KR102326044B1

KR102326044B1 - 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102326044B1
Application number: KR1020190171695A
Authority: KR
Inventors: 이계만; 강형구
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-11-15
Also published as: US20220396849A1; KR20210079670A; CN114746569A; CN114746569B; EP4043605A1; JP2023502232A; WO2021125580A1; JP7465965B2; EP4043605A4

Abstract

자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강이 개시된다. 개시된 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족한다.
식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3
(여기서, Ti, Al, C, N 및 Mn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)

Description

자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법{FERRITIC STAINLESS STEEL WITH IMPROVED MAGNETIZATION PROPERTIES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 특히 집합조직을 제어하여 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

인덕션 렌지는 내부에 장착된 코일에 고주파 전류를 인가하여 전자기장으로 용기를 직접 가열하는 조리기기이다.

가스레인지의 열 효율(용기 가열 효율)이 약 45%, 하이라이트의 경우에는 약 65% 정도인 반면, 인덕션 렌지의 열 효율은 90% 정도로 높아, 조리시간을 절약할 수 있다. 또한, 인덕션 렌지는 상판을 가열하는 방식을 채택하지 않아 안전하고, 눌러 붙지 않아 청소가 용이하여 최근 시장이 확대되고 있다.

조리용 렌지 트렌드 변화에 대응하여 인덕션 용기용 소재 또한 동반 성장하고 있다. 인덕션 렌지는 자기유도를 통해 열을 발생시키므로 인덕션 용기용 소재는 자화특성이 요구된다. 주로 사용되는 소재는 주물강, 법랑강판, 페라이트계 스테인리스강이며, 최근에는 알루미늄판과 탄소강판 또는 페라이트계 스테인리스강판이 적층 구조를 형성하는 클래드판을 인덕션 용기용 소재로 사용하기도 한다.

인덕션 렌지는 전류 코일에 의한 자기장으로부터 발생하는 와전류의 저항열을 주된 열원으로 사용한다. 와전류에 의해 발생하는 전력 P_ec는 다음과 같다.

Pec =

여기서 B: Magnetic flux density(자속밀도), t: thickness(시료두께), f: frequency(주파수), r: resistivity(전기비저항) 이다.

와전류에 의해 발생하는 전력 Pec이 자속밀도의 제곱에 비례하므로, 인덕션 렌지를 쉽게 가열하기 위해서는 자속밀도를 최대화하는 것이 필수적이다.

한편, 전기 모터용 소재로는 실리콘이 포함된 전기강판이 통상적으로 사용되지만, 내식성이 요구되는 환경에서는 체심입방형 구조(Body Centered Cubic Structure, BCC)의 강자성의 특성을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 사용한다.

하지만, 페라이트계 스테인리스강의 경우, 전기강판에 비해 자기적 성질이 열위하다. 따라서, 페라이트계 스테인리스강은 에너지 효율이 요구되는 양식기 소재/전기 모터용 소재로 적용하는데 제약이 있었다.

따라서, 자화특성을 향상시켜 유도가열이 가능한 페라이트계 스테인리스강의 개발이 요구된다.

본 발명의 실시예들은 성분 제어를 통해 탄질화물의 수를 제어함으로써 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족한다.

식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3

(여기서, Ti, Al, C, N 및 Mn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 질화물 또는 탄화물의 분포가 100개/mm² 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, {001} 집합조직의 강도가 10.0 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, B₅₀이 0.5T 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는 슬라브를 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연재를 열연 소둔하는 단계; 및 상기 열간 압연재를 냉간 압연하는 단계;를 포함한다.

식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉간 압하율은 55 내지 80%일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열연 소둔 온도 범위는 900 내지 1,200℃일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 페라이트계 스테인리스강의 집합조직에 따른 자기유도 변화를 나타내는 도면이다.
도 2는 페라이트계 스테인리스강의 집합조직의 F 값의 변화에 따른 자화특성 변화를 나타내는 도면이다.

