KR20170056047A - 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법 - Google Patents

오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법 Download PDF

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강형구
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조규진
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Abstract

오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법이 개시된다. 개시된 오스테나이트계 스테인리스강은, 상기 오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 이하의 깊이에 해당하는 제1 영역에 포함되는 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 깊이에 해당하는 제2 영역에 포함되는 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)의 비(Gs/Gi)가 0.5 이하이다. 따라서, 오스테나이트계 스테인리스강의 강도를 저감하기 위하여 결정립 크기를 증가시키면서 스테인리스강의 후가공에도 강판 표면의 오렌지 필에 의한 표면 조도 열화를 방지할 수 있으며, 에어컨 냉매 배관으로 사용되는 동관 또는 알루미늄관을 스테인리스관으로 대체하여 비용을 감소시킬 수 있다.

Description

오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법{AUSTENITIC STAINLESS STEEL HAVING EXCEELENT ORANGE PEEL RESISTANCE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 강도를 저감하기 위하여 결정립 크기를 증가시키면서 강판의 두께 영역 별 평균 결정립 크기를 제어하여 스테인리스강의 후가공에도 강판 표면의 오렌지 필에 의한 표면 조도 열화를 방지할 수 있는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 가정용 및 자동차용 에어컨 냉매 배관으로 스테인리스강을 적용하고자 하는 시도가 있었다. 이는 내식성이 우수할 뿐만 아니라 비교적 소재 비용이 저렴하기 때문이다.
그러나, 에어컨 냉매 배관 시공 시 설치 공간에 제약을 받기 때문에, 많은 경우 배관을 시공함에 있어 인력으로 배관을 구부리는 등의 작업이 필수적으로 수반되는데, 종래의 동관 또는 알루미늄관은 그 재질이 충분이 연하여 문제가 없으나, 일반적인 스테인리스강은 배관 시공 시 필수적으로 구비되어야 하는 가요성을 구비하지 못 한다는 문제점이 존재한다.
금속재료는 인장 또는 압축 등 변형을 받으면 가공경화가 발생하여 변형을 받을수록 더욱 강해지는 특성이 있다. 배관을 구부리는 것은 인장과 압축의 복합적인 작용으로 구부리는 정도가 심해짐에 따라 소재는 더욱 경질화된다. 특히, 오스테나이트계 스테인리스강으로서 가장 널리 사용되는 304강은 가공경화의 정도가 심해 에어컨 배관 시공을 해야 하는 공간 내에서 인력으로 배관을 구부리는 것은 매우 곤란하다.
이를 해결하기 위하여 강도를 저감하기 위한 방법으로는 결정립 크기, 즉 입도를 증가시킴으로써 스테인리스강의 강도를 저감할 수 있다. 스테인리스강의 강도는 입도가 증가할수록 낮아지기 때문이다. 그러나, 결정립 크기가 증가하면 가공 시 표면에 요철형태의 결함인 오렌지필이 나타나기 때문에 단순히 결정립의 크기를 증가시켜 스테인리스강의 강도를 저감하기는 어렵다. 이러한, 오렌지필은 미관상 좋지 않아 제거 대상이며, 이를 연마를 통한 제거하게 되면 추가적인 비용 및 시간이 소모되는 문제점이 있다.
