너뜨리기 때문에, 본 발명에서는 첨가하지 않는다. 또한, 이상 규정한 원소 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

본 발명에 따른 강판은, 용접 열영향부의 내식성의 향상을 도모하기 위해, 상기의 F값을 11 이하로 함으로써, 용접 열영향부의 마르텐사이트 체적률은 40％ 이상이 된다. 더욱 바람직하게는, F값을 10.5 이하로 함으로써, 용접 열영향부의 마르텐사이트 체적률은 60％ 이상이 된다. 더욱 바람직하게는 10 이하이며, 이 경우의 마르텐사이트 체적률은 80％ 이상이 된다. 또한, 본 발명에 따른 강판은, 모재부는 체적률에서 50％ 이상이 페라이트 조직이다. 잔부의 조직은, 특히 열연인 채의 상태에서는, 마르텐사이트상이나 잔류 γ상이 존재하고, 일부에 탄질화물 등을 포함하는 조직이다. 특히 후술하는 바와 같은 적절한 조성 범위로 하고 적절한 어닐링 조건으로 열연판 어닐링을 행한 후의 열연 어닐링판의 조직은, 체적률에서 거의 100％가 페라이트상 조직을 갖고 있어, 가공성이 매우 우수하다.

다음으로, 본 발명에 따른 스테인레스 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 스테인레스 강판의 제조 방법은, 정법(定法)에 따라 행하는 것이면 좋아, 특별히 한정되지 않지만, 고효율로 제조할 수 있는 방법으로서, 상기 성분 조성에 용제한 강을 연속 주조 등에 의해 슬래브로 한 후, 열연 코일로 하고, 이것을 필요에 따라서 어닐링한 후, 디스케일링(descaling)(쇼트 블라스팅(shot blasting), 산세정(pickling) 등)을 행하여, 본 발명에 따른 스테인레스 강판으로 하는 방법이 추천된다.

이하, 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 성분 조성으로 조정한 용강을, 전로(steel converter) 또는 전기로(electric furnace) 등의 통상 이용되는 공지의 용제로에서 용제한 후, 진공 탈가스(RH법), VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)법, AOD(Argon Oxygen Decarburization)법 등의 공지의 정련 방법으로 정련하고, 이어서, 연속 주조법(continuous casting) 혹은 조괴-분괴법으로 강 슬래브(강 소재)로 한다. 주조법은, 생산성 및 품질의 관점에서 연속 주조가 바람직하다. 또한, 슬래브 두께는, 후술하는 열간 조압연에서의 압하율을 확보하기 위해, 100㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 200㎜ 이상이다.

이어서, 강 슬래브를 1100～1300℃의 온도로 가열한 후, 열간 압연하여 열연 강판으로 한다. 슬래브 가열 온도는, 열연판의 표면거칠기 방지(surface roughness resistance)나 냉연 어닐링 후의 리징 특성(anti ridging property or ridging property) 향상을 위해서는 높은 쪽이 바람직하지만, 1300℃를 초과하면 슬래브 처짐(slab sag)이 현저해지고, 또한 결정립이 조대화(粗大化)하여 열연판의 인성이 저하된다. 한편, 1100℃ 미만의 가열 온도에서는, 열간 압연에서의 부하가 높아져, 열연에서의 표면거칠기가 현저해지는데다가, 열연 중의 재결정(recrystallization)이 불충분해져, 결국 열연판의 인성이 저하된다.

열간 조압연의 공정은, 1000℃ 초과의 온도역에서, 압하율이 30％ 이상인 압연을 적어도 1패스 이상 행하는 것이 바람직하다. 이 강압하(强壓下) 압연에 의해, 강판의 결정 조직이 미세화되어, 인성이 향상된다. 열간 조압연 후, 일반적인 통상의 방법(통상의 열간 마무리 압연의 조건)에 따라, 열간 마무리 압연을 행한다.

