KR20230072329A - 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에서는 델타페라이트를 적정 수준으로 관리하고, 최적의 열연 재가열 온도 및 압하율을 도출함으로써, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족할 수 있다.
Description
본 발명은 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 가공성을 개선하여 고질소를 함유하면서도 표면 품질을 향상시킨 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 스테인리스강은 성형성, 내식성, 용접성 등 물성이 탁월하여 가장 많이 사용되는 대표적인 스테인리스강이다. 그 중 STS 301계열은 내식성, 가공성, 용접성이 우수하여 각종 용도에 사용되고 있다. 특히, 탄소 함량을 낮추고 질소를 첨가한 301LN 강종은 고강도를 유지하면서 고내식 특성을 갖는다.
그러나, 고질소 강은 제조 시 표면에 선상흠이 발생하여 표면 품질이 떨어질 수 있다. 선상흠은 제조공정에서 발생한 표면 크랙이 열연 및 냉연 제품에 잔류되어 나타나는 스테인리스강의 고질적 표면 결함으로 정의되고 있다. 이러한 선상흠은 열연판 표면에 깊이 50㎛ 수준으로 잔류하게 된다. 선상흠이 발생하면, 표면 연마 공정이 추가되므로, 가공비 및 실수율이 하락하게 된다.
이러한 선상흠을 줄이기 위해서는 고온 가공성을 양호하게 해야 한다. 그러나, 일반적으로 고질소 강은 고온 가공성이 열위하므로, 선상흠 발생 빈도가 높다. 따라서, 고온 가공성을 개선하는 성분계를 확보하거나, 선상흠이 발생하기 어려운 제조 조건의 도출이 요구되고 있는 실정이다.
특허문헌 0001에서는, 강의 표면품질을 현저히 저하시키는 질소포어 발생을 억제시키기 위한 합금설계를 제시하고 있다. 그러나, Ni함량을 낮춰 내식성 저하가 우려되고, 고가 원소인 Nb, V, W를 포함하므로 원가절감 효과가 크지 않다는 문제점이 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 델타페라이트를 적정 수준으로 관리하고, 최적의 열연 재가열 온도 및 압하율을 도출함으로써, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 아래 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족할 수 있다. 식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
상기 식 (1)에서, [Cr], [Si], [Ni], [C], [N], [Mn]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 열간압연재의 표면 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (2)로 표현되는 Md30 값이 10 이상 25 이하를 만족할 수 있다.
식 (2): 551 - 462*([C] + [N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] -29*([Ni] + [Cu]) - 18.5*[Mo]
상기 식 (2)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 아래 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족하는, 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 재가열온도 1240 내지 1250℃에서 열간압연하여 열간압연재를 제조하는 단계; 상기 열간압연재를 냉연소둔 후 산세하는 단계를 포함할 수 있다.
식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 열간압연 단계의 첫번째 압연기의 압하율이 4 내지 6%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 열간압연 단계의 재가열은 1시간 내지 3시간 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 열간압연재의 두께는 4 내지 6mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 냉연소둔은 1000 내지 1100℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 델타페라이트를 적정 수준으로 관리하고, 최적의 열연 재가열 온도 및 압하율을 도출함으로써, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 선상흠의 발생 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 강 표면에 발생한 선상흠을 촬영한 사진이다.
도 3은 도 2의 선상흠을 광학현미경을 이용하여 확대 촬영한 사진이다.
도 4는 재가열온도 1245℃에서 열간압연한 강 표면 근처의 단면 조직을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 5는 재가열온도 1265℃에서 열간압연한 강 표면 근처의 단면 조직을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 6은 델타 페라이트 함량에 따른 선상흠 발성 정도를 각 공정 별로 나타낸 그래프이다.
도 2는 강 표면에 발생한 선상흠을 촬영한 사진이다.
도 3은 도 2의 선상흠을 광학현미경을 이용하여 확대 촬영한 사진이다.
도 4는 재가열온도 1245℃에서 열간압연한 강 표면 근처의 단면 조직을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 5는 재가열온도 1265℃에서 열간압연한 강 표면 근처의 단면 조직을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 6은 델타 페라이트 함량에 따른 선상흠 발성 정도를 각 공정 별로 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 합금조성을 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하에서는 특별한 기재가 없는 한 단위는 중량%이다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 함금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C(탄소)의 함량은 C: 0.01% 이상 0.03% 이하일 수 있다.
