KR970009091B1 - 고 파쇄저항성 스텐레스 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

고 파쇄저항성 스텐레스 강판 및 그 제조방법
제1도는 Al2O3-MnO-SiO2의 3-성분계의 상평형도에 본 발명의 개재물 조성의 영역을 도시하는 다이어그램이다.
제2도는 1.0% 온세트 응력 측정과정을 도시하는 그래프이다.
제3도는 소형 펀치시험장치의 일반적인 어셈블리를 도시하는 도면이다.
제4도는 펀치시험가공의 측정과정을 도시하는 도면이다.
제5도는 196N/㎟(20kgf/㎟) 이상의 1.0% 온세트 응력의 이방성 차의 조건하에서 본 발명의 파쇄특성에 대한 1.0% 온세트 응력 및 펀치시험가공의 효과를 도시하는 도면이다.
제6도는 196N/㎟(20kgf/㎟) 이상의 1.0% 온세트 응력의 이방성차의 조건하에서 본 발명의 파쇄특성에 대한 1.0% 온세트 응력 및 펀치시험가공의 효과를 도시하는 도면이다.
제7도는 본 발명의 파쇄 특성에 대한 1.0% 온세트 응력 및 마르텐사이트 양의 효과를 도시하는 도면이다.
본 발명은 파쇄저항성을 갖는 스텐레스 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 잉곳을 예를들면, 웨이퍼로 슬라이스하는데 사용되는 안지름 톱날의 기판으로서 사용되는 스텐레스 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
지금까지는, 안지름 톱날기판용 기본재료로서, 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강 및 석출경화형(PH)스텐레스 강이 주로 사용되어 왔다.
전형적으로 SUS 301 및 SUS 304를 대표하는 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강은 어닐링후의 냉간가공에 의한 가공경화에 의해 마르텐사이트 상을 생성시키고 시효처리를 의해 고 강도를 얻을 수 있다.
JP-B-2-44891(여기서, JP-B- 용어는 일본국 특허공고를 뜻함)에는 이런 종류의 강의 기법에 대해 개시하고 있다. 이 기술에 따르면, 소망하는 오스테나이트상의 안전성을 얻도록 조성을 조절한 강판은 40%이상의 압하율로 템퍼롤링, 0.8 이상의 제1냉간압연/제2냉간압연의 비율로 다듬질 냉간압연 이전에 제1 및 제2냉간압연된다. 이러한 공정은 130kgf/㎟이상의 인장강도 및 강도(0.2% 내력)의 최소 면 이방성을 얻으므로써 텐셔닝(tensioning)시 강의 평면도를 향상시키기 위해서이다.
석출경화형 스텐레스 강의 전형적인 예로는 SUS 631이다. 어닐링 후의 강이 냉간가공 또는 서브제로 처리에 의해, 마르텐사이트 단상 조직 또는 오스테나이트상 및 마르텐사이트상의 2상 조직으로 되며, 연속적인 시효처리에 의해 석출경화되어 고 강도가 얻어진다. 이러한 종류의 강은 JP-A-61-295356 및 JP-A-63-317628에 개시되어 있다(JP-A는 일본국 특허공개를 뜻함). 이 특허공보에 의하면, Si 및 Cu의 첨가에 의한 석출경화로 고 경도, Hv=580를 얻을 수 있고, 고 균열발생응력이 달성되며, 텐셔닝성이 향상된다.
안지름 톱날은 슬라이스된 웨이퍼의 표면질을 향상시키고 잉곳의 절단손실을 최소화하기 위해 그 평면도를 확보하는 것이 필요하다. 또한, 안지름 톱날의 진원도는 슬라이스시에 톱날파쇄를 최소화하도록 날에 대한 국부적인 응력도를 억제하기 위해 필요하다. 또한, 안지름 톱날의 강성을 향상시키기 위해서는, 슬라이스시 원주방향으로 날에 인장응력을 가한다(이후에, 간단히 텐셔닝이라 언급됨). 특히, 잉곳의 절단손실을 감소시키도록 날의 강성을 증대시키므로써 날의 진동을 감소시키는 것은 생산성을 향상시키는데 필수수단이 되었다. 따라서, 텐셔닝 단계시 원주방향으로 약 1.0%의 높은 변형을 가하므로써 매우 높은 강성을 갖는 날을 제공하는 것이 필요하다.
그러나, 종래의 스텐레스 강으로 된 날은 충분한 텐셔닝을 얻기 이전에 종종 파쇄되며, 양호한 텐셔닝성을 갖는 날의 경우에도 슬라이스 작업시 파쇄된다는 단점이 있다.
JP-B-2-44891에 있어서, 강도의 면이방성은 고려되었지만 파쇄특성은 전혀 고려되지 않았다. JP-A-61-295356 및 JP-A-63-317628에서, 텐셔닝 이전의 강도는 어느 정도까지 향상되었지만, 텐셔닝이후의 슬라이스시의 파쇄는 전혀 고려되지 않았다. 두 기술의 경우에 있어서, 텐셔닝시 약 1.0%의 높은 변형하에서는 파쇄저항성이 향상되지 않았다.
실제로, 상술한 세가지 종래의 기술에 사용된 스텐레스 강판은 고인장강도를 부여하지만, 1.0% 변형(이하, 간단히 1.0% 온세트 응력으로 언급됨)이 가해졌을 때 변형응력이 저하되거나, 또는 인성이 저하된다.
따라서, 이러한 재료로 된 안지름 톱날은 텐셔닝시 종종 파쇄되며, 양호한 텐셔닝성을 갖더라도 슬라이스 작업시 파쇄된다.
