KR20180075528A - 피로 특성이 우수한 고강도 스테인리스 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

피로 특성이 우수한 고강도 스테인리스 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

과제: Si 함유량이 높은 가공 유기 마르텐사이트 생성 타입의 스테인리스강에 있어서, 내피로 특성의 개선에 효과적인 비금속 개재물의 분포 형태를 갖는 박판재를 실현한다.
해결 수단: 질량%로, C: 0.010 내지 0.200%, Si: 2.00% 초과 4.00% 이하, Mn: 0.01 내지 3.00%, Ni: 3.00% 이상 10.00% 미만, Cr: 11.00 내지 20.00%, N: 0.010 내지 0.200%, Mo: 0 내지 3.00%, Cu: 0 내지 1.00%, Ti: 0 내지 0.008%, Al: 0 내지 0.008%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 비금속 개재물 중, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 것의 개수 밀도가 L 단면 내에서 3.0개/㎟ 이하인 박강판.

Description

피로 특성이 우수한 고강도 스테인리스 강판 및 그 제조 방법
본 발명은, 가공 유기 마르텐사이트상의 생성, 고Si 함유에 의한 고용 강화, 및 시효 경화를 이용하여 매우 높은 강도를 얻을 수 있는 스테인리스 강종에 있어서, 조대한 경질 비금속 개재물의 생성을 현저히 억제한 강판에 관한 것이다. 또한, 그 제조 방법에 관한 것이다.
고강도 스테인리스강으로서, SUS301로 대표되는 준안정 오스테나이트계 스테인리스강이 널리 사용되고 있다. 단, SUS301로 고강도를 얻기 위해서는 냉간 압연 율을 높일 필요가 있고, 그만큼, 인성의 저하를 수반한다. 이 문제를 회피하여 고강도와 고인성을 높은 레벨로 양립시키는 기술로서, 가공 유기 마르텐사이트상의 생성, 고Si 함유에 의한 고용(固溶) 강화 및 시효 경화를 이용하여 고강도화를 도모하는 수법이 알려져 있고, ID 톱날 기판 등의 용도로 사용되고 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1에 개시되는 타입의 스테인리스강은 냉간 압연에 의해 가공 유기 마르텐사이트와 오스테나이트의 복상 조직이 얻어지고, 고강도, 고인성을 갖고, ID 톱날 등의 판 두께 0.1㎜ 이상의 회전 부재로서는 내피로 특성도 양호하다. 그러나, 예를 들어 판 두께가 0.1㎜ 미만, 특히 20 내지 70㎛와 같은 박판재로 가공되고, 또한 반복되는 탄성 변형을 받는 스프링재 용도에 적용하도록 하는 경우에는, 내피로 특성의 추가적인 향상이 요망된다. 강재의 내피로 특성을 저하시키는 요인으로서, 비금속 개재물의 존재를 들 수 있다. 동일한 사이즈의 개재물이라도 판 두께가 얇아질수록 판 두께에서 차지하는 개재물의 판 두께 방향 길이의 비율이 증가하고, 그것들의 개재물 입자의 주위에 응력이 집중되어 균열의 기점이나 전파 경로로서 기능하기 쉬워진다. 박판재일수록 비금속 개재물 기인의 피로 특성 저하를 개선하는 것은 어렵다.
강재의 비금속 개재물의 양을 저감하는(즉 청정도를 높이는) 방법으로서, 정제 시의 슬래그 조성을 적정화하는 수법이 여러 가지로 검토되어 왔다. 단, 가공 균열이나 피로 파괴를 방지하는 관점에서는 단순히 청정도를 향상시키는 것만으로는 반드시 충분하지 않고, 비금속 개재물의 조성을 컨트롤하는 것이 유효하다고 여겨진다. 예를 들어 특허문헌 2에는 SUS304 등의 범용 오스테나이트계 강종의 용제에 있어서, 돌로마이트계 내화물의 라이닝을 갖는 정제로를 사용하여 슬래그 염기도를 1.4 내지 2.4로 조정함으로써 비금속 개재물의 조성을 컨트롤하고, 가공 균열이 없는 오스테나이트계 스테인리스강을 수득하는 수법이 개시되어 있다. 그러나, 발명자들의 조사에 의하면, Si 함유량이 높은 강종의 경우, 특허문헌 2에 개시된 수법을 시도해도, 박판재에서의 피로 특성을 현저하게 개선하는 것은 곤란한 것을 알 수 있었다.
한편, 특허문헌 3에는 고Si 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서, 알루미나를 주체로 하는 융점이 높은 B1계 개재물의 합계량을 저감함으로써 고온 고농도 질산 중에서의 내식성을 개선하는 기술이 개시되어 있다. B1계 개재물의 생성을 억제하기 위해, Al에 의한 Cr의 환원 회수를 수행하지 않고, 또한 Al 함유량이 0.1% 정도로 낮은 Fe-Si 합금을 첨가하는 것이 기재되어 있다(단락 0052, 0053). 단, 특허문헌 3에서 대상으로 하고 있는 강은 Ni 함유량이 10% 이상의 오스테나이트 단상강이고(단락 0033), 가공 유기 마르텐사이트상 생성에 의한 고강도화를 의도한 강종이 아니다. 이 문헌에는 박판재의 스프링 용도에서의 내피로 특성을 개선하는 수법은 교시되어 있지 않다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에서 대상으로 하는 강종의 내피로 특성을 개선하기 위해서는 TiN계 개재물의 생성을 억제하는 것이 중요한데, 이 문헌에 개시된 용제 방법으로는 TiN계 개재물을 안정적으로 저감할 수는 없다.
특허문헌 1: 일본 특허공보 제3219117호 특허문헌 2: 일본 특허공보 제3865853호 특허문헌 3: 일본 특허공보 제5212581호
강 중에 포함되는 비금속 개재물 중에서도 융점이 높고 경질인 종류의 개재물은, 열간 압연 후에도 입상물로서 남고, 냉간 압연 후에는 어느 정도 파쇄된 경질 입자가 압연 방향으로 늘어서 있는 형태로 잔존한다. 따라서, 이 종류의 경질인 비금속 개재물의 생성을 현저하게 억제할 수 있다면, 박판재의 내피로 특성을 향상시킬 수 있다고 생각된다. 그러나, 가공 유기 마르텐사이트 생성 타입의 강종에서 매우 높은 강도 레벨을 얻기 위해서는, 2질량%를 초과하는 다량의 Si를 함유시킬 필요가 있다. 강 중의 Si 함유량을 그렇게 높게 하면, 경질인 비금속 개재물의 생성 억제가 매우 어려워진다. 특허문헌 3에 개시된 바와 같이, Al 첨가를 수행하지 않고, 또한 Al 함유량이 낮은 Fe-Si 합금을 첨가하는 수법을 적용하였다고 하더라도, 그것만으로는 박판재에서의 내피로 특성을 안정적으로 개선하기에는 이르지 않는다.
본 발명은, Si 함유량이 높은 가공 유기 마르텐사이트 생성 타입의 스테인리스강에 있어서, 내피로 특성의 개선에 효과적인 비금속 개재물의 분포 형태를 갖는 판 두께 20 내지 500㎛의 박판재를 대량 생산 현장에서 실현하려고 하는 것이다.
