KR950009169B1

KR950009169B1 - 내입계 부식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강판의 제조방법

Info

Publication number: KR950009169B1
Application number: KR1019930012385A
Authority: KR
Inventors: 박수호; 이용득; 박미남
Original assignee: 포항종합제철주식회사; 김종진; 재단법인산업과학기술연구소; 신창식
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-08-16
Also published as: KR950003467A

Abstract

내용 없음.

Description

내입계 부식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강판의 제조방법

제1도는 본 발명법 및 종래방법에 따라 제조된 스테인레스강의 소둔조직을 나타내는 사진.

제2도는 본 발명법 및 종래방법에 따라 제조된 스테인레스강을 황산-황산등 입계부식시험 용액에서 3시간 끓였을 때의 입계부식도를 나타내는 그래프.

본 발명은 스테인레스강판의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 열연소둔 공정이 생략된 내입계부식성이 우수한 페라이계 스테인레스강판의 제조방법에 관한 것이다.

스테인레스강의 제조공정중 소둔조업공정은 연속소둔조업과 상소둔조업으로 대별되어진다. 일반적으로 오스테나이트 계열은 연속소둔에 의해, 페라이트계 및 마르텐사이트계열은 상소둔에 의해 소둔조업을 행하고 있는데, 이는 강종별 스테인레스강의 재질특성에 기인한 것이다. 스테인레스강종별 열연코일의 소둔작업을 비교해보면 연속 소둔조업은 고온(약 950-1150℃)의 대기분위기에서 단시간(약 3분) 열처리함에 반하여 상소둔조업은 약 750-850℃ 온도범위의 분위기가스(수소 또는 질소+수소 혼합가스)내에서 약 50시간 열처리하는 조업으로 장기간을 요한다. 또한 상소둔조업은 권취상태에서 행하여지므로 열연코일의 부위별 소둔온도 편차에 의한 재질편차가 발생한다. 상기한 바와 같이 연속소둔조업은 상소둔조업에 비하여 생산성향상 및 에너지 절약 효과가 있으며 제품의 품질편차 및 결합감소에 의한 품질특성 향상효과가 있어 매우 경제적이며 우수한 소둔조업공정으로 평가되고 있다. 현재 페라이트계 스테인레스강은 상소둔에 의해 생산되고 있으나 미량원소 첨가에 의한 소둔조업 공정 개선에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있으며 일부강종은 연속소둔조업을 적용하고 있다.

한편 상기한 바와 같이 페라이트계 스테인레스강의 열연소둔 열처리는 주로 저온에서 장시간 열처리하는 상소둔조건으로 실시하지만 Ti, Nb등의 합금원소를 첨가하면 페라이트로부터 오스테나이트로의 변태온도(Ac₁)를 높이게 되어 고온에서 단시간 열처리하는 연속소둔이 가능하게 된다. 통상 페라이트계 스테인레스강은 페라이트와 오스테나이트의 2상 영역에서 열간압연을 행하기 때문에 압연후 잔존하는 오스테나이트가 냉각시에 마르텐사이트로 변태하게 되어 열연판의 강도가 높게 된다. 따라서 페라이트계 스테인레스강의 열연소둔 열처리의 목적은 압연후에 형성된 오스테나이트상(냉각시 마르텐사이트상)을 페라이트상으로 재고용시키고 냉각압연시 압연이 용이하도록 열간압연시 형성된 응력을 제거하기 위해 행해주는 것이다.

페라이트강에 있어서 고온에서의 조직변화는 성분원소에 의해서 영향을 받는데 Ti, Nb와 C, N등 미량 첨가원소가 조직변화에 미치는 향이 크기 때문에(Ti+0.5Nb)/(C+N) 값으로 고온에서의 조직변화를 예측할 수가 있다. 즉 C, N을 낮추고 Ti, Nb함량을 증가시켜 (Ti+0.5Nb)/(C+N) 값을 높이면 고온에서도 페라이트 단상으로 존재하게 된다. 이와 같이 Ti, Nb를 첨가함으로서 페라이트 단상을 얻을 수 있는 것은 이러한 원소가 페라이트 형성원소일 뿐만 아니라 강력한 오스테나이트 형성원소인 C, N인 탄화물과 질화물 형태로 안정화시키기 때문이다. 또한 이와 같은 안정화효과에 의해 입계에 Cr탄화물석출을 억제하여 예민화를 방지하는 효과가 있기 때문에 내입계부식성을 향상시키게 된다. 한편 조직변화에 미치는 성분원소의 영향으로서 C, N, Ni, Mn 등의 오스테나이트 형성원소의 Cr, Si, Ti, Nb등의 페라이트 형성원소가 고온에서의 페라이트상의 안정성에 미치는 효과를 Kaltenhauser는 페라이트 인자식(Ferrite Factor, F. F.). F. F.=[Cr+6Si+8Ti+4Nb]-[40(C+N)+2Mn+4Ni]으로 나타내었다. 이식에서 페라이트 인자값이 클수록 고온에서 페라이트 단상이 될 가능성이 크게된다.

