WO2021101007A1 - 고투자율 페라이트계 스테인리스강 - Google Patents

고투자율 페라이트계 스테인리스강 Download PDF

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WO2021101007A1
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stainless steel
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ferritic stainless
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박지언
강형구
김경훈
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주식회사 포스코
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a high permeability ferritic stainless steel, and more particularly, to a high permeability ferritic stainless steel capable of shielding electromagnetic waves to elements in various electronic devices.
  • Devices for various purposes are used in various electronic devices, and these devices may malfunction or may be difficult to precisely control due to electromagnetic interference in the surrounding environment.
  • important elements In order to prevent malfunction of electronic devices due to electromagnetic interference, important elements must be wrapped with a material capable of shielding the magnetic field.
  • Ferritic stainless steel is a representative material having magnetic properties and excellent corrosion resistance, but conventional ferritic stainless steel has a problem of insufficient permeability to shield a magnetic field.
  • the present invention is to provide a high permeability ferritic stainless steel capable of shielding electromagnetic waves for elements in various electronic devices.
  • the high permeability ferritic stainless steel according to an example of the present invention is by weight %, C: 0.0005 to 0.02%, N: 0.005 to 0.02%, Si: 0.2 to 2.0%, Cr: 10.0 to 25.0%, Nb: 0.05 to 0.5%, the remaining Fe and other inevitable impurities are included, the value of Nb/(C+N) satisfies 5 to 20, and the fraction of ⁇ 001>//RD texture It is more than 5%.
  • the value of Nb/(C+N) may satisfy 5 to 15.
  • the average grain diameter of the crystal grains may be 50 to 200 ⁇ m.
  • the magnetic permeability may be 1200 or more when a magnetic field of 50 Hz and 10000 A/m is applied.
  • the yield strength may be 280 MPa or more.
  • FIG. 1 is a view showing the texture orientation distribution (Orientation Distribution Function, ODF) of the final cold-rolled annealed material according to Comparative Example 2 and Inventive Example 8.
  • ODF Orientation Distribution Function
  • the high permeability ferritic stainless steel according to an example of the present invention is by weight %, C: 0.0005 to 0.02%, N: 0.005 to 0.02%, Si: 0.2 to 2.0%, Cr: 10.0 to 25.0%, Nb: 0.05 to 0.5%, the remaining Fe and other inevitable impurities are included, the value of Nb/(C+N) satisfies 5 to 20, and the fraction of ⁇ 001>//RD texture is 5% or more.
  • ⁇ 001>//RD texture in the present specification means an texture having an orientation in which the crystal orientation of the rolling direction is parallel to the ⁇ 001> axis.
  • Ferritic stainless steel having excellent magnetic properties is weight %, C: 0.0005 to 0.02%, N: 0.005 to 0.02%, Si: 0.2 to 2.0%, Cr: 10.0 to 25.0%, Nb : 0.05 to 0.5%, may contain the remaining Fe and other inevitable impurities.
  • Carbon (C) 0.0005 to 0.02% by weight
  • the carbon (C) is an impurity element inevitably included in steel, it is desirable to reduce its content as much as possible. However, if the carbon content is less than 0.0005% by weight, refining costs may increase due to excessive reduction of carbon, and thus the content of carbon in the present invention may be managed to be 0.0005% by weight or more. However, if the content of carbon is excessive, impurities increase and the elongation decreases, the work hardening index n value decreases, and the ductility-brittle transition temperature (DBTT) increases, so that the impact characteristics decrease. Therefore, in the present invention, the upper limit of the carbon content Is limited to 0.02% by weight. In consideration of processability and mechanical properties, the upper limit of the carbon content may preferably be limited to 0.01% by weight.
  • the content of nitrogen (N) is less than 0.005% by weight, the amount of TiN crystallization decreases, thereby lowering the equiaxed crystallization rate of the slab, and thus, in the present invention, nitrogen may be added in an amount of 0.005% by weight or more.
  • the content of nitrogen is excessive, impurities in the material increase and the elongation decreases, and the impact property decreases due to an increase in the ductile-brittle transition temperature (DBTT), so the upper limit of the nitrogen content is limited to 0.02% by weight in the present invention. .
  • the upper limit of the nitrogen content may preferably be limited to 0.015% by weight.
