KR20230015982A

KR20230015982A - 페라이트계 스테인리스강 및 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230015982A
Application number: KR1020227045272A
Authority: KR
Inventors: 유타 요시무라; 나오키 히라가와; 에이이치로 이시마루
Original assignee: 닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2023-01-31
Also published as: JPWO2022085708A1; WO2022085708A1; JP7374338B2; CN115917029A

Abstract

딥 드로잉성 및 내리징성이 모두 우수한 페라이트계 스테인리스강을 종래보다 저비용으로 실현한다.　본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 페라이트계 스테인리스강의 표면에 형성된 리징에서의 물결 곡선 요소의 평균 높이가 15μm 이하이며 r값이 0.9 이상이고, 또한 압연 방향에 평행하며 폭방향에 수직하는 평면으로 절단한 단면에서의 마르텐사이트상의 면적 비율이 0% 이상 1.0% 미만이다.

Description

페라이트계 스테인리스강 및 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법에 관한 것이다.

페라이트계 스테인리스강은 내식성 및 내열성이 우수하며, 가전 제품, 조리 기구, 건축 용도 등의 여러 분야에서 사용되고 있다. 한편, 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 연성이 떨어진다. 또한, 페라이트계 스테인리스강은 성형 가공시에 리징(ridging)이 생기고, 이 리징이 성형 가공품의 표면 품질 및 성형 가공후의 페라이트계 스테인리스강의 연마성을 저해한다는 문제가 있다.

여기서, 리징은 페라이트계 스테인리스강의 표면에 생기는 표면 결함이며, 구체적으로는, 페라이트계 스테인리스강의 표면에서 가공 방향과 평행한 방향으로 생기는 줄무늬 또는 스트라이프 모양의 기복을 가리킨다. 「가공 방향」은 페라이트계 스테인리스강의 띠강을 성형 가공에 의해 신장시키는 방향이다. 또한, 리징 발생의 원인이 되는 성형 가공으로서는, 프레스 가공, 인장 가공, 드로잉 가공 등을 예시할 수 있다.

페라이트계 스테인리스강의 연성, 특히 딥 드로잉성을 향상시키려면 페라이트계 스테인리스강 중의 C 및 N의 함유량을 줄이는게 유효하다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 한편, 페라이트계 스테인리스강 중의 C 및 N의 함유량을 줄이면 내리징성이 저하하는 것도 일반적으로 알려져 있다. 이러한 점에서, 딥 드로잉성 및 내리징성이 모두 우수한 페라이트계 스테인리스강을 실현하는 것이 종래부터의 과제이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 종래부터 여러가지 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 소정의 조건을 만족하는 양의 Ti를 첨가하여 석출물의 석출량을 제어함으로써 r값이 향상되고 내리징성도 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하는 기술이 개시되어 있다. r값(랭크포드값)은 판재 일반의 이방성을 나타내는 특성값이며, 페라이트계 스테인리스강의 딥 드로잉성의 우열을 나타내는 지표가 된다. r값이 클수록 페라이트계 스테인리스강의 딥 드로잉성이 우수하다. 또한, 예를 들면, 특허문헌 2에는 소정의 롤 지름의 워크롤을 이용하여 냉간 압연을 실시함으로써, r값이 큰 페라이트계 스테인리스 박강판을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 워크롤은 냉간 압연시에 압연 대상인 금속판과 직접 접촉하는 냉간 압연기의 구성 부품이다.

일본 특허 공개 평10-130786호 공보 일본 특허 공개 소59-107030호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술은 고가의 원소인 Ti를 첨가하므로, 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 비용이 비싸진다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은 내리징성을 향상시키기 위한 제조 조건 및 성분 조성이 규정되어 있지 않으므로, 이 기술에 기초하여 제조된 페라이트계 스테인리스 박강판은 내리징성의 면에서 충분하다고는 할 수 없다.

본 발명의 일 양태는 상기의 문제점을 감안한 것으로, 딥 드로잉성 및 내리징성이 모두 우수한 페라이트계 스테인리스강을 종래보다 저비용으로 실현하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 질량%로, C: 0.12% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, Ni: 1.0% 이하, Cr: 12.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.10% 이하 및 Al: 0.50% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 페라이트계 스테인리스강으로서, 상기 페라이트계 스테인리스강의 표면에 형성된 리징에서의 물결 곡선 요소의 평균 높이가 15μm 이하이며, r값이 0.9 이상이고, 압연 방향에 평행하며 폭 방향에 수직한 평면으로 절단한 단면에서의 마르텐사이트상의 면적 비율이 0% 이상 1.0% 미만인 마르텐사이트상을 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 질량%로, C: 0.12% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, Ni: 1.0% 이하, Cr: 12.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.10% 이하 및 Al: 0.50% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬래브를 열간 압연하여 열연 띠강을 제조하는 열간 압연 공정;

상기 열간 압연 공정에서 제조된 상기 열연 띠강을 소둔(annealing)하여 연질화함으로써, 압연 방향에 평행하고 열연 소둔 띠강의 폭 방향에 수직한 평면으로 절단한 단면에서의 마르텐사이트상의 면적 비율이 5.0% 이상 30.0% 이하이며, 상기 마르텐사이트상을 제외한 잔부가 페라이트상을 포함하고 있는 상기 열연 소둔 띠강을 제조하는 연질화 소둔 공정; 및

상기 연질화 소둔 공정에서 제조된 상기 열연 소둔 띠강을 냉간 압연하여 냉연 띠강을 제조하는 냉간 압연 공정;을 포함하고,

상기 냉간 압연 공정에서는,

상기 열연 소둔 띠강의 두께에 대한, 상기 열연 소둔 띠강의 두께와 상기 냉연 띠강의 두께차의 비율인 총 냉연율을 60% 이상으로 설정하고,

상기 열연 소둔 띠강을,

(i) 롤 지름이 200mm 이상인 제1 워크롤을 이용하여, 1 패스당 냉연율이 15% 이상이 되며, 전체 패스 종료후의 냉연율이 상기 총 냉연율의 50% 이상이 되도록 냉간 압연한 후,

(ii) 롤 지름이 200mm 미만인 제2 워크롤을 이용하여 더 냉간 압연한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 딥 드로잉성 및 내리징성이 모두 우수한 페라이트계 스테인리스강을 종래보다 저비용으로 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 한편, 본 명세서 에서, 페라이트계 스테인리스강(이하, 「스테인리스강」이라고 약기)에 대한 각 원소의 함유율을 간단히 함유율로 칭한다. 또한, 함유율에 관한 「%」의 표시에 대해서는 특별히 언급하지 않는 이상 「질량%」를 의미하는 것으로 한다. 또한, 수치 X1 및 수치 X2(단, X1＜X2)에 대하여, 「X1~X2」는, 「X1 이상 X2 이하」를 의미하는 것으로 한다.

〔딥 드로잉성 및 내리징성 향상의 메카니즘〕

본 발명자들은 예의 검토 결과, 딥 드로잉성 및 내리징성이 모두 우수한 스테인리스강을 종래보다 저비용으로 실현하기 위한 유효한 방책을 발견하였다. 구체적으로는, (i) 연질화 소둔후의 마르텐사이트상의 면적 비율 및 (ii) 냉간 압연에서의 워크롤의 롤 지름 및 냉연 조건을 각각 적절히 설정하는 것이 유효함을 발견하였다. 이에 대해, 이하에 설명한다.

＜연성 및 내리징성의 향상＞

우선, 상기 (i)의 방책에 관한 본 발명자들의 검토 결과에 대해 설명한다. 일반적인 지견으로서 열간 압연후의 스테인리스강의 띠강을 연질화 소둔(상세에 대해서는 후술)함으로써 마르텐사이트상의 분산이 생기는 것이 알려져 있다. 이하, 스테인리스강의 띠강을 「스테인리스 띠강」이라고 칭한다. 「마르텐사이트상의 분산」이란, 스테인리스 띠강 중의 오스테나이트상이 마르텐사이트상으로 변태하여, 상기 마르텐사이트상이 스테인리스 띠강 중의 페라이트상 내에 분산되는 것을 가리킨다. 마르텐사이트상의 분산은 연질화 소둔후의 냉간 압연에서 페라이트상의 콜로니(유사 결정 방위의 집합 조직)를 분단하는 효과가 있다.