이와 같이 고온에서 페라이트 단상으로 존재하는 경우에는 열간압연시 페라이트 단상영역에서 압연을 행하기 때문에 압연후의 조직이 페라이트 단상조직으로서 열연판의 강도가 그다지 높지 않을 뿐만 아니라 오스테나이트(냉각시 마르텐사이트)를 재고용 시키기 위한 열처리가 필요없기 때문에 열연 소둔공정의 생략이 가능하게 된다.

이와 관련된 방법으로서 일본공개 특허소 64-75652호를 들 수 있는데, 이 방법은 C : 0.02% 이하, Si : 0.8% 이하, Mn : 0.8% 이하, Cr : 10-15%, Ni : 0.6% 이하, Ti : 0.01-15(C+N)%, N : 0.02% 이하, Al : 0.01-0.3%로 구성되는 강을 열연판 소둔이 생략가능하고 용접부에 마르텐사이트상의 발생하지 않는 장출성 및 용접부 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제공한다.

통상 C와 N을 0.02% 이하의 강을 제조하기 위해서는 제강시 감압정련법(VOD)에 의해 정련하게 되는데, 이 감압정련법(VOD)은 희석정련법(AOD)에 비해 제조단가가 높아지게 된다. 한편 Ti와의 상호 작용에 의해 장출성과 용접부 가공성을 향상시키기 위해 Al을 0.01-0.3% 첨가하고 있다. 그러나 희석정련법(AOD)에서 Al을 첨가하게 되면 연주시 연주작업성을 나쁘게 할 뿐만 아니라 Al 개재물에 기인하여 표면품질이 나빠지게 된다.

본 발명자가 제안한 대한민국 특허출원 제90-22641호(90. 12. 31)에는, 중량%로, Cr : 10.5-13%, C : 0.030% 이하, N : 0.030% 이하, Si : 1.5% 이하, Mn : 1.0% 이하, Ti : 0.2-0.5를 함유하며, 페라이트 인자식(Ferrite Factor. F. F.), F.F=[Cr+6Si+8Ti+4Nb]-[40(C+N)+2Mn+4Ni] 13.5를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 스테인레스강을 희석정련법(AOD)으로 제조가 가능하도록 하기 위해서 C, N을 높이고 Al을 첨가하지 않은 대신 고온에서도 페라이트 단상이 되도록 Si함량을 높임에 의해 페라이트 인자값을 높이므로서 열연소둔 고정의 생략을 가능한 방법이 제시되어 있다. 이 방법에서는 C, N을 안정화시키기 위해 다량의 Ti을 첨가하고 있는데, Ti을 다량첨가하게 되면 TiN, TiO₂와 같은 개재물에 기인하여 연주시 노즐막힘에 의한 연주작업성이 저하될 뿐만 아니라 표면 품질이 나빠지게 되는 단점이 있다.

이에, 본 발명은 희석정련법으로 제조가 가능하도록 C, N을 높인 강에 일부 Ti원소를 산화물, 질화물과 같은 개재물을 형성하지 않으며 강력한 탄질화물 형성 원소인 Nb로 대체하므로 표면품질과 내입계 부식성을 향상시킴과 동시에 열연판 소둔공정의 생략을 가능하게 함으로서 에너지 절약효과와 제조공정단축에 의한 생산성향상효과 및 제조원가 절감효과를 가지는 내입계부식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강판을 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 희석정련법(AOD)으로 제조가 가능하도록 하기 위해서 C, N을 높이고 Al를 첨가하지 않는 대신 고온에서도 페라이트 단상이 되도록 Ti와 Nb를 복합첨가하여 (Ti+0.5Nb)/(C+N)값과 페라이트 인자값을 높이므로서 내입계 부식성 향상과 열연소둔공정의 생략을 가능하게 하였다.

