KR20140103297A

KR20140103297A - 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140103297A
Application number: KR1020147017680A
Authority: KR
Inventors: 김광육; 하만진; 박미남
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-08-26
Also published as: CN104105805B; EP2799569A1; EP2799569A4; KR101623290B1; JP6150819B2; CN104105805A; WO2013100687A1; JP2015508453A

Abstract

본 발명은 고강도 스프링용 강재로 사용할 수 있는 준안정 오스테나이트계 스테인리스강의 성분제어 및 제조 공정에 관한 것이다.
중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0 초과 1.5％ 까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30 온도가 25∼30℃ 범위를 만족하며, 스트립캐스팅 공법을 활용한 코일제조로 델타페라이트상의 고용강화능을 극대화하였으며 이때의 물성은 80％ 냉간압하율에서 인장강도가 2200Mpa 이상이며 경도가 570Hv를 상회한다.

Description

고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AUSTENITIC STAINLESS STEEL, AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 고강도 스프링용 오스테나이트 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합금설계 및 제조조건 제어를 통하여 강도를 향상시킨 스프링용 고강도의 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

오스테나이트계 스테인리스강은 성형성, 내식성, 용접성 등 물성이 탁월하여 가장 많이 사용되는 대표적인 스테인리스강이다. 특히 오스테나이트계 스테인리스강의 특징 중의 하나는 가공 시 상변태를 동반한다는 것이다. 결국 오스테나이트상을 안정화 시키는 원소들로 충분히 고합금 상태를 유지하지 않는 경우 오스테나이트상은 소성변형 부가 시 확산 없이 마르텐사이트상으로 변태할 개연성이 매우 크다고 할 수 있다. 그 중에서도 대표적인 강중의 하나가 301계열의 스테인리스강으로 이와 같이 상안정성이 불안정한 강은 소성변형량에 따른 가공경화의 정도가 매우 크다. 예를 들어 열처리된 소재의 항복강도가 300Mpa 전후이나 이를 80％ 이상 냉간압하 시 1800Mpa 이상으로 가공경화가 상당히 진행될 수 있음을 보인다. 따라서 압하율이 큰 301계열은 자동차 가스켓이나 스프링등과 같이 높은 탄성응력 및 고강도를 요구하는 소재로 사용 되어진다. 한편 이러한 풀 하드재(Full hard) 용도는 스프링이나 가스켓의 형상이나 적용부위별로 다양한 강도 특성이 요구되며 필요에 따라 2200Mpa까지의 높은 인장강도를 필요로 하는 부품도 있다. 그러나, 기존의 301 계열의 소재를 가지고 통상적인 연속주조 방식을 통한 강재 제조 시 높은 냉간 압하율에서도 2200Mpa 이상의 인장강도를 얻기가 수월하지 않다. 따라서 고강도의 스프링용등에 사용되는 오스테나이트 스테인리스강에서도 2200Mpa 이상의 고강도 특성을 확보하기 위해서는 성분 및 공정제어 등의 추가 적인 요소기술의 개발이 필요하다.

본 발명은 냉간압하율 80％ 이상에서 인장강도가 2200Mpa 이상의 고강도 스프링용 오스테나이트 스테인리스강을 제조하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고강도 스프링용 오스테나이트계 스테인리스강의 합금설계 및 제조조건 제어를 목적으로 치환형 합금원소 함량의 제어와 스트립캐스팅 주조공법을 활용하여 냉간압하율의 증가에 따라 인장강도가 2200Mpa 이상에 이르는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 의하면, 중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0초과∼ 1.5％까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30의 범위가 25∼30℃인 고강도 오스테나이트 스테인리스강을 제공한다.

(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0초과∼ 1.5％까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30의 범위가 25∼30℃인 스테인리스강을 스트립캐스팅에 의하여 제조된 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다.

(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb

본 발명에서 상기 스테인리스강에 대하여 스트립캐스팅을 이용한 주조에서 응고시 잔류하는 델타 페라이트 함량이 5％ 이상이다.

본 발명에서 상기 스테인리스강에 대하여 스트립캐스팅을 이용한 주조에서 응고시 잔류하는 델타 페라이트 함량이 10％ 이하이다.