  • Silicon (Si) is an element that increases the strength of steel when added. In order to secure the desired strength, in the present invention, silicon may be added in an amount of 0.2% by weight or more. However, when the content of silicon is excessive, the elongation decreases, the work hardening index n value decreases, and the workability decreases due to the increase of Si-based inclusions, and thus the upper limit of the silicon content is limited to 2.0% by weight in the present invention. In consideration of processability, the upper limit of the silicon content may preferably be limited to 1.0% by weight.
  • Chromium (Cr) is the most important element added to secure the corrosion resistance of stainless steel.
  • chromium in order to secure corrosion resistance, chromium may be added in an amount of 10.0% by weight or more.
  • chromium may be preferably added in an amount of 15.0% by weight or more.
  • the upper limit of the chromium content is limited to 25.0% by weight in the present invention.
  • the upper limit of the chromium content may preferably be limited to 20.0% by weight.
  • Niobium (Nb) is a solid solution when added to increase the strength of steel, and is an element that improves corrosion resistance by preferentially bonding with carbon (C) and nitrogen (N), which reduce corrosion resistance, to form stable Nb-based precipitates.
  • C carbon
  • N nitrogen
  • niobium when niobium is added, there is an effect of improving magnetic properties.
  • niobium may be added in an amount of 0.05% by weight or more.
  • the upper limit of the niobium content is limited to 0.5% by weight.
  • the upper limit of the niobium content may preferably be limited to 0.25% by weight.
  • the remaining component of the present invention is iron (Fe).
  • Fe iron
  • the high permeability ferritic stainless steel according to the present invention has a high permeability and excellent corrosion resistance.
  • controlling the amount of Nb-based precipitate formed by combining niobium, carbon and nitrogen is the key.
  • the inventor of the present invention devised the Nb/(C+N) parameter expressed as the ratio of the Nb content and the (C+N) content, and controls the amount of the Nb-based precipitate according to the parameter value.
  • each of Nb, C, and N means the weight percent of the alloy element.
  • the value of Nb/(C+N) may be 5 to 20.
  • the value of Nb/(C+N) is less than 5
  • niobium cannot sufficiently remove carbon and nitrogen, which deteriorates the corrosion resistance, and the corrosion resistance deteriorates.
  • the Nb-based precipitate is not sufficiently formed, the crystal grains become too coarse, resulting in a decrease in yield strength, and a fraction of the ⁇ 001>//RD texture cannot be sufficiently secured, resulting in a decrease in permeability.
  • the value of Nb/(C+N) exceeds 20, the Nb solid solution is excessive in the steel that is not combined with carbon and nitrogen, so that a sufficient fraction of the ⁇ 001>//RD texture that is advantageous for magnetization can be secured. There is a problem in that the target permeability cannot be secured because the average grain size of the crystal grains is not sufficiently large.
  • the value of Nb/(C+N) may preferably be 5 to 15. More preferably, it may be 8 to 15.
  • the ⁇ 001>//RD texture is an texture in which the crystal orientation in the rolling direction is parallel to the ⁇ 001> axis.
  • the present invention provides a ferritic stainless steel having a high magnetic permeability and improving magnetic properties by controlling the fraction of ⁇ 001>//RD texture which is advantageous for magnetization to a certain level or higher.
  • the high permeability ferritic stainless steel according to an example of the present invention may have a fraction of ⁇ 001>//RD texture of 5% or more. ⁇ 001>//RD When the fraction of the texture is less than 5%, the high permeability characteristic of 1200 or more when the magnetic field of 50Hz and 10000A/m for the purpose of the present invention is applied cannot be secured.
  • the high permeability ferritic stainless steel according to the present invention may have an average grain diameter of 50 to 200 ⁇ m. If the average grain size of the crystal grains is less than 50 ⁇ m, magnetization due to grain boundaries is suppressed and the target permeability cannot be secured. If the average grain size of the grains exceeds 200 ⁇ m, there is a problem that the yield strength is lowered.
  • the average grain size of crystal grains can be controlled by process conditions such as alloy composition or reheating temperature of slab, reduction rate during cold rolling, temperature during annealing heat treatment, heating rate, time, etc. It is to be noted that examples are listed to help and are not intended to limit the technical idea of the present invention. In the present invention, the average grain size of the crystal grains may be variously achieved through alloy composition or process control.