C는 오스테나이트상 안정화 원소이다. C는 고용강화 효과뿐만 아니라 가공 도중 마르텐사이트상 변태 시에도 강화 효과에 크게 기여한다. 이를 고려하여 C는 0.01% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, C의 함량이 과다한 경우에는, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 Cr탄화물의 입계 석출을 유도하여 연성, 인성, 내식성 등에 악영향을 미칠 수 있다. 이를 고려하여 C 함량의 상한은 0.03%로 제한될 수 있다.
Si(실리콘)의 함량은 0.3% 이상 0.8% 이하일 수 있다.
Si은 제강공정 중 탈산제의 역할을 함과 동시에 강도 및 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이다. 이를 고려하여 Si은 0.3% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Si의 함량이 과다한 경우에는, 주조 슬라브 내 델타 페라이트 형성을 조장하여 열간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 고용강화 효과에 의한 강재의 연성 및 인성을 저하시킬 수 있다. 이를 고려하여 Si 함량의 상한은 0.8%로 제한될 수 있다.
Mn(망간)의 함량은 1.0% 이상 1.8% 이하일 수 있다.
Mn은 오스테나이트상 안정화 원소로써, N의 고용도를 개선하고 지나친 가공유기 마르텐사이트 생성을 억제하는데 기여한다. 이를 고려하여 Mn은 1.0% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Mn의 함량이 과다한 경우에는, S계 개재물(MnS)을 과량 형성하여 오스테나이트계 스테인리스강의 연성, 인성 및 내식성을 저하시킬 수 있다. 또한, Mn의 함량이 과다한 경우에는, 제강 공정도중 Mn 흄을 발생시켜 제조상 위험성을 동반할 수 있다. 이를 고려하여 Mn 함량의 상한은 1.8%로 제한될 수 있다.
Ni(니켈)의 함량은 6.0% 이상 7.0% 이하일 수 있다.
Ni은 강력한 오스테나이트상 안정화 원소로써, 그 함량이 증가할수록 오스테나이트상이 안정화되어 소재를 연질화하고, 변형유기 마르텐사이트의 발생에 기인하는 가공경화를 억제하는데 기여한다. 이를 고려하여 Ni은 6.0% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Ni의 함량이 과다한 경우에는, 원료비용의 상승을 초래하고, Md30 하향으로 인해 가공유기 마르텐사이트상 분율이 감소할 수 있다. 이를 고려하여 Ni 함량의 상한은 7.0%로 제한될 수 있다.
Cr(크롬)의 함량은 17.0% 이상 18.0% 이하일 수 있다.
Cr은 마르텐사이트상 생성 억제에 있어서 효과적이고, 스테인리스강에 요구되는 내식성을 확보하는데 필요한 기본 원소이다. 이를 고려하여 Cr은 17% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Cr의 함량이 과다한 경우에는, 제조비용이 상승하고, Md30 하향으로 인해 가공유기 마르텐사이트상 분율이 감소하여 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한, Cr의 함량이 과다한 경우에는, 슬라브 내 델타(δ) 페라이트가 형성되어 열간가공성의 저하를 초래할 수 있다. 이를 고려하여 Cr 함량의 상한은 18.0%로 제한될 수 있다.
Cu(구리)의 함량은 0.2% 이상 0.3% 이하일 수 있다.
Cu는 오스테나이트상 안정화 원소로, 내식성을 향상시키는데 기여한다. 이를 고려하여 Cu는 0.2% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Cu의 함량이 과다한 경우에는, 비용의 상승뿐만 아니라 액상화 및 저온취성의 문제점이 있다. 이를 고려하여 Cu 함량의 상한은 0.3%로 제한될 수 있다.
Mo(몰리브덴)의 함량은 0% 초과 0.1% 이하일 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이며, 고용강화 효과에 크게 기여한다. 그러나, Mo의 함량이 과다한 경우에는, 열간가공성 저하가 발생할 수 있다. 이를 고려하여, Mo 함량의 상한은 0.1%로 제한될 수 있다.
N(질소)의 함량은 0.12% 이상 0.16% 이하일 수 있다.