여기서, 리징은 스테인리스강에서 콜로니가 압연 방향으로 이어져 존재하는 것에 기인하여 생기므로, 마르텐사이트상의 분산은 내리징성을 향상시키는데 있어서 유효한 현상이 된다. 「압연 방향」은 스테인리스강의 띠강을 압연 가공할 때 상기 띠강을 압연 장치에 통과시키는 방향이다.

단, 마르텐사이트상의 분산이 과도하게 생기면, 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강에서 마르텐사이트상의 양이 과잉 증가한다. 마르텐사이트상은 딱딱하고 고강도의 조직이고, 페라이트상은 부드럽고 연성이 우수한 조직이므로, 스테인리스강의 연성을 향상시킬 수 없게 된다. 또한, 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강을 냉간 압연할 때 엣지 깨짐 및 코일(띠강) 파단 등을 일으키는 원인이 되기도 한다.

한편, 마르텐사이트상의 분산이 적으면 연질화 소둔후의 냉간 압연에서 마르텐사이트상에 의한 페라이트상의 콜로니의 분단이 불충분해져, 스테인리스강의 내리징성을 향상시킬 수 없게 된다.

이러한 것에 기초하여 예의 검토한 결과, 본 발명자들은 스테인리스강에 대해 강도를 종래의 레벨로 유지하면서 연성 및 내리징성을 향상시키기 위해서는 마르텐사이트상의 분산을 적절히 발생시키는 것이 유효하다는 지견을 얻었다. 구체적으로는, 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강에서의 마르텐사이트상의 면적 비율이 5.0~30.0%가 되도록 마르텐사이트상의 분산을 발생시키는 것이 유효함을 발견하였다.

「연질화 소둔후의 마르텐사이트상의 면적 비율」은, 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강에서의 절단 단면 면적에 대한, 상기 절단 단면에 포함되는 마르텐사이트상 영역의 총면적의 비율이다. 이 절단 단면은 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강을 압연 방향에 평행하며 상기 스테인리스 띠강의 폭 방향에 수직한 평면으로 절단했을 때 형성되는 단면이다. 이하, 연질화 소둔후의 마르텐사이트상의 면적 비율을 「제1 마르텐사이트 면적 비율」이라고 칭한다.

제1 마르텐사이트 면적 비율은, 예를 들면 EBSD(electron back scattering diffraction) 결정 방위 해석을 이용하여 산출할 수 있다. 구체적으로는, 우선, 주사형 전자현미경(SEM)에 탑재한 EBSD 검출기를 사용하여, 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강의 측정면의 EBSD 패턴을 취득한다. EBSD 패턴의 취득에 대해서는, 취득 조건을 예를 들면 이하와 같이 설정한다.

·측정면: L단면(절단 단면: 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강을 압연 방향에 평행하며 상기 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강의 폭방향에 수직한 평면으로 절단했을 때 형성되는 단면)

·측정 배율: 100~800배

·측정 면적: 100~1000μm 스퀘어

·측정 피치(step size): 0.3~0.8μm

다음으로, 취득한 EBSD 패턴으로부터, OIM(Orientation Imaging Microscopy) 해석 소프트웨어를 이용하여 IQ(Image Quality) 화상을 생성한다. IQ 화상은 열연소둔 띠강의 측정면에 형성된 각 조직을 선명도의 높낮이로 나타내는 화상맵이다. 마르텐사이트상은, 페라이트상에 비해 내부 조직이 복잡하고 선명도가 낮아진다. 따라서, 측정면에서의 마르텐사이트상 영역은 IQ 화상에서는 상대적으로 어둡게 나타난다. 한편, 페라이트상은 마르텐사이트상에 비해 내부 조직이 단순하고 선명도가 높아진다. 따라서, 측정면에서의 페라이트상 영역은 IQ 화상에서는 상대적으로 밝게 나타난다. 이 IQ 화상을 이치화하여 마르텐사이트상 영역의 총면적을 측정면의 면적으로 나눔으로써 제1 마르텐사이트 면적 비율을 산출할 수 있다.

본 발명자들은 제1 마르텐사이트 면적 비율을 5.0% 이상으로 설정함으로써, 스테인리스강의 표면에 형성되는 리징의 물결 높이(상세에 대해서는 후술)가 종래보다 낮아지고, 스테인리스강의 표면 성상이 향상하여 성형 가공이 용이해지는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은 제1 마르텐사이트 면적 비율을 30.0% 이하로 설정함으로써, 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강의 연성이 저하되지 않고, 냉간 압연중에 엣지 깨짐 및 코일 파단 등의 냉연성 불량이 쉽게 생기지 않음을 발견하였다.

＜r값의 향상＞

상기 (i)의 방책을 채용한 것만으로는, 스테인리스강의 연성은 향상하지만 딥 드로잉성의 향상면에서는 충분하다고는 할 수 없었다. 따라서, 본 발명자들은 더욱 검토를 진행하여 상기 (ii)의 방책이 스테인리스강의 딥 드로잉성을 향상시키는데 있어서 유효함을 발견하였다. 이하, 상기 (ii)에 관한 본 발명자들의 검토 결과에 대해 설명한다. 일반적인 지견으로서 스테인리스강에서의 딥 드로잉성의 우열의 지표가 되는 r값은, 스테인리스강에 생성되는, 밀러 지수가 ｛111｝이 되는 결정 방위(이하, 「｛111｝결정 방위」라고 약기)의 수가 많을수록 값이 커진다고 알려져 있다. ｛111｝결정 방위는 압연 변형이 생기는 지점에 생성되는 경향이 있으므로, 스테인리스강에서 압연 변형이 집중되어 있는 결정립계에서 생성되기 쉽다.

여기서, 냉간 압연에서 일반적으로 사용되고 있는 롤 지름이 50~100mm인 워크롤로 연질화 소둔후의 스테인리스 띠강을 냉간 압연하면, 압연 변형의 집중이 냉간 압연후의 스테인리스 띠강에 있어서 판두께 방향의 단부에 머무르는 경향이 있다. 바꿔 말하면, 냉간 압연후의 스테인리스 띠강의 판두께 방향의 중심부에서 압연 변형의 집중이 잘 생기지 않고 결정립계가 잘 생성되지 않는 경향이 있다. 이하, 스테인리스 띠강에서의 판두께 방향의 중심부를 「판두께 중심부」라고 칭하고, 판두께 방향의 단부를 「판두께 표층부」라고 칭한다. r값을 크게 하기 위해서는, 판두께 표층부에서부터 판두께 중심부에 이르는 모든 부분에 ｛111｝결정 방위가 많이 생성되어 있을 필요가 있으므로, 상기 일반적인 워크롤로는 판두께 중심부에서 ｛111｝결정 방위를 많이 생성하지 못하여 스테인리스강의 r값을 크게 하는 것이 어렵다.

이러한 점에서, 본 발명자들은 롤 지름을 상기의 일반적인 워크롤보다 크게 하면, 판두께 중심부에서도 압연 변형의 집중이 잘 생겨 결정립계가 생성되기 쉬워지고, ｛111｝결정 방위가 많이 생성되는 것이 아닐까하는 생각에 이르렀다. 이 생각은 스테인리스 띠강의 표면과 회전축의 거리가 상기의 일반적인 워크롤과 롤 지름을 크게 한 워크롤에서 동일하면, 롤 지름을 크게 한 워크롤이 판두께 중심부에 보다 가까운 부분까지 압연할 수 있는 것에 기초한다.

상기의 생각에 기초하여 예의 검토한 결과, 워크롤의 롤 지름의 크기를 200mm 이상으로 하면, 판두께 표층부로부터 판두께 중심부에 걸친 모든 부분에서 소망하는 정도의 수의 ｛111｝결정 방위를 생성할 수 있을 가능성이 있음이 판명되었다. 그러나, 검토를 더 진행한 결과, 워크롤의 롤 지름의 크기를 200mm 이상으로 했다고 해도, 냉간 압연에서의 1패스당 냉연율이 낮고 상기 워크롤을 이용한 냉간 압연에서의 냉연율이 낮으면, 판두께 중심부에서 소망하는 정도의 수의 ｛111｝결정 방위를 생성하는 것이 어려움이 판명되었다. 한편, 1패스당 냉연율은, 임의의 패스에 대하여, 1패스 전의 스테인리스 띠강의 두께에 대한, 상기 1패스 전의 스테인리스 띠강의 두께와 1패스 통과한 후의 스테인리스 띠강의 두께차의 비율이다.

