KR20140080916A - 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법. - Google Patents

도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법. Download PDF

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Abstract

경도, 내식성 및 가공성이 개선된 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법이 소개된다.
본 발명의 중량 %로, C : 0.4 ~ 0.5%, N : 0.05 ~ 0.15%, Cr : 13.0 ~ 15.0%, Si : 0.1 ~ 1.0%, Mn : 0.1 ~ 1.0%, Ni : 1.0%이하(0% 제외), W : 0.1 ~ 2% 또는 Mo : 0.1 ~ 2% 중 어느 하나 이상을 함유하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 4㎛ 미만의 크롬 탄화물 미세 조직 분포가 60개/100㎛2 이상이 분포되며, 연신율 18% 이상이 되도록 열처리하는 것을 특징으로 한다.

Description

도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법.{Martensitic stainless steel and method of the manufacture the same containing 0.4~0.5% carbon}
본 발명은 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열처리시 가열, 냉각, 균열 조건을 최적화하여 코일 내 미세 크롬 탄화물의 크기 및 분포의 균일성을 최적화함으로써 경도, 내식성 및 가공성이 개선된 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 식도, 가위, 닥터 블레이드, 메스 등의 의료 기구에 사용되는 강은 절삭성 및 내마모성 유지를 위해 고경도가 요구된다.
또한 이러한 강은 수분과 접촉되는 분위기에서 빈번하게 사용되기 때문에 부식 저항성이 요구되는바, 마르텐사이트계 스테인리스강이 사용되는 것이 일반적이다.
마르텐사이트계 스테인리스강의 소둔재는 페라이트 기지 조직 내에 균일하게 분포된 미세한 크롬 탄화물을 갖는다. 이러한 미세한 크롬 탄화물의 균일한 분포는 후속 강화 열처리(hardening) 공정에서 고온의 오스테나이트상으로 탄소의 빠른 재고용을 가능케 하여, 기재 내 약 7% 정도이던 크롬의 농도를 12%까지 증가시킨다.
이러한 기지 내 크롬 농도 증가에 의해 면도날 등의 표면에 얇은 크롬 산화물을 치밀하게 형성할 수 있는 것이다.
면도날 등의 표면에 생성된 크롬 산화물은 수분에 의한 면도날 기지 조직의 부식을 억제하여 부식 저항성을 향상시키는 기능을 한다.
따라서, 내부식성이 우수한 면도날 제조를 위해서는 코일 내에 미세한 크롬 탄화물들의 균일 분포가 요구되는 것이다.
또한, 상술한 면도날 등의 소재는 우수한 절삭성 및 내마모성의 확보를 위하여 최종 소재의 고경도가 요구되는데, 이러한 특성은 강화 열처리에 의해 생성되는 마르텐사이트 조직에 의하여 구현될 수 있다.
마르텐사이트 조직은, 초기 소둔 조직(페라이트+미세한 크롬 산화물)을 강화 열처리하여 얻어지는 고온 안정상인 오스테나이트상을 빠르게 냉각함으로써 확보할 수 있는 조직으로 매우 경하며, 기지에 고용된 탄소 함량이 높을수록 고경도의 마르텐사이트 조직을 확보할 수 있다.
상술한 우수한 내부식성 및 고경도가 요구되는 조건을 충족하는 소재로 420계열의 마르텐사이트계 스테인리스강들이 주로 사용되고 있다.
마르텐사이트계 스테인리스강의 열연 코일은 주조 및 열간 가공시 생성되는 마르텐사이트 조직으로 인하여 취성이 매우 강하다. 따라서, 소재의 가공성 확보를 위하여 재질 연화 열처리가 필요한바, 고취성재의 열처리 작업성이 용이한 상소둔로에서 열처리가 진행된다.
종래 420계 마르텐사이트계 스테인리스강의 경우, 0.5% 이상의 고탄소 첨가시 탄화물 편석에 기인한 국부적 재질 불균형 문제가 발생한다.
