KR890002985B1 - 가공-경화성 오스테나이트 스텐레스강 및 제조방법 - Google Patents

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Description

가공-경화성 오스테나이트 스텐레스강 및 제조방법

본 발명은 고강도 및 고균일 인장연신율을 가진 가공경화성 오스테나이트 스텐레스강, 특히 비교적 낮은 함량의 크롬과 닉켈을 갖고 비교적 광범위한 냉간 리덕션(reduction)에 걸친 냉간가공중 발달된 바람직한 성질을 가진 크롬-망간-닉켈 오스테나이트 스텐레스강에 관한 것이다. 자동차 의자벨트고리, 호스클램프, 스크링에는 넥킹(necking)없이 용이하게 연신될 수 있는 균일한 연신성을 가진 오스테나이트 스텐레스강이 바람직하며, 또한 이러한 형태의 오스테나이트 스텐레스강은 고인장강도로 냉간압연, 성형 또는 기타 냉간가공시킬 수 있는 능력을 갖도록 하여 경화하는 것이 바람직하다. 또한 생산을 용이하게 하기위해 이러한 스텐레스강은 가능한한 광범위한 냉간가공정도에 걸쳐 냉간압연이나 성형후 고강도 및 고균일 인장연신율을 함께 나타내게 함이 바람직하다.

닉켈과 크롬의 주기적 품귀 및 고가(high cost)의 견지에서 닉켈과 크롬의 요구량이 종래에 사용되었던 합금보다 낮은 형태의 합금을 제공하는 것이 바람직하다. 특히 AISI형 304, 301 및 201 스텐레스강들은 이러한 용도에 사용할 수 있고 이러한 목적을 위하여서는 3.5% 이상의 닉켈과 16%이상의 크롬을 요한다. 201 형은 또한 5.5-7.5%범위의 망간을 요한다. 따라서, 본 발명의 목적은 냉간가공된 조건에서 균일한 연신성을 갖는 한편 이러한 목적에 사용된 종래의 합금보다 낮은 함량의 닉켈과 크롬을 요하는 가공경화성 오스테나이트 스텐레스강을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 또한 냉간가공된 조건에서 사용할 때 내부식성, 고강도 및 높은 잔류 연신율을 함께 갖는 구조적 용도(structural applications)에서 AISI 201, 301 및 304 형 강에 적절한 대체합금을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 가공경화성 오스테나이트 스텐레스강은 중량 퍼센트로 0.08%가지의 탄소, 0.25%까지의 질소, 12-15%의 크롬, 6.5-8.5%의 망간, 2-3.5%이하의 닉켈, 적어도 9%의 망간과 닉켈함량(sum) 및 잔부의 철로 구성되었다. 본 강철은 냉간가공전에는 15%이하의 강자성상과 나머지가 오스테나이트이며 이후 제어량이 냉간가공후 강도를 증가시키는 마르텐사이트로 전환될 수 있는 오스테나이트구조이며, 25%까지의 두께 리덕션에 해당하는 냉간가공후 2-인치 표점거리에서 적어도 8% 연신율의 잔류 연성을 갖는 특징이 있다.

본 발명은 또한 가공경화성 오스테나이트 스텐레스강 제품을 제조하는 방법을 제공하는데 본 방법은 합금을 용융시키고, 합금을 가공할 수 있는 형태로 주조하며, 최종 크기 및 형태로 25% 두께가지 리덕션하여 합금을 냉간가공할 수 있는 형상으로 열간가공한 다음 합금을 냉간가공하는 단계들을 포함한다.

본 발명의 일례로 오스테나이트 스텐레스강은 중량 퍼센트로 0.08%까지의 탄소, 0.25%까지의 질소, 12-15%의 크롬, 6.5-8.5%의 망간, 2-3.5%이하의 닉켈, 적어도 9%의 망간+닉켈 및 잔부의 철로 구성되었다.