  • the high permeability ferritic stainless steel that satisfies the above alloy composition, ⁇ 001>//RD texture fraction, and average grain size range as defined in the present invention has excellent corrosion resistance, high permeability, and high yield strength.
  • the high permeability ferritic stainless steel according to an example of the present invention may have a magnetic permeability of 1200 or more when a magnetic field of 50 Hz and 10000 A/m is applied.
  • the high permeability ferritic stainless steel according to an example of the present invention may have a yield strength of 280 MPa or more.
  • the steel having the chemical composition shown in Table 1 below was cast into a slab, and the cast slab was reheated to 1,100 to 1,300°C.
  • the reheated slab was hot-rolled, cold-rolled and annealed to produce a final cold-rolled product.
  • Nb/(C+N) in Table 1 was derived by substituting the values of the content (% by weight) of the respective alloy elements Nb, C, and N.
  • Table 2 shows the steel type, grain average particle diameter ( ⁇ m), ⁇ 001>//RD texture fraction (%), permeability, and yield strength (MPa) values of each example.
  • the average grain size, ⁇ 001>//RD texture fraction (%) of Table 2 was measured by an Electron Back Scatter Diffraction (EBSD) analyzer.
  • the magnetic permeability was measured for a 0.5 mm thick steel grade under the condition of applying a 50Hz, 10000A/m magnetic field. Yield strength was measured at 0.2% off-set yield strength by stretching a JIS13B standard specimen perpendicular to the rolling direction at room temperature.
  • Inventive Examples 1 to 3 satisfy the range of alloy components defined by the present invention, the range of the average particle diameter of the crystal grains, and the fraction of the ⁇ 001>//RD texture, resulting in a magnetic permeability of 1200 or more when applying a 50Hz, 10000A/m magnetic field, and yield.
  • the strength could satisfy 280 MPa or more.
  • Comparative Examples 1 and 2 the Nb content exceeded 0.5% by weight, which is the upper limit of the Nb content defined in the present invention. As a result, the Nb-based precipitate was formed excessively, and the average particle diameter of the crystal grains was less than 50 ⁇ m. In particular, in Comparative Example 2, not only the Nb content was excessive, but the value of Nb/(C+N) exceeded 20, which is the upper limit of the Nb/(C+N) value defined in the present invention. Comparative Example 2 was not able to sufficiently secure the fraction of ⁇ 001>//RD texture that is advantageous for magnetization due to excessive Nb solid solution relative to the (C+N) content.
  • Comparative Example 1 the average particle diameter range of the grains, Comparative Example 2, the average grain size range of the grains, and the fraction of the ⁇ 001>//RD texture were less than the range limited by the present invention, so that the desired permeability in the present invention could be secured. There was no.
  • Comparative Example 3 the Si content was less than 0.2% by weight, which is the lower limit of the Si content defined in the present invention. As a result, it was not possible to secure the desired yield strength in the present invention.
  • Comparative Example 4 the Si content exceeded 2.0% by weight, which is the upper limit of the Si content defined in the present invention. Comparative Example 4 was fractured during cold rolling as a result of lower workability due to excessive Si content.
  • the Nb content was less than 0.05% by weight, which is the lower limit of the Nb content defined in the present invention, and the value of Nb/(C+N) is the lower limit of the Nb/(C+N) value defined in the present invention. It was less than 5.
  • the Nb-based precipitate was not sufficiently formed and the crystal grains became too coarse, resulting in a decrease in yield strength, and a fraction of the ⁇ 001>//RD texture could not be sufficiently secured, resulting in a decrease in permeability.
  • Comparative Example 6 although the same steel grade as Invention Example 1 and 2, F, was used, the average grain size of the grains was less than 50 ⁇ m, which is the lower limit of the average grain size defined in the present invention. As a result, magnetization due to grain boundaries was suppressed, and the target permeability in the present invention could not be secured.
  • Comparative Example 7 Although the same steel grade as Inventive Example 3, G, was used, the average grain size of the crystal grains was less than 50 ⁇ m, the lower limit of the average grain size defined in the present invention. As a result, magnetization due to grain boundaries was suppressed, and the target permeability in the present invention could not be secured.