발명자들은 상세한 검토의 결과, 가공 유기 마르텐사이트 생성 타입의 고Si 함유 스테인리스 강종에 있어서, 박판 스프링재로서 사용했의 내피로 특성을 개선하기 위해서는, 열연 강판 중에 존재하는 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 양을 저감시키는 것이 매우 유효하다는 것을 발견하였다. 또한, 그러한 조대한 개재물의 저감화는, 용강 수용 용기의 부착물, 부원료, 조재제(造滓劑)로부터의 Ti, Al의 혼입을 엄격히 관리하는 것에 의해, 및 Si 첨가 후에 형성되는 최종적인 슬래그의 염기도를 통상보다 낮고 좁은 범위로 컨트롤하는 것에 의해, 대량 생산 조업에 있어서 실현 가능한 것을 알 수 있었다. 그리고, 이 열연 강판을 냉간 압연 공정으로 박판으로 했을 때, 박판 내부의 개재물은, 내피로 특성의 개선에 매우 유리한 존재 형태가 된다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하는 것이다.
즉, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 질량%로, C: 0.010 내지 0.200%, Si: 2.00% 초과 4.00% 이하, Mn: 0.01 내지 3.00%, Ni: 3.00% 이상 10.00% 미만, Cr: 11.00 내지 20.00%, N: 0.010 내지 0.200%, Mo: 0 내지 3.00%, Cu: 0 내지 1.00%, Ti: 0 내지 0.008%, Al: 0 내지 0.008%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖고, 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)에서, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하(즉 0 내지 20㎛), 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하(즉 0 내지 10㎛)로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자는 1개의 비금속 개재물이라고 간주할 때, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도가 L 단면 내에서 3.0개/㎟ 이하인, 판 두께 20 내지 500㎛의 스테인리스 강판이 제공된다.
여기서, L 단면 내에 나타나 있는, 어느 2입자에 대한 압연 방향의 입자간 거리(㎛)는, 각각의 입자가 존재하는 압연 방향 범위에 중복이 없는 경우에는, 쌍방의 압연 방향 범위 간의 압연 방향 간격(㎛)으로 하고, 중복이 있는 경우에는 0㎛로 한다. 마찬가지로, L 단면 내에 나타나 있는, 어느 2입자에 대한 판 두께 방향의 입자간 거리(㎛)는, 각각의 입자가 존재하는 판 두께 방향 범위에 중복이 없는 경우에는, 쌍방의 판 두께 방향 범위 간의 판 두께 방향 간격(㎛)으로 하고, 중복이 있는 경우에는 0㎛로 한다. 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하인 2입자는, 같은 「일군」에 속한다.
상기의 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물 중에서도 특히 내피로 특성에 대한 영향력이 큰 것으로서, (i) TiN계 개재물 입자, (ii) Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물 입자 중 상기 (i), (ii)의 1종 또는 2종을 포함하는 것을 들 수 있다.
상기의 Ti 함유량은 개재물로서 존재하는 Ti를 포함한 강 중의 총 Ti 함유량이다. 마찬가지로 상기의 Al 함유량은 개재물로서 존재하는 Al을 포함한 강 중의 총 Al 함유량이다.
개재물의 개수 밀도는 L 단면을 경면 연마한 관찰면을 SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 관찰함으로써 측정할 수 있다. 개재물의 종류가 TiN계 개재물, 또는 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물인지 여부의 판별은, 예를 들어 SEM에 부속된 EDX(에너지 분산형 형광 X선 분석 장치)에 의한 원소 분석에 의해 수행할 수 있다.
도 1에, 종래의 판 두께 120㎛의 냉연 강판(후술하는 종래예 번호 1)의 L 단면에 보여진 개재물의 SEM 사진을 예시한다. 도면의 가로 방향이 압연 방향, 세로 방향이 판 두께 방향으로 일치하고 있다. 거의 압연 방향을 따라 늘어서 있는 비금속 개재물 입자의 군이 (A) (B) 2개소에 보인다. (A)군과 (B)군의 최근접 입자끼리의 판 두께 방향의 입자간 거리를 도 1 중에 기호 S로 나타내고 있다. 판 두께 방향의 입자간 거리 S는 10㎛를 초과하고 있으므로, (A)군과 (B)군의 모든 입자를 대상으로 한 경우, 이들 입자는 「압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자」에는 해당하지 않는다. (A)군의 입자만을 대상으로 하면, 그것들의 구성 입자는 모두, 다른 적어도 1개의 구성 입자와의 위치 관계에 있어서 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하이므로, (A)군을 구성하는 각 입자는 「압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자」에 해당한다. 따라서 (A)군을 구성하는 각 입자는 1개의 비금속 개재물이라고 간주된다. 마찬가지로 (B)군을 구성하는 각 입자도 1개의 비금속 개재물이라고 간주된다. 도 1 중에는 2개의 비금속 개재물이 존재하고 있는 것이 되고, 각각의 압연 방향 길이를 도 1 중에 LA, LB로 표시하고 있다. 이 중, LA는 40㎛ 이상이기 때문에, 이들 2개의 비금속 개재물 중, 압연 방향 길이가 LA인 비금속 개재물은 「압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물」에 해당한다.
EDX 분석의 결과, 이들 비금속 개재물은 모두 TiN계 개재물이었다.
도 2에, 본 발명에 따른 판 두께 120㎛의 냉연 강판(후술하는 본 발명예 번호 5)의 L 단면에서의 도 1과는 다른 시야로 보여진 개재물의 SEM 사진을 예시한다. 도면의 가로 방향이 압연 방향, 세로 방향이 판 두께 방향과 일치하고 있다. 도 2 중에 늘어서서 존재하고 있는 각 비금속 개재물 입자는 「압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리는 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자」에 해당하므로, 이것들은 1개의 비금속 개재물로 간주된다. 이 비금속 개재물의 압연 방향의 길이는 40㎛를 조금 초과하고 있으므로, 「압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물」에 해당한다.
EDX 분석의 결과, 이 비금속 개재물은 TiN계 개재물이었다.
강판 L 단면에서의 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도는 이하과 같이 하여 구할 수 있다.
[압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도의 측정 방법]
강판의 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)을 경면 연마한 관찰면에 대해 SEM 관찰을 수행하고, 압연 방향 길이가 100㎛ 이상, 판 두께 방향 길이가 판 두께 전체 길이인 측정 영역을 무작위로 정하고, 그 측정 영역 내에 전체 또는 일부분이 존재하는 모든 「압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물」 중, 그 개재물의 전체가 상기 측정 영역 내에 존재하는 개재물, 및 그 개재물의 일부분이 상기 측정 영역의 밖으로 비어져 나와 있지만 압연 방향 길이의 1/2 이상의 부분이 측정 영역 내에 존재하는 개재물의 수를 카운트한다. 이 조작을 1 또는 중복되지 않는 2 이상의 측정 영역에 대해, 측정 영역의 총 면적이 10㎟ 이상이 될 때까지 수행하고, 각 측정 영역에서의 카운트 수의 총 합을 측정 영역의 총 면적으로 나눈 값을, 「압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도(개/㎟ )」로 한다.