또한, 불충분한 내부식 저항성 문제를 해결하기 위하여 탄소 함유량을 0.4 ~ 0.5%로 제한함과 동시에 내부식 저항성 강화 원소인 Mo, W을 첨가한 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 경우, 기존 420계열의 마르텐사이트계 스테인리스강의 소둔 패턴을 이용하여 열처리시 크롬 탄화물(M23C6)의 석출 거동이 상이하여 탄화물 크기 및 분포의 균일성에 영향을 미치는 문제점이 존재한다.
따라서 소재의 경도, 내식성 및 가공성에 영향을 미치게 되는바, 고경도, 내부식성 및 가공성이 우수한 소재를 확보하기 위해서는 미세한 크롬 탄화물을 균일하게 분포시킬 수 있는 새로운 형태의 소둔 패턴 정립이 요구된다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
한국공개특허 제10-2011-0071517호(2011.6.29.)
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 Mo 및/또는 W이 첨가된 도물용 중탄소 마르텐사이트 스테인리스강 제조시 열연 코일의 소둔 열처리 패턴을 새롭게 정립하여, 페라이트 기지 조직 내의 미세한 크롬 탄화물들을 균일하게 분포시켜 고경도, 내부식성 및 가공성이 우수한 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법은, 중량 %로, C : 0.4 ~ 0.5%, N : 0.05 ~ 0.15%, Cr : 13.0 ~ 15.0%, Si : 0.1 ~ 1.0%, Mn : 0.1 ~ 1.0%, Ni : 1.0%이하(0% 제외), W : 0.1 ~ 2% 또는 Mo : 0.1 ~ 2% 중 어느 하나 이상을 함유하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 4㎛ 미만의 크롬 탄화물 미세 조직 분포가 60개/100㎛2 이상이 분포되며, 연신율 18% 이상이 되도록 열처리하는 것을 특징으로 한다.
마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 크롬 탄화물을 균일하게 분포시키는 제1균열과정과, 상기 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 생성된 크롬 탄화물의 미세입자가 구상화시키는 제2균열과정을 포함한다.
상기 제1균열과정은, 800 ~ 950℃에서 진행되고, 상기 제2균열과정은 600 ~ 750℃에서 진행되며, 상기 제1균열과정과 제2균열과정 사이에는 상기 마르텐사이트계 스테인리스강을 600 ~ 750℃까지 냉각시키는 냉각과정이 진행되되, 상기 제2균열과정 이후에는 공냉과정이 더 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1균열과정에 이를 수 있도록 40 ~ 200℃/h 의 속도로 승온되는 승온과정을 더 포함하고, 상기 제1균열과정은 15 ~ 25 시간 동안 지속되며, 상기 냉각과정은 10℃/h 이상의 속도로 진행되되, 상기 제2균열과정은 5 ~ 15시간 동안 지속되는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은, 중량 %로, C : 0.4 ~ 0.5%, N : 0.05 ~ 0.15%, Cr : 13.0 ~ 15.0%, Si : 0.1 ~ 1.0%, Mn : 0.1 ~ 1.0%, Ni : 1.0%이하(0% 제외), W : 0.1 ~ 2% 또는 Mo : 0.1 ~ 2% 중 어느 하나 이상을 함유하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 4㎛ 미만의 크롬 탄화물 미세 조직 분포가 60개/100㎛2 이상이 분포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은 연신율이 18% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 크롬 탄화물이 균일하게 분포된 소둔 조직을 확보하고 이를 통하여 경도, 내부식성 및 가공성이 개선된 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법의 열처리 과정을 나타낸 도면,
도 2는 비교예 1의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진,
도 3은 비교예 2의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진,
도 4는 비교예 3 및 비교예 5의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진,
