KR970010806B1 - 내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강 - Google Patents

내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강
제1도(a) 및 (b)는 손목시계용 밴드 제조를 위한 블랭킹(Blanking)작업후의 판의 평면도 및 사시도.
제2도(a)내지 (c)는 손목시계용 밴드 냉간단조 및 트리밍 한 후의 밴드 정면도, 평면도 및 측면도이다.
본 발명은 내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강에 관한 것이다.
일반적으로 17%Cr-11%Ni-0.15%S(STS316F)오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강은 내식성 및 쾌삭성이 우수하여 시계 케이스, 시계줄 또는 카메라 부품, 미싱부품 등에 사용된다.
그러나 쾌삭성 및 내식성을 동시에 부여하기 위해 열간가공성을 저하시키는 S, Mo함량이 높기 때문에 열간 가공성이 매우 나빠 열간압연시 크랙 발생에 민감하고, 동시에 시계 부품제조를 위해 냉간 단조시에도 냉간단조성이 불양하여 크랙이 자주 발생되는 등 문제점이 있다.
따라서 내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강을 제조하기 위한 시도들이 행해지고 있다.
이러한 시도중의 하나로 Ti, B 및 Pb, Ca 희토류 성분을 동시에 첨가하여 냉간단조성을 개선한 기술이 일본특허공개소 63-18039호에 제시되어 있지만 이 경우 인체에 유해한 Pb첨가에 따라 제조시 공해문제가 심각하고, 동시에 냉간단조성이 만족스럽지 못하며, 저융점의 Pb첨가로 열간가공성이 저하하는 문제점이 있다.
또 다른 시도로서 S성분을 0.2-0.4%에 B, Ti를 동시에 첨가하여 열간가공성이 용이한 오스테나이트계 쾌삭스테인레스강에 관한 기술이 일본특허공고소 60-295454호에 제시되어 있는데 이 경우 S성분이 0.2=0.4%로 매우 높기 때문에 열간가공성이 매우 나빠 열연 코일제조를 위해 열간압연시 크랙 및 표면결함 발생가능성이 매우우 높고, 또한 내식성도 만족스럽지 못한 결점이 있다.
이에 본 발명자는 종래 기술들의 제반 문제점을 개선하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명의 목적은 내식성, 열간가공성 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서는 내식성 개선을 위해 Mo을 첨가하고, 열간가공성이 매우 나쁜 강의 열간가공성 개선을 위해 Ti 및 B를 동시에 첨가하였고, 기타 제품 특성 개선을 위해 총산소함량을 조절하고, 냉간단조성을 개선하기 위한 적정 합금성분 설계 기준을 설정함에 의해 본 발명이 완성되었다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량%로 C : 0.08%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Cr : 15-20 이하, Ni : 7-12%이하, Al : 0.005%이하, P : 0.05%이하, S : 0.1-0.2%이하, Ti : 0.03%이하, B : 0.003%이하, Cu : 3%이하, Mo : 2%이하, N : 0.05%이하, 총 산소함량 : 40-80ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는것을 특징으로 하는 내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간 단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭 스테인레스강을 제공한다.
또한, 상기와 같이 조성되는 본 발명의 오스테나이트계 쾌삭스테인레스강에 있어서, 경화인자(Hardening gactor, kg/mm2)=(항복강도(kg/mm2))×가공경화지수(n값) 값을 10.0(kg/㎟)이하로 제한하고, 그리고 열간가공성을 고려하여 델타-페 라이트함량은 「δ-페라이트(%)=[{(Cr%+Mo%+1.5Si%+18)/(Ni%+0.52Cu%+30C%+0.5Mn%+36)}+0.262]×161-161」로 정의되는 식에서 8%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제시된 성분 범위의 한정이유에 대하여 설명한다.
