KR20140081478A

KR20140081478A - 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판

Info

Publication number: KR20140081478A
Application number: KR1020120151264A
Authority: KR
Inventors: 채동철; 조규진; 이재화; 김광육
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-01
Also published as: US20150315686A1; CA2895971C; CA2895971A1; US9790565B2; WO2014098301A1; KR101463315B1

Abstract

본 발명은 마르텐사이트를 기지조직으로 페라이트가 형성되는 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판은 제강, 연주 및 열간압연 공정을 실시하여 제조되는 스테인리스 열연강판으로서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Ti, Nb, Mo, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하되, C: 0.01 ~ 0.03wt%, Cr: 11 ~ 14wt%, Ti: 0.1 ~ 0.2wt%, Nb: 0.1 ~ 0.2wt%을 함유하고, 하기 [식 1]로 표현되는 페라이트 안정도 지수(Ferrite Stability; FS)가 5 ~ 50이며, 마르텐사이트를 기지조직으로 페라이트가 형성된 것을 특징으로 한다.
[식 1]4
FS = -215-619C-16.6Mn+23.7Cr-36.8Ni+42.2Mo+96.2Ti+67Nb-237N+17.2Si
[식 1]에 기재된 각 성분은 해당 성분의 함량(wt%)을 의미함.

Description

경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판{Stainless hot-rolled steel sheet with high hardness and low temperature impact toughness}

본 발명은 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마르텐사이트를 기지조직으로 페라이트가 형성되는 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판에 관한 것이다.

최근에 산업용으로 고강도 탄소강을 대신하여, 내마모 용도의 스테인리스 강에 대한 관심이 증가하고 있다. 내마모 스테인리스강에 대한 관심이 증가하고 있는 이유는 고강도 탄소강의 내식성이 열위하여 잦은 교체가 요구되기 대문이다. 특히 오일샌드 산업 등에서는 오일샌드의 정제 및 수송에 적합한 내마모 소재의 요구가 증대하고 있다. 이러한 산업설비용 내마모 스테인리스강이 가져야 할 특성으로는 기본적으로 경도가 높아야 하고, 용접부의 입계부식저항성이 있어야 하며, 설비 안정성 확보를 위하여 최소한의 충격특성이 요구된다.

일반적으로 스테인리스강은 화학성분이나 금속조직에 따라 분류된다. 금속조직에 따를 경우, 스테인리스강은 오스테나이트계(300계), 페라이트계(400계), 마르텐사이트계, 이상계로 분류된다.

이러한 스테인리스강 중 페라이트계(400계) 스테인리스강은 우수한 가공성과 내식성을 갖고, 특히 410계열강은 탄소 0.15wt% 이하, 크롬 11 ~ 13wt%을 주성분으로 하는 강으로서, 탄소가 높은 범위에서는 열처리를 통하여 높은 경도특성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만, 410계열강은 모재 및 용접부의 저온충격특성이 열위한 단점이 있다. 또한 높은 경도를 확보하기 위하여 Ti나 Nb와 같은 안정화원소를 첨가하지 않고 있어 용접부 입계부식에 매우 취약한 단점이 있다.

따라서, 내마모용 설비에 사용하기 위하여 안정화원소를 함유하면서도 경도가 충분히 높고, 충격특성이 우수한 내마모 소재가 필요한 실정이다.

이에 따라 근래에는 용접부 충격특성이 우수한 저크롬(11~13%) 함유 스테인리스강으로서, 3Cr12로 널리 알려져 있는 Ti첨가 11.5%Cr함유 스테인리스강에 제안되어 사용되고 있다. 3Cr12강은 대략적으로 0.025%C-11.5%Cr에 소량의 Ni과 Mn을 첨가한 강으로 용접부 열영향부 조직이 페라이트-마르텐사이트 2상으로 구성되어 용접부의 충격특성을 개선한 것을 특징으로 한다.