한국 공개특허문헌 제10-2010-0020446호
본 발명의 실시예들은 강도를 저감하기 위하여 결정립 크기를 증가시키면서 강판의 두께 영역 별 평균 결정립 크기를 제어하여 스테인리스강의 후가공에도 강판 표면의 오렌지 필에 의한 표면 조도 열화를 방지할 수 있는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 스트립 캐스팅(Strip Casting)에 의하여 오스테나이트계 스테인리스강을 주조하여 델타페라이트상의 함량을 제어하여 표면 결정립의 성장을 억제하여 오렌지 필에 의한 표면 조도 열화를 방지할 수 있는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 이하의 깊이에 해당하는 제1 영역에 포함되는 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 깊이에 해당하는 제2 영역에 포함되는 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)의 비(Gs/Gi)가 0.5 이하이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, 실리콘(Si): 0.1 내지 0.65%, 망간(Mn): 1.0 내지 3.0%, 니켈(Ni): 6.5 내지 10.0%, 크롬(Cr): 16.5 내지 18.5%, 구리(Cu): 6.0%이하(0은 제외), 탄소(C)+질소(N): 0.13% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs)는 100㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강은 스트립 캐스팅(Strip Casting)에 의하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스트립 캐스팅에 의하여 상기 스테인리스강의 주조에서 응고시 잔류하는 델타페라이트상의 함량이 5% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 냉간압연 조직은 델타페라이트상의 함량이 0.5% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 스테인리스강의 주조시 회전하는 한쌍의 롤 사이를 통과하면서 고체로 냉각시키는 스트립 캐스팅에 의하여 제조되며, 오스테나이트계 스테인리스강을 주조하여 응고시 잔류하는 델타페라이트상의 함량(Delta)이 5％ 이상이 되도록 하기 식(1)에 따라 성분을 제어하여 열연강판을 제조한다.
Delta=((Cr+Mo+1.5Mn+0.5Nb+2Ti+18)/(Ni+0.3Cu+30*(C+N)+0.5Mn+36)+0.262)×161-161 -------------------- 식(1)
여기서, 상기 식(1)의 원소 기호는 해당 원소의 질량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, 실리콘(Si): 0.1 내지 0.65%, 망간(Mn): 1.0 내지 3.0%, 니켈(Ni): 6.5 내지 10.0%, 크롬(Cr): 16.5 내지 18.5%, 구리(Cu): 6.0%이하(0은 제외), 탄소(C)+질소(N): 0.13% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열연강판을 열처리한 후, 총압하율 50%이상으로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하며, 상기 냉연강판의 냉간압연 조직은 델타페라이트상의 함량이 0.5% 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 오스테나이트계 스테인리스강의 강도를 저감하기 위하여 결정립 크기를 증가시키면서 스테인리스강의 후가공에도 강판 표면의 오렌지 필에 의한 표면 조도 열화를 방지할 수 있으며, 에어컨 냉매 배관으로 사용되는 동관 또는 알루미늄관을 스테인리스관으로 대체하여 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 오스테나이트계 스테인리스강을 스트립 캐스팅(Strip Casting)에 의하여 주조하여 델타페라이트상의 함량을 제어하여 표면 결정립의 성장을 억제하여 오렌지 필에 의한 표면 조도 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 스트립 캐스팅(Strip Casting) 공정을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스 냉연강판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관을 90° 굽힌 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 도 1에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면을 나타내는 사진이다.
도 5는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면을 나타내는 사진이다.
도 6은 도 1에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 단면 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 7은 종래의 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 단면 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 결정립의 크기와 오스테나이트계 스테인리스강 배관을 90° 굽힌 후 표면 조도를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, 실리콘(Si): 0.1 내지 0.65%, 망간(Mn): 1.0 내지 3.0%, 니켈(Ni): 6.5 내지 10.0%, 크롬(Cr): 16.5 내지 18.5%, 구리(Cu): 6.0%이하(0은 제외), 탄소(C)+질소(N): 0.13% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하에서는 본 발명의 가요성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 구성하는 성분들의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.
실리콘(Si)은 0.1 ~ 0.65 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
실리콘(Si)은 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 원소이므로, 0.1% 이상이 첨가된다.
그러나 과도하게 높은 함량의 Si를 첨가하는 경우 소재가 경질화되며, 산소와 결합하여 개재물을 형성함으로써 내식성이 저하되므로 상한을 0.65%로 제한한다.
망간(Mn)은 1.0 ~ 3.0 중량%의 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
망간(Mn)은 탈산을 위해 필수적으로 첨가 될 뿐만 아니라 오스테나이트상의 안정화도를 증가시키는 원소로써 오스테나이트 밸런스 유지를 위해서는 1.0% 이상을 첨가한다. 그러나, 과도하게 높은 함량의 Mn 첨가는 소재의 내식성을 저하시키므로 그 상한은 3.0%로 제한한다.
