KR20240073121A - 페라이트계 스테인리스 강판 - Google Patents
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Abstract
성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하기 위해, 펀치와 다이를 사용한 프레스 성형에 의해 페라이트계 스테인리스 강판을 목표 성형 깊이까지 각통 드로잉 성형하는 성형 방법이며, 페라이트계 스테인리스 강판이, C, Si, Mn, P, S, Cr, N, Al, O, Ti, Nb, Sn, Zr을 함유하고, 하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족하는 성분 조성을 갖고, 또한 판 두께가 1.0㎜ 이하이고, 원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비가 2.30 이상인 페라이트계 스테인리스 강판을 채용한다.
Description
본 발명은, 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.
페라이트계 스테인리스 강판은, 가전 제품, 주방 기기, 전자 기기 등 폭넓은 분야에서 사용되고 있지만, 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 성형성이 떨어지므로, 용도가 한정되는 경우가 있었다. 그러나, 근년에는, 정련 기술의 향상에 의해, 페라이트계 스테인리스강의 극저 탄소화 및 극저 질소화가 가능해지고, 또한 Ti, Nb 등의 원소를 첨가함으로써, 페라이트계 스테인리스강의 성형성과 내식성을 높이는 시도가 행해지고 있다. 이 외에도, 특허문헌 1 내지 3 등과 같이, 성분 조성이나 제조 방법을 제어함으로써 페라이트계 스테인리스강의 성형성을 개선하는 시도가 행해져 왔다.
이들 종래의 개선 기술로 성형성이 향상됨으로써, 광범위한 용도로 페라이트계 스테인리스강이 사용되도록 되어 있지만, 근년에는 최종 제품에 대한 경량화 요청이 더욱 늘어나고 있음으로써, 가일층의 개량을 요구하고 있다. 즉, 최종 제품으로서 경량화하기 위해, 종래보다도 얇은 판 두께로 보다 높은 성형성이 얻어지는 페라이트계 스테인리스강이 요구되고 있는 것이다.
예를 들어, 장출 가공은 재료를 금형 내에 유입시키지 않고 펀치에 접촉된 부분의 연신 변형을 주로 한 소성 변형으로 성형시키는 가공 방법이다. 그 변형 영역은 다이 숄더부로부터 펀치 헤드부에 걸친 영역이 된다. 금형을 사용한 각통 성형 가공의 경우, 일반적으로는 펀치 숄더부 주변에서 재료와 펀치의 접촉 하중이 최대가 되어 재료의 이동이 구속되므로, 펀치 숄더부와 다이 숄더부 사이에서 변형이 집중되어 판 두께 감소가 가장 커진다. 그리고 이 부분에서 잘록부가 발생하였을 때에 파단된다.
이 장출 성형에 의해 성형된 부재가 특히 필요로 하는 용도로서, 가전이나 주방의 외장 패널이 있다. 종래, 이러한 외장 패널에는, 보통강에 도장을 실시한 재료를 사용하고 있었지만, 도장이 들뜬 곳이나 단부로부터 녹이 발생해 버리는 문제가 있는 것, 한편 스테인리스강의 성형성의 향상이나, 외관의 고급감이 얻어지는 클리어 도장에 의한 의장성의 향상 등의 이유에 의해, 근년에는 외장 패널의 소재에 스테인리스강이 많이 사용되고 있다. 특히, 외장 패널은 제품의 외관을 구성하는 것이 되므로, 치수 정밀도의 향상이 요구된다. 그 때문에, 장출 성형을 사용하는 가공이 많이 이루어져 있다.
또한, 상술한 바와 같이 가전 제품, 주방 기기 등의 제품에서는, 경량화가 요구되고 있고, 외장 패널에도 경량화가 강하게 요구되고 있다. 이 경량화는, 종래보다도 더 얇은 0.4㎜ 내지 0.8㎜ 미만의 판 두께의 스테인리스 강판을 적용함으로써 달성할 수 있다고 생각된다. 그러나, 이와 같은 판 두께로 소정의 장출 가공성을 충족할 수 있는 페라이트계 스테인리스 강판은, 상술한 특허문헌 1 내지 3을 포함해서 존재하지 않았다.
