KR20150028851A

KR20150028851A - 페라이트계 스테인리스 강

Info

Publication number: KR20150028851A
Application number: KR1020157003399A
Authority: KR
Inventors: 카츠히사 야마우치; 카즈히데 이시이; 아키노부 가미마루
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-16
Also published as: CN104603311A; WO2014034152A1; CN104603311B; JPWO2014034152A1; TWI495736B; JP2014196567A; TW201418483A; JP5630595B2; KR101685402B1

Abstract

표면 품질, 내식성이나 가공성을 동시에 만족하는 페라이트계 스테인리스 강을 제공한다. 성분 조성이, 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.50％ 이하, Mn: 0.05∼0.40％, P: 0.026∼0.040％, S: 0.006％ 이하, Al: 0.01∼0.15％, Cr: 16.0∼19.0％, Ni: 0.05∼0.50％, Ti: 10×(C＋N)％∼0.35％, Nb: 0.03％ 이하, N: 0.015％ 이하, Ca: 0.0003∼0.0025％, B: 0.0001∼0.0020％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.

Description

페라이트계 스테인리스 강{FERRITE-BASED STAINLESS STEEL}

본 발명은, 표면 품질, 내식성 및 가공성이 우수하고, 건축물의 내장 및 외장용의 부재나 가전 부품의 소재로서 적합한 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이다.

페라이트계 스테인리스 강은, 고가인 Ni를 많이 함유하는 오스테나이트계 스테인리스 강에 비해 염가이기 때문에, 자동차 배기계용의 부재, 건축물의 내장 및 외장용의 부재, 주방 기기, 세탁기 및 전자레인지 등의 가전 부품용의 부재 등에 폭넓게 사용되고 있다. 또한, 주로 Ti를 함유하는 페라이트계 스테인리스 강은 가공성이 좋고, 주로 Nb를 함유하는 페라이트계 스테인리스 강보다도 염가이기 때문에, 용도가 계속 확대되고 있다.

Ti 함유의 페라이트계 스테인리스 강에 대해서는, 예를 들면, 특허문헌 1에는, Ti 및 Mg의 양을 제어하고 주조 조직(cast structure)을 개선하여, 성형성과 내리징성(ridging resistance)이 우수한 스테인리스 강판을 얻는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 산화물계 개재물의 조성을 제어하여, 스캐브 형상의 표면 결함(scab like surface defect)을 저감시키고, Ni, Cu 또는 Co의 양을 제어하여 내식성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 의해, 강판의 표면 성상이 양호하고, 내식성이나 성형 가공성이 우수한 스테인리스 강을 얻을 수 있는 것이 개시되어 있다. 이와 같이, 오스테나이트계 스테인리스 강과 비교하면, 과제가 있는 페라이트계 스테인리스 강의 특성도 서서히 개량이 도모되어, 용도도 더욱더 확대되는 경향에 있다.

일본공개특허공보 2001-294991호 일본공개특허공보 2000-1758호

그러나, Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강에서는, Ti계 석출물, 주로 경질로 조대(粗大)하게 석출되는 TiN에 기인하여 강판 표면에 줄무늬 형상 흠집(linear scratch)이나 흰 줄무늬 모양(white streak)이 발생하기 쉬워, 제품의 외관상, 문제가 되는 경우가 많다. 그런데, 종래 기술에서는, 이러한 표면 품질의 문제가 아직도 극복되고 있지 않다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여, 종래 기술에서 이룰 수 없었던, 강판의 표면 품질이 우수하고, 또한 내식성이나 가공성도 우수한 Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해, Ti 함유 페라이트계 스테인리스 강에 있어서의 Ti계 석출물의 형태와 강판 표면의 줄무늬 형상의 흠집이나 모양과의 관계를 조사하고, 또한 성분 조성과 Ti계 석출물의 석출 형태의 관계에 대해서 상세하게 검토했다. 동시에, 성분 조성이 내식성이나 가공성에 미치는 영향도 검토했다.

그 결과, Ti 및, N의 첨가량의 규제에 더하여, Si를 Ti 및 N의 첨가량에 대하여 소정의 범위로 첨가하면, TiN의 정출 온도(crystallization temperature)가 고온화하여, 주조시에 슬래브 중에서, TiN이 미세하게 분산하여 존재하게 되는 것을 발견했다. 이에 따라, 냉연 강판의 표면의 줄무늬 형상의 흠집이나 모양도 저감되는 것을 확인했다. 또한, 동시에 Ti, C 및 N 외에, S, Nb 및 Ca 등을 소정의 범위로 제어함으로써 높은 내식성이나 가공성을 확보할 수 있는 것을 발견했다.

