KR20190072307A - 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강 및 이의 제조방법 - Google Patents

표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 쌍롤식 박한 주조공정을 이용하여 스테인리스강을 얻고자 함에 있어서, 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강 및 이것의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강 및 이의 제조방법 {HIGH-NITROGEN STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT SURFACE QUALITY AND MATHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 내부 질소 고용도를 극대화한 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
스테인리스강(stainless steel)은 통상 크롬(Cr)을 12 중량% 이상 함유하여 내부식성을 향상시킨 강재를 칭한다.
이러한 스테인리스강은 화학적 조성 및 금속학적 조직에 따라 오스테나이트계, 페라이트계, 듀플렉스계, 석출강화계, 마르텐사이트계 등으로 구분할 수 있다. 그중에서도 오스테나이트계 스테인리스 강은 금속학적 조직의 특성으로 인한 다양한 장점을 갖추고 있다.
온도가 낮아질수록 충격에 의한 인성이 급격하게 감소하는 페라이트계, 마르텐사이트계, 듀플렉스계와 달리 오스테나이트계 스테인리스강은 극저온에서도 인성의 저하가 크지 않기 때문에 극한지역에 사용되는 파이프, 액화가스의 보관 용기 등에 적용된다. 또한, 오스테나이트계 스테인리스강은 고온에서 우수한 강도를 갖기 때문에 고온에 적용되는 용도로도 적합하다. 뿐만 아니라, 오스테나이트계 스테인리스강은 페라이트계 스테인리스 강에 비해 연신율 및 성형성이 우수하여 철사, 와이어, 케이블 등의 고성형성 소재의 용도로도 적합하다.
지금까지, 오스테나이트 스테인리스강을 제조하기 위해서는 오스테나이트 안정화 원소인 니켈(Ni)을 약 10 중량% 이상 다량 함유하였다 (특허문헌 1). 그런데 상기 니켈은 고가의 원소이며, 가격의 변동폭이 크기 때문에 안정적인 오스테나이트계 스테인리스강의 생산이 어렵다. 망간(Mn) 역시 상기 니켈과 마찬가지로 오스테나이트 안정화를 향상시키는 원소이나, 내식성을 저하시키기 때문에 6 중량% 이상 함유할 수 없다.
따라서, 오스테나이트계 스테인리스강을 안정적으로 제조할 수 있는 기술이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-0766251호
본 발명의 일 측면은, 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강 및 이것의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 쌍롤식 박판 주조공정에 의해 제조되고, 중량%로, 탄소(C): 0.03~0.15%, 실리콘(Si): 0.2~0.8%, 망간(Mn): 2.5~4.0%, 크롬(Cr): 17.0~20.0%, 니켈(Ni): 2~5%, 구리(Cu): 1~3%, 질소(N): 0.1~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 부피분율 99% 이상으로 오스테나이트 상을 포함하는 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.03~0.15%, 실리콘(Si): 0.2~0.8%, 망간(Mn): 2.5~4.0%, 크롬(Cr): 17.0~20.0%, 니켈(Ni): 2~5%, 구리(Cu): 1~3%, 질소(N): 0.1~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계; 상기 준비된 용강을 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 주입하여 스트립(strip)을 제조하는 단계; 상기 스트립을 열간압연하여 열연재를 얻는 단계; 상기 열연재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 열연재를 권취하는 단계를 포함하고, 상기 용강의 과열도는 100℃를 초과하는 것인 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 고용 한도 이상으로 질소를 함유하면서도 양호한 표면품질을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
도 1은 쌍롤식 박판 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 쌍롤식 박판 주조공정을 통해 제조한 고질소 냉연재(질소함량 2500ppm)의 표면을 관찰하여 나타낸 것이다 (도면에서 화살표는 얼룩무늬가 형성된 부분을 가리킨 것이다).
도 3은 상기 도 2의 냉연재의 단면을 EBSD로 관찰하여 나타낸 것이다. 이때, A는 정상부의 단면 사진이며, B는 얼룩부의 단면 사진을 나타낸 것이다.
