KR20210157976A - 생산성 및 원가 절감 효과가 우수한 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 - Google Patents

생산성 및 원가 절감 효과가 우수한 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간가공성이 우수하여 생산성이 높으며, 고가원소인 니켈(Ni)의 함량을 크게 줄여 원가 절감 효과가 우수하면서도, 냉연소둔 후 450 ㎫ 이상의 항복강도 및 45% 이상의 연신율을 가지며, 조질압연 후에도 1800 ㎫ 이상의 초고강도를 가지는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

생산성 및 원가 절감 효과가 우수한 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 {High strength austenitic stainless steel with excellent productivity and cost saving effect, and method for manufacturing the same}
본 발명은 생산성 및 원가 절감 효과가 우수한 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자동차 및 건축물 등의 뼈대 및 외판을 구성하며 외부응력이나 충격에서 인적, 물적 피해를 막아야 하는 구조용 강재는 전통적으로 제품의 안정성과 신뢰성을 위하여 고강도 특성이 요구된다.
이와 더불어 최근의 자동차 및 건축물 등의 시장 트렌드는 복잡하고 개성 있는 외형을 추구하고 있어, 구조용 강재는 고강도 특성과 더불어 우수한 성형성이 요구된다.
즉, 시장의 요구를 만족시키기 위해서 구조용 강재는 소둔 상태에서는 성형성이 우수하여 쉽게 다양한 형태로 변형이 가능하고, 성형이나 조질압연과 같은 마지막 공정 이후에는 높은 강도 특성이 필요하다.
그러나 종래의 소재들은 성형성이 우수할 경우 성형 후 강도 특성이 열위하고, 강도 특성이 우수한 강재의 경우 성형성이 열위하여 최근의 시장 트렌드를 반영하기 어려운 경우가 많으며, 설사 이를 만족시킨다고 하여도 고가 원소가 다량 함유되어 경제성이 열위한 경우가 많다.
한편, 내식성이 뛰어난 스테인리스강(Stainless Steel)은 내식성을 향상시키기 위한 별도의 설비투자를 필요로 하지 않으므로, 최근의 배터리 중심의 친환경 자동차 시장이 요구하는 소품종 대량생산에 적합하며, 바닷가나 도심과 같이 상대적으로 부식이 가속화되는 환경의 건축물에 사용하기 적합하다.
특히 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 기본적으로 연신율이 뛰어나기 때문에 고객의 다양한 요구에 맞춰 복잡하며 개성 있는 외관을 만들 수 있고, 심미적으로 미려하다는 장점이 있다.
다만, 오스테나이트계 스테인리스강은 일반적인 구조용 탄소강에 비해 항복강도가 열위하고 고가의 합금 원소를 높은 함량으로 사용하는 경제적인 문제가 있다. 특히 니켈(Ni)은 소재 가격의 극심한 변동에 의해 원료 수급이 불안정할 뿐만 아니라 공급가의 안정성 확보가 어려움과 동시에 그 소재가 자체가 높아 가격경쟁력이 크게 떨어진다는 단점이 있다.
따라서 고성형 특성을 유지하면서 최종제품에서 높은 항복강도를 확보 할 수 있으며, 니켈(Ni)과 같은 고가의 합금원소 함량을 최대한 저감하여 가격경쟁력을 갖춘 구조재용 오스테나이트계 스테인리스강의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1877786호(2018.07.06)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고성형 특성을 유지하면서 최종제품에서 1800 ㎫ 이상의 높은 항복강도를 확보할 수 있는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 니켈(Ni)과 같은 고가의 합금원소 함량을 최대한 저감하여 우수한 가격경쟁력을 확보할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
나아가서, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고가의 합금 원소를 줄였음에도 열간압연에 의한 균열이 발생하지 않아 실수율과 생산성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 중량%로, C: 0.1 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
(상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
식(2): 30 ≤ 551 - 462(C+N) - 9.2Si - 8.1Mn - 13.7Cr - 29(Ni+Cu) - 68Nb ≤ 80
(상기 식(2)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
식(3): 16 ≤ 1 + 45C - 5Si + 0.09Mn + 2.2Ni - 0.28Cr - 0.67Cu + 88.6N ≤ 20
(상기 식(3)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
식(4):
Figure pat00001
(상기 식(4)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 냉연소둔 후의 항복강도가 450 ㎫ 이상이고, 조질압연 후의 항복강도가 1,800 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 냉연소둔 후의 연신율이 45% 이상이고, 조질압연 후의 연신율이 3% 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 방법으로, 중량%로, C: 0.1 초과 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하고 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 열연소둔하는 단계; 상기 열연소둔된 강판을 냉간압연하는 단계; 및 상기 냉간압연된 강판을 냉연소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 슬라브는 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
(상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 스라브는 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
식(2): 30 ≤ 551 - 462(C+N) - 9.2Si - 8.1Mn - 13.7Cr - 29(Ni+Cu) - 68Nb ≤ 80
(상기 식(2)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 슬라브는 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
식(3): 16 ≤ 1 + 45C - 5Si + 0.09Mn + 2.2Ni - 0.28Cr - 0.67Cu + 88.6N ≤ 20
(상기 식(3)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 슬라브는 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
식(4):
Figure pat00002
(상기 식(4)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 상기의 합금 조성 및 함량 범위를 만족함과 동시에 식(1)을 만족시킴으로써 고성형 특성을 유지하면서 냉연소둔 후 450 ㎫ 이상, 조질압연 후 1,800 ㎫의 높은 항복강도를 확보할 수 있으며, 니켈(Ni)과 같은 고가의 합금원소 함량을 0.5 중량% 이하로 최대한 저감하여 우수한 가격경쟁력을 가지면서도 열간압연에 의한 균열이 발생하지 않아 실수율과 생산성이 우수하다는 장점이 있다.