또한, 열연 강판의 단계에서는, L 단면에 있어서, 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 총 개수 밀도가 0.05개/㎟ 이하인 것이 바람직하다.
원 상당 지름은, 관찰면에 나타나 있는 개재물 입자의 투영 면적과 같은 면적을 가진 원의 직경으로 환산한 입자 지름이다. 개개의 개재물 입자의 원 상당 지름은, 예를 들어 개재물을 촬영한 SEM 화상을 컴퓨터로 화상 처리함으로서 산출할 수 있다. 열연 강판에서의 상기 개재물의 개수 밀도는 이하와 같이 하여 구할 수 있다.
[열연 강판에서의 개재물의 개수 밀도의 측정 수법]
강판의 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)을 경면 연마한 관찰면에 대해 SEM 관찰을 수행하고, 무작위로 선택한 시야 내에 직사각형의 측정 영역을 정하고, 시야 내에서 관찰되는, TiN계 개재물 또는 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물로서, 또한 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 모든 개재물 입자 중, 그 입자의 전체가 상기 측정 영역 내에 존재하는 입자, 및 그 입자의 일부분이 상기 측정 영역의 밖으로 비어져 나와 있지만 입자 면적의 1/2 이상의 부분이 측정 영역 내에 존재하는 입자의 수를 카운트한다. 이 조작을 중복되지 않는 복수의 시야에 대해, 측정 영역의 총 면적이 200㎟ 이상이 될 때까지 수행하고, 각 시야에서의 카운트 수의 총 합을 측정 영역의 총 면적으로 나눈 값을, 「원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 총 개수 밀도(개/㎟)」로 한다.
열연 강판에서 상기의 개재물 분포를 나타내고 있으면, 그 후에 냉간 압연을 거쳐 박판재로 했을 때, 상기 소정의 개재물 분포가 얻어지고, 내피로 특성의 현저한 개선 효과가 얻어진다. 그러한 박판재로서는, 압연 방향의 인장 강도가 2000N/㎟ 이상인 것이 특히 적합한 대상으로서 들 수 있다. 상기의 조성을 갖는 열연 강판을 냉간 압연하여 수득된 강재는, 매트릭스(금속 소지)가 가공 유기 마르텐사이트상과 오스테나이트상의 혼합 조직이다.
상기 강판의 제조 방법으로서, 함Cr 용철에 산소를 취입하는 탈탄 과정을 마친, Cr 산화물 함유 슬래그를 탕면 위에 갖는 C 함유량 0.20% 이하의 용강에, 부원료 및 조제재를 투입하여 성분 조정을 수행할 때에, 용강 중의 Ti 함유량이 0.008질량% 이하, Al 함유량이 0.008질량% 이하가 되도록, 사용하는 용강 수용 용기, 부원료 및 조제재를 선정하고, 부원료로서 적어도 Fe-Si 합금을 용강 중에 용해시켜 탈산, 슬래그 중 Cr의 용강 중으로의 환원 회수, 및 강 중 Si 함유량의 조정을 수행하는 동시에, Ca 함유 조제재를 투입하여 슬래그 염기도(CaO/SiO2 질량비)를 1.3 내지 1.5로 조정하여, 상기의 화학 조성의 용강을 수득하는 공정,
상기의 공정에서 수득된 용강을 주조하여 주편을 수득하는 공정,
상기 주편에, 적어도 열간 압연을 포함하는 열간 가공을 실시하여, 열연 강판을 수득하는 공정,
상기 열연 강판에, 소둔 및 냉간 압연을 1회 이상 수행하여 판 두께 20 내지 500㎛의 냉연 강판으로 하는 공정
을 갖는 스테인리스 강판의 제조 방법이 제공된다.
여기서, 「용강 중의 Ti 함유량이 0.008질량% 이하, Al 함유량이 0.008질량% 이하가 되도록, 사용하는 용강 수용 용기, 부원료 및 조재제를 선정한다」란, 용강 수용 용기의 부착물, 부원료 및 조재제로부터 용강 중에 Ti, Al이 혼입됨으로써, 용강 중의 Ti 함유량이 0.008질량%를 초과하거나, Al 함유량이 0.008질량%를 초과하거나 하는 일이 없도록, 부착물이 적은 또는 부착물이 없는 용강 수용 용기를 사용하고, 또한 불순물 함유량이 낮게 관리된 부원료나 조재제를 사용하는 것을 의미한다. 함Cr 용철에 산소를 취입하는 탈탄 과정을 마친 단계의 용강은, Ti, Al의 함유량이 거의 제로라고 봐도 좋다. 따라서, 외부로부터의 혼입을 방지 또는 가능한 한 저감함으로써, Ti 함유량 0 내지 0.008%, Al 함유량 0 내지 0.008%의 강을 수득할 수 있다.
용강 중의 Ti 함유량이 0.006질량% 이하, Al 함유량이 0.006질량% 이하가 되도록, 사용하는 용강 수용 용기, 부원료 및 조재제를 선정하는 것이 보다 바람직하다.
용강 수용 용기는, 구체적으로는 내화물로 라이닝된 정제 용기나 레이들을 들 수 있다. 레이들을 그대로 정련 용기로서 사용할 수도 있다. 용강 수용 용기로서, 용기의 내면을 구성하는 내화물이 아직 용강의 수용에 사용되지 않은 것(새 솥)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 Fe-Si 합금으로서는, Al 함유량이 0.05질량% 이하, Ti 함유량이 0.05질량% 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 스피넬계 개재물 형성 원소인 Mg에 대해서는, 강 중의 함유량을 특히 규정하고 있지 않지만, 상술한 바와 같이 Ti, Al의 함유량을 저감하기 위해 유효한 용강 수용 용기, 부원료 및 조재제의 선정에 의해, 문제없는 레벨로 저감할 수 있는 것이 확인되어 있다. 이 경우, 강 중의 총 Mg 함유량은 0.002질량% 이하가 된다.
상기 냉연 강판에, 시효 처리를 실시함으로써, 매트릭스(금속 소지)가 가공 유기 마르텐사이트상과 오스테나이트상의 혼합 조직이고, 압연 방향의 인장 강도가 예를 들어 2000N/㎟ 이상인 강판을 수득할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가공 유기 마르텐사이트 생성 타입의 고Si 함유 스테인리스 강종에 있어서, 압연 방향 길이가 긴 경질의 비금속 개재물의 수를 현저하게 저감한 박판을, 대량 생산 조업에서 실현하는 것이 가능해졌다. 이 종류의 고Si 강종은, 스테인리스강 중에서도 최고 레벨의 강도를 발현할 수 있는 것이고, 지금까지 주로 ID 톱날 등의 용도로 사용되어 왔다. 본 발명에 따른 개재물 제어에 의해, 박판재에서의 내피로 특성이 개선되므로, 박판 스프링재의 용도로의 적용이 가능해진다. 따라서 본 발명은, 이 강종에 특유의 고강도 특성을 이용하여, 전자 기기 그 외에 사용되는 박판 스프링 부품을 한층 더 소형화하는 데에 기여할 수 있다.