본 발명의 목적은 고 파쇄저항성을 갖는 스텐레스 강판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 : 스텐레스 강에 불가피하게 잔존하는 A2l3O, MnO, 및 SiO2의 비금속 개재물로 구성되며; 비금속 개재물은 Al2O3-MnO-SiO2의 3-성분계의 상평형도에서 중량%로 나타낸 하기의 9개 점으로 한정된 영역에 위치하는 조성을 가지며,
점 1(Al2O3: 21wt.%, MnO : 12wt.%, SiO2: 67wt.%),
점 2(Al2O3: 19wt.%, MnO : 21wt.%, SiO2: 60wt.%),
점 3(Al2O3: 15wt.%, MnO : 30wt.%, SiO2: 55wt.%),
점 4(Al2O3: 5wt.%, MnO : 46wt.%, SiO2: 49wt.%),
점 5(Al2O3: 5wt.%, MnO : 68wt.%, SiO2: 27wt.%),
점 6(Al2O3: 20wt.%, MnO : 61wt.%, SiO2: 19wt.%),
점 7(Al2O3: 27.5wt.%, MnO : 50wt.%, SiO2: 22.5wt.%),
점 8(Al2O3: 30wt.%, MnO : 38wt.%, SiO2: 32wt.%),
점 9(Al2O3: 33wt.%, MnO : 27wt.%, SiO2: 40wt.%);
상기 냉동실 강판은 155kgf/㎟이상의 1.0% 온세트 응력을 가지며, 1.0% 온세트 응력은 강판이 1.0%변형될 때의 변형응력이며;상기 스텐레스 강판은 196N/㎟(20kgf/㎟)이하의 1.0% 온세트 응력의 이방성 차를 가지며, 이방성 차는 압연방향 및 압연방향과 교차하는 방향에서의 1.0% 온세트 응력차의 절대치이며; 상기 스텐레스 강판은 최소한 0.24J(25kgf·mm)의 펀치시험가공하중을 갖는 고 파쇄저항성 스텐레스강판을 제공한다.
또한, 본 발명은 : 0.01-0.2wt.% C, 0.1-2wt.% Si, 0.1-2wt.% Mn, 4-11wt.% Ni, 13-20wt.% Cr, 0.01-0.2wt.% N, 0.0005-0.0025wt.% sol.Al, 0.002-0.013wt.% O, 0.08-0.9wt.% Cu, 0.009wt.% 이하의 S, 및 Fe 및 불가피한 불순물의 잔여부로 구성되는 스텐레스 강 스트립을 준비하며, 상기 불가피한 불순물은 Al2O3-MnO-SiO2의 3-성분계의 상평형도에서 중량%로 나타낸 하기의 9개 점으로 한정된 영역에 위치 하는 조성을 갖는 비금속 개재물로서 잔존하며,
점 1(Al2O3: 21wt.%, MnO : 12wt.%, SiO2: 67wt.%),
점 2(Al2O3: 19wt.%, MnO : 21wt.%, SiO2: 60wt.%),
점 3(Al2O3: 15wt.%, MnO : 30wt.%, SiO2: 55wt.%),
점 4(Al2O3: 5wt.%, MnO : 46wt.%, SiO2: 49wt.%),
점 5(Al2O3: 5wt.%, MnO : 68wt.%, SiO2: 27wt.%),
점 6(Al2O3: 20wt.%, MnO : 61wt.%, SiO2: 19wt.%),
점 7(Al2O3: 27.5wt.%, MnO : 50wt.%, SiO2: 22.5wt.%),
점 8(Al2O3: 30wt.%, MnO : 38wt.%, SiO2: 32wt.%),
점 9(Al2O3: 33wt.%, MnO : 27wt.%, SiO2: 40wt.%)
스텐레스 강판에, 어닐링-피클링-제1냉간압연(CR1)-제1중간어닐링-제2냉간압연(CR2)-제2중간어닐링-제3냉간압연(CR3)-최종 어닐링-제4냉간압연(CR4)-저온 열처리 공정을 실시하며; 상기 제1냉간압연, 상기 제2냉간압연, 및 상기 제3냉간압연의 압하율을 각각 30-60%로 하며; 상기 제4냉간압연의 압하율을 60-76%, 제4냉간압연의 패스당 압하율을 3-15%로 하며; 상기 제1어닐링, 제2어닐링 및 최종 어닐링의 어닐링 온도를 각각 950-1100℃로 하며; 상기 저온 열처리는 0.1-300초 동안 300-600℃의 온도에서 실시되며; 상기 최종 어닐링 및 저온 열처리는 H270vol.% 이상을 함유하는 비산화성 대기에서 실시되는 단계로 구성되는 고 파쇄저항성 스텐레스 강판 제조방법을 제공한다.
본 발명자들은 영계수, 약 1.0%변형하에서의 변형응력, 면이방성 차, 강성, 및 조성 및 제조 조건과 같은 기계적 성질의 최적화에 대해 일련의 광범위한 연구를 하여, 양호한 텐셔닝성과 함께 고 파쇄저항성, 텐셔닝 단계 및 슬라이싱 단계하에서의 고 파쇄저항성을 보여주는 스텐레스 강판에 대해 하기의 사실을 알아냈다.
(1) 날의 텐셔닝 및 슬라이싱 단계시에 파쇄저항성을 향상시키기 위해서는, 파쇄원인이 되는 비금속 개재물의 두께 및 양의 감소, 및 고 연성을 갖는 개재물의 도입이 효과적인 방법이다. 이를 위해서는, 강에 불가피하게 잔존하는 비금속 개재물의 조성이 Al2O3, MnO 및 SiO2를 포함하고, 이들 개재물이 Al2O3-MnO-SiO2의 3-성분계의 상평형도에 주어진 9개 점(1-9)으로 둘러싸인 영역에 위치하는 것이 필요하다.
