KR20140102326A

KR20140102326A - 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR20140102326A
Application number: KR1020147021833A
Authority: KR
Inventors: 마사하루 하타노; 아키히코 다카하시; 에이이치로 이시마루; 겐 기무라
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2014-08-21
Also published as: EP2410068A4; KR20110123772A; ES2720184T3; CN102356173B; EP2410068B1; US20120009433A1; CN102356173A; WO2010107132A1; JP2010222593A; EP2410068A1; KR101538750B1; JP5335503B2

Abstract

본 발명은 강의 성분과 Ni 밸런스 및 오스테나이트 상율을 규정함으로써, SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 0.2% 내력과 에릭슨 값을 구비하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강을 제공하는 것으로, 질량%로, C: 0.05% 이하, Si: 0.5 내지 3%, Mn: 1 내지 5%, Cr: 16 내지 21%, Ni: 1 내지 6%, Cu: 0.5 내지 3%, N: 0.07% 이하를 함유하고, 아래와 같이 <1>식으로 주어지는 Ni-bal 값이 -7.5 이상, -3.5 이하로 하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 오스테나이트 상율이 50% 이상, 95% 이하이고, 잔부가 페라이트상으로 이루어진 2상 스테인리스 강판이다.
Ni-bal.=30(C+N)+Ni+0.5Mn+0.3Cu-1.1(Cr+1.5Si)+8.2···<1>식

Description

프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판{DUPLEX STAINLESS STEEL PLATE HAVING EXCELLENT PRESS MOLDABILITY}

본 발명은 장출 가공성으로 대표되는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판에 관한 것이다.

SUS304로 대표되는 오스테나이트계 스테인리스강은 내식성과 가공성의 밸런스가 우수하여, 주방기기, 가전제품, 전자기기 등 광범위한 가공 용도에 사용되고 있다. 일반적으로, 오스테나이트계 스테인리스강은 페라이트계 스테인리스강이나 2상 스테인리스강과 비교하여 파단 연신이 현저하게 높고, 장출 가공성이 우수하여 강판의 프레스 성형에 있어서 선호되는 경우가 많다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은 희소하고 고가인 Ni를 다량으로 함유하기 때문에, 장래에 걸친 보급성과 경제성에는 문제가 있다.

오래전부터, 오스테나이트계 스테인리스강의 대체로서 Ni 양을 절약한 2상 스테인리스강이 알려져 있다. 특허 문헌 1 내지 3에는 Ni: 1 내지 7%, Si: 1 초과 내지 5%, N: 0.04 내지 2%, Cr: 17 내지 22%이고, Mn이나 Cu 등을 첨가하여 Ni 밸런스 값을 조정하여 영율을 높인 차량용 고강도 2상 스테인리스강이 개시되어 있다. 이 2상 스테인리스강들은 고Si·저Ni를 특징으로 하고, 0.2% 내력은 500 MPa 초과의 고강도와 높은 연신을 겸비하고 있다.

최근, Ni 함유량을 한층 더 절감하고, N를 비교적 다량으로 첨가한 고연성을 가진 오스테나이트·페라이트계 스테인리스강이 보고되어 있다. 특허 문헌 4와 특허 문헌 5에는 Ni량을 3% 이하로 규제하고, 오스테나이트 상 중의 C+N과 성분 밸런스를 조정하여 고연성을 가진 성형성이 우수한 오스테나이트·페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 이와 관련된 것으로서 특허 문헌 6에는 Ni량을 1% 이하, Mn량을 2% 이하로 규정하고, N량을 0.05 내지 0.6%의 범위에서 첨가한 장출 성형성과 내간극 부식성이 우수한 오스테나이트·페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 상기 공보의 실시예에서는 Ni량을 절감하기 위하여, N량을 적어도 0.08% 이상 첨가하고 있다.

최근, 특허 문헌 7에는 N량의 상한을 0.15%로 제한하여 저Ni화를 지향한 내식성과 가공성이 우수한 페라이트·오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다. 이 스테인리스강은 내식성의 관점에서 Cr+3Mo+10N-Mn≥18%로 하고, 가공성의 관점에서 오스테나이트 입자의 입경과 종횡비, 입자간 거리를 규정하고 있다. 상기 공보에 개시된 강은 오스테나이트 상을 50% 미만으로 하고, 페라이트 상을 주상으로 하고 있다.

