KR20230069179A - 마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법 - Google Patents

마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법 Download PDF

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고우 니시무라
에이이치로 이시마루
고이치 쓰보이
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닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
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Abstract

질량 기준으로, C: 0.30~0.60%, Si: 0.05~1.00%, Mn: 0.05~1.50%, P: 0.040% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 13.0~18.0%, Ni: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~1.00%, Al: 0.030% 이하, N: 0.010~0.350%, Ca: 0.0001~0.0030%, O: 0.001~0.010%를 포함하고, 2.5C+N이 1.10% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 마텐자이트계 스테인리스 강재이다. 이 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 탄화물의 평균 입경이 0.50μm 이하이다. 또, 크기 10μm 이상의 탄화물이 0.20개/cm2 이하이다.

Description

마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법
본 발명은, 마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
셰이버, 가위, 식칼 등의 다양한 날붙이에 이용되는 스테인리스 강재에는, 높은 경도가 요구되기 때문에, C의 함유량이 많은 마텐자이트계 스테인리스 강재가 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
그러나, C의 함유량이 많으면, Cr 등의 합금 원소와 탄화물을 생성하여, 제조 공정 중에 조대한 공정(共晶) 탄화물로서 석출되기 쉬워진다. 이 공정 탄화물은, 소둔 공정 등에 의해서도 완전히 용체화시키는 것이 곤란하고, 담금질 시에 C의 고용량(固溶量)이 저하되어 과도하게 연화되는 원인이 된다. 또, 이 공정 탄화물은, 부식 기점이 되기 때문에 내식성이 저하되는 것 외에, 가공 시에 결락이 생기거나, 불규칙 모양이 발생하는 원인이 되기도 한다.
이에, 특허문헌 2에는, 질량%로, C: 0.40~0.50%, Si: 0.05~0.60%, Mn: 0.5~1.5%, P: 0.035% 이하, S: 0.010% 이하, Cr: 11.0~15.5%, Ni: 0.01~0.30%, Cu: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~0.30%, V: 0.01~0.10%, Al: 0.02% 이하, Sn: 0.002~0.10%, N: 0.010~0.035%, Ca: 0.0001~0.0010%, O: 0.001~0.01%를 함유하며, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한, Cu+Ni+Mo=0.05~0.30%를 만족하며, 또한, 크기 10μm 이상의 개재물이, 0.2개/cm2 이하인 것을 특징으로 하는 날붙이용 마텐자이트계 스테인리스 강재가 제안되어 있다.
또, 특허문헌 3에는, Cr: 13.0~14.0중량%, Mo: 1.15~1.35중량%, C: 0.35~0.55중량%, Si: 0.20~0.50중량%, Mn: 0.20~0.50중량%, P: 0.025중량% 이하, S: 0.020중량% 이하, 잔부: Fe 및 불가피한 불순물 원소로 이루어지는 조성을 갖는 기재를 제작하는 공정과, 이 기재에 고밀도 전위 도입법 및 초급랭 응고법 중 적어도 한쪽을 실시한 후, 소둔 처리하여 미세 조직 페라이트강을 얻는 공정과, 상기 페라이트강에 냉간 압연, 소둔, 필요에 따라 소정 형상으로의 소성 가공을 실시한 후, 담금질 처리하여 결정립 미세화 마텐자이트계 스테인리스 강재를 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정립 미세화 마텐자이트계 스테인리스 강재의 제조 방법이 제안되어 있다.
일본국 특허공개 2000-273587호 공보 일본국 특허공개 2018-9231호 공보 일본국 특허공개 2003-313612호 공보
그러나, 특허문헌 2에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 개재물(특히, 탄화물)의 평균 입경이 제어되어 있지 않기 때문에, 가공성이 충분하지 않거나, 불규칙 모양이 발생하는 경우가 있다.
또, 특허문헌 3에 기재된 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 고밀도 전위 도입법이나 초급랭 응고법과 같은 특별한 공정을 도입하고 있기 때문에, 대량 생산에 적합하지 않다. 또, 이 마텐자이트계 스테인리스 강재는, Mo의 함유량이 많아, 고비용이기도 하다.