특히, 미국 등록특허인 제4,608,099호(특허문헌 1)는 3Cr12강의 모재 충격특성을 더욱 개선하기 위하여, 3Cr12강의 성분에서 Ti를 제거하고, Mo을 0.2 ~ 0.5% 첨가한 것을 특징으로 한다. 특허문헌 1에 기재된 발명강은 670 ~ 730℃의 소둔온도에서 열처리하여 사용하므로, 항복강도가 303 ~ 450MPa, 인장강도가 455 ~ 600MPa 수준이어서 일반적인 페라이트계 스테인리스강 대비 강도가 높다. 하지만, 내마모 용도로 사용되기에는 연질성이 낮은 단점이 있다. 즉 이러한 강들의 경도는 브리넬 경도로 대부분 140 ~ 180HB 정도로 낮아 내마모용으로 부적합하다. 그리고 C, N 안정화 원소 미첨가로 인하여 용접열영향부에 Cr-탄화물 석출에 의한 내식성 저하가 초래되는 문제점이 있었다.

미국 등록특허 제4,608,099호 (1986. 08. 26)

본 발명은 경도가 250HB 이상으로 높으면서, 안정화원소를 함유하여 내식성이 우수한 동시에 저온 충격특성도 우수하여 내마모용 설비에 사용할 수 있는 스테인리스 열연강판을 제공한다.

특히, 페라이트 분율이 높은 합금 성분의 제어와 페라이트의 이방성 제어로 저온 충격특성 확보를 할 수 있는 스테인리스 열연강판을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판은 제강, 연주 및 열간압연 공정을 실시하여 제조되는 스테인리스 열연강판으로서, C: 0.01 ~ 0.03wt%, Cr: 11 ~ 14wt%, Ti: 0.1 ~ 0.2wt%, Nb: 0.1 ~ 0.2wt%, N: 0.01 ~ 0.03wt%, Si: 0.2 ~ 0.5wt%, Mn: 0.2 ~ 2.0wt%, Ni: 1.0 ~ 2.0wt%, Mo: 0.1 ~ 0.5wt%를 함유하고, C와 N의 함량 합이 0.02 ~ 0.05wt%이고, Ti와 Nb의 함량 합이 0.2 ~ 0.3wt%이며, 하기 [식 1]로 표현되는 페라이트 안정도 지수(Ferrite Stability; FS)가 5 ~ 50이고, 마르텐사이트를 기지조직으로 페라이트가 형성된 것을 특징으로 한다.

[식 1]

FS = -215-619C-16.6Mn+23.7Cr-36.8Ni+42.2Mo+96.2Ti+67Nb-237N+17.2Si

[식 1]에 기재된 각 성분은 해당 성분의 함량(wt%)을 의미함.

상기 스테인리스 열연강판은 열간압연 된 상태에서의 경도가 브리넬 경도로 250HB 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 스테인리스 열연강판은 압연방향(RD)과 평행한 길이방향(L)에서 측정된 충격값(0℃) 및 압연방향(RD)의 수평면상에서 직각인 폭방향(T)에서 측정된 충격값(0℃)이 모두 20J 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 스테인리스 열연강판은 길이방향(L)에서 측정된 충격값(0℃)이 폭방향(T)에서 측정된 충격값(0℃) 보다 5J 이상 높은 것을 특징으로 한다.

상기 스테인리스 열연강판은 폭방향(T)와 상기 폭방향(T)의 수직면상에서 직각인 높이방향(S)으로 이루어지는 TS면의 미세조직 밴딩정도(Ω₁₂)가 ASTM E1268-01 기준으로 0.60 ~ 0.80인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마르텐사이트 조직을 기지조직으로 가지면서 페라이트 분율이 높아지도록 페라이트 안정도 지수(Ferrite Stability; FS)를 적정범위로 제어함에 따라 충분한 경도를 유지하면서 저온 충격특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 스테인리스 열연강판의 열간 압연시 압연방향 및 압연방향과 수직한 방향의 면에 대한 미세조직 밴딩정도의 조정을 통하여 페라이트 이방성을 제어함에 따라 충분한 경도를 유지하면서 저온 충격특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라 모재 및 용접부 내식성과 내마모성이 동시에 요구되는 산업설비용 부품소재로서 경제적인 스테인리스 열연강판을 제공하는 동시에, 내식성 문제에 기인하여 부품의 교체가 빈번히 요구되는 고강도 탄소강을 대체하여 비용을 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 경도가 높음에도 저온 내충격성이 우수하여, 동절기에도 내마모 구조 설비에 적용가능한 소재를 제공할 수 있다.

