KR101522077B1 - 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법 - Google Patents

내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소와 질소의 함량을 낮게 제어하여 리징 특성을 개선할 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법은 C: 0.0005 ~ 0.03wt%, N: 0.010 ~ 0.03wt%, Si: 0.01 ~ 0.50wt%, Mn: 0.01 ~ 0.70wt%, P: 0.001 ~ 0.035wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.001 ~ 0.50wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지면서 C와 N의 함량합이 0.04wt% 이하인 슬래브를 제조하고, 상기 슬래브를 열간 압연, 1차 소둔, 냉간 압연 및 2차 소둔을 실시하되, 상기 슬래브의 내부조직 중 최대 오스테나이트상의 양(γmax)이 10%미만이고, 오스테나이트 변태온도(Ac1)가 850℃ 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법{Manufacturing method of ferritic stainless steel sheet with excellent ridging resistance}
본 발명은 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소와 질소의 함량을 낮게 제어하여 리징 특성을 개선할 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인리스강은 화학성분이나 금속조직에 따라 분류된다. 금속조직에 따를 경우, 스테인리스강은 오스테나이트계(300계), 페라이트계(400계), 마르텐사이트계, 이상계로 분류된다.
이러한 스테인리스강 중 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 우수하여 각종 주방용품, 자동차 배기계 부품, 건축자재, 가전제품 등에 주로 사용되고 있으며, 딥드로잉(Deep Drawing)에 의해 성형가공하여 부품을 제조하므로 성형성이 중요한 품질특성 중의 하나이다. 또한 성형 후에 표면에 형성되는 결함을 저감하는 것이 중요하다.
하지만, 페라이트계 스테인리스강은 딥드로잉과 같은 성형가공 시 압연방향에 평행하게 줄무늬 모양의 표면 결함인 리징(Ridging) 결함이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 리징 결함은 제품의 외관을 나쁘게 할 뿐만 아니라 리징이 심하게 발생할 경우 성형 후에 연마공정이 추가되기 때문에 제조단가가 높아지는 문제점이 있다.
리징의 발생원인은 아직까지 명확하게 밝혀지지 않았지만 대개 다음과 같이 알려져 왔다. 최종 냉연 소둔판에서 다른 집합조직을 가지는 부위의 소성이방성에 의해 표면에 요철이 나타나게 되는데, 특히 조대한 주조조직에 기인하여 열연판에 존재하는 {001}//ND 결정방위를 가지는 조대한 결정립군의 형성에 의한 것으로 알려져 있다. 이러한 조대한 결정립군은 냉간 압연 후에도 그대로 밀집하여 있어 리징을 발생시키게 되므로, 제조공정 전반에 걸쳐 즉, 연주에서부터 냉연 소둔 공정에 이르기까지 조대한 결정립군을 효과적으로 감소시키고 콜로니(colony) 조직을 제거해야만 리징이 없는 강판을 얻을 수 있다.
그동안 많은 연구가들에 의해 페라이트계 스테인리스강의 리징성을 개선시키는 다양한 제조방법이 제안되어 왔다. 예로 등축정율을 향상시켜 주상정의 분율을 줄임으로서 리징성을 개선하는 방법이 있다.
또한, 제조공정 중 공정변수 조절을 통한 리징성을 개선하는 방법이 있다. 예를 들어 압연 온도, 압연시 압하율, 냉간 압연 후 소둔 처리시 소둔온도를 조절하는 방법이 있다. 특히, 냉간 압연 후 소둔 처리시 소둔온도를 조절하는 방법에 대해서는 "내리징성이 우수한 Ti 첨가 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법(공개특허 10-2012-0066476)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.
한편, 종래의 페라이트계 스테인리스강 중 리징을 저감시킨 강종으로는 STS 430이 있는데, STS 430은 C+N이 600ppm 이상으로서, 최대 오스테나이트 상의 양이 30% 이상되어 열간압연 도중 밴드조직을 효과적으로 파괴하여 리징을 저감시켰다.
그러나 이와 같은 기술은 많은 C, N으로 인해 가공성이 저하될 뿐만 아니라, 열연 이후 열처리 공정에서 오스테나이트 상변태(Ac1) 온도 이상으로 소재가 노출되면 산세시 입계침식 발생에 의한 골든더스트 등의 결함으로 인해 표면 품질이 저하되는 문제가 있었다.
