KR20130132993A - 오스테나이트계 스테인리스강 - Google Patents

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KR20130132993A
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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

표면 광택성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다.　질량%로, 0.2~2.0%의 Si, 0.3~5.0%의 Mn, 0.007% 이하의 S, 7.0~15.0%의 Ni, 15.0~20.0%의 Cr, 0.005% 이하의 Al, 0.002% 이하의 Ca, 0.001% 이하의 Mg, 0.002~0.01%의 O를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이다. Mn과 Si와 Al과는(Mn＋Si)/Al의 값이 200 이상이 된다. 산화물계 비금속 개재물은, 주된 구성 성분이 MnO-SiO2-Al2O3-CaO이고, Al2O3가 30질량% 이하이며, Cr2O3가 5질량% 이하이고, MgO가 10질량% 이하이다. 황화물계 비금속 개재물에 있어서의 황화물 1개의 최대 면적이 100u㎡ 이하이다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강{AUSTENITIC STAINLESS STEEL}
본 발명은, 표면 결함을 저감하여 표면 광택성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
스테인리스강은, 내식성, 내구성이 우수하고, 양호한 기계적 성질을 가지는 재료이다. 또, 외관이나 의장성이 중시되는 부재로서 주택 기재(機材), 전기, 전자기기 부품 등의 다양한 넓은 분야에서 적용되고 있지만, 그 중에서도 오스테나이트계 스테인리스강은 표면 광택성이 중시되는 용도에 사용되는 것이 많다.
이와 같은 용도에서는, 냉연강판에 대하여 광휘소둔(Bright annealing)을 실시한 후, 버프 연마 마무리하여 경면판(鏡面板)으로서 사용되지만, 버프 연마 마무리시에, 재료에 따라서는 강판 표면에 미세하게 스크래치나 자국과 같은 표면 결함이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 표면 결함이 발생하면, 제품 가치를 떨어뜨리게 된다.
경면판의 제조방법으로서 특허 문헌 1에서는, 용해 원료 중의 전체 Al 함유량을 조용강(粗溶鋼) 1톤당 0.020㎏ 이하로 하고, 환원 정련 종료 후의 용강 중의 Si를 0.40% 이상으로 하여, Al2O3계 개재물의 생성을 억제하고 있다.
또, 특허 문헌 2에서는, 주조 공정에 이르기까지 Al 함유물질을 무첨가로 하여, 용강 중 Al을 0.0050% 이하로 제어하고, 또한, 환원 정련 종료시의 슬래그나 조성을, 1.0≤(%CaO)/(%SiO2)≤1.5, (%Al2O3)≤10%, (%MgO)≤10%로 하고 있다.
일본 공개특허공보 평 4-99215호 일본 공개특허공보 평 8-104915호
그렇지만, 특허 문헌 1의 방법은, 스크래치만을 방지하는 것이며, 또, 특허 문헌 2의 방법은, 산화물계 대형 개재물을 압연 방향을 따라서 10㎛ 정도의 크기로 제어할 수 있지만, 스크래치는 육안으로 명확하게 판별할 수 있는 비교적 큰 것을 방지할 수 있는 정도였다. 이와 같은 지금(地金) 결함은, 수요가가 요구하는 엄격한 광택 품질 요구에 대해서는 불충분했다. 또한, 자국 형상 결함에 관한 방지책도 검토되어 있지 않았다.
본 발명은, 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것이며, 스크래치, 자국 형상 결함을 방지하기 위해서 비금속 개재물인 산화물의 조성 및 황화물의 크기를 제어함으로써, 표면 광택성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 오스테나이트계 스테인리스강은, Si：0.2~2.0질량%, Mn：0.3~5.0질량%, S：0.007질량% 이하, Ni：7.0~15.0질량%, Cr：15.0~20.0질량%, Al：0.005질량% 이하, Ca：0.002질량% 이하, Mg：0.001질량% 이하, O：0.002~0.01질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, Mn과 Si와 Al은, 질량비로 (Mn＋Si)/Al의 값이 200 이상이고, 산화물계 비금속 개재물은, 주된 구성 성분이 MnO-SiO2-Al2O3-CaO이며, Al2O3가 30질량% 이하이고, Cr2O3가 5질량% 이하이며, MgO가 10질량% 이하이고, 황화물계 비금속 개재물은, 황화물 1개의 최대 면적이 100u㎡ 이하인 것이다.