N는 C와 마찬가지로 오스테나이트상 형성 원소로 고용강화 및 가공유기 마르텐사이트상 변태에 의한 소재의 강도 개선에 유효한 원소이다. 또한, N는 내식성 향상에 크게 기여한다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 의도적으로 N의 함량을 0.12% 이상으로 제어할 수 있다. 그러나, N의 함량이 과다한 경우에는, N 기공(pore) 형성에 의해 표면 크랙을 유발하고, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 수 있다. 이를 고려하여, N 함량의 상한은 0.16%로 제한될 수 있다.
P(인)의 함량은 0% 초과 0.1% 이하일 수 있다.
P은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 입계 부식을 일으키거나 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이를 고려하여 P 함량의 상한은 0.1%로 제한될 수 있다.
S(황)의 함량은 0% 초과 0.01% 이하일 수 있다.
S은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이를 고려하여 S 함량의 상한은 0.01%로 제한될 수 있다.
C(탄소) 및 N(질소) 함량의 합계는 0.15% 이상 0.19% 이하일 수 있다.
C+N는 강의 경도를 확보하기 위해 0.15% 이상 첨가할 수 있다. 0.02% 이상 0.03% 이하의 C 및 0.12% 이상 0.16% 이하의 N를 각각 만족하더라도 C+N 함량이 0.15% 미만인 경우에는, 적정한 경도를 확보하기 어렵다. 한편, C+N 함량이 과다한 경우에는, 크롬 탄질화물의 분율이 증가하여 연신율이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, C+N 함량의 상한은 0.19%로 제한될 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족할 수 있다.
식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
상기 식 (1)에서, [Cr], [Mo], [Si], [Ni], [C], [N], [Mn]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
고질소 오스테나이트계 스테인리스강은 내식성이 양호하고 강도가 높은 특성이 있다. 따라서 외장 용도로 많이 사용되는 바, 표면 결함이 최소화 되어야 한다. 상기 표면 결함에는 대표적으로 선상흠 및 띠상 줄무늬가 있다.
선상흠 및 띠상 줄무늬의 발생 빈도는 델타 페라이트의 함량과 관련이 있다. 일반적으로 띠상 줄무늬 저감을 위해서는 델타 페라이트를 낮게 관리한다. 그러나, 델타 페라이트 함량이 지나치게 낮을 경우, 선상흠의 발생이 심해진다. 이를 고려하여, 델타 페라이트의 함량은 1.0% 이상일 수 있다. 한편, 페라이트 안정화 원소인 Cr 및 Si 함량의 증가 또는 오스테나이트 안정화 원소인 Ni, C, N 및 Mn 함량의 감소로 인해 델타 페라이트 함량이 너무 높아진 경우에는, 열간가공성이 열위해지거나 소재의 연성 및 인성이 저하될 수 있다. 또한, 델타 페라이트 함량의 과다로 띠상 줄무늬 발생 빈도가 증가할 수 있다. 이를 고려하여, 델타 페라이트 함량의 상한은 3.0%로 제한될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 열간압연재의 표면 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하일 수 있다.
열연 재가열 과정에서 델타 페라이트는 결정립 성장을 억제하는 역할을 한다. 따라서, 델타 페라이트 함량을 낮게 제어할수록 조대한 결정립이 생성된다. 조대한 결정립이 존재하면, 열간 압연 과정에서 결정립계가 취약하여 크랙 및 선상흠이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 델타 페라이트 함량을 비교적 낮게 제어함에도 불구하고, 1250℃ 이상으로 열연 재가열온도를 설정함으로써, 표면 평균 결정립 직경을 50㎛ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (2)로 표현되는 Md30 값이 10 이상 25 이하를 만족할 수 있다.
식 (2): 551 - 462*([C] + [N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] -29*([Ni] + [Cu]) - 18.5*[Mo]
상기 식 (2)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
일반적으로 Md30 값은 통상의 오스테나이트계 스테인리스강의 오스테나이트 안정화도를 판단할 수 있는 지표로 사용되며, 551 - 462*([C] + [N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] -29*([Ni] + [Cu]) - 18.5*[Mo]로 표현되는 Nohara 회귀식을 통해서 연산될 수 있다.