따라서, 본 발명자들은 검토를 더 진행하였다. 그 결과, 스테인리스강의 r값을 향상시키기 위해서는, 워크롤의 롤 지름의 크기를 200mm 이상으로 설정하고, 1패스당 냉연율을 15% 이상으로 설정하며, 전체 패스 종료후의 냉연율을 총 냉연율의 50% 이상으로 설정하는 것이 유효하다는 지견을 얻었다. 여기서, 총 냉연율은 냉간 압연이 실시되기 전의 열연 소둔 띠강의 두께에 대한, 상기 열연 소둔 띠강의 두께와 냉연 띠강의 두께차의 비율이다. 총 냉연율의 산출 근거가 되는 냉연 띠강은 냉간 압연에서의 처리가 모두 종료된 후(본 실시 형태에서는, 후술하는 제1 냉간 압연 및 제2 냉간 압연이 종료된 후)의 띠강을 가리킨다. 전체 패스 종료후의 냉연율에 대해서는 후술한다.

즉, 워크롤의 롤 지름의 크기를 200mm 이상으로 설정하고 1패스당 냉연율을 15% 이상으로 설정하며, 전체 패스 종료후의 냉연율을 총 냉연율의 50% 이상으로 설정함으로써, 판두께 표층부에서부터 판두께 중심부에 걸친 부분에서 소망하는 정도의 수의 ｛111｝결정 방위를 생성할 수 있다는 지견을 얻었다.

한편, 이하의 설명에서는 롤 지름이 200mm 이상인 워크롤을 「대경롤」이라고 칭하고, 롤 지름이 200mm 미만인 워크롤을 「소경롤」이라고 칭한다. 이러한 정의에 의하면, 냉간 압연에서 일반적으로 이용되고 있는 롤 지름이 50~100mm인 워크롤은 「소경롤」에 속하게 된다.

＜정리＞

상술한 (i) 및 (ii)의 각 방책에 기초하여 스테인리스강을 제조하면, 딥 드로잉성 및 내리징성을 모두 향상시키기 위해 종래의 제조 방법과 같이 Ti 등의 고가의 원소를 첨가할 필요가 없다. 또한, 딥 드로잉성 및 내리징성을 모두 향상시키기 위한 특수한 제조 설비를 마련하지 않아도 된다. 따라서, 상술한 (i) 및 (ii)의 각 방책은 딥 드로잉성 및 내리징성이 모두 우수한 스테인리스강을 종래보다 저비용으로 실현하는데 유효하다.

〔내식성 및 가공성의 향상의 메카니즘〕

본 발명자들은 검토를 더 진행한 결과, 상술한 (i) 및 (ii)의 각 방책에 기초하여 얻어진 냉연 띠강 중의 마르텐사이트상을 소실시킴으로써, 내식성 및 가공성 또한 우수한 스테인리스강을 종래보다 저비용으로 실현할 수 있음을 발견하였다.

구체적으로는, 냉간 압연후의 마무리 소둔에서, 냉연 띠강을 50℃/s 이하의 승온 속도로 800℃ 이상 Ac1 미만까지 가열한다. Ac1은 오스테나이트상의 생성이 시작되는 온도의 기준이다. 이 가열 처리에 의해 냉연 띠강이 일정 온도(약 700℃)에 도달한 시점에서부터 마르텐사이트상의 소실이 시작된다. 다음으로, 가열후의 냉연 띠강을 800℃ 이상 Ac1 미만의 온도역으로 5초 이상 균열(均熱)함으로써, 냉연 띠강 중의 마르텐사이트상을 거의 소실시킨다. 다음으로, 균열후의 냉연 띠강을 50℃/s 이하의 냉각 속도로 냉각함으로써, 냉연 띠강 중의 마르텐사이트상의 완전 소실을 도모한다.

본 명세서에서 「마르텐사이트상의 소실」이란, 기본적으로는 최종 제품으로서의 스테인리스강에 포함되는 마르텐사이트상의 면적 비율이 0%인 것, 즉 최종 제품으로서의 스테인리스강에서 마르텐사이트상이 완전히 소실되어 있는 것을 가리킨다. 「최종 제품으로서의 스테인리스강에 포함되는 마르텐사이트상의 면적 비율」은 최종 제품으로서의 스테인리스강에서의 절단 단면 면적에 대한, 상기 절단 단면에 포함되는 마르텐사이트상 영역의 총 면적의 비율이다. 이 절단 단면은 최종 제품으로서의 스테인리스강을 압연 방향에 평행하며 상기 스테인리스강의 폭 방향에 수직한 평면으로 절단했을 때 형성되는 단면이다.

단, 본 명세서에서 「마르텐사이트상의 소실」은, 마르텐사이트상의 완전한 소실(면적 비율 0%)을 도모하여 마무리 소둔을 실시한 결과, 실제로는 최종 제품으로서의 스테인리스강에 면적 비율 1.0% 미만의 마르텐사이트상이 잔존하는 것을 허용하는 개념이다. 잔존한 마르텐사이트상이 면적 비율 1.0% 미만이면, 최종 제품으로서의 스테인리스강의 내식성, 가공성은 모두 우수하다. 이하, 최종 제품으로서의 스테인리스강에 포함되는 마르텐사이트상의 면적 비율을 「제2 마르텐사이트 면적 비율」이라고 칭한다.

본 발명자들은 상술한 마무리 소둔을 냉연 띠강에 실시함으로써, 모상(母相)인 페라이트상의 재결정을 완료시키면서, 연질화 소둔에서 의도적으로 생성한 마르텐사이트상(제1 마르텐사이트 면적 비율 5.0~30.0%)도 소실시킬 수 있음을 발견하였다. 재결정이란, 냉연 띠강 중에 전위를 포함하지 않는 새로운 결정립이 생성되는 것을 가리킨다. 전위는 결정 내부에 생기는 격자 결함의 일례이다. 또한, 본 발명자들은, 상술한 마무리 소둔을 냉연 띠강에 실시함으로써, 냉연 띠강 중에 신규 마르텐사이트상이 생성되는 것도 방지할 수 있음을 발견하였다. 이상에서 서술한 연질화 소둔에서 마무리 소둔까지의 일련의 수법은, 연질화 소둔을 실시하는 시점에서부터 마르텐사이트상의 적극적인 소실을 도모하는 일반적인 스테인리스강의 제조 방법과 다르다.

〔성분 조성〕

본 발명의 일 실시 형태에 따른 스테인리스강은, 질량%로 C: 0.12% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, Ni: 1.0% 이하, Cr: 12.0~18.0%, N: 0.10% 이하, Al: 0.50% 이하, Mo: 0.50% 이하, Cu: 1.0% 이하, O: 0.01% 이하, V: 0.15% 이하, B: 0.10% 이하, Ti: 0.50% 이하, Co: 0.01~0.50%, Zr: 0.01~0.10%, Nb: 0.01~0.10%, Mg: 0.0005~0.003%, Ca: 0.0003~0.003%, Y: 0.01%~0.20%, Y를 제외한 희토류 금속(REM): 합계 0.01~0.10%, Sn: 0.001~0.50%, Sb: 0.001~0.50%, Pb: 0.01~0.10% 및 W: 0.01~0.50%를 함유한다. 한편, 이하의 설명에서는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 스테인리스강을 「본 스테인리스강」이라고 약기한다.

본 스테인리스강의 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 한편, Mo, Cu, O, V, B, Ti, Co, Zr, Nb, Mg, Ca, Y, REM, Sn, Sb, Pb, W는 각각 본 스테인리스강의 필수 원소는 아니다. 이러한 각 원소는 필요에 따라 이들의 적어도 1종 이상의 원소가 포함되어 있으면 되는 임의 원소이다. 이하, 본 스테인리스강에 포함되는 각 원소에 대해 설명한다.

＜C: 0.12% 이하＞

C는 Cr과 탄화물을 형성함으로써 본 스테인리스강이 변형될 때 전위의 발생원이 되는 계면을 생성시키는 중요한 원소이다. 그러나, C가 과잉 첨가되면, 마르텐사이트상이 과잉 발생하여 본 스테인리스강의 연성이 저하된다. 그러므로, C의 함유율은 0.12% 이하로 설정된다.

＜Si: 1.0% 이하＞

Si는 용제 단계에서 탈산제로서 효과를 갖는다. 그러나, Si가 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강이 경질화되어 연성이 저하된다. 따라서, Si의 함유율은 1.0% 이하로 설정된다.

