WO2021125564A1 - 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

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박수호
민현웅
박재석
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Definitions

  • the present invention relates to high-strength ferritic stainless steel, and more particularly, to high-strength ferritic stainless steel having a yield strength of 350 MPa or more, which can be applied to clamps of automobiles or general hoses, and a manufacturing method thereof.
  • Ferritic stainless steel has a lower price than austenitic stainless steel, has a low coefficient of thermal expansion, and has good surface gloss, formability and oxidation resistance, so it is widely used in heat-resistant appliances, sink tops, exterior materials, home appliances, and electronic parts.
  • a ferritic stainless steel cold-rolled sheet it is manufactured through a hot rolling process, an annealing pickling process that removes scale from the surface of the hot rolled coil, and annealing and pickling process, cold rolling and annealing process.
  • FIG. 1 shows a clamp for an automobile or general hose.
  • Clamps require high strength because they serve to fasten plastic hoses or pipes, and excellent ductility is also required because there should be no cracks during bending.
  • corrosion resistance is required as it is used in the outdoor environment of automobiles as well as indoors, the demand for stainless steel for clamps is increasing recently.
  • Utility ferrite such as 410UF, which is generally manufactured, has poor corrosion resistance with a Cr content of 12%, and cannot be used for clamps due to its low elongation. Therefore, an attempt is made to use 16%Cr 430 series (general 430, 430LX) having a relatively high Cr content, but it is difficult to satisfy the market demand with low tensile strength.
  • TS Tensile strength
  • YiS yield strength
  • El elongation
  • the present invention relates to STS430 ferritic stainless steel capable of realizing high-strength content of Si, Al, V, C, N, etc. in the component system, control of the size and amount of precipitate by hot rolling non-annealing, and yield strength of 350 MPa or higher through temper rolling We want to provide a way
  • the method for manufacturing high-strength ferritic stainless steel for clamp according to an embodiment of the present invention, by weight, C: 0.04 to 0.1%, Si: 0.2 to 0.6%, Mn: 0.01 to 1.5%, Cr: 14.0 to 18.0% , Al: 0.005 to 0.2%, V: 0.005 to 0.2%, N: 0.02 to 0.1%, including the remaining Fe and unavoidable impurities, the slab satisfying the following formulas (1) and (2) to 1,000 to 1,200 °C hot rolling by reheating; winding the hot-rolled steel sheet at 700° C.
  • Si, Al, V, C, and N mean the content (wt%) of each element.
  • the cold rolled annealed steel sheet, the number of (Cr,Fe)-carbonitride precipitates having an average diameter of 0.5 ⁇ m or less may be 2.5 ⁇ 10 6 pieces/mm 2 or more.
  • the slab may further include any one or more selected from the group consisting of Ni: 0.001 to 0.5%, P: 0.05% or less, and S: 0.005% or less.
  • the cold-rolled annealed steel sheet may have a yield strength of 320 MPa or more, a tensile strength of 510 MPa or more, and an elongation of 20% or more.
  • the temper-rolled cold-rolled annealed steel sheet may have a yield strength of 350 MPa or more, a tensile strength of 510 MPa or more, and an elongation of 20% or more.
  • High-strength ferritic stainless steel for clamp according to an embodiment of the present invention, by weight, C: 0.04 to 0.1%, Si: 0.2 to 0.6%, Mn: 0.01 to 1.5%, Cr: 14.0 to 18.0%, Al : 0.005 to 0.2%, V: 0.005 to 0.2%, N: 0.02 to 0.1%, including the remaining Fe and unavoidable impurities, and satisfies the following formulas (1) and (2), and has a yield strength of 350 MPa or more.
  • Ni 0.001 to 0.5%
  • P 0.05% or less
  • S any one or more selected from the group consisting of 0.005% or less
  • (Cr,Fe)-carbonitride precipitates having an average diameter of 0.5 ⁇ m or less may be distributed over 2.5 ⁇ 10 6 pieces/mm 2 .
  • the tensile strength may be 510 MPa or more and the elongation may be 20% or more.
  • the high-strength ferritic stainless steel according to an embodiment of the present invention satisfies a yield strength of 350 MPa or more, a tensile strength of 510 MPa or more, and an elongation of 20% or more, so that it can be used for clamping applications such as automobiles.
  • FIG. 1 is a diagram showing the shape of a general clamp (Clamp).
  • Figure 2 is a graph showing the yield strength (YS) according to the value of the formula (1) before performing the temper rolling of the present invention.
  • Equation 3 is a graph showing the tensile strength (TS) according to the value of Equation (2) before performing the temper rolling of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the method for manufacturing high-strength ferritic stainless steel for clamp according to an embodiment of the present invention, by weight, C: 0.04 to 0.1%, Si: 0.2 to 0.6%, Mn: 0.01 to 1.5%, Cr: 14.0 to 18.0% , Al: 0.005 to 0.2%, V: 0.005 to 0.2%, N: 0.02 to 0.1%, including the remaining Fe and unavoidable impurities, the slab satisfying the following formulas (1) and (2) to 1,000 to 1,200 °C hot rolling by reheating; winding the hot-rolled steel sheet at 700° C.
