KR20240055380A - 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 - Google Patents
항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 중량%로, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하고, 미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기가 20μm 이하인 것을 특징으로 하는 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것이다:
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
Description
본 발명은 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경규제에 따라, 에너지 효율을 향상시키기 위해 자동차, 철도 등의 구조 부재에 적합한 구조용 강재의 경향화 및 고강도화가 요구되고 있다. 스테인리스강은 강도 및 성형성을 확보함으로써 환경규제 및 에너지효율 이슈에 대한 대안을 제시할 수 있을 뿐만 아니라, 부식 방지를 위해 도장과 같은 별도의 공정을 요구하지 않으므로 성형이 필요한 다양한 분야에 적용되고 있다.
다만, 오스테나이트계 스테인리스강은 일반적으로 구조용 탄소강에 비해 항복강도 및 항복비가 열위하다는 문제가 있다. 또한, 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 마르텐사이트 변태에 의해 가공경화가 일어나기 때문에 항복강도는 낮고 인장강도는 높아 상대적으로 항복비가 낮은 문제가 있다.
낮은 항복비는 구조용 스테인리스강의 충돌 특성과 내구성을 열위하게 하고, 제작 시 금형의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라 소성 불균일을 야기하는 문제가 있다. 따라서, 높은 항복비를 확보할 수 있는 스테인리스강의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강의 성분 최적화를 통하여 항복비를 높일 수 있는 성분계를 도출하였으며, 특히 낮은 압하율 조건에서도 최대 항복비를 얻을 수 있는 강종을 제공하는 것을 목적으로 한다. 일반적으로 압하율이 증가할수록 항복비는 증가하나, 연실율이 저하되는 경향이 있으므로, 본 발명에서는 2차 냉간압연 시 20% 이하의 낮은 압하율 조건에서도 우수한 항복비를 얻을 수 있는 조건을 도출하였다.
또한, 본 발명은 성형 후 낮은 강도에 따른 형상 동결성의 저하를 방지하기 위해 합금성분을 최적화하여 항복비를 개선한 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 중량%로, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다. 또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하고, 미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기가 20μm 이하인 것을 특징으로 한다:
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 항복비가 0.6 초과일 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로 인(P): 0.035% 이하 및 황(S): 0.01% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 비커스 경도가 300 Hv 이상일 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 연신율이 25% 이상일 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 인장강도가 1,150 MPa 이상일 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 항복강도가 720 MPa 이상일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 중량%로, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하는 슬라브를 1,050℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 열간압연하는 단계; 70% 이상의 압하율로 1차 냉간압연하는 단계; 1,050℃ 이상의 온도에서 냉간소둔하는 단계; 및 10 내지 20%의 압하율로 2차 냉간압연하는 단계를 포함하는 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공한다:
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
또한, 상기 2차 냉간압연 후 오스테나이트계 스테인리스강은 항복비가 0.6를 초과할 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기가 20μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 재가열 단계는, 1,050 내지 1,300℃의 온도에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 냉간소둔하는 단계는, 1,050 내지 1,200℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 20% 이하의 낮은 압하율 조건에서, 항복강도를 인장강도로 나눈 값으로 표현되는 항복비가 0.6 초과로서, 낮은 압하율에서도 항복비가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 제공할 수 있다.
본원에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강은, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 각 합금원소의 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 기재가 없는 한 단위는 중량%이다.
탄소(C)의 함량은 0.10 내지 0.13% 이다.
탄소는 오스테나이트상 안정화에 효과적인 원소로, 오스테나이트계 스테인리스강의 항복강도를 확보하기 위해 첨가한다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 Cr 탄화물의 입계 석출을 유도하여 연성, 인성, 내식성 등에 악영향을 미칠 수 있으므로 그 상한을 0.13%로 한정할 수 있다.
실리콘(Si)의 함량은 0.5 내지 0.7%이다.
실리콘은 제강공정 중 탈산제의 역할을 함과 동시에 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소로 0.5% 이상 첨가할 수 있다. 그러나 Si은 페라이트상 안정화에 효과적인 원소로써 과잉 첨가 시 주조 슬라브 내 델타(δ) 페라이트 형성을 조장하여 열간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 고용강화 효과에 의한 강재의 연성/인성을 저하시킬 수 있으므로 그 상한을 0.7%로 한정할 수 있다.