전술한 특허 문헌에 개시된 강은 Ni 절감이나 고강도화를 위하여 적지않게 N을 활용하고 있다. 스테인리스강을 비롯하여 철강 재료의 기계적 성질에 미치는 N의 영향에 대하여는 많은 연구가 있고, 0.2% 내력의 상승에 대한 N 첨가의 영향은 크다. 예를 들면, 비특허 문헌 1에서는 Fe-Cr-Ni-Mn 합금에 0.1%를 초과하여 N을 첨가하면, 상온에서 0.2% 내력은 400 MPa를 크게 넘는다. 실제로, 특허 문헌 1 내지 3에 개시된 강의 0.2% 내력은 500 MPa 초과이다. 특허 문헌 4 내지 7에서는 0.2% 내력의 기재가 없기는 하지만, 비특허 문헌 1에서 400 MPa를 초과하는 것이 용이하게 추측된다.

전술한 바와 같이, 0.2% 내력은 400 MPa를 초과하는 경우, SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하면, 일반적으로 100 MPa 초과하는 높은 값이다. 그 때문에, 강판의 프레스 성형성에 있어서, 현재 존재하는 프레스기에서는 파워 부족 때문에 가공이 곤란하게 되고, 금형의 마모·손상 등의 문제가 우려된다. 바꾸어 말하면, Ni를 절감한 2상 스테인리스강에 있어서, SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여 손색없이 프레스 성형 가능한 강판에 대하여는 분명하게 밝혀져 있지 않은 것이 현재의 상황이다.

특허 문헌 1 일본 공개 특허 공보 소62-47461호 특허 문헌 2 일본 공개 특허 공보 소62-47462호 특허 문헌 3 일본 공개 특허 공보 소62-47463호 특허 문헌 4 일본 공개 특허 공보 2006-169622호 특허 문헌 5 일본 공개 특허 공보 2006-183129호 특허 문헌 6 일본 공개 특허 공보 2006-200035호 특허 문헌 7 WO2009/017258호 공보

비특허문헌 1)비특허 문헌 1 제190회 니시야마 기념 기술 강좌, 평성18년 11월, (사)일본철강협회, p.60 비특허 문헌 2 일본 스테인리스 기보, No. 21 (1986), p.3 내지 5

본 발명은 강의 성분과 Ni 밸런스 및 오스테나이트 상율을 제어함으로써, SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 0.2% 내력과 에릭슨 값을 구비하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여, Ni를 절감한 2상 스테인리스강의 0.2% 내력과 에릭슨 값에 미치는 성분과 Ni 밸런스 및 오스테나이트 상율의 영향에 대하여 예의 연구를 하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 질량%로,

C: 0.001 내지 0.05%,

Si: 0.5 내지 3%,

Mn: 1 내지 3.9%,

Cr: 16 내지 21%,

Ni: 1 내지 6%,

Cu: 0.5 내지 3%,

N: 0.001 내지 0.045%

를 함유하고, 아래와 같이 <1>식에서 주어지는 Ni-bal.값이 -7.5 이상, -3.5 이하를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 상율이 50% 이상, 95% 이하이고, 잔부가 미세하게 분산한 페라이트상으로 이루어지는 페라이트상이며, 에릭슨 시험으로 구한 성형 높이(에릭슨 값)가 11 mm 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판.

Ni-bal.=30(C+N)+Ni+0.5Mn+0.3Cu-1.1(Cr+1.5Si)+8.2···<1>식

(2) 상기 강이, 또한 질량%로,

Mo: 0.1 내지 1%,

Nb: 0.05 내지 0.5%,

V: 0.05 내지 0.5%,

Ti: 0.05 내지 0.5%,

Sn: 0.01 내지 1%,

Sb: 0.01 내지 1%,

W: 0.01 내지 1%,

Al: 0.001 내지 0.1%

의 1종 또는 2종 이상 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강.

(3) 상기 강이, 또한 질량%로,

B: 0.0002 내지 0.01%,

Ca: 0.0002 내지 0.01%,

Mg: 0.0002 내지 0.01%,

La: 0.001 내지 0.3%,

Ce: 0.001 내지 0.3%,

Zr: 0.001 내지 0.3%,

Y: 0.001 내지 0.3%

의 1종 또는 2종 이상 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강.

(4) 인장 시험에 있어서의 0.2% 내력이 250 내지 350MPa, 파단 연신이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강.

(5) 인장시험에 있어서의 0.2% 내력이 250 내지 350MPa, 파단 연신이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (3)에 기재된 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강.

이하의 설명에서, 상기 (1) 내지 (5)의 강에 관한 발명을 각각 본 발명이라 한다. 또한, (1) 내지 (5)의 발명을 모두 합쳐서 본 발명이라 하는 경우가 있다.

본 발명에 의하면, 강의 성분과 Ni 밸런스 및 오스테나이트 상율을 규정함으로써, SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 0.2% 내력과 에릭슨 값을 구비하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스강을 제공할 수 있다. 본 발명의 2상 스테인리스강은 SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여 손색없이 프레스 성형 가능하고, Ni를 절감할 수 있다고 하는 현저한 효과를 제공한다.