  • Si, Al, V, C, and N mean the content (wt%) of each element.
  • High-strength ferritic stainless steel for clamp according to an embodiment of the present invention, by weight, C: 0.04 to 0.1%, Si: 0.2 to 0.6%, Mn: 0.01 to 1.5%, Cr: 14.0 to 18.0%, Al : 0.005 to 0.2%, V: 0.005 to 0.2%, N: 0.02 to 0.1%, remaining Fe and unavoidable impurities.
  • the content of C is 0.04 to 0.1%.
  • C in steel is an impurity that is unavoidably included in ferritic stainless steel, and is precipitated as (Cr,Fe) 23 C 6 , (Cr,Fe) 7 C 3 carbide to improve strength, so it contains 0.04% or more.
  • the base material when excessively contained in the base material, the elongation is lowered and the workability of the product is significantly reduced, so it is limited to 0.1% or less.
  • the content of Si is 0.2 to 0.6%.
  • Si is an unavoidable impurity contained in steel, it is an element added as a deoxidizer during steel making and is a ferrite stabilizing element. When it is contained in a large amount in steel, it causes hardening of the material and reduces ductility, so it is usually managed at 0.4% or less. However, in order to manufacture high-strength ferritic stainless steel for clamps, it is necessary to optimally use Si. Accordingly, in the present invention, the Si content is controlled to 0.2 to 0.6% to improve the tensile strength and yield strength by a solid solution strengthening effect, and the Si content is limited to 0.6% or less to maintain elongation.
  • the content of Mn is 0.01 to 1.5%.
  • Mn is an impurity that is unavoidably included in steel, but since it is an austenite stabilizing element, it serves to suppress roping and ridging. However, when it is included in a large amount, manganese-based fume is generated during welding and causes MnS phase precipitation to decrease elongation, so the content is limited to 0.01 to 1.5%.
  • the content of Cr is 14.0 to 18.0%.
  • Cr is an alloying element added to improve the corrosion resistance of steel, and its critical content is 12%.
  • ferritic stainless steel containing C and N may cause intergranular corrosion, and its content is limited to 14.0 to 18.0% in consideration of the possibility of intergranular corrosion and increase in manufacturing cost.
  • the content of Al is 0.005 to 0.2%.
  • Al as a strong deoxidizer serves to lower the oxygen content in the molten steel, and in the present invention, 0.005% or more is added.
  • the content when the content is excessive, the sleeve defect of the cold-rolled strip occurs due to the increase of non-metallic inclusions, and at the same time, the weldability is deteriorated. It may be limited to 0.2% or less, and more preferably to 0.1% or less.
  • the content of V is 0.005 to 0.2%.
  • V serves to form a carbonitride by fixing C and N, and is an element effective for inhibiting and refining the growth of carbonitride.
  • 0.005% or more is added, and more preferably 0.03% or more is added.
  • the manufacturing cost increases rapidly, so it may be limited to 0.2% or less and more preferably to 0.1% or less.
  • the content of N is 0.02 to 0.1%.
  • N in steel exists as an impurity element on the same level as C, and it is added by 0.02% or more because it is precipitated as Cr 2 N nitride in the manufacturing process to improve strength.
  • the content is limited to 0.1% or less because a large amount of addition not only impairs workability but also causes stretcher strain in cold-rolled products.
  • Ni 0.001 to 0.5%
  • P 0.05% or less
  • S any one or more selected from the group consisting of 0.005% or less
  • Ni is 0.001 to 0.5%.
  • Ni is an austenite stabilizing element along with Cu and Mn, which increases the austenite fraction to suppress roping and ridging, and serves to improve corrosion resistance by adding a small amount.
  • the content thereof is limited to the above-mentioned range due to deterioration of processability and an increase in manufacturing cost.
  • P is 0.05% or less.
  • P is an unavoidable impurity contained in steel, which causes intergranular corrosion during pickling or inhibits hot workability, so its content is controlled within the above-mentioned range.
  • S The content of S is 0.005% or less.
  • S is an unavoidable impurity contained in steel and segregates at grain boundaries to impair hot workability, so its content is limited to the above-mentioned range.
  • the remainder of the stainless steel except for the above-mentioned alloying elements consists of Fe and other unavoidable impurities.
  • the yield strength (YS) may be increased to 320 MPa or more by a solid solution strengthening effect according to an increase in the contents of Si, Al, and V, which are substitutional elements.
  • Si, Al, and V which are substitutional elements.
  • Si+Al+V value is less than 0.35%, it is difficult to realize the desired yield strength, and when it exceeds 0.6%, the elongation is lowered.