본 발명의 상기 조성한계내의 강철은 냉간가공시 오스테나이트 구조의 변형 및 오스테나이트의 마르텐사이트로 변태하여 강도가 증가된다. 이러한 가공경화는 오스테나이트형성, 페라이트형성 및 오스테나이트 안정화원소, 즉 탄소, 질소, 크롬, 망간 및 닉켈을 전술한 범위내로 유지함에 의하여 조절된다. 이러한 방법에 의하여, 본 발명의 합금은 주조 및 열간처리된 조건하에서 15%이하의 강자성상페라이트 그리고/또는 마르텐사이트를 갖고, 냉간변형중 마르텐사이트 변태를 수반하는 현저한 강도증가 및 25%까지 두께 리덕션의 냉간가공후 2인치 표점거리에서 적어도 8% 연신율의 잔류연성을 유지하는 능력을 갖는 특징이 있다. 특히 본 합금은 냉간가공전 적어도 2% 및 2-15%의 강자성상을 가지며, 냉간가공후 쿼터-하드(quarter-hard)조건에서 140ksi의 AISI 201형 보다 높은 인장강도 특히 최소한 170ksi의 인장강도를 갖는다. 합금의 연성은 냉간가공후 2-인치 표점거리에서 연신율이 적어도 8%특히 10%이다. 이러한 냉간가공은 25%까지 특히 10-25%의 두께 리덕션에 해당한다. 본 발명 합금은 또한 자동차 의자벨트고리같은 구조적 용도에 적합한 내식성을 갖는 특징이 있다.

본 발명에 따라 얻어진 성질은 16-18%의 크롬, 5.5-7.5%의 망간 및 3.5-5.5% 범위의 닉켈을 요하는 AISI 201형과 유사하다.

본 발명의 합금에서 크롬은 12-15% 특히 12-13.5%범위로 존재하며, 크롬은 페라이트 촉진 및 오스테나이트 안정화 원소로서 원하는 가공-경화능 뿐만 아니라 합금의 전체 산화방지 및 내부식성을 얻을 수 있도록 전술한 범위내로 제어되어야 한다.

본 발명의 합금에서 망간은 6.5-8.5%내로 존재한다.

본 발명합금이 연속주조를 위하여 망간의 실제적 상한은 8.25%이며 이는 망간이 용융상태에서 합금의 유동성을 증가시키기 때문이다. 특히, 적어도 7.0%의 망간이 합금내에 존재하며 7.35%가 보다 바람직하다. 망간은 가공-경화능을 촉진하기 위하여 전술한 범위내로 조절되어야 하는 강 오스테나이트화 및 약 오스테나이트 안정화원소이다. 닉켈은 2-3.5% 이하의 범위내로 존재하는데 닉켈은 바람직한 가공-경화 및 균일한 연신능력에 필요한 제어된 마르텐사이트상 형성을 촉진시키기 위하여 본 발명 합금의 오스테나이트 구조의 양과 안정도를 제어하도록 전술한 범위내로 제어되어야 하는 강 오스테나이트화 및 오스테나이트-안정화원소이다, 조성범위내 망간함량이 낮을 때 닉켈은 2.5-3.5%가 바람직하고, 망간이 본 발명 합금의 구조적 평형(structural balance)에 요구되는 것보다 높을 때 닉켈은 2%정도로 낮게할 수 있다.

본 발명의 합금은 조절된 양의 강자성상의 존재와 제어된 오스테나이트 안정도를 결합한 구조적 평형에 의하여 냉간가공한 다음 강도가 증가되고 우수한 잔류연성을 갖는 특성이 있다. 본 발명 한계내에 탄소 및 질소와 함께 크롬, 망간 및 닉켈함량도 적당한 관계를 유지하여야 한다. 닉켈이 본 발명의 범위내에 있을 때 약13%의 낮은 크롬에서는 보다 낮은 망간이 요구된다. 크롬함량이 증가할 때 보다 높은 망간이 요구되는데 예를들면, 닉켈이 2-3.5%내에 있을 때 12.5%의 크롬에서는 적어도 7%의 망간이 요구되는 반면 16.0의 크롬에서는 적어도 8.0%의 망간이 요구된다. 또한 바람직한 구조적 평형이 되도록 2-2.5%범위내의 닉켈이 존재할 때, 망간은 7.35%이상의 양으로 존재한다. 2.5-3-5%함량의 닉켈을 가진 본 발명의 합금은 6.5%정도의 낮은 양의 망간으로 요구되는 구조적 평형을 얻을 수 있다. 망간과 닉켈의 함량이 적어도 9.0%, 바람직한게는 9.5%가 되도록 망간과 닉켈의 평형을 제어하여야 한다. 크롬, 망간 및 닉켈이 본 발명의 한계내에 있을 때 요구되는 구조적 평형과 만족한 성형성을 얻기 위하여 질소범위는 0.05%-0.25%이다. 또한 슬라브나주괴로 연속 주조하는 합금은 표면결합을 최소로 하기 위하여 질소를 0.17%이하로 함유하여야 하며, 연속주조시 0.07-0.17% 범위로 함유되어야 한다.