본 발명에서는 조질압연 시 소성유기 마르텐사이트 변태를 통한 강도 확보를 위해, Md30 값을 10℃이상으로 확보하고자 하였다. 그러나, Md30 값이 커지는 경우에는, 외부 변형에 의하여 급격한 변형유기 마르텐사이트 변태거동이 나타나게 되고, 이에 따라, 오스테나이트계 스테인리스강의 연신율이 감소하게 된다. 이를 고려하여, Md30 값의 상한은 25℃로 제한될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 아래 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족하는, 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 재가열온도 1240 내지 1250℃에서 열간압연하여 열간압연재를 제조하는 단계; 상기 열간압연재를 냉연소둔 후 산세하는 단계를 포함할 수 있다.
식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
상기 각 합금원소의 성분 범위 및 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량의 수치 한정 이유는 상술한 바와 같으며, 이하 각 제조단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 상기 합금조성 및 식 (1)의 수치범위를 만족하는 슬라브를 제조한 후, 일련의 열간압연, 냉연소둔 및 산세의 제조공정을 거친다.
상기 열간압연은 재가열온도 1,240 내지 1,250℃에서 수행할 수 있다.
재가열온도가 낮을 경우에는 압연 압하력이 증가하게 된다. 특히, 고질소강의 경우에는, 열연 변형 저항이 높으므로, 열간압연이 더욱 어려워질 수 있다. 따라서, 고질소강의 경우에는, 통상의 재가열온도보다 높은 온도로 설정할 필요가 있다. 이를 고려하여, 재가열온도는 1,240℃ 이상일 수 있다. 그러나, 재가열온도가 너무 높을 경우에는, 조대한 결정립이 형성되어 크랙 및 선상흠이 발생할 우려가 있다. 이를 고려하여, 재가열온도의 상한은 1,250℃로 제한될 수 있다.
또한, 상기 열간압연 단계의 첫번째 압연기의 압하율은 4 내지 6%일 수 있다.
열간압연은 200t 두께의 슬라브를 조압연 및 사상압연을 하여 4 내지 6t 두께의 열간압연재를 만드는 공정이다. 조압연은 일반적으로 4개의 압연기를 통해 4단 압연으로 수행한다. 이때, 가열된 슬라브가 가장 먼저 압연되는 첫번째 압연기에서의 압연온도가 가장 높다. 따라서, 통상 첫번째 압연기의 압하율을 높게 설정한다.
그러나, 첫번째 압연기의 압하율이 높을 경우에는, 표면의 결정립계 계면에서 크랙이 발생할 수 있고, 압연과정에서 크랙이 더욱 성장할 수 있다. 이를 고려하여, 첫번째 압연기의 압하율의 상한은 6%로 제한될 수 있다. 한편, 첫번째 압연기의 압하율이 지나치게 낮을 경우에는, 이후 압연기에서의 압연 부하가 커지게 된다. 이를 고려하여, 첫번째 압연기의 압하율은 4% 이상일 수 있다.
또한, 상기 열간압연 단계에서, 재가열은 1시간 내지 3시간 수행할 수 있다.
재가열 시간이 짧은 경우에는 압연기의 부하가 커질 수 있다. 이를 고려하여, 열간압연 단계는 1시간 이상 수행할 수 있다. 그러나, 재가열 시간이 너무 긴 경우에는 조대한 결정립이 발생할 수 있다. 이를 고려하여, 열간압연 수행 시간의 상한은 3시간으로 제한될 수 있다.
또한, 상기 열간압연 공정을 통해 제조된 열간압연재의 두께는 4 내지 6mm일 수 있다.
다음으로, 상기 냉연소둔은 1000 내지 1100℃에서 수행될 수 있다.
도 2는 기존 STS 301 냉연강판의 표면에 발생한 광택 불균일을 보여주는 사진이다. 도 2를 참조하면, 흰 부분의 미세조직은 균일한 반면, 검은 부분의 미세조직은 화살표로 표시된 결함이 다량 발생함을 확인할 수 있다. 이러한 결함은, 편석의 형태로 나타나 육안으로는 검은 띠상 줄무늬로 인식되어, 냉연강판 표면품질을 저하시키는 문제가 있다.