본 발명에 의하면 중량%로 Cr : 10.5-13%, C : 0.030% 이하, N : 0.030% 이하, Si : 1.5% 이하, Mn : 1.0% 이하, Ti : 0.05-0.3%, Nb : 0.05-0.3%를 함유하며, 페라이트 인자식(Ferrite Factor. F.F.), F.F.=[Cr+6Si+8Ti+4Nb]-[40(C+N)+2Mn+4Ni] 13.5과 (Ti+0.5Nb)/(C+N) 6.5를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 스테인레스 슬라브를 1200-1250℃로 가열하고 마무리 압연온도를 900℃ 이상으로 하여 열간압연한 다음 열연소둔을 하지 않고 산세한 다음 냉간압연한후 850-980℃ 온도로 3-5분간 냉연소둔하는 내입계 부식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강판의 제조방법이 제공된다.

이하, 상기 성분의 수치 한정 이유 및 열처조건등에 대하여 설명한다. 상기 C는 강력한 오스테나이트 형성원소이며 Cr과 반응하여 입계에 탄화물을 형성하여 입계부식을 나타내므로 오스테나이트 변태 및 Cr 탄화물석출을 억제하기 위하여 0.03% 이하로 낮게 하는 것이 바람직하다.

상기 N은 C와 마찬가지로 강력한 오스테나이트 형성원소로서 0.03% 이하로 낮추는 것이 바람직하다.

상기 Cr은 페라이트 형성원소로서 함량증가와 함께 내식성이 향상되나 제조원가를 고려하여 13% 이하로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 페라이트 형성원소로서 함량증가와 함께 페라이트상의 안정성이 크게 되고 내산화성이 향상되나 1.0% 이상 첨가하면 취성을 띄게 되어 기계적 성질이 나빠지기 때문에 1.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 1.0% 이하로 제한하는 것이 바람직한데 그 이유는 1.0% 이상 첨가시 압연성이 나빠지기 때문이다.

상기 Ti은 탄화물 형성원소로서 Ti탄화물을 우선적으로 형성하여 Cr 탄화물의 석출을 억제시켜 내입계부식성을 향상시킬 뿐만 아니라 페라이트 형성원소이므로 함량 증가로 오스테나이트 변태를 억제시키고 내식성을 향상시키나 Ti 증가에 따라 제강 및 연주시 Ti산화물 및 질화물에 기인하여 표면품질을 나쁘게 하므로 0.3% 이하로 낮추는 것이 바람직하다.

상기 Nb는 Ti와 마찬가지로 강력한 탄화물 형성원소로서 Nb 탄화물을 형성하여 내입계 부식성을 향상시킬 뿐만 아니라 페라이트 형성원소이므로 함량증가로 오스테나이트 변태를 억제시키고 내입계 부식성을 향상시키며, Ti와는 달리 Nb증가에 따라 제강 및 연주시 Nb 산화물 및 질화물을 형성하지 않기 때문에 표면품질을 나쁘게 하지는 않지만 제조원가를 고려하여 0.3% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1의 합금성분을 갖는 강종을 25kg급 진공유도 용해로에서 용해하여 잉코트(ingot)를 제조하여 1230℃로 재가열한 후 열간압연하여 4㎜두께의 열연판을 제조하였다.

4㎜의 열연판을 종래 방법인 연속소둔조건(950℃, 5분)으로 열연소둔 열처리한 것(종래방법)과 본 발명에 의한 방법인 열처리 하지 않는 열연판을 1.5㎜까지 냉간압연한 다음 950℃에서 3분동안 냉연소둔열처리한(본 발명법)후 시편을 제작하여 조직관찰하고 그 결과를 제1도에 나타내었다.

제1a도에서 발명강 TN7을 상기한 본 발명법 및 종래방법에 따라 처리된 냉연소둔판 조직을 나타내고, 제1b도는 발명강 TN10을 상기한 본 발명법 및 종래방법에 따라 처리된 냉연판 소둔 조직을 나타내고, 제1c도는 비교강 TN2를 상기한 본 발명법 및 종래방법에 따라 처리된 냉연판 소둔 조직을 나타내고, 제1d도는 비교강 T3을 상기한 발명법 및 종래방법에 따라 처리된 냉연판 소둔조직을 나타낸다.

제1a도에서 및 제1b도에 나타낸 바와 같이, 발명강 TN 7, TN 10에 대해서 본 발명법으로 제조한 냉연소둔판의 조직과 종래 방법으로 제조한 냉연소둔판의 조직은 유사하며, 페라이트 단상조직을 나타내고 있음을 알 수 있다.