본 발명에 의하면, 스테인리스강의 조성을 제한하고, Mn과 Si와 Al과의 질량비의 관계를 제한하여, 산화물계 비금속 개재물의 조성 및 황화물계 비금속 개재물의 크기를 제어할 수 있기 때문에, 스크래치 및 자국 형상 결함의 발생을 방지할 수 있어, 표면 광택성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시의 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 여러 가지의 판 압연된 스테인리스 강판에 대하여 광휘소둔을 행한 후, 버프 연마를 하여 얻어진 제품에 대하여, 스크래치나 자국 형상 결함의 원인을 조사했다. 그 결과, 스크래치가 발생된 스테인리스 강판에서는, 산화물계 비금속 개재물중의 성분으로서 Al2O3를 30질량%보다 높은 농도로 함유하고, Cr2O3를 5질량%보다 높은 농도로 함유하며, MgO를 10질량%보다 높은 농도로 함유하는 산화물이었다. 그래서, 산화물계 비금속 개재물의 주된 구성 성분을 MnO-SiO2-Al2O3-CaO로 한 후에, Al2O3를 30질량% 이하로 하고, Cr2O3를 5질량% 이하로 하며, MgO를 10질량% 이하로 함으로써 스크래치를 방지할 수 있는 것을 알았다.
자국 형상 결함을 일으키는 원인은 황화물계 비금속 개재물인 CaS이고, 1개의 CaS의 면적이 100u㎡ 보다 큰 경우, 육안 검사로 인정되는 자국 형상 결함이 되는 것을 알았다. 자국 형상 결함이 발생하는 원인은, CaS가 수용성 황화물이기 때문에, 사용 환경하에 있어서, CaS가 수분과 반응함으로써 강판 표면으로부터 CaS가 용출된다고 생각할 수 있다. 한편, 이 자국 형상 결함은, 육안으로 확인할 수 있는지로 판단되고 있으며, 100u㎡가 기준으로 되어 있다. 100u㎡ 이하의 크기이면, 공업제품으로서 품질상 허용된다. 또, 본 발명에서 기재한 용도에서는, 내식성의 관점에서는 마일드한 환경이고, 자국 형상 결함이 진행하여 녹 발생 상태로 악화되는 상황은 관찰되지 않았다.
이하, 본 발명의 스테인리스강에 포함되는 성분, 함유량에 대하여 설명한다.
［Si：0.2~2.0질량%］
Si는, 용강의 탈산에 사용되는 성분이고, SiO2로서 산화물계 비금속 개재물을 구성한다. Si의 함유량이 0.2질량% 미만에서는, 탈산 부족이 되고, 스테인리스강중의 O가 0.01질량%를 초과, 산화물계 비금속 개재물 중의 Cr2O3 농도가 5질량%보다 높은 농도가 되기 때문에, 스크래치의 원인인 산화물이 생성되어 버린다. 또한, 강 중의 O의 함유량이 0.01질량%를 초과하면, 강 중의 S농도가 높아지는 경우가 많아지며, 조대한 황화물계 비금속 개재물이 생성되어 버려 자국 형상 결함의 원인이 된다. 한편, Si의 함유량이 2.0질량%를 초과하면, 강판이 경화되어, 냉간 가공에서 박판을 제조할 때에 소정 판두께로 압연하는데 많은 패스 회수가 필요하게 되며, 또, 판두께에 따라서는 소둔 공정을 필요로 하기 때문에, 생산성의 저하나 제조비용의 증가를 초래하게 된다. 따라서, Si의 함유량은, 0.2질량% 이상 2.0질량% 이하로 했다.