＜Mn: 1.0% 이하＞

Mn은 탈산제로서의 효과를 갖는다. 그러나, Mn이 과잉 첨가되면 MnS의 생성량이 증가하여 본 스테인리스강의 내식성이 저하된다. 따라서, Mn의 함유율은 1.0% 이하로 설정된다.

＜Ni: 1.0% 이하＞

Ni는 오스테나이트 생성 원소이며, 제1 마르텐사이트 면적 비율 및 본 스테인리스강의 강도를 제어하기 위해 유효한 원소이다. 그러나 Ni가 과잉 첨가되면, 오스테나이트상이 필요 이상으로 안정화되어 본 스테인리스강의 연성이 저하됨과 함께, 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, Ni의 함유율은 1.0% 이하로 설정된다. 한편, 이하의 설명에서는 연질화 소둔후의 본 스테인리스강의 띠강을 「열연 소둔 띠강」이라고 칭한다. 연질화 소둔후의 본 스테인리스강의 띠강은 본 발명에 따른 열연 소둔 띠강의 일례이다.

＜Cr: 12.0~18.0%＞

Cr은 냉간 압연후의 본 스테인리스강의 띠강의 표면에 부동태 피막을 형성하고, 내식성을 높이기 위해 필요하다. 그러나, Cr이 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 연성이 저하된다. 따라서, Cr의 함유율은 12.0~18.0%로 설정된다. 한편, 이하의 설명에서는 냉간 압연후의 본 스테인리스강의 띠강을 「냉연 띠강」라고 칭한다. 냉간 압연후의 본 스테인리스강의 띠강은 본 발명에 따른 냉연 띠강의 일례이다.

＜N: 0.10% 이하＞

N은 Cr과 질화물을 형성함으로써, 본 스테인리스강이 변형되는 경우 전위의 발생원이 되는 계면을 생성시키는 중요한 원소이다. 그러나, N가 과잉 첨가되면, 마르텐사이트상이 과잉 발생하여 본 스테인리스강의 연성이 저하된다. 따라서, N의 함유율은 0.10% 이하로 설정된다.

＜Al: 0.50% 이하＞

Al은 탈산에 유효한 원소임과 함께, 프레스 가공성에 악영향을 미치는 A₂계 개재물을 저감시킬 수 있다. 그러나, Al이 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 표면 결함이 증가한다. 따라서, Al의 함유율은 0.50% 이하로 설정된다.

＜Mo: 바람직하게는 0.5% 이하＞

Mo는 내식성 향상에 유효한 원소이다. 그러나, Mo가 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, Mo의 함유율은 0.50% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Cu: 바람직하게는 1.0% 이하＞

Cu는 내식성 향상에 유효한 원소이다. Cu의 함유율은 1.0% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

＜O: 바람직하게는 0.01% 이하＞

O는 비금속 개재물을 생성하기 때문에, 본 스테인리스강의 충격값 및 피로 수명을 저하시킨다. 따라서, O의 함유율은 0.01% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

＜V: 바람직하게는 0.15% 이하＞

V는 경도 및 강도 향상에 유효한 원소이다. 그러나, V가 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, V의 함유율은 0.15% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

＜B: 바람직하게는 0.10% 이하＞

B는 인성(靭性) 개선에 유효한 원소이다. 그러나, 이 효과는 0.10%를 넘으면 포화된다. 따라서, B의 함유율은 0.10% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Ti: 바람직하게는 0.50% 이하＞

Ti는 탄질화물을 형성하는 원소이며, 열처리시의 Cr 탄질화물의 입계 석출을 억제하여 본 스테인리스강의 내식성을 향상시킨다. 또한, 본 스테인리스강중의 C 고용 및 N 고용을 탄질화물로서 고정함으로써, C 고용 및 N 고용의 함유량을 줄여 본 스테인리스강의 r값을 향상시킨다. 또한, 본 스테인리스강중의 고용 C 및 고용 N를 탄질화물로서 고정함으로써, 본 스테인리스강의 연성을 향상시킴과 함께 스트레쳐 스트레인을 저감할 수 있다. 스트레쳐 스트레인은 스테인리스강의 프레스 가공시에 생기는 수%의 항복 신장에 기인하여 발생하는 스테인리스강의 표면에 형성되는 미세한 요철이다.

그러나, Ti는 고가의 원소이므로 Ti가 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, Ti의 함유율은 0.50% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Co: 바람직하게는 0.01~0.50%＞

Co는 내식성 및 내열성의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, Co가 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, Co의 함유율은 0.01~0.50%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Zr: 바람직하게는 0.01~0.10%＞

Zr은, 탈질(denitrification), 탈산(deacidification) 및 탈황(desulfurization)에 유효한 원소이다. 그러나, Zr이 과잉 첨가되면, 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, Zr의 함유율은 0.01~0.10%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Nb: 바람직하게는 0.01~0.10%＞

Nb는 Ti와 같이 본 스테인리스강중의 고용 C 및 고용 N을 탄질화물로서 고정함으로써, 고용 C 및 고용 N의 함유량을 줄여 본 스테인리스강의 r값을 향상시킨다. 또한, 본 스테인리스강 중의 고용 C 및 고용 N을 탄질화물로서 고정함으로써, 본 스테인리스강의 연성을 향상시킴과 함께 스트레쳐 스트레인을 저감할 수 있다. 그러나, Nb는 고가의 원소이므로 Nb가 과잉 첨가되면 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, Nb의 함유율은 0.01~0.10%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Mg: 바람직하게는 0.0005~0.003%＞

Mg는 용강(molten steel) 중에서 Al과 함께 Mg 산화물을 형성하여 탈산제로서 작용한다. 그러나, Mg가 과잉 첨가되면 본 스테인리스강의 인성이 저하되고, 나아가서는 제조성이 저하된다. 그 때문에, Mg의 함유율은 0.0005~0.003%로 설정되는 것이 바람직하고, 0.002% 이하로 설정되는 것이 보다 바람직하다.

＜Ca: 바람직하게는 0.0003~0.003%＞

Ca는 탈가스에 유효한 원소이다. Ca의 함유율은 0.0003~0.003%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Y: 바람직하게는 0.01~0.20%＞

Y는 열간 가공성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, 이러한 효과는 0.20%를 넘으면 포화된다. 따라서, Y의 함유율은 0.01~0.20%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜REM: 바람직하게는 합계 0.01~0.10%＞

Sc 및 La 등의 REM(Rare Earth Metal)은 Y와 같이 열간 가공성 및 내산화성의 향상에 유효하다. 그러나, 이러한 효과는 0.10%를 넘으면 포화된다. 따라서, REM의 함유율의 합계는 0.01~0.10%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Sn: 바람직하게는 0.001~0.50%＞

Sn은 내식성의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, Sn이 과잉 첨가되면 열간 가공성 및 인성이 저하된다. 따라서, Sn의 함유율은 0.001~0.50%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜Sb: 바람직하게는 0.001~0.50%＞

Sb는 압연시 변형띠 생성의 촉진에 의한 가공성의 향상에 효과적이다. 그러나, Sb가 과잉 첨가되면 그 효과는 포화되고, 과잉 첨가되는 Sb의 양에 따라서 가공성이 저하된다. 그 때문에, Sb의 함유율은 0.001~0.50%로 설정되는 것이 바람직하고, 0.20% 이하로 설정되는 것이 보다 바람직하다.

＜Pb: 바람직하게는 0.01~0.10%＞

Pb는 쾌삭성의 향상에 유효한 원소이다. Pb의 함유율은 0.01~0.10%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜W: 바람직하게는 0.01~0.50%＞

W는 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, W가 과잉 첨가되면 본 스테인리스강의 원료 비용이 상승한다. 따라서, W의 함유율은 0.01~0.50%로 설정되는 것이 바람직하다.

＜그 외＞

본 스테인리스강에서, 상술한 각 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이다. 불가피한 불순물은 원료 유래 및 제조 프로세스 유래에 의해 혼입되는 불순물이며, 상술한 각 성분의 특성에 영향을 미치지 않는 범위로 혼입되어 있다.

〔리징의 물결 높이〕

본 스테인리스강은 표면에 형성된 리징의 물결 높이가 15μm 이하이다. 본 명세서에서, 「본 스테인리스강의 표면에 형성된 리징의 물결 높이(이하, 「본 스테인리스강의 물결 높이」라고 약기)」란, 이하에 나타내는 방법으로 측정된 리징의 물결 높이를 의미한다.