도 1은 에릭슨 값과 성분의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 에릭슨 값과 Ni 밸런스의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여, Ni를 절감한 2상 스테인리스강의 0.2% 내력과 에릭슨 값에 미치는 성분과 Ni 밸런스 및 오스테나이트 상율의 영향에 대하여 예의 연구를 하여 본 발명을 완성시켰다. 이하에, 그 대표적인 실험 결과에 대하여 설명한다.

표 1에는 대표적인 공시 강 성분을 나타내고 있다. 이와 같은 성분의 2상 스테인리스강을 진공 용해하고, 5 mm 두께의 열연판을 제조하였다. 열연판 소둔은 1050℃에서 실시하고, 산세정하여 0.6 mm 두께의 냉연판을 제작하였다. 냉연판 소둔은 1050℃에서 실시하였다. 냉연 소둔판은 오스테나이트(γ) 상율의 측정, JIS13B호 인장 시험, 에릭슨 시험에 제공하였다.

γ 상율은 판 단면에 있어서 EBSP법에 의하여 fcc와 bcc의 결정 구조를 동정하는 상 맵의 측정에 의하여 구하였다. JIS13B 인장시험은 압연 방향으로부터 인장시험편을 채취하고, 인장 속도는 10 mm/분(JIS Z 2241로 규정하는 범위)으로 하고, 0.2% 내력(0.2% PS), 인장 강도(TS), 파단 연신(EL)을 측정하였다. 에릭슨 시험은 90 mm각 시험편을 채취하여 JIS Z 2247에 준거하는 B법(주름 누름압 1톤)으로 실시하고, 균열이 판 두께를 관통하였을 때의 성형 높이(에릭슨 값)를 측정하였다.

표 2에는 대표적인 공시강 성분의 판으로부터 얻은 기계적 성질과 에릭슨 값(Er), γ상율(γ)을 페라이트(α) 및 γ 단상의 SUS430LX와 SUS304강과 비교하여 나타내고 있다. 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 강 A는 SUS304와 비교하여도 손색없는 에릭슨 값을 가지고 있다. 한편, N를 첨가한 강 B 및 C는 높은 연신을 가지고 있어도, 0.2% 내력은 SUS304에 비하여 크게 높고, 에릭슨 값은 α계의 SUS430LX와 동등 또는 그것을 밑도는 값이다.

통상, 에릭슨 값은 재료의 파단 연신에 비례하여 상승하는 것이 알려져 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 N를 첨가한 강도가 높은 2상 스테인리스강은 높은 연신에 걸맞는 에릭슨 값이 항상 얻어지는 것은 아니다. 즉, N를 첨가한 강 B, C는 인장 시험과 다른 프레스 성형을 상정한 변형 양식에 있어서 높은 가공성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 그 원인을 밝히기 위하여, 강 A, B, C의 인장 시험 및 에릭슨 시험 후의 파단부 근방에 있어서, 광학 현미경, 주사형 전자 현미경 (SEM)에 의하여 상세한 조직 관찰을 실시하였다. 그 결과, 상기한 표 2에 기재된 실험 결과를 설명하는 아래와 같은 지견을 얻기에 이르렀다.

〔a〕인장 시험 후의 파단부에는 모두 판 두께 감소를 수반한 네킹이 발생하였다. 한편, 에릭슨 시험 후에는 에릭슨 값이 낮았던 강 B, C는 대부분 네킹이 발생하지 않고 파단되었다.

〔b〕강 B와 C의 에릭슨 시험 후의 파단부 부근에서는 γ/α의 이상(異相) 계면 부근으로부터 다수의 미소 보이드가 발생하였다. 이와 같은 미소 보이드를 기점으로 하여 균열이 α상 또는 γ/α상 계면을 진전해 나가는 모습이 관찰되었다.

〔c〕N는 γ상에 농화하여 강도와 가공 경화를 높인다. 그 때문에, N를 첨가하면, γ상과 α상의 강도 차는 가공도와 함께 확대되는 것을 용이하게 예측할 수 있다. 상기 〔b〕의 관찰 결과는 α상과 γ상의 강도 차에 유래하고 있다고 생각할 수 있다.

〔d〕에릭슨 값이 높은 강 A는 α/γ 계면으로부터의 미소(微小) 보이드의 발생이 큰 폭으로 억제되는 동시에, α상은 변형능이 큰 γ상에 추종함으로써 인장 시험과 마찬가지로 큰 굴곡을 수반하여 파단에 이르고 있는 것을 확인하였다.