이하 본 발명에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 양태는 중량%로, C: 0.1 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
(상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
이와 같이, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 상기의 합금 조성 및 함량 범위를 만족함과 동시에 식(1)을 모두 만족시킴으로써 고성형 특성을 유지하면서 냉연소둔 후 450 ㎫ 이상, 조질압연 후 1,800 ㎫의 높은 항복강도를 확보할 수 있으며, 니켈(Ni)과 같은 고가의 합금원소 함량을 0.5 중량% 이하로 최대한 저감하여 우수한 가격경쟁력을 가지면서도 열간압연에 의한 균열이 발생하지 않아 실수율과 생산성이 우수하다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 예에서의 합금 성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 탄소(C)의 함량은 0.1 내지 0.2%일 수 있으며, 보다 좋게는 0.15 내지 0.2%일 수 있다.
C는 오스테나이트상 안정화에 효과적인 원소로, 오스테나이트계 스테인리스강의 항복강도를 확보하기 위해 첨가할 수 있다. C 함량이 적을 경우 본 발명에서 요구하는 충분한 항복강도를 확보 할 수 없어 그 하한은 0.1%로 한정되며, 보다 좋게는 0.15%로 한정될 수 있다. 반대로 C 함량이 과도할 경우 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 열간가공 도중 크롬탄화물의 입계 석출을 유도하여 열간가공성 저하를 유발할 수 있으며, 소재의 연성, 인성, 내식성 등에 악영향을 미칠 수 있어 그 상한은 0.2%로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 질소(N)의 함량은 0.2 내지 0.3%일 수 있으며, 보다 좋게는 0.2 내지 0.25%일 수 있다.
N는 본 특허에서 가장 중요한 원소 중 하나이다. N는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로, 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성 및 항복강도 향상에 효과적인 원소이다. N의 함량이 적을 경우 본 발명에서 요구하는 충분한 항복강도를 확보 할 수 없어 그 하한은 0.2%로 한정하는 것이 바람직하다. 반대로 N의 함량이 과도할 경우 주편 제작 시 질소 기공(pore) 등의 결함이 발생할 수 있으며, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 수 있으므로 그 상한은 0.3%로 한정되며, 보다 좋게는 0.25%로 한정될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 규소(Si)의 함량은 0.8 내지 1.5%일 수 있으며, 보다 좋게는 0.8 내지 1.2%일 수 있다.
Si은 제강공정 중 탈산제의 역할을 함과 동시에 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이다. 또한 Si는 치환형 원소 중 강재의 항복강도 향상에 효과적인 원소로 본 특허의 항복강도 향상을 위해서 첨가된다. Si의 함량이 적을 경우 본 발명에서 요구하는 충분한 내식성 및 항복강도를 확보 할 수 없어 그 하한은 0.8%로 한정하는 것이 바람직하다. 반대로 Si은 과잉 첨가 시 주조 슬라브 내 델타페라이트(δ- Ferrite) 형성을 조장하여 열간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 재료의 연성 및 충격 특성에 악영향을 미칠 수 있으므로 그 상한은 1.5%로 한정되며, 보다 좋게는 1.2%로 한정될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 망간(Mn)의 함량은 7.0 내지 8.5%일 수 있으며, 보다 좋게는 7 내지 8%일 수 있다.
Mn은 본 발명에서 니켈(Ni) 대신 첨가되는 오스테나이트상 안정화 원소로, 가공유기 마르텐사이트 생성을 억제하여 냉간 압연성을 향상시키기 위해 7.0% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, S계 개재물(MnS)을 과량 형성하여 오스테나이트계 스테인리스강의 연성 및 인성을 저하시킬 수 있으며, 제강 공정도중 Mn 연기(fume)를 발생시켜 제조상 위험성을 동반한다. 또한 과도한 양의 Mn 첨가는 제품의 내식성을 급격하게 떨어뜨리기 때문에 그 상한은 8.5%로 한정되며, 보다 좋게는 8%로 한정될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 크롬(Cr)의 함량은 15.0 내지 17.0%일 수 있으며, 보다 좋게는 15.5 내지 16.5%일 수 있다.