  • Tensile strength (TS) of 510 MPa or more can be realized by increasing the (Fe,Cr) carbonitride precipitation by increasing the C + N content, and by omitting the hot rolling annealing heat treatment to increase the work hardening amount due to the precipitate miniaturization effect. If the C+N value is less than 0.09%, it is difficult to realize the desired tensile strength, and if it exceeds 0.12%, the elongation is lowered.
  • the microstructure of the present invention according to the above-described alloy element control may include 2.5 ⁇ 10 6 pieces/mm 2 or more of (Fe,Cr) carbonitride precipitates having an average diameter of 0.5 ⁇ m or less.
  • (Fe,Cr) carbonitride precipitates may be (Cr,Fe) 23 C 6 , (Cr,Fe) 7 C 3 carbide or Cr 2 N nitride according to an increase in C+N content.
  • a thickness of 1 mm or less is mainly used, and a yield strength (YS) of 320 MPa or more is required, and if the hose diameter is large, a thickness of 1 mm or more is used. More is requested.
  • 320 MPa or more can be obtained through the above-described alloying element and carbonitride precipitate control, it is difficult to secure 350 MPa or more. Therefore, in order to realize a yield strength of 350 MPa or more, it was necessary to modify the process in the manufacturing method.
  • the method for manufacturing high-strength ferritic stainless steel for clamp according to an embodiment of the present invention, by weight, C: 0.04 to 0.1%, Si: 0.2 to 0.6%, Mn: 0.01 to 1.5%, Cr: 14.0 to 18.0% , Al: 0.005 to 0.2%, V: 0.005 to 0.2%, N: 0.02 to 0.1%, including the remaining Fe and unavoidable impurities, the slab satisfying the above formulas (1) and (2) to 1,000 to 1,200 °C hot rolling by reheating; winding the hot-rolled steel sheet at 700° C.
  • the hot rolling finishing temperature is preferably 800°C or higher. Fine precipitates are formed in the hot-rolled coil state through finish rolling at a temperature of 800°C or higher and winding at 700°C or higher, and then, the hot-rolling annealing heat treatment is omitted to prevent coarsening of the precipitates.
  • ferritic stainless steel used for clamps is subjected to batch annealing in a hot rolling annealing heat treatment after hot rolling, but in the present invention, hot rolling annealing heat treatment is omitted.
  • hot rolling annealing heat treatment is omitted.
  • phase annealing BAF
  • the fine precipitates deposited in the hot-rolled coil are coarsened and the total number is reduced, making it difficult to secure high strength.
  • Yield strength of 350 MPa or more can be secured by cold-rolled temper rolling of the cold-rolled annealed steel sheet at a reduction ratio of 2 to 8%. When the reduction ratio is more than 8%, the elongation is lowered.
  • the ferritic stainless steel of the component system in which C, N, Si, Al and V in Table 1 below were adjusted was tested in Lab. It was prepared as a slab by vacuum dissolution. After reheating the slab at 1,000 to 1,200°C, the hot-rolled sheet was prepared by rolling it to a finish rolling completion temperature of 800°C or higher by a rough mill and a continuous finishing mill.
  • the hot-rolled sheet was manufactured as a final cold-rolled sheet by performing temper rolling on some steel types after cold rolling and annealing heat treatment.
  • Table 2 shows the numerical values of formulas (1) and (2) defined as Si+Al+V, C+N for the steel having the alloy composition of Table 1, and the number of precipitates in hot-rolled annealing conditions and cold-rolled annealing was shown.
  • yield strength (YS), tensile strength (TS) and elongation (EL) obtained by performing a tensile test at a crosshead speed of 20 mm/min at room temperature in the 0° direction from the rolling direction on the plate surface of the cold-rolled annealed material were shown. .
  • Steel types A and B are vacuum melted by adjusting C, N, Si, Al and V of ferritic stainless steel. After reheating the above steel in a temperature range of 1,000 to 1,200 ° C, it is heated to 800 ° C or higher by a rough rolling mill and a continuous finishing mill. A hot-rolled sheet was prepared by rolling to the completion temperature, and then pickled without hot-rolling annealing, followed by cold-rolling, cold-rolling annealing and temper rolling.
  • the A and B steel grades satisfy Si+Al+V ⁇ 0.35%, and as the temper rolling is performed, the yield strength (YS) ⁇ 350 MPa is satisfied. In addition, it can be seen that the A and B steel grades satisfy the tensile strength (TS) ⁇ 510 MPa as C+N ⁇ 0.09%.
  • the C+N value is 0.09% or more, which satisfies the formula (1) of the present invention, but the Si+Al+V value is 0.35% or less and the yield strength (YS) value is 300 MPa. It was confirmed that a low value that did not even reach 320 MPa before appeared.
  • Si+Al+V values were 0.35% or less and C+N values were 0.09% or less, and both yield strength (YS) and tensile strength (TS) satisfies the target strength level of the present invention despite temper rolling. You can see that it cannot be done.