이와 같이 C의 함유량을 저감화한 종래의 마텐자이트계 스테인리스 강재에서는, 상기와 같은 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 가공성이 양호함과 더불어, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 경도 및 내식성이 높고, 불규칙 모양의 발생을 억제 가능한 마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 마텐자이트계 스테인리스 강재에 대하여 예의 연구를 행한 결과, 개재물 중에서도 특히 탄화물이, 내식성, 가공성 및 불규칙 모양과 밀접하게 관계되어 있고, 강 조성에 더하여, 크기 10μm 이상의 탄화물의 수 및 탄화물의 평균 입경을 제어함으로써, 상기의 문제를 모두 해결할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 질량 기준으로, C: 0.30~0.60%, Si: 0.05~1.00%, Mn: 0.05~1.50%, P: 0.040% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 13.0~18.0%, Ni: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~1.00%, Al: 0.030% 이하, N: 0.010~0.350%, Ca: 0.0001~0.0030%, O: 0.001~0.010%를 포함하고, 2.5C+N이 1.10% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
탄화물의 평균 입경이 0.50μm 이하이며,
크기 10μm 이상의 상기 탄화물이 0.20개/cm2 이하인, 마텐자이트계 스테인리스 강재이다.
또, 본 발명은, 질량 기준으로, C: 0.30~0.60%, Si: 0.05~1.00%, Mn: 0.05~1.50%, P: 0.040% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 13.0~18.0%, Ni: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~1.00%, Al: 0.030% 이하, N: 0.010~0.350%, Ca: 0.0001~0.0030%, O: 0.001~0.010%를 포함하고, 2.5C+N이 1.10% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 슬래브를 식 (1):
T[℃]=6500/(4-log C[%])-273 …(1)
로 나타내어지는 T 이상의 온도에서 열처리를 1~5시간 행한 후에 열간 압연을 행하는 열간 압연 공정을 포함하는, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 가공성이 양호함과 더불어, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 경도 및 내식성이 높고, 불규칙 모양의 발생을 억제 가능한 마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시예 및 비교예에 있어서의 2.5C+N과 경도의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 당업자의 통상의 지식에 의거하여, 이하의 실시 형태에 대해 변경, 개량 등이 적절히 가해진 것도 본 발명의 범위에 들어가는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 성분에 관한 「%」 표시는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량%」를 의미한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, C: 0.30~0.60%, Si: 0.05~1.00%, Mn: 0.05~1.50%, P: 0.040% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 13.0~18.0%, Ni: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~1.00%, Al: 0.030% 이하, N: 0.010~0.350%, Ca: 0.0001~0.0030%, O: 0.001~0.010%를 포함하고, 2.5C+N이 1.10% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.
여기서, 본 명세서에 있어서, 「강재」란, 강판 등의 각종 재형(材形)의 재료를 의미한다. 또, 「강판」이란, 강대를 포함하는 개념이다. 또한, 「불순물」이란, 스테인리스 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 불순물로서는, Zn, Pb, Se, Sb, H, Ga, Ta, Mg, Zr 등을 들 수 있다. 이들 원소가 불순물로서 포함되는 경우, Zn≤100ppm, Pb≤100ppm, Se≤100ppm, Sb≤500ppm, H≤100ppm, Ga≤500ppm, Ta≤500ppm, Mg≤120ppm, Zr≤120ppm이다.
또, 본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, V: 0.50% 이하, Nb: 0.30% 이하, Ti: 0.3% 이하, Cu: 4.0% 이하, Sn: 0.100% 이하, B: 0.0050% 이하, Co: 0.30% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
이하, 각 성분에 대하여 상세히 설명한다.
＜C: 0.30~0.60%＞
C는, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 소정의 경도(비커스 경도)를 얻기 위하여 필수적인 원소이다. 경도 500HV 이상을 안정적으로 얻기 위해서는, C의 함유량을 0.30% 이상으로 할 필요가 있다. C를 과도하게 첨가하면, 담금질 시의 예민화가 촉진되어 내식성을 해침과 더불어, 미(未)고용 탄질화물에 의해 담금질 또는 뜨임 후의 인성도 저하되기 때문에, C의 함유량을 0.60% 이하로 할 필요가 있다. 담금질 또는 담금질 뜨임 시의 가열 조건의 변동에 의한 경도나 인성의 저하를 고려하면, C의 함유량은, 하한값이 바람직하게는 0.32%이며, 상한값이 바람직하게는 0.58%이다.
＜Si: 0.05~1.00%＞
Si는, 용해 정련 시에 있어서의 탈산을 위하여 필요한 것 외에, 담금질 시의 산화 스케일 생성을 억제하는 데에도 유용한 원소이다. 또, Si 함유량이 낮으면 탈산이 불충분해지기 쉽고, 탄화물이 많아지며, 그곳이 기점이 되어 녹이 발생하는 경우가 있어, 내식성이 저하된다. 그 때문에, Si의 함유량을 0.05% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Si는 오스테나이트 단상 온도역을 좁게 하여, 담금질 안정성을 해치기 때문에, Si의 함유량을 1.00% 이하로 할 필요가 있다. Si에 의한 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서, Si 함유량은, 하한값이 바람직하게는 0.07%이며, 상한값이 바람직하게는 0.98%이다.