［Mn：0.3~5.0질량%］
Mn은, Si와 마찬가지로 용강의 탈산에 사용되는 성분으로, MnO으로서 산화물계 비금속 개재물을 구성한다. Mn의 함유량이 0.3질량%보다 낮으면, 스크래치를 방지하기 위한 산화물 구성 성분인 MnO가 생성되기 어려워진다. 한편, Mn의 함유량이 5.0질량%를 초과하면, S농도가 높은 경우에 조대한 MnS계 황화물이 생성되기 쉽다. 이 경우는, 굽힘 균열로 되는 원인이 되기 쉽다. 따라서, Mn의 함유량은, 0.3질량% 이상 5.0질량% 이하로 했다.
［S：0.007질량% 이하］
S는, Ca와 반응하여 황화물계 비금속 개재물을 형성한다. S의 함유량이 0.007질량%를 초과하면, 황화물 1개당의 면적이 100u㎡ 이상의 큰 황화물이 생성되고, 자국 형상 결함의 원인으로 되는 경우가 있다. 따라서, S의 함유량은, 0.007질량% 이하로 했다.
［Ni：7.0~15.0질량%］
Ni는, 오스테나이트계 스테인리스강의 주요 성분이며, 내식성 및 가공성을 확보하기 위해서, 7.0질량% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그렇지만, 비교적 고가의 원소이기 때문에, 제조비용 등을 고려하여, Ni의 함유량은, 7.0질량% 이상 15.0질량% 이하로 했다.
［Cr：15.0~20.0질량%］
Cr은, 스테인리스강의 주요 성분이며, 내식성을 확보하기 위해서 15.0질량% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, Cr의 함유량이 20.0질량%를 초과하면, 재료의 경화를 초래하여 가공성이 열화해 버린다. 따라서, Cr의 함유량은, 15.0질량% 이상 20.0질량% 이하로 했다.
［Al：0.005질량% 이하］
Al은, 산소 친화력이 Si나 Mn에 비해 강하고, 함유량이 0.005질량%를 초과하면, 스크래치의 기점이 되는 Al2O3가 30질량%를 넘는 산화물계 비금속 개재물이 생성되어 버린다. 따라서, Al의 함유량은, 0.005질량% 이하로 했다.
［Ca：0.002질량% 이하］
Ca는, 산화물계 비금속 개재물 및 황화물계 비금속 개재물의 조성에 크게 영향을 주는 원소이다. 또, Ca는, 자국 형상 결함의 원인이 되는 CaS를 형성한다. Ca의 함유량이 0.002질량%를 초과하면, 크기가 100u㎡ 이상의 큰 황화물이 생성되어, 자국 형상 결함의 원인이 되는 경우가 있다. 따라서, Ca의 함유량은, 0.002질량% 이하로 했다.
［Mg：0.001질량% 이하］
Mg는, Al보다 한층 더 산소 친화력이 강하고, 함유량이 0.001질량%를 초과하면, 산화물계 비금속 개재물 중에 함유되는 MgO가 10질량%를 초과해 버려, 스크래치의 원인이 된다. 따라서, Mg의 함유량은, 0.001질량% 이하로 했다.
［O：0.002~0.01질량%］
O는, 산화물계 비금속 개재물의 구성 원소이지만, O의 함유량이 0.002질량%보다 낮으면, 레이들이나 연속 주조시에 사용하는 내장 내화물의 주요 산화물인 MgO가 환원되기 쉬워지고, Mg의 함유량이, 상한으로 한 0.001질량%를 초과하는 경우가 있다. 한편, O의 함유량이 0.01질량%를 초과하면, 스크래치의 원인이 되는 Cr2O3계 개재물이 생성된다. 따라서, O의 함유량은, 0.002질량% 이상 0.01질량% 이하로 했다.
［스테인리스강중의 Mn과 Si와 Al과의 질량비］
스크래치의 원인이 되는 산화물계 비금속 개재물의 조성은, 스테인리스강중의 Mn과 Si와 Al과의 질량비의 관계를 제한함으로써 제어할 수 있다. 즉, Mn과 Si와 Al과의 질량비에 대하여, (Mn＋Si)/Al의 값이 200보다 작으면, 산화물 중의 Al2O3의 농도가 높아지고, 스크래치의 원인이 되는 산화물계 비금속 개재물이 생성되어 버린다. 따라서, 스테인리스강중의 Mn과 Si와 Al과의 질량비의 관계에 대하여, (Mn＋Si)/Al의 값을 200 이상으로 했다.
