KR20220030722A

KR20220030722A - 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20220030722A
Application number: KR1020200112382A
Authority: KR
Inventors: 김상석; 박미남
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-11
Also published as: KR102448735B1; JP2023538602A; WO2022050635A1; US20230279531A1; EP4177369A1; CN116075600A

Abstract

본 명세서에서는 자동차 외판용, 건축용 부품용 등 다양한 소재로 활용이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
개시되는 오스테나이트계 스테인리스강의 일 실시예에 따르면 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상일 수 있다.
(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
(2) (1600*[N]) + (700/

) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 {Austenitic stainless steel and manufacturing method thereof}

본 발명은 자동차 외판용, 건축용 부품용 등 다양한 소재로 활용이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 성형성, 가공경화능, 용접성으로 운송용 부품 및 건축용 부품 등 다양한 용도로 적용이 된다. 그러나, 대표적인 범용 오스테나이트계 스테인리스강인 304계 스테인리스강이나 301계 스테인리스강은 항복강도가 200~350MPa 수준으로 강도가 낮아 구조물에 적용하기에는 한계가 있다.

오스테나이트계 스테인리스강의 항복강도를 높이기 위한 방안으로 조질 압연을 추가적으로 수행하는 경우가 있으나, 이러한 방안은 추가적인 공정으로 비용이 상승하고, 소재의 연신율이 극도로 열위해지는 문제가 있다.

특허문헌 1은 포토에칭 가공을 위한 레이저 메탈마스크용으로 냉연 소둔재를 조질 압연한 다음, 2회 SR(Stress Relief)열처리에 의해 하프 에칭(half etching) 후에도 반곡이 작은 300계 스테인리스강 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1은 에칭성과 에칭 후 반곡을 제어하기 위한 제조기술에 관한 것이며, 오스테나이트 상안정화도 ASP(Austenitic Stability Parameter) 값이 30 내지 50으로 성형 시 변형 유기 마르텐사이트 변태가 급격히 일어나 연신율이 저하될 우려가 있다.

특허문헌 2는 원자력용 부재에 관한 것으로 평균 결정립 크기를 10㎛ 이하인 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위하여 600~700℃에서 48시간 이상 장시간 열처리를 수행하였다. 특허문헌 2에 따른 경우 장시간 열처리 수행이 필요하여 실제 생산라인에서 구현하기에는 생산성이 떨어지며, 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.

국제공개공보 WO2016-043125A1 (공개일: 2016.03.14) 일본공개특허공보 JP2020-50940A (공개일: 2020.04.02)

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 높은 항복강도와 우수한 연신율을 동시에 만족하는 초세립 300계 스테인리스강을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상일 수 있다.

(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])

(2) (1600*[N]) + (700/

) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100

(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])

상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (4) 값이 200 이상일 수 있다.

(4) Hv - ([Ni]+[Cr])

상기 식 (4)에서, Hv는 비커스 경도(Hv), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, Cu: 0.4% 이하, Mo: 0.2% 이하, Nb: 0.25% 이하, V: 0.25% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 상기 t는 0.4 내지 2.0mm일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 측정한 공식전위 값이 250mV 이상일 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연한 다음, 상온에서 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하는 단계 및 700 내지 850℃에서 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 열간 압연한 다음, 소둔하지 않고 냉간 압연하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 압하율 60% 이상으로 조질 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 고강도와 고연성을 동시에 만족하는 초세립 300계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

본 발명은 고강도-고연성을 동시에 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하면서도, 고가의 합금원소인 Ni, Cr의 함량을 저감하여 경제적이다.