＜Mn: 0.05~1.50%＞
Mn은, 탈산제로서 첨가되는 원소임과 더불어, 오스테나이트 단상역을 확대하고 담금질성의 향상에 기여한다. Mn이 충분히 첨가되지 않으면, 2상 영역이 확대되고, α상이 증가한다. 그 결과, Cr 탄질화물도 증가하고, 그 주위에 Cr 결핍층이 생기기 때문에, 녹 발생의 기점이 되기 쉬워, 내식성이 저하된다. 그 때문에, Mn의 함유량을 0.05% 이상으로 할 필요가 있다. Mn에 의한 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서, Mn 함유량의 하한값은, 바람직하게는 0.07%이다. 한편, 필요 이상의 Mn은 내식성을 저하시키고, 담금질 시의 산화 스케일의 생성을 촉진하며, 그 후의 연마 부하 등을 증가시킨다. 그 때문에, Mn의 함유량을 1.50% 이하로 할 필요가 있다. MnS 등의 입화물(粒化物)에 기인하는 내식성의 저하도 고려하면, 1.45% 이하가 바람직하다.
＜P: 0.040% 이하＞
P는 원료인 용선(溶銑)이나 페로크롬 등의 주원료 중에 불순물로서 포함되는 원소이다. 열연 소둔판이나 담금질 후의 재료의 인성 및 내식성에 대해서는 유해한 원소이다. 그 때문에, P의 함유량을 0.040% 이하, 바람직하게는 0.038% 이하로 할 필요가 있다. 한편, P의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 과도한 저감은 고순도 원료의 사용을 필수로 하는 등의 문제가 생겨, 비용의 증가로 이어지기 때문에, P의 함유량의 하한값은 0.010%가 바람직하다.
＜S: 0.030% 이하＞
S는, 황화물계 개재물을 형성하고, 강재의 일반적인 내식성(전면 부식이나 공식)을 열화시킨다. 또, S는, 열간 가공성을 저하시키고, 열연판의 가장자리 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, S의 함유량은, 0.030% 이하, 바람직하게는 0.025% 이하로 할 필요가 있다. 또한, S의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, S의 함유량이 적을수록 내식성은 양호해지는 한편, 탈황 부하가 증대되고, 제조 비용이 증대된다. 그 때문에, S의 함유량의 하한값은 0.001%가 바람직하다.
＜Cr: 13.0~18.0%＞
Cr은, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 주 용도에 있어서 필요로 하는 내식성을 유지하기 위한 원소이다. 그 때문에, Cr의 함유량을 13.0% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 담금질 후의 잔류 오스테나이트의 생성을 억제하는 관점에서, Cr 함유량을 18.0% 이하로 할 필요가 있다. Cr에 의한 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서, Cr의 함유량은, 하한값이 바람직하게는 13.1%이며, 상한값이 바람직하게는 17.8%이다.
＜Ni: 0.01~0.30%＞
Ni는, Mn과 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이며, 담금질 또는 담금질 뜨임 후의 인성을 향상시키는 효과도 갖는다. 한편, Ni를 다량으로 함유시키면, 열연 소둔판에 있어서 고용 강화에 의한 프레스 성형성의 저하를 초래할 우려가 있음과 더불어, 고가의 원소이기 때문에 제조 비용이 증대된다. 그 때문에, Ni의 함유량을 0.30% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Ni는 공식의 진전 억제에 유효한 원소이다. Ni에 의한 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서, Ni의 함유량은, 하한값이 바람직하게는 0.02%이며, 상한값이 바람직하게는 0.27%이다.
＜Mo: 0.01~1.00%＞
Mo는, δ페라이트를 포함하는 마텐자이트 조직의 내식성 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 관점에서, Mo의 함유량을 0.01% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mo는 페라이트상의 안정화 원소이며, 과도한 첨가는, 오스테나이트 단상 온도역을 좁게 함으로써 담금질 특성이 손상된다. 그 때문에, Mo의 함유량을 1.00% 이하로 할 필요가 있다. Mo에 의한 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서, Mo의 함유량은, 하한값이 바람직하게는 0.02%이며, 상한값이 바람직하게는 0.50%, 보다 바람직하게는 0.30%이다.
＜Al: 0.030% 이하＞
Al은, 탈산 원소로서 첨가되는 것 외에, 내산화성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Al이 다량으로 포함되면 탄화물이 커지기 쉽다. 그 때문에, Al의 함유량은, 0.030% 이하, 바람직하게는 0.025% 이하, 보다 바람직하게는 0.020% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Al의 함유량의 하한은, 특별히 한정되지 않으며, Al을 함유하고 있지 않아도 된다. 단, Al에 의한 상기 효과를 얻는 관점에서, Al의 하한값은 0.001%가 바람직하다. 여기서, Al은 T.Al이다.