본 발명의 하나의 측면은 스테인리스강 내에서 니켈(Ni)의 함량을 줄이는 대신, 질소(N)의 함량을 높임으로써 고질소 스테인리스강을 제공하고자 하는 것이다.
질소(N)는 오스테나이트 안정도를 향상시키는 원소로서, 가격이 매우 저렴하다는 장점이 있다. 또한, 질소는 스테인리스강의 표층부 산화 피막의 안정도를 증가시키기 때문에 내식성을 향상시킬 수 있으며, 고용강화 효과에 의하여 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그런데, 이러한 고질소 스테인리스강을 연속 주조공정으로 제조하는 경우, 냉각 과정에서 질소 고용도가 급격히 저하하는 온도 구간(대략 1000~1300℃)을 거치면서 과포화되는 질소에 의해 스트립 내부에 기공이 형성되는 문제가 있다.
이에, 통상의 연속 주조공정을 통해 오스테나이트계 스테인리스강을 제조함에 있어서, 내식성과 강도의 확보를 위해 질소의 고용도를 극대화하는 방법은 질소 고용도를 향상시키는 원소인 망간(Mn)과 크롬(Cr)의 함량을 증가시키는 것이다. 하지만, 망간의 함유량이 증가하게 되면 소재의 내식성이 저하되고, 크롬의 함유량이 증가하는 경우에는 제조원가의 상승이 불가피하다는 단점이 있다.
이와 달리, 쌍롤식 박판 주조공정은 초당 1℃ 이하로 응고하는 연속 주조공정과는 달리, 초당 30℃ 이상의 급속 냉각이 가능하다.
즉, 쌍롤식 박판 주조공정은 급속 냉각에 의하여 질소 고용도가 저하하는 온도 구간을 빠르게 통과할 수 있으므로, 고용 한도 이상으로 질소가 함유된 고질소 강의 제조가 용이한 장점이 있다.
하나의 예로서, 망간과 크롬이 동일하게 함유된 스테인리스강의 제조시, 쌍롤식 박판 주조공정을 이용할 경우 통상의 연속 주조공정에 비해 1.5배 이상으로 더 높은 함량의 질소를 함유하는 스테인리스강을 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자들은 쌍롤식 박판 주조공정으로 오스테나이트계 스테인리스강을 제조함에 있어서, 상기 스테인리스강의 두께 방향 중심부에 마르텐사이트 상이 존재하는 경우 표층부에 얼룩무늬가 나타나는 문제가 있음을 발견하였다.
특히, 스테인리스강 내에 마르텐사이트 상이 생성되는 이유에 대해 확인해 본 결과, 최초 설정한 용강의 온도가 낮은 경우 섬프의 용강에서 목표 성분보다 크롬(Cr)의 함량이 낮은 고상(solid phase) 덩어리들이 국부적으로 형성된 상태로 주조롤을 통과함으로써 액체인 용강과 함께 응고되며, 냉각시 오스테나이트가 아닌 마르텐사이트로 상 변태(phase transformation)하는 것을 확인하였다.
또한, 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 응고할 때, 주조롤 폭 방향으로 불균일한 응고가 유발되는 경우, 국부적으로 성분 희석화 영역이 발생하며, 이 경우에도 강의 두께 중심부에 마르텐사이트가 형성하는 것을 확인하였다.
이에 따라, 본 발명의 발명자들은 고용 한도 이상의 질소를 함유하면서 강 내 마르텐사이트 상의 생성을 최대한 억제함으로써 표층부에 발현되는 얼룩무늬와 같은 결함이 없고 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강을 제공하기 위하여 깊이 연구하였다.
그 결과, 스테인리스강의 합금조성의 제어와 함께 쌍롤식 박판 주조공정에 의한 주조시 주조조건을 최적화하는 것으로부터, 목적하는 고질소 스테인리스강을 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른, 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강은 쌍롤식 박판 주조공정에 의해 제조되고, 중량%로, 탄소(C): 0.03~0.15%, 실리콘(Si): 0.2~0.8%, 망간(Mn): 2.5~4.0%, 크롬(Cr): 17.0~20.0%, 니켈(Ni): 2~5%, 구리(Cu): 1~3%, 질소(N): 0.1~0.3%를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에서 제공하는 고질소 스테인리스강의 합금조성을 위와 같이 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 특별한 언급이 없는 한, 각 원소의 함량은 중량%를 의미함을 밝혀둔다.
