KR101049002B1

KR101049002B1 - 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101049002B1
Application number: KR1020080116842A
Authority: KR
Inventors: 이상범; 정양진; 임종근; 채동철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2011-07-12
Also published as: KR20100058128A

Abstract

가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강과 그 제조방법이 제공된다.

이 페라이트계 스테인리스강은 Si: 0.25~0.35중량%로 성분 조정되는 페라이트계 스테인리스강이고,

비금속 개재물이 압연방향으로 10mm 범위내에서 하기의 연신개재물 지수 1 이하를 만족한다. 연신개재물지수 = (0.05×비금속 개재물의 수)/t (여기서, t는 강의 두께를 의미함) 또한, 이 페라이트계 스테인리스강의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면 비금속 개재물에 의해 발생하는 벤딩크랙을 방지할 수 있는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있는 효과가 있다.

페라이트계 스테인리스강, 비금속 개재물, Si 농도, 슬래그 염기도, 벤딩크랙, 가공성

Description

가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{Ferritic stainless steel having excellent workability and method for manufacturing the same}

본 발명은 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정련공정에서 실리콘 농도와 슬래그 염기도의 제어를 통하여 압연 시 연신이 용이한 비금속 개재물의 용강 내 발생을 최소화함으로써, 제품 가공시 비금속 개재물에 의해 발생하는 벤딩크랙을 방지할 수 있는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 연신율이 낮은 특징을 가지고 있으며, 가공성에 영향을 미치는 인자에는 여러 가지가 있지만 그 중에서도 저융점 실리케이트계 비금속 개재물이 큰 문제가 되고 있다.

즉, 저융점 실리케이트계 비금속 개재물이 제품의 내부에 잔류해 있을 경우 균열발생의 원인이 된다. 그러나, 이러한 비금속 개재물은 용강의 탈산 과정과 온 도 제어를 위한 합금철 투입 등에 의해서 필연적으로 발생하는 것으로, 균열 등의 문제를 해결하기 위해서는 개재물의 발생을 최소화시켜야 한다.

일반적으로, 스테인리스강의 아르곤-산소 탈탄법(Argon Oxygen Decarburization, AOD)을 이용한 정련 시에는 산소가스를 용강 중에 취입하여 탄소를 제거하기 때문에 크롬산화물이 생성되고, 이를 환원시키기 위해서 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 염기성 플럭스와 함께 탈산제로써 규소철(FeSi)을 첨가하며 탈산 및 개재물의 제거를 촉진하기 위해서 불활성 가스로 용강을 교반시킨다.

그러나 이와 같은 규소의 투입에 의해 탈산을 하는 경우, 하기 [식 1]의 반응에 의해 규소산화물(SiO₂)이 생성되고, 용강 상부에 도포되어 있는 생석회(CaO)와 반응하여 CaO-SiO₂계 슬래그가 필연적으로 존재하게 되는 것이다.

[식 1]

[Si] + 2[O] = (SiO₂)

CaO-SiO₂계 슬래그는 AOD로부터 래들로 용강이 이동할 때, 용강 중으로 혼입되어 CaO-SiO₂계 개재물이 되어 응고시까지 잔류하게 된다.

그런데, 이러한 CaO-SiO₂계 개재물의 물리적 특징으로서 CaO와 SiO₂의 무게비로 표현되는 염기도가 0.5 이하로 작을 경우, 개재물의 용융점이 낮고 열간압연이 이루어지는 온도에서 강과 함께 연신이 되는 문제를 가지고 있다.

이와 같이 압연방향으로 길게 연신이 된 개재물은 제품이 압연방향과 직각이 되도록 벤딩가공을 할 경우 크랙을 일으키는 원인이 되는 것이다.

이러한 용강 내부의 개재물을 제거하기 위해서는 개재물이 연신이 안되도록 개재물 조성을 변화시켜야 하며 이를 위하여 하기와 같은 종래기술들이 특허출원된 바 있다.

일본 공개특허공보 1993-239600호에서는 S 및 O 함량을 규제한 조건하에서 소정량의 Ti을 첨가하여 Ti의 첨가득률을 향상시킴과 동시에 가공성 특히, 굽힘가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제시하고 있다.

또한, 일본 공개특허공보 2008-156730호의 경우, Si 탈산 후 슬래그층을 통하여 선상 또는 봉상의 금속 Al 또는 Al합금을 스테인리스 용강 중에 장입하여 개재물의 연신을 방지하고 있다.