망간(Mn)의 함량은 0.8 내지 1.4%이다.
망간은 오스테나이트상 안정화 원소로, 가공유기 마르텐사이트 생성을 억제하여 냉간 압연성을 향상시키기 위해 0.8% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, S계 개재물(MnS)을 과량 형성하여 오스테나이트계 스테인리스강의 연성, 인성 및 내식성을 저하시킬 수 있어 그 상한을 1.4%로 한정할 수 있다.
크롬(Cr)의 함량은 16.5 내지 18.0%이다.
크롬은 스테인리스강에 요구되는 내식성을 확보하는 기본 원소로 16.5% 이상 첨가할 수 있다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 제조비용이 상승하고, 슬라브 내 델타(δ) 페라이트를 형성하여 열간가공성의 저하를 초래함에 따라 그 상한을 18.0%로 한정할 수 있다.
니켈(Ni)의 함량은 6.0 내지 7.0%이다.
니켈은 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 상한을 7.0%로 한정할 수 있다.
구리(Cu)의 함량은 1.0% 이하 (0% 제외)이다.
구리는 오스테나이트상 안정화 원소로 열간가공성, 내식성 향상에 효과를 보이는 원소이다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 소재비용의 상승뿐만 아니라 액상화 및 저온취성의 문제점이 있다. 이에 강재의 비용-효율성 및 재질특성을 고려하여 그 상한을 1.0%로 한정할 수 있다.
몰리브데늄(Mo)의 함량은 0.5% 이하 (0% 제외)이다.
몰리브데늄은 스테인리스강에서 내식성 증가에 주요한 원소로 내식성 확보를 위해 첨가가 필요하다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 제조비용이 상승하고, 슬라브 내 델타(δ) 페라이트를 형성하여 열간가공성의 저하를 초래함에 따라 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다.
질소(N)의 함량은 0.035 내지 0.06%이다.
질소는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로, 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성 및 항복강도 향상에 효과적인 원소이다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 수 있으므로 그 상한을 0.06%로 한정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 항복비가 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, P: 0.035% 이하 및 S: 0.01% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
인(P)의 함량은 0.035% 이하 (0% 포함)이다.
인은 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)의 함량은 0.01% 이하(0% 포함)이다.
황은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 황 함량의 상한을 0.01% 이하로 관리한다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 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 오스테나이트계 스테인리스강은 항복비가 0.6 초과인 것이 바람직하다. 상기 항복비가 0.6 이하이면, 충돌 특성 및 내구성이 열위하게 되고, 제작 시 금형의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라 소성 불균일을 야기할 수 있다. 또한, 일반적으로 2차 냉간압연 시 압하율이 증가할수록 항복비가 증가하고 연신율은 저하되는 경향이 있으나, 본 발명에서는 소정의 연신율 확보를 위해 2차 냉간압연 시 20% 이하의 낮은 압하율 조건에서도 0.600 초과의 우수한 항복비를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족한다.
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
본 발명에서는, 상기 식 (1)로 계산되는 값이 0.5 이상이면, 외부 응력에 의한 마르텐사이트 변태가 억제된다. 구체적으로, 상기 식 (1)의 값이 0.5 이상인 경우, 마르텐사이트 변태가 억제되어 항복 지연이 나타나고, 이에 따라 항복비가 향상된다. 이에, 본 발명에서는 항복비를 0.6 초과로 증가시키기 위해 식 (1)의 값을 0.5 이상으로 한정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기가 20μm 이하이고, 바람직하게는 10 내지 20 μm이다. 상기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하더라도 소둔 공정과 같은 제조 공정에서 오스테나이트 결정립의 조대화가 일어나면 항복비가 저하된다. 따라서, 0.6 초과의 항복비를 얻기 위하여 20μm 이하의 결정립 크기를 유지하여야 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 0.6 초과의 항복비를 만족하면서도, 비커스 경도 300 Hv 이상, 바람직하게는 310 Hv 이상의 우수한 경도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 0.6 초과의 항복비를 만족하면서도, 25% 이상의 우수한 연신율을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 0.6 초과의 항복비를 만족하면서도, 인장강도가 1,150 MPa 이상이고, 항복강도가 720 MPa 이상인 물성을 만족할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에 따른 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하는 슬라브를 1,050℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 열간압연하는 단계; 70% 이상의 압하율로 1차 냉간압연하는 단계; 1,050℃ 이상의 온도에서 냉간소둔하는 단계; 및 20% 이하의 압하율로 2차 냉간압연하는 단계를 포함한다.