본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 성분 조성이, 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.50％ 이하, Mn: 0.05∼0.40％, P: 0.026∼0.040％, S: 0.006％ 이하, Al: 0.01∼0.15％, Cr: 16.0∼19.0％, Ni: 0.05∼0.50％, Ti: 10×(C＋N)％∼0.35％, Nb: 0.03％ 이하, N: 0.015％ 이하, Ca: 0.0003∼0.0025％, B: 0.0001∼0.0020％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.

[2] 추가로, 성분 조성이, 질량％로, C: 0.003％ 이상 0.012％ 이하, Al: 0.02∼0.08％, Cr: 17.0∼18.5％, N: 0.010％ 이하, B: 0.0001∼0.0010％를 함유하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 페라이트계 스테인리스 강.

[3] 추가로, 성분 조성이, 질량％로, Si: 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.36％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 페라이트계 스테인리스 강.

[4] 추가로, 성분 조성이, 질량％로, Cu: 0.01∼0.14％, Mo: 0.01∼0.14％, V: 0.01∼0.20％ 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 페라이트계 스테인리스 강.

[5] 추가로, 성분 조성이, 질량％로, V: 0.01∼0.10％를 함유하는 것을 특징으로 하는 [4]에 기재된 페라이트계 스테인리스 강.

본 발명에 의하면, 자동차 배기계 부품 등, 주로 가공성이나 내식성이 요구되는 용도에 더하여, 건축물의 내장 또는 외장용의 부재, 주방 기기, 세탁기 및 전자레인지 등의 가전 부품용의 부재 중에서 외관이 중시되는 부재로서 폭넓게 이용이 가능해진다. 또한, 성분 조성의 제어에 의해, 강판 표면에 발생하는 줄무늬 형상 흠집이나 모양의 주된 원인이 되는 TiN이, 강 중에 미세하게 분산되기 때문에, 종래, 강판의 표층에 국소적으로 존재하는 TiN을 제거하기 위해 실시되고 있던 열연판의 연삭 등의 손질이 불필요해졌다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에 본 발명의 각 구성 요건의 한정 이유에 대해서 설명한다.

1. 성분 조성에 대해서

맨 처음에, 본 발명의 강의 성분 조성을 규정한 이유를 설명한다. 또한, 성분％는, 모두 질량％를 의미한다.

C: 0.020％ 이하

C는 내식성을 저하시키기 때문에, 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.012％ 이하이다. 한편, 강도를 확보하기 위해서는, C는 0.001％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 따라서, C는 0.001∼0.020％의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003∼0.012％의 범위이다. 더욱 바람직하게는 0.005∼0.012％의 범위이다.

Si: 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.50％ 이하

또한, 상기 식 중의 Ti, N은 각각의 원소의 함유량(질량％)을 의미한다.

Si에는, TiN을 미세화 및 분산화시키는 기능이 있어, TiN에 기인하는 강판의 표면 흠집을 저감하는 데에 유효하다. 그 효과를 얻기 위해서는, 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Si는, 열간 압연판의 산세정에 의한 탈(脫)스케일성을 저하시킨다. 특히, 0.50％를 초과하여 함유하면, 열간 압연판의 산세정에 의한 탈스케일성이 현저하게 나빠져, 제조를 저해한다. 이 때문에, Si량은 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.50％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.36％ 이하의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.30％ 이하의 범위이다.

Mn: 0.05∼0.40％

Mn은 탈산 원소로서 유효하고 0.05％ 이상 함유한다. 그러나, 0.40％를 초과하여 함유하면, Mn은 부식의 기점이 되는 MnS의 석출을 촉진하여, 내식성을 저하시킨다. 따라서, Mn량은 0.05∼0.40％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.10∼0.30％의 범위이다.