우선, 본 스테인리스강의 최종 제품으로부터, JIS　Z　2201에 규정되는 JIS5호 인장 시험편(이하, 「제1 인장 시험편」이라고 약기)을 채취한다. 다음으로, 인스트롱형 인장 시험기를 이용하여, 표점간 거리를 50mm로 하고, 압연 방향과 평행한 방향이 인장 방향이 되도록 제1 인장 시험편을 잡아당긴다. 그리고, 이 인장 시험에 의해 제1 인장 시험편에 대해서 16%의 인장 변형을 부여한다. 다음으로, 표면 조도 측정기를 이용하여 제1 인장 시험편의 표점간 부분에서 압연 방향과 직교하는 방향(즉, 제1 인장 시험편의 폭 방향)의 측정 길이를 18mm로 한 물결 높이를 측정한다.

물결 높이는 JIS　B　0601:2001 등에 규정되는 표면 성상 측정에서 측정되는 물결 곡선 요소의 평균 높이이다. 본 실시 형태에서는 제1 인장 시험편의 물결 곡선 요소의 평균 높이를 JIS　B　0601:2001에 규정되는 표면 성상 측정으로 측정한다. 이 방법으로 측정된 물결 곡선 요소의 평균 높이가 본 스테인리스강의 물결 높이가 된다.

종래의 스테인리스강에 대해 표면에 형성된 리징의 물결 높이를 상술한 방법으로 측정한 경우, 물결 높이는 20~50μm가 되어 본 스테인리스강의 물결 높이보다 높아진다. 이로부터, 본 스테인리스강은 종래의 스테인리스강에 비해 내리징성이 향상되었다고 할 수 있다.

〔r값〕

본 스테인리스강은 r값이 0.9 이상이다. 본 명세서에서 「본 스테인리스강의 r값」이란, 이하에 나타내는 방법으로 산출된 r값을 의미한다.

우선, 본 스테인리스강의 최종 제품으로부터 JIS　Z　2201에 규정되는 JIS13B호 인장 시험편을 채취한다. 구체적으로는, 상기의 최종 제품으로부터 압연 방향과 평행한 방향이 인장 방향이 되는 제2 인장 시험편, 압연 방향과 45°의 각도를 이루는 방향이 인장 방향이 되는 제3 인장 시험편, 압연 방향과 직교하는 방향이 인장 방향이 되는 제4 인장 시험편을 각각 채취한다. 다음으로, 제2 내지 제4 인장 시험편의 각각에 대하여 표점간 거리를 20mm로 하여 인스트롱형 인장 시험기를 이용하여 잡아당긴다. 그리고, 이 인장 시험에 의해 제2 내지 제4 인장 시험편의 각각에 대해 14.4%의 인장 변형을 부여한다.

다음으로, 하기와 같은 식 (1)을 이용하여 제2 내지 제4 인장 시험편의 각각의 r값을 산출한다. r=ln(W/W1)/ln(t/t1)···(1)

여기서, W는 인장 시험전의 폭, W1는 인장 시험후의 폭, t는 인장 시험전의 두께, t1는 인장 시험후의 두께이다. 「폭」은 제2 내지 제4 인장 시험편의 각각에서의 표점사이 부분의 폭이다. 「두께」는 제2 내지 제4 인장 시험편의 각각에서의 표점사이 부분의 두께이다.

다음으로, 하기와 같은 식 (2)를 이용히여, 제2 내지 제4 인장 시험편 각각의 r값을 평균한 평균 r값을 산출한다. 이 평균 r값이 본 스테인리스강의 r값이 된다.

평균 r값=(r0＋2r45＋r90)/4　···(2)

여기서, r0은 제2 인장 시험편의 r값, r45는 제3 인장 시험편의 r값, r90은 제4 인장 시험편의 r값이다.

종래의 스테인리스강에 대해 r값을 상술한 방법으로 산출한 경우, r값은 0.6~0.8이 되어 본 스테인리스강의 r값보다 작아진다. 이로부터, 본 스테인리스강은 종래의 스테인리스강에 비해 딥 드로잉성이 향상되었다고 할 수 있다.

〔제2 마르텐사이트 면적 비율〕

본 스테인리스강은 제2 마르텐사이트 면적 비율이 0% 이상 1.0%미만이다. 제2 마르텐사이트 면적 비율은 본 스테인리스강의 내식성 및 가공성의 향상의 관점에서 0%가 바람직하다. 단, 제2 마르텐사이트 면적 비율이 1.0% 미만이면, 상기 면적 비율이 0%보다 높아도, 본 스테인리스강은 내리징성, 딥 드로잉성뿐만 아니라 내식성 및 가공성 또한 우수하다. 제2 마르텐사이트 면적 비율은 제1 마르텐사이트 면적 비율과 마찬가지로 EBSD 결정 방위 해석을 이용하여 산출할 수 있다.

〔지표값〕

본 스테인리스강은, 하기와 같은 식 (3)으로 나타내어지는 지표값이 15~50이 된다. 이 지표값은 소둔에 의한 오스테나이트상의 최대 생성량을 나타내는 지표이다. 하기와 같은 식 (3)에서, 각 원소 기호는 상기 원소의 질량% 농도를 나타낸다.

(지표값)=420C-11.5Si＋7Mn＋23Ni-11.5Cr-12Mo＋9Cu-49Ti-52Al＋470N＋189　···(3)

소둔시에 생성되는 오스테나이트상은 냉각 과정에서 마르텐사이트상으로 변태할 수 있다. 따라서, 지표값이 15~50이 되도록 상기 식 (3)에서의 각 원소의 질량% 농도를 조정함으로써, 냉각 과정에서 생성되는 마르텐사이트상의 양을 적절히 관리할 수 있다. 「적절히 관리한다」란, 구체적으로는 냉각 과정에서 생성되는 마르텐사이트상의 양이 딥 드로잉성의 향상 및 내리징성의 향상을 모두 실현할 수 있을 정도의 양이 되도록 소둔에 의한 오스테나이트상의 최대 생성량을 제어하는 것을 가리킨다. 또한, 지표값이 15~50임에 따라 마르텐사이트상의 양이 적절히 관리되고 있기 때문에, 제1 마르텐사이트 면적 비율을 5.0~30.0%로 관리하는 것이 용이해진다.

〔스테인리스강의 제조 방법〕

도 1을 이용하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 스테인리스강의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 스테인리스강은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 용제 공정(S1), 열간 압연 공정(S2), 연질화 소둔 공정(S3), 냉간 압연 공정(S4) 및 소둔 공정(S5)의 각 공정을 거침으로써 제조된다. 이하, 각 공정에 대해 설명하지만, 본 스테인리스강의 제조 방법은 도 1에 나타내는 방법에 한정되는 것은 아니다.

＜용제 공정 S1 및 열간 압연 공정(S2)＞

본 스테인리스강을 제조하기 위해서는 우선, 용제 공정(S1)에서 상술한 각 성분을 함유하는 스테인리스강을 용제하여 강 슬래브를 제조한다. 용제 공정(S1)에서는 스테인리스강의 일반적인 용제 장치를 사용할 수 있으며, 일반적인 용제 조건을 설정할 수 있다. 다음으로, 열간 압연 공정(S2)에서는 용제 공정(S1)에서 제조된 강 슬래브를 열간 압연함으로써 열연 띠강을 제조한다. 이 열연 띠강은 본 발명에 따른 열연 띠강의 일례이다. 열간 압연 공정(S2)에서는 스테인리스강의 일반적인 열간 압연 장치 및 열간 압연 조건을 이용할 수 있다.

＜연질화 소둔 공정(S3)＞

다음으로, 연질화 소둔 공정(S3)에서는 열간 압연 공정(S2)에서 제조된 열연띠강을 연질화 소둔함으로써 열연 소둔 띠강을 제조한다. 연질화 소둔은 열연 띠강을 연질화하기 위해 균열 과정시 최고 온도를 Ac1 이상으로 설정하여 열연 띠강을 소둔하는 열처리이다. 연질화 소둔을 실시하여 열연 띠강을 연질화해 둠으로써, 그 후의 냉간 압연 공정(S4)에서 열연 소둔 띠강의 두께 조정이 용이해진다.