열간 압연에 의해 제조한 판두께 2.0～8.0㎜ 정도의 열연판은, 그대로, 혹은 어닐링하는 일 없이 산세정하고 나서, 구조재로서 이용할 수 있다. 열연판에 대해, 600～1000℃의 온도에서 열연판을 어닐링하고 나서 산세정을 행해도 좋다. 열연판의 어닐링 온도는, 600℃ 미만에서는, 열연 그대로의 상태로 존재할 가능성이 있는 마르텐사이트상이나 잔류 γ상이 잔존한 채가 되는 경우가 있어, 페라이트 조직이 체적률에서 50％ 미만이 되어, 충분한 가공성을 얻을 수 없다. 한편, 1000℃를 초과하면 결정립의 조대화가 현저해져, 인성이 저하된다. 열연판의 어닐링은, 소위 박스 어닐링(box annealing)에 의해 소정의 600～1000℃의 온도에서 1시간 이상 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 어닐링 온도가 지나치게 높아지면, γ 변태가 발생하는 온도에 속하는 경우가 있어 바람직하지 않다. 이 때문에, 조성을 적절한 범위로 조정하고, 그리고 그 조성에 따른 적절한 온도 범위를 선택하는 것이 필요하다. 본 발명 강의 조성 범위에서는, 주로 600～900℃의 어닐링 온도로 한 경우에는, 체적률에서, 거의 100％가 페라이트상이 되기 때문에 이 온도 범위가 바람직하다.

본 발명에 따른 스테인레스 강판의 용접에는, TIG 용접, MIG 용접을 비롯한 아크 용접(arc welding), 심 용접(seam welding), 스폿 용접(spot welding) 등의 저항 용접, 레이저 용접(laser welding) 등, 통상의 용접 방법은 모두 적용 가능하다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 스테인레스강을, 전로-VOD-연속 주조법에 의해, 200㎜ 두께의 슬래브로 했다. 이들 슬래브를 1180℃의 온도로 가열한 후, 열간 압연에 의해 판두께 5.0㎜의 코일 형상의 열연판으로 했다. 열연 종료 온도는 900℃, 열연 후의 권취 온도는 700℃로 했다. 얻어진 열연 강판에 대해서, 690℃에서 10시간의 어닐링을 행한 후, 쇼트 블라스팅 및 산세정을 행하여 스케일을 제거했다.

이들 스케일 제거 후의 강판으로부터 평판 샘플(flat plate sample)을 잘라내고, 아래판과 세움판으로 이루어지는 T형 시험체를 조립하여, 양측 한층의 필릿 용접(both side one pass fillet welding)(가스 메탈 아크 용접(gas metal arc welding), 실드 가스(shielding gas): 98용량％ Ar―2용량％ O₂, 유량: 20리터/분)을 행하여, 필릿 용접 시험편을 3개 제작했다. 용접봉에는, 가부시키가이샤 코베 제강소 제조 MGS-309LS를 이용하여, 입열량은 0.4～0.8kJ/㎜의 범위로 했다.

이들 필릿 용접 시험편의 필릿 용접부로부터, 부식 시험편을 채취하고, 황산-황산구리 부식 시험(ASTM A262 practice E 및 ASTM A763 practice Z에 준거한 Modified Strauss test, 시험액은 Cu/6％CuSO₄/0.5％H₂SO₄로 하고, 이 비등액 중에 단면(端面)을 연마한 시험편을 20시간 침지)을 행하여, 용접 열영향부 근방의 부식 상황을 관찰했다.

도 2는, 황산-황산구리 부식 시험 후의 시험편 단면의 관찰예를 나타내는 광학 현미경 사진이다. 이 사진과 같이 용접 열영향부에 있어서, 입계 부식이 인정되거나, 또한 심한 깊은 피트 형상의 부식이 인정된 경우를 C, 근소하게 부식이 인정된 경우를 B, 광학 현미경의 관찰에서는 부식이 인정되지 않은 경우를 A로서 평가했다. 또한, 열연 어닐링판의 산세정 후의 표면 상태를 전체 길이에 걸쳐 관찰했다. 전체 길이에 대해, 슬래브 균열 혹은 개재물이 기인이 되는 표면 결함이 관찰된 길이의 비율을 지표로 하여, 결함 발생의 비율이 3％ 이하를 a, 3％ 초과 30％까지를 b, 30％ 초과를 c로서 평가했다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다.

