KR940007495B1

KR940007495B1 - 성형성, 리찡(Ridging)성 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법

Info

Publication number: KR940007495B1
Application number: KR1019910025141A
Authority: KR
Inventors: 유도열; 원태연
Original assignee: 포항종합제철 주식회사; 정명식; 재단법인산업과학기술연구소; 백덕현
Priority date: 1991-12-30
Filing date: 1991-12-30
Publication date: 1994-08-18
Also published as: KR930013184A

Abstract

내용 없음.

Description

성형성, 리찡(Ridging)성 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법

제 1 도는 저 C, N-18% Cr-0.4 Cu-2% Mo강에서 Nb, Ti단독첨가 및 Nb+Ti복합첨가강의 냉간압연율에 따른값 변화를 나타낸 그래프.

제 2 도는 냉간압연율 변화에 따른 Ti단독첨가강의 (111), (110) 및 (100)면의 X-선(X-ray)면강도 측정 결과를 나타낸 그래프.

제 3 도는 냉간압연율 변화에 따른 Nb단독첨가강의 (111), (110) 및 (100)면의 X-선면강도측정 결과를 나타낸 그래프.

제 4 도는 냉간압연율 변화에 따른 Nb+Ti복합첨가강의 (111), (110) 및 (100)면의 X-선면강도측정결과를 나타낸 그래프.

제 5 도는 냉간압연율에 따른 Ti, Nb단독 및 Nb+Ti복합첨가강의 평면이방성(△)변화를 나타낸 그래프.

제 6 도는 Nb, Ti단독 및 Nb+Ti복합첨가강의 냉간압연율 90%에서 에릭션(Erichsen) 시험결과를 나타낸 그래프.

제 7 도는 Nb, Ti단독 및 Nb+Ti복합첨가강의 냉간압연율 90%에서 리찌성 변화를 나타낸 그래프.

제 8 도는 5% 황산+3% 염화나트륨용액(상온)에서 약극분극곡선을 나타낸 그래프.

본 발명은 성형성, 리찡성 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조바법에 관한 것이다.

페라이트계 스테인레스강은 Ni를 첨가하지 않기 때문에 STS 304오스테나이트계 스테인레스강보다 가격면에서는 유리하지만 내식성이 떨어지고 성형시 연신율이 낮아 가공성이 나쁘기 때문에 심가공용으로는 STS 304가 주로 사용된다.

그러나, 최근 제강정련기술이 발달하여 침입형 원소인 C, N를 극저로 관리하고 안정화원소(Ti, Nb, Al, Zr등)을 첨가하여 내식성 및 가공성을 높이고 동시에 Mo를 첨가하여 STS 304와 동등한 내식성 및 가공성을 얻고자하는 연구가 활발하게 시도되고 있다. 따라서 주방기기, 자동차용 부품 및 지붕재를 비롯한 건축용 외장재와 화학품 저장용 탱크에 사용되는 경우 응력부식이 일어나는 면심입방(FCC) 구조인 오스테나이트계 스테인레스강인 STS 304에 비해 응력부식이 일어나지 않는 체심입방(BCC) 구조인 페라이트계 스테인레스강이 유리하기 때문에 수요 및 용도는 증가하는 추세이다.

극저 C, N에 안정화 원소인 Nb 및 Ti첨가강은 Nb(C, N) 및 Ti(C, N)의 석출로 Cr탄화물석출을 방지하여 내식성을 향상시키며, 또한 이들 석출물은 소둔시 재결정 핵 생성 장소로 작용하며 성형성에 유익한 집합조직을 많이 생성시키기 때문에 성형성이 향상된다. 그러나 성형시 생기는 리찡은 제품의 두께방향의 중심부분에 〈110〉방위의 집합조직이 많을수록 나빠진다. 즉 극저 C, N에 안정화 원소를 첨가한 강은 고온에서 페라이트 단상이기 때문에 재결정 온도도 높고, 고온에서 결정립 성장이 용이하여 통상의 페라이트계 스테인레스강과 같은 온도조건에서 열간압연하게 되면 리찡성이 나빠지게 되는 것이다.

따라서, 재결정을 촉진시키고 결정립 조대화를 방지하여 리찡성 및 성형성을 개선하고자 할때에는 스라브 저온 가열, 고압하 열간압연, 저온사상압연, 저온권취등이 시도되지만 산업현장의 열간압연 설비에 따라 극히 온도가 제한되어 있다.