  • H steel grade satisfies Si+Al+V values of 0.35% or more and C+N values of 0.09% or more, but yield strength (YS) ⁇ 320 MPa and tensile strength (TS) ⁇ 510 MPa due to hot-rolled BAF annealing It can be seen that it does not satisfy
  • the Si+Al+V value does not satisfy 0.35 or more and the C+N value does not satisfy 0.09% or more, and as the hot-rolled BAF annealing is performed, the yield strength (YS) is as low as 280 MPa or less. and the tensile strength (TS) was also low at 490 MPa or less, indicating that the target strength of the present invention was not satisfied.
  • FIG. 2 is a graph showing the yield strength (YS) according to the value of Equation (1) before performing the temper rolling of the present invention
  • FIG. 3 is the tensile strength according to the value of Equation (2) before performing the temper rolling of the present invention. It is a graph showing (TS).
  • the yield strength due to the solid solution strengthening effect of the base material by controlling the value of Equation (1) defined as the sum of substitutional elements Si+Al+V to 0.35% or more was increased to 320 MPa or more.
  • the temper rolling it was possible to secure the required yield strength of 350 MPa or more.
  • Equation (2) defined as C + N to 0.09% or more
  • (Fe, Cr) - carbonitride precipitation amount is increased and the work hardening amount is increased due to the precipitate miniaturization effect by omitting the hot rolling annealing process.
  • the tensile strength could be realized over 510 MPa.
  • the no-annealing column is a photograph of steel type A of Invention Example 1
  • the BAF column is a photograph of steel type I of Comparative Example 7.
  • the ferritic stainless steel according to the present invention can secure a yield strength of 350 MPa or more, a tensile strength of 510 MPa or more, and an elongation of 20% or more, and thus can be applied to clamps of automobiles or general hoses.

Abstract

자동차 또는 일반 호스의 클램프에 적용될 수 있는 항복강도 350MPa 이상의 고강도 STS430 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하며, 평균 직경 0.5㎛ 이하의 석출물의 수가 2.5×10 6 개/㎟ 이상이다. (1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6% (2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%

Description

클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법
본 발명은 고강도 페라이트계 스테인리스강에 대한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 또는 일반 호스의 클램프에 적용될 수 있는 항복강도 350MPa 이상의 고강도 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 가격이 저렴하고 열팽창률이 낮으며 표면광택, 성형성 및 내산화성이 양호하여 내열기구, 싱크대 상판, 외장재, 가전제품, 전자부품 등에 널리 사용되고 있다. 페라이트계 스테인리스강 냉연 박판의 경우 열간압연 공정, 열간압연된 코일의 표면 스케일을 제거하고 재료 내부 응력을 제거하는 소둔산세 공정, 냉간압연 및 소둔 공정을 통해 제조된다.
도 1은 자동차 또는 일반 호스용 클램프를 나타낸다. 클램프는 플라스틱 호스 또는 파이프를 체결하는 역할을 하기 때문에 높은 강도를 필요로 하며, 벤딩 시 크랙 발생이 없어야 하기 때문에 우수한 연성도 동시에 요구된다. 또한, 실내뿐만 아니라 자동차의 실외 환경에 사용되어짐에 따라 내식성이 요구되기 때문에 최근 클램프용 스테인리스강의 수요가 증대되고 있는 상황이다.
일반적으로 제조되는 410UF와 같은 Utility Ferrite의 경우 Cr 함유량이 12% 수준으로 내식성이 열위하며, 연신율이 낮아 클램프용으로 사용할 수 없다. 따라서, 상대적으로 Cr 함유량이 높은 16%Cr 430계(일반 430, 430LX)를 사용하려고 시도하고 있으나, 낮은 인장강도로 시장의 요구를 만족시키기 어려운 실정이다. 시장의 요구사항(SPEC.)인 압연방향 기준으로 0˚, 45˚, 90˚ 3방향 모두에서의 인장강도(TS) 510MPa 이상, 항복강도(YS) 350MPa 이상, 연신율(El) 20% 이상을 만족하기 위해서는 성분계 개발 및 제조공정의 최적화가 선행되어야 한다.
STS430으로 대표되는 페라이트계 스테인리스강에서의 주요 품질 이슈는 리징(Ridging) 개선, 오렌지필(Orange Peel) 개선, 성형시 면 내 이방성 개선과 관련하여 선행 특허 기술들이 다수 존재하나, 자동차 또는 일반 호스의 클램프 용도로 적용될 수 있도록 고강도를 만족하는 성분계에 대한 검토와 제조기술 최적화에 대한 연구는 거의 없는 실정이다.
본 발명은 성분계 중 Si, Al, V, C, N 등의 함량, 열연 무소둔에 의한 석출물 크기 및 석출량 제어, 조질압연을 통한 항복강도 350MPa 이상의 고강도 구현이 가능한 STS430 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법은, 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 슬라브를 1,000 내지 1,200℃로 재가열하여 열간압연하는 단계; 상기 열연강판을 700℃ 이상에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판의 소둔 열처리를 생략하고, 60% 이상 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉연강판을 550 내지 950℃에서 10분 이하 소둔 열처리하는 단계; 및 상기 냉연소둔강판을 2 내지 8%의 압하율로 조질압연하는 단계;를 포함한다.