〔e〕강 A의 성분은 저N·Si 첨가의 특징을 가진다. N을 저감함으로써 γ상의 강도와 가공 경화는 저하된다. Si는 α상에 선택적으로 고용되어, α상의 강도와 가공 경화를 높인다. 이와 같이 하여, α상과 γ상의 강도 차를 저감하고, 변형 능의 높은 γ상을 주상으로 함으로써 양호한 에릭슨 값을 얻을 수 있었다고 생각된다.

〔f〕상기한〔e〕의 생각에 기초하여, N량과 Si량에 주목하여 높은 에릭슨 값을 얻을 수 있는 성분 범위를 상세하게 조사하였다. Cr, Ni, Mn, Cu는 Ni 밸런스로 -9로부터 -2의 범위에 들어가도록 조정하였다. 도 1에 결과를 나타낸다. 도 중에는 에릭슨 값이 11 mm 이상을 ○, 11 mm 미만을 ×로 표기하였다. 에릭슨 값 11 mm는 α계 스테인리스에서는 도달하기 곤란하고, γ계 스테인리스에 가까운 문턱값으로 하였다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 11 mm 이상의 높은 에릭슨 값은 N을 0.07% 이하로 하고, Si를 0.5 내지 3%의 범위에서 첨가하였을 경우에 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

〔g〕도 1의 에릭슨 값에 대하여, Ni-bal.로 정리하였다. 결과를 도 2에 나타낸다. 이 때, Ni-bal.=30(C+N)+Ni+0.5Mn+0.3Cu-1.1(Cr+1.5Si)+8.2로 정의한다. Ni-bal.은 γ상과 α상의 생성에 관한 지수로서 잘 사용된다. 도 2에는 동일한 지수로 γ계 스테인리스강의 에릭슨 값을 병기하였다. γ계 스테인리스강에서는 양호한 에릭슨 값을 제공하는 성분 범위가 존재한다. 그 이유는 γ상의 가공 유기 마르텐사이트 변태에 의한 연신의 상승(변태 유기 소성: TRIP)에 기초한다. 본 검토에 의하여, 〔e〕및〔f〕에 기재한 성분 범위에 있어서, γ계 스테인리스강과 같은 TRIP 현상에 기초한 연신과 에릭슨 값 두 가지가 효과적으로 상승하는 성분 밸런스(Ni-bal의 범위)를 밝혀내었다. 즉, 높은 에릭슨 값은 Ni-bal.=―7.5 내지 -3.5의 범위, 더 좋기로는, -6으로부터 -4의 범위에 있어서 얻는 신규한 지견을 나타내었다.

상기 (1) 내지 (5)의 본 발명은 상기 [a] 내지 [g]의 지견에 기초하여 완성된 것이다.

이하, 본 발명의 각 요건에 대하여 자세하게 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량의 「%」표시는 「질량%」를 의미한다.

(A) 성분의 한정 이유를 이하에 설명한다.

C는 γ상율을 높이는 동시에, γ상 중에 농화하고, γ상의 안정도를 높인다. 따라서, Ni-bal.를 조정하여 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성의 발현에 대해서 유효하게 작용한다. 상기 효과를 얻으려면 0.001% 이상 함유하는 것이 좋다. 그러나, 0.05%를 넘으면, γ상의 강도가 상승하는 동시에, 탄화물의 입계 석출에 의한 예민화가 일어나기 쉬워 내식성의 저하로 연결된다. 그 때문에, 상한은 0.05%로 한다. 좋기로는, 0.03% 이하이다.

Si는 α상에 선택적으로 고용되어, α상의 강도와 가공 경화를 높이고, α상과 γ상의 강도 차를 저감하며, 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성을 발현시키기 위하여 필수인 첨가 원소이다. 또한, α상의 안정도를 높이고, 소둔 후의 냉각 과정에서의 마르텐사이트 변태를 억제하는 작용도 가진다. 마르텐사이트 변태하면 α상은 경질 상이 되어, 가공성을 현저하게 간섭한다. 본 발명이 목적으로 하는 가공성에 대한 효과를 얻으려면, 도 1에서도 나타내는 바와 같이, 0.5% 이상 첨가한다. 그러나, 3%를 초과한 첨가는 α상의 경질화와 가공성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 3%로 한다. 바람직한 범위는 1.5 내지 2.5%이다.

Mn는 γ율을 높임과 동시에, γ상 중에 농화하고, γ상의 안정도를 높인다. 따라서, Ni-bal.를 조정하고 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성의 발현에 대해서 유효하게 작용한다. 상기 효과를 얻으려면 1% 이상 첨가한다. 그러나, 3.9%를 넘으면, 내식성의 저하에 추가하여, γ상의 강도가 상승하여 프레스 성형성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 3.9%로 한다.