본 발명에서 상기 스테인리스강을 80％ 냉간압하율 시 인장강도가 2200Mpa 이상이며 경도가 570 Hv 이상 확보된다.

본 발명에서 상기 스테인리스강의 냉간압연 조직의 입도가 8.5 이상이다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 롤과 그 양측면에 용강풀을 형성하도록 설치되는 에지댐과 상기 용강풀 상부면으로 불활성 질소가스를 공급하는 매니스커스 쉴드를 포함하는 스트립캐스팅 장치에서, 중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0초과∼ 1.5％까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30의 범위가 25∼30℃인 오스테나이트 스테인리스강을 주조하여 응고시 잔류하는 델타 페라이트 함량이 5％ 이상이 되도록 제어하는 고강도 오스테나이트 스테인리스강 제조방법을 제공한다.

(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb

본 발명에서 상기 스트립캐스팅에 의하여 얻어진 주조조직의 스테인리스강을 80％ 냉간압하율 시 인장강도가 2200Mpa 이상이며 경도가 570 Hv 이상 확보되도록 하고, 2mm 이하의 박판으로 제조한다.

본 발명은 합금설계 및 제조조건 제어를 통하여 인장강도가 2200Mpa 급의 고강도 스프링용 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.

본 발명은 특히 치환형 합금원소 함량의 제어와 스트립 캐스팅 주조공법을 활용하여 고강도 스프링용 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 관한 스트립캐스팅(Strip casting) 공정을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 오스테나이트 및 페라이트 안정화 원소의 성분제어를 통해 Md30 온도를 달리할 시 가공에 따른 가공유기 마르텐사이트 생성량의 예를 나타낸 그래프도이다.
도 3은 통상적인 연속주조 공정을 통한 냉간압연 코일의 미세조직과 스트립캐스팅 공법으로 제조된 코일의 냉간압연 조직을 비교한 사진도이다.
도 4는 Md30 온도변화(8℃, 28℃, 48℃) 후 냉간압하율에 따른 기계적특성인 인장강도의 변화를 도시한 그래프도이다.
도 5는 Md30 온도변화(8℃, 28℃, 48℃) 후 냉간압하율에 따른 기계적특성인 경도 변화를 도시한 그래프도이다.
도 6은 성분제어를 통한 가공경화능 확대를 위해 Md30 온도를 28℃ 전후에서 성분 최적화할 경우 기계적 성질인 인장강도의 변화를 도시한 그래프도이다.

이하 첨부한 도면을 참고 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 종래 알려진 스트립캐스팅(Strip casting) 공정을 설명하기 위한 장치의 개략도이다. 이 스트립캐스팅 공정은 용강으로부터 직접 박물의 열연스트립을 생산하는 공정으로서 열간 압연공정을 생략하여 제조원가, 설비투자비용, 에너지 사용량, 공해가스 배출량등을 획기적으로 저감할 수 있는 새로운 철강공정 프로세스이다. 일반적인 스트립 캐스팅 공정에 사용되는 쌍롤형 박판주조기는 도 1에 도시된 바와 같이 용강을 래들(1)에 수용시키고, 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(6) 양 끝단부에 설치된 에지댐(5)의 사이, 즉, 주조롤(6)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이때 롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 메니스커스 쉴드(4)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙(7)을 빠져나오면서 박판(8)이 제조되어 인발되면서 압연기(9)를 거쳐 압연이 된 후 냉각공정을 거쳐 권취 설비(10) 에서 권취된다.

이때, 용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판을 직접 제조하는 쌍롤식 박판주조공정에 있어서 중요한 기술은, 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤 사이에 주입 노즐을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판을 균열이 없고 실수율이 향상되도록 제조하는 것이다.