(2) 텐셔닝시 파쇄저항성을 향상시키기 위해서는, 강성 및 텐셔닝을 조절하는 영계수의 최적화 및 (1)에 기술된 비금속 개재물의 조절이 요구된다. 즉, 0.24J(25kgf·mm) 이상의 펀치시험가공하중(펀치시험에서의 소성변형 가공하중)이 요구되며, 영계수가 166,600N/㎟(17,000kgf/㎟) 이상인 것이 바람직하다.
(3) 날을 이용한 슬라이스 작업시 파쇄저항성을 향상시키기 위해서는, 1.0% 온세트 응력, 1.0% 온세트 응력의 면이방성, 및 강성의 균형에 대한 최적화가 (1)에 기술된 비금속 개재물의 조절과 함께 요구된다. 즉, 1.0% 온세트 응력이 1520N/㎟(155kgf/㎟) 이상이고, 1.0% 온세트 응력이 이방성 차(압연방향으로의 1.0% 온세트 응력과 압연방향의 측방향으로의 1.0% 온세트 응력 사이의 차의 절대치)가 196N/㎟(20kgf/㎟) 이하이며, 펀치시험가공하중이 0.24J(25kgf·mm) 이상인 것이 필요하다.
(4) 상술한 재료특성을 갖는 스텐레스 강판이 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강판으로 제조된 경우에는, (1)에 기재된 비금속 개재물을 조절하고, 특정 조성하에서 마르텐사이트 양을 최적화하고, 유효입도를 최소화하여 균일화하는 것이 필요하다. 구체적으로, 스텐레스 강판으로 제조된 안지름 톱날은 40-90%의 마르텐사이트양을 포함해야 하며, 상술한 조성으로 구성된 스텐레스 강 스트립은 어닐링, 피클링, 제1냉간압연, 중간 어닐링, 제2냉간압연, 중간 어닐링, 제3냉간압연, 최종 어닐링, 제4냉간압연, 및 저온 열처리를 포함하는 제조공정이 실시된다. 이러한 공정에 있어서, 하기의 조건이 충족되어야 한다. 제1, 제2 및 제3냉간압연의 압하율이 각각 30-60%이며; 제4냉간압연(템퍼롤링)의 압하율이 60-76%이며 패스당 압하율(패스 횟수로 나눈 제4냉간압연의 압하율)이 3.0-15%이며; 최종 어닐링 및 저온 열처리가 70vol%이상의 H2를 함유하는 비 산화성 대기하에서 실시되며; 중간 및 최종 어닐링이 950-1150℃의 범위에서 실시되며; 시효처리가 1-300초간 실시된다.
다음은 각각의 조건을 한정한 이유를 설명하고자 한다.
안지름 톱날기판용 기본 재료는 예를 들면, Si 잉곳의 슬라이스시 충분한 내식성을 갖기 때문에 스텐레스 강으로 구성되는 것이 필요하다. 안지름 톱날용 기본재료가 매우 얇은 판(통상, 0.3m 이항의 두께)이므로, 파쇄저항성을 향상시키기 위해서는 파쇄원인이 되는 비금속 개재물의 두께 및 양을 줄이고 개재물을 고 연성을 갖게 하는 것이 효과적이다. 구체적으로, Al2O3, MnO, 및 SiO2을 함유하는 불가피한 비금속 개재물의 조성이 제1도의 Al2O3-MnO-SiO2의 3-성분계의 상평형도에서 중량%로 나타낸 하기의 9개 점을 연결하는 선으로 둘러싸인 영역에 포함되는 것이 필요하다.
점 1(Al2O3: 21wt.%, MnO : 12wt.%, SiO2: 67wt.%),
점 2(Al2O3: 19wt.%, MnO : 21wt.%, SiO2: 60wt.%),
점 3(Al2O3: 15wt.%, MnO : 30wt.%, SiO2: 55wt.%),
점 4(Al2O3: 5wt.%, MnO : 46wt.%, SiO2: 49wt.%),
점 5(Al2O3: 5wt.%, MnO : 68wt.%, SiO2: 27wt.%),
점 6(Al2O3: 20wt.%, MnO : 61wt.%, SiO2: 19wt.%),
점 7(Al2O3: 27.5wt.%, MnO : 50wt.%, SiO2: 22.5wt.%),
점 8(Al2O3: 30wt.%, MnO : 38wt.%, SiO2: 32wt.%),
점 9(Al2O3: 33wt.%, MnO : 27wt.%, SiO2: 40wt.%)
비금속 개재물의 Al2O3, MnO, 및 SiO2사이의 조성비를 특정범위내로 규정하므로써, 파쇄저항성이 향상된다.
상기에서 규정된 개재물의 조성을 얻기 위해서는, 50% 이하의 CaO를 포함하는 MgO-CaO로 제조된 레이들 및 [CaO]/[SiO2]=1.0-4.0, 3% 이하의 Al2O3, 15% 이하의 MnO, 및 30-80% CaO를 함유하는 CaO-SiO2-Al2O3슬랙이 탭핑후에 레이들 리파이닝에 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명자들은 안지름 톱날로서 사용되는 스텐레스 강판에 대하여, 영계수, 1.0% 온세트 응력, 및 펀치 시험가공하중이 파쇄저항성의 중대한 요소라는 것을 알아냈다.
제2도는 1.0% 온세트 응력의 측정방법을 예시한다. 응력-변형 다이어그램에서, 1.0% 변형에 대한 변형응력은 1.0% 온세트 응력이라 한다. 상술한 바와 같이, 안지름 톱날은 잉곳 슬라이스 하중 뿐만 아니라 텐셔닝 조건하에서 원주방향으로의 1.0% 변형크기에 상당하는 높은 인장응력을 받기 쉽다. 따라서, 1.0% 온세트 응력 평가는 파쇄저항성을 특정하는데 효과적이다.