도 1a는 방향별 충격시험편을 보여주는 도면이고,
도 1b는 판재의 방향별 면(plane)을 보여주는 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 저온(0℃) 충격시편의 파단면을 보여주는 사진이고,
도 3은 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 미세조직을 보여주는 사진이며,
도 4는 페라이트 안정도 지수와 페라이트 부피분율과의 상관성을 보여주는 그래프이고,
도 5는 페라이트 부피분율과 저온(0℃) 충격인성과의 상관성을 보여주는 그래프이며,
도 6은 충격시편의 방향별 충격인성을 페라이트 안정도 지수식과 미세조직 밴딩정도의 함수로 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 C: 0.01 ~ 0.03wt%, N: 0.01 ~ 0.03wt%, Si: 0.2 ~ 0.5wt%, Mn: 0.2 ~ 2.0wt%, Cr: 11 ~ 14wt%, Ni: 1.0 ~ 2.0wt%, Ti: 0.1 ~ 0.2wt%, Nb: 0.1 ~ 0.2wt%, Mo: 0.1 ~ 0.5wt%를 함유하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어져서 마르텐사이트를 기지조직으로 하면서 페라이트가 형성되는 스테인리스 열연강판을 대상으로 한다.

특히, C와 N의 함량 합은 0.02 ~ 0.05wt%이고, Ti와 Nb의 함량 합은 0.2 ~ 0.3wt%로 조정된다.

여기서, C와 N의 함량은 높을수록 경도는 높아지나 용접부 충격특성을 확보할 수 없기 때문에 각각의 상한을 0.01 ~ 0.03wt% 이하(이하, 단순히, "%"라고도 함)로 한정하는 것이 바람직하다.

특히, 두 원소의 합인 C+N을 0.05% 이하가 되도록 조정하는 이유는 두 원소의 합이 0.05%를 초과하는 경우, 소재의 저온충격특성이 급격히 저하되고, 용접부에 형성된 마르텐사이트의 인성이 급격히 저하되기 때문이다.

Si는 통상 강 중의 개재물 저감을 위하여 탈산재로 0.2%이상 투입되며, 특히 용접부의 인성 저하를 방지하기 위하여 함량을 0.5% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Mn은 오스테나이트 형성 원소로 그 함량이 0.2% 미만이면 용접부의 인성 향상의 효과가 미약하며, 그 함량이 2.0%를 초과하는 경우 역으로 강재의 인성을 급격하게 감소시킨다. 따라서, Mn의 함량은 0.2 ~ 2.0%를 유지하는 것이 바람직하다.

Cr은 내식성을 확보하는 데 필요한 11.0% 이상으로 한정하였으며, 특히 페라이트 형성원소인 Cr이 14.0%를 초과하여 첨가되는 경우 과도한 양의 페라이트상이 열간압연 된 상태(as-rolled)의 마르텐사이트 기지조직내에 도입되어 경도가 저하된다. 따라서 Cr의 함량은 11.0 ~ 14.0%로 유지하는 것이 바람직하다.

Ni는 오스테나이트 형성 원소로서 모재의 인성 향상에 기여하는데, 특히 용접 시 용접부 인성을 향상시키는 원소이다. 이에 따라 저온 충격인성을 개선하기 위해 Ni함량을 1%이상으로 한정하였으며, 값이 비싼 Ni의 과잉첨가는 비용의 상승을 초래하기 때문에 상한값은 2.0% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Ti과 Nb은 탄질화물 형성 원소로, 특히 용접 구조재로 사용되는 경우 용접부 강도 및 내식성 향상에 효과적인 원소이다. 그러나, Ti과 Nb이 과소나 과잉으로 첨가되는 경우 소재의 인성 및 연성 저하를 초래한다. 특히, Ti의 경우 0.2%이상 과도하게 첨가되면, 주조 시 산화물에 의한 표면 결함을 크게 야기시킨다. 또한 Ti와 Nb는 과도하게 첨가되면, 저온충격인성을 크게 악화시킨다. 따라서 용접부 내식성을 확보하고 모재의 저온충격인성의 급격한 저하를 방지하기 위하여 Ti와 Nb는 각각 0.1 ~ 0.2%로 유지하고, 두 원소의 합인 Ti+Nb의 합이 0.2 ~ 0.3%가 되도록 유지하는 것이 바람직하다.