Cr은 페라이트 안정화 원소이지만 마르텐사이트상 생성 억제에 있어서 효과적이며, 스테인리스강에 요구되는 내식성을 확보하는 기본 원소로 15% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우 페라이트 안정화 원소로써 슬라브 내 델타페라이트를 다량 형성하여 열간가공성의 저하와 재질특성에 악영향을 초래함에 따라 그 상한은 17.0%로 한정되며, 보다 좋게는 16.5%로 한정될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 니켈(Ni)의 함량은 0% 초과 0.5% 이하일 수 있으며, 보다 좋게는 0.01 내지 0.3%일 수 있다.
Ni은 강력한 오스테나이트상 안정화 원소로써 양호한 열간 가공성 및 냉간 가공성을 확보하기 위해서는 필수적이다. 그러나 Ni은 고가의 원소임에 따라 다량의 첨가 시 원료비용의 상승을 초래한다. 이에, 강재의 비용 및 효율성을 모두 고려하여 그 상한은 0.5%로 한정되며, 보다 좋게는 0.3%로 한정될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강에 있어, 구리(Cu)의 함량은 0% 초과 1.0% 이하일 수 있으며, 보다 좋게는 0.1 내지 1%일 수 있다.
Cu는 오스테나이트상 안정화 원소로, 본 발명에서 니켈(Ni) 대신 첨가되는 원소이다. Cu는 환원 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소로 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 소재비용의 상승뿐만 아니라 액상화 및 저온취성의 문제점이 있다. 또한 과도한 Cu 첨가는 슬라브 엣지에 편석되어 열간가공성을 저하시키는 문제를 가지고 있다. 이에 강재의 비용-효율성 및 재질특성을 고려하여 그 상한은 1.0%로 한정될 수 있다.
또한 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은, 선택적으로 니오븀(Nb) 0.2% 이하를 더 포함할 수 있다.
Nb은 탄소 및 질소와의 친화력이 높아 열처리 중 석출물을 형성하여 소재의 결정립 미세화에 기여하여 항복강도 향상에 효과적이다. 하지만 페라이트 안정화 원소로 과도할 경우, 소재의 열간가공성을 하락시킬 뿐만 아니라 고가의 원소임에 따라 첨가 시 원료비용의 상승을 초래한다. 이에 강재의비용-효율성 및 재질특성을 고려하여 그 상한은 0.2%로 한정되며, 보다 좋게는 0.15%로 한정될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 불가피하게 함유되는 불순물로, P: 0.035% 이하 및 S: 0.01% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 입계 부식을 일으키거나 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 P 함량의 상한을 0.035% 이하로 관리한다.
황(S)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 S 함량의 상한을 0.01% 이하로 관리한다.
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.
최근에는 강재의 경량화 및 안정성을 위해서 강재의 항복강도 향상이 중요하게 고려된다. 특히 차량 구조재를 포함하여 다양한 형상의 구조재 제작을 위해서는 소둔 상태에서 충분한 연신율을 확보하여야 한다. 또한, 조질압연 및 성형가공 이후 구조재로 사용되는 최종제품은 매우 높은 수준의 항복강도를 요구하기 때문에 조질압연 또는 성형 후 높은 수준의 항복강도가 필요하게 된다.
또한, 오스나이트 스테인리스강의 가격경쟁력을 확보하기 위해서는 Ni 등 고가의 오스테나이트 안정화 원소의 함량을 줄여야 하고, 이를 보상할 수 있는 Mn, N, Cu 첨가량을 예측하는 것이 요구된다. 하지만, 이와 같이 가격 경쟁력을 확보하기 위해서 수행되는 Ni저감 및 Mn, N, Cu 첨가의 경우 가공경화를 급격하게 증가시켜 강재의 연신율을 저하하거나 열간변형저항의 감소를 유발하여 생산성을 저하시키는 위험성을 내포하기 때문에 각 첨가원소들의 조화를 고려하여 첨가량을 예측하는 것이 요구된다.
이에, 니켈(Ni)과 같은 고가의 합금원소 함량을 0.5 중량% 이하로 최대한 저감하여 우수한 가격경쟁력을 가지면서도 열간압연에 의한 균열이 발생하지 않아 실수율과 생산성이 우수하면서도, 고성형 특성을 유지할 수 있고, 냉연소둔 후 450 ㎫ 이상, 조질압연 후 1,800 ㎫ 이상의 높은 항복강도를 가지는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 확보하기 위해서는, 상기 합금 조성 및 함량을 만족함과 동시에 식(1)을 만족시하는 것이 바람직하다.
식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
(상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
본 발명에서는 오스테나이트계 스테인리스강의 높은 항복강도 확보를 위하여 강재의 스트레스 필드에 의한 항복강도 향상을 고려하여 하기 식(1)을 도출하였다.