  • Comparative Example 8 Although the same steel grade as Inventive Example 3, G, was used, the average grain size of the grain boundaries exceeded 200 ⁇ m, which is the upper limit of the average grain size defined in the present invention. As a result, it was not possible to secure the desired yield strength in the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the texture orientation distribution (Orientation Distribution Function, ODF) of the final cold-rolled annealed material according to Comparative Example 2 and Inventive Example 8.
  • 1A is an ODF according to Comparative Example 2
  • FIG. 1B is an ODF according to Inventive Example 8.
  • the circles shown by dotted lines in FIGS. 1A and 1B represent a ⁇ 001>//RD texture. Comparing FIGS. 1A and 1B, it can be seen that the fraction of ⁇ 001>//RD texture of Inventive Example 8 is significantly higher than that of Comparative Example 2.
  • the Nb/(C+N) value in the alloy component defined by the present invention is controlled to satisfy 5 to 20, and the fraction of ⁇ 001>//RD texture is 5% or more.
  • the average grain diameter of the crystal grains is 50 to 200 ⁇ m, it can be seen that a high permeability ferritic stainless steel having a permeability of 1200 or more and a yield strength of 280 MPa or more can be secured when a 50Hz, 10000A/m magnetic field is applied. have.
  • the ferritic stainless steel according to the present invention can be applied as a material capable of shielding electromagnetic waves to elements in various electronic devices.

Abstract

본 명세서에서는 고투자율 페라이트계 스테인리스강을 개시한다. 개시되는 고투자율 페라이트계 스테인리스강의 일 실시예에 따르면 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.0005 내지 0.02%, N: 0.005 내지 0.02%, Si: 0.2 내지 2.0%, Cr: 10.0 내지 25.0%, Nb: 0.05 내지 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Nb/(C+N)의 값이 5 내지 20을 만족하며, <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 이상이다.

Description

고투자율 페라이트계 스테인리스강
본 발명은 고투자율 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 전자기기 내 소자에 대한 전자기파를 차폐할 수 있는 고투자율 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
각종 전자기기 내에는 다양한 용도의 소자들이 사용되고 있으며, 이러한 소자들은 주변 환경의 전자파 간섭으로 인해 오작동이 발생하거나 정밀 제어가 어려울 수 있다. 전자파 간섭으로 인한 전자기기의 오작동을 방지하기 위해서는 자기장을 차폐할 수 있는 소재로 중요 소자들을 감싸야 한다.
자기장을 차폐할 수 있는 다양한 소재가 개발되어 왔다. 그러나, 최근에는 여러 환경에서 전자기파의 간섭에도 각종 전자기기가 오작동 없이 잘 구동하기 위하여 자기장을 차폐할 수 있으면서도 동시에 내식성이 우수한 소재에 대한 요구가 증가하고 있다.
자기적 특성을 가지면서도 내식성이 우수한 대표적인 소재로 페라이트계 스테인리스강을 들 수 있으나, 종래의 페라이트계 스테인리스강은 자기장을 차폐하기에는 투자율이 부족한 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 각종 전자기기 내 소자에 대한 전자기파를 차폐할 수 있는 고투자율 페라이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.0005 내지 0.02%, N: 0.005 내지 0.02%, Si: 0.2 내지 2.0%, Cr: 10.0 내지 25.0%, Nb: 0.05 내지 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Nb/(C+N)의 값이 5 내지 20을 만족하며, <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 이상이다.
본 발명의 각 고투자율 페라이트계 스테인리스강에 있어서, Nb/(C + N)의 값이 5 내지 15를 만족할 수 있다.
본 발명의 각 고투자율 페라이트계 스테인리스강에 있어서, 결정립의 평균 입경이 50 내지 200㎛일 수 있다.
본 발명의 각 고투자율 페라이트계 스테인리스강에 있어서, 50Hz, 10000A/m 자기장 인가 시 투자율이 1200 이상일 수 있다.
본 발명의 각 고투자율 페라이트계 스테인리스강에 있어서, 항복강도가 280MPa 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 하여, 내식성이 우수하며 고투자율을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 강의 합금성분 및 공정 제어를 통해 결정립의 평균 입경 및 집합조직을 제어함으로써 고투자율을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
도 1은 비교예 2, 발명예 8에 따른 최종 냉연 소둔재의 집합조직 방위 분포(Orientation Distribution Function, ODF)를 나타낸 도면이다. 도 1a는 비교예 2에 따른 ODF이며, 도 1b는 발명예 8에 따른 ODF이다.