＜N: 0.010~0.350%＞
N은, C와 마찬가지로, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 소정의 경도(비커스 경도)를 얻기 위하여 필수적인 원소이다. 특히, 본 발명의 실시 형태에서는, C의 함유량을 저감하고 있기 때문에, 그 대신 N을 함유시킬 필요가 있다. 또, N은, 고용되어 있으면 내식성을 향상시키는 효과도 있다. 이들 효과를 얻는 관점에서, N의 함유량은 0.010% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, N은, Cr 질화물을 형성하여 Cr 결핍층을 발생시키는 경우가 있으며, 그 경우는 내식성을 저하시킨다. 또, N을 과잉으로 첨가하면, 제강 단계에서의 제어가 어렵고, 기포계 결함이 형성되기 쉬워진다. 기포계 결함이 형성되면, 그곳이 녹 발생의 기점이 되기 쉬워져 내식성을 저하시킬 뿐만 아니라, 수율의 저하를 초래하는 것이 위구된다. 그 때문에, N의 함유량은, 0.350% 이하로 할 필요가 있다. N에 의한 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서, N의 함유량은, 하한값이 바람직하게는 0.020%, 보다 바람직하게는 0.025%, 더 바람직하게는 0.036%이며, 상한값이 바람직하게는 0.300%, 보다 바람직하게는 0.290%이다.
＜Ca: 0.0001~0.0030%＞
Ca는 제강 단계에서 성분 조정을 위하여 첨가되는데, 강력한 탈산재로서 작용하여, 탈산을 촉진시키는 효과를 가진다. 그러나, Ca는 강력한 탈산 원소이기 때문에, 대부분이 개재물로서 용강 중에서 부상하고, 강 중에는 거의 남지 않는다. 그러나, Ca를 다량으로 첨가하면, 제강 개재물에 CaO가 포함되고, 이것이 녹 발생의 기점이 될 가능성이 높아, 내식성을 저하시킨다. 그 때문에, Ca의 함유량은, 0.0030% 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.0010% 이하이다. 한편, 미세한 개재물까지를 제거하는 것은 불가능한 점에서, Ca의 함유량을 0.0001% 미만으로 하는 것은, 제조 공정상 곤란하다. 그 때문에, Ca의 함유량은, 0.0001% 이상으로 한다.
＜O: 0.001~0.010%＞
개재물을 저감하기 위해서는, Al, Ca와 더불어 O가 중요한 원소가 된다. O를 다량으로 첨가하면, 강 중에 잔존하는 큰 개재물(특히, 탄화물)의 개수가 증가하고, 내식성에 악영향을 준다. 그 때문에, O의 함유량은, 0.010% 이하로 할 필요가 있다. 또, O는, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하나, 과도한 저감은 비용이 상승하기 때문에, O의 함유량은, 0.001% 이상으로 한다. 비용과 내식성의 밸런스의 관점에서, O 함유량은, 하한값이 바람직하게는 0.002%이며, 상한값이 0.009%이다.
＜2.5C+N이 1.10% 이상＞
C 및 N은, 상기와 같이, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 소정의 경도(비커스 경도)를 얻기 위하여 필수적인 원소이다. 발명의 실시 형태에서는, C의 함유량을 저감하는 대신에 N을 함유시키고 있어, C는, 당해 경도에 N의 2.5배 기여한다. 그 때문에, 소정의 경도를 얻는 관점에서, 2.5C+N은, 1.10% 이상, 바람직하게는 1.25% 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 2.5C+N의 상한값은, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 1.80%, 보다 바람직하게는 1.70%, 더 바람직하게는 1.60%이다.
＜V: 0.50% 이하＞
V는, 미세한 탄질화물을 형성하고, 내식성의 향상에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 그러나, V를 과잉으로 첨가하면, 석출물의 조대화를 초래할 우려가 있고, 그 결과, 담금질 후의 인성이 저하되어 버린다. 따라서, V의 함유량은, 0.50% 이하, 바람직하게는 0.30% 이하, 보다 바람직하게는 0.20% 이하이다. 또한, V의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, V는, 합금 원료에 불가피적 불순물로서 혼입되고, 정련 공정에 있어서의 제거가 곤란한 경우도 있다. 또, 상기의 효과를 얻는 관점에서는, V의 함유량의 하한값은, 바람직하게는 0.01%, 보다 바람직하게는 0.02%, 더 바람직하게는 0.03%이다.