식(1)의 값이 높을수록 합금원소 간의 원자크기 차이에 의해서 격자 사이의 스트레스 필드가 증가하여 외부 응력에 대항하여 소성변형을 인내하는 한계가 증가하게 된다. 구체적으로 식(1)의 값이 14 미만일 경우 본 발명에서 요구하는 항복강도의 확보가 어렵다는 문제가 있다. 다만, 식(1)의 값이 너무 높아지면 조질압연 후 항복강도가 오히려 낮아질 수 있다. 바람직하게, 식(1)의 상한은 16.5 이하일 수 있다. 이와 같이, 식(1)의 값이 14 내지 16.5를 만족할 시 냉연소둔 후 450 ㎫ 이상, 조질압연 후 1,800 ㎫ 이상의 높은 항복강도를 가진 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 확보함에 있어 특히 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(2)를 만족하는 것일 수 있다.
식(2): 30 ≤ 551 - 462(C+N) - 9.2Si - 8.1Mn - 13.7Cr - 29(Ni+Cu) - 68Nb ≤ 80
(상기 식(2)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 식(2)는 오스테나이트계 스테인리스강의 변형에 의해서 발현되는 상변태를 고려하여 도출한 것으로, 식(2)의 값이 80 초과인 경우, 오스테나이트계 스테인리스강은 변형에 대해서 급격한 변형유기 마르텐사이트 변태 거동을 보이며, 소성불균일이 발생할 수 있고, 이에 따라 오스테나이트계 스테인리스강의 연신율이 열위해지는 문제가 있다. 반면, 식(2)의 값이 30 미만인 경우, 오스테나이트계 스테인리스강은 변형에 대해서 변형유기 마르텐사이트 변태거동이 발생하기 어려워져 조질압연 이후에 초고강도 확보를 위한 마르텐사이트 상을 확보할 수 없는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(3)을 만족하는 것일 수 있다.
식(3): 16 ≤ 1 + 45C - 5Si + 0.09Mn + 2.2Ni - 0.28Cr - 0.67Cu + 88.6N ≤ 20
(상기 식(3)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 식(3)은 오스테나이트계 스테인리스강의 변형에 대한 강재의 전위 슬립거동을 고려하여 도출한 것으로, 식(3)의 값이 16 미만인 경우, 오스테나이트계 스테인리스강은 변형에 대해서 플래너(planar) 슬립거동을 활발하게 나타내어 외부 응력에 의해서 전위의 축적이 극심하게 발생하게 되고, 소성 불균일 및 높은 가공경화를 나타낸다. 이에 따라, 오스테나이트계 스테인리스강의 연신율이 열위해지는 문제와 더불어 조질압연 수행이 어려운 문제가 있다. 또한 고온에서 열간변형이 진행될 때 엣지크랙과 같은 열연결함이 발생하여 생산성 저하 문제가 발생 할 가능성이 높다. 반면, 식(3)의 값이 20 초과인 경우, 빈번한 크로스슬립의 발현에 의해 강재 내부의 전위 쌓임이 줄어들게 되거나 변형이 가해짐에 따라서 전위 클러스터 및 전위 셀을 형성하여 소재의 강도를 낮추는 현상이 발생하게 된다. 이러한 전위 클러스터 및 전위 셀 형성은 조질압연을 많이 진행할수록 그 영향이 커지기 때문에, 본 발명과 같이 높은 조질압연과 초고강도를 특징으로 하는 강재의 경우 목표한 강도를 확보할 수 없다. 더욱 바람직하게, 식(3)의 상한은 19 이하일 수 있다. 식(3)의 값이 19를 초과할 시 조질압연재의 항복강도와 인장강도가 유사하여 오스테나이트계 스테인리스강의 강도 특성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(4)를 만족하는 것일 수 있다.
식(4):
Figure pat00003
(상기 식(4)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
상기 식(4)는 열간가공성을 고려하여 열간가공성에 큰 영향을 미치는 델타페라이트 분율을 고려하여 도출한 것으로, 식(4)의 값이 2 미만일 경우, 고온에서의 델타페라이트 분율이 너무 줄어들어 열간가공 시 소재는 오스테나이트 단상으로 존재하게 되며, 결정립계 성장 및 입계에 S 및 P의 편석이 발생하게 되어 소재에 균열이 발생하게 된다. 이렇게 발생한 균열은 소재의 실수율을 떨어뜨려 생산성을 열위하게 만드는 문제가 있다. 반면, 식(4)의 값이 10 초과인 경우, 가공성이 열위한 델타페라이트 분율이 너무 커지고 변형에 취약한 오스테나이트-페라이트 상 경계가 많아져 열간가공성이 하락하여 생산성이 떨어지게 된다. 더욱 바람직하게, 식(4)의 하한은 3 이상일 수 있다. 식(4)의 값이 3 미만일 시 조질압연재의 항복강도와 인장강도가 유사하여 오스테나이트계 스테인리스강의 강도 특성이 저하될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 전술한 합금 조성 및 함량 범위를 만족함과 동시에 식(1) 내지 식(4)를 모두 만족시킴으로써 고성형 특성을 유지하면서 높은 항복강도, 인장강도 및 연신율을 확보할 수 있으며, 우수한 가격경쟁력 및 생산성을 확보할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 냉연소둔 후의 항복강도가 450 ㎫ 이상이고, 조질압연 후의 항복강도가 1,800 ㎫ 이상일 수 있다. 이때, 냉연소둔 후 항복강도의 상한은 예를 들면 1,000 ㎫ 이하일 수 있고, 조질압연 후 항복강도의 상한은 2,500 ㎫ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 냉연소둔 후의 연신율이 45% 이상이고, 조질압연 후의 연신율이 3% 이상일 수 있다. 이때, 냉연소둔 후 연신율의 상한은 예를 들면 70% 이하일 수 있고, 조질압연 후 연신율의 상한은 10%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 전술한 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 방법에 대하여 설명한다.