제3도는 펀치시험가공의 측정방법을 예시한다. 이러한 과정에서, 10㎟ 크기를 갖는 박판의 시험편을 도면에 도시된 바와 같이 지그에 부착되어 있으며, 벌지시험은 인스트론(Instron)형 시험기를 사용하여 샘플상에 2.4mm 직경의 강구를 올려서 실시된다. 제4도에 도시된 하중-변형곡선으로부터, 샘플이 파쇄될 때까지 샘플에 가해진 펀치하중과 펀치깊이(도면에서 절취된 영역)의 곱이 얻어지는데, 이는 소성변형에 대한 가공하중지수로서 사용되며 펀치시험가공이라 불리운다. 펀치시험가공하중은 1.0% 온세트 응력과 함께 파쇄저항성을 평가하는데 유효한 것으로 밝혀졌다.
제3도 및 제4도는 파쇄저항성에 대한 1.0% 온세트 응력 및 펀치시험가공의 효과를 도시한다. 제5도는 196N/㎟(20kgf/㎟) 이하의 1.0% 온세트 응력의 이방성 차에 대하여 도시한다. 제5도 및 제6도는 166,000N/㎟(17,000kgf/㎟) 이상의 영계수를 갖고 양호한 텐셔닝을 주는 재료만을 도시한다. 영계수는 텐셔닝으로 인한 날에 가해진 인장력 크기를 변화시키며, 166,600N/㎟(17,000kgf/㎟) 이상의 영계수는 양호한 텐셔닝성을 얻는데 필요하다. 영계수가 17,000kgf/㎟이하일 경우에는 텐셔닝은 날에 가해지는 인장력이 크게 증가되는 것을 요하며, 이는 파쇄저항성을 저하시킬 것이다.
제5도에 따라, 25kgf·mm 이하의 펀치시험가공하중 범위내에서, 재료가 텐셔닝시 파쇄되었다. 한편, 0.24J(25kgf·mm) 이상의 펀치시험가공하중 및 1520 N㎟ (155kgf/㎟) 이하의 1.0% 온세트 응력에서, 슬라이싱시에 파쇄가 일어났다. 0.24J(25kgf·mm) 이상의 펀치시험가공하중 및 1520N/㎟ (155kgf/㎟) 이상의 1.0% 온세트 응력에서는 텐셔닝은 물론 슬라이싱시에도 재료가 파쇄되지 않았다.
제6도에 도시된 바와 같이, 196N/㎟(20kgf/㎟) 이상의 1.0% 온세트 응력의 이방성 차를 갖는 모든 재료는 파쇄되었다. 이방성 차가 크면 렌셔닝에 의해 원주방향으로 인장력 차가 증가한다. 그 결과, 비균일한 인장력으로 날면이 슬라이싱시 파쇄된다. 따라서, 기본재료의 강도에 대한 면이방성차는 가능한 작은 것이 바람직하다. 제5도에 도시된 바와 같이, 1.0% 온세트 응력의 이방성차가 196N/㎟(20kgf/㎟) 이하로 유지되는 경우에는 특정펀치시험가공하중 및 1.0% 온세트 응력에서 우수한 파쇄저항성이 얻어진다.
상술한 설명으로부터, 본 발명은 1.0% 온세트 응력이 1520N/㎟(155kgf/㎟) 이상, 1.0% 온세트 응력의 이방성 차가 196N/㎟(20kgf/㎟) 이하, 펀치시험가공하중이 0.24J(25kgf㎟·mm) 이상으로서, 텐셔닝 또는 슬라이싱시에 기재가 파쇄되는 것을 방지하는데 필요한 기계적 성질을 규정하고 있다. 0.24J(25kgf·mm)이상의 펀치시험가공하중 조건이 우수한 텐셔닝을 주더라도, 수 천번의 잉곳 슬라이스 실시를 감안할 때 파쇄저항성을 더욱 더 향상시키기 위해서는 펀치시험가공하중이 0.34J(35kgf·mm) 이상인 것이 바람직하다.
준안정 오스테나이트계 스텐레스 강은 상술한 안지름 톱날기판용 스텐레스 강판의 기재로서 사용되는 스텐레스 강의 일종이다. 다음은 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강의 조성 및 가공생산의 조건, 및 그 한정이유에 대해 설명한다.
각 성분들은 함량으로 규정되어 있다.
탄소는 오스테나이트 상을 생성시키고, δ-페라이트 생성을 억제하고 마르텐사이트 상의 고용체를 강화시키는 원소이다. 그러나, C 농도가 0.01wt.% 이하이면 충분한 효과를 나타내지 못하며, C 농도가 0.20wt.% 이상일 때에는 Cr 카바이드가 석출하여 내식성 및 인성이 저하된다. 따라서, C 함량은 0.01-0.20wt.%로 규정된다.
망간도 오스테나이트상의 생성원소로서, 고용화 열처리에 의해 오스테나이트 단상을 생성하고 탈산하기 위해 0.1wt.% 이상의 Mn 함량이 요구된다. 그러나, Mn 함량이 2.0wt.%를 초과하면, 오스테나이트 상은 지나치게 안정화되어 마르텐사이트 상의 생성을 극도로 억제한다. 따라서, Mn 함량은 0.1-2.0wt.%로 규정된다.
니켈은 효과적인 오스테나이트 생성원소로서, Ni 함량이 4.0wt.% 이하이면, 오스테나이트 단상이 어닐링후에 나타나지 않으며, 반면에, Ni 함량이 11wt.% 이상이면, 오스테나이트 상이 지나치게 안정화하기 때문에 마르텐사이트상의 생성이 극도로 억제된다. 따라서, Ni 함량 범위는 4.0-11wt.%로 규정된다.
