KR101463525B1

KR101463525B1 - 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101463525B1
Application number: KR1020127020445A
Authority: KR
Inventors: 타카시 사무카와; 신스케 이데; 야스시 가토; 타쿠미 우지로
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2014-11-19
Also published as: CN102741445A; TW201137132A; JP4831257B2; KR20120099520A; WO2011096454A1; TWI428454B; JP2011179116A; CN102741445B

Abstract

본 발명은, 판두께 4㎜에 있어서의 －50℃의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 고(高)내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는, 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.06％ 이하, S: 0.01％ 이하, Cr: 18.0∼24.0％, Mo: 0.3％ 이하, Ti: 0.015％ 이하, Al: 0.20∼0.40％, N: 0.020％ 이하, 추가로 10×(C＋N)≤Nb≤0.40％, 그리고, 성분 함유량이 하기식 (A)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
Ti×N≤8.00×10^－5 ‥‥(A)

Description

인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판 및 그 제조 방법{HIGH-CORROSION RESISTANTCE COLD ROLLED FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET EXCELLENT IN TOUGHNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 인성(toughness) 혹은, 나아가 가공성(workability)이 우수한 고(高)내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판(high-corrosion resistance cold rolled ferritic stainless steel sheet) 및 제조 방법에 관한 것이다.

스테인레스강 중에서는, 그 우수한 내식성과 인성에 의해, 오스테나이트계 스테인레스강(austenitic stainless steel)의 SUS304(18％Cr-8％Ni)(Japanese Industrial Standards, JIS G 4305)가 널리 이용되고 있다. 그러나, 이 강종은 Ni를 다량으로 포함하기 때문에 고가이다. 또한, Ni를 다량으로 함유하지 않는 페라이트계 스테인레스강(ferritic stainless steel)에서는, SUS304 상당의 우수한 내식성을 갖는 강종으로서, Mo를 함유하는 SUS436L(18％Cr-1％Mo)(JIS G 4305)이 있다. 그러나, 이것도 또한 Mo가 고가의 원소이기 때문에, 불과 1％의 함유량이라도 대폭의 비용 상승(increase in cost)이 된다. 또한 이 SUS436L은 구조 부재로서 충분한 인성을 갖고 있다고는 할 수 없다. 또한, Mo를 함유하지 않는 페라이트계 스테인레스강에서는, SUS430J1L(19％Cr-0.5％Cu-0.4％Nb)(JIS G 4305)가 있지만, 구조 부재로서 충분한 인성을 갖고 있다고는 하기 어렵다.

최근에는, 스테인레스강의 범용 강종인 SUS430이나 SUS304 상당의 내식성을 가지면서, 구조 부재 용도에도 적용 가능한 저온 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스 냉연 강판이 요구되고 있다.

특히, 판두께 2㎜ 초과∼4㎜의 판두께가 두꺼운 저온 인성이 우수한 냉연 강판을 얻는데에 있어서, 냉연 압하율(rolling reduction of cold rolling)의 확보의 관점에서, 판두께 6㎜ 이상의 열연 강판(hot rolled steel sheet)을 제조하게 된다. 페라이트계 스테인레스강은, 오스테나이트계 스테인레스강에 비하여 열연재 및 냉연재의 인성이 떨어진다. 페라이트계 스테인레스 열연 강판은, 통상, 연속 어닐링로를 이용하여 열연판 어닐링이 행해지지만, 열연재의 인성이 불충분한 경우, 열연 강판에 장력 부가한 상태로 연속 어닐링 공정의 라인을 통판(通板)하면, 판두께가 두꺼울수록 판파단의 가능성이 높아진다. 이 때문에 종래부터 냉연용 소재로서의 페라이트계 스테인레스 열연 강판의 판두께는 4∼5㎜가 주류이다. 이 때문에, 판두께 6㎜ 이상의 페라이트계 스테인레스 열연 강판의 인성 향상이 요구되고 있다.

또한, 페라이트계 스테인레스강은, 오스테나이트계 스테인레스강에 비하여 염가이고 그리고 내식성이 우수한 점에서, 판두께 2㎜ 이하의 냉연 강판은, 주방 기기(kitchen instruments)나 가전 기기(household electrical appliance) 등에 널리 사용되고 있다. 최근, 제강 공정(steel making process)에서의 탈탄 및 탈질 기술(decarburizing and denitrogenation technology)의 향상에 의해, 가공성과 내식성이 한층 개선된 C 및 N을 저감시킨 고순도의 페라이트계 스테인레스 냉연 강판이 개발되어, 보다 광범위한 용도로 복잡한 형상으로 가공되어 사용되는 기회가 많아졌다.

이러한 배경으로부터, 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 프레스 가공성(press workability) 중, 특히 딥 드로잉성(deep drawability)의 개선 기술이 요망되고 있다. 딥 드로잉 요소를 다용한 가공에 있어서는, 소재의 평균 r값을 향상시키는 것이 중요해진다.

평균 r값 개선에는, 냉연 압하율의 증대가 효과적이지만, 판두께 2㎜ 이하의 냉연 강판을 얻는데에 있어서, 보다 높은 냉연 압하율의 확보의 관점에서, 판두께 6㎜ 이상의 열연 강판을 제조하게 된다.

이 때문에, 전술한 바와 같이 평균 r값을 개선하기 위해 냉연 압하율의 증대를 도모하기 위해서는, 판두께 6㎜ 이상의 페라이트계 스테인레스 열연 강판의 인성 향상이 요구되고 있다.