도 1은 종래예 번호 1의 냉연 강판의 L 단면에 보이는 비금속 개재물의 SEM 사진.
도 2는 본 발명예 번호 5의 냉연 강판의 L 단면에 보이는 비금속 개재물의 SEM 사진.
도 3은 종래예 번호 4의 열연 강판 L 단면에 관찰되는 전형적인 TiN계 개재물의 SEM 사진.
도 4는 본 발명예 번호 5의 열연 강판 L 단면에 관찰되는 전형적인 TiN계 개재물의 SEM 사진.
[화학 조성]
이하, 화학 조성에 관한 「%」는 특별히 언급하지 않는 한 「질량%」를 의미한다.
본 발명에서는, 하기 (A)에 나타내는 화학 조성의 강을 대상으로 한다.
(A) 질량%로, C: 0.010 내지 0.200%, Si: 2.00% 초과 4.00% 이하, Mn: 0.01 내지 3.00%, Ni: 3.00% 이상 10.00% 미만, Cr: 11.00 내지 20.00%, N: 0.010 내지 0.200%, Mo: 0 내지 3.00%, Cu: 0 내지 1.00%, Ti: 0 내지 0.008%, Al: 0 내지 0.008%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물.
이 조성을 갖는 강종은, 냉간 압연 시에 가공 유기 마르텐사이트를 생성하여 강도가 상승한다. 또한, 그 후의 시효 처리에 의해 C, N 등의 용질 원자가 주로 마르텐사이트상 중에서 코트렐 분위기를 형성하여 전위를 고착하고, 강도를 향상시키는 작용이 생긴다(변형 시효). 또한, 강 중에 다량으로 존재하는 Si가 마르텐사이트상이나 잔류 오스테나이트상의 고용 강화를 초래하여, 강도 향상에 기여한다.
본 발명에서는, 특히 상기의 Si에 의한 강도 향상 작용을 충분히 누리기 위해, Si 함유량이 2.00%를 초과하는 것을 대상으로 한다. 단, Si 함유량이 너무 많아지면 열간 가공 균열이 생기기 쉬워지는 등의 폐해가 현재화된다. 여기에서는 Si 함유량을 4.00% 이하로 제한한다.
C는, 오스테나이트상 형성 원소이고, 또한 강을 강화시키기 위해 필요한 원소이다. 단 과잉의 C 함유는 내식성이나 인성의 저하를 초래한다. 본 발명에서는, C 함유량 0.010 내지 0.200%의 강을 대상으로 하지만, 특히 고강도를 노리는 경우에는 C 함유량을 0.050 내지 0.100의 범위로 하는 것이 유리해진다.
N은, 오스테나이트상 형성 원소이고, 또한 강을 강화시키기 위해 필요한 원소이다. 단 과잉의 함유는 TiN계 개재물의 형성을 조장하는 요인이 된다. 본 발명에서는, N 함유량 0.010 내지 0.200%의 강을 대상으로 한다. 이 범위라면, 후술하는 바와 같이 Ti의 혼입을 억제하는 제조 방법에 의해, TiN계 개재물의 입자 지름 분포를 본 발명 규정 범위로 적정화하는 것이 가능하다. N 함유량의 보다 바람직한 범위는 0.050 내지 0.085%이다.
Mn은, 그 함유량을 조정함으로써 오스테나이트 안정도를 제어하기 쉬운 원소이고, 0.01 내지 3.00%의 범위에서 함유량이 조정된다. 다량의 Mn을 함유시키면 가공 유기 마르텐사이트상이 유기되기 어려워진다. Mn 함유량은 1.00% 이하의 범위에서 조정하는 것이 보다 바람직하고, 0.50% 이하의 범위로 관리해도 좋다.
Ni는, 오스테나이트상 형성 원소이고, 상온에서 준안정 오스테나이트상으로 하기 위해 3.00% 이상의 함유량을 확보한다. Ni 함유량이 너무 많아지면 가공 유기 마르텐사이트상이 유기되기 어려워지므로, Ni 함유량은 10.00% 미만으로 한다. 7.00 내지 9.50%로 하는 것이 보다 바람직하다.
Cr은, 내식성을 확보하기 위해 필요한 원소이다. 본 발명에서는 Cr 함유량 11.00 내지 20.00%의 강을 대상으로 한다. Cr은 페라이트상 형성 원소이고, 상기를 초과하여 다량으로 함유하면 고온에서 오스테나이트 단상 조직을 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. Cr 함유량의 보다 바람직한 범위는 12.00 내지 15.00%이다.
Mo는, 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 것 외에, 시효 처리에 의해 Mo계 석출물을 형성하여 강화에 기여함과 동시에, 냉간 압연으로 가공 경화한 조직이 시효 처리로 연화되기 어렵게 하는 작용을 가지므로, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이들 작용을 충분히 누리기 위해서는 1.0% 이상의 Mo 함유량을 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 압연 방향의 인장 강도가 2000N/㎟ 이상인 것 같은 강도 레벨을 의도하는 경우에는, Mo를 2.00% 이상 함유시키는 것이 극히 효과적이다. 단, 다량의 Mo 함유는 고온에서의 δ 페라이트상의 생성을 초래하므로, Mo를 함유시키는 경우는 3.00% 이하의 함유량 범위로 한다. 2.50% 이하의 범위로 관리해도 좋다.
Cu는, 시효 처리 시에 Si와의 상호 작용에 의해 강도를 상승시키는 작용을 가지므로, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 그 경우, 0.01% 이상의 Cu 함유량으로 하는 것이 보다 바람직하다. 다량의 Cu 함유는 열간 가공성을 저하시키는 요인이 된다. Cu를 함유시키는 경우는, 1.00% 이하의 함유량 범위로 한다.
Ti는, TiN계 개재물을 형성하는 원소이고, 특히 고Si 함유 강에서는 TiN이 생성되기 쉬우므로, Ti 함유량을 낮게 억제할 필요가 있다. 여러가지로 검토한 결과, Ti 함유량은 0.008% 이하로 할 필요가 있고, 0.006질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Ti 함유량은 낮을수록 바람직하지만, 대량 생산 조업에서는 비용을 감안하여 Ti 함유량은 0.001% 이상의 범위로 하는 것이 합리적이다.
Al은, Al2O3를 형성하여 스피넬계 개재물의 발생 요인이 되고, 특히 고Si 함유 강에서는 용강 중에서 Al2O3가 생성되기 쉬우므로, Al 함유량을 낮게 억제할 필요가 있다. 본 발명에서는 Al 함유량은 낮을수록 바람직하다. 여러가지로 검토한 결과, Al 함유량은 0.008% 이하로 할 필요가 있고, 0.006질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Al 함유량은 낮을수록 바람직하지만, 대량 생산 조업에서는 비용을 감안하여 Al 함유량은 0.001% 이상의 범위로 하는 것이 합리적이다. 단, Al 함유량이 상기의 범위라도, 후술하는 바와 같이 Si 첨가 후의 슬래그 염기도를 적정화하지 않으면, 스피넬계 개재물의 입자 지름 분포를 본 발명 규정 범위로 안정적으로 얻는 것은 어렵다.