이와 같은 스트립캐스팅 공정은 액상의 강을 1∼5mm 두께의 판재로 직접 주조하면서, 주조판에 매우 빠른 냉각속도를 인가하는 것으로, 쌍롤형 스트립캐스터를 이용하여 열연코일을 제조하는 것이다. 상기 쌍롤형 스트립캐스터는 서로 반대방향으로 회전하는 양롤(twin-drum rolls)과 측면 댐(side dams)사이로 용강을 공급하고, 수냉되는 롤 표면을 통해 많은 열량을 방출시키면서 주조하는 것을 특징으로 한다. 이 때. 롤 표면에서 빠른 냉각속도로 응고셀을 형성되며, 주조 후 연속적으로 행하여지는 인 라인 롤링(in-line rolling)에 의하여 1∼5mm의 얇은 열연 박판이 제조된다. 본 발명의 실시예에서는 2mm 이하의 박판을 제조한다.

상기의 스트립 캐스팅 공정에서 보통 2mm 전후의 박물을 직접 주조하므로 연속주조에 의한 슬라브 제조 및 열간압연 공정을 생략할 수 있는 장점이 있다. 특히 열간압연 시 표면결함이 발생하는 강종에 있어서는 스트립 캐스팅(Strip casting) 공법 적용이 특히 유리한데 301계열은 열간압연 시 결함이 다발하는 강종으로 이의 적용이 유리하다. 또한 고강도 제조를 위해서는 단순히 표면결함의 문제 이외에 또 다른 큰 장점을 가질 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스강은 통상의 연속주조 시 응고상의 안정성 확보를 위해 응고 초기에는 델타페라이트상부터 생성이 되고 이후에 오스테나이트상으로의 응고가 이루어진다. 이때 주조 시 잔류되는 델타페라이트의 양은 하기 이론적인 실험식에 의하면(δ_cal) 강종별로 1∼10％ 전후를 나타내는데 조직내 이러한 델타 페라이트상의 존재는 다운스트림(Downstream) 압연시에 가공경화에 영향을 미치게 된다.

δ_cal =

통상적인 슬라브 주조 후 슬라브내 잔존하고 있던 델타페라이트상은 열간압연을 위해 재가열로에서 2시간 이상 가열을 받게 되는데 이때 상당 부분의 델타페라이트상은 고상변태에 의해 오스테나이트상으로 분해가 이루어지게 되고, 이후 열간압연 역시 고온에서 이루어지므로 슬라브 주조조직에 존재하던 델타 페라이트상은 대부분 분해하게 된다. 실제로 오스테나이트 스테인리스강 열연코일의 델타페라이트 함량은 0.5％ 미만이라고 보면 된다.

반면에, 스트립 캐스팅 공정은 수냉롤을 이용하여 용강으로부터 직접 약 2mm 전후의 박판을 주조하므로 기존 연속주조법에 의한 슬라브와 같은 주조조직이며 델타페라이트의 함량이 1∼10％ 범위로 높게 나타난다. 일반적으로는 이러한 델타 페라이트상이 고온 가공성, 내식성 등을 악화시킬수 있을 뿐만 아니라, 자성을 가지므로 최종 제품의 용도를 제한하는 단점을 가지고 있으나 냉간압하율이 높은 고강도강의 제조시에는 냉간압연 시 미량 존재하여 입도를 낮춤과 동시에 가공경화를 활성화하는데 기여할 수 있다.

소재강도의 증가는 여러가지 강화기구가 복합적으로 작용하여 나타나는 현상이다. 301계열과 같이 준안정한 오스테나이트 스테인리스강에 있어서는 앞서 언급되었듯이 변형량에 따른 가공유기 마르텐사이트상의 생성이 가공경화를 높이는 가장 중요한 이유라 할 수 있다. 하지만 한편으로 합금원소의 첨가에 의한 고용강화 효과도 중요한데 여기에도 C, N 등과 같은 침입형 원소들에 의한 효과와 Si, Mo 등과 같은 치환형 원소들에 의한 효과가 다양하게 나타난다. 일반적으로 경제적인 측면에서 C, N 등의 침입형 원소 제어를 통해 강도개선을 추진하지만 압하율이 높은 고강도강에 있어서는 치환형 원소가 보다 효과적으로 작용될 수 있다.

이하에서는 먼저 본 발명의 일실시예에 이용되는 오스테나이트계 스테인리스강의 조성범위 및 조성범위 한정 이유를 상세히 살펴보기로 한다.