C: 0.03~0.15%
탄소(C)는 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. 그러나 그 함량이 과도한 경우에는 오스테나이트-페라이트상 경계에서 내식성에 유효한 크롬과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 크롬 함량을 낮추어 부식 저항성을 감소시키는 문제가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서는 C의 함량을 0.15% 이하로 포함할 수 있다. 다만, 탄소는 오스테나이트 안정도를 향상시키는 역할을 하므로 0.03% 이상으로 포함할 수 있다.
Si: 0.2~0.8%
실리콘(Si)은 페라이트 안정화 원소임과 동시에, 제강 공정에서 불순물인 산소의 농도를 저감하기 위해 첨가하는 원소이다. 이러한 Si의 함량이 과다할 경우 상온에서 소재의 금속학적 구조에 페라이트가 일부 포함되어 자성을 띄게 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 하나의 측면에서는 Si을 0.8% 이하로 포함할 수 있다. 그러나 산소 저감을 위해 최소 수준의 Si 첨가가 불가피하며, 용융 상태에서 고체 상태로 응고할 때 페라이트 함량이 전무할 경우 인(P), 황(S) 등의 미량원소 편석에 의해 결함이 유발될 수 있으므로, 이를 고려하여 0.2% 이상으로 포함할 수 있다.
Mn: 2.5~4.0%
망간(Mn)은 오스테나이트 안정도를 향상시키기 위해 첨가되는 원소이다. 이를 위해 2.5% 이상으로 포함할 수 있다. 그러나 Mn을 다량으로 포함할 경우 소재 내에서 황화물 등의 개재물을 형성할 수 있고, 이러한 개재물이 다량 형성되면 연성, 강도, 내식성 등의 물성 저하가 발생할 우려가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서는 Mn을 4.0% 이하로 포함할 수 있다.
Cr: 17.0~20.0%
크롬(Cr)은 스테인리스강의 표면에서 산화피막을 형성하여 내식성을 확보하기 위해 필수적인 원소이다. 상기 산화피막의 형성을 위해서는 12% 이상으로 크롬을 함유할 필요가 있으며, 본 발명에서는 질소의 고용한도를 향상시키는 주요한 원소이므로 17.0% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, Cr은 페라이트 안정도를 향상시키는 역할을 하므로, 오스테나이트계 스테인리스강을 얻기 위해서는 그 함량을 20.0% 이하로 제한할 수 있다.
Ni: 2~5%
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화를 위한 필수 원소이며, 전면 부식성을 향상시키는 장점을 가진 성분이다. 그러나 Ni은 고가의 원료로서, 그 함량이 증가하게 되면 제조원가 상승이 불가피하기 때문에 최소화하는 것이 바람직하므로, 본 발명에서는 2.0~5.0%로 포함한다.
Cu: 1~3%
구리(Cu)는 오스테나이트 안정화 원소이며, 상온에서 강의 연성과 성형성을 향상시킨다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 1.0% 이상으로 Cu를 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 고온에서 Fe-Cu 화합물을 형성하며, 이 화합물은 융점이 낮아 저온에서도 액체 상태로 존재하기 때문에 고온에서의 가공성 및 압연성을 저하시킨다. 따라서, 강의 우수한 고온 가공성을 확보하기 위해서는 3.0% 이하로 제한할 수 있다.
N: 0.1~0.3%
질소(N)는 전술한 바와 같이 오스테나이트 안정도를 향상시키고, 강도와 내식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 질소는 가격 경쟁력도 우수하여 산업에서 적용하기 유용한 원소이다. 본 발명의 스테인리스강은 상기 질소를 0.1% 이상 포함한다. 그러나 임계치를 넘는 질소는 완성 소재 내부에 기공을 형성할 우려가 있으며, 잉여 질소에 의한 개재물 또는 석출물로부터 내식성 저하의 위험이 있기 때문에 그 상한을 0.3%로 하는 것이 바람직하다.