이에 대하여, 페라이트계 스테인레스강의 인성을 개선하는 기술로서, 특허문헌 1에서는, 질량％로 C: 0.020％ 이하, Si: 0.30∼1.00％, Mn: 1.00％ 이하, P: 0.040％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cr: 20.0∼28.0％, Ni: 0.6％ 이하, Al: 0.03∼0.15％, N: 0.020％ 이하, O: 0.0020∼0.0150％, Mo: 0.3∼1.5％, Nb: 0.25∼0.60％, Ti: 0.05％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 그리고, 25≤Cr＋3.3Mo≤30 및 0.35≤Si＋Al≤0.85를 만족하는 것을 특징으로 하는 온수기용 페라이트계 스테인레스강판이, 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 질량％로, C: 0.1％ 이하, N: 0.003∼0.05％, Si: 0.03∼1.5％, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.04％ 이하, S: 0.03％ 이하, Cr: 10∼30％, Cu: 2％ 이하, Ni: 2％ 이하, Mo: 3％ 이하, V: 1％ 이하, Ti: 0.02∼0.5％, O(산소): 0.001∼0.005％, Nb: 0.8％ 이하, Al: 0.001∼0.15％, Zr: 0.3％ 이하, B: 0.1％ 이하, Ca: 0.003％ 이하, Mg: 0.0005％ 미만, Ti×N: 0.0005 이상을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물의 화학 조성으로, 강 중에 Mg와 Al의 함유량의 비가 0.3∼0.5의 Al 및 Mg를 함유하는 개재물(inclusion)과 Ti계 개재물과의 복합 개재물이 분산된 가공성과 인성이 우수한 페라이트계 스테인레스강이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1은, 열연판 어닐링시나 냉간 압연시에 있어서의 강대(steel strip)의 파단 방지와 같은 제조성(productivity)의 확보를 목적으로 하고, 0℃에 있어서의 판두께 4㎜의 열연판의 인성을 개선하는 기술이며, 또한, Mo의 원소를 다량으로 함유하기 때문에, 인성을 저하시키는 금속간 화합물(intermetallic compound) 등도 생성되기 쉽다. 이 때문에, 본 발명이 목적으로 하는, 보다 판두께가 두꺼운 용도로의 적용에는, 인성이 불충분하다고 생각된다.

또한, 특허문헌 2에 있어서도, Ti계 개재물의 분산 제어(dispersion control)는 곤란하고, 조대화(coarsening)에 의해 인성이 저하되기 쉬워, 충분한 인성이 얻어지지 않고 있다.

일본공개특허공보 2008-190035호 일본공개특허공보 2001-020046호

이상 서술한 바와 같이, Mo나 Ti를 함유시키는 방법에서는 페라이트계 스테인레스강의 열연판 및 냉연판의 인성 개선이 충분히는 도모되고 있지 않다.

그래서, 본 발명은, 페라이트계 스테인레스 열연 강판의 판두께 6㎜ 이상에 있어서의 인성을 대폭으로 개선함으로써, 판두께 4㎜ 이하의 냉연 강판에 있어서 －50℃의 샤르피 충격값(charpy impact value)이 100J/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 추가로 판두께 2㎜ 이하의 냉연 강판에 있어서의 －50℃의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 이상의 인성과 나아가 가공성, 특히, 딥 드로잉성도 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 전술한 과제를 해결하기 위해, 고가의 Ni나 Mo를 포함하지 않고, 내식성과 인성 혹은, 나아가 가공성이 우수한 Nb 함유 페라이트계 스테인레스 냉연 강판을 얻는 방법에 대해서 예의 검토를 행했다.

우선, 본 발명을 발견하는데에 이른 실험 결과에 대해서 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 화학 성분의 ％ 표시는, 모두 질량％를 의미하는 것으로 한다.

우선, 페라이트계 스테인레스강의 안정화 원소로서, Ti 함유강에서는 응고 단계로부터 생성되는 조대한 TiN 석출물이 강 중에 존재하고, 이 석출물의 노치 효과에 의해 인성이 대폭으로 저하되는 것을 밝혀냈다. 그래서, Ti를 최대한 혼입시키지 않고 안정화 원소로서 Nb를 선택하고, 또한 Nb 함유 페라이트계 스테인레스강의 인성에 미치는 여러 가지 합금의 영향에 대해서 검토한 결과, Al에 주목했다. 21％Cr－0.25％Nb－저(低)C, N강에 Al을 0.03∼0.50％ 함유한 강을 용제하고, 1200℃로 가열하여 열간 압연을 행하고, 권취 온도를 450℃로 하여, 판두께 7㎜의 열연판을 제작했다. 얻어진 판두께 7㎜의 열연판의 0℃에 있어서의 샤르피 충격 시험(Charpy impact test)을 행했다. 그 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1의 종축의 값은, 시험에 의해 얻어진 흡수 에너지의 값을 충격 시험편의 노치(notch)부의 단면적으로 제함으로써, 단위 면적당의 흡수 에너지로 환산한 값(이하 샤르피 충격값이라고 칭함)이다.

또한, 발명자들은, 상기 판두께 7㎜의 열연 강판을 어닐링하여, 열연 어닐링판(hot rolled and annealed steel sheet)을 제조하고, 산 세정한 후, 판두께 4㎜까지 냉간 압연했다. 또한 냉연판을 980℃에서 마무리 어닐링함으로써, 얻어진 판두께 4㎜의 냉연 어닐링판의 －50℃에 있어서의 샤르피 충격 시험을 행했다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.