또한 이러한 문제점을 해결하기 위해서 저온에서 장시간 소둔을 행하면 되지만 이는 제품의 생산성을 저하시키는 주요 원인 중에 하나였다.
공개특허 10-2012-0066476 (2012. 06. 22)
본 발명은 탄소(C)와 질소(N)의 양을 낮게 제어하여 최대 오스테나이트 상의 양이 적고, 고온에서 짧은 시간 동안 소둔하여 재결정이 잘 일어나도록 함에 따라 리징 결함 발생을 억제할 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법은 C: 0.0005 ~ 0.03wt%, N: 0.010 ~ 0.03wt%, Si: 0.01 ~ 0.50wt%, Mn: 0.01 ~ 0.70wt%, P: 0.001 ~ 0.035wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.001 ~ 0.50wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지면서 C와 N의 함량합이 0.04wt% 이하인 슬래브를 제조하고, 상기 슬래브를 열간 압연, 1차 소둔, 냉간 압연 및 2차 소둔을 실시하되, 상기 슬래브의 내부조직 중 최대 오스테나이트상의 양(γmax)이 10%미만이고, 오스테나이트 변태온도(Ac1)가 850℃ 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 최대 오스테나이트상의 양(γmax)은 하기의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
γmax(%) = 420×[C]+470×[N]+23×[Ni]+9×[Cu]+10×[Mn]+180-11.5×[Cr]-11.5×[Si]-12.0×[Mo]-52.0×[Al]
상기 오스테나이트 변태온도(Ac1)은 하기의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
Ac1(℃) = 310+35×([Cr]+1.72×[Mo]+2.09×[Si]+4.86×[Nb]+8.29×[V]+1.77×[Ti]+21.4×[Al]+46×[B]-7.14×[C]-8×[N]-3.28×[Ni]-1.89×[Mn]-0.51×[Cu])
상기 열간 압연 후 1차 소둔시 소둔온도를 920 ~ 960℃ 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 열간 압연 이후 1차 소둔처리 된 스테인리스강은 재결정율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 냉간 압연 이후 2차 소둔처리 된 스테인리스강의 리징 높이가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 C: 0.0005 ~ 0.03wt%, N: 0.010 ~ 0.03wt%, Si: 0.01 ~ 0.50wt%, Mn: 0.01 ~ 0.70wt%, P: 0.001 ~ 0.035wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.001 ~ 0.50wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지면서 C와 N의 함량합이 0.04wt% 이하이고, 리징 높이가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 스테인리스강은 내부조직 중 최대 오스테나이트상의 양(γmax)이 10%미만이고, 오스테나이트 변태온도(Ac1)가 850℃ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 탄소(C)와 질소(N)의 양이 적도록 제어함에 따라 내부조직 중 최대 오스테나이트상의 양이 적게 생성되면서 오스테나이트 변태온도를 높게 유지할 수 있다. 이에 따라 열연 압연 후 소둔시 내부조직의 재결정율을 높일 수 있기 때문에 결정립이 조대화 되는 것을 방지하여 표면의 리징 결함 발생을 억제할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따르면 산세 후 입계 침식이 없으며 최종 냉연 및 소둔 후 리징 높이가 낮아 페라이트계 스테인리스강의 품질을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
도 1a는 비교예에 따른 비교예의 920℃ 소둔 후 표면의 EPMA 분석사진이고,
도 1b는 본 발명에 따른 발명예의 920℃ 소둔 후 표면의 EPMA 분석사진이며,
도 2a는 본 발명에 따른 발명예의 920℃ 소둔에 이어 혼산 산세 후의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이고,
도 2b는 비교예에 따른 비교예의 920℃ 소둔에 이어 혼산 산세 후의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이며,
도 3은 본 발명에 따른 발명예의 소둔 온도에 따른 리징 높이를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 C: 0.0005 ~ 0.03wt%, N: 0.010 ~ 0.03wt%, Si: 0.01 ~ 0.50wt%, Mn: 0.01 ~ 0.70wt%, P: 0.001 ~ 0.035wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.001 ~ 0.50wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 한다.
탄소(C)의 함량은 0.0005wt% 이상 0.03wt% 이하인 것이 바람직하다. 탄소(C)의 양이 0.0005 wt% 미만이면 고순도 제품을 만들기 위한 정련 가격이 비싸지고 0.03 wt%를 초과하면 소재의 불순물이 늘어 연신율이 떨어지는 문제가 있다.