Mo는 소재의 공식저항성을 향상시켜, 내식성을 증대시키는 원소이다. Mn은 매우 고가의 원소로 함량을 0.01초과 ~ 0.5%로 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 페라이트(1200℃) 분율을 예측하여 저온 층격특성을 확보하기 위하여 합금성분을 조정한다. 특히 본 발명에 따른 스테인리스 열연강판은 합금성분들의 조성범위를 함수로 하는 하기의 [식 1]로 표현되는 페라이트 안정도 지수(Ferrite Stability; FS)가 5 ~ 50이 되도록 합금성분들의 조성범위를 조절하는 것이 바람직하다.

[식 1]

FS = -215-619C-16.6Mn+23.7Cr-36.8Ni+42.2Mo+96.2Ti+67Nb-237N+17.2Si

[식 1]에 기재된 각 성분은 해당 성분의 함량(wt%)을 의미한다.

페라이트 안정도 지수(FS)는 그 값이 커질수록 페라이트 조직의 부피분율이 높아지는 것을 의미한다. 또한, 페라이트 조직의 부피분율이 높아질수록 저온 충격인성(0℃)이 비례하여 향상되는 경향을 보인다. 따라서 본 발명은 페라이트 안정도 지수(FS)를 5 ~ 50로 조정함에 따라 고경도를 유지하면서 저온 충격인성을 원하는 수준으로 확보할 수 있는 것이다. 상기와 같이 페라이트 안정도 지수(FS)를 5 ~ 50로 한정하는 이유는 이후에 실시예를 토대로 설명하도록 한다.

본 발명은 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판을 제조하기 위하여 상기와 같은 조성을 갖는 용강을 조정한 다음 통상의 방법으로 연주한 다음 이를 열간압연 공정 후 공냉하여 제조한다.

[실시예]

이하 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

[표 1]에 나타낸 12개의 성분강을 각각 진공유도 용해로에서 약 140mm두께의 50kg잉곳의 형태로 주조하였다. 그리고, 주조된 잉곳은 1240℃의 가열로에서 3시간 숙열과정을 거친 후 12mm의 두께까지 열간압연 하였다. 이때 열간압연은 모두 900℃ 이상의 온도에서 종료되었으며, 열간압연 후 공냉되었다.

한편, [표 1]에는 각각의 성분강에 대한 페라이트 안정도(FS) 값을 표기하였다.

#	합금원소									FS	비고
#	C	Mn	Cr	Ni	Mo	Ti	Nb	N	Si	FS	비고
1	0.031	1.8	11.5	0.8	0.25	-	-	0.035	0.40	-12	비교예
2	0.027	1.4	11.6	1.2	0.25	0.05	-	0.015	0.38	-6	비교예
3	0.019	1.4	11.4	1.2	-	0.22	-	0.016	0.39	0	비교예
4	0.019	1.4	11.5	1.2	-	-	0.31	0.015	0.38	2	비교예
5	0.025	1.4	11.5	1.8	0.25	0.11	0.05	0.016	0.40	-20	비교예
6	0.027	1.4	11.7	1.2	0.26	0.16	0.11	0.016	0.39	15	실시예
7	0.012	1.4	11.9	1.3	-	0.13	0.13	0.011	0.39	14	실시예
8	0.011	1.9	12.0	1.4	-	0.13	0.15	0.011	0.40	6	실시예
9	0.013	1.2	12.4	1.7	-	0.11	0.17	0.013	0.38	14	실시예
10	0.028	0.3	11.5	1.8	-	0.17	0.10	0.015	0.39	-5	비교예
11	0.025	0.3	12.5	1.7	-	0.15	0.10	0.016	0.41	23	실시예
12	0.028	0.3	13.6	1.7	-	0.16	0.10	0.015	0.39	48	실시예

그리고, 열간압연을 마친 소재에 대하여, 3000kg 하중을 사용하여 브리넬 경도(HB)를 측정하였으며, 또한 두께 10mm의 표준 Charpy 충격시험편을 제작하여, 0℃에서 충격값을 압연방향(RD; Rolling direction)과 평행한 길이방향(L; Longitudinal)과, 압연방향(RD)의 수평면상에서 직각인 폭방향(T; Long Transverse)의 시편에서 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 여기서, 경도와 충격값은 모두 각각 3개의 측정치에 대한 평균값이다.