도 2의 종축의 값은, 도 1과 동일하다.

도 1 및 도 2로부터 Al을 0.20∼0.40％의 범위로 함유시킴으로써, 판두께 7㎜의 열연 강판 및 판두께 4㎜의 냉연 어닐링판의 인성이 현저하게 향상되는 것을 알 수 있다.

이 이유는, 확실하지 않지만, Al의 함유에 의해 강 중의 O량이 저하되고, 개재물이 감소한 것 등에 의한 것이라고 추정된다. 또한, Al의 0.40％를 초과한 범위에 있어서의 인성의 저하에 대해서는, 고용 Al의 증가에 기인하는 것이라고 생각된다.

다음으로, 열연판 및 냉연 어닐링판의 인성에 미치는 Ti, N의 영향을 평가하기 위해, 표 1에 나타내는 21％Cr-0.25％Nb-0.25％Al-저C-N강에 Ti, N량을 변화시킨 강을 용제하고, 1200℃로 가열하여 열간 압연을 행하고, 권취 온도를 450℃로 하여, 판두께 7㎜의 열연판을 제작했다. 얻어진 판두께 7㎜의 열연판의 0℃에 있어서의 샤르피 충격 시험을 행했다. 그 결과를 도 3에 나타낸다. 또한, 상기 판두께 7㎜의 열연판을 어닐링하여, 열연 어닐링판을 제조하고, 산 세정한 후, 판두께 4㎜까지 냉간 압연했다. 또한 냉연판을 980℃에서 마무리 어닐링함으로써, 판두께 4㎜의 냉연 어닐링판을 제작하여 시험 온도가 －50℃에서 샤르피 충격 시험을 행했다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 3 및 도 4의 횡축은, Ti(％)와 N(％)의 곱을 나타내고 있고, 용해도 곱 상수(solubility product constant)에 상당하는 값이다(이하 「용해도 곱 상수」라고 부름). 도 3 및 도 4로부터 Ti(％)×N(％)이 8.0×10^－5를 초과한 범위에서는, 인성이 현저하게 저하되었다.

이 원인을 조사하기 위해, 실험 2-4와 실험 2-5의 열연판 및 냉연 어닐링판(cold rolled and anneald steel sheet)의 단면 조직(sectional structure)을 연마 후, 왕수(aqua regalis)로 부식한 시료를 주사형 전자 현미경(electron scanning microscope)(SEM) 및 에너지 분산형 X선 분석 장치(energy dispersive X-ray analyzer)(EDX)로 관찰, 분석한 결과, 열연판 및 냉연 어닐링판 모두 고인성의 실험 2-4(Ti와 N의 용해도 곱 상수가 8.00×10^－5)의 시료의 강 중에는 직경이 200∼300㎚의 미세한 구(球) 형상의 Nb 탄화물(carbide)이 관찰되었다. 한편, 열연판 및 냉연 어닐링판 모두 저(低)인성의 실험 2-5(Ti와 N의 용해도 곱 상수가 9.52×10^－5)의 시료의 강 중에는, 직경이 2∼5㎛인 조대한 직방체 형상(rectangular solid like)의 Ti 질화물(nitride)이 다수 관찰되었다. 이 점에서, Ti와 N의 용해도 곱 상수가 8.00×10^－5를 초과한 경우, 응고 단계로부터 Ti 질화물이 석출되어 조대화되고, 노치 효과(notch effect)에 의해 인성이 저하된 것이라고 생각된다.

또한, 판두께 4㎜의 냉연 어닐링판을 제조하는데에 적정한 열연판 판두께에 대해서도 검토를 행했다. 표 1의 실험 2-2의 강을 이용하여, 열간 압연에 의해 판두께가 5.0㎜, 5.7㎜, 6.8㎜, 8.0㎜의 4종류의 열연판을 제조했다. 또한, 열연판을 어닐링, 산 세정한 후, 냉간 압연, 마무리 어닐링을 행하여, 판두께 4㎜의 냉연 어닐링판을 제작했다. 얻어진 판두께 4㎜의 냉연 어닐링판의 －50℃에 있어서의 샤르피 충격 시험을 행했다.

이들 결과를 표 2에 나타낸다. 실험 3-2(열연판의 판두께 5.7㎜, 냉연 압하율 30％), 실험 3-3(열연판의 판두께 6.8㎜, 냉연 압하율 41％) 및 실험 3-4(열연판의 판두께 8.0㎜, 냉연 압하율 50％)의 냉연 어닐링판의 －50℃의 샤르피 충격값은, 100J/㎠ 이상이었다. 한편, 실험 3-1(열연판의 판두께 5.0㎜, 냉연 압하율 20％)의 냉연 어닐링판의 －50℃의 샤르피 충격값은, 100J/㎠ 미만이었다. 이들 냉연 어닐링판의 단면 조직을 연마 후, 왕수로 부식한 시료를 광학 현미경으로 관찰한 결과, 실험 3-1의 시료에서는, 압연 방향으로 밴드 형상의 신전된(extended) 조대한 회복 조직이 관찰되었다. 이 점에서, 냉연 압하율이 30％를 하회하는 경우, 왜곡 에너지(strain energy)의 축적이 불충분해지고, 냉연판 어닐링으로 충분히 재결정되지 않고, 조대한 회복 조직이 되어, 인성이 저하된 것이라고 생각된다.