니켈(Ni)은 6.5 ~ 10.0 중량%의 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
니켈(Ni)은 크롬(Cr)과 복합 첨가함으로써 내공식성과 같은 내식성의 개선에 효과적일 뿐만 아니라, 그 함유량이 증가하면 오스테나이트강의 연질화를 도모할 수 있다.
또한 오스테나이트계 스테인리스강의 상안정화도 개선에도 기여하는 원소에 해당하는바, 오스테나이트 밸런스 유지를 위하여 6.5% 이상을 첨가한다. 그러나, 과도하게 높은 함량의 니켈(Ni) 첨가는 강 비용의 상승을 초래하므로 상한을 10.0%로 제한한다.
크롬(Cr)은 16.5 ~ 18.5 중량% 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
크롬(Cr)은 내식성을 향상시키는 필수적인 원소로서 범용으로 사용되기 위해서는 16.5% 이상이 첨가되어야 한다. 그러나, 과도하게 높은 함량의 크롬(Cr) 첨가는 오스테나이트상의 경질화를 유발하고 비용의 상승을 초래하므로 상한을 18.5%로 제한한다.
구리(Cu)는 6.0 중량% 이하 범위 내에서 조절하여 첨가한다.
구리(Cu)는 오스테나이트강의 연질화를 야기할 수 있다. 그러나 과도하게 높은 함량의 구리(Cu) 첨가는 열간 가공성을 저하시키고, 오히려 오스테나이트상을 경질화시킬 수 있으므로 그 상한을 6.0%로 제한한다.
탄소(C)+질소(N)는 0.13 중량% 이하로 첨가되어야 한다.
탄소(C)와 질소(N)는 침입형 고용강화 원소로서 오스테나이트계 스테인리스강을 경질화 시킬 뿐만 아니라 그 함량이 높으면 가공 시 발생하는 변형유기 마르텐사이트를 경질화하여 소재의 가공 경화도가 증가하게 된다. 따라서, 탄소(C) 및 질소(N)의 함량을 제한할 필요성이 있으며, 본 발명에서는 C+N의 함량을 0.13% 이하로 제한한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 이하의 두께에 해당하는 제1 영역에 포함되는 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 두께에 해당하는 제2 영역에 포함되는 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)의 비율(Gs/Gi)이 0.5 이하이다.
즉, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면에 인접한 제1 영역에 분포된 표면 결정립의 크기를 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 내부 결정립보다 작게 유지하여 상기 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 굽힘에도 표면에 오렌지필을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs)는 100㎛ 이하일 수 있다. 반면에, 상기 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)는 스테인리스 강판의 강도를 저감하기 위하여 100㎛ 초과일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 스테인리스강의 주조시 회전하는 한쌍의 롤 사이를 통과하면서 고체로 냉각시키는 스트립 캐스팅(Strip Casting)에 의하여 제조된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 스트립 캐스팅(Strip Casting) 공정을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.
상기 스트립 캐스팅 공정은 용강으로부터 직접 박물의 열연스트립을 생산하는 공정으로서, 열간 압연공정을 생략하여 제조원가, 설비 투자비용, 에너지 사용량, 공해가스 배출량 등을 획기적으로 저감할 수 있는 철강공정 프로세스이다.
상기 스트립 캐스팅 공정에 사용되는 쌍롤형 박판주조기는 도 1을 참조하면, 용강을 래들(2)에 수용시키고, 노즐을 따라 턴디쉬(3)로 유입되며, 턴디쉬(3)로 유입된 용강은 주조 롤(1) 양 끝단부에 설치된 에지 댐(6)의 사이, 그리고 주조 롤(1)의 사이로 용강 주입노즐(4)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이때 주조 롤(1) 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 메니스커스 쉴드(5)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙을 빠져나오면서 박판(7)이 제조되어 인발되면서 압연기(8)를 거쳐 압연이 된 후 냉각공정을 거쳐 권취 설비(9)에서 권취된다.