이때, 도 1a는 방향별 충격시험편을 보여주는 도면이고, 도 1b는 판재의 방향별 면(plane)을 보여주는 도면으로서, 도 1a에서 알 수 있듯이 길이방향(L) 충격시편은 충격시편의 노치면이 압연방향(RD)에 직각인 경우이며, 폭방향(T) 충격시편은 충격시편의 노치면이 압연방향과 평행한 경우를 의미한다. 또한, 도 1b에서 알 수 있듯이 폭방향(T)의 수직면상에서 직각인 방향이 높이방향(S; Short Transverse)이고, 스테인리스 판재에서 길이방향(L)과 폭방향(T)을 변으로 갖는 면을 LT면, 길이방향(L)과 높이방향(S)을 변으로 갖는 면을 LS면, 폭방향(T)과 높이방향(S)을 변으로 갖는 면을 TS면이라 지칭한다.

#	0℃ 충격(J)		경도	비고
#	T	L	HB	비고
1	3	3	382	비교예
2	9	11	312	비교예
3	3	5	293	비교예
4	6	9	298	비교예
5	9	9	294	비교예
6	21	30	293	실시예
7	21	26	257	실시예
8	20	25	260	실시예
9	30	51	278	실시예
10	6	7	312	비교예
11	20	30	286	실시예
12	27	46	279	실시예

[표 1] 및 [표 2]에서 알 수 있듯이, 모든 성분강에서 250HB 이상의 경도를 보이므로 경도는 모두 우수하였다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예(표 1의 #6 ~ #9, #11, #12)에서 구분하여 나타낸 바와 같이, FS값이 5 이상인 경우에 한하여, 방향별 충격치 값이 20J을 상회하는 우수한 저온충격값을 보이고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 결과로, 본 발명에서는 FS값을 5 ~ 50으로 제한하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

[표 2]의 비교예와 실시예의 경우에서 구별되는 두드러진 특징은 비교예의 성분강에서는 L방향 충격값과 T방향 충격값의 차이가 크지 않으나, 실시예의 경우에는 L방향 충격값과 T방향 충격값의 차이가 5J을 초과하여 크게 나타나고 있다는 것을 확인할 수 있다.

이에 따라 [표 1]의 성분계인 #10 ~ #12를 이용하여 페라이트 안정도 지수값에 따른 충격인성의 변화와 방향별 충격인성의 차이를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 저온(0℃) 충격시편의 파단면을 보여주는 사진으로서, 페라이트 안정도 지수(FS)가 낮은 비교예(#10)강의 경우, 충격파단면이 매우 평활하여, 저에너지 파면임을 쉽게 확인할 수 있다. 그러나, 페라이트 안정도 지수(FS)가 높은 실시예(#11, #12)강에서는 파괴과정에서 형성된 깊은 굴곡을 가진 파단면이 관찰된다. 따라서, 페라이트 안정도 지수(FS)가 높아짐에 따라서, 파단면상의 굴곡이 심해지는 것에서 알 수 있듯이 취성파단에서 연성파단으로 변화하여 충격에너지가 높아지는 것이고, 그 결과로 충격인성이 상승함을 나타내고 있다. 이에 따라 [표 2] 및 도 2에서 알 수 있듯이 20J이상의 저온 충격인성을 확보하기 위해서는 페라이트 안정도 지수(FS)가 일정수준이상, 즉 5 이상으로 제어되어야 하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 미세조직을 보여주는 사진이고, 도 4는 페라이트 안정도 지수와 페라이트 분율과의 상관성을 보여주는 그래프이며, 도 5는 페라이트 부피분율과 저온(0℃) 충격인성과의 상관성을 보여주는 그래프이다.