특허문헌 4에는, 소정의 화학 성분을 갖고, 판 두께가 0.4 내지 0.8㎜이고, 성형 속도가 3 내지 10㎜/min이고, 에릭센 시험을 행한 경우의 장출 높이가 10㎜ 이상이 되는 외장 패널용 페라이트 스테인리스 강판이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 4에서는, 성형 속도가 10㎜/min 이하로 제한되어 있고, 성형품에 있어서의 성형 소요 시간에 일정한 제한이 있다. 그래서, 가일층의 성형품의 생산성의 향상이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기의 구성을 갖는다.
[1] 질량％로,
C: 0.0200％ 이하,
Si: 0.70％ 이하,
Mn: 1.00％ 이하,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.005％ 이하,
Cr: 11.0 내지 19.5％,
N: 0.020％ 이하,
Al: 0.005 내지 0.100％,
O: 0.0050％ 이하,
Ti: 0.03 내지 0.20％,
Nb: 0.010 내지 0.300％,
Sn: 0.001 내지 0.300％,
Zr: 0.001 내지 0.080％를 함유하고,
잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족하는 성분 조성을 갖고, 또한 판 두께가 1.0㎜ 이하이고, 원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비가 2.30 이상인 페라이트계 스테인리스 강판.
단, 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 원소 기호는 각각, 상기 페라이트계 스테인리스 강판에 있어서의 각 원소의 함유량(질량％)이다.
[2] Fe의 일부 대신에, 질량％로, Mo: 0.05 내지 0.50％, Ni: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.01 내지 1.00％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.
[3] Fe의 일부 대신에, 질량％로, B: 0.0003 내지 0.0050％, Ga: 0.0001 내지 0.2％, W: 0.001 내지 0.300％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.
[4] 평균 랭크포드값이 1.8 이상이고, 랭크포드값의 면내 이방성(Δr)이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 페라이트계 스테인리스 강판.
본 발명에 따르면, 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 가전 제품이나 주방 기기의 경량화를 위한 부품으로서 필요로 하는 두께가 얇은 성형품을 제조할 때, 본 발명에 관한 페라이트계 스테인리스 강판을 블랭크로서 사용할 수 있고, 양호한 성형성을 발휘할 수 있으므로, 치수 정밀도나 의장성을 충족하는 성형품을 얻을 수 있다.
일반적으로 오스테나이트계 스테인리스 강판에 비해 성형성이 낮다고 하는 페라이트계 스테인리스 강판에 대해서, 성형성을 향상시켜, 균열이나 성형 불량을 발생시키지 않고 의장성이 우수한 성형품을 얻기 위해, 본 발명자들이 예의 검토하였다.
일반적으로, 성형 대상의 강판의 항복비가 낮을수록 가공성이 향상된다. 항복비란, 항복 응력과 인장 강도의 비율이고, 항복비가 낮아질수록, 균일 연신 영역이 얻어지는 하중의 폭이 커져, 소성 가공하기 쉬워진다. 한편, 예를 들어 원통 딥 드로잉 성형의 경우에는, 성형 시의 강판의 판 두께 분포가 커져, 판 두께 감소가 촉진되어, 내재하는 개재물을 기점으로 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서 본 발명자들은, 원통 딥 드로잉 성형을 가능하게 할 정도의 성형성을 부여하기 위해, 페라이트계 스테인리스강에 함유시키는 각 원소의 종류 및 함유량과, 성형성의 관계를 조사하였다. 원통 딥 드로잉 성형은 난이도가 높은 성형 양식이고, 응력 집중부의 판 두께 감소를 억제하는 것이 성형성의 향상에 유효하다. 판 두께 감소가 발생하면 가공 경화를 수반하는 가공성이 저하된다. 성형 가공에 있어서 균열이 발생한 성형품의 파면을 상세하게 관찰하면, Al 산화물이나 TiN이 다수 확인되었다. 이들 Al 산화물이나 TiN이 균열을 촉진한다고 생각하고, Al 산화물의 편재와 TiN의 성장을 억제하는 것을 가능하게 하는 강 성분을 검토하였다. 그리고, 특정한 강 성분을 갖는 강판을 딥 드로잉 성형의 블랭크에 적용함으로써, 치수 정밀도를 충족하는 성형이 가능해지는 것을 알아내었다.