질소(N)의 함량은 0.010wt% 이상 0.03wt% 이하인 것이 바람직하다. 질소(N)의 양이 0.010wt% 미만이면 슬래브의 등축정율이 낮아지고, 0.03 wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.
특히 탄소(C)와 질소(N)의 함량합이 0.04wt% 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 탄소(C)와 질소(N)의 양을 낮춤으로 인해 미세한 탄질화물의 석출을 줄여 제품의 가공성을 향상시키고, 최대 오스테나이트 상의 양(γmax)을 10% 미만으로 제어하고, 오스테나이트 상변태(Ac1) 온도를 850˚C 이상으로 하여 고온에서 소둔이 가능하도록 한다.
이때 상기 최대 오스테나이트상의 양(γmax)은 하기의 [수학식 1]에 의해 계산된다.
[수학식 1]
γmax(%) = 420×[C]+470×[N]+23×[Ni]+9×[Cu]+10×[Mn]+180-11.5×[Cr]-11.5×[Si]-12.0×[Mo]-52.0×[Al]
그리고, 상기 오스테나이트 변태온도(Ac1)은 하기의 [수학식 2]에 의해 계산되는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
[수학식 2]
Ac1(℃) = 310+35×([Cr]+1.72×[Mo]+2.09×[Si]+4.86×[Nb]+8.29×[V]+1.77×[Ti]+21.4×[Al]+46×[B]-7.14×[C]-8×[N]-3.28×[Ni]-1.89×[Mn]-0.51×[Cu])
상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 기재된 원소 중 앞에서 함량의 범위를 한정하지 않은 원소들은 그 함량을 제한할 필요가 없는 원소들이어서 그 함량의 범위를 한정하지 않은 것이다. 물론 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]의 계산을 위해서는 그 함량의 범위를 한정하지 않은 원소들의 함량까지 측정하여야 함은 자명한 사실이다.
한편, 실리콘(Si)의 함량은 0.01wt% 이상 0.50wt% 이하인 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 양이 0.01wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.5wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.
망간(Mn)의 함량은 0.01wt% 이상 0.70wt% 이하인 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 양이 0.01wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.7wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.
인(P)의 함량은 0.001wt% 이상 0.035wt% 이하인 것이 바람직하다. 인(P)의 양이 0.001wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.035wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.
황(S)의 함량은 0.0001wt% 이상 0.005wt% 이하인 것이 바람직하다. 황(S)의 양이 0.0001wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고 0.005wt%를 초과하면 내식성과 가공성이 나빠지는 문제가 있다.
크롬(Cr)의 함량은 15.0wt% 이상 17.0wt%의 이하인 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 양이 15.0wt% 미만이면 내식성 및 내산화성이 나빠지는 문제가 있고, 17.0wt%를 초과하면 연신율이 떨어지고 원가가 상승하는 문제가 있다.
니켈(Ni)의 함량은 0.001wt% 이상 0.50wt% 이하인 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 양이 0.001wt% 미만이면 정련 가격이 비싸지는 문제가 있고, 0.5wt%를 초과하면 소재의 불순물이 증가하여 연신율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 내리징성이 우수한 스테인리스강을 제조하기 위하여 상기와 같은 조성을 갖는 용강을 통상의 방법으로 연주하여 슬래브를 생산한 후 이를 열간 압연, 1차 소둔, 냉간 압연 및 2차 소둔을 실시한다.
[실시예]
이하 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.
하기의 표 1과 같은 합금성분으로 조성되는 용강을 이용하여 연속주조된 슬래브로부터 열간 압연한 4 ~ 5mm 두께의 열연판을 1차 소둔시 하기의 표 2와 같이 소둔온도를 변경하면서 열처리 한 후 냉간 압연 및 2차 소둔을 실시하였다. 그리고, 그에 따른 재결정율(%), 결정립크기(㎛), 입계 침식 및 리징(㎛)이 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112012106167783-pat00001
[표 2]
Figure 112012106167783-pat00002
상기 표 1 및 표 2에서 알 수 있듯이 합금성분의 조성 및 소둔온도를 전술된 바람직한 범위 내로 제어하는 경우에 재결정율이 80% 이상으로 유지되면서 결정립크기가 500㎛보다 작게 형성되어 리징의 높이가 20㎛보다 작게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 발명예는 본 발명에 따른 합금성분, 즉 표 1에의 발명예에서 제시된 합금성분으로 조성되는 용강을 이용하여 연속주조된 슬래브를 오스테나이트 변태점(Ac1) 온도 이상인 920℃에서 열처리하여 그 내부조직을 EPMA 촬영하였고, 비교예는 종래의 일반적인 STS 430강, 즉 표 1의 비교예에서 제시된 합금성분으로 조성되는 용강을 이용하여 연속주조된 슬래브를 오스테나이트 변태점(Ac1) 온도 이상인 920℃에서 열처리하여 그 내부조직을 EPMA 촬영하였다.