이상의 검토 결과로부터, Cr 함유량을 그 내식성과 제조성의 관점에서 18.0∼24.0％로 하고, 적량의 Al을 함유시킨 다음에, 강 중에 함유하는 Ti와 N의 용해도 곱 상수[Ti％]×[N％]를 적량으로 제어함으로써, 열연판 및 냉연 어닐링판의 인성 저하의 요인이 되는 용강 단계로부터 석출되는 조대한 TiN 석출물의 생성을 억제하고, 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판이 얻어지는 것을 발견했다. 본 발명은, 이들 인식에 기초하여 이루어진 것이다.

다음으로, 일반적으로 딥 드로잉성이 양호한 지표라고 생각되는 냉연 어닐링판의 평균 r값 1.30 이상을 목표로 하여, 냉연 압하율의 영향에 대해서도 검토를 행했다. 표 1의 실험 2-2의 강을 이용하여, 1200℃로 가열하여 열간 압연을 행하고, 권취 온도를 450℃로 하여, 판두께가 4.0㎜, 4.5㎜, 5.0㎜, 5.5㎜, 6.0㎜, 7.0㎜, 8.0㎜인 7종류의 열연판을 제조했다. 또한, 열연판을 어닐링, 산 세정한 후, 냉간 압연, 마무리 어닐링을 행하여, 판두께 2㎜의 냉연 어닐링판을 제작했다. 얻어진 판두께 2㎜의 냉연 어닐링판으로부터 압연 방향, 압연 방향에 대하여 45°의 방향, 압연 방향에 대하여 90°의 방향을 따라서, JIS13호 B시험편을 잘라내고, 각 시험편에 15％의 인장 왜곡을 부여한 후, 하기식에 나타내는 평균 r값을 구했다.

평균 r값＝(r_L＋2r_D＋r_C)/4, 단, r_L, r_D, r_C는, 각각 압연 방향, 압연 방향에 대하여 45° 방향, 압연 방향에 대하여 90° 방향의 r값이다. 평균 r값이 클수록, 딥 드로잉성이 우수한 것을 의미한다.

이들 결과를 표 3 및 도 5에 나타낸다. 냉연 압하율을 65％ 이상으로 냉간 압연한 시료에서는, 목표로 하는 평균 r값이 1.30 이상의 특성이 얻어졌다.

본 발명은, 이들 인식에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명의 구성은 이하와 같다.

(1) 질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.06％ 이하, S: 0.01％ 이하, Cr: 18.0∼24.0％, Mo: 0.3％ 이하, Ti: 0.015％ 이하, Al: 0.20∼0.40％, N: 0.020％ 이하, 추가로 10×(C＋N)≤Nb≤0.40％, 그리고, 성분 함유량이 하기식 (A)를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.

Ti×N≤8.00×10^－5 ‥‥ (A)

여기에서, 각 원소 기호는 강 중의 성분 함유량(질량％)을 나타낸다.

(2) 질량％로, Si: 0.5％ 이하, Mn: 0.8％ 이하, Ti: 0.010％ 이하인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.

(3) 질량％로, C: 0.015％ 이하, N: 0.015％ 이하를 함유하는 (1)에 기재된 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.

(4) 또한, 질량％로, 하기의 그룹 A 또는, B의 그룹 중, 적어도 1개를 함유하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.

그룹 A: Cu: 0.3∼0.8％, Ni: 1.0％ 이하 및 Co: 1.0％ 이하 중으로부터 선택한 1종 이상

그룹 B: B: 0.0002∼0.0020％

(5) 상기 냉연 강판의 마무리 어닐링 후의 샤르피 충격 특성이 －50℃에 있어서의 샤르피 충격값으로 100J/㎠ 이상인 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.

(6) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 조성을 갖는 슬래브를 이용하여, 가열, 열간 압연, 열연 강판 어닐링, 산 세정, 냉간 압연, 마무리 어닐링을 행하여 페라이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 열간 압연 후이며 열연 강판 어닐링 전의 열연 강판의 두께를 6㎜ 이상으로 하는 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.

(7) 상기 열연 강판의 샤르피 충격 특성이 0℃에 있어서의 샤르피 충격값으로 50J/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.

(8) 상기 냉간 압연에 있어서의 압연의 압하율을 30％ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 (6) 또는 (7)에 기재된 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 판두께 4㎜에 있어서의 －50℃의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는, 150J/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판을 얻을 수 있다.

또한, 상기 인성의 개선에 더하여, 가공성도 우수한 고내식성 페라이트계 스테인레스 냉연 강판을 얻을 수 있다.

도 1은 0℃의 샤르피 충격값에 미치는 Al량의 영향을 나타내는 도면이다.
도 2는 －50℃의 샤르피 충격값에 미치는 Al량의 영향을 나타내는 도면이다.
도 3은 0℃의 샤르피 충격값에 미치는 [Ti(％)]×[N(％)]의 영향을 나타내는 도면이다.
도 4는 －50℃의 샤르피 충격값에 미치는 [Ti(％)]×[N(％)]의 영향을 나타내는 도면이다.
도 5는 냉연 압하율과 평균 r값의 관계를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 성분의 한정 이유를 설명한다.

C: 0.020％ 이하

C는, Cr과 결합하여 Cr 탄화물을 형성하기 쉽고, 용접시, 열 영향부(heat-affected zone)에 Cr 탄화물이 형성되면 입계 부식(intergranular corrosion)의 원인이 되기 때문에, C는 낮을수록 바람직하다. 따라서, C는 0.020％ 이하, 보다 바람직하게는, 0.015％ 이하로 한다. 또한, 더욱 특히 높은 입계 부식 방지가 요구되는 경우와, 정련 비용(refining cost)의 관점에서, 0.003∼0.010％로 하는 것이 바람직하다.