＜Nb: 0.30% 이하＞
Nb는, 탄질화물을 형성하고, Cr 탄질화물의 석출에 의한 예민화나 내식성의 저하를 억제하는 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 그러나, Nb를 과잉으로 첨가하면, 마텐자이트상을 불안정하게 하여, 경도가 저하된다. 그 때문에, Nb의 함유량은, 0.30% 이하, 바람직하게는 0.28% 이하, 보다 바람직하게는 0.25% 이하이다. 또한, Nb의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 상기의 효과를 얻는 관점에서, 바람직하게는 0.01%, 보다 바람직하게는 0.05%이다.
＜Ti: 0.3% 이하＞
Ti는, 탄질화물을 형성하고, Cr 탄질화물의 석출에 의한 예민화나 내식성의 저하를 억제하는 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 그러나, Ti를 과잉으로 첨가하면, 조대한 TiN이 형성되어, 열연흠의 발생이나 인성의 저하로 이어진다. 그 때문에, Ti의 함유량은, 0.3% 이하, 바람직하게는 0.25% 이하로 한다. 또한, Ti의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 상기의 효과를 얻는 관점에서, 바람직하게는 0.01%, 보다 바람직하게는 0.06%, 더 바람직하게는 0.10%이다.
＜Cu: 4.0% 이하＞
Cu는, δ페라이트를 포함하는 마텐자이트 조직의 내식성의 향상에 유효함과 더불어, 오스테나이트 안정화 원소로서 담금질성의 향상에도 기여하는 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 그러나, Cu의 과잉한 첨가는, 열간 가공성의 저하나, 원료 비용의 증가로 이어진다. 그 때문에, Cu의 함유량은, 4.0% 이하, 바람직하게는 3.8% 이하, 보다 바람직하게는 3.5% 이하로 한다. 또한, Cu의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 상기의 효과를 얻는 관점에서, 바람직하게는 1.0%, 보다 바람직하게는 1.3%, 더 바람직하게는 1.5%이다.
＜Sn: 0.100% 이하＞
Sn은, 담금질 또는 담금질 뜨임 후의 내식성의 향상에 유효한 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 그러나, Sn의 과잉한 첨가는, 열연 시의 가장자리 균열을 촉진시킨다. 그 때문에, Sn 함유량은, 0.100% 이하, 바람직하게는 0.090% 이하로 한다. 또한, Sn의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 상기의 효과를 얻는 관점에서, 바람직하게는 0.002%, 바람직하게는 0.050%이다.
＜B: 0.0050% 이하＞
B는, 열간 가공성의 향상에 유효한 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 그러나, B의 과잉한 첨가는, 붕화물과 탄화물의 복합 석출에 의해 담금질성을 저하시킬 우려가 있다. 그 때문에, B의 함유량은, 0.0050% 이하, 바람직하게는 0.0045% 이하로 한다. 또한, B의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 상기의 효과를 얻는 관점에서, 바람직하게는 0.0002%이다.
＜Co: 0.30% 이하＞
Co는, 내열성을 향상시키는 원소이며, 필요에 따라 첨가된다. 단, Co는 고가이기 때문에, Co의 함유량이 너무 많으면, 제조 비용의 상승으로 이어진다. 그 때문에, Co의 함유량은, 0.30% 이하, 바람직하게는 0.10% 이하, 보다 바람직하게는 0.05% 이하로 한다. 또한, Co의 함유량의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 상기의 효과를 얻는 관점에서, 바람직하게는 0.01%이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 탄화물의 평균 입경이 0.50μm 이하, 바람직하게는 0.48μm 이하이다. 이러한 범위로 탄화물의 평균 입경을 제어함으로써, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 가공성이 향상되어 날붙이 제조 시(특히, 날 갈기 가공 시)의 날 결락이 억제됨과 더불어, 불규칙 모양의 발생도 억제된다. 또한, 탄화물의 평균 입경의 하한값은, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 0.01μm, 보다 바람직하게는 0.05μm, 더 바람직하게는 0.10μm이다.
여기서, 평균 입경을 규정하는 탄화물은, 주조 시에 생성되는 공정 탄화물, 압연 공정 시에 생성되는 석출 탄화물의 양쪽을 대상으로 한다.
또, 탄화물의 평균 입경은, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 단면을 SEM에 의해 관찰하여, 관찰 시야에 있어서 각 탄화물의 원상당 직경을 측정하고, 그 평균값을 구함으로써 산출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 크기 10μm 이상의 탄화물이 0.20개/cm2 이하, 바람직하게는 0.19개/cm2 이하이다. 크기 10μm 이상의 탄화물은 녹 발생의 기점이 되기 쉬운 점에서, 이러한 범위로 크기 10μm 이상의 탄화물의 수를 제어함으로써, 녹 발생을 억제하고, 내식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 크기 10μm 이상의 탄화물은 적을수록 좋기 때문에, 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로 0.01개/cm2 이상이다.