Cr는 α상의 구성 원소인 동시에, 내식성의 확보와 γ상의 안정도를 조정하고, 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성을 발현시키는 작용도 있다. 또한, Cr은 Si와 마찬가지로, 소둔 후의 냉각 과정에서 α상의 마르텐사이트 변태를 억제한다. 따라서, α상의 안정도와 내식성 등에의 작용을 확보하기 위하여는 16% 이상으로 한다. 그러나, 21%를 넘으면, γ상을 주상으로 하는 것이 곤란해지고, 본 발명이 목적으로 하는 가공성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 21% 이하로 한다. 가공성과 내식성의 점에서, 바람직한 범위는 16.5 내지 18.5%이다.

Ni는 유효한 γ상의 생성 원소이고, Ni-bal.를 조정하여 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성의 발현에 대하여 유효하게 작용한다. 상기 효과를 얻으려면 1% 이상 첨가한다. 그러나, 6%를 넘으면, Ni 절약이라고 할 수 없고, 원료 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, 상한은 6%로 한다. 가공성과 비용의 관점에서, 바람직한 범위는 2 내지 5%이다. 더 좋기로는, 2.5 내지 4.5%이다.

Cu는 Ni나 Mn와 마찬가지로 유효한 γ상의 생성 원소이고, Ni-bal.를 조정하고 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성의 발현에 대하여 유효하게 작용한다. 또한, Ni와 복합 첨가함으로써 내식성의 향상에도 유효한 원소이다. 상기 효과를 얻으려면 0.5% 이상 첨가한다. 그러나, 3%를 넘으면, 제조성이나 원료 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, 상한은 3%로 한다. 성능과 제조성의 점에서 바람직한 범위는 1.5 내지 2.5%이다.

N는 C나 Ni와 마찬가지로 유효한 γ상의 생성 원소이고, Ni-bal.를 조정하며, 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성의 발현에 대하여 유효하게 작용한다. 그 때문에, 0.001% 이상 함유하는 것이 좋다. 한편, γ상의 강도와 가공 경화를 높여 γ상과 α상의 강도차를 확대시키는 작용을 한다. 그 때문에, 상기한 바와 같이 N를 적극적으로 활용하였을 경우, 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성의 저하로 연결된다. 따라서, 도 l에서도 나타내는 바와 같이, 상한은 0.045%로 한다.

다음으로, 본 발명의 선택 성분에 대하여 설명한다.

Mo는 내식성을 향상시키기 위하여 적시 첨가하여도 좋다. 내식성의 향상 효과를 얻으려면 0.1% 이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, 1%를 넘으면, 경제성을 해칠 우려가 있다. 그 때문에, 첨가하는 경우에는 1% 이하로 한다. 내식성과 경제성의 점에서, 첨가하는 경우의 바람직한 범위는 0.2 내지 0.8%이다.

Nb, V, Ti는 내식성의 향상과 Si와 동일한 효과를 발현한다. 즉, α상에의 고용 강화에 의하여, α상과 γ상의 강도차를 저감하여 프레스 성형성을 향상시키고, 소둔 후의 냉각 과정에서 α상의 마르텐사이트 변태를 억제한다. 상기 효과를 얻기 위하여 적시 첨가하여도 좋다. 첨가하는 경우에는 각각 0.05% 이상으로 하는 것이 좋다. 그러나, 0.5%를 넘으면, 경제성을 해칠 우려가 있다. 그 때문에, 첨가하는 경우에는 각각 0.5% 이하로 한다. 상기 효과와 경제성의 점에서, 첨가하는 경우의 바람직한 범위는 각각 0.1 내지 0.3%이다.

Sn, Sb, W는 내식성을 향상시키기 위하여 적시 첨가하여도 좋다. 내식성의 향상 효과를 얻으려면 각각 0.01% 이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, 1%를 넘으면, 열간 가공성 등 제조성을 해칠 우려가 있다. 그 때문에, 첨가하는 경우에는 각각 1% 이하로 한다. 내식성과 제조성의 점에서, 첨가하는 경우의 바람직한 범위는 각각 0.1 내지 0.6%이다.

Al는 강력한 탈산제이며, 적시 첨가하여도 좋다. 상기 효과를 얻으려면 0.001% 이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, 0.1%를 넘으면, 질화물을 형성하여 표면 결함이나 내식성의 저하를 초래할 우려가 있다. 그 때문에, 첨가하는 경우에는 0.1% 이하로 한다. 상기 효과와 제조성의 점에서, 첨가하는 경우의 바람직한 범위는 0.005 내지 0.05%이다.