［스테인리스강중의 산화물계 비금속 개재물의 구성 성분］
스크래치는, 스테인리스강중의 산화물계 비금속 개재물의 주된 구성 성분이 MnO-SiO2-Al2O3-CaO이고, 또, 이 산화물계 금속 개재물에 있어서, Al2O3를 30질량% 이하로 하고, Cr2O3를 5질량% 이하로 하며, MgO를 10질량% 이하로 함으로써 방지할 수 있다. 산화물 중의 Al2O3 농도, Cr2O3 농도 및 MgO 농도가 상기 상한을 초과하면, 경질인 개재물이 형성되어, 소재보다 개재물이 단단하기 때문에, 버프 연마 시에 스크래치가 발생하게 되어버린다. 산화물중의 Al2O3 농도, Cr2O3 농도 및 MgO 농도를 상기 상한으로 제한하면, 산화물계 비금속 개재물이 저융점화 되기 때문에 강괴를 열간 가공할 때에, 열간 가공시의 온도에서는 개재물이 점성 변형하여, 냉간 가공시에 극히 미세한 개재물로 분산되기 때문에, 버프 연마시에 스크래치가 안보이게 된다.
［스테인리스강중의 황화물계 비금속 개재물에 있어서의 황화물 1개의 크기］
상기 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서 관찰되는 황화물계 비금속 개재물은 CaS이다. 상술한 바와 같이 이들 황화물은 수용성이기 때문에, 면적이 100u㎡를 초과하는 큰 황화물이라고 육안으로 간단하게 판별할 수 있을 정도의 자국 형상 결함이 된다. 그래서, 황화물계 비금속 개재물 1개당 면적을 100u㎡ 이하로 제어하면 자국 형상 결함은 육안으로는 판별할 수 없기 때문에, 실질적으로 제품으로서 사용할 수 있다. 한편, 이와 같이 황화물계 비금속 개재물의 크기를 제어하려면, 스테인리스강의 조성에 대하여, S≤0.007질량%, Ca≤0.002질량%, O≤0.01질량%로 하면 좋다.
[실시예]
표 1에 나타낸 14개 차지(Charge)의 각 조성의 오스테나이트계 스테인리스강 80톤을 전기로, 전로, 진공탈가스(VOD) 정련, CC공정의 순서로 각 공정을 거쳐, 슬라브로서 용융 제조했다. 한편, VOD에 있어서의 환원 정련에서는, 차지에 따라 사용하는 슬래그의 염 온도 CaO/SiO2를 1.0~2.5까지 변화시킴과 함께, 탈염제로서 사용하는 Mn, Si 및 Al농도를 변화시켰다.
[표 1]
Figure pct00001

그 후, 각 슬라브에 대하여 열연→냉연→산세→냉연→광휘소둔을 행하고, 판두께 1.0㎜의 냉연코일로 하고, 코일로부터 강판을 채취했다. 이와 같이 하여 얻어진 각 강판을 버프 연마하고, 경면 마무리로 한 후, 스크래치 발생 상황을 조사했다. 자국 형상 결함의 발생 상황에 대해서는, 시험편에 대하여 카스 시험(CASS Test)을 실시했다. 카스 시험에서는, 5% NaCl를 초산으로 조정하여 pH를 3으로 하고, 액체의 온도를 50℃로 하여 시험편에 대하여 16h 분무했다. 그리고, 분무 종료 후, 자국 형상 결함의 발생 상황을 조사했다.
표 2에는, 각 시험편의 성분과, 산화물계 비금속 개재물 조성과, 황화물계 비금속 개재물의 종류 및 면적과, 스크래치 및 자국 형상 결함의 발생 상황을 나타낸다. 한편, 황화물계 비금속 개재물의 면적은 전자현미경으로 황화물을 촬영하고, 플래니미터(Planimeter)로 황화물의 외주를 트레이스(Trace)하여 구했다.