여기서, 수를 규정하는 크기 10μm 이상의 탄화물은, 주조 시에 생성되는 공정 탄화물을 주된 대상으로 한다. 또, 탄화물의 크기는, 탄화물의 (장경+단경)/2를 말한다.
또, 크기 10μm 이상의 탄화물의 수는, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 단면을 광학 현미경 관찰하여 크기 10μm 이상의 탄화물의 수를 구하고, 그 수를 측정 영역의 면적으로 나눔으로써 산출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 담금질 또는 담금질 뜨임 후의 경도(비커스 경도)가 500HV 이상이다. 특히, 마텐자이트계 스테인리스 강재를 날붙이용으로서 이용하는 경우에는, 경도가 550HV 이상인 것이 바람직하다. 또한, 경도의 상한값은, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 900HV, 보다 바람직하게는 800HV이다.
여기서, 담금질은, 1000~1100℃에서 행해진다. 뜨임은, 100~400℃에서 행해진다. 담금질 후에는, -200~-50℃에서 서브 제로 처리를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 경도는, 비커스 경도계를 이용하여, 실온(25℃)에서 측정된 값을 의미한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 열연판, 열연 소둔판, 냉연판 또는 냉연 소둔판이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 상기한 마텐자이트계 스테인리스 강재와 같은 조성을 갖는 슬래브를 식 (1)로 나타내어지는 T 이상의 온도에서 열처리를 1~5시간 행한 후에 열간 압연을 행하는 열간 압연 공정을 포함한다. 이 열간 압연 공정을 행함으로써, 열연판을 얻을 수 있다.
T[℃]=6500/(4-log C[%])-273 …(1)
이러한 조건으로 열처리를 행함으로써, 주조 시에 생성되는 공정 탄화물을 완전히 용체화시킬 수 있기 때문에, 탄화물의 평균 입경 및 크기 10μm 이상의 탄화물의 수를 상기의 범위로 제어하는 것이 가능해진다.
열간 압연의 조건은, 특별히 한정되지 않으나, 조압연 및 마무리 압연에 의해, 판두께 2~8mm로 마무리하는 것이 바람직하다.
열간 압연 후에, 열연판은 800℃~900℃의 권취 온도에서 권취된다. 권취된 열연판은 코일 형상이다.
열간 압연 공정 후, 코일 형상의 열연판에 대해, Ac1점~(Ac1점-50℃)의 온도에서 소둔을 1~5시간 행하는 연질화 공정이 행해진다. 이 연질화 공정을 행함으로써, 열연 소둔판을 얻을 수 있다. 또, 이러한 조건으로 소둔을 행함으로써, 탄화물의 조대화가 억제되기 때문에, 탄화물의 평균 입경 및 크기 10μm 이상의 탄화물의 수를 상기의 범위로 안정적으로 제어하는 것이 가능해진다. 소둔은, 가열된 상태의 코일 형상의 열연판을 Ac1점~(Ac1점-50℃)의 온도에서 유지하여 행해진다. 따라서, 소둔은, 코일 형상의 열연판을 일단 냉각한 후에, 당해 온도로 재가열하여 행하는 것이 아님에 유의해야 한다. 또, 소둔은 배치(batch) 소둔로에 있어서 행해진다.
여기서, Ac1점은, 이하의 식 (2)에 의해 산출된다.
Ac1=-250C+73Si-66Mn-115Ni+35Cr+60Mo-18Cu+620Ti+750Al-280N+410 …(2)
식 중, 각 원소 기호는, 각 원소의 질량%이다.
또한, 연질화 공정에서 얻어진 열연 소둔판은, 필요에 따라 산세정해도 된다.
연질화 공정 후, 필요에 따라 산세정이 행해진 열연 소둔판에 대해 냉간 압연을 행하는 냉간 압연 공정이 행해진다. 냉간 압연 공정을 행함으로써, 냉연판을 얻을 수 있다.
냉간 압연의 조건으로서는, 특별히 한정되지 않고, 요구되는 냉연판에 따라 적절히 조정하면 된다.
냉간 압연 공정 후, 냉연판을, 100℃에서 Ac1점~(Ac1점-50℃)까지의 온도역에 있어서 50℃/초 이상, 바람직하게는 100℃/초 이상의 승온 속도로 가열하는 소둔 공정이 행해진다. 또한, 소둔은, 냉연판이 실온(25℃) 이상 100℃ 미만의 온도역에 있는 상태에서 개시할 수 있다. 이 소둔 공정을 행함으로써, 냉연 소둔판을 얻을 수 있다. 또, 이와 같은 조건으로 소둔 공정을 행함으로써, 탄화물의 조대화가 억제되기 때문에, 탄화물의 평균 입경 및 크기 10μm 이상의 탄화물의 수를 상기의 범위로 안정적으로 제어하는 것이 가능해진다.