Si: 1.0％ 이하

Si는, 탈산제(deoxidizing agent)로서 유용한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.05％ 이상이 바람직하다. 그러나, 다량으로 함유시키면 인성을 저하시킨다. 따라서, Si는 1.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.5％ 이하, 더욱 바람직하게는, 0.05∼0.3％ 이하이다.

Mn: 1.0％ 이하

Mn은, 강 중에 존재하는 S와 결합하여, 가용성 황화물(fusible sulfide)인 MnS를 형성해, 내식성을 저하시킨다. 따라서, Mn은 1.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.8％ 이하이다. 또한, 특히 높은 내식성이 요구되는 경우와 정련 비용의 관점에서, 보다 바람직하게는, 0.05∼0.6％ 이하이다.

P: 0.06％ 이하

P는, 내식성에 유해한 원소이기 때문에 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 또한, 0.06％를 초과하면 고용 강화(solid solution strengthening)에 의해 가공성(workability)이 저하된다. 따라서, P는 0.06％ 이하로 한다. 또한, 가공성 및 인성을 고려하면, 바람직하게는, 0.04％ 이하이다.

S: 0.01％ 이하

S는, 내식성에 유해한 원소이기 때문에 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하여, 0.01％ 이하로 한다. 또한, 높은 내식성을 얻으려면, 바람직하게는 0.006％ 이하이다.

Cr: 18.0∼24.0％

Cr은 표면에 부동태 피막(passive film)을 형성하여 내식성을 높이는 원소이다. Cr 함유량이 18.0％ 미만에서는 충분한 내식성이 얻어지지 않는다. 한편, 24.0％를 초과하면 σ상 취화(sigma phase embrittlement)나 475℃ 취성이 발생하기 쉬워져, 인성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, Cr은 18.0∼24.0％로 한다. 또한, 고내식성의 관점에서, 바람직하게는 20.0∼24.0％이다.

Mo: 0.3％ 이하

Mo는, 함유시키면, 스테인레스강의 내식성을 높이는 효과를 갖는다. 과잉으로 함유시키면 라베스상(Laves phase) 등의 조대한 금속간 화합물을 생성시켜, 인성을 저하시킨다. 따라서, Mo는 0.3％ 이하로 한다.

Nb: 10×(C＋N)∼0.40％

Nb는, 내식성에 유해한 C나 N을 Nb 탄화물, Nb 질화물 또는 이들이 복합된 석출물로서 무해화하고, 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그러나, Nb량이 (C＋N)량의 10배를 하회하면, Nb 탄화물, Nb 질화물 또는, 이들이 복합된 석출물의 석출이 불충분해지고, Cr 탄화물, Cr 질화물 또는, 이들이 복합된 석출물이 석출되어, 내식성이 저하된다. 따라서, Nb는 10×(C＋N)％ 이상으로 한정한다. 한편, 과잉으로 함유시키면 라베스상 등의 조대한 금속간 화합물을 생성시켜, 인성이 저하된다. 따라서, Nb는 10×(C＋N)∼0.40％로 한다. 바람직하게는 12×(C＋N)∼0.30％이다.

여기에서, C, N은 각각의 성분의 함유량을 질량％로 나타내고 있다.

Ti: 0.015％

Ti는, 조대한 질화물을 형성하여, 인성을 저하시킨다. 따라서, Ti는 0.015％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.010％ 이하로 한다. 또한, 더욱 특히 높은 인성이 요구되는 경우에는, 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

N: 0.020％ 이하

N은, Ti 혹은, Nb와 질화물을 형성함으로써, 인성을 저하시킨다. 특히, Ti가 공존하는 경우는, 용강의 응고 단계로부터 조대한 TiN 석출물이 생성되어, 그 노치 효과에 의해 현저하게 인성이 저하된다. 따라서, N은 0.020％ 이하로 한다. 또한, 더욱 특히 높은 내식성이 요구되는 경우에는, 0.015％ 이하, 보다 바람직하게는, 0.010％ 이하이다.

Al: 0.20∼0.40％

Al은, 본 발명에서 중요한 원소로서, 인성을 향상시키는 효과를 갖는다. 본 발명의 목적으로 하는 인성에 대하여, 0.20％ 미만에서는 그 효과가 불충분하다. 또한, 0.40％를 초과한 경우, 열간 가공성(hot workability)이 저하된다. 따라서, Al은, 0.20∼0.40％로 한다. 또한, 더욱 특히 높은 인성이 요구되는 경우에는, 0.20∼0.30％로 하는 것이 바람직하다.

Ti×N≤8.00×10^－5

전술한 바와 같이, 페라이트계 스테인레스강의 인성 저하의 요인이 되는 조대한 TiN 석출물은, 응고 단계로부터 생성된다. 이 TiN의 석출을 억제하기 위해서는, Ti, N은 적을수록 바람직하고, Ti×N의 용해도 곱 상수를 8.00×10^－5 이하로 한정한다. 바람직하게는 5.00×10^－5 이하로 한다. 여기에서, Ti, N은 각각의 성분의 함유량을 질량％로 나타내고 있다.