종래에는, 오스테나이트계 스테인리스강의 항복강도를 향상시키기 위한 방법으로 1000
Figure pat00004
이하의 저온소둔에서 최종소둔을 진행하는 방법을 도입하였다. 저온소둔은 재결정을 완료시키지 않고 냉간압연 도중에 강재에 축적된 에너지를 이용하는 방법이다. 그러나 이와 같이 저온소둔이 적용된 오스테나이트계 스테인리스강은 재질이 불균일하게 나타날 위험성이 존재할 뿐만 아니라 후속공정인 산세공정에서 미산세가 발생하거나 표면형상이 미려하지 못하다는 단점이 있었다.
이에 본 발명에서는 1,000℃ 이상에서 냉연소둔을 수행하여도 우수한 항복강도와 높은 항복비를 가지는 고연성 고강도의 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.1 초과 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하고 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 열연소둔하는 단계; 상기 열연소둔된 강판을 냉간압연하는 단계; 및 상기 냉간압연된 강판을 냉연소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 슬라브는 하기 식(1)을 만족할 수 있다.
식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
(상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
이처럼, 본 발명에 따른 제조방법은 상기의 합금 조성 및 함량 범위를 만족함과 동시에 식(1)을 만족하는 슬라브를 이용함으로써 고성형 특성을 유지하면서 최종제품에서 1,800 ㎫ 이상의 높은 항복강도를 가진 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.
또한, 니켈(Ni)과 같은 고가의 합금원소 함량을 0.5 중량% 이하로 최대한 저감하여 우수한 가격경쟁력을 가지면서도 열간압연에 의한 균열이 발생하지 않아 실수율과 생산성이 우수하다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 중량%로, C: 0.1 초과 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하고 열간압연하는 단계를 수행할 수 있으며, 이때 각 합금 성분 함량의 수치 한정 이유 및 식(1)을 만족해야 하는 이유는 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 전술한 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 슬라브는 식(2). 식(3) 및 식(4)를 만족할 수 있고, 이들을 만족해야 하는 이유 또한 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
이때, 슬라브를 가열하는 온도 조건은 통상의 압연온도 수준일 수 있으며, 예를 들면 1,100 내지 1,300℃의 온도로 1 내지 3시간 동안 가열한 후 열간압연할 수 있다.
다음으로, 상기 열간압연된 강판을 열연소둔하는 단계를 수행할 수 있다. 이 역시 통상의 방법을 통해 수행할 수 있으며, 예를 들면 상기 열간압연된 강판을 1000 내지 1,150℃의 온도 범위에서 10초 내지 10분 동안 열연소둔할 수 있다.
이후, 상기 열연소둔된 강판을 냉간압연하는 단계를 수행하여 박물을 제조할 수 있다. 이때 압연 공정 전 냉각 단계가 수행될 수 있으며, 냉각은 수냉(Water Quenching)으로 수행될 수 있다. 냉각압연은 통상의 수준으로 수행될 수 있으며, 예를 들면 압하율 50% 이상으로 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 냉간압연된 강판을 냉연소둔하는 단계를 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 냉연소둔은 1000℃ 이상의 온도에서 10초 내지 10분간 수행할 수 있다. 종래 오스테나이트계 스테인리스강의 항복강도를 향상시키기 위한 방법으로 1000℃ 이하에서 저온소둔시켜 재질이 불균일하게 나타나거나 후속공정인 산세공정에서 미산세가 발생하고, 표면형상이 미려하지 못 했던 것과 달리, 본 발명에서는 1000℃ 이상의 온도에서 냉연소둔 처리함에도 불구 450 ㎫ 이상의 항복강도 및 45% 이상의 연신율을 가진 오스테나이트계 스테인리스강을 확보할 수 있다. 이처럼 합금성분을 제어하여 생산 및 유통에 부하가 없는 공정을 진행함으로써 저온소둔이 아닌 일반적인 냉연소둔 조건으로도 고강도를 확보할 수 있어, 가격경쟁력을 더욱 향상시킬 수 있다.