상기와 같이 하여 제조되는 본 발명의 실시 형태에 따른 마텐자이트계 스테인리스 강재는, 강 조성에 더하여, 크기 10μm 이상의 탄화물의 수 및 탄화물의 평균 입경을 소정의 범위로 제어하고 있기 때문에, 가공성이 양호함과 더불어, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 경도 및 내식성이 높고, 불규칙 모양의 발생을 억제 가능하다.
실시예
이하에, 실시예를 들어 본 발명의 내용을 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
표 1에 나타내는 강 조성의 강을 용제하여 200mm 두께의 슬래브로 주조했다. 이 슬래브를 표 2에 나타내는 온도 및 시간으로 열처리를 행한 후에, 열간 압연(조압연 및 마무리 압연)을 행하여 판두께 3mm의 열연판으로 하고, 850℃의 권취 온도에서 코일 형상으로 권취했다. 다음으로, 이 코일 형상의 열연판을 배치 소둔로로 옮겨, 표 2에 나타내는 온도 및 시간으로 연질화 공정을 행했다. 다음으로, 연질화 공정에서 얻어진 열연 소둔판을 냉간 압연한 후, 냉연판을 100℃에서 표 2에 나타내는 온도까지의 온도역에 있어서 표 2에 나타내는 승온 속도로 가열하여 소둔 공정을 행했다. 또한, 소둔은, 냉연판이 실온(25℃)인 상태에서 개시했다. 그 후, 산세정을 행했다. 얻어진 냉연 소둔판(마텐자이트계 스테인리스 강재)에 대하여, 다음의 평가를 행했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
(경도)
얻어진 냉연 소둔판에 대하여, 1000~1100℃로 가열하여 담금질을 행한 후, 표면을 #80으로 표면 연마하고, JIS 표면 경도(담금질 경도)를 비커스 경도계로 측정했다. 측정 온도는, 실온(25℃)으로 했다. 경도는, 500HV 이상을 합격으로 했다.
(내식성)
얻어진 냉연 소둔판에 대하여, 1000~1100℃로 가열하여 담금질을 행한 후, 표면을 #600으로 표면 연마하고, JIS Z2371:2015 「염수 분무 시험 방법」에 준거하여 염수 분무 시험을 24시간 행하여, 녹 면적률을 측정했다. 이 평가에 있어서, 녹 면적률이 10% 미만을 합격(○)으로 하고, 10% 이상을 불합격(×)으로 했다.
(탄화물의 평균 입경)
얻어진 냉연 소둔판의 압연 방향 및 판두께 방향에 평행한 단면을 SEM에 의해 관찰하고, 관찰 시야 내에 관측되는 탄화물 중, 원상당 직경이 0.10μm에 못 미치는 탄화물 입자 및 관찰 시야로부터 입자의 일부가 비어져 나와 있는 탄화물 입자를 제외한, 모든 탄화물 입자를 측정 대상으로 하여 원상당 직경(μm)을 측정하고, 측정 대상의 탄화물 입자의 원상당 직경의 총합을 측정 대상의 탄화물 입자의 총개수로 나눈 값을 탄화물의 평균 입경(μm)으로 했다. 단, 무작위로 선택한 중복되지 않는 복수의 관찰 시야에 의해, 측정 대상의 탄화물 입자의 총개수를 100개 이상으로 했다. 탄화물 입자의 원상당 직경은, SEM 화상을 화상 처리 소프트웨어에 의해 화상 처리하여 구한 탄화물 입자의 면적으로부터 산출했다.
(크기 10μm 이상의 탄화물의 개수)
얻어진 냉연 소둔판의 압연 방향 및 판두께 방향에 평행한 단면에 대하여, ×50배의 광학 현미경을 이용하여 50mm×50mm의 영역을 20개소씩 목시(目視) 관찰하여 평균 개수를 구하고, 관찰 영역의 면적으로 나눔으로써 산출했다.
(가공성)
얻어진 냉연 소둔판을 날붙이 형상으로 펀칭하여 강재를 채취하고, 1000~1100℃로 가열하여 담금질을 행했다. 다음으로, 강재의 표면을 연마하고, 추가로 길이 방향의 한 단면(端面)을 습식 연마함으로써 날 갈기를 행하여, 공시재(날붙이)를 얻었다. 이 날 갈기 가공 시에, 날 결락이 발생하지 않은 것을 합격(○)으로 하고, 날 결락이 발생한 것을 불합격(×)으로 했다.