크롬은 스텐레스 강의 필수원소로서, 충분한 내식성을 얻기 위해서는 13.0wt.% 이상이 필요하다. 그러나, Cr 함량이 20.0wt.% 이상이면, 고온에서 δ-페라이트 상이 다량 형성되므로, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Cr 함량 범위는 13.0-20.0wt.%로 규정된다.
질소는 오스테나이트 생성원소로서, 마르텐사이트 상의 고요체를 강화시킨다. N 함량이 0.01wt.% 이하 이면 효과적이지 않고, 0.20wt.% 이상이면 주조시 기공이 형성되므로, N 함량은 0.01-0.20wt.% 범위로 규정된다.
알루미늄(Sol.Al)은 비금속 개재물의 수 및 조성을 결정하는 원소로서, Sol.Al 함량이 0.0005wt.% 이하이면, 용강의 산소함량이 0.013wt.%을 초과하여, 높은 함량의 MnO을 갖는 개재물 및 Cr2O3와 같은 높은 비점을 갖는 개재물이 다량 형성되어 강의 열간 가공성을 저하시키고 날의 파쇄확률을 증가시킨다. 한편, Sol.Al 함량이 0.0025wt.%를 초과하면, 용강의 O 함량은 0.002wt.% 이하가 되고, 개재물의 수는 감소된다. 그러나, 후자의 경우에는, Al2O3을 다량 함유하는 개재물이 나타나, 표면결함을 유발하고 날의 파쇄확률을 높인다. 따라서, 제1도에 도시된 바와 같이 저 융점에서 열간 연신성이 잇는 Al2O3-MnO-SiO2계 비금속 개재물을 강에 함유시키고, 개재물의 두께를 얇게 하고, 개재물의 수를 감소시키도록, Sol. Al 함량은 0.0005-0.0025wt.% 범위로 규정되는 것이 필요하며, O 함량은 0.002-0.013wt.% 범위로 규정된다.
구리는 부동태피막을 강화시키고 안지름 톱날로서 사용하기에 필요한 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Cu 함량이 0.08wt.% 이하이면 충분한 효과를 나타내지 못하며, 0.90wt.% 이상이면, 과잉효과를 나타내고 Cu가 오스테나이트 상에 완전히 흡장되어 있지 않기 때문에 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Cu 함량 범위는 0.08-0.90wt.%로 규정된다.
실리콘은 오스테나이트 상 및 마르텐사이트 상의 고용체를 강화시키는 원소로서, Si 함량이 0.1wt.% 이하이면 충분한 효과를 나타내지 못하고, 2.0wt.% 이상이면, δ-페라이트 상이 형성되어 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Si 함량 범위는 0.1-2.0wt.%로 규정된다.
황은 MnS와 같은 개재물을 생성시키며, 이 개재물은 날의 파쇄원인이 된다. 특히, S 함량이 0.0090wt.%이상이면 인성이 저하되어 파쇄확률이 증가한다. 따라서, S 함량의 상한치는 0.0090wt.%로 규정된다.
본 발명의 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강판은 황화물 형상을 제어하고 열간 가공성을 향상시키기 위해서 Ca 및 회토류 금속(REM)을 적정량 함유할 수 있으며, 또한 상술한 성분이외에도 열간 가공성을 향상시킬 목적으로 B 또는 다른 원소를 함유할 수 있다. 이러한 원소첨가로 본 발명의 기본 특성에는 영향을 미치지는 않는다.
본 발명자들은 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강의 경우에 1.0% 온세트 응력을 증가시키는 재료요소에 대해 상세히 연구한 결과, 상술한 조건하에서 마르텐사이트 상의 양의 최적화가 필요하다는 것을 알아냈다. 제7도는 파쇄저항성에 대한 1.0% 온세트 응력 및 마르텐사이트양의 효과를 도시한다. 제7도는 1.0% 온세트 응력의 이방성 차, 영계수, 및 편치시험가공하중의 적정조건을 만족시키는 재료만을 도시한다. 제7도에 따라, 1.0% 온세트 응력이 1520N/㎟(155kgf/㎟) 이상이 되도록, 마르텐사이트양은 냉간압연조건 및 시효처리조건을 최적화하여 40% 이상으로 하는 것이 필요하다. 한편, 마르텐사이트 양이 90% 이상일 경우에는 펀치시험가공은 상당히 감소되며 텐셔닝시 파쇄확률은 극도로 증가한다. 따라서, 안지름 톱날에 사용되는 판두께의 마르텐사이트 함량은 40-90%로 규정된다. 제7도에서, 마르텐사이트 양이 40-90%이고, 1.0% 온세트 응력이 1520N/㎟(155kgf/㎟) 이하인 재료는 후술되는 비교재료 No.19 및 No.22이다.
상술한 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강 박판의 제조방법에 대해 기술한다. 상술한 화학조성을 갖는 스텐레스 강 스트립은 하기와 같은 일련의 처리공정을 거친다.
어닐링 및 피클링-제1냉간압연-중간 어닐링-제2냉간압연-중간 어닐링-제3냉간압연-70vol.% 이상의 H2을 함유하는 비산화성 대기하에서의 최종 어닐링-제4냉간압연-70vol.% 이상의 H2을 함유하는 비산화성 대기하에서의 저온 열처리.
반복되는 냉간압연 및 어닐링 사이클로 인해 어닐링시마다 미세한 재결정 조직이 형성되고, 몇가지 경우에는 템퍼롤링(제4냉간압연)후에 마르텐사이트 상이 매우 미세하게 되어 매우 미세한 카바이드 입자의 균일한 분산을 촉진시킨다. 그 결과, 1.0% 온세트 응력 및 펀치시험가공이 향상되고 조직이 불균일하게 되어, 1.0% 온세트 응력의 이방성 차가 작아지게 된다. 따라서, 냉간압연 및 어닐링 사이클은 반복횟수가 많은 것이 바람직하나, 지나치게 반복되면 생산공정이 번잡해지고 효과가 지나치게 되므로, 냉간압연 및 어닐링 사이클의 반복횟수를 3회로 하고, 이어서 템퍼롤링(제4냉간압연)을 실시한다.