한편, 제강 공정에서 완전히 제거가 불가능한 합금성분은 소재의 품질에 영향을 미치지 않는 범위에서 포함될 수 있다. 바람직한 일 예로서, 인(P) 0.1% 이하, 황(S) 0.1% 이하, 알루미늄(Al) 0.1% 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
상술한 합금조성을 가지는 본 발명의 스테인리스강은 기지조직으로 오스테나이트 상을 포함한다. 구체적으로 본 발명의 스테인리스강은 상기 오스테나이트 상을 부피분율 99% 이상으로 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강이다.
본 발명의 스테인리스강은 오스테나이트 상을 제외한 잔부로는 페라이트, 마르텐사이트 등을 포함할 수 있으며, 이 중 상기 마르텐사이트 상의 분율을 0.5% 이하로 제어함으로써 양호한 표면품질을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 스트립의 제조시 급속 응고가 가능한 쌍롤식 박한 주조공정을 이용하며, 그 조건에 대하여 하기에 구체적으로 설명한다.
도 1은 상기 쌍롤식 박판 주조공정의 일 예를 나타낸 모식도이다. 쌍롤식 박판 주조 공정은, 도 1과 같이 래들(1)에 수용된 용강이 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(5) 양 끝단부에 설치된 에지댐(6)의 사이, 즉, 한쌍의 주조롤(5)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 쌍롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 메니스커스 쉴드(7)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙을 빠져나오면서 스트립(strip)이 제조된다. 후속하여 인라인 열간압연(8), 냉각(9) 및 권취(10)가 이루어질 수 있다. 이하에서 보다 상세히 설명한다.
먼저, 상술한 합금조성을 가지는 용강을 준비한 후, 이를 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 주입하여 스트립을 제조할 수 있다.
본 발명의 하나의 측면에 있어서, 상기 용강의 과열도는 100℃를 초과하는 것이 바람직하다.
상기 용강의 과열도를 높임으로써 용강의 온도를 상승시킬 수 있으며, 이로부터 섬프에서 니켈 함량이 낮은 고상(solid phase) 덩어리의 생성량이 감소됨으로써 최종 제품의 두께 중심부에서 저 니켈 함량에 의해 기인하는 마르텐사이트의 생성을 억제할 수 있고, 표면의 얼룩무늬의 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 이를 위해서는 상기 용강의 과열도를 100℃를 초과하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 용강 과열도의 상한은 특별히 한정하지 아니하나, 적정 용강 온도를 고려하여 170℃로 제한할 수 있다.
상기 용강의 온도는 턴디쉬에서 측정하는 값을 기준으로 하며, 용강의 온도는 과열도를 기준으로 설정할 수 있다. 상기 과열도는 턴디쉬 온도에서 용강이 고체화되기 시작하는 온도(TL)를 뺀 값을 의미한다. 일 예로, 용강이 고체화되기 시작하는 온도는 강 소재의 성분으로 컴퓨터 시뮬레이션(예컨대, Thermo-Calc, Factsage 등의 소프트웨어)을 통해 계산할 수 있으며, 그때의 온도가 약 1430℃일 경우, 용강의 온도는 약 1530℃일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기 스트립의 제조시 상기 주조롤의 압하력이 4톤 이하인 것이 바람직하다.
상기 주조롤 압하력은 하나의 주조롤과 다른 하나의 주조롤이 그 사이의 스트립을 두께 양쪽 방향에서 작용하는 힘으로서, 이러한 압하력이 높을수록 주조롤의 폭 방향을 따라 스트립의 불균일 응고가 조장된다.
따라서, 주조롤의 압하력을 낮춤으로써 균일한 응고를 유도하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 4톤 이하로 제어할 때 최종 제품의 두께 중심부에서 국부적으로 니켈의 함량이 낮은 고상 덩어리에 의해 마르텐사이트가 생성하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 스트립의 제조시 용강의 온도가 1530℃ 이상인 것이 바람직하다.