본 발명은 고강도-고연성을 동시에 만족하면서도, 우수한 내식성을 확보 가능한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

도 1은 식 (2) 값, 식 (3) 값에 따라 발명예, 비교예의 범위를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 발명예, 비교예의 평균 결정립 크기 d를 비교하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 발명예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 비교예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 성형성, 가공경화능, 용접성으로 다양한 용도로 사용되나, 항복강도가 낮은 단점이 존재하며, 항복강도를 높이기 위해 조질 압연을 수행하는 경우 연신율이 열위되는 문제가 있다. 본 발명의 발명자들은 높은 항복강도와 우수한 연신율을 동시에 만족하는 강재로 초세립 오스테나이트계 스테인리스강에 주목하였다. 그러나, 초세립이라 하여 높은 항복강도와 우수한 연신율을 동시에 만족하는 것은 아니다. 강종 마다 Ni, Cr 함량이 상이하고, 오스테나이트 상안정화도에 따라 냉간 가공 시 마르텐사이트 변태량이 상이하고, TRIP(Transformation Induced Plasticity) 변태 거동에 따라 인장커브 특성이 상이하여 항복강도와 연신율도 초세립 오스테나이트계 스테인리스강이라 하여도 강마다 크게 상이하다. 본 발명의 발명자들은 이러한 영향들을 고려하여 고강도-고연성 동시 구현이 가능한 초세립 오스테나이트계 스테인리스강을 고안하기에 이르렀다.

본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 선택적으로 Cu: 0.4% 이하, Mo: 0.2% 이하, Nb: 0.25% 이하, V: 0.25% 이하를 1종 이상 더 포함할 수 있다.

이하에서는 상기 합금조성을 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다.

C(탄소)의 함량은 0.005 내지 0.03중량%이다.

C는 오스테나이트상 안정화 원소이다. 이를 고려하여 본 발명에서 C는 0.005중량% 이상 첨가된다. 그러나, C 함량이 과다하면 저온 소둔 시 크롬탄화물을 형성하여 입계 내식성을 저하시키는 문제가 발생하므로 본 발명에서 C 함량은 0.03중량% 이하로 제한된다.

Si(실리콘)의 함량은 0.1 내지 1중량%이다.

Si은 제강 시 탈산제로 첨가되는 성분이며, 광휘소둔(Bright Annealing) 공정을 수행하는 경우 부동태 피막에 Si산화물을 형성하여 강의 내식성을 향상시키는 효과가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Si은 0.1중량% 이상 첨가된다. 그러나, Si 함량이 과다하면 연성을 저하시키는 문제가 있으므로 본 발명에서 Si 함량은 1.0중량% 이하로 제한된다.

Mn(망간)의 함량은 0.1 내지 1.0중량%이다.

Mn은 오스테나이트상 안정화 원소이다. 이를 고려하여 본 발명에서 Mn은 0.1중량% 이상 첨가된다. 그러나, Mn 함량이 과다하면 내식성을 저하시키는 문제가 있으므로 본 발명에서 Mn의 함량은 1.0중량% 이하로 제한된다.

Ni(니켈)의 함량은 6.0 내지 9.0중량%이다.

Ni은 오스테나이트상 안정화 원소이며, 강재를 연질화하는 효과가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ni은 6.0중량% 이상 첨가된다. 그러나, Ni 함량이 과다하면 비용이 상승하는 문제가 있으므로 본 발명에서 Ni의 함량은 9.0중량% 이하로 제한된다.

Cr(크롬)의 함량은 16.0 내지 19.0중량%이다.

Cr은 스테인리스강의 내식성 향상을 위한 주요 원소이다. 이를 고려하여 본 발명에서 Cr은 16.0중량% 이상 첨가된다. 그러나, Cr 함량이 과다하면 강재가 경질화되며, 냉간 압연 시 변형 유기 마르텐사이트 변태를 억제시키는 문제가 있으므로 본 발명에서 Cr의 함량은 19.0중량% 이하로 제한된다.

N(질소)의 함량은 0.2중량% 이하이다.

N는 오스테나이트상 안정화 원소이며, 강재의 강도를 향상시킨다. 그러나, N 함량이 과다하면 강재가 경질화되고, 열간가공성이 저하될 문제가 있으므로 본 발명에서 N의 함량은 0.2중량% 이하로 제한된다.

이하에서는 선택적 합금성분인 Cu, Mo, Nb, V의 함량을 한정한 이유에 대해서 구체적으로 설명한다.

Cu(구리)의 함량은 0.4중량% 이하일 수 있다.

Cu는 오스테나이트상 안정화 원소이다. 그러나, Cu 함량이 과다하면 강재의 내식성이 저하되며, 비용이 상승할 문제가 있으므로 본 발명에서 Cu의 함량은 0.4중량% 이하로 제한된다.