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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 페라이트계 스테인리스강에 대해 설명한 후, 페라이트 스테인리스강의 제조방법에 대해 설명한다.

페라이트계 스테인리스강에서는 <100> 방향으로 자화가 가장 쉽고 <111> 방향으로는 자화가 가장 어려워, <100> 방향을 자화 용이방향, <111> 방향을 자화 곤란방향이라고 한다.

한편, 결정 내부에 생성된 일정한 면과 방위를 가지는 배열을 집합조직(Crystal Texture)이라고 하며, 이들 집합조직이 일정한 방향으로 발달한 양상을 집합조직 파이버(fiber)라고 한다. 결정의 집합성을 나타내는 집합조직은 자화특성과 밀접한 관계를 가지고 있다.

통상적인 연속주조, 열간압연, 냉간압연 및 냉연소둔의 과정을 통해 생산되는 통상적인 페라이트계 스테인리스강에서는 집합조직 중 g-fiber의 분율이 높을수록 전체적인 가공성이 개선되는 것으로 알려져 있으나, 이러한 g-fiber 집합조직은 자화 용이방향을 전혀 포함하지 않아 자화특성이 요구되는 용도에 적합하지 않다.

본 발명자들은 페라이트계 스테인리스 강재의 자화특성을 향상 시키기 위하여 다양한 검토를 행한 결과, 무질서한 집합조직을 형성하는 탄질화물 생성을 억제하는 것이 중요하다는 지견을 얻을 수 있었다.

탄질화물 생성을 억제하기 위해서는 합금성분 Ti, Al, C, N 의 함량을 제어하고, 기지내의 S를 최소화하여 결정립의 성장을 도모하기 위해 적정량의 Mn을 첨가함으로써 달성할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 함금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C의 함량은 0.01% 이하(0은 제외)이다.

탄소(C)는 침입형 고용강화 원소로서 페라이트계 스테인리스강의 강도를 향상시킨다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 고온에서 오스테나이트 상을 형성하여 이후 냉각 중에 상변태하여 최종 제품에 마르텐사이트 상을 생성한다. 마르텐사이트 상은 자화특성을 저하시키므로, C의 상한을 0.01%로 한정할 수 있다.

N의 함량은 0.003% 이하(0은 제외)이다.

질소(N)는 탄소와 마찬가지로 침입형 고용강화 원소로서 페라이트계 스테인리스 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 또한, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소로서 그 함량이 과도할 경우, 마르텐사이트 상을 생성하는 문제가 있으며, 알루미늄 또는 티타늄 등과 결합하여 질화물을 형성함으로써 결정립 핵생성을 촉진하여 자성에 유리한 주상정 조직의 형성을 억제하고 무질서한 집합조직을 가지는 미세한 등축정 조직을 형성하는 바, 그 상한을 0.003%로 한정할 수 있다.

Cr의 함량은 15 내지 18%이다.

크롬(Cr)은 스테인리스강의 내식성 향상 원소 중 가장 많이 함유되어 기본이 되는 원소로, 내식성의 발현을 위해서는 15% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 열연 시 치밀한 산화 스케일 생성으로 스티킹(Sticking) 결함이 발생하는 문제가 있고, 제조원가가 상승하는 문제가 있는 바, 그 상한을 18%로 한정할 수 있다.

Mn의 함량은 0.3 내지 1.0%이다.

망간(Mn)은 결정립계의 이동을 방해하는 기지 내의 황(S)과 결합하여 황화물을 형성하는 원소이다. 본 발명에서는, {001} 방위를 가지는 결정립의 성장을 촉진하기 위해 Mn을 0.3% 이상 첨가한다. 다만 그 함량이 과도할 경우, 자성을 저하시키는 오스테나이트 상을 생성하는 문제가 있어 그 상한을 1.0%로 한정할 수 있다.

Si 의 함량은 0.2 내지 0.3%이다.