도 3의 미세조직 사진에서 검게 나타난 상은 페라이트 상이고, 페라이트 상을 둘러싼 기지조직은 고경도 마르텐사이트 상이다. 충격인성이 낮았던 [표 1]의 비교예(#10)강에 대비하여, 실시예(#11, #12)강의 페라이트 분율이 상대적으로 높음을 알 수 있다.

도 4에서는 페라이트 안정도 지수(FS)가 증가함에 따라 페라이트 부피분율이 증가되는 것을 확인할 수 있고, [식 1]로 정의된 페라이트 안정도 지수(FS)의 물리적 의미를 설명해 준다.

도 5에서는 페라이트 부피분율이 증가함에 따라 저온(0℃) 충격인성이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 페라이트 부피분율이 증가함에 따라 저온 충격인성이 상승하는 이유는 미세조직상에 연질의 페라이트 상이 증가함에 기인하는 것으로 유추할 수 있다.

상기와 같은 결과에 따라 페라이트 안정도 지수(FS)가 저온충격인성을 조절하는 중요인자임을 확인할 수 있었다. 그래서 이하에서는 비교예와 실시예의 극명한 차이점 중에 하나인, L방향 충격값과 T방향 충격값의 차이에 대한 상관성에 대해서 설명한다.

저온(0℃) 충격인성이 20J 이하였던 비교예의 경우에는 길이방향(L) 충격값과 폭방향(T) 충격값의 차이가 5J 미만이었으나, 실시예의 경우에서는 5J 이상 더 높은 특징을 보인다. 따라서 본 발명은 일반적으로 충격인성이 매우 낮은 고경도 마르텐사이트를 기지조직으로 하는 내마모 구조용강에서 조직의 이방성을 제어하여 더 높은 충격인성을 부가할 수 있음을 확인하였고, 이에 따라 구조물의 안정성을 부가적으로 확보하기 위하여 미세조직 제어하는 방법을 제공한다.

압연방향으로 늘어선 미세조직에 대한 정량화는 ASTM E1268-01(Reapproved 2007)에 “Standard Practice for Assessing the Degree of Banding or Orientation of Microstructures”의 제목으로 기술되어 있다. 본 발명에서는, 압연방향으로 연신된 제2상인 페라이트상의 미세조직 밴딩(Microstructural Banding)을 제어하며, ASTM E1268-01에 규정된 Ω₁₂를 활용하여, 이방성의 정도를 표현하였다.

ASTM E1268-01에 따르면, 완전히 무질서한(completely random distribution) 조직의 경우 규정된 Ω₁₂는 0(zero)의 값을 가지며, 완전히 정렬된(fully oriented) 조직에서는 1의 값을 갖는 것으로 정의되어 있다.

미세조직 밴딩정도(Ω₁₂)는 하기의 [식 2]로 연산된다.

[식 2]

여기서,

N_ㅗ = number of feature interceptions with test lines perpendicular to the deformation direction,

N_ll = number of feature interceptions with test lines perpendicular to the deformation direction,

L_t = true test line length in mm,

로 정의된다.

하기의 표 3에서 [표 1]의 성분강 #10 ,#11, #12의 미세조직 밴딩정도를 상기의 [식 2]로 표현되는 Ω₁₂로 나타내었다.

시료 [표 1]	구분	미세조직의 밴딩정도(Ω₁₂)
시료 [표 1]	구분	LS면	TS면
#10	비교예	0.88	0.86
#11	실시예	0.85	0.74
#12	실시예	0.78	0.65

표 3에서 알 수 있듯이 저온(0℃) 충격인성이 20J 이하이며, 길이방향(L) 충격값과 폭방향(T) 충격값의 차이가 5J 미만인 [표 1]의 비교예(#10)의 경우에는 미세조직의 밴딩정도가 LS면과 TS면에서 거의 유사하게 나타나는 반면에, 실시예(#11, #12)강에서는 TS면에서의 미세조직 밴딩이 LS면 대비 높게 나타남을 알 수 있다. 즉, TS면은 길이방향(L) 충격시편의 노치면과 평행한 면으로서, TS면의 미세조직 밴딩정도를 무질서한 방향으로 제어시, 길이방향(L) 충격값과 폭방향(T) 충격값의 차이가 나도록 충격인성을 제어할 수 있음을 나타낸다.