불가피적 불순물로서, P 함유량은 0.040% 이하, S 함유량은 0.002% 이하로 하는 것이 바람직하고, Mg 함유량은 0 내지 0.002%로 하는 것이 바람직하다.
냉간 압연에서의 가공 유기 마르텐사이트상의 생성 용이함을 조정하기 위해, 하기 (1) 식으로 정의되는 Md30값이 -50 내지 0의 범위에 있는 것이 바람직하다.
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo …(1)
여기서, 식 (1)의 원소 기호의 개소에는 질량%로 표시되는 당해 원소의 함유량의 값이 대입된다.
[비금속 개재물]
강 중에 존재하는 비금속 개재물은, 크게 나눠 융점이 낮고 연질인 타입과 융점이 높고 경질인 타입으로 분류된다. 본 발명 대상 강의 경우, 전자의 연질인 타입은 주로 CaO-SiO2계의 것이다. 이 연질 타입의 개재물은 열간 압연 온도에서 액체이기 때문에 열간 압연 시에 압연 방향으로 신장되어, 그 후의 냉간 압연에서는 그것이 짓눌러져 더욱 미세하게 분산된다. 이 종류의 연질 개재물은 박판재의 내피로 특성에 거의 악영향을 미치지 않는다.
문제가 되는 것은 후자의 경질 타입의 개재물이다. 이 종류의 개재물은 열간 압연 후에도 입상물로서 남고, 냉간 압연 후에는 어느 정도 파쇄된 경질 입자가 압연 방향으로 늘어서는 형태로 잔존한다. 판 두께가 얇아질수록 판 두께에서 차지하는 개재물의 판 두께 방향 길이의 비율이 증가하고, 그것들 개재물 입자의 주위에 응력이 집중되어 균열의 기점이나 전파 경로로서 기능하기 쉬워진다. 본 발명 대상 강에서 문제가 되는 경질 타입의 개재물은, TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물인 것을 알 수 있었다. 특히 TiN계 개재물은 주조 시에 용강 온도가 내려가는 과정에서 Ti의 용해도가 감소함에 따라 성장하는 경향이 있어서, 문제가 되기 쉽다.
발명자들의 검토에 의하면, 열연 강판의 단계에서, 상기의 TiN계 개재물과 스피넬계 개재물 중, 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상이지만 개수 비율을 적게 해 두면, 예를 들어 판 두께 20 내지 500㎛와 같은 박판재로 했을 때, 반복되는 탄성 변형을 받았을 때의 내피로 특성을 개선하기 위해 유리한 개재물 분포 형태가 얻어진다. 구체적으로는, 열연 강판의 단계에서, 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)에서, 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 총 개수 밀도가 0.05개/㎟ 이하인 조직 상태로 해 두는 것이 매우 유효하다.
보다 바람직한 열연 강판의 조직 상태로서는, 상기의 개수 밀도의 규정에 더해, 추가로, 상기 L 단면에서, TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 원 상당 지름에 의한 최대 입자 지름이 10.0㎛ 이하인 금속 조직을 들 수 있다. 이 경우, 최대 입자 지름을 정하기 위한 L 단면 측정 면적은, 200㎟ 이상으로 하면 좋다.
판 두께 20 내지 500㎛의 박판에 있어서는, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도가 L 단면 내에서 3.0개/㎟ 이하인 것이, 반복의 탄성 변형을 받았을 때의 내피로 특성을 개선하기 위해 극히 유효한 것을 알 수 있었다. 여기에서는, 상술한 바와 같이, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자는 1개의 비금속 개재물이라고 간주한다.
내피로 특성에 관해서는, 어느 정도 접근하여 늘어서 있는 인접 개재물 입자는, 연속된 1개의 입자로서 존재하고 있는 경우와 마찬가지로, 크랙 발생의 기점으로서 기능한다. 여러가지로 검토한 결과, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하를 유지하여 늘어서 있는 복수의 비금속 개재물 입자로 이루어진 입자군(1개의 비금속 개재물이라고 간주되는 것)으로서, 특히, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 것은, 본 발명에서 대상으로 하는 고강도 강에서, 반복의 탄성 변형을 부여했을 때의 크랙 발생 기점이 되기 쉽다. 그러나, 그러한 비금속 개재물이라도, L 단면에서의 개수 밀도를 3.0개/㎟ 이하로까지 저감하면, 내피로 특성이 개선되는 것이다. 그 이유로서, 압연 방향 길이 40㎛ 이상의 비금속 개재물의 존재 밀도가 충분히 저감되어 있는 경우에는, 그것들의 비금속 개재물은 크랙 전파 경로로서의 기능을 발휘하기 어려워지지는 않을까라고 추측된다.
압연 방향 길이 40㎛ 이상의 비금속 개재물의 L 단면에서의 개수 밀도가 낮을수록, 박판의 내피로 특성 향상에는 유리해진다. 만약, 스크랩을 사용하지 않고 순도가 높은 원료만을 사용하여, 예를 들어 실험용의 용해로 등으로 강을 용제하면, 비금속 개재물의 극히 적은 박판재를 제작하는 것은 가능하다고 생각된다. 그러나, 대량 생산 현장에서 두께 20 내지 500㎛의 강판을 제조하는 경우, 압연 방향 길이 40㎛ 이상의 비금속 개재물의 생성을 완전히 방지하는 것은, 제강 공정에 대한 부하를 증대시켜 비용 증가로 이어진다. 따라서, 판 두께 20 내지 500㎛의 박판에 있어서, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 L 단면 내의 개수 밀도는, 0.1 내지 3.0개/㎟의 범위로 하는 것이 합리적이다.
[제조 방법]
상술한 경질 비금속 개재물의 입도 분포가 적정화된 스테인리스 강판은, 일반적인 스테인리스강의 용제 설비를 이용하여 제조할 수 있다. 대표적으로는 VOD 프로세스 및 AOD 프로세스를 들 수 있다. 어느 것에서도, 우선, 함Cr 용철에 산소를 취입하는 탈탄 과정을 마친, Cr 산화물 함유 슬래그를 탕면 위에 갖는 C 함유량 0.20% 이하의 용강을 제조한다. 이 단계까지는, 사용하는 용강 수용 용기로서, 부착물 등으로부터 Ti나 Al이 거의 또는 전혀 혼입되지 않은 용기를 선정하는 것을 제외하고, 통상적인 방법에 따라 제강 과정을 진행할 수 있다.
이 단계의 용강은 산소를 취입하는 탈탄을 마친 용강이기 때문에, 이산화성(易酸化性) 원소 Ti, Al, Mg, Si는, 거의 전량이 용강 중으로부터 산화 제거되어 있다. 즉, 용강 중에는 Ti, Al, Mg, Si는 거의 존재하지 않는다. 또한, 용강 중에 다량으로 포함되는 Cr도 그 일부가 산화되어, Cr 산화물로서 용강의 탕면 위에 슬래그를 형성하고 있다. 이 Cr 산화물 주체의 슬래그 중에는 용강 중에서 제거된 상기 Ti, Al, Mg, Si도 산화물로서 존재한다. 한편, 용강 중에는 탈탄을 위해 취입하는 산소가 다량으로 용존하고 있다. 따라서, 주조 전에는 탈산을 수행할 필요가 있다. 또한, 본 발명에서는 Si 함유량이 2.00%를 초과하는 고Si 강을 제조하기 위해, Si를 강 중에 함유시킬 필요가 있다. 또한, 탈탄 시에 용강 중에서 빠져나온 Cr을 슬래그 중으로부터 강 중으로 되돌리는 처리(Cr 환원 회수)를 수행하는 것이 바람직하다. 그래서 본 발명에서는, Fe-Si 합금을 용강 중에 투입함으로써, 상기의 「탈산」, 「Si 함유량 조정」, 「Cr 환원 회수」를 일거에 수행한다. 또한, 필요에 따라 그 외의 부원료를 투입하여, 성분 조정을 수행한다.