제1냉간압연, 제2냉간압연 및 제3냉간압연의 압하율이 각각 30% 이하인 경우에는 어닐후링의 혼합 조직으로 인해 불균일한 재질이 얻어진다. 이들 냉간압연의 압하율이 60% 이상일 경우에는 입자크기를 최소화하는 효과가 포화되고 조직이 지나치게 강화되어 면 이방성이 증가되고, 압연하중이 증가되어 작업성이 저하된다. 따라서, 제1냉간압연, 제2냉간압연, 및 제3냉간압연의 압하율을 30-60% 범위로 선택한다.
리파이닝롤링, 또는 제4냉간압연의 압하율을 60-76%로 선택하는 이유는 특히 마르텐사이트 양을 40-90wt.%로 하여 1.0% 온세트 응력을 향상시키는데 있다. 압하율이 60% 이하일 경우에는, 마르텐사이트양은 40% 이하로 되고 영계수 또는 1.0% 온세트 응력은 불충분한 수준으로 된다. 한편, 압하율이 76%를 초과하는 경우에는 마르텐사이트양은 90%를 초과하고 영계수 및 1.0% 온세트 응력은 증가하나, 펀치시험가공은 감소되어, 강도와 인성 사이의 효과적인 균형을 이룰 수 없다.
템피롤링시의 패스당 압하율(리파이닝롤링의 압하율을 패스수로 나누어서 결정된 압하율)이 3.0% 이하인 경우에는 펀치시험가공은 감소되고 작업비용은 압연횟수의 증가로 증대된다. 압하율이 15%를 초과하는 경우에는, 1.0 온세트 응력의 이방성 차가 증대되고 재질의 불균일성으로 인해 펀치시험가공이 감소된다. 따라서, 리파이닝롤링시의 패스당 압하율은 3.0-15%로 규정된다.
저온 열처리는 1.0% 온세트 응력 및 다른 특성을 향상시키도록 실시된다. 300℃ 이하의 저온 열처리는 불충분한 효과를 주며, 1.0% 온세트 응력을 향상시키지 않는다. 한편, 600℃ 이상의 저온 열처리의 온도는 역변태 오스테나이트 상을 상당량 산출시키므로 1.0% 온세트 응력 및 다른 특성을 저하시킨다. 따라서, 저온 열처리의 온도는 300-600℃로 규정된다. 규정온도범위에서의 시효처리시간에 관해서는, 1초보다 짧으면 불충분한 효과를 나타내며, 1.0% 온세트 응력의 향상을 기대할 수 없다. 300초 이상의 저온 열처리 시간도 특성을 향상시키지 못한다. 특히, 600℃ 가까이의 온도구역에서는 역변태 오스테나이트 상이 상당량 형성되어 1.0% 온세트 응력 및 다른 특성을 저하시킨다. 따라서, 저온 열처리의 시간은 1-300초로 규정된다. 400-500℃의 온도범위에서 2-15초간 저온 열처리를 실시하므로써 특성향상을 기대할 수 있다.
최종 어닐링 또는 저온 열처리가 산화성 대기에서 실시되는 경우에는 피클링 단계가 요구된다. 피클링은 판표면상에 결정입계 부식을 유발시키며 이러한 부식현상으로 판이 필요한 파쇄저항성 및 내식성을 얻는 것이 방해된다. 이러한 열처리가 70vol.% 이하의 H2를 함유하는 비 산화성 대기에서 실시되는 경우엔냉간 압연, 침전물이 판표면상에 나타나서, 강판이 필요한 정도의 파쇄저항성 및 내식성을 얻는데 방해된다. 따라서, 최종 어닐링 및 저온 열처리는 70vol.% 이상의 H2를 함유하는 비산화성 대기에서 실시되어야 한다.
상술한 조건을 따르므로써, 고 강도, 안정한 재질과 함께 매우 낮은 파쇄가능성, 작은 면이방성 차 및 인성을 갖는 안지름 톱날기판용 스텐레스 강판이 제조된다.
본 발명의 안지름 톱날기판용 스텐레스 강판은 준안정 오스테나이트계 스텐레스 강 이외에, 마르텐사이트계 PH 스텐레스 강, 오스테나이트계 PH 스텐레스 강, 준안정 오스테나이트계 PH 스텐레스 강을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 안지름 톱날기판용 스텐레스 강판을 제조하는 기본강판은 얇은 주조판 및 이 주조판으로 제조된 강판을 사용할 수도 있다.
[예]
표 1에 나타낸 조성을 갖는 강을 용융하여 잉곳을 형성시켜서 슬랩빙으로 처리한 다음에, 열간압연하여 스트립을 제조하였다. A-H강은 본 발명의 강이고, I-M강은 비교예의 강이다. I, J, L, 및 M 이외의 모든 강은 탭핑후의 레이들 리파이닝시에 50% 이하의 CaO을 포함하는 MgO-CaO 내화물로 제조된 레이들을 사용하고, [CaO]/[SiO2]=1.0-4.0(wt.%), 3% 이하의 Al2O3, 15% 이하의 MgO, 30-80% CaO의 CaO-SiO2-Al2O3계 조성을 갖는 슬랙을 사용하여 제조되었다. 이러한 조건하에서는, 나타난 주 개재물은 1400℃이하의 융점을 갖는 Al2O3-MgO-SiO2계이었다. 한편, 다량의 S를 함유하는 강(K)은 Al2O3-MgO-SiO2계의 개재물이 1400℃이하의 융점을 나타내지만 아주 많은 양의 황화물을 포함하고 있었다.