(불규칙 모양)
가공성과 동일한 방법에 의해, 공시재(날붙이)를 얻었다. 이 공시재를 목시로 외관 관찰하여, 날 표면에 불규칙 모양이 발생하지 않은 것을 합격(○)으로 하고, 날 표면에 불규칙 모양이 발생한 것을 불합격(×)으로 했다.
상기의 각 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
표 3에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1~23의 냉연 소둔판(마텐자이트계 스테인리스 강재)은, 담금질 후의 경도 및 내식성이 양호했다. 또, 이들 냉연 소둔판은, 탄화물의 평균 입경이 작고, 또한 크기 10μm 이상의 탄화물의 개수도 적었기 때문에, 날 갈기 가공 시에 날 결락이 발생하지 않아, 가공성이 양호함과 더불어, 날붙이 표면의 불규칙 모양의 발생도 억제할 수 있었다.
이에 반해 비교예 1~14의 냉연 소둔판은, 강 조성, 탄화물의 평균 입경, 크기 10μm 이상의 탄화물의 개수 중 어느 하나가 소정의 범위 외이기 때문에, 담금질 후의 경도 또는 내식성이 충분하지 않았다. 특히, 탄화물의 평균 입경이 크고, 또한 크기 10μm 이상의 탄화물의 개수가 많은 것은, 날 갈기 가공 시에 날 결락이 발생해버린 점에서 가공성이 충분하지 않고, 날붙이 표면의 불규칙 모양도 발생했다.
여기서, 상기의 실시예 및 비교예에 있어서의 2.5C+N과 경도의 관계를 나타내는 그래프를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타내어지는 바와 같이, 2.5C+N과 경도에는 비례 관계가 있어, 2.5C+N을 증대함으로써, 경도도 증가하는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 2.5C+N을 1.10% 이상으로 제어함으로써, 경도를 500HV 이상으로 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 가공성이 양호함과 더불어, 담금질 또는 담금질 뜨임 후에 경도 및 내식성이 높고, 불규칙 모양의 발생을 억제 가능한 마텐자이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 질량 기준으로, C: 0.30~0.60%, Si: 0.05~1.00%, Mn: 0.05~1.50%, P: 0.040% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 13.0~18.0%, Ni: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~1.00%, Al: 0.030% 이하, N: 0.010~0.350%, Ca: 0.0001~0.0030%, O: 0.001~0.010%를 포함하고, 2.5C+N이 1.10% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
    탄화물의 평균 입경이 0.50μm 이하이며,
    크기 10μm 이상의 상기 탄화물이 0.20개/cm2 이하인, 마텐자이트계 스테인리스 강재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    질량 기준으로, V: 0.50% 이하, Nb: 0.30% 이하, Ti: 0.3% 이하, Cu: 4.0% 이하, Sn: 0.100% 이하, B: 0.0050% 이하, Co: 0.30% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함하는, 마텐자이트계 스테인리스 강재.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    담금질 또는 담금질 뜨임 후의 경도가 500HV 이상인, 마텐자이트계 스테인리스 강재.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마텐자이트계 스테인리스 강재가 날붙이용인, 마텐자이트계 스테인리스 강재.
  5. 질량 기준으로, C: 0.30~0.60%, Si: 0.05~1.00%, Mn: 0.05~1.50%, P: 0.040% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 13.0~18.0%, Ni: 0.01~0.30%, Mo: 0.01~1.00%, Al: 0.030% 이하, N: 0.010~0.350%, Ca: 0.0001~0.0030%, O: 0.001~0.010%를 포함하고, 2.5C+N이 1.10% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 슬래브를 식 (1):
    T[℃]=6500/(4-log C[%])-273 …(1)
    로 나타내어지는 T 이상의 온도에서 열처리를 1~5시간 행한 후에 열간 압연을 행하는 열간 압연 공정을 포함하는, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래브는, 질량 기준으로, V: 0.50% 이하, Nb: 0.30% 이하, Ti: 0.3% 이하, Cu: 4.0% 이하, Sn: 0.100% 이하, B: 0.0050% 이하, Co: 0.30% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함하는, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 제조 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 열간 압연 공정에 있어서 열연판을 800℃~900℃의 권취 온도에서 권취한 후, Ac1점~(Ac1점-50℃)의 온도에서 소둔을 1~5시간 행하는 연질화 공정을 추가로 포함하는, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연질화 공정에서 얻어진 열연 소둔판을 냉간 압연하는 냉간 압연 공정과,
    상기 냉간 압연 공정에서 얻어진 냉연판을, 100℃에서 Ac1점~(Ac1점-50℃)까지의 온도역에 있어서 50℃/초 이상의 승온 속도로 가열하는 소둔 공정
    을 추가로 포함하는, 마텐자이트계 스테인리스 강재의 제조 방법.
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