상기한 화학 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피 불순물이다. 또한, 불가피 불순물로서는, 예를 들면, Mg: 0.0020％ 이하, Ca: 0.0020％ 이하, V: 0.10％ 이하를 허용할 수 있지만, 이들 원소에 한정되지 않는다.

본 발명의 페라이트계 스테인레스강은, 상기의 필수 함유 원소에서 목적으로 하는 특성이 얻어지지만, 소망하는 특성에 따라서 이하의 원소를 함유시킬 수 있다. 단, 본 발명의 작용 효과를 손상시키지 않는 범위라면, 하기 이외의 성분의 함유를 거부하는 것은 아니다.

Cu: 0.3∼0.8％

Cu는, 함유하면, 내식성을 향상시키기 때문에 유용한 원소로서, 특히 극간 부식(crevice corrosion)을 저감시키는데에 있어서 유효한 원소이다. 이 효과가 발휘되기 위해서는, 0.3％ 이상의 함유량이 필요하다. 한편, 0.8％를 초과하여 함유시키면, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Cu는 0.3∼0.8％로 한다. 바람직하게는 0.3∼0.5％이다. 단, 특히 높은 내식성을 필요로 하지 않는 경우에는, 제조 비용을 상승시켜 경제성을 손상시키기 때문에 Cu를 함유시키는 것을 요하지 않는다.

Ni: 1.0％ 이하

Ni는, 함유시키면, Cu 함유에 의한 열간 가공성의 저하를 막는 효과가 있다. 또한, 극간 부식을 저감시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.05％ 이상이 바람직하다. 그러나, 고가의 원소인 것에 더하여, 1.0％를 초과하여 함유해도 그들 효과는 포화되어, 오히려 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, Ni는 1.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.05∼0.4％이다.

Co: 1.0％ 이하

Co는, 함유시키면, 저온 인성의 개선에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.05％ 이상이 바람직하다. 단, 과잉의 함유는 연성(ductility)을 저하시킨다. 따라서, Co는 1.0％ 이하로 한다.

B: 0.0002∼0.0020％

B는, 함유시키면, 딥 드로잉 성형(deep drawing)시의 내(耐)2차 가공 취성(resistance to cold-work embrittlement)을 개선하기 위해 유효한 원소이다. 그 효과는, 0.0002％ 미만에서는 얻어지지 않는다. 한편, 과잉의 함유는 열간 가공성과 딥 드로잉성(deep drawability)을 저하시킨다. 따라서, B는 함유시키는 경우는, 0.0002∼0.0020％의 범위가 바람직하다.

본 발명 강판의 냉연 어닐링판(cold rolled and annealed steel sheet)의 인성을 평가하는데에, 샤르피 충격 시험에서 －50℃의 온도를 선정한 것은, 본 발명 강이 한랭지(cold latitudes)에서의 건재 분야의 구조물로서 사용되는 환경을 고려했기 때문이고, 냉연 강판의 마무리 어닐링 후에는 －50℃에서의 샤르피 충격 시험에 있어서의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 이상을 양호로서 평가했다. 또한, 150J/㎠ 이상을 매우 양호로서 평가했다.

또한, 강판의 내식성의 평가는 JIS G 0577에 준하여, 후술하는 바와 같이 공식 전위(pitting potential)를 측정함으로써 행하고, 180㎷ vs SCE 이상을 양호, 180㎷ vs SCE 미만을 불량으로 했다.

또한, 냉연 강판의 마무리 어닐링 후의 가공 특성은, 후술하는 바와 같이 평균 r값으로 평가하고, 그 값이 1.30 이상인 경우를 양호로 했다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인레스강의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 효율적인 제조 방법은, 슬래브(slab)에 연속 주조(continuous casting)하고, 1100∼1300℃의 범위로 가열하여, 열간 압연을 행하고, 열연 코일로 한다. 열간 압연에 있어서의 코일 권취 온도가 650℃를 초과하면, 권취 후에 탄화물이나 금속간 화합물이 석출되어 인성이 저하된다. 이 때문에, 권취 온도는 650℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 높은 인성이 요구되는 경우는, 권취 온도를 450℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 판두께 4㎜ 이하의 인성이 우수한 냉연 어닐링판, 혹은, 판두께 2㎜ 이하의 인성 및 가공성이 우수한 냉연 어닐링판을 제조하기 위해서는, 냉연 압하율 확보의 관점에서 열연 강판(단순히 「열연판」이라고도 칭함)의 판두께를 6㎜ 이상으로 한다. 더욱 바람직하게는, 7㎜ 이상이다. 얻어진 열연판을 연속 어닐링, 산 세정 라인에 의해 900∼1150℃의 범위에서 어닐링, 산 세정을 행한다. 열연판의 연속 어닐링 라인에 따라서는, 열연판에 장력을 부여한 상태에서 라인 통판하기 때문에, 열연판의 인성이 불충분한 경우, 판파단이 발생되는 경우도 있기 때문에, 0℃에서의 열연판의 샤르피 충격값은 50J/㎠ 이상인 것이 바람직하다.

이어서, 열연 어닐링판(열연 강판을 어닐링한 강판)에 냉간 압연, 마무리 어닐링을 행하여, 냉연 어닐링판을 얻는다.

고인성의 냉연 어닐링판을 얻기 위해서는, 마무리 어닐링에서 압연 방향으로 신전된 조대한 회복 조직이 잔존하지 않도록, 냉간 압연에 있어서의 냉연 압하율을 합계로 30％ 이상 확보하는 것이 바람직하다.