도 5는 비교예 4 및 비교예 5의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진,
도 6은 비교예 7의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진,
도 7은 비교예 8의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진,
도 8은 본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 설명한다.
본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법은, 중량 %로, C : 0.4 ~ 0.5%, N : 0.05 ~ 0.15%, Cr : 13.0 ~ 15.0%, Si : 0.1 ~ 1.0%, Mn : 0.1 ~ 1.0%, Ni : 1.0%이하(0% 제외), W : 0.1 ~ 2% 또는 Mo : 0.1 ~ 2% 중 어느 하나 이상을 함유하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강을, 그 조직 내에 존재하는 크롬 탄화물의 미세 조직 분포가 60개/100㎛2에 이르도록 열처리하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 구성하는 합금 원소의 함량에 대하여 설명한다.
C가 0.4% 미만이면, 강화 열처리 후에 55 HRC 이상의 경도 확보가 불가능하며, 0.5%를 초과하는 경우 조직 내의 국부적인 탄소 편석이 증대되어 강화 열처리 이후에 10㎛를 초과하는 거대한 탄화물이 발생된다.
따라서, C는 0.4 ~ 0.5 범위 내에서 조절한다.
N는 내식성과 경도를 동시에 개선하기 위해 첨가되는 원소로, C 대신 첨가하더라도 국부적인 미세 편석을 유발하지 않아 제품에 조대한 탄화물이 형성되지 않는 장점이 있다. 이러한 효과를 구현하기 위해 그 함량은 0.05% 이상 첨가되어야 하는바, 그 함량이 0.15%를 초과하게 되면 미세 조직 내에 미세한 구멍이 형성되므로, 그 함량은 0.05 ~ 0.15% 범위에서 조절한다.
Cr 함량은 최소 13% 이상이어야 강화 열처리 이후 도물 제품의 내식성을 유지할 수 있으며, 그 함량이 15%를 초과하면 조직내 크롬 성분의 미세 편석이 증가하여, 미세 조직에 잔류하는 크롬 탄화물의 크기가 증대되는바, 그 함량은 13 ~ 15% 범위에서 조절되어야 한다.
W 및 Mo은 내식성을 강화할 목적으로 단독 혹은 복합으로 첨가할 수 있는데, 효과 발현을 위해서는 0.1% 이상 첨가되어야 하며, 2%를 초과하여 과다 첨가되는 경우 탄화물의 재고용을 지연시켜, 조대한 잔류 탄화물 형성을 조장하므로, 첨가 범위는 0.1 ~ 2% 사이에서 조절한다.
Si는 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 원소인 반면, 높은 함량의 Si 첨가는 산세성을 저하시켜 소재의 취성을 높이므로 그 상한은 1.0%로 제한한다.
Mn은 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 원소인바, 0.1% 이상 첨가되어야 하며, 과도하게 첨가될 경우 강의 표면 품질을 저해하고, 최종 열처리재의 잔류 오스테나이트 형성을 통해 경도 상승을 억제하므로 그 상한은 1.0%로 제한한다.
Ni은 내식성을 향상시키는 원소이나, 매우 고가의 원소이므로 그 함량은 1.0%(0% 제외)로 제한한다.
도 1을 참조로, 본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법을 설명한다.
본 발명의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법에 따르면, 고경도, 내부식성 및 가공성 개선을 위해 상술한 조성을 갖는 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강은 그 조직 내에 존재하는 크롬 탄화물을 균일하게 분포시키는 제1균열과정과, 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 생성된 크롬 탄화물의 미세입자가 구상화시키는 제2균열과정을 포함하는 것이 바람직하다.
제1균열과정 이전에는 열연 코일을 40 ~ 200℃/h 의 속도로 승온하는 승온과정이 선행된다.