상기 스트립 캐스팅 공정은 액상의 용강을 1 내지 5mm 두께의 판재로 직접 주조하면서, 주조판에 빠른 냉각 속도를 인가하는 것으로, 쌍롤형 스트립캐스터를 이용하여 열연코일을 제조하는 것이다. 상기 쌍롤형 스트립 캐스터는 서로 반대방향으로 회전하는 주조 롤(1)과 측면에 설치된 에지 댐(6) 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 내지 5mm의 얇은 열연 강판이 제조된다. 상기 스트립 캐스팅 공정에서는 박판을 직접 주조하므로 연속 주조에 의한 슬라브 제조 및 열간 압연 공정을 생략할 수 있는 장점이 있다.
특히, 오스테나이트계 스테인리스강은 통상의 연속주조 시 응고상의 안정성 확보를 위해 응고 초기에는 델타페라이트상부터 생성이 되고 이후에 오스테나이트상으로의 응고가 이루어진다. 이때 주조 시 잔류하는 델타페라이트상의 함량은 강종 별로 1 내지 10％ 전후이다. 즉, 통상적인 슬라브 주조시, 슬라브 내에 델타페라이트상이 잔류한다.
다만, 이후, 상기 슬라브를 열간 압연을 위해 재가열로에서 2시간 이상 가열을 하는데, 이때 대부분의 델타페라이트상은 고상변태에 의해 오스테나이트상으로 분해가 이루어지게 되고, 이후 열간 압연 역시 고온에서 이루어지므로 슬라브 주조 조직에 존재하던 델타페라이트상은 대부분 분해된다. 따라서, 통상적인 오스테나이트 스테인리스강 열연코일의 델타페라이트 함량은 0.5％ 미만이다.
상기 스트립 캐스팅 공정은 수냉 롤을 이용하여 용강으로부터 직접 박판을 주조하므로, 슬라브의 재가열 및 열간 압연 공정이 생략되므로, 델타페라이트상의 함량이 5% 이상으로 높게 나타나며, 상기 델타페라이트상은 스테인리스 강판의 표면에 주로 잔류하여 상기 델타페라이트상의 존재는 결정립의 성장을 억제할 수 있다.
따라서, 상기 스트립 캐스팅 공정에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스 열연 강판의 조직 내 잔류하는 델타페라이트상의 함량을 5% 이상으로 제어하여, 최종 제품에 잔류하는 조직 내 델타페라이트상의 함량을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면에 인접한 영역에 분포된 표면 결정립의 크기를 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 내부 결정립보다 작게 형성할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스 열연강판에 잔류하는 델타페라이트상의 함량은 5% 이상일 수 있다.
상기 오스테나이트계 스테인리스강을 주조하여 응고시 잔류하는 델타페라이트상의 함량(Delta)이 5％ 이상이 되도록 제어하기 위하여, 하기 식(1)에 따라 성분을 제어할 수 있다.
Delta=((Cr+Mo+1.5Mn+0.5Nb+2Ti+18)/(Ni+0.3Cu+30*(C+N)+0.5Mn+36)+0.262)×161-161 -------------------- 식(1)
여기서, 상기 식(1)의 원소 기호는 해당 원소의 질량%이다.
이후, 상기 열연강판을 열처리한 후, 총압하율 50%이상으로 냉간 압연하여 오스테나이트계 스테인리스 냉연 강판을 제조할 수 있다.
상기 냉간 압연 공정을 거쳐 냉간 압연된 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스 냉연강판의 냉간압연 조직은 델타페라이트상의 함량이 0.5% 이상일 수 있다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
표 1에서는 본 발명에서 제시하는 바와 같이 스트립 캐스팅(Strip Casting) 공법으로 제조하여 주조된 열연강판의 델타페라이트상의 함량(Delta)이 5 이상이 되도록 제어하여, 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하였다. 이후, 50% 총압하율로 냉간 압연을 거쳐, 냉연 강판을 제조하였으며, 이를 15% 인장한 후 표면 조도(오렌지필)를 측정하였다. 인장 시에는 JIS13B와 같이 표준 인장시편을 제조하여도 좋고, 판재를 그대로 인장하여도 좋다. 15%는 동일한 조건에서 비교하기 위함이며, 반드시 15% 인장에서만 본 발명이 특성이 나타나는 것은 아니다.