이하, 본 발명의 실시 형태인 페라이트계 스테인리스 강판에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 페라이트계 스테인리스 강판은, 질량％로, C: 0.0200％ 이하, Si: 0.70％ 이하, Mn: 1.00％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.005％ 이하, Cr: 11.0 내지 19.5％, N: 0.020％ 이하, Al: 0.005 내지 0.100％, O: 0.0050％ 이하, Ti: 0.03 내지 0.20％, Nb: 0.010 내지 0.300％, Sn: 0.001 내지 0.300％, Zr: 0.001 내지 0.080％를 함유하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고, 하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족하는 성분 조성을 갖고, 또한 판 두께가 1.0㎜ 이하이고, 원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비가 2.30 이상인 강판이다.
단, 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 원소 기호는 각각, 상기 페라이트계 스테인리스 강판에 있어서의 각 원소의 함유량(질량％)이다.
또한, 페라이트계 스테인리스 강판은 Fe의 일부 대신에, 질량％로, Mo: 0.05 내지 0.50％, Ni: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.01 내지 1.00％의 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
또한, 페라이트계 스테인리스 강판은 Fe의 일부 대신에, 질량％로, B: 0.0003 내지 0.0050％, Ga: 0.0001 내지 0.2％, W: 0.001 내지 0.300％의 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
페라이트계 스테인리스 강판의 화학 성분의 한정 이유를 설명한다. 또한, 특별히 주기하지 않는 한, 성분 함유량의 단위인 ％는 질량％를 의미한다.
C: 0.0200％ 이하
C는, 성형성과 내식성을 열화시키는 이유로, 함유량은 적을수록 좋고, 상한을 0.0200％ 이하로 한다. 그러나, C양의 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로, C양의 하한을 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 C양은 0.0030 내지 0.0070％이다.
Si: 0.70％ 이하
Si는, 탈산 원소로서 함유되는 경우가 있지만, 고용 강화 원소이기 때문에, 항복 응력 저하의 관점에서, 그 함유량은 적은 쪽이 좋고, 상한을 0.70％ 이하로 한다. 단, Si양의 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로, 하한을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 Si양은 0.05 내지 0.50％이다.
Mn: 1.00％ 이하
Mn은, Si와 마찬가지로 고용 강화 원소이기 때문에, 항복 응력 저하의 관점에서, 그 함유량은 적은 쪽이 좋고, 상한을 1.00％ 이하로 한다. 단, Mn양의 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로, 하한을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 Mn양은 0.05 내지 0.50％이다.
P: 0.030％ 이하
P는, 원료로부터 불가피적으로 혼입되는 원소이고, 또한 Si나 Mn 마찬가지로 고용 강화 원소이기 때문에, 그 함유량은 적은 쪽이 좋고, 연신율의 관점에서 상한을 0.030％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.030％ 미만이고, 보다 바람직하게는 0.025％ 이하이다. 단, P양의 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로, 하한을 0.010％ 이상으로 해도 된다.
S: 0.005％ 이하
S는, Ti 첨가강의 경우에, Ti, C와 함께 Ti4C2S2를 형성하고, C를 고정화하는 작용을 갖는다. Ti4C2S2는 고온에서 석출되는 조대 석출물이므로, 재결정, 입성장 거동에 대한 영향은 적지만, 이 석출물이 다량으로 석출되면 녹 발생의 기점이 되어 내식성이 열화된다. 따라서 S의 상한을 0.005％ 이하로 한다. 단, S양의 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로, S양의 하한을 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
Cr: 11.0 내지 19.5％
Cr은, 내식성 향상을 위해 11.0％ 이상의 함유가 필요하지만, 과잉의 함유는 인성을 열화시키고, 제조성이 나빠지는 것 외에, 항복 응력도 상승시킨다. 따라서 Cr의 상한은 19.5％ 이하로 한다. 바람직한 Cr양은 13.0 내지 17.5％이다.