그 결과, 본 발명의 범위 내의 본 발명예인 No.1～5, 10～13, 15에서는, 용접부의 내식성이 양호하고, 게다가 표면 상태도 매우 양호했다. 이에 대해, F값이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예인 No.9 및 14에서는, 용접 열영향부에서의 마르텐사이트 생성량이 적기 때문에, 내입계 부식성이 분명하게 뒤떨어지고 있었다. 또한, Si가 본 발명의 범위보다도 높고, Al이 본 발명의 범위보다도 낮은 비교예인 No.6 및 FFV값이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예인 No.7, 8, 9 및 14에서는, 열연 어닐링 후의 표면 관찰에 있어서, 슬래브 기인의 균열이나 개재물 기인의 스캡이 많이 관찰되었다.

본 발명 강은, 열연판 혹은 열연 어닐링판의 상태로 사용되기 때문에, 스캡의 발생은, 수율을 크게 저하시킨다. 스캡부는 외관이 나쁠 뿐만이 아니라, 녹 발생의 기점이 될 수도 있기 때문에, 제품으로서 출하할 때에는 대상의 부분을 잘라 내지 않으면 안 되기 때문이다.

Claims

질량％로,
C: 0.01～0.03％,
N: 0.01～0.03％,
Si: 0.10～0.40％,
Mn: 1.5～2.5％,
P: 0.04％ 이하,
S: 0.02％ 이하,
Al: 0.05～0.15％,
Cr: 10～13％,
Ni: 0.5～1.0％,
Ti: 4×(C＋N)(단, C, N은 이들 함유량(질량％)을 나타냄) 이상, 0.3％ 이하를 함유하고,
V: 0.05％ 이하,
Ca: 0.0030％ 이하,
O: 0.0080％ 이하로 규제하고,
또한, 이하의 식으로 나타나는 F값 및 FFV값이, F값≤11, FFV값≤9.0을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 구조용 스테인레스 강판.
F값＝Cr＋2×Si＋4×Ti－2×Ni－Mn－30×(C＋N)
FFV값＝Cr＋3×Si＋16×Ti＋Mo＋2×Al－2×Mn－4×(Ni＋Cu)－40×(C＋N)＋20×V
단, 이들 식에 있어서, 각 원소 기호는, 그들 원소의 함유량(질량％)이다.
제1항에 있어서,
추가로 질량％로, Cu: 1.0％ 이하를 함유하는 구조용 스테인레스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가로 질량％로, Mo: 1.0％ 이하를 함유하는 구조용 스테인레스 강판.
질량％로,
C: 0.01～0.03％,
N: 0.01～0.03％,
Si: 0.10～0.40％,
Mn: 1.5～2.5％,
P: 0.04％ 이하,
S: 0.02％ 이하,
Al: 0.05～0.15％,
Cr: 10～13％,
Ni: 0.5～1.0％,
Ti: 4×(C＋N)(단, C, N은 이들 함유량(질량％)을 나타냄) 이상, 0.3％ 이하를 함유하고,
V: 0.05％ 이하,
Ca: 0.0030％ 이하,
O: 0.0080％ 이하로 규제하고,
또한, 이하의 식으로 나타나는 F값 및 FFV값이, F값≤11, FFV값≤9.0을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 슬래브를 1100～1300℃의 온도로 가열한 후, 1000℃ 초과의 온도역에서, 압하율이 30％ 이상인 압연을 적어도 1패스 이상 행하는 열간 조(粗)압연을 포함하는 열간 압연을 행하거나, 또는, 상기 열간 압연을 행한 후, 열연판을 어닐링하는 일도 없이 또는 600～1000℃의 온도에서 어닐링하고 나서 산세정을 행하는 구조용 스테인레스 강판의 제조 방법.
F값＝Cr＋2×Si＋4×Ti－2×Ni－Mn－30×(C＋N)
FFV값＝Cr＋3×Si＋16×Ti＋Mo＋2×Al－2×Mn－4×(Ni＋Cu)－40×(C＋N)＋20×V
단, 이들 식에 있어서, 각 원소 기호는, 그들 원소의 함유량(질량％)이다.
제4항에 있어서,
추가로 질량％로, Cu: 1.0％ 이하를 함유하는 구조용 스테인레스 강판의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
추가로 질량％로, Mo: 1.0％ 이하를 함유하는 구조용 스테인레스 강판의 제조 방법.