표 2 및 표 3에 주어진 제조조건에 의해, 각각의 온세트 응력 강 스트립이 재료 No.1-No.29로 제조되었다. 이들 중, 재료 No.1-No.15는 본 발명의 재료이며, No.16-No.29는 비교재료이다. 본 발명의 재료로서 강(A)-강(H)로 제조된 재료 No.1-No.15는 저 융점 및 양호한 열간 연신성을 갖는 비금속 개재물을 함유하고 있어서, 개재물이 압연방향으로 잘 퍼지게 되고, 개재물 대부분은 5㎛ 이하의 얇은 형태로 되어 있었다. 표 4-표 6은 재료 No.1-No.29의 마르텐사이트 양, 기계적 성질, 및 파쇄저항성을 도시한다.
표 4-표 6에 사용된 면 경도차, 이방성 차, 펀치시험가공하중, 및 파쇄저항성의 정의는 하기에 기재되어 있다.
면 강도차는 날면내에서의 최대 경도와 최소 경도 사이의 차에 대한 절대치이다.
이방성 차는 압연방향으로의 1.0% 온세트 응력과 압연방향과 교차하는 방향의 1.0% 온세트 응력 사이의 차에 대한 절대치이다.
편치시험가공하중은 소형 펀치 시험기의 파쇄에 이르기까지의 소형변형 가공하중이다. 가공하중은 하중(kgf)에 펀치깊이(mm)를 곱한 것이다.
파쇄저항성은 양호한 텐셔닝성을 부여하는 날만을 사용한 슬라이싱 시험에 의해 결정된다. 파쇄되지 않은 날은○으로 표시되고, 파쇄확률이 높은 날은×로 표시된다.
본 발명의 예인 재료 No.l-No.15는 1520N/㎟(155kgf/㎟) 이상의 1.0% 온세트 응력, 196N/㎟(20kgf/㎟) 이하의 1.0% 온세트 응력의 이방성차, 0.24J(25kgf/mm) 이상의 펀치시험가공하중, 166,600N/㎟(17,000kgf/㎟) 이상의 영계수를 나타내었다. 이들 재료로 제조된 안지름 톱날은 텐셔닝 단계 및 슬라이싱 단계시에 파쇄되지 않는 양호한 텐셔닝성을 나타냈다. 이러한 본 발명의 재료는 안정한 재료성질을 부여하며, 날면내에서의 최대 경도와 최소 경도 사이의 차가 매우 작았다. 한편, 재료 No.16-No.29의 비교재료는 몇 가지 기계적 성질이 우수하지 못하므로, 이들 재료로 제조된 안지름 톱날은 텐셔닝 단계시 또는 슬라이싱 단계시에 파쇄되었다.
상술한 비교예 중에서, 재료 No.16은 템퍼롤링시 패스당 압하율이 양호하지 못하였고, 낮은 펀치시험가공하중을 나타냈으며, 텐셔닝시 파쇄되기 쉬웠다.
재료 No.17은 템퍼롤링시 고 압하율을 나타내었고, 1.0% 온세트 응력의 이방성 차가 컸으며, 텐셔닝시파쇄되기가 쉬웠다.
재료 No.18은 템퍼롤링시 저 압하율을 나타내었고, 소량의 마르텐사이트를 포함하고 있어서, 양호하지 못한 영계수 및 1.0% 온세트 응력을 나타내었으며, 슬라이싱시 파쇄되려 했다.
재료 No.19는 템퍼롤링시 저 압하율을 나타내었으며, 양호하지 못한 1.0% 온세트 응력을 주며, 슬라이싱시 쉽게 파쇄되었다.
재료 No.20은 템퍼롤링시 고 압하율을 나타내었고, 마르텐사이트양이 풍부하고, 펀치시험가공하중이 상당히 낮았으며, 텐셔닝시 쉽게 파쇄되었다.
재료 No.21은 리파이닝롤링을 포함하는 냉간압연이 3사이클 실시되어, 1.0% 온세트 응력의 이방성 차가 커지고, 슬라이싱시 쉽게 파쇄되었다.
재료 No.22는 저온 열처리시 저온으로 처리되어 불충분하게 시효처리되었다.
그 결과, 양호하지 못한 1.0% 온세트 응력을 나타냈으며, 슬라이싱시 쉽게 파쇄되었다.
재료 No.23은 저온 열처리시 고온에서 처리되어, 역변태 오스테나이트상이 다량 형성되므로 영계수 및 1.0% 온세트 응력이 상당히 감소되었다.
또한 1.0% 온세트 응력의 이방성 차가 크며, 텐셔닝시 쉽게 파쇄되었다.
재료 No.24는 최종 어닐링시 저 H2농도의 대기하에서 처리되어, 표면상에 침전물이 생성되므로, 양호하지 못한 펀치시험가공하중을 나타내고 텐셔닝시 쉽게 파쇄되었다.
재료 No.25는 다량의 Al2O3및 5㎛ 이상의 두께를 갖는 다량의 개재물을 함유하였으며, No.26은 다량의 SiO2및 5㎛ 이상의 두께를 갖는 다량의 개재물을 함유하고 있었다.
그 결과, 펀치시험 가공하중이 감소되고 텐셔닝시 파쇄되었다.
재료 No.27은 다량의 황화물 개재물을 함유하고 있어서, 양호하지 못한 펀치시험가공하중을 나타내고 텐셔닝시 파쇄되었다.
재료 No.28 및 No.29는 많은 양의 SiO2및 5㎛ 이상의 두께를 갖는 개재물을 포함하고 있어서, 양호하지 못한 펀치시험가공하중을 나타내며 텐셔닝시 파쇄되었다.
* 열처리는 저온 열처리를 의미함.