이에 따라 본 발명에서는 저온 충격인성을 향상시키기 위하여 TS면의 미세조직 밴딩정도를 0.60 ~ 0.80의 범위로 제어함에 따라 TS면과 LS면의 페라이트 이방성 차(△Ω)를 극대화시켜 길이방향(L) 충격값을 상승시키고, 이에 따라 부가적인 충격인성(△J = 길이방향(L) 충격값 - 폭방향(T) 충격값)을 확보하는 것이 바람직하다. 예를 들어 본 발명에서는 폭방향(T)의 저온(0℃) 충격값 대비, 길이방향(L)의 저온(0℃) 충격값이 5J이상 높도록 TS면의 미세조직 밴딩정도를 0.60 ~ 0.80의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 페라이트 이방성을 제어하여 충격저항성을 부가적으로 부여하기 위하여 페라이트의 부피분율을 비롯하여 열간압연 공정의 재가열온도 및 압하율 등과 같은 다양한 인자를 제어하여 페라이트 상변화(핵생성 및 성장)를 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6은 충격시편의 방향별 충격인성을 페라이트 안정도 지수식과 미세조직 밴딩정도의 함수로 나타낸 그래프로서, 페라이트 부피분율이 높을수록, 그리고 미세조직의 밴딩정도(Degree of Banding)가 낮을수록, 우수한 저온(0℃) 충격인성을 가진 소재를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.

이에 따라 본 발명에서는 페라이트 부피분율과 미세조직의 밴딩 정도(Degree of Banding)를 제어하여 마르텐사이트 기지조직과 페라이트 상으로 구성된 고경도 내마모강을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims

제강, 연주 및 열간압연 공정을 실시하여 제조되는 스테인리스 열연강판으로서,
C: 0.01 ~ 0.03wt%, Cr: 11 ~ 14wt%, Ti: 0.1 ~ 0.2wt%, Nb: 0.1 ~ 0.2wt%, N: 0.01 ~ 0.03wt%, Si: 0.2 ~ 0.5wt%, Mn: 0.2 ~ 2.0wt%, Ni: 1.0 ~ 2.0wt%, Mo: 0.1 ~ 0.5wt%를 함유하고,
C와 N의 함량 합이 0.02 ~ 0.05wt%이고, Ti와 Nb의 함량 합이 0.2 ~ 0.3wt%이며,
하기 [식 1]로 표현되는 페라이트 안정도 지수(Ferrite Stability; FS)가 5 ~ 50이고,
마르텐사이트를 기지조직으로 페라이트가 형성된 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판.
[식 1]
FS = -215-619C-16.6Mn+23.7Cr-36.8Ni+42.2Mo+96.2Ti+67Nb-237N+17.2Si
[식 1]에 기재된 각 성분은 해당 성분의 함량(wt%)을 의미함.
청구항 1에 있어서,
상기 스테인리스 열연강판은 열간압연 된 상태에서의 경도가 브리넬 경도로 250HB 이상인 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 스테인리스 열연강판은 압연방향(RD)과 평행한 길이방향(L)에서 측정된 충격값(0℃) 및 압연방향(RD)의 수평면상에서 직각인 폭방향(T)에서 측정된 충격값(0℃)이 모두 20J 이상인 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판.
청구항 3에 있어서,
상기 스테인리스 열연강판은 길이방향(L)에서 측정된 충격값(0℃)이 폭방향(T)에서 측정된 충격값(0℃) 보다 5J 이상 높은 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판.
청구항 4에 있어서,
상기 스테인리스 열연강판은 폭방향(T)와 상기 폭방향(T)의 수직면상에서 직각인 높이방향(S)으로 이루어지는 TS면의 미세조직 밴딩정도(Ω₁₂)가 ASTM E1268-01 기준으로 0.60 ~ 0.80인 높은 경도와 저온 충격특성이 우수한 스테인리스 열연강판.