본 발명의 일 예에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.0005 내지 0.02%, N: 0.005 내지 0.02%, Si: 0.2 내지 2.0%, Cr: 10.0 내지 25.0%, Nb: 0.05 내지 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Nb/(C+N)의 값이 5 내지 20을 만족하며, <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 이상이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
또한, 본 명세서의 "<001>//RD 집합조직"은 강 압연방향(Rolling Direction)의 결정방위가 <001>축에 평행한 방위를 갖는 집합조직을 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 자기적 성질이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.0005 내지 0.02%, N: 0.005 내지 0.02%, Si: 0.2 내지 2.0%, Cr: 10.0 내지 25.0%, Nb: 0.05 내지 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 합금조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 하기 성분조성은 특별한 기재가 없는 한 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.0005 내지 0.02중량%
탄소(C)는 강 중에 불가피하게 포함되는 불순물 원소이므로, 가급적 그 함량을 낮추는 것이 바람직하다. 그러나, 탄소 함량이 0.0005중량% 미만이면 탄소의 과도한 저감으로 정련 비용이 증가할 수 있으므로, 본 발명에서 탄소의 함량은 0.0005중량% 이상으로 관리될 수 있다. 그러나, 탄소의 함량이 과다하면 불순물이 증가하여 연신율이 저하되며, 가공경화지수 n값이 하락하고, 연성-취성 천이온도(DBTT)가 증가하여 충격특성이 저하되므로, 본 발명에서는 탄소 함량의 상한을 0.02중량%로 제한한다. 가공성 및 기계적 특성을 고려하여, 탄소 함량의 상한은 바람직하게는 0.01중량%로 제한될 수 있다.
질소(N): 0.005 내지 0.02중량%
질소(N)의 함량이 0.005중량% 미만이면 TiN 정출량이 감소하여 슬라브의 등축정율이 낮아지므로, 본 발명에서 질소는 0.005중량% 이상으로 첨가될 수 있다. 그러나, 질소의 함량이 과다하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 저하되며, 연성-취성 천이온도(DBTT)가 증가하여 충격특성이 저하되므로, 본 발명에서는 질소 함량의 상한을 0.02중량%로 제한한다. 가공성 및 기계적 특성을 고려하여, 질소 함량의 상한은 바람직하게는 0.015중량%로 제한될 수 있다.
실리콘(Si): 0.2 내지 2.0중량%
실리콘(Si)은 첨가 시 강의 강도를 증가시키는 원소이다. 목적하는 강도를 확보하기 위하여, 본 발명에서 실리콘은 0.2중량% 이상으로 첨가될 수 있다. 그러나, 실리콘의 함량이 과다하면 연신율이 저하되며, 가공경화지수 n값이 하락하고, Si계 개재물이 증가하여 가공성이 저하되므로, 본 발명에서는 실리콘 함량의 상한을 2.0중량%로 제한한다. 가공성을 고려하여, 실리콘 함량의 상한은 바람직하게는 1.0중량%로 제한될 수 있다.
크롬(Cr): 10.0 내지 25.0중량%
크롬(Cr)은 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해 가장 중요하게 첨가되는 원소이다. 본 발명에서는 내식성 확보를 위하여, 크롬은 10.0중량% 이상으로 첨가될 수 있다. 내식성 확보를 위하여 바람직하게는 크롬은 15.0중량% 이상으로 첨가될 수 있다. 그러나, 크롬 함량이 과다하면 연신율이 저하되며, 열연 스티킹(sticking) 결함이 발생하므로, 본 발명에서는 크롬 함량의 상한을 25.0중량%로 제한한다. 가공성 및 기계적 특성을 고려하여, 크롬 함량의 상한은 바람직하게는 20.0중량%로 제한될 수 있다.
나이오븀(Nb): 0.05 내지 0.5중량%
나이오븀(Nb)은 첨가 시 고용되어 강의 강도를 증가시키며, 내식성을 저하하는 탄소(C)와 질소(N)와 우선적으로 결합해 안정한 Nb계 석출물을 형성하여 내식성을 향상시키는 원소이다. 또한, 나이오븀은 첨가 시 Nb계 석출물을 형성하여 결정립이 지나치게 조대화되는 것을 방지하며, 자화 용이 방위를 갖는 <001>//RD 집합조직의 성장을 촉진하여 <001>//RD 집합조직의 분율을 증가시킨다. 그 결과, 나이오븀은 첨가 시 자기적 특성을 향상시키는 효과가 있다. 본 발명에서는 강도 증가, 내식성 향상 및 자기적 특성 향상의 목적에서, 나이오븀은 0.05중량% 이상으로 첨가될 수 있다.