상기 C은 강력한 오스테나이트상의 안정화원소로서 슬라브-주조시 델타-페라이트상의 함량을 저하시켜 열간가공성을 개선시키고 고가인 Ni의 첨가량을 줄이는 효과를 갖고 있으며, 너무 많이 첨가되면 소둔처리시 탄화물 석출에 의한 내식성 저하거 우려되므로 상기 C함량은 0.08% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Si은 고온 내산화성에 유리하자민, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 델타-페라이트 함량이 증가하여 열간가공성이 저하하고, Si개재물 증가에 의한 개재물성 선상결함(sliver)생성이 우려되므로, 상기 Si의 함량은 1.0%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 오스테나이트의 안정화원소로 S 및 Ti와 결합하여 절삭성을 높이는 복합개재물을 형성하기 때문에 불가결한 성분으로 첨가량이 너무 많은 경우에는 내식성 및 고온내산화성이 저하하고, 특히 광휘소둔시 블루 칼라 발생에 의한 광택도 불량이 발생될 우려가 있으므로, 피삭성 및 오스테나이트 안정화를 위해 그 첨가량은 2.0%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Cr의 첨가량이 너무 적으면 내식성 및 고온내산화성이 저하하고, 그 첨가량이 너무 많으면 델타-페라이트 함량이 증가하여 열간가공성 및 성형성이 저하되므로 내식성, 열간가고성 및 고온내산화성을 얻기 위하여 상기 Cr의 첨가량은 15-20%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 고가인 Ni은 오스테나이트상의 안정도와 냉간단조성 및 제조원가를 고려하여 그 첨가량이 조절되는테 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 비경제적이고, 너무 적은 경우에는 성형시 가공유기 마르텐사이트상의 생성량이 증가하여 냉간단조성 저하 및 델타-페라이트 증가에 의한 열간가공성 저하가 문제가 되기 때문에 그 첨가량은 7-12%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Al은 고온내산화성을 개선시키는 성분으로서 그 첨가량이 증가할 수록 제강시 Al산화물에 의한 게재물이 증가하여 표면 결함 및 성형성을 저하시키므로 그 첨가량은 0.005%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Cu는 재료를 연질화하고, 적층결합에너지를 높여 드릴링(drilling)시 칩(chip))의 가공경화도를 완화하기 때문에 드릴성을 개선하고, 특히 황산 용액에서의 전면부식을 억제하며, 또한 오스테나이트상의 안정도를 높이기 때문애 Ni원소 대용으로 사용가능한 성분으로서, 그 첨가량이 3%이상인 경우에는 성형성 저하 및 슬라브 주조시 결정입계에 융점의 Cu 편석 발생으로 열간압연시 균열발생이 우려되기 때문에 그 첨가량은 3%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 P의 함량이 많은 경우에는 냉간단조성 및 내식성이 저하하므로 그 첨가량은 0.05%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 S는 Mn및 Ti와 결합하여 유화물계 복합 개재물을 형성하여 드릴성 등 쾌삭성을 부여하기 때문에 최소한 0.1%이상은 요구되지만, 다량 첨가하면 열간가공성 및 내식성이 저하하므로 그 첨가량의 상한선은 0.2%이하로 제한한다.
상기 Ti는 열간압연을 위해 슬라브 고온 가열시 고온산화 방지로 열간압연시에 표면 결함을 방지해주는 역할과 결정립 미세화 및 TiO2-MnS 및(TiMn)S 등 Ti를 함유한 개재물을 형성하여 드릴성 및 쾌삭성을 부여하므로 그 첨가량이 너무 많으면 Ti산화물에 의한 핫 코일(Hot coil)에 표면결함을 유발하기 때문에 그 첨가량은 0.03%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 B은 고온 열간가공성 개선 효과가 있기 때문에 열간압연시 생성되는 표면 결함 방지에 유효하지만, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 B공정화합물을 형성하여 융점을 현저하게 낮추어 열간가공성을 저하시크므로 상기 B의 첨가량은 0.003%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 N의 함유량이 증가하면 델타-페라이트 감소에는 유이하지만 재료의 항복강도를 C의 2배로 상승시키는 효과가 있어 냉간단조성이 저하하므로, 상기 N의 함유량은 0.050%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Mo의 함유량이 많으면 내식성 개선에는 유효하지만, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 제조 원가 상승 및 델타-페라이트 함량이 증가하며, 열간압연시 재결정을 억제하므로 열간가공성이 저하하여 표면 결함을 유발하고, Md30온도 및 가공경화도를 현저하게 상승시켜 냉간단조성을 저하시키므로, 그 첨가량은 2.0%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 총 산소함량은 너무 낮으면 괘삭성을 부여하는 개재 물량이 감소하고, 개재물의 구상화 정도가 낮아 드릴링성 혹은 쾌삭성이 저하하는 문제점이 있기 때문에 하한치는 40ppm 이상이며, 너무 높은 경우는 개재물량이 증가하여 열간가공성이 저하하고 또한 개재물이 조대화되어 드릴링성 및 쾌삭성을 오히려 저해하는 문제등으로 하여 상한치는 80ppm이하로 제한한다.