특히 Ti첨가강은 연주시 노즐막힘 현상과 Ti산화물에 의한 표면결함 및 광휘소둔시 템퍼드 칼라(Tempered color)가 발생하여 이 결과 Cr결핍층이 생기기 때문에 내식성이 저하하고, 그리고 결정입도가 조대하여 연신율이 높아 성형성은 양호하나 성형후 표면에 오랜지 필(Orange Peel) 현상이 발생하고 압연방향과 30-45방향으로 인장하면 새로운 리찡이 발생하는데 이 강종은 오랜지 필 현상과 리찡이 합쳐져 성형시 표면의 굴곡높이가 더욱 높게 나타나는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 Nb, Ti 안정화 원소의 장단점을 저 C, N-18% Cr-0.4 Cu-4% Mo강에 Nb, Ti 복합 첨가하고, 열간압연조건, 소둔조건 및 냉연조건을 변화시켜 성형성, 평면이방성, 리찡성 및 내식성 을 개선하고자 종래기술이 시도 되었다.

그 대표적인 예로서, JP51-14916에 의하면 C〈0.03%, N〈0.0020%, (C+N)〈0.04%, Si〈1.0%, Mn〈1.0%, Cr14%-20%, Ti, Nb단독 혹은 복합첨가 0.1-1.2%, (Ti+Nb)/(C+N) = 8-30, Mo 1.0-3.0% 나머지 Fe로 구성된 강을 970-1170℃ 소둔처리하면 리찡성이 개선된다고 기술되어 있으며, 또다른 시도로서, JP8651012등에는 C0.02%, Si1.0%, Mn1.0%, P0.04%, S0.2%, 13%-25% Cr, 0.1%-2.0% Cu, 0.2%-2.0% Nb 기타 Fe로 구성된 강을 950-1050℃ 열연소둔 및 냉연소둔후 사용하면 Mo함유 페라이트계 스테인레스강과 대체 가능한 내식성 및 성형성을 갖는다고 기술되어 있다.

그러나, Mo 및 Cr함량이 증가하면 내식성은 향상되나 제조원가가 상승하고 또한 성형성이 저하하며, 그리고 페라이트계 스테인레스강의 가장 큰 문제인 리찡성 개선에도 만족스럽지 못하는등 여러 문제점은 잔존하는 것이다.

이에 본 발명의 목적은 상술한 바와같은 종래의 문제점을 해결한 개선된 페라이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 스테인레스강 조성중 Nb, Ti의 성분을 적절히 하고 열연조건 및 냉연조건등을 적절히 제어하므로서, 냉연소둔처리후의 소성 이방성(값), 평면이방성(△값), 리찡성이 Ti 및 Nb 단독첨가강보다 우수하고, STS 430 및 304보다 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법을 제고하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 있어서, 중량%로, C : 0.01% 이하, Si : 0.5% 이하, Mn : 0.5% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.005% 이하, Cr : 16-18%, Cu : 0.3-0.6, Mo : 1.8-2.0%, N : 0.02% 이하, Nb 및 Ti 이

(Nb+Ti)8(C+N)

0.7Nb/Ti0.9

의 조건을 만족하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을, 통상의 제강 및 주조법으로 주조하고, 상기 주조된 주편 및 주괴를 1160-1200℃의 온도범위에서 가열하고 사상 압연 온도를 830-870℃로 하여 열간압연한 후, 680-720℃의 온도범위에서 열연권취한 다음, 940-960℃의 온도범위에서 연속소둔처리후 공냉하고, 압연율 85% 이상으로 냉간압연을 실시한 다음, 940-960℃의 온도범위에서 냉연소둔처리함을 특징으로 하는 성형성, 리찡성, 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에서 제시된 성분범위의 한정이유에 대하여 설명한다.

상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하여 강도, 충격인성, 내식성을 저하시키기 때문에 낮게 할수록 바람직함으로 C0.01%, N0.02% 이하로 한정한다.

Si은 페라이트 형성원소로 함량증가와 함께 페라이트상의 안정성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.5% 이상 첨가하면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하여 0.5% 이하가 바람직하다.

Mn은 함량이 높으면 MnS를 용출하여 공식구멍의 성장을 조장하여 내공식성을 저하시키기 때문에 0.5% 이하가 좋다.

P, S는 MnS, CuS를 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋기때문에 P는 0.02%, S는 0.005% 이하로 관리한다.

Cr은 함량이 높을수록 내식성이 향상되나 18% 이상 함유되면 연성을 저하시키므로 17%-18%로 한정한다.