Mo(몰리브덴)의 함량은 0.2중량% 이하일 수 있다.

Mo은 내식성과 가공성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Mo 함량이 과다하면 비용이 상승할 문제가 있으므로 본 발명에서 Mo의 함량은 0.2중량% 이하로 제한된다.

Nb(니오븀) 또는 V(바나듐)의 함량은 0.25중량% 이하일 수 있다.

Nb과 V은 첨가 시 (Nb,V)(C,N) 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 효과가 있다. 그러나, Nb, V 함량이 과다하면 비용이 상승할 문제가 있으므로 본 발명에서 Nb, V 함량은 각각 0.25중량% 이하로 제한된다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

본 발명의 스테인리스강은 각 합금원소의 함량을 상술한 조건으로 제한하는 것 이외에도, 다음과 같이 더욱 한정할 수 있다.

하기 식 (1)로 표현되는 ASP(Austenitic Stability Parameter) 값이 10 내지 25이하일 수 있다.

상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를 의미한다. 첨가되지 않은 원소는 0중량%를 식 (1)에 대입하여 도출한다.

식 (1)은 스테인리스강을 0.3 진변형(true strain)으로 변형시켰을 때, 오스테나이트의 50%가 마르텐사이트로 변태하는 온도를 의미하는 것으로, 오스테나이트 상안정화도의 지표로 활용된다. 식 (1)의 값이 낮을수록 오스테나이트 상안정화도가 높은 것을 의미하며, 변형 시 변태되는 가공 유기 마르텐사이트의 양이 적어진다.

식 (1)의 값이 10 미만이면 냉간 압연에 의한 오스테나이트상에서 마르텐사이트상으로 변태되는 TRIP 변태량이 낮아 냉간압연재의 마르텐사이트 분율이 낮아지며, 잔류 오스테나이트(retained austenite)상 분율이 높아진다. 가공 유기 마르텐사이트량이 줄어듬에 따라 저온 소둔에 의해 역변태 오스테나이트(reverted austenite)상이 되는 비율이 낮아지게 되고, 마르텐사이트로 변태되지 않은 잔류 오스테나이트상 분율은 높아 초세립을 확보하기 어려워진다. 식 (1)의 값이 25을 초과하게 되면 냉간 압연에 의한 TRIP 변태는 활성화되나, 너무 빠른 TRIP 변태속도에 의하여 낮은 연신율 값을 나타내는 문제가 있다.

하기 식 (2)의 값이 435 이상일 수 있다.

(2) (1600*[N]) + (700/

) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100

상기 식 (2)에서, [N], [Ni]은 각 원소의 중량%를 의미한다. ASP는 식 (1)의 ASP 값을 의미한다. d는 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기를 의미한다.

본 발명의 일 예에 따른 t는 0.4 내지 2.0mm일 수 있다. 구조용 부품은 0.4~2.0mm 두께를 갖는 소재가 많이 적용되며, 본 발명에 따르면 해당 두께범위에서 고강도-고연성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 d는 5㎛ 이하일 수 있다.

d가 5㎛을 초과하게　되면 홀-페치 방정식(Hall-Petch equation)에 의해　낮은 항복강도를 가지게 되며, 이는 YS*EL값을 낮게 만드는 원인이　된다.

식 (2)는 고강도를 확보하기 위한 파라미터로, 강도에 영향을 미치는 요소인 N, Ni 함량, 결정립 크기, 오스테나이트상 안정화도를 고려한 파라미터이다. 식 (2)의 값이 435 미만이면 충분한 고강도를 확보할 수 없게 된다.

하기 식 (3)의 값이 6000 이상일 수 있다.

(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])

상기 식 (3)에서, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다.

식 (3)의 YS*EL 값은 Cr, Ni 함량에 의해 많은 영향을 받게 된다. 예를 들면 Cr, Ni 함량이 적으면 TRIP 변태가 용이하게 일어나 YS*EL 값이 높아지는 경향이 존재한다. 식 (3)의 값이 6000 미만이면 고강도-고연성을 동시에 만족할 수 없는 문제가 있다.

하기 식 (4)의 값이 200 이상일 수 있다.