이해를 돕기 위하여 본 발명에 따라 유도 진공로내에서 용융시켜 17파운드(7.7kg)주괴로 주조하고 0.200인치(5.08mm)로 열간압연하는 종래의 방법으로 다수의 합금을 제조한다. 열간압연된 물질은 10, 15, 20 또는 25%의 냉간 압연 리덕션을 얻기 위하여 중가소둔없이 0.180, 0.170, 0.160 또는 0.150 인치(각각 4.57, 4.32, 4.06 또는 3.81mm)로 냉간압연한다.

표Ⅰ과 Ⅱ는 본 발명에 따른 조성한계를 나타내는 일련의 스텐레스강 히트(heat)들을 수록하는데, 표Ⅰ은 AISI 201 형의 히트들이다. 조성에 부가하여 표Ⅱ에는 종래의 시험에서 측정한 히트들의 항복강도, 인장강도, 경도 및 연신율을 수록하였다. 표 Ⅱ는 또한 종래의 보정된 자기인력방법(calibrated magnetic attraction techninques)에 의하여 측정하였을 때 주괴주조 및 열간압연된 밴드 조건에서 각 히트들에 존재하는 강자성상(페라이트 그리고/또는 마르텐사이트)의 백분율을 나타냈다.

[표 Ⅰ]

201 형

표1은 201형 합금의 강도와 연신성을 나타낸다. 1/4 Hard(9%reduction)조건에서, 201 합금은 140ksi(965MPa)의 인장강도(TS), 91ksi(627MPa)의 0.2 항복강도(YS) 및 2인치 표점거리에서 36%의 연신율을 갖는다.

[표 Ⅱ]

표 Ⅱ에서 볼수 있는 바와같이, 주조 및 열간압연 후다량의 열적으로 안정한 오스테나이트를 위하여서는 0.04%의 탄소와 0.10%의 질소와 함께 적어도 2%의 닉켈이 요구된다. 특히, 히트 RV 9094와 RV 9095는 2%이하의 닉켈을 갖는데, 표 Ⅱ에 나타난 바와같이 이들은 주괴-주조 및 열간압연된 밴드 조건에서 다량의 페라이트와 마르텐사이트를 나타냈다. 히드 RV 9107A, B 및 C의 13.5% 크롬합금으로부터 볼수 있는 바와같이 닉켈이 2.13%의 양으로 존재할지라도 0.10%의 질소와 함께 망간이 7.11%로부터 7.42%로 증가할 때 오스테나이트의 열적 및 기계적안정도는 증가하였다. 일반적으로 본 발명에 있어 합금의 닉켈함량이 3.5-2.0%범위내로 감소할 때 증가된 질소와 함께 결합된 닉켈+망간의 함량이 9.0%이상 바람직하게는 9.5%이상이 되도록 망간이 증가하여야 한다.

히트 RV 9094A, B 및 C는 닉켈함량이 1.56-1.97%까지 증가된 12.5%의 크롬-7.0%의 망간합금을 나타낸다. 증가된 닉켈은 주괴-주조 및 열간압연된 조건에서 강자성상의 퍼센트를 감소시킴에 의하여 합금안정도를 증가시킨다. 닉켈함량의 증가는 또한 인장강도, 항복강도나 경도에 유해한 영향을 주지않고 연신율을 증가시키는 일반적 경향을 보였다. 모든 히트들이 본 발명의 강도요구에 부합될지라도 이러한 히트들의 어느것도 15%이하의 강자성상을 갖지 않았다. 10% 냉간 리덕션 조건에서 히트 RV 9094C만이 1.97%의 닉켈과 망간과 닉켈의 합이 8.94%인 본 발명의 8%연신율(2인치 표점거리)를 갖는다.