규소(Si)는 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 합금원소이며 강도와 내식성을 향상시키는 동시에, 페라이트 상을 안정하는 원소이다. 본 발명에서는 {001} 집합조직의 형성을 억제하는 오스테나이트상을 억제하기 위해 페라이트 형성 원소인 Si를 0.2% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 취성이 증가하여 가공성을 열위하게 하고, 탄소와 결합하여 탄화물을 형성함에 따라 자화특성을 저하시키므로, 그 상한을 0.3%로 한정할 수 있다.

Al 의 함량은 0.005% 이하(0 제외)이다.

알루미늄(Al)는 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 합금원소이며, 페라이트상 안정화 원소이나, 질소와 결합하여 질화물을 형성한다. 질화물은 결정립 핵생성 사이트로 작용하여 무질서한 집합조직을 가지는 새로운 결정립들을 생성함으로써 자화특성을 저하시키므로, 그 상한을 0.005%로 한정할 수 있다.

Ti 의 함량은 0.005% 이하(0 제외)이다.

티타늄(Ti)는 탄소 또는 질소와 결합하여 탄질화물을 형성한다. 탄질화물은 결정립 핵생성 사이트로 작용하여 무질서한 집합조직을 가지는 새로운 결정립들을 생성함으로써 자화특성을 저하시키므로, 그 상한을 0.005%로 한정할 수 있다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 불가피한 불순물로는 예를 들면, P(인), S(황) 등을 들 수 있다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

페라이트계 스테인리스강 연속주조 과정에서는 응고 우선방위인 {001} 방위가 발달하지만, {001} 방위는 성형성을 저하시키고, 페라이트 고유의 표면결함인 리징(ridging)을 형성하는 문제가 있다. 이에, 페라이트계 스테인리스강 연속주조 시, 전자기교반장치를 이용하여 조대한 주상정 조직의 형성을 최소화함으로써 {111} 집합조직을 극대화하고, 리징의 형성을 억제하는 것이 일반적이다.

한편, 결정질 재료에서, 자화특성(Magnetic Properties) 역시 결정방위에 영향을 받는다. 페라이트계 스테인리스강에서는 <100> 방향으로 자화가 가장 쉽고 <111> 방향으로는 자화가 가장 어려워, <100> 방향을 자화 용이방향, <111> 방향을 자화 곤란방향이라고 한다. 따라서, 페라이트계 스테인리스강의 자화특성을 향상시키기 위해서는 자화 용이방향인 <100>로 배열된 방위를 가지는 결정립을 최대화하는 것이 중요하다.

도 1은 페라이트계 스테인리스강의 집합조직에 따른 자기유도 변화를 나타내는 도면이다.

도 1의 사각형은 집합조직을 표현하는데 가장 널리 사용되는 방위분포함수(Orientation Distribution Function, ODF)의 j2=45° 면을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, ODF의 상단 (F=0°)에는 {001}<110> 방위와 {001}<010>과 같이 {001} 면을 갖는 방위들이 배열되어 있으며, ODF의 중단 (F=55°)에는 {111}<110> 방위와 {111}<121>과 같이 {111} 면을 갖는 방위들이 배열되어 있다.

도 2는 페라이트계 스테인리스강의 집합조직의 F 값의 변화에 따른 자화특성 변화를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, F는 0°에서 최대의 자화특성을 나타내며, 55°까지 증가함에 따라 자화특성이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, F가 55°부터 90°까지 증가할 수록 자화특성이 다소 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 자화에 불리한 {111} 집합조직의 부피분율이 자화에 유리한 {001} 집합조직보다 강해지면 페라이트계 스테인리스 강판의 자기적 특성이 급격히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 페라이트계 스테인리스강의 자화특성을 향상시기 위해 {001}　집합조직의 분율을 최대한 확보하고자 한다.

한편, 제강 중에 용강 안에서 형성되는 탄질화물은 응고 과정에서 핵생성 사이트로 작용한다. 이에 따라, 결정립 핵생성이 촉진되어 무질서한 집합조직을 갖는 새로운 결정립들이 생성되고, {001} 집합조직이 약화되며 주조 조직이 미세해진다.