그러나, 상기의 종래기술들에서는 개재물의 연신을 방지하기 위하여 Ti 또는 Al 등의 원소를 첨가하고 있으며, 이와 같은 원소의 첨가로 발생하는 TiO₂ 또는 Al₂O₃ 등의 개재물은 스테인리스강의 표면 품질에 악영향을 미치기 때문에 사용이 곤란한 문제를 가지고 있다.

또한, 가공성을 개선한 또 다른 종래기술인 일본 공개특허공보 2000-129402호의 경우에는 슬래그의 염기도를 1.5≤CaO/SiO₂≤2.0으로 조정하고 슬래그 중 Al₂O₃ 및 MgO의 함량을 중량%로 5≤Al₂O₃≤15, 8≤MgO≤15가 되도록 제어하고 있다.

즉, 상기 산화물의 범위를 만족하기 위해서는 조정용 플럭스의 원단위가 증가하는 문제가 있고, 슬래그 조성이 상기 규제 범위를 만족하도록 제어해야하므로 작업성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 연구결과를 보면 Al 또는 Ti 등의 원소를 첨가할 경우 MgO-Al₂O₃계 스피넬(Spinel) 개재물에 의한 표면 결함 발생율이 크게 증가하고 연속주조 작업 중 노즐막힘 발생율이 크게 증가하여 작업성 및 생산성을 저해시키는 문제를 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 정련공정에서 실리콘 농도와 슬래그 염기도의 제어를 통하여 압연 시 연신이 용이한 비금속 개재물의 용강 내 발생을 최소화함으로써, 제품 가공시 비금속 개재물에 의해 발생하는 벤딩크랙을 방지할 수 있는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은

Si: 0.25~0.35중량%로 성분 조정되는 페라이트계 스테인리스강이고,

비금속 개재물이 압연방향으로 10mm 범위내에서 하기의 연신개재물 지수 1 이하를 만족한다.

연신개재물지수 = (0.05×비금속 개재물의 수)/t

(여기서, t는 강의 두께를 의미함)

또한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하는 공정; 상기 제조된 스테인리스 용탕을 정련하는 공정; 상기 정련된 용탕을 연속주조하는 공정;을 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,

상기 정련 공정에서 탈탄 후 Si 농도를 0.25~0.35중량%로 제어하는 제 1단 계;

슬래그 염기도(CaO중량%/SiO₂중량% 비)를 1.6~1.8로 제어하는 제 2단계;를 포함한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 AOD 정련로에서 실리콘 탈산제를 투입하여 정련하는 경우 제품 가공시 벤딩크랙을 유발하는 개재물의 생성을 억제하기 위한 방안을 모색하던 중 실리콘 농도와 슬래그 염기도를 적절히 제어하면 가공성에 악영향을 미치는 연신이 용이한 실리케이트계 비금속 개재물의 생성을 억제할 수 있다는 것을 규명한 것이다.

또한, 본 발명에서는 Al 및 Ti의 첨가를 배제함으로써 Ti계 산화물 및 MgO-Al₂O₃ 스피넬(Spinel)계 개재물에 의한 가공성 악화 문제가 발생하지 않는 이점이 있으며, 제품 가공시 벤딩크랙을 유발하는 비금속 개재물의 생성을 제어하는데 특징이 있는 것으로, 바람직하게는 200㎛ 이상의 길이를 가지는 실리케이트계 비금속 개재물의 생성을 제어하는 것이다.

이하, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 Si: 0.25~0.35중량%로 성분 조 정되고, 비금속 개재물이 압연방향으로 10mm 범위내에서 하기의 연신개재물 지수 1 이하를 만족한다.

연신개재물지수 = (0.05×비금속 개재물의 수)/t (여기서, t는 강의 두께를 의미함)

도 1은 연신 개재물에 의한 벤딩크랙의 발생기구를 나타낸 그림이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 주편의 개재물 염기도가 0.5 이하인 경우 열간압연과 냉간압연 후 코일에서 압연방향으로 가늘고 길게 연신된 개재물이 관찰되며, 이들은 벤딩가공시 크랙이 발생하는 시작점으로 작용하게 되어 벤딩크랙을 유발한다.