냉연소둔 시 온도범위가 과도하게 높으면, 소재 내부의 델타 페라이트 및 불균일한 미세 석출물에 의해 결정립 성장이 균일하지 못하게 일어나고, 이는 띠상 줄무늬로 발현된다. 이를 고려하여, 냉연소둔 온도의 상한은 1,100℃로 제한될 수 있다. 그러나, 냉연소둔 온도가 과도하게 낮으면, 연신율이 낮아지게 되어 균일한 재질 분포를 확보할 수 없다는 문제가 있다. 이를 고려하여, 냉연소둔 온도는 1,000℃ 이상일 수 있다.
이와 같이, 합금성분, 성분 관계식 및 제조공정을 제어하는 경우, 가격경쟁력, 강도, 연신율 및 내식성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 표면 품질을 향상시킨 오스테나이트계 스테인리스강을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
아래 표 1에 나타낸 다양한 합금 성분범위에 대하여, 전기로에서 용강을 용해한 후 AOD에서 제강과정을 거쳐, 수직만곡형 연주기에서 슬라브를 제조하였다. 다음으로, 제조된 슬라브를 1,245℃의 재가열로에서 2시간 열처리 후 4 내지 6mm 두께로 열간압연을 실시하고, 1,100℃에서 30초 소둔열처리 후 혼산(질산+불산)에서 산세했다.
| C | Si | Mn | Ni | Cr | N | Mo | Cu | C+N | |
| 실시예 1 | 0.0219 | 0.641 | 1.744 | 6.573 | 17.52 | 0.146 | 0.063 | 0.294 | 0.168 |
| 실시예 2 | 0.0184 | 0.595 | 1.693 | 6.606 | 17.495 | 0.1453 | 0.07 | 0.275 | 0.164 |
| 실시예 3 | 0.0184 | 0.595 | 1.693 | 6.606 | 17.495 | 0.1453 | 0.07 | 0.275 | 0.164 |
| 비교예 1 | 0.0196 | 0.372 | 1.342 | 6.533 | 17.144 | 0.156 | 0.078 | 0.187 | 0.176 |
| 비교예 2 | 0.0196 | 0.372 | 1.342 | 6.533 | 17.144 | 0.156 | 0.078 | 0.187 | 0.176 |
| 비교예 3 | 0.0196 | 0.372 | 1.342 | 6.533 | 17.144 | 0.156 | 0.078 | 0.187 | 0.176 |
| 비교예 4 | 0.0196 | 0.372 | 1.342 | 6.533 | 17.144 | 0.156 | 0.078 | 0.187 | 0.176 |
| 비교예 5 | 0.0202 | 0.376 | 1.357 | 6.48 | 17.02 | 0.134 | 0.09 | 0.209 | 0.154 |
| 비교예 6 | 0.0202 | 0.376 | 1.357 | 6.48 | 17.02 | 0.134 | 0.09 | 0.209 | 0.154 |
| 비교예 7 | 0.0202 | 0.376 | 1.357 | 6.48 | 17.02 | 0.134 | 0.09 | 0.209 | 0.154 |
| 비교예 8 | 0.0202 | 0.376 | 1.357 | 6.48 | 17.02 | 0.134 | 0.09 | 0.209 | 0.154 |
| 비교예 9 | 0.0219 | 0.641 | 1.744 | 6.573 | 17.52 | 0.146 | 0.063 | 0.294 | 0.168 |
| 비교예 10 | 0.0219 | 0.641 | 1.744 | 6.573 | 17.52 | 0.146 | 0.063 | 0.294 | 0.168 |
| 비교예 11 | 0.0219 | 0.641 | 1.744 | 6.573 | 17.52 | 0.146 | 0.063 | 0.294 | 0.168 |
| 비교예 12 | 0.0184 | 0.595 | 1.693 | 6.606 | 17.495 | 0.1453 | 0.07 | 0.275 | 0.164 |
| 비교예 13 | 0.0184 | 0.595 | 1.693 | 6.606 | 17.495 | 0.1453 | 0.07 | 0.275 | 0.164 |
각 실시예의 델타 페라이트 함량, 첫번째 압연기의 압하율, 재가열온도 및 선상흠 발생 정도는 아래 표 2에 나타냈다.
델타 페라이트 함량은 아래 식 (1)을 통해 계산한 값이다.
식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
상기 식 (1)에서, [Cr], [Si], [Ni], [C], [N], [Mn]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
Md30 값은 아래 식 (2)를 통해 계산한 값이다.