한편, 제1c도에서 알 수 있는 바와 같이 비교재 TN 2에 대해 본 발명법으로 제조한 냉연소둔판의 조직은 결정립이 불균일하며, 따라서 결정립 불균일에 의해 기계적 성질이 나빠지게 된다. 또한, 제1d도에서 알 수 있는 바와 같이, 비교재 T3의 조직은 페라이트와 마르텐사이트가 혼재되어 있는데, 마르텐사이트가 존재하게 되면 조직이 불균일하게 될 뿐만 아니라 내식성이 나빠지게 된다. 제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 조직이 페라이트단상인 발명강은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 페라이트 인자값(F.F.)이 13.5 이상인데 반하여 페라이트 인자값이 12.44인 비교강은 페라이트와 마르덴사이트상이 혼재하고 있음을 알 수 있다. 그러므로 냉연소둔판의 조직에 페라이트 단상이 되기 위해서는 페라이트 인자값(F.F.)이 13.5 이상이 되어야 한다.

[표 1]

[실시예 2]

하기표 2와 같이 조성되는 강을 상기 실시예 1의 본 발명법에 따라 제조하여 시편을 준비하였다.

본 발명법으로 제조한 페라이트계 스테인레스강의 주된 용도는 자동차 배기관용으로서 강관제조시 반드시 용접공정을 거치게 된다. 본 발명법으로 제조한 스테인레스강의 품질특성 가운데 중요한 것중의 하나가 용접열영향부의 내입계 부식성이다.

따라서, 용접열영향부의 내입계 부식성을 평가하기 위해 1300℃에서 5초동안 용접열영향부 재현(Simulation) 열처리한 시편을 사용하여 황산동 입계부식시험(Copper-Copper Sulfate-30% Sulfuric Acid Test)을 실시하였다.

내입계부식성 평가는 ASTM A763Y 규격에 대해서 실험시험과 실험용액의 조성을 조정하여 예비실험을 행한 후 Copper-Copper Sulfate-30% Sulferic Acid 용액을 사용하여 3시간 동안 끓인 후 무게감량을 측정하여 MPY(㎜ Per Year)로 환산 입계부식도(Degree of Sensitization)로서 내입계부식성을 평가하였다.

MPY=25.4×12×(287×W)/(A×t×d)

W=무게감량(weight loss, g)

A=면적(area, ㎠)

t=노출시간(time of exposure, h)

d=밀도(density, 7.75g/㎤)

상기 내입계 부식성 평가 결과를 하기표 2에 나타내었으며, 하기 표 2의 시편중 비교강(TN 3 및 5) 및 발명강(TN 6 및 8-19)에 대한 결과치는 제2도에 도식적으로 나타내었다.

제2도에 나타난 바와 같이, (Ti+0.5Nb)/(C+N) 값이 5.54 이하인 비교강(TN 3 및 TN 5)인 입계부 식도가 커서 내입계부식성이 나빴으며, (Ti+0.5Nb)/(C+N) 값이 6.5 이상인 발명강(TN6, TN8, TN9 및 TN10)은 입계부식도가 낮아서 양호한 내입계 부식성을 나타내고 있다.

따라서, 양호한 내입계 부식성을 얻기 위한 (Ti+0.5Nb)/(C+N) 값은 6.5 이상이 되어야 한다는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교강(T2, 및 T5)인 Ti 첨가강의 입계 부식도에 비해 Ti+Nb를 복합 첨가한 발명강(TN6-10)의 입계부식도가 낮아서 양호한 내입계 부식성을 보여주고 있다.

Claims

중량%로 Cr : 10.5-13%, C : 0.030% 이하, N : 0.030% 이하, Si : 1.0% 이하, Mn : 1.0% 이하, Ti : 0.05-0.3%, Nb : 0.05-0.3%를 함유하며, 페라이트 인자식(Ferrite Factor. F.F.), F.F.=[Cr+6Si+8Ti+4Nb]-[40(C+N)+2Mn+4Ni] 13.5과 (Ti+0.5Nb)/(C+N) 6.5를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 스테인레스 슬라브를 1200℃-1250℃로 가열하고 마무리 압연온도를 900℃ 이상으로 하여 열간압연한 다음 열연소둔을 하지 않고 산세한 다음 냉간압연한후 850-980℃ 온도로 3-5분간 냉연소둔시킴을 특징으로 하는 내입계 부식성이 우수한 페라이트계 스테인레스강판의 제조방법.