N: 0.020％ 이하
N은, C와 마찬가지로 성형성과 내식성을 열화시키기 때문에, 그 함유량은 적은 쪽이 좋고, 상한을 0.020％ 이하로 한다. 단, 저감에 드는 제조 비용의 관점에서, 하한을 0.003％ 이상으로 해도 된다. 바람직한 N양은 0.005 내지 0.015％이다.
Al: 0.005 내지 0.100％
Al은, 탈산 원소로서 0.005％ 이상을 함유시켜도 된다. 한편, Al의 과도한 함유는 성형성이나 용접성을 저하시키고, 또한 표면 품질의 열화를 초래할 우려가 있으므로, 상한은 0.100％ 이하로 한다. 바람직한 Al양은 0.010 내지 0.080％이다.
O: 0.0050％ 이하
O는, 내식성 및 가공성을 저하시킨다. 그 때문에, O양은 낮게 억제할 필요가 있고, 상한을 0.0050％ 이하로 한다. 그러나, O양을 과도하게 저감하는 것은 정련 비용을 상승시키므로, O양의 하한을 0.0001％ 이상으로 해도 된다. O양의 바람직한 범위는, 0.0005 내지 0.0030％이다.
Ti: 0.03 내지 0.20％
Ti는, C, N, S와 결합하여 개재물을 형성하고, 내식성, 내립계 부식성 및 딥 드로잉성의 향상 효과가 있으므로, 0.03％ 이상을 함유시킨다. 한편, Ti는 고용 강화 원소이므로, 과도한 Ti의 함유는 고용 Ti의 증가로 이어지고, 장출성의 지표인 연신율의 저하로 이어진다. 따라서 Ti의 상한은 0.20％ 이하로 한다. 바람직한 Ti양은 0.08 내지 0.12％이다.
Nb: 0.010 내지 0.300％
Nb는, 성형성과 내식성을 향상시키는 원소이며, 0.010％ 이상을 함유시킴으로써 그 효과가 발현된다. 단, 과도한 함유는 고용 강화에 기인한 연성의 저하를 초래하기 때문에, 0.300％ 이하로 한다. 바람직한 Nb양은 0.100 내지 0.200％이다.
Sn: 0.001 내지 0.300％
Sn은, 함유함으로써 항복비를 낮게 하여 장출 가공성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서는, Sn을 0.001％ 이상 함유시킨다. 한편, 과잉으로 함유시키면 제조성이 열화되므로, 상한을 0.300％ 이하로 한다. 바람직한 Sn양은 0.020 내지 0.200％이다.
Zr: 0.001 내지 0.080％
Zr은, 탈산 원소로서 0.001％ 이상을 함유시킨다. 한편, Zr의 과도한 함유는 성형성, 용접성 및 표면 품질의 열화를 초래하기 때문에, 상한을 0.080％ 이하로 한다. 바람직한 Zr양은 0.002 내지 0.020％이다.
(0.4×Al+0.5×Zr+0.1×Ti)/O≥12.0
균열이 발생한 성형품의 파면을 상세하게 관찰하면, 다수의 딤플 저부에 존재하는 Al 산화물과, 딤플에 관계없이 존재하는 괴상의 TiN을 관찰할 수 있고, 이들이 균열의 기점이 되거나, 혹은 균열 전파를 촉진하고 있었다. Al 산화물의 편재와 TiN의 성장을 억제하기 위해서는, 개재물 조성의 개질이 유효하고, 강탈산제인 Zr의 활용이 효과적이다. Al, Ti, O 및 Zr의 함유량과 균열 발생의 관계를 정밀 조사한 결과, (0.4×Al+0.5×Zr+0.1×Ti)/O가 12.0 이상이 되는 경우에, 우수한 성형성을 나타내는 것을 알아내었다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은, (0.4×Al+0.5×Zr+0.1×Ti)/O≥12.0을 충족하는 것이 바람직하다.