용강 중에 Fe-Si 합금을 투입하여 Si 함유량이 2.00%를 초과하도록 조정하면, 다량으로 첨가한 Si원에 의해 강 중의 탈산이 진행된다. 이 탈산에 의한 강 중의 산소 농도는 하기 (2) 식의 화학 반응에서의 화학 평형에 의해 결정된다.
Si(금속 중)+2O(금속 중)=SiO2(슬래그 중) …(2)
이 평형 상수 K는 하기 (3) 식과 같이 나타난다.
K=A(SiO2)/A(Si)/A(O)2 …(3)
여기서, A(X)는 성분 X의 활량이다. (3)식에서 알 수 있듯이, 용강 중의 Si 활량(즉 Si 농도)이 높을수록 용강 중의 산소 활량(즉 산소 농도)은 낮은 상태에서 평형한다. 따라서, 다량의 Si원을 첨가하는 본 발명 대상의 용강에서는, 저Si 함유강(예를 들어 SUS304 등의 일반적인 강)의 경우보다도 용강 중의 산소 농도가 낮아진다.
한편, 슬래그 중의 Al 산화물과 용강 중의 산소와의 사이에도 하기 (4)식에 기초한 화학 평형이 성립한다.
2Al(금속 중)+3O(금속 중)=Al2O3(슬래그 중) …(4)
이 화학 평형에 의해, 용강 중의 산소 농도가 낮은 경우에는 용강 중의 Al 농도가 높아짐으로써 평형이 유지된다. 이 관계는 Ti나 Mg에 대해서도 동일하게 적용된다. 즉, 용강 중의 산소 농도가 낮으면 용강 중의 Al 농도, Ti 농도 및 Mg 농도가 높아진다.
용강 중의 Al 농도, Mg 농도가 높을수록 스피넬계의 개재물이 생성·성장하기 쉽다. 용강 중의 Ti 농도가 높을수록 TiN계 개재물이 생성·성장하기 쉽다. 따라서, 이들 개재물의 생성·성장을 억제하기 위해서는, 용강 중의 Si 농도를 높임에 따른 용강 중 산소 농도의 저하를 가능한 한 억제할 필요가 있다. 용강 중의 산소 농도의 저하를 억제하기 위해서는, 슬래그 중의 SiO2 농도가 높을수록 유리하다. 그래서 본 발명에서는 슬래그 염기도(CaO/SiO2 질량비)를 낮게 컨트롤하는 수법을 취한다. 구체적으로는 조재제로서 첨가하는 Ca 함유 물질의 투입량을 조정한다. 조재제로서는 생석회 CaO를 사용하면 좋다. 또한, 플럭스 성분으로서 필요에 따라 첨가되는 CaF2에서도 슬래그 중에 Ca가 공급된다. CaF2에서 공급되는 Ca도, CaO 양으로 환산하여 염기도를 산출할 때의 CaO 값에 더한다. 여러가지로 검토한 결과, Fe-Si 합금의 투입이 끝난 후에 탕면에 존재하는 슬래그에서, 그 슬래그 염기도가 1.3 이상 1.5 이하의 범위가 되도록 하는 것이 효과적인 것을 알 수 있었다. 1.3 이상 1.45 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 1.3 이상 1.4 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 슬래그 염기도가 낮을수록 용강 중의 산소 농도의 저하가 억제되고, 슬래그로부터 Ti, Al, Mg가 용강 중에 들어가기 어려워진다. 단, 슬래그 염기도가 너무 낮아지면 Cr2O3 등의 다른 종류의 개재물이 다량으로 생성되어 버린다. 또한, 탈황 능력도 저하된다. 따라서 최종적인 슬래그 염기도를, 1.3보다 낮아지지 않는 좁은 범위로 컨트롤하는 것이 극히 유효하다.
상술한 바와 같이, 산소를 취입하는 탈탄을 마친 용강 중에는 Ti, Al, Mg가 거의 포함되어 있지 않고, 이들 원소는 Cr 산화물을 주체로 하는 슬래그 중에 산화물로서 존재하고 있다. 이 슬래그 중의 Ti, Al, Mg는, 원료나 내화물로부터 혼입된 것, 및 전기로나 전로 등의 설비에 부착되어 있던 전(前) 충전의 슬래그, 메탈 등으로부터 혼입된 것이다. 상기의 슬래그 염기도의 컨트롤에 의해, 강판 중의 경질 개재물의 입자 지름 분포를 전술한 바와 같이 적정화하려면, 산소를 취입하는 탈탄을 마친 시점 이후, 즉 Fe-Si 합금을 투입하는 시점 이후에, Ti, Al, Mg의 새로운 혼입을 가능한 한 방지할 필요가 있다. 특히 용강 수용 용기에 전 충전으로 부착된 슬래그 등이 남아 있으면, 그 부착물로부터 혼입되는 소량의 Ti나 Al에 의해, 조대한 경질 개재물이 생성되기 쉬운 것이 확인되었다. 용강 수용 용기로부터의 혼입을 방지하기 위해서는, 용기의 내면을 구성하는 내화물이 아직 용강의 수용에 사용되고 있지 않은 용강 수용 용기(새 솥)를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 일반적으로 스테인리스강의 제조 현장에서 사용되고 있는 Fe-Si 합금 중에는 Al, Ti 등의 불순물이 포함되어 있고, 거기로부터 혼입되는 Al, Ti도 조대한 경질 개재물의 생성 요인이 되는 것이 확인되었다. 따라서, 본 발명에서는 순도가 높은 Fe-Si 합금을 적용할 필요가 있다. 구체적으로는, Al 함유량이 0.05질량% 이하, Ti 함유량이 0.05질량% 이하인 Fe-Si 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 그 외의 부원료나 조재제로부터도 Ti, Al이 가능한 한 혼입되지 않도록 유의하는 것이 바람직하다.
최종적으로 용강 중의 Ti 함유량이 0.008질량% 이하, Al 함유량이 0.008질량% 이하가 되도록, 사용하는 용강 수용 용기, 부원료 및 조재제를 선정하는 것이 중요하다. 최종적인 강 중의 Ti 함유량, Al 함유량이 상기를 초과하는 경우에는, 전술한 슬래그 염기도의 컨트롤을 수행하였다고 하더라도, 안정적으로 상기 원하는 경질 개재물 입자 지름 분포를 실현하는 것이 어렵다. 또한, Mg에 대해서는 최종적으로 용강 중의 함유량이 0.002질량% 이하가 되도록 컨트롤하는 것이 바람직하지만, Ti 및 Al이 상기의 함유량에 맞도록 사용하는 용강 수용 용기, 부원료 및 조재제를 선정하면, Mg의 강 중 함유량을 특별히 규제하지 않아도 스피넬계 개재물의 입자 지름 분포는 상기 원하는 상태가 되어, 문제는 생기지 않는 것이 확인되었다.