히트 RV 9095A, B 및 C는 12%로부터 13%까지 변하는 크롬함량과 함께 약 7%의 망간과 1.75%의 닉켈을 가진 크롬-망간-닉켈합금을 나타낸다. 이러한 히트들은 크롬함량의 증가가 연신성을 다소 개량하였음을 나타냈으나, 히트들은 너무나 큰 강자성상 퍼센트(다시 말하면＞15%)를 갖는다. 강도는 높을지라도, 이러한 히트들은 본 발명의 합금이 아니면 냉간가공 조건하에서 8%의 요구되는 연신율을 나타내지 않았다. 더우기 각히트에 대한 망간과 닉켈의 합은 9%이하이다.

히트 RV 9094A, B 및 C와 RV 9095A, B 및 C는 또한 12.5%의 크롬과 2%적어도 7%의 망간이 필요함을 나타냈다.

히트 RV 9107A, B 및 C는 망간함량이 7.11-7.42%로 증가하는 13.5%크롬-2.25% 닉켈을 나타낸다. RV9107A이외의 모든 히트들은 15%이하의 강자성상을 가지며 모두 AISI 201형의 140ksi 인장강도 보다 강한 높은 강도를 갖는다. 히트 RV 9107A와 B에서 합금은 20%이하. 특히 10-20%에 해당하는 냉간 리덕션에서 적어도 8%의 연신율(2-인치 표점거리)를 갖는다. 히트 RV 9107B와 C는 망간과 닉켈의 합이 9.5%이상이고 망간함량이 7.35%일때 합금은 25%리덕션까지 개량된 연신율을 가짐이 나타났다. 본 발명의 방법에 의하여 제조할 때 히트 RV 9107C는 모두 본 발명의 합금을 만족시켰다.

히트 RV 9110, 9111 및 9112는 본 발명의 합금들로서 통상적으로 대략 12%의 낮은 크롬함량에서 일지라도 합금은 적어도 170ksi의 높은 인장강도, 10-25% 두께 리덕션에 해당하는 냉간가공 후 8%이상의 2-인치 표점거리 연신율 및 열간처리 및 주괴 주조조건에서 15%이하의 강자성상을 갖는다.

본 발명의 방법은 합금을 용융시켜 주조하는 종래의 단계들을 포함한다. "주조"는 주괴주조와 연속주조를 포함한 모든 주조방법을 의미한다. 주조합금은 열처리 및 25%까지의 최종 치수로 열간가공을 포함한 열간공정을 실시한 다음 본 발명에 따라 합금을 냉간가공중 중간 소둔없이 강철을 가공 경화시키기 위하여 25% 두께 리덕션까지 냉간가공한다.

본 발명의 합금조성물로부터 그리고 본 발명의 방법에 의하여 제조된 물건은 원하는 정도로 냉간가공시키거나 이것의 일부를 신장시키고 드로잉(drawing)시켜 적어도 8%의 연신율(2-인치 표점거리)을 가진 물건을 제작하며 이들은 우수한 내식성을 갖는다.

본 발명의 목적은 크롬과 닉켈함량이 작고, 높은 강도, 우수한 연성(연신율), 적당한 경도 및 우수한 내식성을 가진 가공경화성 오스테나이트 스텐레스강 합금을 제공하는 것이다. 본 합금은 제조공정은 냉간-압연과정사이에 중간소둔단계를 생략한 저비용 공정이며 더우기 본 공정은 바람직한 제품의 성질과 최종 제품의 크기를 얻을 수 있는 광범위한 리덕션에 걸친 냉간가공을 포함한다.

본 발명의 몇가지 실시예들만을 기술하였을 지라도 본 발명의 범위를 이탈함이 없이 변형이 이루어질 수 있음은 당해분야의 기술자에게는 자명한 일이다.