(4) Hv - ([Ni]+[Cr])

식 (4)의 Hv 값은 Cr, Ni 함량에 의해 많은 영향을 받게 된다. 예를 들면 Cr, Ni 함량이 적으면 TRIP 변태가 용이하게 일어나며, 이에 따라 냉간 변형 시 가공 유기 마르텐사이트 변태량이 많아진다. 그 결과, 강재의 경도가 상승한다. 식 (4)의 값이 200 미만이면 충분한 경도를 확보하지 못하는 문제가 있다.

본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 고강도-고연성을 동시에 만족할 뿐만 아니라, 내식성 또한 우수하다. 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 측정한 공식전위 값이 250mV 이상일 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 조질 압연 후의 인장강도가 1750MPa 이상일 수 있다.

냉간 압연 시 압하율이 40% 미만이면 ASP 10 내지 25 범위를 갖는 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강의 TRIP 변태량이 너무 낮아 냉간압연재의 마르텐사이트 분율이 낮아지며, 잔류 오스테나이트상 분율이 높아진다. 가공 유기 마르텐사이트량이 줄어듬에 따라 후속되는 저온 소둔에 의해 역변태 오스테나이트상이 되는 비율이 낮아지게 되고, 마르텐사이트로 변태되지 않은 잔류 오스테나이트상 분율은 높아 초세립의 결정립을 확보하기 어려워진다.

본 발명에 따르면 열연재를 냉간 압연한 다음, 700 내지 850℃에서 저온 소둔할 수 있다. 저온 소둔 온도가 700℃ 미만이면 가공 유기 마르텐사이트상에서 역변태 오스테나이트상으로의 재결정이 발생되지 않는 문제점이 있다. 반면, 저온 소둔 온도가 850℃를 초과하게 되면 역변태 오스테나이트 결정립 크기가 조대해져 항복강도가 낮아질 우려가 있다.

본 발명의 일 예에 따르면 열간 압연한 다음, 소둔하지 않고 냉간 압연할 수 있다.

또한, 상술한 제조단계에 이어 강도를 보다 더 높이기 위하여 압하율 60% 이상으로 조질 압연하는 단계를 더 포함할 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}

아래 표 1의 성분을 갖는 슬라브를 열간 압연한 다음 1000 내지 1150℃에서 소둔을 수행하거나 또는 소둔을 수행하지 않고, 상온에서 총 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하였다. 그런 다음, 700 내지 850℃에서 소둔하여 두께가 0.4 내지 2.0mm인 냉연소둔재를 제조하였다.

아래 표 1에서 ASP는 오스테나이트 상안정화도를 나타내는 아래 식 (1)에 표 1의 합금조성을 대입하여 도출한 값이다.

상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를 의미한다.