즉, 본원발명은 벤딩크랙을 유발하는 연신 개재물의 발생을 억제하는 것으로서, 압연방향으로 10mm 범위를 기준으로 할 때, 연신개재물 지수 = (0.05×비금속 개재물의 수)/t≤1를 만족하도록 비금속 개재물의 생성을 억제하며 이를 위하여 정련로에서 탈탄 후 Si을 첨가하여 Si 농도가 0.25~0.35중량%로 유지되도록한다.

따라서, 본 발명에서는 Si 농도가 성분 조정되어, 정련로에서 탈탄 후 [Si] 농도가 0.25~0.35중량%로 제어되는 것으로서, 상기 Si 함량이 0.25% 미만인 경우에는 용강 중 산소농도가 높아지고 이는 SiO₂ 발생량이 증가하였음을 의미하며 따라서 개재물 중 SiO₂의 비율이 증가하므로 연신개재물의 발생이 용이해질 수 있다.

반면, 0.35%를 초과하는 경우에는 용강 중 Si의 농도가 높아 후공정에서 대기 접촉 후 SiO₂로 되는 양이 많아지므로 이 경우에도 개재물 중 SiO₂의 비율이 증가하여 연신개재물의 발생이 용이해질 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 Si 농도는 0.25~0.35%로 성분 조정되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강의 비금속 개재물은 압연방향으로 10mm 범위내에서 연신개재물 지수 1이하인 것으로서, 상기 연신개재물 지수가 1를 초과하는 경우에는 비금속 개재물수의 증가에 따른 최종 제품의 벤딩크랙 발생을 유발함으로써 본원발명에서 목표로 하는 가공성을 만족할 수 없다.

또한, 본 발명의 비금속 개재물은 200㎛ 이상의 길이를 가지는 실리케이트계 비금속 개재물일 수 있으며, 상기 200㎛ 이상의 길이를 가지는 실리케이트계 비금속 개재물은 압연 시 벤딩크랙이 발생하는 시작점으로 작용한다.

또한, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0초과~0.08% 이하, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.2~0.6%, P; 0초과~0.04% 이하, S: 0초과~0.015% 이하, Cr: 10~30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성될 수 있다.

이하, 본 발명의 스테인리스강의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 다음과 같은 과정을 통해 제조될 수 있다. 먼저, 전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하고, 제조된 스테인리스 용탕을 정련한 다음, 상기 정련된 용탕을 연속주조하여 강괴를 얻고, 강괴를 압연하여 압연재를 얻는다.

본 발명에서는 상기 연신개재물 지수 1 이하를 만족하기 위하여 상기 정련 공정에서 탈탄 후 Si 농도를 0.25~0.35중량%로 제어하는 제 1단계; 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO₂중량% 비)를 1.6~1.8로 제어하는 제 2단계;를 포함한다.

상술한 바와 같이, 개재물 염기도가 0.5 이하인 경우 압연 후 코일에서 압연방향으로 벤딩크랙을 유발하는 연신 개재물이 관찰되는데, 이러한 연신 개재물의 생성을 억제하기 위해서는 정련 공정에서 탈탄 후 Si 농도를 0.25~0.35중량%로 제어하고 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO₂중량% 비)를 1.6~1.8로 제어하는 것이 바람직하다.

일반적으로, AOD 정련공정에서 산소 사용량이 많을 경우에는 Si 농도는 감소하고, SiO₂ 발생량은 증가하게 된다. 이에 따라 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO₂중량% 비)도 낮아지는데, 슬래그 염기도가 낮으면 AOD공정 및 주편에서의 개재물 염기도 가 낮아지고, Si 농도가 낮으면 주편 개재물에서 재산화 경향이 보인다.

즉, 개재물 중 SiO₂, MnO, Cr₂O₃ 조성이 증가하게 되며 개재물 조성은 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-MnO-Cr₂O₃계가 되며 이때 CaO와 SiO₂의 농도비는 0.5 이하가 된다.

따라서, 본 발명에서는 정련공정에서 탈탄 후 Si 농도를 0.25~0.35중량%로 제어함과 함께 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO₂중량% 비)를 1.6~1.8로 제어함으로써 벤딩크랙을 유발하는 비금속 개재물 생성을 억제할 수 있는 것이다.