P: 0.026∼0.040％

P는 Fe 및, Ti와 미세한 석출물 FeTiP를 생성하여 연성의 저하의 원인이 된다. 이 때문에, P량은 0.040％ 이하로 한다. P량은 낮은 것이 바람직하지만, P를 저감시키기 위해서는 제조 비용이 현저하게 증가하기 때문에, 0.026％ 이상으로 한다. 따라서, P량은 0.026∼0.040％의 범위로 한다.

S: 0.006％ 이하

S는 Ca 등과 황화물을 형성하여 내식성을 열화시키기 때문에, S량은 0.006％ 이하로 한다. 또한, Ca를 0.0015％ 이상 함유하는 경우는, S량은 0.004％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ca를 0.0020％ 이상 함유하는 경우에는, S량은 0.002％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.01∼0.15％

Al은 탈산 원소로서 유효하다. 또한, Ti 함유 강에서 문제가 되는 제강시의 주조 노즐의 폐색을 억제하는 데에도 유효하다. 이 때문에, Al량은 0.01％ 이상의 함유로 한다. 바람직하게는 0.02％ 이상의 함유이다. 그러나, Al을 0.15％를 초과하여 함유하면, Al₂O₃을 주체로 하는 산화물을 핵으로 하여 조대한 TiN이 형성된다. 따라서, Al량은 0.01∼0.15％의 범위로 한다. 또한, Al의 함유량이 증가하면 용접부의 용입 깊이(depth of penetration)가 저하되어, 용접부의 가공성이 저하되기 때문에, Al량은 0.08％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 Al량의 범위는, 0.02∼0.08％이다.

Cr: 16.0∼19.0％

Cr은 내식성의 개선에 유효하고, 양호한 내식성을 얻기 위해서는, 16.0％ 이상의 함유가 필요하다. 그러나, Cr을 19.0％를 초과하여 함유하면 가공성이 저하된다. 따라서, Cr량은 16.0∼19.0％의 범위로 한다. 바람직하게는 17.0∼18.5％의 범위이다.

Ni: 0.05∼0.50％

Ni는 내식성의 향상에 유효한 원소이고, 그 효과를 얻기 위해서는, 0.05％ 이상의 함유가 필요하다. 그러나, Ni를 0.50％를 초과하여 함유하면, 강이 경화하여, 연성이 저하된다. 또한, Ni는 고가의 원소이다. 따라서, Ni량은 0.05∼0.50％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.20∼0.50％의 범위이다.

Ti: 10×(C＋N)％∼0.35％

또한, C, N은 각각의 원소의 함유량(질량％)을 의미한다.

Ti는, C, N을 탄질화물로서 고정하여, 내식성이나 가공성을 향상시키기 위해 유효한 원소이고, 10×(C＋N)％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 그러나, 0.35％를 초과하여 함유하면 가공성을 저하시키기 때문에, Ti량은 10×(C＋N)％∼0.35％의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.20∼0.30％의 범위이다.

Nb: 0.03％ 이하

Nb는, 과잉하게 첨가하면 재결정 온도가 상승하여, 어닐링 온도를 고온으로 할 필요가 있다. 또한, Nb의 과잉 첨가에 의해, 강판의 강도가 증가하여, 가공성의 저하를 초래한다. 이 때문에, Nb량은 0.03％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

N: 0.015％ 이하

N은, C와 동일하게, 내식성을 저하시키는 원소이다. 또한, N은 Ti와 TiN을 형성하고, 강판 표면의 줄무늬 형상의 흠집이나 모양의 원인이 된다. 이 때문에, N량은 0.015％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.012％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.010％ 이하이다. N량을 0.004％ 미만으로까지 저감하려면 정련 시간을 길게 할 필요가 있어, 제조 비용의 상승 및 생산성의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, N량은 0.005∼0.012％가 보다 바람직하다.

Ca: 0.0003∼0.0025％

Ca는, 산화물의 조성을 제어하여, 제강에 있어서의 주조 노즐의 폐색을 방지하는 데에 유효하다. 따라서, Ca는 0.0003％ 이상의 함유로 한다. 그러나, 0.0025％를 초과하여 Ca를 함유하면, 황화물을 형성하여 발청의 기점이 되어, 내식성을 저하시킨다. 따라서, Ca량은 0.0003∼0.0025％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0005∼0.0020％의 범위이다.