식 (2): 551 - 462*([C] + [N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] -29*([Ni] + [Cu]) - 18.5*[Mo]
상기 식 (2)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
재가열온도는 실제 현장에서 슬라브 추출 온도를 방사 온도계로 측정하여 나타냈다.
표면 평균 결정립 직경은 광학현미경을 이용하여 측정했다.
선상흠 발생 정도는 소둔산세 후 제조된 강 표면에서 육안으로 선상흠 발생 빈도를 관찰하여 0 내지 5 등급으로 구분해 나타냈다. 선상흠이 없는 경우에는 0등급을 부여했고, 선상흠이 매우 심하여 연마를 통해 제거가 어려운 경우에는 5등급을 부여했다.
| 델타 페라이트 (%) |
Md30 | 첫번째 압연기의 압하율 (%) | 재가열온도 (℃) |
표면 평균 결정립 직경 (㎛) | 선상흠 발생 정도 | |
| 실시예 1 | 2.33 | 13.07 | 6 | 1,245 | 42 | 0 |
| 실시예 2 | 2.31 | 15.66 | 6 | 1,245 | 42 | 0 |
| 실시예 3 | 2.31 | 15.66 | 6 | 1,245 | 42 | 0 |
| 비교예 1 | -0.23 | 24.38 | 6 | 1,245 | 42 | 2 |
| 비교예 2 | -0.23 | 24.38 | 6 | 1,265 | 73 | 4 |
| 비교예 3 | -0.23 | 24.38 | 13 | 1,245 | 42 | 4 |
| 비교예 4 | -0.23 | 24.38 | 13 | 1,265 | 73 | 5 |
| 비교예 5 | 1.07 | 36.49 | 6 | 1,265 | 73 | 0 |
| 비교예6 | 1.07 | 36.49 | 6 | 1,245 | 42 | 0 |
| 비교예 7 | 1.07 | 36.49 | 13 | 1,245 | 42 | 1 |
| 비교예 8 | 1.07 | 36.49 | 13 | 1,265 | 73 | 2 |
| 비교예 9 | 2.33 | 13.07 | 6 | 1,265 | 73 | 0 |
| 비교예 10 | 2.33 | 13.07 | 13 | 1,245 | 42 | 1 |
| 비교예 11 | 2.33 | 13.07 | 13 | 1,265 | 73 | 1 |
| 비교예 12 | 2.31 | 15.66 | 13 | 1,245 | 42 | 0 |
| 비교예 13 | 2.31 | 15.66 | 13 | 1,245 | 42 | 1 |
실시예 1 내지 3은 본 발명에서 제시하는 합금조성, 식 (1) 값, 표면 평균 결정립 직경, 식 (2) 값, 재가열온도 및 첫번째 압연기의 압하율을 만족했다. 따라서, 실시예 1 내지 3은 선상흠이 거의 발생하지 않았고, 강의 표면 품질이 우수했다.
비교예 1 내지 4는 델타 페라이트 함량이 1.0% 미만이었다. 따라서, 선상흠이 심하게 발생하여 강의 표면 품질이 매우 열위했다.
비교예 5 및 9은 재가열온도가 높아 표면 평균 결정립 직경이 50 ㎛를 초과했음에도, 델타 페라이트 함량 및 첫번째 압연기의 압하율이 본 발명에서 제시하는 범위를 만족하여 선상흠이 거의 발생하지 않았다. 그러나, 재현성이 떨어져 안정적으로 생산하기 어려웠으므로, 비교예로 설정했다.
비교예 6은 본 발명에서 제시하는 합금조성, 식 (1) 값, 표면 평균 결정립 직경, 식 (2) 값, 재가열온도 및 첫번째 압연기의 압하율을 만족했다. 따라서, 선상흠이 거의 발생하지 않았다. 그러나, Md30값이 25를 초과하여 연신율이 매우 열위했으므로, 비교예로 설정했다.
비교예 7, 8, 10, 11 및 13는 첫번째 압연기의 압하율이 6%를 초과했다. 따라서, 압연과정에서 크랙이 성장하여 선상흠이 발생했다.
비교예 12는 첫번째 압연기의 압하율이 6%를 초과했으나, 델타 페라이트 함량 및 재가열온도가 본 발명에서 제시하는 범위를 만족했다. 특히, 델타 페라이트 함량이 비교적 높은 편이어서, 선상흠이 거의 발생하지 않았다. 그러나, 재현성이 떨어져 안정적으로 생산하기 어려웠으므로, 비교예로 설정했다.