상기 용강의 온도가 1530℃ 미만이면 급속 응고의 효과를 얻기 어려우며, 용강을 주입하는 과정에서 의도치 않은 영역에서 응고가 진행되어 주조의 불안정성을 초래할 위험이 있다.
상기 용강의 온도는 제한된 합금조성과 스트립의 두께를 고려하여 설정할 수 있으나, 본 발명에서는 그 상한을 1600℃ 이하로 제한할 수 있다.
상술한 조건에 따라 제조된 스트립을 열간압연하여 압연재를 얻을 수 있다.
이때의 열간압연은 통상적인 조건에 따라서 행하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다. 다만, 스트립의 고온강도와 생산 두께 등을 고려하여 10~40%의 압하율로 행할 수 있다.
상기에 따라 제조된 압연재를 냉각한 후 권취할 수 있다.
상기 냉각과 권취는 통상적인 조건에 따라서 행하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다.
이때, 냉각속도는 열연재의 두께, 냉각수 적용 여부, 냉각수를 적용할 경우 비수량 등에 의해 통상의 기술자가 제어할 수 있다. 동일한 냉각수 분사조건일지라도 열연재의 두께가 두꺼우면 냉각 속도가 느려지고, 반대로 열연재의 두께가 얇으면 냉각속도가 증가한다.
필요에 따라, 상기 권취 후에는 냉간압연을 통해 냉연재를 제조할 수 있으며, 이때 냉간압연 공정은 통상의 조건으로 행할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 합금조성을 갖는 용강을 도 1에 도시된 쌍롤식 박판 제조공정을 이용하여 하기 표 2의 조건으로 스테인리스강을 제조하였다.
구분 합금조성 (중량%)
C Si Mn Cr Ni Cu N P S
강종 1 0.1 0.5 2.88 17.9 3.4 1.5 0.24 0.02 0.0029
강종 2 0.0852 0.372 3.032 18.11 3.58 1.523 0.261 0.028 0.0015
강종 3 0.0782 0.323 3.038 17.89 3.52 1.523 0.254 0.022 0.0014
조건 강종 TL
(℃)		 용강 온도
(℃)		 용강 과열도
(℃)		 주조롤 압하력
(ton)		 폭 방향 얼룩 개수 (ea) 구분
종래 1 1431 1510 79 8 40 종래예
조건 1 2 1431 1522 91 8 25 비교예 1
조건 2 2 1431 1525 94 4 23 비교예 2
조건 3 2 1431 1530 99 8 23 비교예 3
조건 4 2 1431 1533 102 4 19 발명예 1
조건 5 3 1431 1540 109 4 4 발명예 2
조건 6 3 1431 1542 111 2 0 발명예 3
각 조건에 따라 제조된 스테인리스강에 대해서, 응고가 종료된 후 스트립의 폭 방향으로 형성된 얼룩의 개수를 측정하여 그 결과를 상기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조조건(용강 온도, 용강 과열도, 주조롤 압하력)을 모두 만족하는 발명예 1 내지 3은 폭 방향 얼룩의 개수가 20개 미만으로 양호한 표면품질의 확보가 가능하였다.
반면, 용강 온도가 1500℃ 이상이고, 주조롤 압하력이 4톤 이하이더라도 용강 과열도가 100℃ 이하인 종래예와 비교예 1 내지 3은 폭 방향 얼룩 개수가 20개를 초과하여 생성됨에 따라 표면품질이 열위함을 확인할 수 있다.
한편, 용강 과열도가 증가할수록, 주조롤 압하력이 낮아질수록 폭 방향 얼룩 개수가 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 용강 과열도가 79℃에서 99℃로 증가하는 경우, 스트립 전체 폭 방향으로 생성된 얼룩의 개수가 40개에서 23개로 감소하였다.
또한, 용강 과열도를 90~95℃ 정도로 유지한 상황에서 주조롤 압하력을 8톤에서 4톤으로 하향시킨 경우, 얼룩 개수가 25개에서 23개로 감소하였다.
상술한 바와 같이, 용강 과열도의 증가와 주조롤 압하력의 하향은 얼룩의 발생을 저감하는 효과가 있으나, 주졸 압하력을 제어하는 것에 비해 용강 과열도를 높이는 것이 더 큰 효과를 나타냄을 알 수 있다. 이는, 발명예 2와 발명예 3의 대비를 통해 확인할 수 있다.