(1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6%
(2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%
여기서, Si, Al, V, C, N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연소둔강판은, 평균 직경 0.5㎛ 이하의 (Cr,Fe)-탄질화물 석출물의 수가 2.5×10 6 개/㎟ 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬라브는 Ni: 0.001 내지 0.5%, P: 0.05% 이하 및 S: 0.005% 이하로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연소둔강판은, 항복강도 320MPa 이상, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조질압연된 냉연소둔강판은, 항복강도 350MPa 이상, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하며, 항복강도가 350MPa 이상이다.
(1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6%
(2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Ni: 0.001 내지 0.5%, P: 0.05% 이하 및 S: 0.005% 이하로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 평균 직경 0.5㎛ 이하의 (Cr,Fe)-탄질화물 석출물이 2.5×10 6 개/㎟ 이상 분포되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 페라이트계 스테인리스강은 항복강도 350MPa 이상, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상을 만족하여 자동차 등의 클램프 용도로 사용될 수 있다.
도 1은 일반적인 클램프(Clamp)의 형상을 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명의 조질압연 수행 전, 식 (1)의 값에 따른 항복강도(YS)를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 조질압연 수행 전, 식 (2)의 값에 따른 인장강도(TS)를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발명예와 비교예의 석출물을 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법은, 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 슬라브를 1,000 내지 1,200℃로 재가열하여 열간압연하는 단계; 상기 열연강판을 700℃ 이상에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판의 소둔 열처리를 생략하고, 60% 이상 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉연강판을 550 내지 950℃에서 10분 이하 소둔 열처리하는 단계; 및 상기 냉연소둔강판을 2 내지 8%의 압하율로 조질압연하는 단계;를 포함한다.
(1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6%
(2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%
여기서, Si, Al, V, C, N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명의 합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C의 함량은 0.04 내지 0.1%이다.
강 중 C는 페라이트계 스테인리스강에 불가피하게 포함되는 불순물로서, (Cr,Fe) 23C 6, (Cr,Fe) 7C 3 탄화물로 석출되어 강도를 향상시키는 역할을 하므로 0.04% 이상 함유한다. 하지만, 모재 내에 과하게 포함될 경우에는 연신율을 저하시켜 제품의 가공성을 현저히 저하시키기 때문에 0.1% 이하로 제한한다.
Si의 함량은 0.2 내지 0.6%이다.
Si은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물이지만 제강 시 탈산제 역할로 첨가되는 원소로 페라이트 안정화 원소이다. 강 중 다량 함유되면 재질의 경화를 일으켜 연성을 저하시키기 때문에 통상 0.4% 이하로 관리한다. 하지만, 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강을 제조하기 위해서는 Si을 최적으로 사용할 필요가 있다. 이에 본 발명에서는 Si 함량을 0.2 내지 0.6%로 제어하여 고용강화 효과로 인장강도 및 항복강도를 향상시켰으며, 연신율을 유지하기 위하여 Si 함량을 0.6% 이하로 제한한다.
Mn의 함량은 0.01 내지 1.5%이다.
Mn은 강 중에 불가피하게 포함되는 불순물이지만 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 로핑 및 리징을 억제하는 역할을 한다. 하지만 다량으로 포함될 경우 용접시 망간계 퓸이 발생하며 MnS상 석출의 원인이 되어 연신율을 저하시키기 때문에 그 함유량을 0.01 내지 1.5%로 제한한다.
Cr의 함량은 14.0 내지 18.0%이다.
Cr은 강의 내식성을 향상시키기 위해 첨가하는 합금원소로, 임계함량은 12%이다. 다만, C 및 N이 함유된 페라이트계 스테인리스강은 입계 부식이 일어날 수 있으며 입계 부식 가능성 및 제조단가 증가를 고려하여 그 함유량을 14.0 내지 18.0%로 제한한다.
Al의 함량은 0.005 내지 0.2%이다.
Al은 강력한 탈산제로써 용강 중 산소의 함량을 낮추는 역할을 하며, 본 발명에서는 0.005% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 비금속 개재물 증가로 인해 냉연 스트립의 슬리브 결함이 발생함과 동시에, 용접성을 열화시키는 바 0.2% 이하로 한정하고, 보다 바람직하게는 0.1% 이하로 한정할 수 있다.
V의 함량은 0.005 내지 0.2%이다.
V은 C 및 N을 고정하여 탄질화물을 형성하는 역할을 하며, 탄질화물의 성장을 억제하고 미세화시키는데 효과적인 원소로, 본 발명에서는 0.005% 이상 첨가하고 보다 바람직하게는 0.03% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 제조 비용이 급증하는바, 0.2% 이하로 한정하고 보다 바람직하게는 0.1% 이하로 한정할 수 있다.
N의 함량은 0.02 내지 0.1%이다.