일반적으로, 연질화 소둔에서 균열 과정시의 온도가 Ac1를 넘으면, 띠강 중의 오스테나이트상의 양이 증가하기 시작한다. 그리고, 연질화 소둔의 온도가 더 높아지면 띠강 중의 오스테나이트상의 양이 피크량까지 증가한 후 감소로 변한다. 오스테나이트상은 연질화 소둔의 냉각 과정에서 마르텐사이트상으로 변태할 수 있으므로, 제1 마르텐사이트 면적 비율은 연질화 소둔에 의해 증가하는 오스테나이트상의 영향을 받는다. 따라서, 제1 마르텐사이트 면적 비율을 5.0~30.0%로 하기 위해서는, 최고 소둔 온도를 Ac1 이상이며 오스테나이트상의 양이 너무 증가하지 않는 온도 이하로 설정할 필요가 있다. 최고 소둔 온도는 연질화 소둔에서 균열 과정시의 최고 온도이다.

그러나, Ac1는 어디까지나 회귀식 상의 기준의 온도이며, 오스테나이트상이 생성되기 시작하는 실제 온도와는 일치하지 않는다. 따라서, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, Ac1가 921 미만인 경우에는 최고 소둔 온도를 0.76×Ac1＋201℃ 이상 1.10×Ac1-56℃ 이하로 함으로써 제1 마르텐사이트 면적 비율을 5.0~30.0%로 설정할 수 있음을 발견하였다.

한편, Ac1가 921 이상인 경우에는 오스테나이트상의 피크량 그 자체가 적기 때문에 피크량의 전량이 오스테나이트상에서 마르텐사이트상으로 변태하여도, 제1 마르텐사이트 면적 비율을 5.0~30.0%로 설정할 수 있었다. 따라서, Ac1가 921 이상인 경우 최고 소둔 온도의 상한값을 1.10×Ac1-56℃로 할 필요가 없다. 여기서, 과도한 고온에서의 연질화 소둔은 열연 소둔 띠강 중의 결정립의 조대화 및 가공시의 표면 요철 등의 특성 열화를 초래하므로, 최고 소둔 온도의 상한값을 1050℃로 설정하였다.

구체적으로는, 최고 소둔 온도는 다음과 같이 설정된다. 우선, 강 슬래브의 조성에 근거하여 하기와 같은 식 (4)로 나타내어지는 Ac1를 산출한다. 하기와 같은 식 (4)에서, 각 원소 기호는 상기 원소의 질량% 농도를 나타낸다. 상기 Ac1은 미리 산출되어 있으면 좋다.

Ac1=35×(Cr＋1.72Mo＋2.09Si＋4.86Nb＋8.29V＋1.77Ti＋21.4Al＋40B-7.14C-8.0N-3.24Ni-1.89Mn-0.51Cu)＋310　···(4)

그리고, 상기 식 (4)에 의해 산출된 Ac1이 921 미만인 경우, 최고 소둔 온도를 0.76×Ac1＋201℃ 이상 1.10×Ac1-56℃ 이하로 설정한다. 한편, 상기 식 (4)에 의해 산출된 Ac1가 921 이상인 경우, 최고 소둔 온도를 0.76×Ac1＋201℃ 이상 1050℃ 이하로 설정한다.

연질화 소둔에서 승온 과정에서의 승온 속도는 10℃/sec 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. 승온 속도가 10℃/sec 이상이면 승온 과정에서의 승온 시간을 실용적으로 유의한 정도까지 단축할 수 있으므로, 본 스테인리스강의 제조에 요하는 총 시간도 실용적으로 유의한 정도까지 단축할 수 있다. 그 때문에, 본 스테인리스강의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 연질화 소둔에서 균열 과정에서의 균열시간은 5초 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. 균열 시간이 5초 이상이면 균열 과정 중에 오스테나이트상을 확실히 생성할 수 있다. 오스테나이트상은 균열 과정후의 냉각 과정중에 마르텐사이트상으로 변태하므로, 균열 시간을 5초 이상으로 설정함으로써 제1 마르텐사이트 면적 비율을 5.0~30.0%로 관리하는 것이 더욱 용이해진다.

또한, 연질화 소둔에서 냉각 과정에서의 냉각 속도는 5.0℃/sec 이상으로 설정된다. 냉각 속도가 5.0℃/sec 미만이면, 냉각 과정에서의 냉각 시간이 필요 이상으로 길어져 오스테나이트상이 안정 상태의 페라이트상으로 변태한다. 그 때문에 제1 마르텐사이트 면적 비율이 5.0% 미만으로 저하되어, 본 스테인리스강의 내리징성이 종래의 스테인리스강 이하로 저하된다. 이로부터, 본 스테인리스강의 내리징성을 양호하게 유지할 수 있도록 상기의 냉각 속도는 5.0℃/sec 이상으로 설정된다.

＜냉간 압연 공정(S4)＞

다음으로, 냉간 압연 공정(S4)에서는 연질화 소둔 공정(S3)에서 제조된 열연소둔 띠강을 냉간 압연함으로써 냉연 띠강을 제조한다. 냉연 조건으로서 냉간 압연 공정(S4) 종료후의 총 냉연율을 60% 이상으로 설정한다.

냉간 압연 공정(S4)에서의 냉간 압연에서는, 우선 롤 지름이 200mm 이상인 대경롤에 열연 소둔 띠강을 통과시키는 제1 냉간 압연을 실시한다. 롤 지름이 200mm 이상인 대경롤은 본 발명에 따른 제1 워크롤의 일례이다. 제1 냉간 압연의 냉연 조건으로서 1 패스당 냉연율을 15% 이상으로 설정하고, 제1 냉간 압연 종료후(제1 냉간 압연에서 전체 패스 종료후)의 냉연율을 총 냉연율의 50% 이상으로 설정한다. 제1 냉간 압연 종료후(제1 냉간 압연에서 전체 패스 종료후)의 냉연율은, 제1 냉간 압연이 실시되기 전의 열연 소둔 띠강의 두께에 대한, 상기 열연 소둔 띠강의 두께와 전체 패스 종료후의 띠강의 두께차의 비율이다.

제1 냉간 압연 종료후, 상기의 대경롤에 통과된 띠강을 롤 지름이 50~100mm인 소경롤에 통과시키는 제2 냉간 압연을 행한다. 롤 지름이 50~100mm인 소경롤은 본 발명에 따른 제2 워크롤의 일례이다. 제2 냉간 압연에서는 제1 냉간 압연으로 완전히 압연할 수 없었던 나머지 띠 두께만큼 압연한다. 제2 냉간 압연 종료후의 띠강이 냉연 띠강이 된다.

여기서, 제1 냉간 압연의 종료후에 제2 냉간 압연을 행하는 이유에 대해 설명한다. 즉, 제1 냉간 압연과 제2 냉간 압연을 비교한 경우, 양 냉간 압연 모두 동일한 압연율인 것을 전제하면, 대경롤을 이용한 제1 냉간 압연이 소경롤을 이용한 제2 냉간 압연보다 큰 압연 하중이 필요하다. 또한, 일반적으로 스테인리스강은 보통강에 비해 딱딱함과 함께, 냉간 압연에서는 처리 후반이 될수록 가공 경화가 진행되어 띠강의 강도가 상승한다. 이러한 점에서, 냉간 압연 공정(S4)에서 대경롤만으로 냉간 압연을 행하면, 원하는 띠두께의 냉연 띠강을 얻기까지 띠강에 가해야하는 압연 하중이 본 스테인리스강의 제조성 및 생산성의 관점에서 허용할 수 있는 범위를 넘게된다. 그 때문에, 본 실시 형태와 같이 대경롤로 제1 냉간 압연을 행한 후 소경롤로 제2 냉간 압연을 행한다. 본 실시 형태에서는 롤 지름 200mm 미만의 소경롤 중, 소경롤로서 일반적으로 이용되고 있는 롤 지름 50~100mm의 워크롤을 제2 워크롤로서 이용하고 있다.