용강 중의 Ti 함유량이 0.006질량% 이하, Al 함유량이 0.006질량% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
주조는 통상적인 방법에 따라 수행하면 좋다. 통상은 연속 주조법에 의해 주편을 수득한다. 본 명세서에서는, 주조에 의해 수득된 강재(응고 조직을 갖는 것)를 주편이라고 부르고 있다. 따라서, 조괴법(造塊法)으로 수득되는 강괴(잉곳)도, 편의상, 여기서 말하는 주편에 포함된다.
수득된 주편에 대해 적어도 열간 압연을 포함하는 열간 가공을 실시하여, 열연 강판을 수득한다. 조괴법의 경우에는, 분괴 압연이나 열간 단조를 거친 후, 열간 압연을 실시한다. 열간 압연의 가열 온도는 1100 내지 1250℃, 열연 강판의 판 두께는 예를 들어 2.5 내지 6.0㎜로 하면 좋다. 이렇게 하여, 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)에서, 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 총 개수 밀도가 0.05개/㎟ 이하인 스테인리스강 열연 강판을 수득할 수 있다.
다음으로, 이 열연 강판에, 소둔, 냉간 압연, 시효 처리를 실시함으로써, 고강도 스테인리스강의 박판재를 수득할 수 있다. 냉간 압연의 공정은 중간 소둔 공정을 포함하여 복수회 수행해도 좋다. 각 열처리 공정 후에는 필요에 따라 산세가 실시된다. 열연 강판에 실시하는 소둔(열연판 소둔)의 조건은 예를 들어 1000 내지 1100℃×40 내지 120sec, 최종적인 냉간 압연율(중간 소둔을 실시하는 경우에는 최종의 중간 소둔 후의 냉간 압연율)은 예를 들어 40 내지 70%, 시효 처리 조건은 예를 들어 400 내지 600℃×10 내지 60min으로 할 수 있다. 박판 스프링재의 용도에서는, 예를 들어 최종 판 두께를 150㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고 100㎛ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어 두께 20 내지 70㎛의 박판재로 할 수도 있다. 이렇게 하여, 매트릭스(금속 소지)가 가공 유기 마르텐사이트상과 오스테나이트상의 혼합 조직인 고강도 스테인리스강의 박판재를 수득할 수 있다. 가공 유기 마르텐사이트상의 면적율 M과 오스테나이트상의 면적율 A의 비율은, 통상, M:A가 30:70 내지 50:50의 범위가 된다. Mo를 예를 들어 2.00% 이상 함유하는 것에서는, 압연 방향의 인장 강도가 2000N/㎟ 이상인 고강도를 얻을 수 있다. 박판재에 있어서는, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자는 1개의 비금속 개재물이라고 간주할 때, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도가 L 단면 내에서 3.0개/㎟ 이하인 조직 상태가 얻어지고, 그 박강판은 반복되는 탄성 응력이 부여되는 스프링재 용도에서 양호한 내피로 특성을 나타낸다.
실시예
표 1에 나타내는 강을 VOD 프로세스로 용제하였다. 모두 VOD 설비로 함Cr 용철에 산소를 취입하는 최종의 탈탄 과정을 마치고, Cr 산화물 함유 슬래그를 탕면 위에 갖는 C 함유량 0.10% 이하의 용강을 수득하였다. 이 단계에서의 C 함유량은 표 1에 나타낸 최종적인 C 함유량과 거의 동등하다.
Figure pct00001
VOD 설비에서의 최종적인 탈탄에서는 용강 수용 용기로서 레이들을 사용하고, 그 후, 주조 전까지의 공정을 같은 레이들로 진행하였다. 그 레이들은, 번호 1, 2의 종래예에서는 전 충전으로서 Ti 함유 스테인리스강의 용제에 사용한 것을 사용하고, 번호 3, 4의 종래예에서는 전 충전으로서 Ti 무첨가 스테인리스강의 용제에 사용한 것을 사용하고, 번호 5의 본 발명예에서는 레이들의 내면을 구성하는 내화물이 아직 용강의 수용에 사용되고 있지 않은 것(새 솥)을 사용하였다.
상기의 최종 탈탄을 마친 용강에 Fe-Si 합금을 투입하여, 용강 중의 Si 함유량을 목표값으로 조정하는 동시에, 탈산, 및 슬래그 중 Cr의 환원 회수를 수행하였다. 이 단계에서의 용강 중 Si 함유량은 표 1에 나타낸 최종적인 Si 함유량과 거의 동등하다. Fe-Si 합금으로서는, 번호 1 내지 4의 종래예에서는 JIS G2302:1998에 규정되는 페로 실리콘 2호에 상당하는 것을 사용하였다. 분석의 결과, 이 페로 실리콘 2호품은, 제품 롯트에 의해 약간의 변동은 있지만, Al: 1.0질량% 정도, Mg: 0.07질량% 정도, Ti: 0.08질량% 정도를 함유하고 있었다. 한편, 번호 5의 본 발명예에서는 Al 함유량을 매우 저감한 고품위 Fe-Si 합금을 사용하였다. 분석의 결과, 이 고품위 Fe-Si 합금의 Al, Mg, Ti 함유량은, Al: 0.009질량%, Mg: 0.001질량% 미만, Ti: 0.012질량%이었다.
Fe-Si 합금의 투입에 이어, 조재제로서 공업용 생석회(CaO)를 슬래그 중에 투입하였다. 그 후, 슬래그를 채취하여 성분 분석을 수행하였다. 그 결과, 슬래그 염기도는, 번호 1 내지 4의 종래예에서는 1.60 내지 1.65, 번호 5의 본 발명예에서는 1.33이었다.
각 예 모두, 상기와 같이 하여 수득한 용강을 연속 주조하고, 열간 압연을 거쳐 판 두께 3.8㎜의 열연 강판을 수득하였다. 열간 압연에서의 가열 온도는 1230℃로 하였다. 수득된 열연 강판에 대해, L 단면을 SEM에 의해 관찰하고, 앞서 게재한 「열연 강판에서의 개재물의 개수 밀도의 측정 수법」에 따라, 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물의 총 개수 밀도를 측정하였다. 그 결과, 상기 총 개수 밀도는 번호 1 내지 4의 종래예에서는 0.20 내지 0.45개/㎟, 번호 5의 본 발명예에서는 0.02개/㎟였다. 본 발명에 따른 용제 수법에 의해, 조대한 경질 개재물의 생성을 현저하게 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
도 3에 종래예 번호 4의 열연 강판 L 단면에 관찰되는 전형적인 TiN계 개재물의 SEM 사진을, 또한 도 4는 본 발명예 번호 5의 열연 강판 L 단면에 관찰되는 전형적인 TiN계 개재물의 SEM 사진을 각각 예시한다. 모두 사진의 가로 방향이 압연 방향이다. 또한, 사진 중에 보이는 십자 커서는 EDX 분석의 빔 조사 위치를 나타내는 것이다.