B: 0.0001∼0.0020％

B는, 열간 가공성의 향상이나 2차 가공 취화(secondary cold-work embrittlement)를 방지하는 데에 유효하다. 따라서, B는 0.0001％ 이상의 함유로 한다. 그러나, B를 0.0020％를 초과하여 함유하면, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, B량은 0.0001∼0.0020％의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.0002∼0.0010％의 범위이다. 보다 바람직하게는, 0.0002∼0.0005％의 범위이다.

이상이 본 발명의 기본 화학 성분이고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지지만, 추가로 내식성 향상의 관점에서 Cu, Mo, V 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유할 수 있다.

Cu: 0.01∼0.14％, Mo: 0.01∼0.14％ 중으로부터 선택되는 1종 이상

Cu, Mo는 내식성의 향상에 유효하고, Cu, Mo의 함유량은 각각 0.01％ 이상으로 한다. 그러나, Cu, Mo는 각각 0.14％를 초과하여 함유하면 가공성이 저하된다. 따라서, Cu를 함유하는 경우는, Cu량은 0.01∼0.14％의 범위로 하는 것이 바람직하다. Mo를 함유하는 경우는, Mo량은 0.01∼0.14％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cu, Mo 모두 0.02∼0.10％의 범위이다.

V: 0.01∼0.20％

V는 C, N과 결합하여 예민화를 억제하여 내식성을 향상시킨다. 이 효과는 0.01％ 이상의 첨가로 얻어진다. 그러나, 0.20％를 초과하여 함유하면 가공성이 저하되기 때문에, V를 함유하는 경우는, 0.01∼0.20％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.01∼0.10％의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 0.01∼0.06％의 범위이다.

2. 제조 조건에 대해서

다음으로 본 발명강의 적합 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선, 전로, 전기로 등과 강교반·진공 산소 탈탄 처리(strong stirring vacuum Oxygen Decarburization)(SS-VOD), 아르곤·산소 탈탄 처리(Argon Oxygen Decarburization)(AOD)에 의한 2차 정련(secondary refining)에 의해 상기한 적합 성분 조성의 강을 용제하고, 연속 주조법 또는 조괴법에 의해 강 소재(슬래브)로 한다. 다음으로, 1050∼1200℃로 가열하고 열간 압연을 행하여, 열연 강판으로 한다. 이어서, 800∼1020℃의 연속 어닐링과 산세정, 혹은 상자 어닐링(box annealing, batch annealing)과 산세정을 행한 후에, 냉간 압연, 820∼990℃의 마무리 어닐링을 행하여, 냉연 강판으로 한다.

주조시의 주입(鑄入) 온도는, TiN의 미세화 및 분산화의 관점에서, 용강의 응고 온도에 대하여 30∼60℃ 높은 온도로 하는 것이 바람직하다.

냉간 압연시의 압하율은, 충분한 가공성을 확보하기 위해, 특히 인장 시험에 있어서의 신장을 30％ 이상 확보하기 위해, 50％ 이상의 압하율로 압연을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 인장 시험에 있어서의 신장을 32％ 이상 확보하는 경우는, 압하율은 60％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 냉간 압연은 1회 또는 중간에 어닐링을 포함하는 2회 이상 행해도 좋다.

또한, 마무리 어닐링 후에, 가공성을 확보할 수 있는 범위에서 신장률 2.0％ 이하, 바람직하게는 1.0％ 이하의 범위에서, 스킨 패스 압연(skin pass rolling), 텐션 레벨링(tension leveling)을 행해도 좋다.

실시예 1

이하 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다.

표 1-1, 표 1-2에 나타내는 성분 조성의 페라이트계 스테인리스 강을, 주입 온도를 응고 온도 ＋50℃로 하여 주입하고, 30㎏ 강괴로 했다. 이어서, 1100℃의 온도로 가열 후, 열간 압연을 행하여, 판두께 4.0㎜의 열연 강판으로 했다. 이어서, 950℃에서 어닐링 및 산세정을 행하고, 냉간 압연을 행하여 판두께 1.0㎜로 했다. 이어서, 930℃의 마무리 어닐링 및 산세정을 행하여, 폭 20㎝×길이 40㎝의 냉연 강판을 각 강괴에 대해서 각 5매 제작했다.

얻어진 냉연 강판에 대해서, 표면 및 이면(裏面)에 대한 줄무늬 형상의 흠집 또는 모양의 유무를 관찰하여, 길이 30㎜ 이상의 것이 0개인 경우를 ◎AA(합격, 매우 양호), 1∼3개인 경우를 ○A(합격, 양호), 4개 이상 있는 경우를 ×C(불합격)로 하여 평가했다.