Cu를 0.3%-0.6%로 첨가하면 소성이방성()을 개선하며 Mo와 함께 첨가하면 부동태화 전위를 높이고 부동태화를 촉진시키므로 0.3-0.6%로 한정한다. 이보다 Cu 함량이 낮으면 효과가 없고, 이보다 높으면 연성이 저하한다.

Mo는 함량이 증가할수록 강도를 높이고 연신율을 저하시키므로 내식성을 고려하여 1.8%-2%로 한정한다.

안정화원소인 Ti, Nb함량은 Mo첨가강에서 Nb+Ti8(C+N)이면 입계부식성을 방지하기 때문에 (Nb+Ti)8(C+N)이고, 복합첨가의 효과를 얻기위해서는 (Nb/Ti)비는 0.7/0.9이내의 범위로 한정한다.

다음은 온도 및 냉간압연율 한정에 대하여 설명한다.

열간압연을 위한 주편과 주괴의 가열온도, 사장압연온도 및 권취온도는 낮을수록 성질이 개선되나 산업현장의 열간압연 설비능력 및 작업성을 고려한 최저 온도인 가열온도 1180±20℃로 하고, 사상압연온도 850±20℃ 및 권취온도 700±20℃로 한정한다.

열연소둔 및 냉연소둔온도는 950±10℃ 이하가 되면 개결정 및 결정립 성장이 불충분하여 충격특성 및 연신율이 저하하고 이보다 온도가 높으면 결정립이 조대하여 충격특성, 성형후 오랜지 필(Orange Peel)^ㆍ및 리찡성이 나빠진다. 따라서, 소둔온도는 950±10℃로 연속소둔이 가능하며 냉각은 고온취화방지 및 기계적 성질이 가장 양호한 공냉으로 한정된다. 냉간압연시 냉간압연율 85% 이하에서 소성이방성(), 리찡성 및 평면이방성(△)이 나쁘며, 냉간압연율 85% 이상에서는 Ti 및 Nb단독 첨가강에 비해 이들 성질이 현저하게 개선되므로 냉간압연율 85% 이상으로 한정한다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.

[실시예]

하기 표 1의 조성으로된 여러종류의 스테인레스강을 진공유도용해로에서 용해하여 주괴(Ingot)상태로 제조하고 주괴의 가열온도는 1180℃로 하고, 사상압연온도는 850℃, 권취온도 700℃로 7회 열간압연후 3mm의 열연판을 950℃에서 5분간 연속소둔 처리후 공냉하고 산세하였다. 그리고 냉간압연율은 40, 60, 80, 90%로 냉간압연하여 각각 1.8 ; 1.2 ; 6.0 ; 0.3mm 두께로 만든 후 각각 950℃에서 칫수에 따라 소둔시간 (예 0.6mm 두께의 경우 950℃에서 3분)을 달리하여 소둔처리후 공냉하고 산세처리하였다.

이와같이 제조된 시편을 JIS 13B방법에 의해 인장시편 가공후값 측정용 시편으로 각 방향별로 3개씩 시험하였다.

그리고 리찡 측정용 시편은 JIS 5호로 각각 3개의 시편을 압연방향과 평행하게 가공하여 시험하였다.값은 인장속도는 20mm/분으로 하고 15% 인장후 폭변화를 측정하여=(γ +2γ⁴⁵+γ⁹⁰)/4,γ=(γ+2γ⁴⁵+γ⁹⁰)/2로 나타내었고, 리찡성은 20% 인장후 인장방향과 직각방향으로 표면조도를 측정하여 표면굴곡의 최대값으로 나타내었다.

[표 1]

상기 조건으로 제조한 시편에 대한값을 측정하고 그 결과를 제 1 도에 나타내었다. 제 1 도에 의하면 Ti단독 첨가강은 열간압연율이 80%보다 90%에서값이 약간 증가하고, Nb단독첨가강은 오히려값이 떨어진다. 그러나 Ti+Nb복합첨가강은값이 냉간압연율이 증가함에 따라 거의 직선적으로 증가하여 냉간압연율 90%에서 3강종중 가장 높은값을 나타내고 있다. 이 원인을 조사하기 위해 Ti단독 첨가강에서 두께방향 중심층의 X-선회절기를 이용하여 압연율 변화에 따른 (111), (110), (100)면의 X-선의 면강도를 완전 무방향성인 순철의 각면의 집합조직의 강도와의 비를 조사하였으며, 그 결과를 제 2 도(100)에 도시하였다. 이에 의하면 (110)면의 강도는 변화가 없지만 (111) 및 (100)면의 강도변화와값이 잘 일치하고 있다. 즉, 판면에 (111)면의 강도가 높을수록 또한 (100)면의 강도가 낮을수록값이 높은 것이다.