그러나, 나이오븀의 함량이 과다하면 탄소, 질소와 결합하여 형성된 Nb계 석출물이 과다하게 형성되어 결정립의 평균 입경이 충분히 커지지 않는다. 결정립의 입경이 충분히 커지지 않는 경우 결정립계에 의한 자화가 억제되어 목적하는 투자율을 확보하지 못한다. 또한, 나이오븀의 함량이 과다하면 탄소, 질소와 결합하지 않은 강 중 Nb 고용량이 과다해져 자화에 유리한 <001>//RD 집합조직의 분율을 충분히 확보할 수 없다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 나이오븀 함량의 상한을 0.5중량%로 제한한다. 고투자율을 확보하기 위한 목적에서, 나이오븀 함량의 상한은 바람직하게는 0.25중량%로 제한될 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 고투자율 및 우수한 내식성을 가진다. 고투자율 및 우수한 내식성을 확보하기 위하여 나이오븀과 탄소, 질소와 결합하여 형성된 Nb계 석출물의 양을 제어하는 것이 핵심이다. 이에 본 발명의 발명자는 Nb 함량과 (C+N) 함량의 비로 표현되는 Nb/(C+N) 파라미터를 고안하였으며, 해당 파라미터 수치에 따라 Nb계 석출물의 양을 제어한다. 여기서, 각 Nb, C, N은 해당 합금원소의 중량%를 의미한다.
본 발명의 일 예에 따르면, Nb/(C+N)의 값은 5 내지 20일 수 있다. Nb/(C+N)의 값이 5 미만인 경우, 나이오븀이 내식성을 저하하는 탄소, 질소를 충분히 제거하지 못하여 내식성이 저하된다. 또한, Nb계 석출물이 충분히 형성되지 못하여 결정립이 지나치게 조대해져 항복강도가 저하되고, <001>//RD 집합조직의 분율을 충분히 확보할 수 없어 투자율이 저하된다.
반면, Nb/(C+N)의 값이 20을 초과하는 경우에는 탄소, 질소와 결합하지 않은 강 중 Nb 고용량이 과다하여 자화에 유리한 <001>//RD 집합조직의 분율을 충분히 확보할 수 없으며, 결정립의 평균 입경이 충분히 커지지 않아 목적으로 하는 투자율을 확보하지 못하는 문제가 있다. 또한, 고투자율 및 우수한 내식성을 확보하기 위하여, Nb/(C+N)의 값은 바람직하게는 5 내지 15일 수 있다. 보다 바람직하게는 8 내지 15일 수 있다.
<001>//RD 집합조직은 강 압연방향(Rolling Direction)의 결정방위가 <001>축에 평행한 방위를 갖는 집합조직이다. 본 발명은 자화에 유리한 <001>//RD 집합조직의 분율을 일정 수준 이상으로 제어하여 자기적 특성을 향상시키며, 고투자율을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 이상일 수 있다. <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 미만인 경우, 본 발명이 목적으로 하는 50Hz, 10000A/m 자기장 인가 시 투자율이 1200 이상인 고투자율 특성을 확보할 수 없다.
본 발명에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 결정립의 평균 입경이 50 내지 200㎛일 수 있다. 결정립의 평균 입경이 50㎛ 미만이면 결정립계에 의한 자화가 억제되어 목적으로 하는 투자율을 확보할 수 없으며, 결정립의 평균 입경이 200㎛을 초과하면 항복강도가 낮아지는 문제가 있다.
결정립의 평균 입경은 합금조성 또는 슬라브의 재가열 온도, 냉간 압연 시의 압하율, 소둔 열처리 시의 온도, 승온 속도, 시간 등 공정 조건에 의해 제어될 수 있으나, 이는 결정립 평균 입경의 제어 방법에 대한 이해를 돕기 위한 예시를 열거한 것이며 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아님을 유의할 필요가 있다. 본 발명에서 결정립의 평균 입경은 합금조성 또는 공정 제어를 통해 다양하게 이루어질 수 있다.