[표 2]
Figure pct00002
본 발명 예로서의 본 실시예인 샘플 No.A001~A007에서 관찰되는 산화물계 비금속 개재물은, MnO-SiO2-Al2O3-CaO-MgO계이며, 산화물중의 Al2O3 농도가 30질량% 이하, Cr2O3 농도가 5질량% 이하, MgO 농도가 10질량% 이하이고, 강판 표면에는 스크래치는 관찰되지 않았다. 또, 황화물계 비금속 개재물로서 관찰된 CaS의 최대 크기는 100u㎡이하이며, 자국 형상 결함은 관찰되지 않았다.
한편, 비교 예인 샘플 No.B001은, Si농도가 낮기 때문에 탈산 부족이 되어, 강중의 O농도가 0.0107질량%이어서 규정한 범위 밖이고, 또한 탈황 부족도 초래하여 S농도가 0.0075질량%가 되었다. 그 때문에, 산화물계 비금속 개재물은 경질인 MnO-Cr2O3가 생성되고, 이 개재물이 스크래치의 원인이 되었다.
샘플 No.B002는, Al농도가 0.008질량%로 높고, (Mn＋Si)/Al의 값이 200보다 작은 값으로 되며, Mg농도는 0.0015질량%로 높았다. 산화물계 비금속 개재물은, 경질인 Al2O3-MgO계 개재물이 관찰되어, 강판 표면에 스크래치가 관찰되었다. 또한, Ca농도가 0.0025질량%이며, 규정한 범위를 초과했기 때문에, 100u㎡를 초과하는 면적의 CaS가 생성되고, 자국 형상 결함도 관찰되었다.
샘플 No.B003은, Al농도가 0.006질량%이었기 때문에, Al2O3-MgO계 개재물이 관찰되었다. 강판 표면에는 스크래치가 관찰되었다.
샘플 No.B004는, 강중의 Al농도는 규정한 조건을 만족하고 있기는 하지만, 강중의 O농도가 낮고, 용강 중의 산소 포텐셜이 낮기 때문에, 내화물에 약 40질량% 포함되는 MgO의 환원 반응(MgO=Mg＋O)이 촉진되어, 용강 중에 Mg가 픽업되어, Mg농도가 규정한 범위 외를 초과하여 0.0012질량%가 되었다. 그 때문에, Al2O3-MgO계 개재물이 생성되어, 스크래치 및 자국 형상 결함이 관찰되었다.
샘플 No.B005는, Mn가 0.2질량%로 낮고, (Mn＋Si)/Al의 값이 200보다 낮아져, Al2O3-MgO계 개재물이 생성되어, 스크래치가 관찰되었다.
샘플 No.B006은, Mn농도가 5.1질량%로 규정한 범위를 초과한 후에, S농도도 0.0092질량%로 높았다. 그 때문에, MnS계 황화물이 생성되어, 굽힘 가공 균열이 발생했다.
샘플 No.B007은, O농도가 0.0112질량%로 탈산 부족이 되었기 때문에, 산화물계 비금속 개재물 중의 Cr2O3 농도가 5.0질량%를 초과해 버려, 경질인 개재물이 생성되었다. 그 때문에, 스크래치가 발생해 버렸다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 예를 들면 주택 기재, 전기 및 전자기기 부품 등의 표면 광택성이 중시되는 오스테나이트계 스테인리스강으로서 이용된다.

Claims (1)

  1. Si：0.2~2.0질량%, Mn：0.3~5.0질량%, S：0.007질량% 이하, Ni：7.0~15.0질량%, Cr：15.0~20.0질량%, Al：0.005질량% 이하, Ca：0.002질량% 이하, Mg：0.001질량% 이하, O：0.002~0.01질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, Mn과 Si와 Al은, 질량비로 (Mn＋Si)/Al의 값이 200 이상이고,
    산화물계 비금속 개재물은, 주된 구성 성분이 MnO-SiO2-Al2O3-CaO이고, Al2O3가 30질량% 이하이며, Cr2O3가 5질량% 이하이고, MgO가 10질량% 이하이며,
    황화물계 비금속 개재물은, 황화물 1개의 최대 면적이 100u㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
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