다음으로, 열연 강판에서 채취한 샘플을 사용하여, 1050℃×60sec의 열연판 소둔, 냉간 압연, 1050℃×60sec의 중간 소둔, 냉간 압연, 500℃×30min의 시효 처리를 실시하고, 매트릭스(금속 소지)가 가공 유기 마르텐사이트상과 오스테나이트상의 혼합 조직인 판 두께 120㎛의 박판재를 제작하였다. 수득된 박판재의 압연
방향의 인장 강도는 모두 2000N/㎟를 상회하였다.
이러한 박판재의 L 단면에 대해, 앞서 게재한 「압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도의 측정 방법」에 따라, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도를 측정하였다. 단, 상술한 바와 같이, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자는 1개의 비금속 개재물이라고 간주하였다. 측정의 결과, 상기 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 L 단면 내의 개수 밀도는 번호 1 내지 4의 종래예에서는 8.2 내지 33.2개/㎟ , 번호 5의 본 발명예에서는 2.4개/㎟였다. EDX 분석의 결과, 카운트 대상이 된 비금속 개재물은, TiN계 개재물 입자, 또는 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물 입자로 구성되어 있었다.
본 발명예에서는, 내피로 특성의 저하 요인이 되는 압연 방향 길이 40㎛ 이상의 경질 비금속 개재물의 수가, 종래예와 비교해 대폭으로 감소하고 있었다.
참고를 위해, SUS304(Si 함유량 0.55%)에 대해, Fe-Si 합금에 의한 탈산을 수행한 경우의 제조예를 나타낸다. 전 충전에 Ti 함유 스테인리스강의 용제에 사용한 레이들을 용강 수용 용기로서 사용하고, VOD 설비로 함Cr 용철에 산소를 취입하는 탈탄 과정을 마치고, Cr 산화물 함유 슬래그를 탕면 위에 갖는 C 함유량 약 0.05%의 용강을 수득하였다. 이 용강에, 상기 페로 실리콘 2호에 상당하는 Fe-Si 합금을 첨가하여, Si 함유량을 조정하였다. 또한, 조재제로서의 공업용 생석회(CaO)를 투입하였다. 그 후, 질화크롬을 투입하여 성분 조정을 마쳤다. 최종적인 슬래그를 채취하여 분석한 바, 슬래그 염기도는 1.65였다. 이 용강을 연속 주조하여, 통상적인 방법으로 열간 압연을 수행하여 판 두께 3.5㎜의 열연 강판을 수득하였다. 이 열연 강판에 대해, 상기 번호 1 내지 5의 경우와 마찬가지로 비금속 개재물의 존재 상황을 조사하였다. 그 결과, 원 상당 지름이 6.0㎛ 이상인 TiN계 개재물과 Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물은 보이지 않았다. 이 SUS304의 예와, 상술한 번호 1 내지 4의 종래예를 대비하면, Si 함유량이 높은 스테인리스 강종에서는, 경질 개재물의 생성을 억제하는 것이 매우 어려운 것을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 질량%로, C: 0.010 내지 0.200%, Si: 2.00% 초과 4.00% 이하, Mn: 0.01 내지 3.00%, Ni: 3.00% 이상 10.00% 미만, Cr: 11.00 내지 20.00%, N: 0.010 내지 0.200%, Mo: 0 내지 3.00%, Cu: 0 내지 1.00%, Ti: 0 내지 0.008%, Al: 0 내지 0.008%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖고, 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)에서, 압연 방향의 입자간 거리 20㎛ 이하, 또한 판 두께 방향의 입자간 거리 10㎛ 이하로 늘어서 있는 일군의 비금속 개재물 입자는 1개의 비금속 개재물이라고 간주할 때, 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수 밀도가 L 단면 내에서 3.0개/㎟ 이하인, 판 두께 20 내지 500㎛의 스테인리스 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기의 압연 방향 길이가 40㎛ 이상인 비금속 개재물은, (i) TiN계 개재물 입자, (ii) Al, Mg의 1종 이상을 함유하는 스피넬계 개재물 입자 중 상기 (i), (ii)의 1종 또는 2종을 포함하는 것인, 스테인리스 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압연 방향의 인장 강도가 2000N/㎟ 이상인, 스테인리스 강판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 매트릭스(금속 소지)가 가공 유기 마르텐사이트상과 오스테나이트상의 혼합 조직인, 스테인리스 강판.
  5. 함Cr 용철에 산소를 취입하는 탈탄 과정을 마친, Cr 산화물 함유 슬래그를 탕면 위에 갖는 C 함유량 0.20% 이하의 용강에, 부원료 및 조재제를 투입하여 성분 조정을 수행할 시, 용강 중의 Ti 함유량이 0.008질량% 이하, Al 함유량이 0.008질량% 이하가 되도록, 사용하는 용강 수용 용기, 부원료 및 조재제를 선정하고, 부원료로서 적어도 Fe-Si 합금을 용강 중에 용해시켜 탈산, 슬래그 중 Cr의 용강 중으로의 환원 회수, 및 강 중 Si 함유량의 조정을 수행하는 동시에, Ca 함유 조재제를 투입하여 슬래그 염기도(CaO/SiO2 질량비)를 1.3 내지 1.5로 조정하고, 하기 (A)에 나타내는 화학 조성의 용강을 수득하는 공정,
    상기의 공정에서 수득된 용강을 주조하여 주편을 수득하는 공정,
    상기 주편에, 적어도 열간 압연을 포함하는 열간 가공을 실시하여, 열연 강판을 수득하는 공정,
    상기 열연 강판에, 소둔 및 냉간 압연을 1회 이상 수행하여 판 두께 20 내지 500㎛의 냉연 강판으로 하는 공정
    을 갖는 스테인리스 강판의 제조 방법.
    (A) 질량%로, C: 0.010 내지 0.200%, Si: 2.00% 초과 4.00% 이하, Mn: 0.01 내지 3.00%, Ni: 3.00% 이상 10.00% 미만, Cr: 11.00 내지 20.00%, N: 0.010 내지 0.200%, Mo: 0 내지 3.00%, Cu: 0 내지 1.00%, Ti: 0 내지 0.008%, Al: 0 내지 0.008%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물.
  6. 제5항에 있어서, 용강 수용 용기로서, 용기의 내면을 구성하는 내화물이 아직 용강의 수용에 사용되고 있지 않은 것(새 솥)을 사용하는, 스테인리스 강판의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 Fe-Si 합금으로서, Al 함유량이 0.05질량% 이하, Ti 함유량이 0.05질량% 이하인 것을 사용하는, 스테인리스 강판의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 냉연 강판에 시효 처리를 실시하는 공정을 추가로 갖는, 스테인리스 강판의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 매트릭스(금속 소지)가 가공 유기 마르텐사이트상과 오스테나이트상의 혼합 조직이고, 압연 방향의 인장 강도가 2000N/㎟ 이상인 강판을 수득하는, 스테인리스 강판의 제조 방법.
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