오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 이하의 깊이에 해당하는 영역에 포함되는 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 깊이에 해당하는 영역에 포함되는 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)를 측정하여 이의 비율(Gs/Gi)을 나타내었다.
여기서, 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs)는 오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 이하의 깊이에 해당하는 영역에 포함되는 결정립의 평균 결정립 크기를 의미한다. 또한, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)는 오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 깊이에 해당하는 영역에 포함되는 결정립의 평균 결정립 크기를 의미한다.
Delta 공정 Gs/Gi 오렌지필 여부
실시예 1 5.1 스트립 캐스팅 0.47 ○
실시예 2 6.2 스트립 캐스팅 0.42 ○
실시예 3 7.2 스트립 캐스팅 0.37 ○
실시예 4 8.5 스트립 캐스팅 0.42 ○
비교예 1 5.5 연속 주조 1.03 ×
비교예 2 6.4 연속 주조 0.95 ×
비교예 3 4.1 스트립 캐스팅 0.74 ×
비교예 4 6.2 연속 주조 0.97 ×
상기 표 1을 참조하면, 스트립 캐스팅 공정으로 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하고, 델타페라이트상의 함량을 5% 이상으로 제어한 경우, 최종 제품에 오렌지필이 발생하지 않음을 알 수 있다. 또한, 델타페라이트상의 함량을 5% 이상으로 제어한 경우, 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)의 비율(Gs/Gi)이 0.5 이하인 것을 알 수 있다.
상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4의 표면 입도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
표면 입도(Gs, ㎛) 오렌지필 여부
실시예1 14 ○
실시예2 40 ○
실시예3 58 ○
실시예4 85 ○
비교예1 105 ×
비교예2 145 ×
비교예3 192 ×
비교예4 280 ×
상기 표 2를 참조하면, 표면 입도 Gs가 100㎛ 이하인 스테인리스강 판재에서는 오렌지필이 양호하였으며, 비교예와 같이 표면 입도 100㎛ 초과인 스테인리스강 판재에서는 오렌지필이 뚜렷하게 나타났다.
상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4의 표면 입도 및 내부 입도를 측정하고 이들의 비율을 하기 표 3에 나타내었다.
표면 입도(Gs, ㎛) 내부 입도(Gi, ㎛) Gs/Gi 오렌지필 여부
실시예1 14 30 0.47 ○
실시예2 40 95 0.42 ○
실시예3 58 155 0.37 ○
실시예4 85 201 0.42 ○
비교예1 105 102 1.03 ×
비교예2 145 153 0.95 ×
비교예3 192 260 0.74 ×
비교예4 280 290 0.97 ×
상기 표 3에서는, 표면 입도(Gs)가 100㎛ 이하를 만족하며, 표면 입도(Gs)와 내부 입도(Gi)의 비율(Gs/Gi)이 0.5 이하인 조건에서 오렌지필 저항 특성이 양호함을 나타낸다.
하기 표 4에서는 본 발명에서 제시하는 바와 같이 스트립 캐스팅(Strip Casting) 공법으로 제조하여 주조된 열연강판의 델타페라이트상의 함량(Delta)이 5 이상이 되도록 제어하여, 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하였다.
이후, 50% 총압하율로 냉간 압연을 거쳐, 오스테나이트계 스테인리스강 배관을 제작하였으며, 이를 핸드 벤더를 이용하여 90° 벤딩하고, 굽힘 부의 표면 조도(오렌지필)를 관찰하였다. 핸드 벤더는 균일한 곡률반경으로 변형을 가하기 위해서 사용된 것이며, 반드시 핸드 벤더일 필요는 없다. 또한, 90°의 각도는 공통된 변형량을 가하기 위함이며 반드시 해당 각도에서만 본 발명의 특성이 얻어지는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스 냉연강판을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관을 90° 굽힌 모습을 나타내는 사진이다.