도 1은 선상흠의 발생 과정을 나타낸 모식도이다. 슬라브 표면에 불건전부가 발생하거나, 그레인 바운더리를 침투하는 이상산화가 발생하거나, 조압연 초기에 슬라브 표층에 인장응력이 집중되면, 표면에 크랙 결함이 발생하게 된다. 결함은 산세 후에도 강 표면에 잔류하게 된다.
도 2는 강 표면에 발생한 선상흠을 촬영한 사진이고, 도 3은 도 2의 선상흠을 광학현미경을 이용하여 확대 촬영한 사진이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 선상흠은 강 표면에 깊이 50㎛ 수준으로 잔류하게 된다.
도 4는 재가열온도 1245 ℃에서 열간압연한 강 표면 근처의 단면 조직을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다. 도 5는 재가열온도 1265℃에서 열간압연한 강 표면 근처의 단면 조직을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 재가열온도를 1245℃로 설정한 경우에는, 표면 평균 결정립 직경이 최대 50㎛를 넘지 않지만, 재가열온도를 1265℃로 설정한 경우에는, 표면 평균 결정립 직경이 100㎛가 넘는 조대한 결정립이 존재하게 된다. 조대한 결정립이 존재하면, 열간 압연 과정에서 결정립계가 취약하여 크랙 및 선상흠이 발생할 수 있다.
도 6은 델타 페라이트 함량에 따른 선상흠 발성 정도를 각 공정 별로 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 델타 페라이트 함량이 증가할수록 선상흠 발생 정도는 감소한다. 또한, 재가열 온도가 1265℃인 경우보다 1245℃인 경우에 선상흠 발생 정도가 감소한다. 또한, 첫번째 압연기의 압하율이 13%인 경우보다 6%인 경우에 선상흠 발생 정도가 감소한다.
Claims (8)
- 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
아래 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족하는, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강:
식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
(식 (1)에서, [Cr], [Si], [Ni], [C], [N], [Mn]은 각 원소의 중량%를 의미한다). - 청구항 1에 있어서,
열간압연재의 표면 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하인, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 청구항 1에 있어서,
아래 식 (2)로 표현되는 Md30 값이 10 이상 25 이하를 만족하는, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강:
식 (2): 551 - 462*([C] + [N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] -29*([Ni] + [Cu]) - 18.5*[Mo]
(식 (2)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]은 각 원소의 중량%를 의미한다). - 중량%로, C: 0.01% 이상 0.03% 이하, Si: 0.3%이상 0.8% 이하, Mn: 1.0% 이상 1.8% 이하, Ni: 6.0% 이상 7.0% 이하, Cr: 17.0% 이상 18.0% 이하, N: 0.12% 이상 0.16% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01% 미만, C+N: 0.15% 이상 0.19% 이하, 잔부 Fe(철) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 아래 식 (1)로 표현되는 델타 페라이트 함량이 1.0% 이상 3.0% 이하를 만족하는 슬라브를 제조하는 단계;
슬라브를 재가열온도 1240 내지 1250℃에서 열간압연하여 열간압연재를 제조하는 단계; 및
상기 열간압연재를 냉연소둔 후 산세하는 단계를 포함하는, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법:
식 (1): ((([Cr] + 1.5*[Si] + 18) / ([Ni] + 30*([C] + [N]) + 0.5*[Mn] + 36)) + 0.262)*161 - 161
(식 (1)에서, [Cr], [Si], [Ni], [C], [N], [Mn]은 각 원소의 중량%를 의미한다). - 청구항 4에 있어서,
상기 열간압연 단계에서, 첫번째 압연기의 압하율이 4 내지 6%인, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 열간압연 단계에서, 재가열은 1시간 내지 3시간 수행하는, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 열간압연재의 두께는 4 내지 6mm인, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 냉연소둔은 1000 내지 1100℃에서 수행되는, 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
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| KR1020210158943A KR20230072329A (ko) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 표면 품질이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 |
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| KR20110071514A (ko) | 2009-12-21 | 2011-06-29 | 주식회사 포스코 | 고온강도가 우수한 스테나이트계 스테인리스강 |
-
2021
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