또한, 고인성 및 고가공성의 냉연 어닐링판을 얻기 위해서는, 냉연 압하율을 65％ 이상 확보하여, 왜곡 에너지를 충분히 축적하는 것이 바람직하다.

또한, 마무리 어닐링은, 950℃ 이상의 온도에서 어닐링하는 것이 바람직하다.

본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연 강판의 제조 방법은, 여기에 서술한 방법에 한정되지 않고, 공지의 방법을 적용할 수 있다.

[실시예 1]

표 4-1 및 표 4-2에 나타내는 화학 성분의 페라이트계 스테인레스강을 용제하고, 연속 주조법으로 250㎜ 두께의 슬래브로 했다. 이들 슬래브를 1200℃로 가열 후, 35㎜ 두께까지 초벌 압연(rough rolling)하고, 마무리 압연을 1050℃에서 개시, 900℃에서 종료하여, 500℃에서 코일 형상으로 권취하여 냉각해, 판두께 5∼8㎜의 열연판으로 하고, JIS Z 2202에 규정된 4호 시험편(단, 폭은 판두께 치수로 했음)을 각 5개씩 채취(압연 방향이 채취 방향, 충격 방향은 압연 폭방향, 시험편의 폭은 판두께임)하고, JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 시험 온도: 0℃의 조건에서 샤르피 충격 시험을 실시했다. 5개의 샤르피 충격값을 평균하여, 50J/㎠ 이상의 경우를 양호, 50J/㎠ 미만의 경우를 불량으로 했다.

또한, 열연판을 1050℃ 이상에서 80초(최고 온도: 1100℃) 유지한 후, 방랭하는 어닐링을 행하여, 열연 어닐링판으로 했다. 얻어진 열연 어닐링판을 산 세정한 후, 표 5에 나타내는 판두께까지 냉간 압연하고, 980℃에서 마무리 어닐링을 행했다. 이들 냉연 어닐링판으로부터 JIS Z 2202에 규정된 4호 시험편(단, 폭은 4㎜로 했음)을 각 5개씩 채취(압연 방향이 채취 방향, 충격 방향은 압연 폭방향, 시험편의 폭은 판두께임)하고, JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 시험 온도: －50℃의 조건에서 샤르피 충격 시험을 실시했다. 5개의 샤르피 충격값을 평균하여, 100J/㎠ 이상의 경우를 양호, 100J/㎠ 미만의 경우를 불량으로 했다. 또한, 150J/㎠ 이상의 경우를 매우 양호로 했다.

또한, 냉연 어닐링판으로부터 채취한 시험편에 대하여, JIS G 0577에 준하여 3.5％ NaCl 용액, 30℃ 중에서 공식 전위(pitting potential)를 측정하고, 내식성을 평가했다. 180㎷ vs SCE 이상을 양호, 180㎷ vs SCE 미만을 불량으로 했다.

얻어진 결과를 표 5에 아울러 나타낸다. 표 5에 나타내는 바와 같이, 강판 No. 4∼7, 10∼16, 18∼21, 23∼24, 26∼34, 36은, 모두 －50℃의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 이상으로 인성이 양호하고, 내식성도 공식 전위가 180㎷ vs SCE 이상으로 양호했다. 한편, Nb의 함유량이 적은 강판 No. 3 및 Cr의 함유량이 적은 강판 No. 35는, 공식 전위가 180㎷ vs SCE 미만으로, 내식성이 불량이었다. 또한, 강판 No. 1, 2, 8, 9, 17, 22, 25는, 열연판의 0℃의 샤르피 충격값이 50J/㎠ 미만이기 때문에, 장력 부가에서의 연속 어닐링 라인 통판에 있어서의 판파단의 가능성이 있어, 이후의 평가는 행하고 있지 않다. 또한, Ti와 N의 용해도 곱 상수가 크고, 열연 강판의 판두께가 5㎜이며 냉간 압연의 압하율이 20％였던 제조 방법에 의한 강판 No. 37은, －50℃의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 미만이 되었다.

[실시예 2]

실시예 2는, 실시예 1의 냉연 강판의 냉연 압하율 및 냉연 어닐링판의 판두께 이외에는, 실시예 1과 동일하다. 따라서, 실시예 2의 표 6의 강 No.는, 실시예 1의 표 4-1 및 표 4-2 및 표 5에 나타내는 강 No.와 동일하다. 즉, 실시예 1의 열연 어닐링판을 산 세정한 후, 표 6에 나타내는 판두께까지 냉간 압연하고, 980℃에서 마무리 어닐링을 행했다. 이들 냉연 어닐링판의 압연 방향, 압연 방향에 대하여 45°의 방향, 압연 방향에 대하여 90°의 방향을 따라서, JIS13호 B시험편을 잘라내고, 각 시험편에 15％의 인장 왜곡을 부여한 후, 평균 r값을 구했다. 평균 r값이 1.30 이상을 양호, 1.30 미만을 불량으로 했다.

또한, JIS Z 2202에 규정된 4호 시험편을 각 5개씩 채취(압연 방향이 채취 방향, 충격 방향은 압연 폭방향, 시험편의 폭은 판두께임)하고, JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 시험 온도: －50℃의 조건에서 샤르피 충격 시험을 실시했다. 5개의 샤르피 충격값을 평균하여, 100J/㎠ 이상의 경우를 양호, 100J/㎠ 미만의 경우를 불량으로 했다. 또한, 150J/㎠ 이상의 경우를 매우 양호로 했다.