강 중 N은 C와 동등하게 불순물 원소로 존재하며, 제조 과정에서 Cr 2N 질화물로 석출되어 강도를 향상시키는 역할을 하므로 0.02% 이상 첨가한다. 하지만, 다량의 첨가는 가공성을 저해시킬 뿐만 아니라 냉연제품의 스트레처 스트레인의 원인이 되기 때문에 그 함유량을 0.1% 이하로 제한한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Ni: 0.001 내지 0.5%, P: 0.05% 이하 및 S: 0.005% 이하로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
Ni의 함량은 0.001 내지 0.5%이다. Ni은 Cu, Mn과 함께 오스테나이트 안정화 원소로 오스테나이트 분율을 증가시켜 로핑 및 리징을 억제하는 효과가 있으며, 미량 첨가로 내식성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나 다량 첨가시 가공성 열화 및 제조단가 증가로 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.
P의 함량은 0.05% 이하이다. P은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로 산세 시 입계부식을 일으키거나 열간가공성을 저해시키기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 조절한다.
S의 함량은 0.005% 이하이다. S은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로 결정입계에 편석되어 열간가공성을 저해시키기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.
상술한 합금원소들을 제외한 스테인리스강의 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
또한, 위 성분계 조성과 동시에 아래 식 (1) 및 (2)를 만족한다.
(1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6%
(2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%
본 발명에서는 고강도를 구현하고자 치환형 원소인 Si, Al, V의 함량 증가에 따른 고용강화 효과로 항복강도(YS)를 증가시켜 320 MPa 이상을 나타낼 수 있다. Si+Al+V 값이 0.35% 미만인 경우 목적하는 항복강도를 구현하기 어려우며, 0.6% 초과의 경우 연신율이 저하된다. 또한, 후술할 제조방법과 같이, 소둔 열처리된 냉연강판에 조질압연을 수행함으로써 350 MPa 이상의 항복강도를 달성할 수 있다. 조질압연 수행 전 항복강도가 320 MPa에 미치지 못하는 경우, 조질압연시 높은 압하율이 요구되고 이러한 경우 연신율의 저하를 가져와 바람직하지 못하다. 따라서 조질압연 수행 전 상기 식 (1) 만족을 통해 항복강도 320 MPa 이상 확보되는 것이 중요하다.
C+N 함량 증가를 통해 (Fe,Cr) 탄질화물 석출량을 증가시키고, 열연 소둔 열처리를 생략하여 석출물 미세화 효과로 가공경화량을 증가시킴으로써 인장강도(TS)를 510 MPa 이상으로 구현할 수 있다. C+N 값이 0.09% 미만인 경우 목적하는 인장강도를 구현하기 어려우며, 0.12% 초과의 경우 연신율이 저하된다.
상술한 합금원소 제어에 따른 본 발명의 미세조직은, 평균 직경 0.5㎛ 이하의 (Fe,Cr) 탄질화물 석출물을 2.5×10 6 개/㎟ 이상 포함할 수 있다. (Fe,Cr) 탄질화물 석출물은 C+N 함량 증대에 따른 (Cr,Fe) 23C 6, (Cr,Fe) 7C 3 탄화물 또는 Cr 2N 질화물일 수 있다. 0.5㎛ 이하의 미세한 석출물을 다량 석출시킴으로써 인장 시 가공경화량을 증가시킬 수 있다.
단, (Fe,Cr) 탄질화물의 석출을 위해서는 합금원소 제어 외에 열연 소둔 열처리의 생략이 요구된다.
호스를 연결하는 클램프의 경우, 호스 직경이 작으면 두께 1mm 이하를 주로 사용하고 항복강도(YS) 320 MPa 이상을 요구되며, 호스 직경이 크면 두께 1mm 이상을 사용하게 되는데 항복강도(YS) 350 MPa 이상이 요구되고 있다. 상술한 합금원소 및 탄질화물 석출물 제어를 통해 320 MPa 이상을 얻을 수 있으나 350 MPa 이상을 확보하기는 어렵다. 따라서 350 MPa 이상의 항복강도를 구현하기 위해 제조방법 상의 공정 수정이 필요하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법은, 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 슬라브를 1,000 내지 1,200℃로 재가열하여 열간압연하는 단계; 상기 열연강판을 700℃ 이상에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판의 소둔 열처리를 생략하고, 60% 이상 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉연강판을 550 내지 950℃에서 10분 이하 소둔 열처리하는 단계; 및 상기 냉연소둔강판을 2 내지 8%의 압하율로 조질압연하는 단계;를 포함한다.
열간압연 마무리온도는 800℃ 이상인 것이 바람직하다. 800℃ 이상의 마무리압연 온도 및 700℃ 이상에서의 권취를 통해 열연코일 상태에서 미세 석출물을 형성시키며, 이후 열연 소둔 열처리를 생략하여 석출물의 조대화를 방지한다.