0.6×Cr+15×Sn+8×Al≥10.0
원통 딥 드로잉 성형성을 향상시키기 위해서는, 플랜지의 주름을 억제하면서 재료를 흘려 넣는 주름 억제와, 가공 말기의 판 두께 증가의 억제가 필요하게 된다. 페라이트계 스테인리스강은 파단 강도가 높지 않기 때문에, 주름 억제력을 높게 할 수 없으므로, 고윤활화에 의한 대책이 유효해진다. 고윤활화하기 위해서는 윤활제를 사용하는 것이 일반적이지만, 성형의 가공 말기에서는 재료와 금형의 면압이 매우 높아, 윤활제가 배출되어 버린다. 윤활제의 효과가 희박해지는 가공 조건에서는, 재료의 표면 피막이나 농도 분포의 영향이 현저해진다. 스테인리스강에는 부동태 피막이 존재하지만, 제조 공정에 있어서 생성되는 산화물이나 표면층에 대한 농화 등의 현상이 발생하여, 다종 다양한 원소의 농도 분포가 존재한다. 부동태 피막의 형성에 있어서 Cr은 없어서는 안 되는 원소이지만, 금형이나 금형 코팅에는 Cr을 함유하는 경우가 많기 때문에, 그 조합에 따라서는, 친화력에 기인한 형 스커핑을 유발한다. 그래서, 이 부동태 피막 중에 견고한 산화물이 되는 Al을 존재시킴으로써, 형 스커핑을 억제하여 안정된 성형성을 담보할 수 있다. 또한, Sn은 표면에 존재하기 쉽고, 다른 원소와 비교해서 연질이기 때문에 응력 집중을 완화하는 효과를 발휘한다. Cr, Al 및 Sn의 함유량과 한계 드로잉비의 관계를 정밀 조사한 결과, 0.6×Cr+15×Sn+8×Al이 10.0 이상이 되는 경우에, 한계 드로잉비가 안정적으로 2.30을 초과하는 것을 알아내었다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은, 0.6×Cr+15×Sn+8×Al≥10.0을 충족하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은 Fe의 일부 대신에, 질량％로, Mo: 0.05 내지 0.50％, Ni: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.01 내지 1.00％의 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
Mo, Ni, Cu는, 내식성을 향상시키는 원소이며, 내식성이 요구되는 용도에서는 필요에 따라서 1종 또는 2종 이상을 함유시키면 된다. Mo, Ni는 각각, 0.05％ 이상의 함유에 의해 내식성이 향상된다. Mo, Ni의 과도한 함유는 경질화를 초래하여, 성형성의 열화를 초래하기 때문에, 각각, 0.50％ 이하를 상한으로 한다. 바람직한 Mo양 및 Ni양은, 각각, 0.10 내지 0.30％이다. 또한, Cu는, 0.01％ 이상의 함유에 의해 그 효과가 발현되지만, Cu의 과도한 함유는 성형성, 특히 연성의 열화를 초래하기 때문에, Cu양의 상한을 1.00％ 이하로 한다. 바람직한 Cu양은 0.30 내지 0.80％이다.
또한, 본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은 Fe의 일부 대신에, 질량％로, B: 0.0003 내지 0.0050％, Ga: 0.0001 내지 0.2％, W: 0.001 내지 0.300％의 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
B는, 2차 가공성을 향상시키는 원소이며, 필요에 따라서 B를 0.0003％ 이상 함유시켜도 된다. 그러나, B의 과도한 함유는 연신율의 저하를 초래하기 때문에, B를 함유시키는 경우의 상한은 0.0050％ 이하로 한다. 바람직한 B양은 0.0010 내지 0.0020％이다.
Ga는, GaS를 형성하여 내식성을 향상시키는 원소이다. MnS의 석출을 억제함으로써, 녹의 기점을 없앨 수 있으므로, 매우 유효한 원소이다. 0.0001％ 미만의 함유에서는 효과가 확인되지 않기 때문에, Ga를 함유시키는 경우는 0.0001％ 이상을 함유시키면 된다. 한편, Ga의 과잉의 함유는 고용 경화를 초래한다. 따라서, Ga양의 상한은 0.2％ 이하로 한다.