B, Ca, Mg는 열간 가공성을 향상시키기 위하여 적시 첨가하여도 좋다. 상기 효과를 얻으려면 각각 0.0002% 이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, 0.01%를 넘으면, 내식성이 현저하게 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, 첨가하는 경우에는 각각 0.01% 이하로 한다. 상기 효과와 제조성의 점에서, 첨가하는 경우의 바람직한 범위는 각각 0.0005 내지 0.01%이다.

La, Ce, Zr, Y 등의 희토류 원소(REM)도, B, Ca, Mg와 같이 열가공성을 향상시키는 작용을 가진다. 그 때문에, 적시 첨가하여도 좋다. 상기 효과를 얻으려면 각각 0.001% 이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, 0.3%를 넘으면, 경제성을 해치는 경우가 있다. 그 때문에, 첨가하는 경우에는 각각 0.3% 이하로 한다. 상기 효과와 경제성의 점에서 첨가하는 경우의 바람직한 범위는 각각 0.002 내지 0.1%이다.

또한, 상기 성분 이외에, 불가피한 불순물의 일부로서 P, S, 0(산소)를 포함하여도 좋다. P, S, 0는 열간 가공성이나 내식성에 유해한 원소이다. P는 0.1% 이하로 하는 것이 좋다. 더 좋기로는, 0.05% 이하이다. S는 0.01% 이하로 하는 것이 좋다. 더 좋기로는, 0.005% 이하, 한층 더 좋기로는, 0.002% 미만이다. O는 0.01% 이하로 하는 것이 좋다. 더 좋기로는, 0.005% 이하, 한층 더 좋기로는, 0.002% 미만이다.

상술의 성분 범위에 추가하여, C, N, Ni, Mn, Cu, Cr, Si량으로부터 아래와 같이 <1>식의 Ni-bal.로 정의되는 γ상과 α상의 생성에 관한 지수는 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성을 얻기 위하여 그 범위를 규정한다. 프레스 성형성의 지표로 한 에릭슨 값은, 상기한 도 2의 결과로부터, Ni-bal.=-7.5 내지 -3.5의 범위에 있어서, 본 발명의 에릭슨 값 11 mm의 목표값을 달성한다. 그 때문에, Ni-bal.=-7.5 내지 -3.5의 범위가 되도록 각 원소의 함유량을 조정한다. 좋기로는, 상기한 도 2의 검토 결과로부터, 에릭슨 값이 국부 극대치가 되는 -6 내지 -4의 범위로 한다.

Ni-bal. = 30(C+N) +Ni+0.5Mn+0.3Cu-1.1(Cr+1.5Si)+8.2 ···<1>

(B) 금속 조직에 대하여 이하에 설명한다.

본 발명의 2상 스테인리스강은 (A)항에서 설명한 성분과 Ni-bal.를 가지고 프레스 성형성을 향상시키기 위하여 γ상율을 규정한다. γ상율은 Ni-bal.과 대체로 상관성을 가진다. 즉, γ상율은 Ni-bal.의 상승과 함께 증가하는 경향이 있다. 그러나, 후술하는 마무리 소둔 온도 영역에 있어서의 γ 생성능은 Ni-bal.의 각 원소의 계수와 반드시 일의적으로 대응하는 것이 아니다. 그 때문에, 본 발명이 목표로 하는 프레스 성형성을 얻기 위하여 Ni-bal.와 γ상율 두 가지를 규정할 필요가 있다.

γ상율은, 전술한 바와 같이, EBSP법에 의하여 구할 수 있다. EBSP법은, 예를 들면, "현미경; 스즈키 기요이치, Vol. 39, No.2, 121 내지 124"에 기재되어 있는 바와 같이, γ상(fcc)과 α상(bcc)의 결정계 데이터를 지정하고, 상마다 채색을 한 상(相) 분포 맵을 표시한다. 이에 의하여, γ상율을 구하는 것이 가능하고, 또는 γ상이나 α상의 분산 형태도 파악할 수 있다. 예를 들면, 시료는 판 두께 방향의 단면, 측정 배율은 500으로 한다.