도 2는 쌍롤식 박판 주조공정(조건 1)을 통해 제조한 고질소 냉연재(질소함량 2500ppm)의 표면을 관찰하여 나타낸 것이다. 이때, 주조 후 행해진 압연, 권취 및 냉연 공정은 통상의 조건으로 행하였다.
도 2에서 확인할 수 있듯이, 스트립 표면에 길이 100~150mm, 폭 3~5mm의 주조 방향으로 연신된 타원형 형태의 얼룩 무늬가 관찰된다. 이러한 얼룩 무늬는 스트립의 폭 방향으로 40~50mm 간격으로 스트립의 전체 폭 방향, 길이 방향에 걸쳐 분포하고 있음을 알 수 있다.
도 3은 상기 도 2의 냉연재에서 얼룩이 형성된 부위(얼룩부)의 시편과 얼룩이 형성되지 않은 부위(정상부)의 시편을 각각 채취한 다음, 그 단면을 EBSD(electron backscatter diffraction) 장비를 활용하여 표층부에서 두께 중심부(1/2t 지점 (여기서 t는 두께(mm)를 의미)까지 관찰하여 나타낸 것이다. 관찰 결과에서 초록색은 오스테나이트, 빨간색은 마르텐사이트를 의미한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 정상부(A)의 단면조직은 관찰한 전체 두께에 걸쳐 주로 초록색인 오스테나이트로 관찰된다. 다만, 중심부 영역에서 미량의 마르텐사이트 상이 관찰된다. 반면, 얼룩부(B)의 경우 표층부는 오스테나이트로 이루어져 있으나, 중심부에서는 표층부로부터 두께 방향 400㎛ 지점부터 600㎛ 지점까지 마르텐사이트가 형성된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 두께 중심부에 다량의 마르텐사이트 상이 존재할 경우, 후속 공정인 소둔 후 냉각하는 과정에서 열팽창계수의 차이로 인해 표층부에 0.5~2.0㎛ 깊이의 미세한 함몰이 발생하게 되고, 이 함몰이 육안으로 관찰시 주조 및 압연 방향으로 연신된 얼룩무늬의 형상으로 관찰되는 것이다.
1: 래들 2: 턴디시
3: 침지노즐 4: 섬프
5: 주조롤 6: 에지댐
7: 메니스커스 실드 8: 인라인 열간압연
9: 냉각 장치 10: 권취기

Claims (6)

  1. 쌍롤식 박판 주조공정에 의해 제조되고,
    중량%로, 탄소(C): 0.03~0.15%, 실리콘(Si): 0.2~0.8%, 망간(Mn): 2.5~4.0%, 크롬(Cr): 17.0~20.0%, 니켈(Ni): 2~5%, 구리(Cu): 1~3%, 질소(N): 0.1~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    부피분율 99% 이상으로 오스테나이트 상을 포함하는 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스테인리스강은 면적분율 0.5% 이하(0% 포함)로 마르텐사이트 상을 포함하는 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강.
  3. 중량%로, 탄소(C): 0.03~0.15%, 실리콘(Si): 0.2~0.8%, 망간(Mn): 2.5~4.0%, 크롬(Cr): 17.0~20.0%, 니켈(Ni): 2~5%, 구리(Cu): 1~3%, 질소(N): 0.1~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계;
    상기 준비된 용강을 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 주입하여 스트립(strip)을 제조하는 단계;
    상기 스트립을 열간압연하여 열연재를 얻는 단계;
    상기 열연재를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 열연재를 권취하는 단계를 포함하고,
    상기 용강의 과열도는 100℃를 초과하는 것인 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스트립의 제조시 상기 주조롤의 압하력이 4톤 이하인 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 스트립의 제조시 용강의 온도가 1530℃ 이상인 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강의 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 권취하는 단계 후 냉간압연하여 냉연재를 얻는 단계를 더 포함하는 표면품질이 우수한 고질소 스테인리스강의 제조방법.
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