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
본 발명에 따른 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 제조를 위해, 먼저 상기 본 발명의 성분계를 가지는 용강으로부터 연속 주조를 하여 슬라브를 제조하며, 합금원소 함량 및 상기 식 (1)의 수치 한정 이유에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 슬라브 주조 중에 생성된 조대한 석출물을 재분해하기 위해 슬라브를 열간압연 전 재가열한다. 이때, 상기 재가열 온도는 1,050℃ 이상, 바람직하게는 1,050 내지 1,300℃, 더욱 바람직하게는 1,050 내지 1,250℃로 하며, 내부 조직을 균질화시켜 열연 판재를 제조할 수 있다. 상기 재가열 온도 범위를 벗어나는 경우, 잔류 델타페라이트, 2차상 등의 성분적 차이로 인한 미세조직 내 오스테나이트 결정립의 조대화가 발생할 수 있다.
이후, 재가열한 슬라브를 열간압연하여 열연 판재를 수득한다. 이때, 열간압연 공정은 통상적으로 알려진 방법이라면 본 발명에 제한 없이 적용 가능하다.
이어서, 상기 열연 판재를 70% 이상의 압하율로 1차 냉간압연하여 냉연 판재를 제조하고, 1,050℃ 이상, 바람직하게는 1,050 내지 1,200℃의 온도에서 냉연소둔하여 냉연 제품을 제조할 수 있다. 또한, 상기 냉연소둔 온도범위를 만족할 때, 미세조직 내 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지하여 최종 강판의 물성저하를 방지할 수 있다.
이어서, 상기 냉연 제품을 압하율 20% 이하, 바람직하게는 10 내지 20%, 더욱 바람직하게는 15 내지 20%로 2차 냉간압연한다. 일반적으로 2차 냉간압연 시 압하율이 증가할수록 항복비가 증가하고 연신율은 저하되는 경향이 있으나, 본 발명에서는 2차 냉간압연 시 20% 이하의 낮은 압하율로 소정의 연신율을 확보하면서도 0.600 초과의 우수한 항복비를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강은 상기 2차 냉간압연시 20% 이하의 낮은 압하율에서도, 0.6 초과의 항복비를 가질 수 있으며, 이때 미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기는 20 μm 이하, 바람직하게는 10 내지 20 μm일 수 있다. 상기 항복비는 항복강도 값을 인장강도 값으로 나누어 구한다. 2차 냉간압연 후 평균 오스테나이트 결정립 크기가 20 μm를 초과하면, 본 발명에서 목적하는 항복비를 만족할 수 없다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강은 0.6 초과의 항복비를 만족하면서도, 비커스 경도가 300 Hv 이상, 바람직하게는 310 Hv 이상의 우수한 경도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강은 0.6 초과의 항복비를 만족하면서도, 25% 이상의 우수한 연신율을 가질 수 있다. 일반적으로 2차 냉간압연시 압하율이 증가할수록 항복비는 증가하고, 연신율은 저하되는 경향이 있으나, 제조 시 본 발명에 따른 합금조성, 파라미터 및 미세조직을 만족하면 20% 이하의 낮은 압하율 조건에서도 우수한 항복비 및 연신율을 동시에 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인리스강은 0.6 초과의 항복비를 만족하면서도, 인장강도가 1,150 MPa 이상이고, 항복강도가 720 MPa 이상인 물성을 만족할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
하기 표 1에 나타낸 다양한 합금 성분범위에 대하여, 잉곳(Ingot) 용해를 통해 슬라브를 제조하고, 1,250℃에서 2시간 동안 열간압연 재가열을 진행하여 열연 판재를 제조하였다. 이후, 상기 열연 판재를 70%의 압하율로 1차 냉간압연을 진행하였으며, 냉간압연 이후 1,140℃에서 냉연소둔을 진행하여 냉연재를 제조하였다. 이어서, 상기 냉연재를 20% 이하의 압하율로 2차 냉간압연하였다.
각 실험 강종에 대한 합금 조성(중량%) 및 하기 식(1)의 값을 아래 표 1에 나타내었다.