γ상율의 하한은 본 발명이 목적으로 하는 프레스 성형성을 확보하기 위하여50%로 한다. 0.2% 내력을 작게 하여 프레스 성형성을 효과적으로 발현시키기 위하여, 좋기로는, 60% 이상이다. 한편, γ상율이 95% 초과가 되는 경우, 다량의 Ni, Mn, Cu의 첨가가 필요하고, Ni 절감·경제성의 관점에서 문제가 있다. 또한, γ계 스테인리스와의 분별도 용이하지 않다. 그 때문에, 상한은 95%로 한다. Ni 절감·경제성의 관점에서, 바람직한 범위는 60 내지 80%이다. 비특허 문헌 2에는 특허 문헌 1 내지 3의 개발에 관련된 고Si·저Ni를 특징으로 하는 2상 스테인리스강의 금속 조직이 보고되어 있다. 이 강들은 배경 기술에 기술한 바와 같이, 차량용으로서의 강도를 확보하기 위하여 0.2% 내력의 상승을 목적으로 하고 있다. 일반적으로, γ상의 0.2% 내력은 α상보다 작다. 그 때문에, 0.2% 내력을 상승시키려면, 2상 조직에 있어서 α상을 주상으로 하는 것이 좋다. 비특허 문헌 2에 개시된 금속 조직은 Cr량 17% 초과의 2상 스테인리스강에 있어서, α상을 주상(53.3 내지 75.0% α)으로 하고 있다. 따라서, 강판의 프레스 성형성의 향상을 목적으로 한 본 발명의 금속 조직은 특허 문헌 1 내지 3에 개시된 강의 금속 조직과는 다른 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 2상 스테인리스강은 γ상을 주상으로 하고, 잔부는 α상으로 한다. Cr량이나 Si량이 낮은 경우, α상은 소둔 후의 냉각 과정에 있어서 마르텐사이트 변태하는 경우가 있다. 본 발명으로 목적으로 하는 프레스 성형성을 간섭하지 않는 정도에 있어서, 마르텐사이트상을 불가피하게 혼입하여도 무방하다.

γ를 주상으로 하였을 경우의 α상의 분산 형태는 특히 규정하는 것은 아니다. 프레스 성형성의 관점에서, α상은 미세 분산하고 있는 것이 좋다. 구체적으로는, 판 두께 방향으로 50 ㎛ 미만의 α상이 섬유상 내지 입자상으로 분산하고 있는 것이 좋다.

(C) 기계적 성질, 에릭슨 값에 대하여 이하에 설명한다. 본 발명의 2상 스테인리스강은 (A) 항에서 설명한 성분과 Ni-bal.을 가지고 프레스 성형성을 향상시키기 위하여 (B)항에서 설명한 γ상율을 규정하고 있다. 이러한 규정을 만족하는 강판의 기계적 성질과 에릭슨 값은 SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여도 손색없이 프레스 성형이 가능해지도록, 이하의 값인 것이 좋다.

0.2% 내력은 SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여도 손색이 없을 정도로 하기 위하여 400 MPa 미만으로 하는 것이 좋다. 400 MPa 이상인 경우에는 실제 프레스 작업을 상정하였을 경우, 프레스기의 파워 부족이나 금형의 마모·손상이 염려된다. 더 좋기로는, 350 MPa 이하로 한다. 하한은 특히 규정하는 것은 아니지만, C+N량이나 첨가하는 합금 양을 고려하고, 더 바람직한 범위는 250 내지 350 MPa이다.

파단 연신은 표 2에서의 공시강 A, B, C의 설명 및 [g]에서 말한 바와 같이, 높은 에릭슨 값을 얻기 위하여 35% 이상인 것이 좋다. 더 좋기로는, 40% 이상, 한층 더 좋기로는 45% 이상이다.

에릭슨 값은 장출 가공성으로 대표되는 프레스 성형성의 지표로서 중요하다. 시험 방법 및〔f〕에서 말한 바와 같이, 본 발명에서 목표로 하는 오스테나이트계 스테인리레스와 비교하여도 손색이 없을 정도의 프레스 성형성을 얻으려면, 11 mm 이상인 것이 좋다. 더 좋기로는, 12 mm 이상으로 한다. 상한은 특별히 두지 않지만, JIS Z 2241의 B법(주름 누름압 1톤)으로 규정하는 조건하에서 15 mm를 초과하는 것은 곤란하다.

(D) 제조 방법에 관하여 이하에 설명한다.

(A)항에서 설명한 성분 및 Ni-bal.과 (B) 항에서 설명한 γ상율을 만족하면 제조 방법은 특히 한정하는 것은 아니다. 마무리 냉간 압연과 마무리 소둔 조건은γ 상율이나 조직의 분산 형태에 영향을 준다. 냉간 압연의 압하율은 제2상인 α상의 미세 분산이라는 관점에서 40% 이상인 것이 좋다. 마무리 소둔은 γ상을 주상으로 하기 위하여 950 내지 1150℃의 범위로 가열하는 것이 좋다. 1150℃ 초과인 경우에는 α상의 생성량이 증가하는 동시에 조직의 조대화도 염려된다. 950℃ 미만인 경우에는 γ상의 재결정·연질화가 불충분하게 될 우려도 있다. 소둔 후의 냉각은 Cr량이나 Si량이 적은 경우, α상의 마르텐사이트 변태를 억제하기 위하여 공랭 이상(약 3℃/초 이상)의 냉각 속도로 하는 것이 좋다.