Claims (22)

1. 냉간가공중 마르텐사이트형성으로 인해 강도가 증가하며, 중량 퍼센트로서 최대 0.08%까지의 탄소, 최대 0.25%까지의 질소, 12-15%의 크롬, 6.5-8.5%의 망간, 2-3.5%이하의 닉켈을 포함하며, 망간과 닉켈의 합에 최소한 9%이며, 잔부는 철인 가공 경화성 오스테나이트 스텐레스강.
2. 제1항에 있어서, 닉켈이 2-2.5% 범위내로 존재할 대 망간이 최소한 7.35%인 바의 강.
3. 제1항에 있어서, 망간이 6.5% 정도로 작게 존재할 때 닉켈은 최소한 2.5%인 바의 강.
4. 제1항에 있어서, 질소가 0.17%이하인 바의 강.
5. 제1항에 있어서, 질소가 적어도 0.05%이하인 바의 강.
6. 제1항에 있어서, 망간과 닉켈의 합이 적어도 9.5%인 바의강.
7. 제1항에 있어서, 주조 및 열간가공된 조건하에서 페라이트 그리고/또는 마르텐사이트의 15%보다 작은 강자기상을 갖는 바의 강.
8. 제1항에 있어서,주조 및 열간가공된 조건하에서 페아이트와 마르텐사이트의 2-15%의 강자기상을 갖는 바의 강.
9. 제1항에 있어서, 25%까지의 두께 리덕션(reduction)에 해당하는 냉간가공 후 2인치 표점거리에서 적어도 8%연신율의 연성을 특징으로 하는 강.
10. 제9항에 있어서, 냉간가공하여 10-25%두께 리덕션하는 바의 강.
11. 제1항에 있어서, 12-13.5%크롬을 갖는 바의 강.
12. 제1항에 있어서, 적어도 14ksi의 인장강도를 갖는 바의 강.
13. 25%까지의 두께 리덕션에 해당하는 냉간가공 후 적어도 140ksi의 연장강도, 2-인치 표점거리에서 적어도 8%의 연성을 가지며, 중량 퍼센트로서 최대 0.08%까지의 탄소, 0.07-0.17%의 질소, 12-15%의 크롬, 7.35-8.5%의 망간, 2-2.5%의 닉켈을 포함하며, 망간과 닉켈의 합이 9.5%이상이며, 잔부는 철인 가공경화성 오스테나이트 스텐레스강.
14. 제13항에 있어서, 12-13.5%의 크롬을 갖는 바의 강.
15. 제13항에 있어서, 주조 및 열간가공된 조건에서 15%이하의 페라이트와 마르텐사이트 상을 갖는 바의강.
16. 제13항에 있어서, 주조 및 열간가공된 조건에서 2-15%의 페라이트와 마르텐사이트 상을 갖는 바의 강.
17. 중량 퍼센트로 최대 0.08%까지의 탄소, 최대 0.25%까지의 질소, 6.5-8.5%의 망간, 2-3.5%이하의 닉켈을 포함하며, 망간과 닉켈의 합이 9%이상이며, 잔부는 철인 합금을 용융시키고, 합금을 가공할 수 있는 형태로 주조하고 ; 열간가공하고 ; 25%까지의 두께 리덕션에 해당하는 냉간가공단계를 포함하는 가공 경화성 오스테나이트 스텐레스강의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 냉간가공하여 10-25%까지의 두께 리덕션하는 바의 방법.
19. 제17항에 있어서, 냉간가공이 10-20%까지의 두께 리덕션에 해당하는 바의 방법.
20. 제17항에 있어서, 합금이 0.07-0.17%의 질소, 7.35-8.5%의 망간, 2-2.5%의 닉켈을 포함하며, 망간과 닉켈의 합이 9.5%이상인 바의 방법.
21. 제17항에 있어서, 열간가공이 25%까지의 두께 리덕션에 해당하는 냉간변형이 될 수 있는 두께로 합금을 가공함을 포함하는 바의 방법.
22. 제17항에 있어서, 냉간가공중 중간소둔없이 합금을 냉간 가공함을 포함하는 바의 방법.