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
| 구분 | 성분 (중량%) | 식(1) | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | Mo | N | P | S | ||
| 강1 | 0.129 | 0.68 | 1.03 | 17.9 | 6.0 | 0.22 | 0.42 | 0.044 | 0.027 | 0.003 | 0.895 |
| 강2 | 0.119 | 0.58 | 0.88 | 16.7 | 6.9 | 0.17 | 0.11 | 0.044 | 0.029 | 0.003 | 0.925 |
| 강3 | 0.125 | 0.52 | 0.83 | 17.4 | 6.3 | 0.22 | 0.34 | 0.046 | 0.029 | 0.003 | 0.685 |
| 강4 | 0.121 | 0.66 | 1.37 | 17.5 | 6.1 | 0.25 | 0.15 | 0.053 | 0.028 | 0.002 | 0.710 |
| 강5 | 0.110 | 0.54 | 0.88 | 16.8 | 6.3 | 0.73 | 0.13 | 0.044 | 0.029 | 0.003 | 0.500 |
| 강6 | 0.111 | 0.61 | 0.93 | 17.9 | 6.5 | 0.27 | 0.21 | 0.036 | 0.030 | 0.004 | 0.785 |
| 강7 | 0.102 | 0.57 | 1.12 | 17.0 | 6.2 | 0.91 | 0.10 | 0.045 | 0.029 | 0.002 | 0.835 |
| 강8 | 0.107 | 0.69 | 1.21 | 16.6 | 6.7 | 0.12 | 0.10 | 0.057 | 0.027 | 0.002 | 0.540 |
| 강9 | 0.105 | 0.61 | 0.88 | 17.0 | 6.8 | 0.29 | 0.10 | 0.040 | 0.030 | 0.003 | 0.485 |
| 강10 | 0.108 | 0.59 | 0.83 | 16.9 | 6.6 | 0.32 | 0.11 | 0.043 | 0.031 | 0.002 | 0.095 |
| 강11 | 0.107 | 0.55 | 0.90 | 17.0 | 6.7 | 0.26 | 0.10 | 0.039 | 0.029 | 0.001 | 0.100 |
| 강12 | 0.116 | 0.57 | 0.83 | 17.0 | 6.7 | 0.30 | 0.12 | 0.043 | 0.030 | 0.002 | 0.795 |
| 강13 | 0.115 | 0.57 | 0.86 | 17.0 | 6.7 | 0.26 | 0.11 | 0.043 | 0.030 | 0.004 | 0.640 |
또한, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 상기 최종 냉연재를 20% 이하의 압하율로 2차 냉간압연한 후, 냉연재의 미세조직 및 물성을 측정하였다. 구체적으로, 미세조직은 평균 오스테나이트 결정립 크기(μm)를 측정하였고, 물성 측정을 위한 상온인장 실험은 ASTM 규격에 의거하여 진행하였으며, 그에 따라 측정된 인장강도(TS, MPa), 항복강도(YS, MPa), 연신율(%), 경도(Hv) 및 항복비(항복강도를 인장강도로 나누어 계산한 값)를 하기 표 2에 기재하였다.
| 구분 | 강종 | 압하율 (%) |
결정립 크기 (μm) |
인장강도 (MPa) |
항복강도 (MPa) |
항복비 (YS/TS) |
연신율 (%) |
경도 (Hv) |
| 실시예 1 | 강1 | 16.7 | 13.7 | 1,254 | 778 | 0.620 | 25.8 | 353 |
| 실시예 2 | 강2 | 16.7 | 13.3 | 1,251 | 767 | 0.613 | 32.7 | 352 |
| 실시예 3 | 강3 | 16.7 | 13.3 | 1,300 | 813 | 0.625 | 28.8 | 372 |
| 실시예 4 | 강4 | 19.2 | 14.7 | 1,292 | 855 | 0.662 | 28.3 | 383 |
| 실시예 5 | 강5 | 18.4 | 17.4 | 1,249 | 756 | 0.605 | 27.4 | 354 |
| 실시예 6 | 강6 | 18.0 | 16.5 | 1,155 | 729 | 0.631 | 25.2 | 319 |
| 실시예 7 | 강7 | 18.4 | 12.7 | 1,311 | 826 | 0.630 | 30.1 | 382 |
| 실시예 8 | 강8 | 18.4 | 13.0 | 1,242 | 786 | 0.633 | 31.0 | 346 |
| 비교예 1 | 강9 | 11.8 | 16.9 | 1,146 | 639 | 0.558 | 28.1 | 302 |
| 비교예 2 | 강10 | 18.0 | 17.5 | 1,292 | 722 | 0.559 | 27.8 | 374 |
| 비교예 3 | 강11 | 17.7 | 16.4 | 1,318 | 786 | 0.596 | 29.3 | 380 |
| 비교예 4 | 강12 | 1.6 | 21.4 | 1,033 | 389 | 0.377 | 44.7 | 221 |
| 비교예 5 | 강13 | 18.4 | 21.5 | 1,284 | 756 | 0.589 | 30.8 | 353 |
상기 표 1 및 2를 참조하면, 식 (1)의 값이 0.5 이상으로 높으면, 외부 응력에 의한 마르텐사이트 변태가 억제되어 항복비가 향상되는 것을 확인하였다. 구체적으로, 식 (1)의 값이 0.5 이상인 실시예 1 내지 8의 경우, 마르텐사이트 변태가 억제되어 항복 지연이 나타나 항복비가 0.600 초과로 향상되었다. 반면, 합금조성을 만족하더라도 식 (1)의 값이 0.5 미만인 비교예 1 내지 3의 경우, 마르텐사이트 변태에 의해 항복비가 0.600 이하로 저하되었다.