도 1a는 비교예에 따른 비교예의 920℃ 소둔 후 표면의 EPMA 분석사진이고, 도 1b는 본 발명에 따른 발명예의 920℃ 소둔 후 표면의 EPMA 분석사진으로서, 원소 C와 Cr의 분포를 맵핑한 것이고, 도 2a는 본 발명에 따른 발명예의 920℃ 소둔에 이어 혼산 산세 후의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이고, 도 2b는 비교예에 따른 비교예의 920℃ 소둔에 이어 혼산 산세 후의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 1a의 사진에서 알 수 있듯이, 비교예의 경우 Ac1온도 이상에서 열처리하게 되면 열처리 중 오스테나이트 상변태에 의해 크롬 열화 영역(Cr depleted zone)이 발생하게 된다. 이와 같은 크롬 열화 영역(Cr depleted zone)은 혼산 산세시에 도 2a에서와 같이 과도한 입계 침식을 유발하여 표면 품질을 저하시키는 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 도 1b 및 도 2b의 사진에서 알 수 있듯이, 최대 오스테나이트 상의 양이 10% 미만인 발명예는 열처리 후에도 크롬 열화 영역(Cr depleted zone)이 발생하지 않아 혼산 산세 후에도 표면 품질의 저하가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 발명예의 소둔 온도에 따른 리징 높이를 나타낸 도면이다.
도 3에서 알 수 있듯이 최대 오스테나이트 상이 10% 미만인 발명예는 열연 후 900℃ 이상에서 열처리하여 재결정이 80% 이상 발생하도록 함에 따라 열연 중에 형성된 밴드조직을 제거하여 최종 냉연 및 소둔 후 리징을 현저히 개선시킬 수 있다.
그러나 1000℃ 이상에서 열처리하게 되면 재결정이 80%이상 발생하더라도 소재의 결정립 크기가 500μm를 초과하여 최종 냉연 및 소둔 후 리징이 오히려 20μm를 초과하게 되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (6)

  1. C: 0.0005 ~ 0.03wt%, N: 0.010 ~ 0.03wt%, Si: 0.01 ~ 0.50wt%, Mn: 0.01 ~ 0.70wt%, P: 0.001 ~ 0.035wt%, S: 0.0001 ~ 0.005wt%, Cr: 15.0 ~ 17.0wt%, Ni: 0.001 ~ 0.50wt%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지면서 C와 N의 함량합이 0.04wt% 이하인 슬래브를 제조하고,
    상기 슬래브를 열간 압연, 1차 소둔, 냉간 압연 및 2차 소둔을 실시하되, 상기 1차 소둔시 소둔온도를 920 ~ 960℃ 범위로 제어하며,
    상기 슬래브의 내부조직 중 최대 오스테나이트상의 양(γmax)이 10%미만이고, 오스테나이트 변태온도(Ac1)가 850℃ 이상이며,
    상기 최대 오스테나이트상의 양(γmax)은 하기의 [수학식 1]에 의해 계산되고, 상기 오스테나이트 변태온도(Ac1)은 하기의 [수학식 2]에 의해 계산되는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
    [수학식 1]
    γmax(%) = 420×[C]+470×[N]+23×[Ni]+9×[Cu]+10×[Mn]+180-11.5×[Cr]-11.5×[Si]-12.0×[Mo]-52.0×[Al]
    [수학식 2]
    Ac1(℃) = 310+35×([Cr]+1.72×[Mo]+2.09×[Si]+4.86×[Nb]+8.29×[V]+1.77×[Ti]+21.4×[Al]+46×[B]-7.14×[C]-8×[N]-3.28×[Ni]-1.89×[Mn]-0.51×[Cu])
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열간 압연 이후 1차 소둔처리 된 스테인리스강은 재결정율이 80% 이상인 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉간 압연 이후 2차 소둔처리 된 스테인리스강의 리징 높이가 20㎛ 이하인 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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