본 발명에서 한정하는 이상의 합금조성, <001>//RD 집합조직 분율, 결정립의 평균 입경 범위를 만족하는 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 우수하며, 고투자율을 가지며, 높은 항복강도를 갖는다.
본 발명의 일 예에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 50Hz, 10000A/m 자기장 인가 시 투자율이 1200 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고투자율 페라이트계 스테인리스강은 항복강도가 280MPa 이상일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
아래 표 1에 기재된 화학 조성을 가지는 강을 슬라브로 주조하며, 주조된 슬라브를 1,100~1,300℃로 재가열하였다. 재가열된 슬라브를 열간 압연하고, 냉간 압연 및 소둔하여 최종 냉연 제품으로 제조하였다.
표 1의 Nb/(C+N)의 값은 Nb, C, N 각 해당 합금원소의 함량(중량%) 수치를 대입하여 도출하였다.
강종 합금조성 (중량%)
C N Si Cr Nb Nb/(C+N)
A 0.0124 0.0157 0.4 18.1 0.53* 18.9
B 0.0074 0.0153 0.6 16.2 0.65* 28.6*
C 0.0067 0.0119 0.1* 18.4 0.22 11.8
D 0.0098 0.0087 2.5* 16.2 0.24 13.0
E 0.0123 0.0102 0.4 16.3 0.02* 0.9*
F 0.0072 0.0090 0.4 18.3 0.23 14.2
G 0.0066 0.0110 0.6 16.1 0.17 9.7
(*는 본 발명이 규정한 범위 외이다.)
표 2에는 각 실시예의 강종, 결정립 평균 입경(㎛), <001>//RD 집합조직 분율(%), 투자율, 항복강도(MPa) 값을 각각 나타내었다.
표 2의 결정립 평균 입경, <001>//RD 집합조직 분율(%)은 후방산란전자 회정패턴 분석기(Electron Back Scatter Diffraction, EBSD)로 측정하였다. 투자율은 50Hz, 10000A/m 자기장을 인가하는 조건에서, 0.5mm 두께의 강종을 대상으로 측정하였다. 항복강도는 상온에서 압연방향의 수직으로 JIS13B 규격의 시편을 인장하여 0.2% off-set 항복강도를 측정하였다.
구분 강종 결정립평균 입경(㎛) <001>//RD집합조직분율(%) 투자율 항복강도(MPa)
발명예 1 F 119.6 7.2 1271 291
발명예 2 F 79.6 12.2 1342 305
발명예 3 G 152.1 8.3 1354 287
비교예 1 A 37.1* 6.2 678* 347
비교예 2 B 40.3* 1.1* 459* 339
비교예 3 C 67.4 6.5 1233 266*
비교예 4 D 냉간 압연 시 파단
비교예 5 E 223.7* 2.7* 1023* 237*
비교예 6 F 23.4* 5.9 572* 334
비교예 7 G 37.4* 6.7 854* 317
비교예 8 G 276.9* 26.9 1572 257*
(*는 본 발명이 규정한 범위 외이다.)
이하에서는 표 1, 표 2 및 첨부된 도면을 참조하여, 각 발명예 및 비교예를 비교 평가하도록 한다.
발명예 1 내지 3은 본 발명이 한정하는 합금성분 범위, 결정립의 평균 입경 범위, <001>//RD 집합조직의 분율을 만족한 결과, 50Hz, 10000A/m 자기장 인가 시 투자율이 1200 이상, 항복강도가 280MPa 이상을 만족할 수 있었다.
비교예 1, 2는 Nb 함량이 본 발명에서 한정하는 Nb함량의 상한인 0.5중량%를 초과하였다. 그 결과, Nb계 석출물이 과다하게 형성되어 결정립의 평균 입경이 50㎛ 미만이었다. 특히, 비교예 2는 Nb함량이 과다할 뿐만 아니라, Nb/(C+N)의 값이 본 발명에서 한정하는 Nb/(C+N) 값의 상한인 20을 초과하였다. 비교예 2는 (C+N) 함량 대비 Nb 고용량이 과다하여 자화에 유리한 <001>//RD 집합조직의 분율이 1.1%로 충분히 확보할 수 없었다. 비교예 1은 결정립의 평균 입경 범위, 비교예 2는 결정립의 평균 입경 범위, <001>//RD 집합조직의 분율이 본 발명에서 한정하는 범위에 미달되어 본 발명에서 목적하는 투자율을 확보할 수 없었다.