* 열처리는 저온 열처리를 의미함.

Claims (7)

  1. 0.01-0.2wt.% C, 0.1-2wt.% Si, 0.1-2wt.% Mn, 4-11wt.% Ni, 13-20wt.% Cr, 0.01-0.2wt.% N, 0.0005-0.0025wt.% Sol.Al, 0.002-0.013wt.% O, 0.08-0.9wt.% Cu, 0.009wt.% 이하의 S, 및 Fe 잔여부와; 스텐레스 강에 불가피하게 잔존하는 Al2O3-MnO-SiO2의 비금속 개재물로 구성되며; 상기 비금속 개재물은 Al2O3-MgO-SiO2의 3-성분계의 상평형도에서 중량%로 나타낸 하기의 9개 점으로 한정된 영역에 위치하는 조성을 가지며;
    점 1(Al2O3: 21wt.%, MnO : 12wt.%, SiO2: 67wt.%),
    점 2(Al2O3: 19wt.%, MnO : 21wt.%, SiO2: 60wt.%),
    점 3(Al2O3: 15wt.%, MnO : 30wt.%, SiO2: 55wt.%),
    점 4(Al2O3: 5wt.%, MnO : 46wt.%, SiO2: 49wt.%),
    점 5(Al2O3: 5wt.%, MnO : 68wt.%, SiO2: 27wt.%),
    점 6(Al2O3: 20wt.%, MnO : 61wt.%, SiO2: 19wt.%),
    점 7(Al2O3: 27.5wt.%, MnO : 50wt.%, SiO2: 22.5wt.%),
    점 8(Al2O3: 30wt.%, MnO : 38wt.%, SiO2: 32wt.%),
    점 9(Al2O3: 33wt.%, MnO : 27wt.%, SiO2: 40wt.%);
    1520N/㎟(155kgf/㎟) 이상의 1.0% 온세트 응력을 가지며, 여기서 1.0% 온세트 응력은 강판이 1.0% 변형될 때의 변형응력이며; 196N/㎟(20kgf/㎟) 이하의 1.0% 온세트 응력의 이방성 차를 가지며, 여기서 이방성 차는 압연방향 및 압연방향과 교차하는 방향에서의 1.0% 온세트 응력차의 절대치이며; 그리고 최소한 0.24J(25kgf·mm)의 펀치시험 가공하중을 갖는 고 파쇄저항성 스텐레스 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스텐레스 강판은 스텐레스 강판의 두께방향으로 40-90% 마르텐사이트를 포함하는 고 파쇄저항성 스텐레스 강판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1.0% 온세트 응력은 1520-1960N/㎟(155-220kgf/㎟)인 고 파쇄저항성 스텐레스 강판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 1.0% 온세트 응력의 이방성차는 49-147N/㎟ (5-15kgf/㎟)인 고 파쇄저항성 스텐레스 강판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에릭센 수는 4.7-6.5mm인 고 파쇄저항성 스텐레스 강판.
  6. 0.01-0.2wt.% C, 0.1-2wt.% Si, 0.1-2wt.% Mn, 4-11wt.% Ni, 13-20wt.% Cr, 0.01-0.2wt.% N, 0.0005-0.0025wt.% Sol.Al, 0.002-0.013wt.% O, 0.08-0.9wt.% Cu, 0.009wt.% 이하의 S, 및 Fe 및 불가피한 불순물의 잔여부로 구성되는 스텐레스 강 스트립을 준비하며; 상기 불가피한 불순물은 Al2O3-MnO-SiO|2의 3-성분계의 상평형도에서 중량%로 나타낸 하기의 9개 점으로 한정된 영역에 위치하는 조성을 갖는 비금속 개재물로서 잔존하며,
    점 1(Al2O3: 21wt.%, MnO : 12wt.%, SiO2: 67wt.%),
    점 2(Al2O3: 19wt.%, MnO : 21wt.%, SiO2: 60wt.%),
    점 3(Al2O3: 15wt.%, MnO : 30wt.%, SiO2: 55wt.%),
    점 4(Al2O3: 5wt.%, MnO : 46wt.%, SiO2: 49wt.%),
    점 5(Al2O3: 5wt.%, MnO : 68wt.%, SiO2: 27wt.%),
    점 6(Al2O3: 20wt.%, MnO : 61wt.%, SiO2: 19wt.%),
    점 7(Al2O3: 27.5wt.%, MnO : 50wt.%, SiO2: 22.5wt.%),
    점 8(Al2O3: 30wt.%, MnO : 38wt.%, SiO2: 32wt.%),
    점 9(Al2O3: 33wt.%, MnO : 27wt.%, SiO2: 40wt.%);
    스텐레스 강 스트립에, 어닐링-피클링-제1냉간압연(CR1)-제1중간 어닐링-제2냉간압연(CR2)-제2중간 어닐링-제3냉간압연(CR3)-최종 어닐링-제4냉간압연(CR4)-저온 열처리 공정을 실시하며; 상기 제1냉간압연, 상기 제2냉간압연, 및 상기 제3냉간압연의 압하율을 각각 30-60%로 하며; 상기 제4냉간압연의 압하율을 60-76%, 제4냉간압연의 패스당 압하율을 3-15%로 하며, 상기 제1어닐링, 제2어닐링 및 최종 어닐링의 어닐링 온도를 각각 950-1150℃로 하며; 상기 저온 열처리는 0.1-300초 동안 300-600℃의 온도에서 실시되며; 상기 최종 어닐링 및 저온 열처리는 H270vol.% 이상을 함유하는 비산화성 대기에서 실시되는 단계로 구성되는 고 파쇄저항성 스텐레스 강판 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 저온 열처리는 400-500℃온도에서 2-15초 동안 실시되는 고 파쇄저항성 스텐레스 강판 제조방법.
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