일반적으로 클램프용으로 사용되는 페라이트계 스테인리스강은 열간압연 후 열연 소둔 열처리로 상소둔(Batch Annealing Furnace)을 수행하는데, 본 발명에서는 열연 소둔 열처리를 생략하는 것을 특징으로 한다. 상소둔(BAF) 수행 시 열연코일의 석출된 미세 석출물들이 조대화되고 총 개수가 적어져 고강도 확보가 어려워진다.
냉연소둔강판을 2 내지 8% 압하율로 냉연 조질압연함으로써 항복강도를 350 MPa 이상 확보할 수 있다. 압하율이 8% 초과의 경우 연신율이 저하된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예
아래 표 1의 C, N, Si, Al 및 V을 조절한 성분계의 페라이트계 스테인리스강을 Lab. 진공용해를 하여 슬라브로 제조하였다. 슬라브를 1,000 내지 1,200℃에서 재가열한 후 조압연기와 연속 마무리압연기에 의해 800℃ 이상의 마무리압연 완료 온도로 압연하여 열연판을 제조하였다.
강종 합금 성분(중량%) 구분
C Si Mn Cr Al V N
A 0.0690 0.35 0.50 16.20 0.043 0.06 0.0360 발명예 1
B 0.0631 0.30 0.48 16.29 0.083 0.03 0.0329 발명예 2
C 0.0680 0.14 0.49 16.17 0.033 0.01 0.0360 비교예 1
D 0.0610 0.12 0.46 16.15 0.031 0.02 0.0310 비교예 2
E 0.0689 0.14 0.46 16.16 0.033 0.01 0.0261 비교예 3
F 0.0631 0.20 0.48 16.25 0.081 0.01 0.0229 비교예 4
G 0.0631 0.20 0.48 16.23 0.081 0.02 0.0229 비교예 5
H 0.0631 0.30 0.47 16.29 0.083 0.03 0.0329 비교예 6
I 0.0590 0.12 0.47 16.14 0.078 0.01 0.0215 비교예 7
열연판은 냉간압연 및 소둔 열처리 후 일부 강종에 대하여 조질압연을 수행하여 최종 냉연판으로 제조하였다.
아래 표 2는 표 1의 합금성분을 갖는 강에 대하여 Si+Al+V, C+N으로 정의되는 식 (1) 및 (2)의 수치를 나타내었으며, 열연소둔 조건 및 냉연소둔재의 석출물 수를 나타내었다. 또한 냉연소둔재의 판면에 있어서 압연방향으로부터 0˚ 방향에 대하여, 상온에서 crosshead speed 20 mm/min로 인장시험을 하여 얻어진 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(EL)을 나타내었다.
구분 강종 식 (1)
(중량%)		 식 (2)
(중량)		 0.5㎛ 이하
석출물 수
(10 6 개/㎟)		 열연
소둔		 조질
압연
압하율		 YS
(MPa)		 TS
(MPa)		 EL
(%)
발명예 1 A 0.453 0.105 3.6 생략 7% 361.6 573.0 23.7
발명예 2 B 0.414 0.096 3.2 생략 4% 352.8 547.4 23.1
비교예 1 C 0.183 0.104 3.0 생략 - 303.0 546.0 23.0
비교예 2 D 0.171 0.092 2.8 생략 - 304.0 538.0 25.0
비교예 3 E 0.183 0.095 2.7 생략 - 297.0 513.0 27.0
비교예 4 F 0.292 0.086 2.6 생략 6% 326.2 511.7 22.4
비교예 5 G 0.312 0.086 2.4 생략 5% 329.6 509.2 23.9
비교예 6 H 0.414 0.096 0.2 BAF - 304.5 494.1 28.0
비교예 7 I 0.208 0.081 0.2 BAF - 277.9 486.1 30.1
발명예 1, 2
A, B 강종은 페라이트계 스테인리스강의 C, N, Si, Al 및 V을 조절하여 진공 용해한 것으로 상기의 강을 1,000~1,200℃의 온도범위에서 재가열한 후 조압연기와 연속 마무리압연기에 의해 800℃ 이상의 완료온도로 압연하여 열연판을 제조하고 그 후 열연소둔하지 않고 산세한 다음 냉간압연, 냉연소둔 및 조질압연을 실시하였다.
상기 A, B 강종은 Si+Al+V ≥ 0.35% 를 만족하고, 조질압연을 수행함에 따라 항복강도(YS) ≥ 350 MPa 을 만족함을 알 수 있다. 또한, A, B 강종은 C+N ≥ 0.09% 를 만족함에 따라 인장강도(TS) ≥ 510MPa 을 만족함을 알 수 있다.
비교예 1~3
C ~ E 강종은 C+N 수치가 0.09% 이상으로 본 발명의 식 (1)은 만족하나, Si+Al+V 수치가 0.35% 이하로 항복강도(YS) 값이 300 MPa 수준으로 조질압연 수행 전 320 MPa에도 미치지 못하는 낮은 값이 나타남을 확인할 수 있었다.