내식성은, 냉연 강판의 표면을 에머리 연마지(emery paper) ＃600으로 연마한 60㎜×80㎜의 시험편을 각 2매 제작하고, JIS(Japanese Industrial Standards) Z 2371(2000)에 준한 염수 분무 시험(salt spray test)(SST)을 행하여 평가했다. 염수 분무 시험은, 35℃, 5질량％ NaCl액을 분무하여 4시간 행한 후, 광학식 현미경을 이용하여 0.5㎜φ 이상의 발청점(rust point)을 세어, 각 2매의 합계수로 평가했다. 발청점이 0개인 경우를 ◎AA(합격, 매우 양호), 1∼4개인 경우를 ○A(합격, 양호), 5개 이상인 경우를 ×C(불합격)로 하여 평가했다.

가공성은, 압연 방향으로 평행한 JIS 13호 B 시험편을 각 3개 제작하고, JIS Z 2241(2011)에 준거한 인장 시험을 행하여, 신장의 평균값으로 평가했다. 신장의 평균값이, 35％ 이상을 ◎AA(매우 양호), 32％ 이상을 ○A(양호), 30％ 이상을 △B(합격), 30％ 미만을 ×C(불합격)로 하여 평가했다.

이상에 의해 얻어진 평가 결과를 표 1-2에 함께 나타낸다.

[표 1-1]

[표 1-2]

본 발명강인 No.1∼No.7 및 No.17∼No.19는, 표면 품질, 내식성 및 가공성 중 어느 것도 합격 레벨 이상이며 양호하다는 것을 알 수 있다.

한편, Si가 0.06％로 청구의 범위보다 낮은 No.9, Si 함유량이 Ti×N×100％보다 낮은 No.10, No.14, No.16, No.24는 표면 품질이 불합격이었다. 또한, Al 함유량이 0.16％로 청구 범위보다 높은 No.13 및 Si 함유량이 0.51％로 청구의 범위보다 높은 No.23도 표면 품질이 불합격이었다.

또한, Ti 함유량의 하한 Ti≥10×(C＋N)％로부터, Ti/(C＋N)≥10이기 때문에, Ti/(C＋N)이 10 미만인 No.8, Ca 함유량이 0.0037％로 청구 범위보다 높은 No.11 및, S 함유량이 0.010％ 혹은 0.008％로 청구 범위보다 높은 No.12 및 No.20은 내식성이 불합격이었다.

또한, Nb 함유량이 0.05％로 청구 범위보다 높은 No.21, Ti 함유량이 0.39％ 혹은 0.38％로 청구 범위보다 높은 No.15 및 No.22는 가공성이 불합격이었다.

본 발명에 의하면, 자동차 배기계 부품 등 주로 가공성이나 내식성이 요구되는 용도에 더하여, 건축물의 내장 또는 외장용의 부재, 주방 기기, 세탁기 및 전자레인지 등의 가전 부품용의 부재 중에서 외관이 중시되는 부재용으로서 폭넓게 이용이 가능해진다.

Claims

성분 조성이, 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.50％ 이하, Mn: 0.05∼0.40％, P: 0.026∼0.040％, S: 0.006％ 이하, Al: 0.01∼0.15％, Cr: 16.0∼19.0％, Ni: 0.05∼0.50％, Ti: 10×(C＋N)％∼0.35％, Nb: 0.03％ 이하, N: 0.015％ 이하, Ca: 0.0003∼0.0025％, B: 0.0001∼0.0020％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.
제1항에 있어서,
추가로, 성분 조성이, 질량％로, C: 0.003％ 이상 0.012％ 이하, Al: 0.02∼0.08％, Cr: 17.0∼18.5％, N: 0.010％ 이하, B: 0.0001∼0.0010％를 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가로, 성분 조성이, 질량％로, Si: 0.15％ 이상이면서 Ti×N×100％ 이상, 0.36％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 성분 조성이, 질량％로, Cu: 0.01∼0.14％, Mo: 0.01∼0.14％, V: 0.01∼0.20％ 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.
제4항에 있어서,
추가로, 성분 조성이, 질량％로, V: 0.01∼0.10％를 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강.