W는, Nb나 Ti와 마찬가지로 C, N을 고정하여 Cr 탄질화물에 의한 예민화를 방지하고, 내식성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 발현시키기 위해서는, W양을 0.001％ 이상으로 하면 된다. 한편, W양이 0.300％를 초과하면 스테인리스 강판의 경질화를 초래하여, 가공성을 저하시킨다. 따라서, W양은 0.300％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은, 상술해 온 원소 이외에는, Fe 및 불순물(불순물에는 불가피적 불순물도 포함함)로 이루어진다. 또한, 이상 설명한 각 원소 외에도, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 함유시킬 수 있다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 Bi, Pb, Se, H 등을 함유시켜도 되지만, 그 경우는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 한편, 이들 원소는, 본 발명의 과제를 해결하는 한도에 있어서, 그 함유 비율이 제어되고, 필요에 따라서, Bi는 0.01％ 이하, Pb는 0.01％ 이하, Se는 0.01％ 이하, H는 0.01％ 이하를 함유해도 된다.
본 실시 형태의 성형 방법에서는, 판 두께가 1.0㎜ 이하인 페라이트계 스테인리스 강판을 성형 대상으로 한다. 바람직한 판 두께는 0.4 내지 0.8㎜이다. 본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은, 화학 성분을 조정함으로써 장출성이 우수한 것으로 되어 있으므로, 가전 제품이나 주방 기기와 같이 얇은 판 두께로 성형 가공을 필요로 하는 용도에 특히 적합하게 사용된다.
원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비: 2.30 이상
원통 딥 드로잉 성형에 있어서 한계 드로잉비를 크게 하기 위해서는, 성형품의 직경에 대하여 큰 블랭크 직경을 사용할 필요가 있다. 페라이트계 스테인리스강은 드로잉 성형에 적합한 높은 r값을 갖는 것이 되지만, 한편 파단 강도가 낮고, 플랜지로부터의 유입이 정체되면 측벽에서 균열이 발생한다. 플랜지로부터의 재료 유입을 촉진하기 위해 고윤활 조건이 적용되지만, 블랭크 직경이 큰 경우에는, 플랜지부에서의 접촉 길이가 길어지므로 가공 말기에 윤활 부족이 발생하기 쉽다. 본원에 있어서는, 가공 말기의 윤활 부족에 있어서도 효과가 얻어지는 성분 범위를 한정하고 있어, 그 효과가 명확해지는 한계 드로잉비가 2.30 이상이다.
원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비는 다음 수순에 의해 측정한다. 판 두께 0.8㎜, 또한 다양한 직경을 갖는 원형의 블랭크재를 준비하고, 각 블랭크에 대하여 원통 딥 드로잉 성형을 행하는, 원통 딥 드로잉 성형은 Die: 내경 43㎜, Die r4㎜, Punch: 직경 40㎜, 형상의 금형을 사용한다. 주름 억제압은 10kN으로 한다. 그리고, 파단되지 않고 성형할 수 있는 블랭크의 최대 직경 Dmax를 구하고, Dmax와 펀치의 직경 d의 비(Dmax/d)를 한계 드로잉비로 한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 페라이트계 스테인리스 강판은, 평균 랭크포드값(이하, 평균 r값이라고 기재함. 평균 소성 변형비라고도 함)이 1.8 이상, 랭크포드값의 면내 이방성(Δr)이 0.5 이상, 또는 0.7 초과인 것이 바람직하다. 평균 r값을 1.8 이상으로 함으로써, 펀치와 다이를 사용한 성형에 있어서, 펀치 숄더부에서의 판 두께 감소가 일어나기 어려워지는 것 및 플랜지부에서의 폭 수축 변형에 대한 저항이 감소하여, 성형 가공 시의 균열의 발생을 억제할 수 있게 된다. 또한, 면내 이방성(Δr)을 0.5 이상으로 함으로써, 성형 시의 플랜지의 변형에 있어서의 면내 이방성이 커지고, 플랜지부의 판 두께에 차가 발생함으로써 윤활제를 확보하는 영역이 존재하므로 성형성을 보다 향상시킬 수 있다.