비교예 3은 Si 함량이 본 발명에서 한정하는 Si함량의 하한인 0.2중량% 보다 미달되었다. 그 결과, 본 발명에서 목적하는 항복강도를 확보할 수 없었다. 비교예 4는 Si 함량이 본 발명에서 한정하는 Si함량의 상한인 2.0중량%를 초과하였다. 비교예 4는 Si함량이 과다하여 가공성이 저하된 결과, 냉간 압연 시 파단되었다.
비교예 5는 Nb 함량이 본 발명에서 한정하는 Nb함량의 하한인 0.05중량% 보다 미달되었으며, Nb/(C+N)의 값이 본 발명에서 한정하는 Nb/(C+N) 값의 하한인 5 보다 미달되었다. 그 결과, Nb계 석출물이 충분히 형성되지 못하여 결정립이 지나치게 조대해져 항복강도가 저하되었으며, <001>//RD 집합조직의 분율을 충분히 확보할 수 없어 투자율이 저하되었다.
비교예 6은 발명예 1,2와 같은 강종인 F 강종을 사용하였음에도 불구하고, 결정립의 평균 입경이 본 발명에서 한정하는 평균 입경의 하한인 50㎛ 보다 미달되었다. 그 결과, 결정립계에 의한 자화가 억제되어 본 발명에서 목적하는 투자율을 확보할 수 없었다.
비교예 7은 발명예 3과 같은 강종인 G 강종을 사용하였음에도 불구하고, 결정립의 평균 입경이 본 발명에서 한정하는 평균 입경의 하한인 50㎛ 보다 미달되었다. 그 결과, 결정립계에 의한 자화가 억제되어 본 발명에서 목적하는 투자율을 확보할 수 없었다.
비교예 8은 발명예 3과 같은 강종인 G 강종을 사용하였음에도 불구하고, 결정립계의 평균 입경이 본 발명에서 한정하는 평균 입경의 상한인 200㎛를 초과하였다. 그 결과, 본 발명에서 목적하는 항복강도를 확보할 수 없었다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 각 실시예를 평가하도록 한다.
도 1은 비교예 2, 발명예 8에 따른 최종 냉연 소둔재의 집합조직 방위 분포(Orientation Distribution Function, ODF)를 나타낸 도면이다. 도 1a는 비교예 2에 따른 ODF이며, 도 1b는 발명예 8에 따른 ODF이다. 각 도 1a, 도 1b의 점선으로 도시된 원은 <001>//RD 집합조직을 나타낸다. 도 1a와 도 1b를 비교하면, 발명예 8의 <001>//RD 집합조직의 분율이 비교예 2에 비해 확연히 높다는 것을 가시적으로 확인할 수 있다.
상술한 실시예 결과로부터, 본 발명이 한정하는 합금성분 내에서 Nb/(C+N) 값이 5 내지 20을 만족하도록 제어하고, <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 이상이 되도록 제어하고, 결정립의 평균 입경이 50 내지 200㎛이 되도록 제어한 결과, 50Hz, 10000A/m 자기장 인가 시 투자율이 1200 이상, 항복강도가 280MPa 이상인 고투자율 페라이트계 스테인리스강을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 각종 전자기기 내 소자에 대한 전자기파를 차폐할 수 있는 소재로 적용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 중량%로, C: 0.0005 내지 0.02%, N: 0.005 내지 0.02%, Si: 0.2 내지 2.0%, Cr: 10.0 내지 25.0%, Nb: 0.05 내지 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Nb/(C+N)의 값이 5 내지 20을 만족하며,
    <001>//RD 집합조직의 분율이 5% 이상인 고투자율 페라이트계 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    Nb/(C+N)의 값이 5 내지 15를 만족하는 고투자율 페라이트계 스테인리스강.
  3. 제1항에 있어서,
    결정립의 평균 입경이 50 내지 200㎛인 고투자율 페라이트계 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서,
    50Hz, 10000A/m 자기장 인가 시 투자율이 1200 이상인 고투자율 페라이트계 스테인리스강.
  5. 제1항에 있어서,
    항복강도가 280MPa 이상인 고투자율 페라이트계 스테인리스강.
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