	합금조성 (중량%)										ASP
	C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	Mo	N	Nb	V	ASP
발명예 1	0.023	0.53	1.24	17.5	6.4	0	0	0.17	0	0	21.6
발명예 2	0.023	0.53	1.24	17.5	6.4	0	0	0.17	0	0	21.6
발명예 3	0.019	0.3	0.46	17.3	6.3	0.25	0.1	0.15	0.21	0	23.3
발명예 4	0.019	0.3	0.46	17.3	6.3	0.25	0.1	0.15	0.21	0	23.3
발명예 5	0.017	0.32	1.79	16.7	6.85	0.25	0.1	0.15	0	0	19.9
발명예 6	0.017	0.32	1.79	16.7	6.85	0.25	0.1	0.15	0	0	19.9
발명예 7	0.02	0.5	1	18.1	8	0.25	0.1	0.04	0	0.1	14.7
발명예 8	0.02	0.5	1	18.1	8	0.25	0.1	0.04	0	0.1	14.7
비교예 1	0.023	0.53	1.24	17.5	6.4	0	0	0.17	0	0	21.6
비교예 2	0.019	0.3	0.46	17.3	6.3	0.25	0.1	0.15	0.21	0	23.3
비교예 3	0.017	0.32	1.79	16.7	6.85	0.25	0.1	0.15	0	0	19.9
비교예 4	0.02	0.3	0.5	18.1	8.02	0.25	0.1	0.04	0.05	0	23.4
비교예 5	0.02	0.5	1	18.1	8	0.25	0.1	0.04	0	0.1	14.7
비교예 6	0.02	0.51	0.98	17.3	6.3	0	0	0.1	0	0	63.2
비교예 7	0.02	0.51	0.98	17.3	6.3	0	0	0.1	0	0	63.2
비교예 8	0.02	0.29	0.49	16.6	5.98	0.25	0.1	0.18	0	0	42.0
비교예 9	0.02	0.29	0.49	16.6	5.98	0.25	0.1	0.18	0	0	42.0
비교예 10	0.02	0.29	0.49	16.6	5.98	0.25	0.1	0.18	0	0	42.0
비교예 11	0.022	0.31	0.29	18.2	8.09	0.25	0.1	0.02	0	0	33.3
비교예 12	0.022	0.31	0.29	18.2	8.09	0.25	0.1	0.02	0	0	33.3
비교예 13	0.022	0.31	0.29	18.2	8.09	0.25	0.1	0.02	0	0	33.3
비교예 14	0.047	0.57	0.78	18.4	9.13	0.24	0.097	0.029	0	0	-21.3
비교예 15	0.019	0.3	1.5	18.1	8.27	1.27	0.1	0.041	0	0	-18.1
비교예 16	0.016	0.4	1.2	18.7	10.3	0.25	0.1	0.015	0	0	-40.7
비교예 17	0.02	0.6	1.1	16.2	10.1	0.25	2.1	0.02	0	0	-42.8
비교예 18	0.079	0.4	9	15.2	3.5	1.68	0	0.115	0	0	26.3

표 2의 d는 표 1의 냉연소둔재의 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기(㎛)를 의미한다.

표 2의 식 (2)는 하기 식 (2)로 도출된 값을 의미한다.

(2) (1600*[N]) + (700/

) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100

식 (2) 값은 표 1의 [N], [Ni] 중량%와, ASP 값을 대입하였으며, 표 2의 d 값을 대입하여 도출하였다.

표 2의 식 (3)은 하기 식 (3)으로 도출된 값을 의미한다.

(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])

식 (3) 값은 이후 서술되는 조건으로 측정된 항복강도(YS, MPa), 연신율(EL, %)와, 표 1의 [Ni], [Cr] 중량%를 대입하여 도출하였다.

항복강도(YS, MPa), 연신율(EL, %)은 제조된 냉연소둔재를 규격 JIS13B에 의한 시험편으로 상온에서 크로스헤드(crosshead) 10 mm/min ~ 20 mm/min 범위에서 인장시험을 수행한 다음 측정하였다.

표 2의 식 (4)는 하기 식 (4)로 도출된 값을 의미한다.

(4) Hv - ([Ni]+[Cr])

상기 식 (4) 값은 이후 서술되는 조건으로 측정된 비커스 경도(Hv), 표 1의 [Ni], [Cr] 중량%를 대입하여 도출하였다.

비커스 경도(Hv)는 비커스 경도기를 사용하여 2kgf의 하중으로 측정된 값이다.

표 2의 공식전위(mV)는 30℃, 3.5% NaCl 용액에 냉연소둔재를 침지하여 측정된 값이다.

구분	d (㎛)	식 (2)	식 (3)	식 (4)	공식전위 (mV)
발명예 1	1.2	969	19131	298	287
발명예 2	4.2	672	16772	267	290
발명예 3	0.5	1297	12463	365	274
발명예 4	2.2	779	19048	329	280
발명예 5	1.2	921	17547	271	254
발명예 6	3.3	668	14699	239	257
발명예 7	1	763	7243	304	291
발명예 8	3.2	454	7835	232	297
비교예 1	25.5	469	9123	193	307
비교예 2	15.5	485	1600	226	360
비교예 3	27.5	416	6689	173	257
비교예 4	28.8	228	8173	138	303
비교예 5	17.5	230	-3712	134	320
비교예 6	3.7	751	5980	252	272
비교예 7	24.5	528	-3514	174	317
비교예 8	1.1	1104	4768	295	255
비교예 9	3.5	811	5890	273	262
비교예 10	26.7	572	735	189	311
비교예 11	1.3	718	3270	217	342
비교예 12	3.4	483	1215	189	325
비교예 13	27.5	237	-4415	125	312
비교예 14	6.5	153	2446	175	311
비교예 15	7.8	178	3037	156	325
비교예 16	8.2	0	-1278	165	320
비교예 17	7.8	9	271	181	425
비교예 18	2.9	730	8882	272	30