이하, 야금학적 인자인 가공시 경화인자(hardening factor)와 델타-페라이트 함량의 범위 설정 이유에 대하여 설명한다.
냉간단조시 크랙 발생을 억제하기 위해서는 [경화인자(kg/mm2)=(항복강도, kg/mm2)×(30%-40%연신구간에서 구한 가공경화지수 n값)]로 정의되는 경화인자의 값이 낮을 수록 유리하지만 너무 낮으면 기계적 성질이 규격에서 벗어나기 때문에 이값을 10(kg/mm2)이하고 제한한다.
한편, 슬라브내 델타-페라이트 함량이 증가하면, 열간가공성이 저하하여 열연판 제조시 측면에 크랙발생 및 표면 결함을 유발하고, 냉연소둔판에서도 델타-페라이트 함량이 높아지면 항복강도를 상승시켜 냉간단조성을 저하시키기 때문에 적정 델타-페라이트 함량 조정이 중요하다.
따라서 열간가공성을 고려하여 본 발명의 경우 델타-페라이트 함량은 「δ-페라이느(%)=[{(Cr%+Mo%+1.5Si%+18)/{Ni%+0.52Cu%+30C%+0.5Mn%+36)}+0.262]×161-161」로 정의되는 식에서 8%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예롤 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1
하기표 1과 같이 조성되는 오스테나이트계 스테인레스강을 30kg급 진공유도 용해로에서 용애하여 잉코트(ingot)를 제조한 후, 1270℃에서 2시간 가열 후 25mm로 열간압연하여 절단하여 드릴링성 평가용 열간압연판을 제조하고 1100℃에서 소둔처리한 다음, 이 열연판은 드릴링성 평가용 시편으로 사용하였다.
그리고 20mm열연판 일부는 다시 15mm로 열간압연 후 직경 10mm의 열간가공성 평가용 글리블 시편을 가공하여 글리블 시험을 실시하였다.
25mm열연판 일부는 다시 5mm로 열간압연 후 1100℃에서 소둔처리한 다음 3mm까지 냉간압연 후 1100℃냉연 소둔 처리후 냉간단조성 및 내식성 평가용 시편으로 사용하였다.
드릴링성 평가는 25mm열연소둔판을 20mm로 연삭 후 SKH 3종으로 만든 직경은 3mm 드릴을 사용하고 회전속도는 1500(rpm), 드릴링 하중은 '18kg으로 일정하게 유지시키면서 20mm판을 드릴이 관통하는 구멍수로 드릴링성을 평가하여 하기표 2에 나타내었다.
열간가고엉 평가 시험은 10mm직경의 글리블 시편을 사용하여 가열속도는 10.5(℃/sec), 가열온도 1050℃에서 25초 유지후 10(mmsec)속도로 고온인장 시험 후 파단시편의 직경을 측정하여 단면가소율로 열간가공성을 하기 2에 나타내었다.
내식성평가는 조질압연을 실시한 3mm 냉연소둔판을 600번 샌드페이퍼(sand paper)로 표면을 연마후 각 강종별 공식전위를 측정하기 위해 3.5% Nacl, 30℃용액에서 전류 100(μA)에서의 포톈쇼스타트(potentinstat, EGG, Model 273)를 이용하여 공식전위를 측정하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
냉간단조성은 3mm 냉연소둔판을 폭 21mm로 절단하고 1.5톤 프레스로 제1도와 같은 모양으로 시계밴드용으로 블갱킹한 후 제2도와 같이 냉간단조 트리밍하고, 바렐형의 연마기에서 연마후 금(gold)전기도금 후 총 냉간단조 시편수와 트리밍면에서 냉간 단조성 불량에 의한(미소 크랙 발생시편의 수)/총 단조시편수)}와의 관계에서 불량율을 계산하여 하기표 2에 나타내었다.