즉, 상기 슬래그 염기도가 1.6 미만인 경우에는 AOD 공정 및 주편에서의 개재물 염기도도 낮아져 벤딩 크랙을 유발하는 연신 개재물이 나타날 수 있으며, 이에 반해 상기 슬래그 염기도가 1.8를 초과하는 경우에는 연신개재물의 발생빈도는 낮아지나, 슬래그의 개재물 제거능력이 감소하여 개재물수가 증가함에 따라 연신 개재물의 수가 다시 증가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 상기 슬래그 염기도는 1.6~1.8로 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 비금속 개재물에 의해 발생하는 벤딩크랙을 방지할 수 있는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

C: 0초과~0.08% 이하, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.2~0.6%, P; 0초과~0.04% 이하, S: 0초과~0.015% 이하, Cr: 10~30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 실험하였다. 전기로(EAF)-정련로(AOD)-성분조정(LT)-턴디쉬 (Tundish)-연속주조 공정으로 생산하였으며, 이 때 정련(AOD)후 슬래그의 염기도와 용강 중 Si 농도를 다양하게 변화시켰다.

연신개재물을 평가하는 방법은 다음과 같다. 냉간압연을 한 두께 0.5~1.5mm의 판재를 대상으로 압연방향으로 10mm 범위 내에 200㎛ 이상 길이를 가지는 비금속개재물의 수를 측정하고 두께의 영향을 제거하기 위해 이를 지수화하여 연신개재물 지수 = (0.05×비금속 개재물의 수)/t (여기서, t는 강판의 두께를 의미함)로 나타내었다.

도 2는 연신개재물지수와 슬래그 염기도의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 Si 농도 0.25~0.35%인 범위에서는 본 발명에서 목표로 하는 연신개재물지수 1 이하를 만족하는 것을 알 수 있다.

도 3은 연신개재물지수와 슬래그 염기도의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 3 에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 Si 농도와 슬래그 염기도 1.6~1.8를 모두 만족하는 경우 연신개재물 지수 1 이하인 것을 알 수 있다.

반면, 본 발명의 Si 농도와 슬래그 염기도를 만족하지 않는 경우 연신개재물 지수가 1를 초과하였으며, 이로써 벤딩 크랙을 유발하는 비금속 개재물이 다량 발생하였음을 잘 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 발명예와 비교예에 있어서 연신개재물지수를 비교한 그래프이다. 비교예 1은 정련과정에서 탈탄 후 Si을 추가 투입하지 않고, 슬래그 염기도는 1.3~2.0 범위이고, 비교예 2는 Al을 100ppm 이상 첨가한 경우이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1은 본 발명에서 목표로 하는 연신개재물 지수 1 이하를 훨씬 초과하는 결과를 얻었으며, Al을 첨가한 비교예 2의 경우 연신개재물지수는 1을 나타내었지만, Al 첨가에 따른 MgO-Al₂O₃계 스피넬(Spinel) 개재물에 의한 표면 결함을 발생하는 문제가 있다.

이에 반해, 본 발명의 Si 농도 및 슬래그 염기도를 만족하는 발명예(1~3)인 경우, 연신개재물 지수 0.3 및 0.8로서, 생성된 비금속 개재물의 수가 적어 벤딩크랙의 발생을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.

도 1은 연신 개재물에 의한 벤딩크랙의 발생기구를 나타낸 그림이다.

도 2는 연신개재물지수와 Si 농도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 연신개재물지수와 슬래그 염기도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 발명예와 비교예에 있어서 연신개재물지수를 비교한 그래프이다.

Claims

Si: 0.25~0.35중량%로 성분 조정되는 페라이트계 스테인리스강이고,

비금속 개재물이 압연방향으로 10mm 범위내에서 하기의 연신개재물 지수 1 이하를 만족하는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.

연신개재물지수 = (0.05×비금속 개재물의 수)/t

(여기서, t는 강의 두께를 의미함)
제 1항에 있어서, 상기 비금속 개재물은 200㎛ 이상의 길이를 가지는 실리케이트계 비금속 개재물인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스테인리스강은 중량%로, C: 0초과~0.08% 이하, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.2~0.6%, P; 0초과~0.04% 이하, S: 0초과~0.015% 이하, Cr: 10~30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하는 공정; 상기 제조된 스테인리스 용탕을 정련하는 공정; 상기 정련된 용탕을 연속주조하는 공정;을 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,

상기 정련 공정에서 탈탄 후 Si 농도를 0.25~0.35중량%로 제어하는 제 1단계;

슬래그 염기도(CaO중량%/SiO₂중량% 비)를 1.6~1.8로 제어하는 제 2단계;를 포함하여 이루어지는 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.