승온 속도가 40℃/h 이하인 경우에는 크롬 탄화물이 조대해지는 온도 구간, 예를 들어 700 ~ 850℃를 경유하는 시간이 증가하는바, 크롬 탄화물의 크기가 조대해져 미세 조직 내에 분포하는 크롬 탄화물의 밀도가 감소될 수 있다.
반면, 승온 속도가 200℃/h 이상이면, 크롬 탄화물이 조대화되는 온도 구간의 경유 시간이 감소되어 미세한 크롬 탄화물을 확보할 수 있는 장점은 있지만, 탄화물 확산 시간이 감소되어 크롬 탄화물이 분포 불균형이 초래되는 단점이 존재한다.
따라서, 승온과정에서의 승온 속도는 40℃/h를 초과하고, 200℃/h 미만 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
승온과정이 진행된 이후에는 상술한 제1균열과정이 진행된다.
제1균열과정은 열연 코일을 800 ~ 900℃의 항온 분위기에서 15 ~ 25 시간동안 균일하게 가열하는 과정이다. 이 과정에서 크롬 탄화물은 조직 내에서 균일하게 분포된다.
균열 온도가 800℃ 이하이면 균열 처리시에 입계에서 국부적으로 석출되는 크롬 탄화물로 인하여 응집부가 형성될 수 있으며, 900℃ 이상하면 결정 입계 부근에 조대한 크롬 탄화물이 형성되는바, 이러한 크롬 탄화물 응집부 및 조대한 크롬 탄화물은 소재의 국부적인 재질 불균형을 초래하여 연성 확보를 곤란하게 하며, 최종 열처리시 소재 품질 저하를 유발한다.
따라서, 제1균열과정에서의 온도는 800℃ 초과, 900℃ 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.
제1균열과정에서의 균열 시간이 15시간 이하이면, 미세한 크롬 탄화물 형성에는 유리하지만 크롬 탄화물이 균일하게 분포되지 않고, 군집되어 분포될 수 있으며, 25시간 이상이면 과소둔에 의해 이웃한 크롬 탄화물이 합체, 국부적 크롬 탄화물 조대화가 진행되는 것은 물론, 열처리 시간 증가로 공정 효율이 감소하고, 에너지 소비가 증가하는 단점이 있다.
따라서, 크롬 탄화물 분포 균일성을 확보하고, 조대화를 억제하기 위하여 균열 시간은 15시간 초과, 25시간 미만 범위에서 조절하는 것이 바람직하다.
제1균열과정 이후에는 냉각과정이 진행되는 것이 바람직하다.
냉각과정은 제1균열과정을 거친 열연 코일을 600 ~ 750℃로 냉각하는 과정으로서, 10℃/h 초과 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
냉각 속도가 10℃/h 이하이면, 크롬 탄화물 미세 조직의 크기가 조대화되는 온도 범위를 경유하는 시간이 증가되는바, 이로 인해 미세 조직 내에서의 크롬 탄화물 미세 조직이 조대화되어, 강화 열처리시 내식성 및 고경도 확보가 곤란해진다.
냉각과정 이후에는 제2균열과정이 진행된다. 제2균열과정은 600 ~ 750℃에서 열연 코일을 5 ~ 15시간 동안 항온으로 유지, 균일하게 가열하는 과정이다.
이 과정은 크롬 탄화물 개수 증가 및 연성을 개선하기 위한 과정으로, 저온으로 크롬 탄화물을 구상화하는 과정이다.
크롬 탄화물이 구상화하기 위한 최소 온도 조건이 600℃이며, 750℃ 이상이면, 구상화된 크롬 탄화물이 과도하게 성장하여 크롬 탄화물 개수가 감소하고, 연성이 저하되는바, 그 온도는 600℃ 초과, 750℃ 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.
제2균열과정의 항온 유지 시간이 5시간 이하이면 크롬 탄화물의 구상화 진행이 미흡하며, 15시간 이상이면 구상화 탄화물이 과도하게 성장하여 조대한 미세 조직을 형성하는바, 그 시간은 5시간 초과, 15시간 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명자는 표 1의 조성을 갖는 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연 코일을 제조하였다.
조성(중량%)
C Si Mn P S Cr Ni Mo W N Fe 및 불순물
0.42
 0.38 0.55 0.020 0.003 13.8 0.26 1.53 1.02 0.08 나머지
표 1에 기재된 조성을 갖는 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연 코일(두께 2mm)에 열처리 조건을 달리하여 각각의 경도, 연신율, 탄화물 밀도, 탄화물 최대 지름, 분포 양상을 조사한 결과를 표 2에 나타내었다.