냉간단조성은 가공경화인자 값이 10kg/mm2이하로 조절하여 제조한 발명강(1, 2)의 경우 냉간단조후 측면에 크랙이 발생하지 않고 있다. 즉 항복강도가 낮고, 가공시 가공경화도가 낮은 강의 냉간단조성이 양호하다.
열간가공성에서도 비교적 총(total)산소함량을 80ppm이하고 조절한 발명강(1, 2)은 종래강(7)인 저 S강인 STS 304강보다는 열간가공성이 나쁘지만 총 산소함량이 높은 비교강(3, 4)이나 동일 계열인 종래강(6)보다는 열간가공성이 양호한 것을 알 수 있다.
이와 같이 S함량이 높은 쾌삭 스텐인레스강에서는 산소함량이 너무 높아지면 열간압연시 크랙의 발생과 전파가 용이한 MnS, MnS, MnO개재물의 함량이 증가하기 때문에 열간가공성이 저하한다. 따라서 열간가공성 개선을 위해서는 총 산소함량 조절이 중요하다.
3.5% NaCl용액에서의 내식성도 총 산소 함량이 비교적 낮은 발명강(1, 2)이 산소 함량이 높은 비교강(3, 4, 5)이나 종래 강(6, 7)에 비해 공식전위가 높은 것을 알 수 있다. 이것은 산소함량이 낮을 수록 부식용액에 녹아나는 총 개재물수가 감소하기 때문에 내식서이 개선되고, 동일계열의 강인 STS 316F 종래강(6)과 STS 304강인 종래강(7)과 비교하면 내식성이 향상된 것을 알 수 있다.
시계 밴드나 시계 케이스 용도로 사용되는 경우 조립을 위해 드릴링성이 중요한 인자가 된다. 드릴성 평가 결과 발명강(2)이 비교강(4)이나 종래강(6, 7)에 비해 드릴링성이 우수한 것을 알 수 있다.
이것은 2%Cu가 첨가된 발명강은 Cu미첨가강인 종래강(6)보다 가공시 가공경화도가 낮기 때문에 드릴시 용이하게 구멍을 낼 수가 있으며, STS304인 종래강(7)보다는 드릴링성에 영향을 주는 Mns 개재물량이 많아, 따라서 드릴의 공구 수명도 연장되는 장점이 있기 때문에 관통한 드릴 구멍수가 많다.
그리고 2%Cu를 동시에 함유한 발명강(2)과 비교강(4)를 비교하면 총 산소 함량이 80ppm이하로 조정한 발명강(2)의 드릴링성이 총 산소함량을 80ppm이상으로 첨가한 비교강(4)에 비해 드릴링성이 우수하다. 이것은 총산소함량이 증가하면 조대한 MnS, Mn0개재물의 생성으로 드릴링성 저하 및 공구의 수명을 단축시키기 때문이다.
[표 1]
[표 2]

Claims (1)

  1. 중량 %로 C : 0.08%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 2.0%이하, Cr : 15-20% 이하, Ni 7-12%이하, Al : 0.005%이하, P : 0.05%이하, S : 0.1-0.2%이하, Ti : 0.03%이하, B : 0.003%이하, Cu : 3%이하, Mo : 2%이하, N : 0.05%이하, 총 산소함량 : 40-80ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 항복강도(kg/㎟)×가공 경화지수(n값)로 정의되는 경화인자 값(Hardening factor, kg/㎟)이 10.0(kg/㎟)이하이며, 슬라브내 델타-페라이트 함량을 「δ-페라이트(%)=[{(Cr%+Mo%+1.5Si%+18)/{Ni%+0.52Cu%+30C%+0.5Mn%+36)}+0.262]×161-161」로 정의되는 식에서 8%이하로 제한한 것을 특징으로 하는 내식성, 열간가공성, 드릴링성 및 냉간단조성이 우수한 오스테나이트계 쾌삭스테인레스강.
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