먼저 본 발명은 중량％로, Cr: 15.0∼18％ Ni: 6∼8％, N:0.05∼0.09％, C : 0.05∼0.15％, Mn : 0.4∼1.2％, Mo : 0.5∼0.9％, Si:1.0 초과 1.5％까지, Cu: 1.5％이하 함량의 합금성분으로 조성되며, 이때의 Md30 온도가 25∼30℃ 범위를 만족한다. Md30 온도는 하기 식(1)에 의하여 나타난다.

(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb

더욱 바람직하기로는 Cr은 16∼17wt％, Ni은 6∼7wt％, Mo는 0.6∼0.8wt％이다.

보통 Si의 경우 오스테나이트 스테인리스강에서 고용강화능을 개선할 수 있는 원소이다. 그러나 과다 첨가시 열간가공성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 Si은 적어도 1.0를 초과해서 1.5％까지로 제어하나, 최적의 Si범위는 1.1∼1.3wt％이다.

본 발명에서 상기 합금설계는 오스테나이트계 스테인리스강의 성분으로 잘 알려진 것이므로 그 상세 이유는 생략한다. 다만, 본 발명에서 상기 합금설계의 특징은 Md30 의 제어를 통하여 합금성분을 최적화하는 것이다.

본 발명에 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강은 상온에서 준안정한(Metastable) 미세조직을 특징으로 하는 강으로서 외력에 의해 가공을 받을 수 오스테나이트상이 가공유기 마르텐사이트상으로의 상변태를 수반되게 설정된 강종이다. 이러한 오스테나이트계 스테인리스강의 준안정성을 나타내는 대표적인 지표는 Md30으로 표기되며 하기 식(1)에 의하여 표시할 수 있다.

(1) Md30(℃)= 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb

상기 식에 따른 성분 조정 시 C, N, Mn, Ni, Cu 등은 오스테나이트상을 안정화 시키는 원소들이며 Si, Cr, Mo, Nb 등은 페라이트상 혹은 마르텐사이트상을 안정화 시키는 원소들로서 이들 원소들의 조합에 의해 강의 상안정성이 결정되어지게 된다. 본 발명에서는 상기 Md30(℃)의 값을 25∼30 이하로 제어하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 오스테나이트 및 페라이트 안정화 원소의 성분제어를 통해 Md30 온도를 달리할 시 가공에 따른 가공유기 마르텐사이트 생성량의 예를 나타낸 그래프도이다.

도 2에 의하면, Md30 온도변화에 따른 상안정성의 정도를 나타낸 것으로 Md30 온도의 증가에 따라 가공유기 마르텐사이트 생성량이 증가하는 경향을 보인다. 그러나 이러한 현상은 압하율이 커짐에 따라 다소 다른 거동을 보이게 되는데, 즉 Md30 온도가 45도를 넘는 매우 준안정한 소재에 있어서는 냉간압하율의 50％를 정점으로 더 이상의 상변태가 이루어지지 않음을 알 수 있다. 즉 초기 압하율에서 가공유기 마르텐사이트상으로의 변태가 급격히 이루어지고 더 이상 압하율에 따른 가공경화에 기여하지 못함을 알 수 있다. 반면 Md30이 25∼30인 소재에 있어서는 냉간압하율이 80％에 이르기까지 상변태가 이어지면서 강도가 지속적으로 증가함을 나타낸다. 따라서 본 발명에서 목적하는 고강도강 제조를 위해서는 이와 같이 냉간압하율 증가에 따라 상변태가 지속적으로 이루어지는 조건을 확보할 필요가 있으며 본 발명에서는 이와 같은 Md30의 조건을 25∼30으로 설정한다. 도 2에서는 이와 같은 Md30의 값을 대표하여 27.4℃의 것을 사용하여 실험하였다.

Md30의 온도가 25 미만일 경우에는 냉간압하에 따른 가공경화의 정도가 크지 않으며 Md30 온도가 30을 초과할 시에는 상기 도 2에서 보는 바와 같이 냉간압하율이 일정 양을 정점으로 더 이상의 상변태가 이루어지지 않으므로 그 효과가 크지 않다.