<실시예>

이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

표 3에 나타내는 성분을 가진 2상 스테인리스강을 용제하여, 열간 압연을 실시하고, 판 두께 4.0 내지 5.0 mm의 열연판을 제조하였다. 강 No. 3, 4, 9 내지 13, 15 내지 22는 본 발명에서 규정하는 성분과 Ni-bal.을 가진 것이다. 강 No. 23, 24는 본 발명에서 규정하는 성분을 가지지만, Ni-bal.이 본 발명으로부터 벗어나 있는 것이다. 강 No. 25 내지 27은 본 발명에서 규정하는 Ni-bal.을 가지지만, 성분 범위가 본 발명으로부터 벗어나 있는 것이다. 이 열연판들을 소둔·산세한 후, 0.7 mm 두께로 냉간 압연하고, 1050℃에서 마무리 소둔을 실시하였다.

얻은 냉연 소둔판으로부터, 각종 시험편을 채취하고, γ상율의 측정, JIS13B호 인장 시험, 에릭슨 시험에 제공하였다. 측정 및 시험 방법은 전술한 바와 같다. 0.2% 내력, 인장도, 연신, 에릭슨 값, γ상율을 평가하였다. 평가 결과를 표 4에 나타낸다.

강 No. 1 내지 22는 0.2% 내력: 400 MPa 미만, 연신: 35% 이상이며, 에릭슨 값은 본 발명이 목표로 하는 11 mm 이상의 높은 값을 가지고 있다. 또한, γ상율은50% 이상이 되고, γ 주상의 2상 스테인리스 강판이다. 이것으로부터, 본 발명에서 규정하는 성분과 Ni-bal 범위의 두 가지를 모두 만족하는 것으로, 에릭슨 값은 SUS430LX에 비하여 상위(上位)가 되고, SUS304 등의 γ계 스테인리스와 비교하여도 손색이 없는 또는 동등 이상인 것을 알 수 있다.

No. 23, 24는 연신이 35% 미만, 또는 γ상율이 50% 미만이 되어 본 발명이 목표로 하는 11 mm 이상의 에릭슨 값이 도달하지 못하였다. 이것으로부터, 본 발명에서 규정하는 성분을 만족하더라도 Ni-bal 범위가 벗어나 있는 경우에는 본 발명이 목표로 하는 에릭슨 값에 도달하지 않는 것을 알 수 있다.

No. 25 내지 27은 0.2% 내력이 400 MPa 초과, 또는 γ상율이 50% 미만이 되어 본 발명이 목표로 하는 11 mm 이상의 에릭슨 값에 도달하지 않았다. 이것으로부터, 본 발명에서 규정하는 Ni-bal 범위를 만족하더라도, 성분 범위가 벗어나는 경우에는 본 발명의 목표로 하는 에릭슨 값에 도달하지 않는 것을 알 수 있다.

Claims

질량%로,
C: 0.001 내지 0.05%,
Si: 0.5 내지 3%,
Mn: 1 내지 3.9%,
Cr: 16 내지 21%,
Ni: 1 내지 6%,
Cu: 0.5 내지 3%,
N: 0.001 내지 0.045%
를 함유하고, 아래와 같이 <1>식에서 주어지는 Ni-bal.값이 -7.5 이상, -3.5 이하를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 상율이 50% 이상 95% 이하이고, 잔부가 미세하게 분산한 페라이트상으로 이루어지는 페라이트상이며, 에릭슨 시험으로 구한 성형 높이(에릭슨 값)가 11 mm 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판.
Ni-bal.=30(C+N)+Ni+0.5Mn+0.3Cu-1.1(Cr+1.5Si)+8.2···<1>식
제1항에 있어서, 상기 강이 추가적으로 질량%로,
Mo: 0.1 내지 1%,
Nb: 0.05 내지 0.5%,
V: 0.05 내지 0.5%,
Ti: 0.05 내지 0.5%,
Sn: 0.01 내지 1%,
Sb: 0.01 내지 1%,
W: 0.01 내지 1%,
Al: 0.001 내지 0.1%
의 1종 또는 2종 이상 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강이 추가적으로 질량%로,
B: 0.0002 내지 0.01%,
Ca: 0.0002 내지 0.01%,
Mg: 0.0002 내지 0.01%,
La: 0.001 내지 0.3%,
Ce: 0.001 내지 0.3%,
Zr: 0.001 내지 0.3%,
Y: 0.001 내지 0.3%
의 1종 또는 2종 이상 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인장 시험에 있어서의 0.2% 내력이 250 내지 350 MPa, 파단 연신이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판.
제3항에 있어서, 인장시험에 있어서의 0.2% 내력이 250 내지 350 MPa, 파단 연신이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 2상 스테인리스 강판.