평균 r값 및 Δr의 측정 방법은, JIS Z 2254:2008의 소성 변형비 시험 방법에 의해 구할 수 있다. 평균 r값은, JIS Z 2254:2008에 따라, 하기 식 (A)에 의해 구할 수 있다. 또한, 면내 이방성(Δr)은, JIS Z 2254:2008에 따라, 하기 식 (B)에 의해 구할 수 있다.
평균 r값=(r0+2r45+r90)/4 … (A)
Δr=(r0-2r45+r90)/2 … (B)
단, (A)식 및 (B)식 중의 r0은 압연 방향의 r값, r90은 압연 직각 방향의 r값, r45는 압연 45도 방향의 r값을 나타낸다.
본 실시 형태의 페라이트계 스테인리스 강판은, 일반적인 방법으로 제조할 수 있고, 특별히 한정되지는 않는다. 즉, 제강 및 연속 주조에 의해 원하는 화학 성분을 갖는 주편을 주조하고, 열간 압연, 열간 압연 후의 어닐링 및 산세, 냉간 압연 및 냉간 압연 후의 최종 어닐링을 행함으로써 제조하면 된다. 단, 한계 드로잉비를 높임과 함께, 평균 r값 및 면내 이방성(Δr)을 바람직한 범위로 하기 위해서는, 냉간 압연율을 78 내지 94％의 범위로 하고, 냉간 압연 후의 최종 어닐링의 승온 속도를 20℃/초 초과의 범위로 하고, 바람직하게는 200℃/초 이하로 하고, 최종 어닐링의 균열 속도 및 균열 시간을 각각 830 내지 950℃, 30초 이상 2분 이하의 범위로 하고, 균열 종료 후로부터 500℃까지의 냉각 속도를 15 내지 30℃/초의 범위로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 화학 성분을 갖는 스테인리스강에 대하여, 최종 어닐링을 행하면, 최종 어닐링 시에 강 중의 P가 P 석출물이 되어 미세 석출되고, 이것이 재결정 시에 혼립(混粒) 조직을 형성시켜서 성형성에 악영향을 미칠 우려가 있다. 그러나, 상기의 냉간 압연 및 최종 어닐링을 행함으로써, 원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비가 2.30 이상이 되고, 나아가 평균 랭크포드값을 1.8 이상으로 하고, 랭크포드값의 면내 이방성(Δr)이 0.5 이상이 된다. 이에 의해, 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다.
표 1A 및 표 1B에 나타내는 성분 조성의 페라이트계 스테인리스강을 용제, 주조하고, 열간 압연으로 5.0㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 또한, 표 1A 및 표 1B에 나타내는 성분 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 그 후, 열연판 어닐링을 실시하고, 산세한 후, 0.3 내지 1.2㎜ 두께까지 냉간 압연, 어닐링, 산세를 행한 후, 조질 압연을 실시하여 표 2에 나타내는 강판으로 하였다.
또한, No.1 내지 33의 강판은, 냉간 압연율을 표 2에 기재한 바와 같이 하고, 냉간 압연 후의 최종 어닐링의 승온 속도를 20℃/초 초과의 범위로 하고, 최종 어닐링의 균열 속도 및 균열 시간을 각각 830 내지 950℃, 30초 내지 2분의 범위로 하고, 균열 종료 후로부터 500℃까지의 냉각 속도를 15 내지 30℃/초의 범위로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 강판을 사용하여, 원통 딥 드로잉 성형 시험을 행하였다.