한편 가공경화량의 증가를 위해서는 이러한 상변태의 촉진과 더불어 생산공정의 제어 또한 중요한 역할을 할 수 있다. 본 발명에서는 고강도 오스테나이트 코일제조를 위해 기존의 연속주조 공정 대신 스트립캐스팅 공법을 채용하였다. 본 발명의 스트립 캐스팅 공정은 상기 도 1을 통하여 설명한 바와 같이 수냉롤을 이용하여 용강으로부터 직접 2mm 전후의 박판을 주조하는 공법으로 주조된 시트는 재가열 및 열간압연 공정없이 바로 냉간압연으로 원하는 시트 형태를 얻을 수 있다. 고강도강 제조라는 측면에서 합금성분계는 생산공정과 별도로 가공경화능의 지표가 되지만 소재내 미세조직은 공정의 영향에 따라 달라지게 된다. 미세조직은 입계의 크기, 석출물, 제2상, 전위(Dislocation) 및 튄(Twin) 등에 따라 결정되는데, 이러한 준안정 오스테나이트 스테인리스강에 있어 연속주조 조직과 스트립캐스팅 조직의 가장 큰 차이점은 델타페라이트상의 함량차이에 있다고 할 수 있다. 연속주조 조직은 슬라브 재가열이라는 장시간의 가열공정으로 응고 시 생성된 델타페라이트상이 대부분 분해하는 반면 스트립캐스팅 조직은 이러한 가열공정의 생략으로 소재내에 델타페라이트 상이 보다 많이 존재하게 된다. 냉간압하율에 따른 매우 고강도강의 제조라는 측면에서 이러한 델타페라이트상의 존재는 가공경화를 심화하는 역할로 작용하게 된다.

도 3은 통상적인 연속주조 공정을 통한 냉간압연 코일의 미세조직과 스트립캐스팅 공법으로 제조된 코일의 냉간압연 조직을 비교한 사진도이다. 상기 도 3에서 상부는 스트립 캐스팅에 제조된 미세조직으로 결정입도가 약 8.5∼9로 나타난다. 반면, 하부에 나타난 연속주조와 열연단계를 거친 미세조직의 경우 결정입도가 약 7∼8로 나타난다. 이와 같이 동일 성분계에서 연속주조로 생산된 소재와 대비하여 스트립 캐스팅으로 제도된 소개의 강도가 증가하는 이유는 잔류되는 델타페라이트의 함량차이에 의한 입도 미세화효과에도 기인한 것으로 보이며, 따라서 본 발명의 경우 강도 및 경도 특성 향상으로 스프링등 고강도의 소재 적용에 유리하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연속주조와 스트립캐스팅으로 제조된 냉간압연 코일의 미세조직을 비교할 경우에 스트립캐스팅재의 경우(상부) 델타 페라이트상의 조직내 분포로 연속주조재(하부) 대비 입도가 작아 델타페라이트상이 제2상과 유사한 고용강화 역할을 할 수 있음을 시사하고 있다.

도 4 및 도 5는 Md30 온도변화(8℃, 28℃, 48℃) 후 냉간압하율에 따른 기계적특성인 인장강도와 경도변화를 각각 도시한 그래프도이다. 상기 도 4에 도시된 바와 같이 냉간 압하율 증가에 따라 Md30 온도가 각기 다른 소재들 공히 인장강도가 비례해서 증가하는 경향을 보이고 있다. 한편 도 5의 경우 냉간 압하율 증가에 따라 Md30 온도가 각기 다른 소재들의 경우 경도 역시 냉간 압하율 증가에 따라서 비례해서 증가하는 경향을 나타내나, Md30 온도가 높은 경우(48.7℃)에는 일정 압하율 이상에서 경도 향상 정도가 미미함을 보인다. 이는 초기 압하율에서 가공유기 마르텐사이트 생성으로 인한 가공경화 효과가 크지만 이의 생성이 포화된 이후에는 경도향상에 한계가 있음을 보여주는 것으로 냉간 압하율에 경도 증가를 위한 Md30 조건 설정이 필요함을 확인해 주는 것이다.