구분

승온
속도
(℃/h)
제1균열
조건

냉각
속도
(℃/h)
제2균열
조건

경도
(Hv)


연신율
(%)
탄화물
밀도
(ea/100㎛2)
탄화물
최대
지름
(㎛)

분포
양상
온
(℃)		 시간(h) 온도
(℃)		 시간
(h)
비교예1 40 850 20 10 650 7 201 21.6 46 6 균일
비교예2 200 850 20 10 650 7 226 17.6 96 2 불균일
비교예3 100 800 20 10 650 7 242 18.2 71 5 불균일
비교예4 100 900 20 10 650 7 192 19.6 57 8 균일
비교예5 100 850 15 10 650 7 207 20.2 92 4 불균일
비교예6 100 850 25 10 650 7 198 20.8 65 6 균일
비교예7 100 850 20 10 600 7 210 17.4 92 4 불균일
비교예8 100 850 20 10 750 7 198 19.7 42 6 균일
실시예1 100 850 20 10 650 7 214 20.4 86 2 균일
도 2는 비교예 1의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이고, 도 3은 비교예 2의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이다.
비교예 1 및 비교예 2는, 제1균열과정에서의 균열 온도 및 균열 시간이 동일하나, 승온과정에서의 승온 속도가 각각 40℃/h 및 200℃/h으로 상이하다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제시된 제1균열과정까지의 승온 속도가 40℃/h 인 경우, 미세 조직 관찰을 통한 크롬 탄화물 밀도 분석결과 약 46개/100㎛2임을 확인할 수 있었다.
이러한 조대 크롬 탄화물에 의한 탄화물 밀도의 감소는 소재의 강화 열처리 이후 경도의 저하 및 소재의 내부식성 저하를 초래할 수 있다.
따라서 열처리 경도 및 내부식 저항성에 크게 영향을 미치는 미세 크롬 탄화물 밀도를 확보하기 위해서는 승온 속도를 40℃/h 초과로 조절하여야 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서 제시된 제1균열과정까지의 승온 속도가 200℃/h를 이상인 경우, 결정 입계를 통해 형성되는 크롬 탄화물 조대 온도 구간을 경유하는 시간이 감소하여, 국부적인 영역에서 결정립 크기가 작은 크롬 탄화물이 형성되고, 이 영역에서 탄화물 밀도가 증가한다.
반면, 결정립 크기가 상대적으로 큰 영역에서는 생성된 크롬 탄화물이 느리게 확산하여 크롬 탄화물 분포 불균일성을 초래하는바, 이로 인하여 18% 미만의 연신율을 나타나는 것을 알 수 있다.
따라서 크롬탄화물의 분포 균일성 확보에 의한 균일한 열처리 경도 및 내부식성 확보 및 가공성 향상을 위해서는 승온속도를 200℃/시간 미만으로 제한되어야 함을 알 수 있다.
비교예 3 및 비교예 4는 승온 속도를 100℃/h으로 고정하고, 제1균열온도를 각각 800℃ 및 900℃로 하여 제1균열과정을 행한 것이다.
도 4는 비교예 3의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이고, 도 5은 비교예 4의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이다.
도 4를 참조하면, 제1균열과정에서의 온도가 800℃ 미만이면 미세한 크롬 탄화물들이 입계에서 응집부를 형성하는 것이 관찰되며, 이러한 불균일한 탄화물 분포에 기인하여 18% 미만의 연신율을 나타남을 알 수 있었다.
도 5를 참조하면, 제1균열과정에서의 온도가 900℃를 이상이면, 관찰되는 조대한 크롬 탄화물의 형성으로 인하여 약 60개/100㎛2 미만의 탄화물 밀도가 나타나는 것을 확인할 수 있었는바, 이러한 조대한 크롬 탄화물 분포는 강화 열처리 이후 경도의 저하 및 소재의 내부식성 저하를 초래할 수 있다.
비교예 5 및 비교예 6은 승온속도를 100℃/h으로 고정하고, 850℃의 온도에서 제1균열과정을 진행하되, 균열 시간을 각각 15시간과 25시간으로 변화시켜 제1 균열과정을 진행한 결과를 나타낸 것이다.
도 4은 비교예 5의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진으로, 비교예 3과 동일하게 관측되었으며, 도 5는 비교예 6의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진으로 비교예 4와 동일하게 관측되었다.
도 4를 참조하면, 비교예 5의 경우 15시간의 비교적 짧은 균열시간 동안 열처리시 크롬 탄화물 미세화에는 유리하나 크롬 탄화물의 군집 분포가 발생하는 비교예 3과 유사한 미세조직이 나타나는 것으로 확인되었다.
도 5를 참조하면, 비교예 6의 경우 균열시간이 25시간으로 상대적으로 길어짐에 따라 고온에서의 장시간 열처리에 기인한 크롬 탄화물의 합체 현상이 발생하여 국부적 크롬 탄화물 조대화가 진행되는 것으로 확인되었으며, 이는 비교예 4와 유사한 미세 조직에 해당한다.
따라서 크롬 탄화물 군집 분포 발생 억제 및 크롬 탄화물 조대화 억제를 위해서는 제1균열과정에서의 균열 시간은 15시간 초과, 25시간 미만 범위에서 조절되어야 한다.
비교예 7 및 비교예 8은 100℃/h의 승온 속도로 850℃까지 가열한 후 20시간동안 동일하게 제1균열과정을 진행하고, 제2균열과정에서의 균열온도를 600℃ 및 750℃로 각각 7시간 균열 처리한 것이다.
도 6은 비교예 7의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이고, 도 7은 비교예 8의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이다.
크롬 탄화물 개수의 증가와 연성의 개선을 위해서는 저온의 제2균열과정이 유리하나 도 6에 도시된 바와 같이, 균열온도가 600℃ 이하인 경우, 구상화된 탄화물 뿐만 아니라 선형으로 배열된 구상화가 이루어지지 않은 탄화물들이 존재하게 되며, 이러한 구상화 미흡재의 경우 18% 미만의 연신율을 일으키는 원인으로 작용하게 된다.
반면, 도 7을 참조하면, 비교예 8의 경우, 구상화 탄화물이 과도하게 성장하고, 응집 현상에 의해 크롬 탄화물 개수 감소를 초래하게 된다.
따라서, 충분한 구상화를 통한 연성 확보 및 미세한 크롬 탄화물의 형성을 위해서는 제2균열과정에서의 온도는 600℃ 초과, 750℃ 미만 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 실시예 1은 상술된 열처리 조건을 모두 만족시키는 것으로, 제1균열과정 조건인 850℃까지 100℃/h의 승온 속도로 가열 후 20 시간동안 제1균열과정을 진행하고, 그 이후 제2균열과정 조건인 650℃까지 10℃/h의 냉각 속도로 냉각한 이후 7 시간동안 균열처리를 실시한 것이다.
도 8은 실시예 1의 도물용 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM 사진이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 미세한 크롬 탄화물들이 조직내에 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었으며, 20% 이상의 연신율을 나타내는 것이 확인되었다.
따라서 본 발명에 의한 제한된 열처리 조건을 이용하는 경우, 최적의 소재 고경도, 내부식성 그리고 가공성 등의 소재 품질을 확보 할 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (6)