또한, 합금조성을 만족하면서 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하더라도, 소둔 공정과 같은 제조 공정에서 결정립 조대화가 일어나면 항복비가 저하되는 현상을 확인하였다. 결정립 크기의 차이는 잔류 델타페라이트, 2차상 등 성분적 차이에 따른 미세조직의 차이에서 기인하는 것으로 예상된다. 구체적으로, 비교예 4 및 5는 합금조성과 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하였으나, 오스테나이트 결정립 크기가 20 μm를 초과하여 항복비가 0.6 이하로 저하되었다. 따라서, 0.6 초과의 항복비를 얻기 위하여 20μm 이하의 결정립 크기를 유지할 필요가 있음을 확인하였다. 또한, 비교예 4는 형상 교정 수준인 10% 미만의 약한 압하율로 압하한 것으로, 연신율은 향상되나 항복비가 0.38로 저하되었다.
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 (11)
- 중량%로, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며,
하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하고,
미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기가 20μm 이하인 것을 특징으로 하는, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강:
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다. - 제1항에 있어서,
항복비가 0.600 초과인, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 제1항에 있어서,
중량%로, 인(P): 0.035% 이하 및 황(S): 0.01% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 제1항에 있어서,
비커스 경도가 300 Hv 이상인, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 제1항에 있어서,
연신율이 25% 이상인, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 제1항에 있어서,
인장강도가 1,150 MPa 이상인, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 제1항에 있어서,
항복강도가 720 MPa 이상인, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강. - 중량%로, 0.100 내지 0.130%의 탄소(C), 0.50 내지 0.70%의 실리콘(Si), 0.80 내지 1.40%의 망간(Mn), 16.5 내지 18.0%의 크롬(Cr), 6.0 내지 7.0%의 니켈(Ni), 0% 초과 1.00% 이하의 구리(Cu), 0% 초과 0.50% 이하의 몰리브데늄(Mo), 0.035 내지 0.060%의 질소(N), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 0.5 이상을 만족하는 슬라브를 1,050℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계;
상기 재가열된 슬라브를 열간압연하는 단계;
70% 이상의 압하율로 1차 냉간압연하는 단계;
1,050℃ 이상의 온도에서 냉간소둔하는 단계; 및
10 내지 20%의 압하율로 2차 냉간압연하는 단계를 포함하며,
상기 2차 냉간압연 후 항복비가 0.600을 초과하는, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법:
식 (1): 45*([C]+[N])+[Si]+[Mn]+[Cr]+3*([Ni]+[Cu])+2*[Mo]-46
여기서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo]는 각 원소의 중량% 함량을 의미한다. - 제8항에 있어서,
상기 오스테나이트계 스테인리스강은 미세조직 내 오스테나이트 결정립 크기가 20μm 이하인, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 재가열 단계는, 1,050 내지 1,300℃의 온도에서 수행되는, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 냉간소둔하는 단계는, 1,050 내지 1,200℃의 온도에서 수행되는, 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR102272785B1 (ko) | 2019-10-29 | 2021-07-05 | 주식회사 포스코 | 항복비가 향상된 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 |
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