오스테나이트계 스테인리스강(100) 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강(100)의 표면으로부터 10% 이하의 깊이에 해당하는 제1 영역(A1)에 포함되는 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 깊이에 해당하는 제2 영역(A2)에 포함되는 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)를 측정하여 이의 비율(Gs/Gi)을 나타내었다.
표면 입도(Gs, ㎛) 오렌지필 여부
실시예 1 35 ○
실시예 2 50 ○
실시예 3 69 ○
실시예 4 95 ○
비교예 1 110 ×
비교예 2 150 ×
비교예 3 170 ×
비교예 4 250 ×
상기 표 4의 실시예와 같이 표면 입도(Gs)가 100㎛ 이하인 배관에서는 오렌지필이 양호하였으며, 비교예와 같이 표면 입도(Gs) 100㎛ 초과인 배관에서는 오렌지필이 뚜렷하게 나타났다.
따라서, 표면입도가 100㎛ 초과인 배관에서 오렌지필이 발생하는 바 표면 입도(Gs)는 100㎛ 이하로 유지하되, 스테인리스강의 결정립의 크기를 증대를 통한 스테인리스강의 강도의 저감화를 위하여 내부 결정립(Gi)의 크기를 증가시킨다.
예를 들어, 오스테나이트계 스테인리스강의 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)는 100㎛ 초과일 수 있다.
표면입도(Gs, ㎛) 내부입도(Gi, ㎛) Gs/Gi 오렌지필 여부
실시예 1 35 101 0.35 ○
실시예 2 50 152 0.33 ○
실시예 3 69 169 0.41 ○
실시예 4 95 210 0.45 ○
비교예 1 110 102 1.08 ×
비교예 2 150 153 0.98 ×
비교예 3 170 260 0.65 ×
비교예 4 250 201 1.24 ×
상기 표 5의 실시예와 같이 표면 입도(Gs)가 100㎛ 이하를 만족하며, 표면 입도(Gs)와 내부 입도(Gi)의 비율(Gs/Gi)이 0.5 이하인 경우, 오렌지필 저항성이 양호함을 알 수 있다.
도 4는 도 1에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면을 나타내는 사진이다. 도 5는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면을 나타내는 사진이다. 도 6은 도 1에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 단면 미세조직을 나타내는 사진이다. 도 7은 종래의 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 단면 미세조직을 나타내는 사진이다.
구체적으로, 도 4 및 도 6은 상기 실시예 3에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면 및 단면 미세조직이며, 도 5 및 도 7은 상기 비교예 3에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면 및 단면 미세조직이다.
상기 표 4, 표 5, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면에 오렌지필이 발생하지 않음을 알 수 있으며, 단면 미세조직에서 스테인리스강의 표면에 인접한 영역의 결정립들은 평균적으로 100㎛이하의 크기를 가지며, 스테인리스강의 내부의 결정립들은 평균적으로 100㎛ 초과의 크기를 가져, 스테인리스강의 표면에 인접한 영역의 결정립들의 크기가 보다 미세하게 형성됨을 알 수 있다. 또한, 비교예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 표면에 오렌지필이 발생하여 미관이 열위함을 알 수 있으며, 단면 미세조직에서 스테인리스강의 표면에 인접한 영역의 결정립들의 크기가 스테인리스강의 내부의 결정립들에 비하여 다소 미세하게 형성되긴 하나, 스테인리스강의 표면에 인접한 영역의 결정립들은 평균적으로 100㎛초과의 크기를 가지는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 결정립의 크기와 오스테나이트계 스테인리스강 배관을 90° 굽힌 후 표면 조도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 의하여 표면의 결정립 크기(Gs)를 제한하여, 스테인리스강 소재의 강도 저감을 위해 스테인리스강 전체의 평균 결정립 크기는 증가시키면서도 오렌지필이 억제되는 스테인리스강 배관을 제조할 수 있음을 나타낸다. 즉, 도 8에서 비교예들은 표면조도(RZ)가 10㎛를 초과하여 오렌지필이 발생하는 반면, 실시예들은 내부의 결정립 크기(Gi)가 비교예들과 마찬가지로 증가함에도 표면조도(RZ)가 10㎛ 이하 수준으로 오렌지필이 억제됨을 알 수 있다.