한편, 본 실시 형태에서는 냉간 압연 공정(S4)에서, 제1 냉간 압연을 행한 후 제2 냉간 압연을 행하고 있지만, 제2 냉간 압연을 행한 후에 제1 냉간 압연을 행해도 된다. 단, 스테인리스강은 보통강에 비해 일반적으로 딱딱하다. 또한, 냉간 압연에서는 처리 후반이 될수록 가공 경화가 진행되어 띠강의 강도가 상승한다. 그 때문에, 제2 냉간 압연을 행한 후에 제1 냉간 압연을 행하는 경우, 제2 냉간 압연후 띠강의 판두께 중심부에서 압연 변형의 집중을 일으키게 하려면, 제1 냉간 압연을 행한 후에 제2 냉간 압연을 행하는 경우보다 큰 압연 하중이 필요하다. 이러한 점에서, 본 스테인리스강의 제조성 및 생산성을 고려하면 본 실시 형태와 같이 제1 냉간 압연을 행한 후에 제2 냉간 압연을 행하는 것이 바람직하다.

＜소둔 공정(S5)＞

다음으로, 소둔 공정(S5)에서는 냉간 압연 공정(S4)에서 제조된 냉연 띠강을 재결정 시작 온도 이상 Ac1 이하의 온도로 소둔한다. 소둔 공정(S5)에서 행해지는 소둔은 냉연 띠강에서 페라이트상의 재결정 완료와 마르텐사이트상의 소실의 양립을 목적으로 하는 마무리 소둔이다. 소둔 공정(S5)에서 행해지는 마무리 소둔은 연질화 소둔 공정(S3)에서 연질화 소둔과 마찬가지로, 승온 과정, 균열 과정 및 냉각 과정으로 구성된다.

승온 과정에서는 냉연 띠강을 50℃/s 이하의 승온 속도로 재결정 시작 온도 이상 Ac1 이하의 온도까지 가열한다. 승온 속도를 50℃/s 이하로 설정함으로써, 승온 과정에서 마르텐사이트상을 소실시킬 수 있다. 균열 과정에서는 승온 과정후의 냉연 띠강을 재결정의 시작 온도 이상 Ac1 이하의 온도로 5초 이상 균열한다. 본 실시 형태에서는 재결정 시작 온도를 800℃로 설정한다. 재결정 시작 시간을 800℃로 설정함으로써 짧은 균열 시간에 페라이트상의 재결정이 완료된다. 단, 재결정 시작 온도는 800℃에 한정되지 않으며, 재결정 시작 온도를 예를 들면 800℃보다 낮은 온도로 설정해도 된다. 한편, 균열 온도의 상한을 Ac1 이하의 온도로 함으로써, 냉연 띠강에 신규 마르텐사이트상이 생성되는 것을 방지하면서, 냉연 띠강에 잔존하는 마르텐사이트상을 거의 소실시킬 수 있다.

냉각 과정에서는 균열 과정후의 냉연 띠강을 50℃/s 이하의 냉각 속도로 냉각한다. 50℃/s 이하의 냉각 속도로 냉각함으로써, 냉각 과정의 과정에서도 마르텐사이트상을 소실시킬 수 있다. 이러한 각 처리로 구성되는 마무리 소둔을 냉연 띠강에 실시함으로써, 소둔 공정(S5)에 있어서 냉연 띠강에서 페라이트상의 재결정의 완료와 마르텐사이트상의 소실의 양립을 효율적으로 실현할 수 있다. 소둔 공정(S5)이 종료됨으로써, 최종 제품으로서의 본 스테인리스강이 얻어지며, 상기 본 스테인리스강의 제조가 종료된다.

〔통계〕

본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 질량%로 Mo: 0.50% 이하, Cu: 1.0% 이하, O: 0.01% 이하, V: 0.15% 이하, B: 0.10% 이하 및 Ti: 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강은, 질량%로 Co: 0.01% 이상 0.50% 이하, Zr: 0.01% 이상 0.10% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.10% 이하, Mg: 0.0005% 이상 0.003% 이하, Ca: 0.0003% 이상 0.003% 이하, Y: 0.01% 이상 0.20% 이하, Y를 제외한 희토류 금속: 합계 0.01% 이상 0.10% 이하, Sn: 0.001% 이상 0.50% 이하, Sb: 0.001% 이상 0.50% 이하, Pb: 0.01% 이상 0.10% 이하 및 W: 0.01% 이상 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 상기 강 슬래브는, 질량%로 Mo: 0.50% 이하, Cu: 1.0% 이하, O: 0.01% 이하, V: 0.15% 이하, B: 0.10% 이하 및 Ti: 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 상기 강 슬래브는, 질량%로 Co: 0.01% 이상 0.50% 이하, Zr: 0.01% 이상 0.10% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.10% 이하, Mg: 0.0005% 이상 0.003% 이하, Ca: 0.0003% 이상 0.003% 이하, Y: 0.01% 이상 0.20% 이하, Y를 제외한 희토류 금속: 합계 0.01% 이상 0.10% 이하, Sn: 0.001% 이상 0.50% 이하, Sb: 0.001% 이상 0.50% 이하, Pb: 0.01% 이상 0.10% 이하 및 W: 0.01% 이상 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유할 수 있다.

〔부기 사항〕

본 발명은 본 실시 형태에 한정되지 않으며, 청구항에 나타낸 범위에서 여러 가지 변경이 가능하고, 본 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시 형태 또한 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

〔실시예〕

본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페라이트계 스테인리스강에 대해 평가한 결과에 대하여 이하에 설명한다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강을 「발명강」이라고 칭하고, 본 발명의 비교예에 따른 페라이트계 스테인리스강을 「비교강」이라고 칭한다. 본 실시예에서는, 우선 하기의 표 1에 나타내는 조성 A~E의 어느 것을 가지는 5종류의 강 슬래브를 실제 조업 라인에서 용제함으로써 제조하였다. 조성 A~E를 구성하는 각 원소의 함유율은 모두 본 발명의 일 양태에 따른 페라이트계 스테인리스강에 포함되는 각 원소의 함유율의 수치 범위내였다. 한편, 표 1에는 조성이 A~E 각각의 경우의 Ac1의 수치도 나타나 있다.

조성 E를 가지는 강 슬래브에 기초하여 제조된 발명강 및 비교강의 지표값은 상기 표 1에 나타낸 바와 같이 85가 되어, 본 발명에서의 바람직한 수치 범위의 상한값 50을 넘는 결과가 되었다. 이러한 결과가 된 것은, 조성 E 중 지표값에 영향을 주는 Cr의 함유율이 12.5%였기 때문으로 추측된다.

다음으로, 각 조성의 강 슬래브를 열간 압연함으로써, 판두께 3mm, 판폭 150 mm의 각 조성의 열연 띠강을 제조하였다. 다음으로, 각 조성의 열연 띠강에 대하여, 하기 표 2에 나타내는 「실제 조건」으로 연질화 소둔 및 냉간 압연을 실시함으로써, 판두께 1mm, 판폭 150mm인 각 조성의 냉연 띠강을 제조하였다. 그리고, 각 조성의 냉연 띠강을 마무리 소둔함으로써 제1 내지 제7 발명강 및 제1 내지 제18 비교강을 제조하였다.

상기 표 2에는, 연질화 소둔 및 냉간 압연의 「추천 조건」도 나타나 있다. 상기 표 2에서의 「추천 조건」란에 기재된 각 조건은, 본 실시 형태와 동일한 조건으로 하였다. 또한, 「추천 조건」의 「연질화 소둔」란에서의 「하한 온도」는 최고 소둔 온도의 하한값을 나타내고, 동란의 「상한 온도」는 최고 소둔 온도의 상한값을 나타낸다. 「하한 온도」 및 「상한 온도」의 각 란에 기재된 수치는, 조성 A의 각 발명강 및 각 비교강에 대해서는 0.76×Ac1＋201℃ 이상 1050℃ 이하의 식에 조성 A의 Ac1의 수치(942)를 대입하여 산출하였다. 한편, 조성 B~E의 각 발명강 및 각 비교강에 대해서는 0.76×Ac1＋201℃ 이상 1.10×Ac1-56℃ 이하의 식에 조성 B~E의 각 Ac1의 수치(811, 855, 920, 710)를 대입하여 산출하였다.

또한 상기 표 2에는 제1~제7 발명강 및 제1~제18 비교강의 각각에 대하여 「특성 평가」 및 「종합 평가」도 나타나 있다. 「특성 평가」의 「물결 높이」 란은 리징의 물결 높이의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 「특성 평가」의 「r값」란은 r값의 산출 결과를 나타낸다. 한편, 리징의 물결 높이의 측정 방법 및 r값의 산출 방법은 본 실시 형태와 동일한 방법으로 행하였다. 「종합 평가」는 리징의 물결 높이가 15μm 이하이며 r값이 0.9이상이고, 제2 마르텐사이트 면적 비율이 0% 이상 1.0% 미만인 경우를 「○」로 하였다. 한편, 리징의 물결 높이가 15μm보다 높은 경우, r값이 0.9 미만의 경우 또는 제2 마르텐사이트 면적 비율이 1.0% 이상인 경우 중 하나이면 「×」로 하였다.