한편, Nb단독 첨가강의 면강도비를 조사하여 제 3 도에 나타내었으며 Ti+Nb복합 첨가강의 면강도비를 조사하여 이를 제 4 도에 도시하였다. 이 결과 Ti+Nb복합첨가강은 냉간압연율 85% 이상에서값이 우수한 (111)면의 강도가 급격히 증가하고값에 불리한 (100)면의 강도가 낮아지기 때문에값이 가장 높다. 반면에 Nb단독 첨가강은 (111)면은 감소하고값에 불리한 (100)면이 증가하기 때문에 냉간압연율이 90%로 높으면값이 떨어진다.

제 5 도는 성형후 성형품의 귀 발생(Earing Tendency) 정도를 나타내는 평면이방성(△)를 구한 것으로 냉간압연율 85% 이상 90%에서 △값이 0에 가깝기 때문에 성형후 귀발생이 작은 장점이 있다.

제 6 도는 시료의 창출성을 조사하기 위해 냉간압연율 90%로 냉간압연 및 소둔후 에릭션(Erichsen) 시험한 결과로 Nb+Ti복합첨가강이 가장 높은 값을 나타내고 그리고 상용의 STS430보다 아주 높은것을 알수 있다.

제 7 도는 90% 냉간압연후 소둔한판의 리찡성을 나타낸 것으로 Nb+Ti복합첨가강이 리찡성이 가장 양호한 것을 알수 있다. 이것은 Ti단독 첨가강은 소둔후 결정립이 조대하여 성형시 오랜지 필 발생과 함께 리찡 현상이 겹쳐 발생하기 때문에 표면의 굴곡이 높게 나타낸다. 그 Nb첨가강은 Nb(C, N) 석출 및 열연시 생기는 내부변형 축적에너지를 높여 재결정을 촉진시키기 위해서는 주편 가열온도, 사상압연온도 및 권취온도를 낮게하여야 효과를 얻을 수 있지만 현장의 열연설비문제 및 작업성을 고려할때 열연조건의 온도를 아주 낮게 관리하는 것이 불가하기 때문에 현장 적용시 열연온도조건을 높게 관리하여 Nb첨가의 효과를 얻는데는 문제가 있다. 또한 Nb첨가강은 결정립도가 작아 연신율이 떨어진다. 그리고 Ti단독 첨가강은 결정입도가 커 연신율이 높다. 따라서 복합첨가강은 이 두가지 원소의 특성을 복합하여 나타내기 때문에 결정입도도 적당하고 재결정이 활발하게 일어나 〈110〉방위의 집합조직의 강도가 낮아 리찡성이 가장 우수한 것으로 추측된다.

제 8 도는 Ti+Nb복합첨가강을 냉연소둔후 5%황산+3%염화나트륨용액내 상온에서 양극분극곡선을 나타낸 것으로 본강은 상용의 STS304, 430보다 우수한 내식성도 갖는 것을 알수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 Ti 및 Nb을 복합첨가하고 그 첨가비를 조절하는 동시에 열연조건, 소둔조건 및 냉연조건을 적절히 제어하므로서, 냉연소둔처리후의 성형성, 리찡성이 Ti 및 Nb단독 첨가강보다 우수하고, STS 430 및 304보다 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제공하는 효과가 있는 것이다.

Claims

페라이트계 스테인레스강 제조방법에 있어서, 중량%로, C : 0.01% 이하, Si : 0.5% 이하, Mn : 0.5% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.005% 이하, Cr : 16-18%, Cu : 0.3-0.6, Mo : 1.8-2.0%, N : 0.02% 이하, Nb 및 Ti 이

(Nb+Ti)8(C+N)

0.7Nb/Ti0.9

의 조건을 만족하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을, 통상의 제강 및 주조법으로 주조하고, 상기 주조된 주편 및 주괴를 1160-1200℃의 온도범위에서 가열하고 사상 압연 온도를 830-870℃로 하여 열간압연한 후, 680-720℃의 온도범위에서 열연권취한 다음, 940-960℃의 온도범위에서 연속소둔처리후 공냉하고, 압연율 85% 이상으로 냉간압연을 실시한 다음, 940-960℃의 온도범위에서 냉연소둔처리함을 특징으로 하는 성형성, 리찡성, 및 내식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법.