추가적으로 본 발명의 일 예에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 냉연소둔된 강판을 조질압연하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 조질압연을 통해 더욱 높은 수준의 고강도 특성을 확보할 수 있다.
종래의 조질압연(skin pass rolling)은 냉간변형 중에 오스테나이트상이 가공유기 마르텐사이트로 변태함에 따라 높은 가공경화가 나타나는 현상을 이용하거나 강재의 전위쌓임을 이용하는 방법으로, 상변태와 전위 쌓임을 적절하게 활용해야 우수한 강도를 얻을 수 있었다. 반면, 본 발명의 전술한 합금성분 및 관계식을 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 적절한 상변태와 전위거동을 제어함으로써 조질압연 후 항복강도가 1800 ㎫ 이상일 수 있다. 이때, 상기 조질압연은 압하율 60 내지 85%로 수행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은, 예를 들어, 성형용 일반 제품에 사용될 수 있고, 슬라브(slab), 블룸(bloom), 빌렛(billet), 코일(coil), 스트립(strip), 플레이트(plate), 시트(sheet), 바(bar), 로드(wire), 와이어(wire), 형강(shape steel), 파이프(pipe), 또는 튜브(tube)와 같은 제품으로 제조되어 이용될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 19]
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 19에 사용된 각 실험 강종에 대한 합금 조성(중량%)과 식(1) 내지 식(4)의 값을 하기 표 1에 나타내었다.
하기 표 1에 기재된 합금 조성으로, 잉곳(Ingot) 용해를 통해 슬라브를 제조하고, 1,250℃에서 2시간 가열한 후 열간압연을 진행하였으며, 열간압연 이후 1,100℃에서 90초간 열연소둔을 진행하였다. 이후, 70%의 압하율로 냉간압연을 진행하였으며, 냉간압연 이후 1,100℃에서 10초간 냉연소둔을 진행하여 냉연소둔재를 수득하였다.
또한, 상기 냉연소둔을 시행한 시편을 70%의 압하율로 조질압연 진행하여 조질압연재를 수득하였다.
성분(중량%) 식(1) 식(2) 식(3) 식(4)
C Si Mn Ni Cr Cu Nb N
실시예 1 0.18 1 7.6 0.2 16.1 0.9 0 0.21 15.16 47.6 18.72 3.9
실시예 2 0.17 0.8 8 0.3 16.1 0.8 0.05 0.21 14.71 47.4 19.59 2.7
실시예 3 0.15 1 7 0.2 16 1 0.1 0.2 14.18 62.6 16.39 6.1
비교예 1 0.055 0.4 1.1 8.1 18.2 0.1 0 0.04 9.15 7.4 17.78 9.4
비교예 2 0.12 0.6 0.9 6.8 17.1 0 0 0.05 10.52 28.2 18.08 7.3
비교예 3 0.15 0.9 0.5 4.8 16.3 0 0 0.1 12.03 60.7 18.15 8.6
비교예 4 0.3 1.5 6 0.2 16 0 0 0.13 16.33 64.9 15.02 7.8
비교예 5 0.2 1 7 0.2 16 0 0 0.18 14.63 84.5 17.54 6.0
비교예 6 0.22 2 8 0.2 16 0 0 0.2 16.95 48.8 15.30 8.1
비교예 7 0.3 0.4 7 0.2 17 0.5 0 0.22 17.43 -2.8 27.97 -0.1
비교예 8 0.3 0.4 7 0.2 17 0.5 0.15 0.22 17.43 -13.0 27.97 0.1
비교예 9 0.25 0.4 5.1 5.2 17 0.5 0 0.2 16.83 -100.1 34.77 -6.9
비교예 10 0.06 1 7 0.2 15 2 0 0.17 11.42 109.5 9.29 6.2
비교예 11 0.08 1 7 0.5 15 1 0 0.16 11.48 125.2 10.64 6.4
비교예 12 0.17 1 9 0.3 16 0.8 0 0.2 14.81 46.9 17.82 2.4
비교예 13 0.17 1 8 1.1 16.1 0.8 0 0.2 14.93 30.4 19.47 2.0
비교예 14 0.17 1 8 0.3 16 1.2 0 0.2 14.81 43.4 17.47 3.2
비교예 15 0.2 1.5 8.3 0.1 16.1 0.6 0 0.23 16.70 30.4 18.94 4.5
비교예 16 0.2 1 8 0.3 16.5 1 0 0.2 15.57 28.5 18.81 3.9
비교예 17 0.18 1 8 0.2 16 0.8 0 0.23 15.61 39.4 20.62 2.3
비교예 18 0.2 0.8 8 0.3 16.1 1 0 0.2 15.22 35.8 19.92 1.5
비교예 19 0.16 1.2 7 0.1 17 0.7 0 0.21 15.04 56.2 16.43 10.3
[물성 평가]
상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 19에서 제조된 시편의 물성을 각각 측정하였다. 구체적으로 상온인장 실험은 ASTM 규격에 의거하여 진행하였고, 그에 따라 측정된 항복강도(YS, Yield Strength, MPa), 인장강도(TS, Tensile Strength, MPa) 및 연신율(EL, Elongation, %)와 냉연소둔재의 열간압연 도중 크랙(Crack) 발생 여부를 하기 표 2에 기재하였다.