  1. 중량 %로, C : 0.4 ~ 0.5%, N : 0.05 ~ 0.15%, Cr : 13.0 ~ 15.0%, Si : 0.1 ~ 1.0%, Mn : 0.1 ~ 1.0%, Ni : 1.0%이하(0% 제외), W : 0.1 ~ 2% 또는 Mo : 0.1 ~ 2% 중 어느 하나 이상을 함유하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 4㎛ 미만의 크롬 탄화물 미세 조직 분포가 60개/100㎛2 이상이 분포되며, 연신율 18% 이상이 되도록 열처리하는 것을 특징으로 하는, 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 크롬 탄화물을 균일하게 분포시키는 제1균열과정과, 상기 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 생성된 크롬 탄화물의 미세입자가 구상화시키는 제2균열과정을 포함하는, 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1균열과정은, 800℃ ~ 950℃에서 진행되고,
    상기 제2균열과정은 600 ~ 750℃에서 진행되며,
    상기 제1균열과정과 제2균열과정 사이에는 상기 마르텐사이트계 스테인리스강을 600 ~ 750℃까지 냉각시키는 냉각과정이 진행되되,
    상기 제2균열과정 이후에는 공냉과정이 더 진행되는 것을 특징으로 하는, 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1균열과정에 이를 수 있도록 40 ~ 200℃/h 의 속도로 승온되는 승온과정을 더 포함하고,
    상기 제1균열과정은 15 ~ 25 시간 동안 지속되며,
    상기 냉각과정은 10℃/h 이상의 속도로 진행되되,
    상기 제2균열과정은 5 ~ 15시간 동안 지속되는 것을 특징으로 하는, 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강 제조방법.
  5. 중량 %로, C : 0.4 ~ 0.5%, N : 0.05 ~ 0.15%, Cr : 13.0 ~ 15.0%, Si : 0.1 ~ 1.0%, Mn : 0.1 ~ 1.0%, Ni : 1.0%이하(0% 제외), W : 0.1 ~ 2% 또는 Mo : 0.1 ~ 2% 중 어느 하나 이상을 함유하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 조직 내에 존재하는 4㎛ 미만의 크롬 탄화물 미세 조직 분포가 60개/100㎛2 이상이 분포하는 것을 특징으로 하는, 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강.
  6. 청구항 5에 있어서,
    연신율이 18% 이상인 것을 특징으로 하는, 중탄소 마르텐사이트계 스테인리스강.
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