상기 표 2 중의 밑줄이 있는 수치는, 본 실시 형태에서 바람직한 수치 범위 밖에 있는 수치를 나타낸다. 또한, 상기 표 2 중 밑줄이 있는 「×」는 전체 패스 종료후의 냉연율이 총 냉연율의 50% 미만인 것을 나타낸다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 제1·제9·제11·제13·제16 비교강은 리징의 물결 높이가 모두 15μm보다 높은 것으로부터 종합 평가가 「×」였다. 리징의 물결 높이가 15μm보다 높아진 것은, 제1·제9·제11·제13·제16 비교강 모두 제1 마르텐사이트 면적 비율이 5.0% 미만이었기 때문으로 추측된다. 즉, 제1·제9·제11·제13·제16 비교강 모두 강 중의 콜로니 증가량이 내리징성을 향상시키기 위한 허용 범위를 넘었기 때문에, 리징의 물결 높이가 15μm보다 높아진 것으로 추측된다.

또한, 상기의 표 2에 나타낸 바와 같이, 제1·제9·제18 비교강 이외의 각 비교강은 r값이 0.9 미만인 것으로부터, 종합 평가가 「×」였다. r값이 0.9 미만이 된 요인으로서는 이하의 설명에 따른 것으로 추측된다. 우선, 제2·제3 비교강, 제5~제8 비교강, 제10~제13 비교강 및 제16 비교강에 대해서는, 총 냉연율이 60% 미만, 1패스당 냉연율이 15% 미만 및 전체 패스 종료후의 냉연율이 총 냉연율의 50% 미만, 이 중 적어도 어느 하나에 해당했기 때문으로 추측된다. 즉, 제2·제3 비교강, 제5~제8 비교강, 제10~제13 비교강 및 제16 비교강 모두, 이들 비교강의 판두께 중심부에 압연 변형의 집중이 충분히 생기지 않았기 때문에 r값이 0.9 미만이 된 것으로 추측된다.

다음으로, 제14 및 제15 비교강은 제1 마르텐사이트 면적 비율이 30.0%보다 컸기 때문으로 추측된다. 즉, 제14 및 제15 비교강 모두 마르텐사이트상이 필요 이상으로 증가하여 연성이 저하되었기 때문에 r값이 0.9 미만이 된 것으로 추측된다. 다음으로, 제17 비교강은 총 냉연율이 60% 미만이었던 것 뿐만 아니라, 제1 마르텐사이트 면적 비율이 30.0%보다 컸기 때문에 r값이 0.9 미만이 된 것으로 추측된다.

또한, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 제14·제15·제17·제18 비교강은 제2 마르텐사이트 면적 비율이 1.0% 이상인 것으로부터 종합 평가가 「×」였다.

한편, 제1~제7 발명강은 제3 및 제4 발명강의 특성 평가가 전체 발명강 중에서 종합적으로 가장 양호한 결과였다. 구체적으로는, 제3 발명강은 리징의 물결 높이가 전체 발명강 중에서 3번째로 낮았다(2.39μm). 이러한 결과가 된 것은, 제1 마르텐사이트 면적 비율이 전체 발명강 중에서 3번째로 높았기(9.44%) 때문으로 추측된다. 또한, 제3 발명강은 r값이 전체 발명강 중에서 가장 수치가 컸다(1.12). 이러한 결과가 된 것은, 총 냉연율이 전체 발명강중에서 가장 높았기(85%) 때문으로 추측된다. 또한, 제3 발명강은 제2 마르텐사이트 면적 비율이 전체 발명강 중에서 4번째로 낮았다(0.17%).

제4 발명강은 리징의 물결 높이가 전체 발명강 중에서 가장 수치가 낮았다(2.28μm). 또한, 제4 발명강은 r값이 전체 발명강 중에서 4번째로 수치가 컸다(0.93). 이러한 결과가 된 것은, 총 냉연율이 전체 발명강의 4번째로 높았기(69%) 때문으로 추측된다. 또한, 제4 발명강은 제2 마르텐사이트 면적 비율이 전체 발명강 중에서 3번째로 낮았다(0.15%).

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법에 이용할 수 있다.

S1: 용제 공정
S2: 열간 압연 공정
S3: 연질화 소둔 공정
S4: 냉간 압연 공정
S5　소둔공정

Claims

질량%로, C: 0.12% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, Ni: 1.0% 이하, Cr: 12.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.10% 이하 및 Al: 0.50% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 페라이트계 스테인리스강으로서,
상기 페라이트계 스테인리스강의 표면에 형성된 리징에서의 물결 곡선 요소의 평균 높이가 15μm 이하이며, r값이 0.9 이상이고, 압연 방향에 평행하며 폭 방향에 수직한 평면으로 절단한 단면에서의 마르텐사이트상의 면적 비율이 0% 이상 1.0% 미만인 마르텐사이트상을 포함하는, 페라이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
질량%로, Mo: 0.50% 이하, Cu: 1.0% 이하, O: 0.01% 이하, V: 0.15% 이하, B: 0.10% 이하 및 Ti: 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유 하는, 페라이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
질량%로, Co: 0.01% 이상 0.50% 이하, Zr: 0.01% 이상 0.10% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.10% 이하, Mg: 0.0005% 이상 0.003% 이하, Ca: 0.0003% 이상 0.003% 이하, Y: 0.01% 이상 0.20% 이하, Y를 제외한 희토류 금속: 합계 0.01% 이상 0.10% 이하, Sn: 0.001% 이상 0.50% 이하, Sb: 0.001% 이상 0.50% 이하, Pb: 0.01% 이상 0.10% 이하 및 W: 0.01% 이상 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 페라이트계 스테인리스강.
질량%로, C: 0.12% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, Ni: 1.0% 이하, Cr: 12.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.10% 이하 및 Al: 0.50% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬래브를 열간 압연하여 열연 띠강을 제조하는 열간 압연 공정;
상기 열간 압연 공정에서 제조된 상기 열연 띠강을 소둔하여 연질화함으로써, 압연 방향에 평행하고 열연 소둔 띠강의 폭 방향에 수직한 평면으로 절단한 단면에서의 마르텐사이트상의 면적 비율이 5.0% 이상 30.0% 이하이며, 상기 마르텐사이트상을 제외한 잔부가 페라이트상을 포함하고 있는 상기 열연 소둔 띠강을 제조하는 연질화 소둔 공정; 및
상기 연질화 소둔 공정에서 제조된 상기 열연 소둔 띠강을 냉간 압연하여 냉연 띠강을 제조하는 냉간 압연 공정;을 포함하고,
상기 냉간 압연 공정에서는,
상기 열연 소둔 띠강의 두께에 대한, 상기 열연 소둔 띠강의 두께와 상기 냉연 띠강의 두께차의 비율인 총 냉연율을 60% 이상으로 설정하고,
상기 열연 소둔 띠강을,
(i) 롤 지름이 200mm 이상인 제1 워크롤을 이용하여, 1 패스당 냉연율이 15% 이상이 되며, 전체 패스 종료후의 냉연율이 상기 총 냉연율의 50% 이상이 되도록 냉간 압연한 후,
(ii) 롤 지름이 200mm 미만인 제2 워크롤을 이용하여 더 냉간 압연하는, 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 강 슬래브는, 질량%로, Mo: 0.50% 이하, Cu: 1.0% 이하, O: 0.01% 이하, V: 0.15% 이하, B: 0.10% 이하 및 Ti: 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 강 슬래브는, 질량%로, Co: 0.01% 이상 0.50% 이하, Zr: 0.01% 이상 0.10% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.10% 이하, Mg: 0.0005% 이상 0.003% 이하, Ca: 0.0003% 이상 0.003% 이하, Y: 0.01% 이상 0.20% 이하, Y를 제외한 희토류 금속: 합계 0.01% 이상 0.10% 이하, Sn: 0.001% 이상 0.50% 이하, Sb: 0.001% 이상 0.50% 이하, Pb: 0.01% 이상 0.10% 이하 및 W: 0.01% 이상 0.50% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.