냉연소둔재 조질압연재 열연 크랙
YS (㎫) TS (㎫) EL (%) YS (㎫) TS (㎫) EL (%)
실시예 1 461.4 883.3 52.4 1823.1 2090.3 3.7 X
실시예 2 519.5 897.7 49.9 1805.6 1820.6 3.1 X
실시예 3 514.0 944.4 47.8 1804.0 1992.8 3.1 X
비교예 1 300.0 697.0 52.2 1439.9 1513.4 4.0 X
비교예 2 295.0 832.0 52.0 1747.0 1823.0 4.0 X
비교예 3 404.0 1040.0 29.0 2120.0 2229.0 4.0 X
비교예 4 508.7 948.2 32.2 1906 1990 1.2 O
비교예 5 464.3 914.4 25.8 2014.9 2290.5 2.1 X
비교예 6 503.1 989.7 35.8 1774.3 2139.8 2.0 X
비교예 7 545.0 932.3 53.4 1670.3 2001.4 2.5 O
비교예 8 594.6 974.0 49.7 1747.7 2109.1 2.2 O
비교예 9 471.4 824.7 47.7 1481.0 1687.2 2.1 O
비교예 10 362.9 958.3 39.8 1760.6 1834.0 2.4 X
비교예 11 379.7 1133.7 38.1 2152.1 2189.9 1.9 X
비교예 12 502.8 723.4 31.2 1652.3 1783.7 1.2 X
비교예 13 482.6 937.6 46.9 1848.1 2013.3 3.1 X
비교예 14 471.9 902.3 44.8 1781.8 1921.2 2.3 O
비교예 15 494.3 865.4 46.8 1726.2 1854.3 2.5 X
비교예 16 328.2 814.5 38.7 1670.2 1789.8 1.9 X
비교예 17 482.6 849.7 52.6 1714.9 1808.3 2.4 X
비교예 18 573.6 997.7 40.9 1816.8 1828.4 2.4 O
비교예 19 445.8 972.1 45.1 1981 2215.2 2.3 O
상기 표 2를 참조하면, 상기 실시예 1 내지 3의 경우, 본 발명이 제시하는 합금 조성과 식(1), 식(2), 식(3) 및 식(4)을 통해 제시한 수치 범위를 만족함으로써, 냉연소둔 후 450 ㎫ 이상의 항복강도 및 45% 이상의 연신율을 달성하였다. 이와 같은 높은 항복강도와 연신율을 통해 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강이 복잡한 형상의 구조용 재료로 사용 가능하며, 활용가치가 높음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 3은 냉연소둔을 시행한 시편을 70%의 압하율로 조질압연한 조질압연재가 1800 ㎫ 이상의 고강도 특성을 나타냈다. 이와 같은 변형 후 높은 항복강도는 최종제품인 구조용 강재의 안정성이 더욱 향상될 수 있음을 의미하는 것이다.
아울러, 실시예 1 내지 3은 충분한 열간가공성을 확보하여 열간압연에 의한 크랙이 발생하지 않음에 따라, 향상된 실수율과 생산성을 확보할 수 있으며, 니켈(Ni) 함량이 크게 낮아 원가를 절감할 수 있어 우수한 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
반면, 비교예 1 및 2는 상용적으로 생산되는 규격의 오스테나이트계 스테인리스강으로, 본 발명의 성분 함량 범위를 만족하지 않는 강종이다. 상기 비교예 1 및 2는 식(1)을 만족시키지 못하여 300 ㎫ 이하의 낮은 항복강도를 보였으며, 식(2)의 값은 본 발명의 제시 범위보다 낮아 조질압연 후의 항복강도가 다소 낮은 단점이 있다. 또한, 상용 오스테나이트 스테인리스강은 과도한 니켈(Ni)의 첨가로 가격경쟁력이 열위한 문제가 있다.
비교예 3 또한 식(1)을 만족시키지 못하여 400 ㎫ 가량의 낮은 항복강도를 보였으며, 니켈(Ni) 또한 과도하게 첨가되어 가격경쟁력이 열위한 문제가 있다.
비교예 4는 식(3)의 값이 본 발명의 제시 범위보다 낮아 변형도중 소성 분균일이 심하게 발생하여 연신율이 열위한 문제가 있다. 또한 식(4)를 만족하여 열간가공 시 델타페라이트 양은 적절하지만, 낮은 식(3)의 값과 높은 탄소(C) 함량의 문제로 열간가공 시 균열 발생이 확인되어 생산성이 열위한 문제가 있다.