성형 시험은 에릭센사제 145-60형 성형 시험기를 사용하였다. 강판을 원판상으로 잘라내어 블랭크로 하였다. 블랭크의 사이즈는 φ84 내지 94㎜로 하고, Die: 내경 43㎜, Die r4㎜, Punch: 직경 40㎜의 형상의 금형을 사용하였다. 주름 억제압은 10kN으로 하였다. 성형 가공면에 존슨 왁스 #122를 윤활제로서 가볍게 부여하였다. 이 성형 조건을 고정하고, 다이에 대한 펀치의 성형 속도를 20㎜/min으로서 성형 시험을 행하였다. 또한, 플랜지를 남기지 않는 드로잉/블랭킹 성형으로서 균열 발생 유무에 의해 성형 가부를 판정하였다.
성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 형상 불량이 발생한 경우는 NG로 평가하고, 균열이나 형상 불량이 발생하지 않은 경우는 OK로 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
강판의 0.2％ 내력, 연신율의 측정은, JIS 13호 B 시험편을 사용하고, JIS Z 2241에 기재된 조건에 준거하여, 압연 방향에 평행한 0° 방향으로부터 채취하여 실시하였다. 또한, 평균 r값 및 Δr에 대해서는, 시험편의 채취 방향을 압연 방향에 대해, 0°, 45°, 90° 방향으로부터 채취한 샘플에 의해 16％ 변형 부여한 조건에서 측정하였다.
원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비는 다음 수순에 의해 측정하였다. 판 두께 0.8㎜, 또한 다양한 직경을 갖는 원형의 블랭크재를 준비하고, 각 블랭크에 대하여 원통 딥 드로잉 성형을 행한, 원통 딥 드로잉 성형은, Die: 내경 43㎜, Die r4㎜, Punch: 직경 40㎜, 형상의 금형을 사용하였다. 주름 억제압은 10kN으로 하였다. 그리고, 파단되지 않고 성형할 수 있는 블랭크의 최대 직경 Dmax를 구하고, Dmax와 펀치의 직경 d의 비(Dmax/d)를 한계 드로잉비로 하였다.
표 1A, 표 1B 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 내의 조건에서 성형한 경우, 성형품에는 균열이나 형상 불량이 발생하지 않고, 또한 성형품의 의장성도 양호하였다.
한편, 본 발명의 범위 외의 조건에서 성형한 경우, 성형품에는 균열이나 형상 불량이 발생해 버렸다.
[표 1A]
[표 1B]
[표 2]
본 발명은 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판을 제공할 수 있는 점에서 산업상 이용 가능성이 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 가전 제품이나 주방 기기의 경량화를 위한 부품으로서 필요로 하는 두께가 얇은 성형품을 제조할 때, 본 발명에 관한 페라이트계 스테인리스 강판을 블랭크로서 사용할 수 있고, 양호한 성형성을 발휘할 수 있으므로, 치수 정밀도나 의장성을 충족하는 성형품을 얻을 수 있는 점에서, 산업상 이용 가능성이 있다.
Claims (4)
- 질량％로,
C: 0.0200％ 이하,
Si: 0.70％ 이하,
Mn: 1.00％ 이하,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.005％ 이하,
Cr: 11.0 내지 19.5％,
N: 0.020％ 이하,
Al: 0.005 내지 0.100％,
O: 0.0050％ 이하,
Ti: 0.03 내지 0.20％,
Nb: 0.010 내지 0.300％,
Sn: 0.001 내지 0.300％,
Zr: 0.001 내지 0.080％를 함유하고,
잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족하는 성분 조성을 갖고, 또한 판 두께가 1.0㎜ 이하이고, 원통 딥 드로잉 성형에 있어서의 한계 드로잉비가 2.30 이상인 페라이트계 스테인리스 강판.
단, 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 원소 기호는 각각, 상기 페라이트계 스테인리스 강판에 있어서의 각 원소의 함유량(질량％)이다. - 제1항에 있어서,
Fe의 일부 대신에, 질량％로, Mo: 0.05 내지 0.50％, Ni: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.01 내지 1.00％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강판. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
Fe의 일부 대신에, 질량％로, B: 0.0003 내지 0.0050％, Ga: 0.0001 내지 0.2％, W: 0.001 내지 0.300％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강판. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
평균 랭크포드값이 1.8 이상이고, 랭크포드값의 면내 이방성(Δr)이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강판.
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