상기 도 4에 의하면 본 발명강에 대한 Md30값이 25∼30 범위인 27.4℃의 경우 (시편:C901 강종) 인장강도의 값이 2200Mpa까지 증가되는 것을 알 수 있다. 이는 냉간압하율이 80％ 이하인 약 78％ 정도에서 측정하였으므로 실질적으로 냉간압하율이 80％에서 측정할 경우 더욱 비례하여 증가될 수 있다는 것을 보여준다. 그러나 나머지 강종들의 경우 Md30의 값이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우이며 이 경우 인장강도의 값이 2200Mpa 이하에서 머무는 것을 알 수 있다.

도 6은 성분제어를 통한 가공경화능 확대를 위해 Md30 온도를 25∼30 사이의 범위인 28℃ 전후에서 성분 최적화할 경우 기계적 성질의 개선을 확보할 수 있음을 나타낸 그래프도이다. 도 6의 결과를 토대로 성분제어를 통한 가공경화능 확대를 위해 Md30 온도를 25 이상 30 사이의 범위인 28℃ 전후에서 성분제어를 실시한 예(C901강종)이며 압하율 80％에서 인장강도가 실질적으로 2200Mpa까지 증가되는 것을 확인할 수 있다. 단, 이의 제조는 스트립캐스팅 주조 공법을 사용하였으며 주조된 시트는 2mm 박판이다. 이때 스트립 캐스팅으로 주조된 2mm 소재의 잔류 델타페라이트 함량은 5％ 이상이며 이후 코일의 열처리 및 산세 공정을 거친 이후에도 판 폭 전반에 걸쳐 1％ 이상의 델타페라이트 상이 존재한다.

이러한 델타 페라이트상은 상기 도 3에서 보는 바와 같이 연속주조를 통해 슬라브 재가열 및 열간압연 및 소둔산세를 거친 부품 대비 입도 미세화로 연속주조재의 입도가 7.5 정도인 반면 스트립캐스팅재는 8.5 전후를 나타낸다.

본 발명에서는 Md30 및 치환형 합금원소 첨가를 통한 준안정 특성의 오스테나이트 스테인리스강을 스트립캐스팅 공정을 이용하여 강도개선 효과를 얻을 수 있다.

(실시예)

다음은 본 발명을 위해 15∼18％ Cr의 오스테나이트계 스테인리스강을 이용하여 성분 및 공정제어를 통해 기계적 특성의 변화를 조사한 실시예를 설명한다. 표 1은 오스테나이트 및 페라이트 안정화 원소의 성분제어를 통해 Md30 온도를 달리한 성분변화의 예를 나타낸 것이다. 먼저 상기 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 Md30 온도변화(약 8℃, 28℃, 48℃) 후 냉간압하율에 따른 기계적특성(인장강도 및 경도)이 변화한다. 도면에서는 냉간 압하율 증가에 따라 Md30 온도가 각기 다른 소재들 공히 인장강도 및 경도는 비례해서 증가하는 경향을 보이나 Md30 온도가 높은 경우(약 48℃), 일정 압하율 이상에서는 강도 향상 정도가 미미함을 보인다. 이는 초기 압하율에서 가공유기 마르텐사이트 생성으로 인한 가공경화 효과가 크지만 이의 생성이 포화된 이후에는 강도향상에 한계가 있음을 보여주는 것으로 냉간압하율에 강도 및 경도 증가를 위한 적절한 Md30 조건이 필요한다. 본 발명에서는 상기 Md30의 온도범위를 25에서 30으로 설정하였다.

또한, 도 6에서는 성분제어를 통한 가공경화능 확대를 위해 Md30 온도를 28℃ 전후에서 성분제어를 실시한 예(C901강종) 압하율 80％에서 인장강도가 대략 2200Mpa까지 근접하여 나타날 수 있다. 물론 상기 강종의 경우 2mm 소재의 박판으로서 잔류 델타페라이트 함량은 5％ 이상이며 이후 코일의 열처리 및 산세 공정을 거친 이후에도 판 폭 전반에 걸쳐 1％ 이상의 델타페라이트 상이 존재한다.