비교예 5는 식(2)의 값이 높아 변형시 과도한 마르텐사이트 상 형성이 발생하여 연신율이 열위한 문제가 있으며, 비교예 6은 식(3)의 값이 낮아 변형도중 소성 분균일이 심하게 발생하여 연신율이 열위한 문제가 있다.
비교예 7 내지 9는 식(1)의 값이 높아 우수한 냉연소둔 후 항복강도를 보였으나, 식(2)의 값은 30보다 크게 낮고 식(3)의 값은 20보다 크게 높아 조질압연 후 1800 ㎫ 이상의 높은 수준의 항복강도를 확보할 수 없는 문제가 있다. 또한, 비교예 7 내지 9는 식(4)의 값이 낮고, 탄소(C)의 함량이 높아 열간가공성이 열위하여 열간압연에 의한 균열이 다량 발생하는 문제가 있다.
비교예 10 및 11은 식(1)의 값이 낮아 소둔 이후 충분한 항복강도 확보가 어려운 문제가 있으며, 식(2)의 값은 80보다 크게 높고 식(3)의 값은 16보다 크게 낮아 냉연소둔재의 연신율이 열위한 문제가 있다.
비교예 12는 망간(Mn)의 함량이 과도하여 S계 개재물(MnS)이 과량 형성됨에 따라 연성 및 인성 특성이 저하되었을 뿐만 아니라 제강 공정도중 Mn 연기(fume)를 발생시킴에 따라 제조상 위험성이 동반되는 문제가 있다.
비교예 13은 니켈(Ni)의 함량이 1.1 중량%로 첨가됨에 따라 강도 및 연신율이 모두 우수하였으나, 원가절감 효과가 다소 떨어지는 문제가 있다.
비교예 14는 구리(Cu)의 함량이 과도하여 슬라브 내 델타페라이트를 다량 형성하여 열간가공성의 저하와 재질 특성에 악영향을 초래함에 따라 열간가공 시 균열 발생이 확인되어 생산성이 열위한 문제가 있다.
비교예 15는 식(1)의 값이 본 발명의 제시 범위보다 다소 높고, 비교예 16은 식(2)의 값이 본 발명의 제시 범위보다 낮으며, 비교예 17은 식(3)의 값이 본 발명의 제시 범위보다 높아 조질압연 후 1800 ㎫ 이상의 높은 수준의 항복강도를 확보할 수 없는 문제가 있다.
비교예 18은 식(4)의 값이 본 발명의 제시 범위보다 낮아 열간가공성이 열위하여 열간압연에 의한 균열이 다량 발생하는 문제가 있으며, 비교예 19는 식(4)의 값이 본 발명의 제시 범위를 초과함에 따라 과도한 양의 델타페라이트(δ- Ferrite)에 의해 열간가공성이 열위한 문제를 가지고 있다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.1 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며,
    하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
    식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
    (상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
    식(2): 30 ≤ 551 - 462(C+N) - 9.2Si - 8.1Mn - 13.7Cr - 29(Ni+Cu) - 68Nb ≤ 80
    (상기 식(2)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
    식(3): 16 ≤ 1 + 45C - 5Si + 0.09Mn + 2.2Ni - 0.28Cr - 0.67Cu + 88.6N ≤ 20
    (상기 식(3)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
    식(4):
    Figure pat00005

    (상기 식(4)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 냉연소둔 후의 항복강도가 450 ㎫ 이상이고, 조질압연 후의 항복강도가 1,800 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고강도 오스테나이트계 스테인리스강은 냉연소둔 후의 연신율이 45% 이상이고, 조질압연 후의 연신율이 3% 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강.
  7. 제 1항의 고강도 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 방법으로,
    중량%로, C: 0.1 초과 내지 0.2%, N: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.8 내지 1.5%, Mn: 7.0 내지 8.5%, Cr: 15.0 내지 17.0%, Ni: 0.5% 이하(0은 제외), Cu: 1.0% 이하(0은 제외), Nb: 0 내지 0.2%, 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하고 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강판을 열연소둔하는 단계;
    상기 열연소둔된 강판을 냉간압연하는 단계; 및
    상기 냉간압연된 강판을 냉연소둔하는 단계;를 포함하며,
    상기 슬라브는 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
    식(1): 14 ≤ 23(C+N) + 1.3Si + 0.24(Cr+Ni+Cu) + 0.1Mn
    (상기 식(1)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 슬라브는 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
    식(2): 30 ≤ 551 - 462(C+N) - 9.2Si - 8.1Mn - 13.7Cr - 29(Ni+Cu) - 68Nb ≤ 80
    (상기 식(2)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 슬라브는 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
    식(3): 16 ≤ 1 + 45C - 5Si + 0.09Mn + 2.2Ni - 0.28Cr - 0.67Cu + 88.6N ≤ 20
    (상기 식(3)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni 및 Cu는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 슬라브는 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 고강도 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
    식(4):
    Figure pat00006

    (상기 식(4)에서 C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu 및 Nb는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
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