구체적으로, 도 8에서, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)가 100㎛인 실시예은 상기 실시예 1에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강 배관으로 표면조도(RZ)가 약 4.5㎛로 오렌지필이 발생하지 않으며, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)가 150㎛인 실시예은 상기 실시예 2에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강 배관으로 표면조도(RZ)가 약 4.8㎛로 오렌지필이 발생하지 않으며, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)가 200㎛인 실시예은 상기 실시예 4에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강 배관으로 표면조도(RZ)가 약 5.2㎛로 오렌지필이 발생하지 않음을 알 수 있다.
이와 달리, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)가 100㎛인 비교예는 상기 비교예 1에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강 배관으로 표면조도(RZ)가 약 12㎛로 오렌지필이 발생하며, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)가 150㎛인 비교예는 상기 비교예 2에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강 배관으로 표면조도(RZ)가 약 19㎛로 오렌지필이 발생하며, 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)가 200㎛인 비교예는 상기 비교예 4에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강 배관으로 표면조도(RZ)가 약 22㎛로 오렌지필이 발생함을 알 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1: 주조 롤 2: 래들
3: 턴디쉬 4: 용강 주입노즐
5: 메니스커스 쉴드 6: 에지 댐
7: 박판 8: 압연기
9: 권취 설비 100: 스테인리스 강판

Claims (9)

  1. 오스테나이트계 스테인리스강 전체 두께에 대하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 이하의 깊이에 해당하는 제1 영역에 포함되는 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs) 및 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 10% 초과의 깊이에 해당하는 제2 영역에 포함되는 내부 결정립의 평균 결정립 크기(Gi)의 비(Gs/Gi)가 0.5 이하인 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, 실리콘(Si): 0.1 내지 0.65%, 망간(Mn): 1.0 내지 3.0%, 니켈(Ni): 6.5 내지 10.0%, 크롬(Cr): 16.5 내지 18.5%, 구리(Cu): 6.0%이하(0은 제외), 탄소(C)+질소(N): 0.13% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
  3. 제1항에 있어서, 상기 표면 결정립의 평균 결정립 크기(Gs)는 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스테인리스강은 스트립 캐스팅(Strip Casting)에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
  5. 제4항에 있어서, 스트립 캐스팅에 의하여 상기 스테인리스강의 주조에서 응고시 잔류하는 델타페라이트상의 함량이 5% 이상인 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스테인리스강의 냉간압연 조직은 델타페라이트상의 함량이 0.5% 이상인 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
  7. 스테인리스강의 주조시 회전하는 한쌍의 롤 사이를 통과하면서 고체로 냉각시키는 스트립 캐스팅에 의한 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법에 있어서,
    오스테나이트계 스테인리스강을 주조하여 응고시 잔류하는 델타페라이트상의 함량(Delta)이 5％ 이상이 되도록 하기 식(1)에 따라 성분을 제어하여 열연강판을 제조하는 단계를 포함하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
    Delta=((Cr+Mo+1.5Mn+0.5Nb+2Ti+18)/(Ni+0.3Cu+30*(C+N)+0.5Mn+36)+0.262)×161-161 -------------------- 식(1)
    여기서, 상기 식(1)의 원소 기호는 해당 원소의 질량%이다.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, 실리콘(Si): 0.1 내지 0.65%, 망간(Mn): 1.0 내지 3.0%, 니켈(Ni): 6.5 내지 10.0%, 크롬(Cr): 16.5 내지 18.5%, 구리(Cu): 6.0%이하(0은 제외), 탄소(C)+질소(N): 0.13% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열연강판을 열처리한 후, 총압하율 50%이상으로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계를 더 포함하며,
    상기 냉연강판의 냉간압연 조직은 델타페라이트상의 함량이 0.5% 이상인 것을 특징으로 하는 오렌지필 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.

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