비교예 4, 5
F 강종 및 G 강종은 Si+Al+V 수치가 0.35% 이하 및 C+N 수치가 0.09% 이하로, 조질압연하였음에도 항복강도(YS)와 인장강도(TS) 모두 본 발명의 목표 강도 수준을 만족시키지 못함을 알 수 있다.
비교예 6, 7
H 강종은 Si+Al+V 수치가 0.35% 이상을 만족하고 C+N 수치가 0.09% 이상을 만족하나, 열연 BAF 소둔을 실시함에 따라 항복강도(YS) ≥ 320MPa 과 인장강도(TS) ≥ 510MPa 을 만족시키지 못함을 알 수 있다.
또한, I 강종은 Si+Al+V 수치가 0.35 이상을 만족시키지 못하고 C+N 수치가 0.09% 이상을 만족시키지 못할 뿐만 아니라, 열연 BAF 소둔을 실시함에 따라 항복강도(YS)가 280MPa 이하로 낮게 나타났으며 인장강도(TS) 또한 490MPa 이하로 낮게 나타나 본 발명의 목표 강도를 만족시키지 못함을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 조질압연 수행 전, 식 (1)의 값에 따른 항복강도(YS)를 나타내는 그래프이며, 도 3은 본 발명의 조질압연 수행 전, 식 (2)의 값에 따른 인장강도(TS)를 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에서 고강도를 구현하고자 치환형 원소의 합 Si+Al+V 으로 정의되는 식 (1)의 값을 0.35% 이상으로 제어함으로써 모재의 고용강화 효과로 항복강도를 증가시켜 320 MPa 이상으로 구현할 수 있었다. 여기에 조질압연을 실시함으로써 요구 항복강도인 350 MPa 이상을 확보할 수 있었다. 또한, C+N 으로 정의되는 식 (2)의 값을 0.09% 이상으로 제어하여 (Fe,Cr)-탄질화물 석출량 증대와 함께 열연소둔 공정 생략에 의한 석출물 미세화 효과로 가공경화량을 증가시켜 인장강도를 510MPa 이상으로 구현할 수 있었다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발명예와 비교예의 석출물을 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 사진이다. 무소둔 열은 발명예 1의 A 강종 사진이며, BAF 열은 비교예 7의 I 강종 사진이다.
발명예 1의 A 강종의 경우 평균 직경 0.5㎛ 이하의 크기를 가지는 석출물이 다량 형성되어 있는 것을 확인할 수 있는 반면, 비교예 7의 I 강종의 경우 0.5 내지 2.0㎛ 크기의 석출물이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 합금성분 제어와 함께 열연 무소둔이 함께 만족되어야 본 발명의 해결과제를 달성할 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 항복강도 350MPa 이상, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상을 확보할 수 있어, 자동차 또는 일반 호스의 클램프에 적용이 가능하다.

Claims (9)

  1. 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 슬라브를 1,000 내지 1,200℃로 재가열하여 열간압연하는 단계;
    상기 열연강판을 700℃ 이상에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판의 소둔 열처리를 생략하고, 60% 이상 압하율로 냉간압연하는 단계;
    상기 냉연강판을 550 내지 950℃에서 10분 이하 소둔 열처리하는 단계; 및
    상기 냉연소둔강판을 2 내지 8%의 압하율로 조질압연하는 단계;를 포함하는 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
    (1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6%
    (2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%
    (여기서, Si, Al, V, C, N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉연소둔강판은,
    평균 직경 0.5㎛ 이하의 (Cr,Fe)-탄질화물 석출물의 수가 2.5×10 6 개/㎟ 이상인 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브는, Ni: 0.001 내지 0.5%, P: 0.05% 이하 및 S: 0.005% 이하로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉연소둔강판은,
    항복강도 320MPa 이상, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상인 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조질압연된 냉연소둔강판은,
    항복강도 350MPa 이상, 인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상인 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
  6. 중량%로, C: 0.04 내지 0.1%, Si: 0.2 내지 0.6%, Mn: 0.01 내지 1.5%, Cr: 14.0 내지 18.0%, Al: 0.005 내지 0.2%, V: 0.005 내지 0.2%, N: 0.02 내지 0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 (1) 및 (2)를 만족하며,
    항복강도가 350MPa 이상인 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강.
    (1) 0.35% ≤ Si+Al+V ≤ 0.6%
    (2) 0.09% ≤ C+N ≤ 0.12%
    (여기서, Si, Al, V, C, N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
  7. 제6항에 있어서,
    Ni: 0.001 내지 0.5%, P: 0.05% 이하 및 S: 0.005% 이하로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강.
  8. 제6항에 있어서,
    (Cr,Fe)-탄질화물 석출물을 포함하고,
    평균 직경 0.5㎛ 이하의 (Cr,Fe)-탄질화물 석출물이 2.5×10 6 개/㎟ 이상 분포되어 있는 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강.
  9. 제6항에 있어서,
    인장강도 510MPa 이상 및 연신율 20% 이상인 클램프용 고강도 페라이트계 스테인리스강.
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