본 발명에서 연속주조 공정을 거친 소재와 스트립캐스팅 공정의 본 발명소재와의 제반 품질특성을 비교할 경우, 먼저 고유성분계 확보의 측면은 다음과 같다 ; Cr 함량은 16.5％ 전후이며 Ni함량은 6.5％ 전후이다. 오스테나이트 안정화 원소인 Mn은 0.6％ 전후이며 치환형 합금원소인 Mo과 Si은 각각 0.7％ 전후와 1.1％ 이상의 특징을 갖는다. 이러한 성분설계의 필요조건으로 응고 시 이론적인 델타 페라이트 함량이 5％ 이상으로 설계되어져야 하며 준안정성의 지표인 Md30 온도가 25∼30 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다. 그리고 인장강도가 2200Mpa 이상이며 경도가 570Hv 이상인 풀 하드재의 품질특성 확보를 위해 스트립캐스팅 공법을 활용하여 2mm 전후로 주조되어져야 하며 이때 소재의 입도는 8.5 전후이고 냉간압하율은 80％ 이상이어야 한다.

상기 표 1에서 본 발명강의 범위인 발명강 1에서 발명강 7의 경우 본 발명의 범위인 Md30의 범위가 25∼30℃인 것을 나타내고, 비교강 1에서 비교강 9는 본 발명의 범위를 벗어나는 Md30을 나타내는 비교예를 나타낸다. 상기 표 1에서 보면 실질적으로 Md30의 범위를 25∼30으로 제어하고 이를 스트립캐스팅 공정을 적용하여 제조할 경우에 인장강도의 값이 2200Mpa 이상으로 나타나고 경도 값은 570Hv 이상으로 나타나는 것을 보여준다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims

중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0초과∼ 1.5％까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30의 범위가 25∼30℃인 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0초과∼ 1.5％까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30의 범위가 25∼30℃인 스테인리스강을 스트립캐스팅에 의하여 제조된 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테인리스강에 대하여 스트립캐스팅을 이용한 주조에서 응고시 잔류하는 델타 페라이트 함량이 5％ 이상인 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
제3항에 있어서,
상기 스테인리스강에 대하여 스트립캐스팅을 이용한 주조에서 응고시 잔류하는 델타 페라이트 함량이 10％ 이하인 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테인리스강을 80％ 냉간압하율 시 인장강도가 2200Mpa 이상이며 경도가 570 Hv 이상 확보되는 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테인리스강의 냉간압연 조직의 입도가 8.5 이상인 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
중량％로 상기 Si은 1.1∼1.3wt％인 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
중량 ％로 상기 Cr은 16∼17wt％, Ni : 6∼7wt％, Mo는 0.6∼0.8wt％인 고강도 오스테나이트 스테인리스강.
서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 롤과 그 양측면에 용강풀을 형성하도록 설치되는 에지댐과 상기 용강풀 상부면으로 불활성 질소가스를 공급하는 매니스커스 쉴드를 포함하는 스트립캐스팅 장치에서, 중량％로, C : 0.05∼0.15, N : 0.05∼0.09％, Cr : 15∼18, Ni : 6∼8, Si : 1.0초과∼ 1.5％까지, Mo : 0.5∼0.9, Mn : 0.4∼1.2, Cu : 1.5％ 이하를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기식 (1)로 이루어진 Md30의 범위가 25∼30℃인 오스테나이트 스테인리스강을 주조하여 응고시 잔류하는 델타 페라이트 함량이 5％ 이상이 되도록 제어하는 고강도 오스테나이트 스테인리스강 제조방법.
(1) Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
제9항에 있어서,
상기 스트립캐스팅에 의하여 얻어진 주조조직의 스테인리스강을 80％ 냉간압하율 시 인장강도가 2200Mpa 이상이며 경도가 570 Hv 이상 확보되도록 하고, 2mm 이하의 박판으로 제조하는 고강도 오스테나이트 스테인리스강 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 스테인리스강의 냉간압연 조직의 입도가 8.5 이상인 고강도 오스테나이트 스테인리스강 제조방법.
제9항에 있어서,
중량％로 상기 Si은 1.1∼1.3wt％인 고강도 오스테나이트 스테인리스강 제조방법.
제9항에 있어서,
중량 상기 Cr은 16∼17wt％, Ni : 6∼7wt％, Mo는 0.6∼0.8wt％인 고강도 오스테나이트 스테인리스강 제조방법.