표 1, 2를 참조하면, 발명예 1 ~ 8은 ASP 값이 10 내지 25, d값이 5㎛ 이하, 식 (2)의 값이 435 이상, 식 (3)의 값이 6000 이상을 만족하여 고강도-고연성 및 우수한 내식성을 확보할 수 있었다. 또한, 표 2를 참조하면 발명예 1 ~ 8의 식 (4)의 값이 200 이상이었으며, 공식전위는 250mV 이상이었다.

비교예 6 ~ 18은 본 발명이 한정하는 ASP 값 범위를 벗어났다. ASP 값이 25를 초과하는 비교예 6 ~ 13, 18은 성형 시 너무 빠른 TRIP 변태속도에 의하여 낮은 연신율을 나타내었다. ASP 값이 10 미만인 비교예 14 ~ 17은 잔류 오스테나이트상 분율이 높아 초세립을 확보하지 못하였다.

비교예 1 ~ 5, 7, 10, 13 ~ 17은 본 발명이 한정하는 d 값 범위를 벗어나 결정립이 조대하게 형성되었다. 그 결과, 고강도-고연성을 동시에 만족하지 못하였다.

비교예 3 ~ 5, 13 ~ 17은 본 발명이 한정하는 식 (2)의 값 범위를 만족하지 못하였다. 그 결과, 고강도-고연성을 동시에 만족하지 못하였다.

비교예 2, 5 ~ 17은 본 발명이 한정하는 식 (3)의 값 범위를 만족하지 못하였다. 그 결과, 고강도-고연성을 동시에 만족하지 못하였다.

비교예 1, 3 ~ 5, 7, 10, 12, 14 ~ 17은 본 발명이 한정하는 식 (4)의 값 범위를 만족하지 못하였다. 그 결과, 충분한 경도를 확보하지 못하였다.

비교예 18은 다량의 Mn을 함유하고 있어 내식성이 저하되었으며, 공식전위는 30mV로 낮았다.

도 1은 식 (2) 값, 식 (3) 값에 따라 발명예, 비교예의 범위를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면 본 발명이 한정하는 식 (2), 식 (3) 값 범위 내에 모든 발명예가 포함되는 것을 확인할 수 있으며, 해당 범위에서 고강도-고연성 특성을 동시에 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다. 반면, 비교예의 경우 식 (2) 값 범위 및/또는 식 (3) 값 범위를 불만족하고 있으며, 이 경우 고강도-고연성 특성을 동시에 만족하기 어렵다.

도 2a 내지 도 2c는 발명예, 비교예의 평균 결정립 크기 d를 비교하기 위한 도면이다. 도 2a, 도 2b는 본 발명에 따른 도면이며, 도 2c는 비교예에 따른 도면이다. 도 2a, 2b와 도 2c를 비교하면 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 d 값이 5㎛ 이하로서 초세립임을 확인할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 발명예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.

도 4a 내지 도 4c는 비교예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상인 오스테나이트계 스테인리스강:
(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
(2) (1600*[N]) + (700/
) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
(상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다).
제1항에 있어서,
하기 식 (4) 값이 200 이상인 오스테나이트계 스테인리스강:
(4) Hv - ([Ni]+[Cr])
(상기 식 (4)에서, Hv는 비커스 경도(Hv), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다).
제1항에 있어서,
중량%로, Cu: 0.4% 이하, Mo: 0.2% 이하, Nb: 0.25% 이하, V: 0.25% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
상기 t는 0.4 내지 2.0mm인 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 측정한 공식전위 값이 250mV 이상인 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법으로서,
중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연한 다음, 상온에서 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하는 단계; 및
700 내지 850℃에서 소둔하는 단계;를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
제6항에 있어서,
열간 압연한 다음, 소둔하지 않고 냉간 압연하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
제6항에 있어서,
압하율 60% 이상으로 조질 압연하는 단계;를 더 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.