또한, 냉연 어닐링판으로부터 채취한 시험편에 대하여, JIS G 0577에 준하여 3.5％ NaCl 용액, 30℃ 중에서 공식 전위를 측정하고, 내식성을 평가했다. 180㎷ vs SCE 이상을 양호, 180㎷ vs SCE 미만을 불량으로 했다.

얻어진 결과를 표 6에 아울러 나타낸다. 표 6에 나타내는 바와 같이, 냉연 압하율이 65％ 이상인 강판 No. 44∼47, 52∼56, 58∼61, 63∼64, 66∼74는, 모두 평균 r값이 1.30 이상이고, －50℃의 샤르피 충격값도 100J/㎠ 이상으로 인성이 높고, 내식성도 공식 전위가 180㎷ vs SCE 이상으로 양호했다.

한편, 냉연 압하율이 65％ 미만인 강판 No. 50∼51은, 평균 r값이 1.30 미만이었다. 또한, 강판 No. 41, 42, 48, 49, 57, 62, 65는, 열연판의 0℃의 샤르피 충격값이 50J/㎠ 미만이기 때문에, 장력 부가에서의 연속 어닐링 라인 통판에 있어서의 판파단의 가능성이 있어, 이후의 평가는 행하고 있지 않다. 또한, Nb의 함유량이 적은 강판 No. 43 및 Cr의 함유량이 적은 강판 No. 75는, 공식 전위가 180㎷ vs SCE 미만이고, 내식성이 불량이었다. 또한, Ti×N의 용해도 곱 상수가 크고, 열연 강판의 판두께가 5㎜이고 냉간 압연의 압하율이 20％였던 제조 방법에 의한 강판 No. 77은, －50℃의 샤르피 충격값이 100J/㎠ 미만이 되었다.

본 발명이 제공하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판은, 내식성 및 인성이 우수하여, 트럭의 짐칸(back of the truck)이나 그레이팅(grating)이나 각종 바닥재(variety of floor material), 쇠장식(clasp)과 같은 토목, 건축(civil engineering and construction) 용도 등의 구조 부재용 등의 소재로서 유망하다.

혹은, 나아가, 본 발명이 제공하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판은, 가공성에 더하여, 고인성 및 내식성도 우수한 점에서, 주방 기기 등의 딥 드로잉 용도에 더하여, 가정 전기 제품, 트럭의 짐칸 등의 수송 기기, 그레이팅 등의 각종 바닥재, 쇠장식과 같은 토목, 건축 용도 등의 구조 부재용 등의 소재에도 유망하다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4-1]

[표 4-2]

[표 5]

[표 6]

Claims

질량％로, C: 0.020％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.06％ 이하, S: 0.01％ 이하, Cr: 18.0∼24.0％, Mo: 0.3％ 이하, Ti: 0.015％ 이하, N: 0.020％ 이하, 추가로 Al: 0.20∼0.40％, 추가로 Nb: 0.20∼0.30％ 그리고, 성분 함유량이 하기식 (A)를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
Ti×N≤8.0×10^－5 ‥‥ (A)
여기에서, 각 원소 기호는 강 중의 성분 함유량(질량％)을 나타낸다.
제1항에 있어서,
또한, 질량％로, Si: 0.5％ 이하, Mn: 0.8％ 이하, Ti: 0.010％ 이하를 함유하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
제1항에 있어서,
또한, 질량％로, C: 0.015％ 이하, N: 0.015％ 이하를 함유하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
또한, 질량％로, 하기의 그룹 A 또는, B의 그룹 중, 적어도 1개를 함유하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
그룹 A: Cu: 0.3∼0.8％, Ni: 1.0％ 이하 및 Co: 1.0％ 이하 중으로부터 선택한 1종 이상.
그룹 B: B: 0.0002∼0.0020％.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉연 강판의 마무리 어닐링 후의 샤르피 충격 특성이 －50℃에 있어서의 샤르피 충격값으로 100J/㎠ 이상인 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 조성을 갖는 슬래브를, 가열, 열간 압연, 열연 강판 어닐링, 산 세정, 냉간 압연, 마무리 어닐링을 행하여 페라이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 열간 압연 후이며 열연 강판 어닐링 전의 열연 강판의 두께를 6㎜ 이상으로 하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 열연 강판의 샤르피 충격 특성이 0℃에 있어서의 샤르피 충격값으로 50J/㎠ 이상인 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 냉간 압연에 있어서의 압연의 압하율을 30％ 이상으로 하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 냉연 강판의 마무리 어닐링 후의 샤르피 충격 특성이 －50℃에 있어서의 샤르피 충격값으로 100J/㎠ 이상인 페라이트계 스테인레스 냉연 강판.
제4항에 기재된 조성을 갖는 슬래브를, 가열, 열간 압연, 열연 강판 어닐링, 산 세정, 냉간 압연, 마무리 어닐링을 행하여 페라이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 열간 압연 후이며 열연 강판 어닐링 전의 열연 강판의 두께를 6㎜ 이상으로 하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 열연 강판의 샤르피 충격 특성이 0℃에 있어서의 샤르피 충격값으로 50J/㎠ 이상인 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 냉간 압연에 있어서의 압연의 압하율을 30％ 이상으로 하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 냉간 압연에 있어서의 압연의 압하율을 30％ 이상으로 하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 냉간 압연에 있어서의 압연의 압하율을 30％ 이상으로 하는 페라이트계 스테인레스 냉연 강판의 제조 방법.