따라서, 탄화물과 질화물의 형성을 최소화할 수 있도록 합금성분을 관리할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 합금조성을 만족하는 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.

식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3

여기서, Ti, Al, C, N 및 Mn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.

본 발명자들은 탄질화물의 형성을 최소화함으로써 {001} 집합조직을 가지는 주상정 조직의 형성을 극대화하고자 식 (1)을 도출하였다. 상기 식(1)은, C 및 N 함량과 더불어, C 또는 N와 결합하여 탄질화물을 형성하는 원소인 Al, Ti의 함량을 동시에 낮게 제어함으로써 탄질화물의 형성을 억제하는 측면과, Mn 함량을 일정량 확보하여 {001} 결정립의 성장을 방해하는 강내 불순물 원소인 S와 결합함으로써 결정립의 성장을 촉진하는 측면을 모두 고려하여 도출한 것이다.

식 (1)의 값이 낮을수록, 탄질화물의 분포가 낮고, {001} 집합조직을 가지는 주상정 조직의 형성이 용이함을 확인하였다. 구체적으로, 식 (1)의 값이 0.3 초과인 경우, 최종 강판에서의 질화물 또는 탄화물의 분포가 100 개/mm² 를 초과하여 {001} 집합조직을 분율을 확보할 수 없다. 이에 따라, 페라이트계 스테인리스 강의 자화특성을 확보할 수 없어, 식 (1)의 값 상한을 0.3으로 한정하고자 한다.

전술한 바와 같이, 페라이트계 스테인리스강의 자화특성을 개선하기 위해서는 {001} 집합조직을 최대화하고 {111} 집합조직을 최소화하는 것이 필수적이다.

이러한 관점에서 본 발명은 집합조직을 정량화하기 위해, {001} 집합조직의 강도를 도입하였다. 즉 페라이트계 스테인리스 강에서 {001} 집합조직의 강도가 클수록 자화특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 {001} 집합조직의 강도를 10.0 이상으로 제어하고자 한다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 B₅₀값이 0.5T 이상이다. B₅₀ 이란, 자화력 5000 A/m의 자기장에서 측정된 자속 밀도로, 자화특성을 나타내는 지표이다.

상기 B₅₀값은 그 크기가 증가할수록 유도가열이 용이한바, 값이 클수록 유리하다. B₅₀이 0.5T 이하이면 인가되는 자기장에 비해, 자화가 용이하지 않아 에너지 효율이 감소하며, 인덕션 렌지에 사용 시 용기 가열 속도가 감소한다. 따라서 본 발명에서는 B₅₀을 0.5T 이상으로 제어하고자 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강을 제조하는 공정을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은 중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는 슬라브를 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연재를 열연 소둔하는 단계; 및 상기 열간 압연재를 냉간 압연하는 단계;를 포함를 포함한다.

식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3

합금성분 함량의 수치 한정 이유에 대한 설명은 상술한 바와 같다.

상기의 조성을 포함하는 스테인리스강 슬라브를 가열한다. 슬라브의 가열 온도는 1100℃ 내지 1300℃로 한정할 수 있다. 가열 온도가 1300℃를 초과하는 경우, 미세조직 내부 편석대에서 액화현상 발생으로 열간압연 중 파단이 발생하는 문제가 있고, 가열 온도가 1100℃에 미달하는 경우 열간압연이 용이하지 않다.

가열된 슬라브는 이어서 열간압연 과정을 거쳐 열연판으로 제조된다.

상기 열연판은 필요에 따라 열연판 소둔을 실시할 수 있다. 열연판 소둔을 실시하는 경우 소둔 온도는 900℃ 내지 1200℃로 한정할 수 있다. 소둔온도가 900℃ 미만이면 재결정이 충분히 일어나지 않아 균일한 미세조직을 얻을 수 없고, 소둔온도가 1200℃를 초과하는 경우, 자기특성이 열화되고, 판형상의 변형이 발생하는 문제가 있다. 이 때, 열간압연을 거친 페라이트계 스테인리스 강의 두께는 3 내지 6 mm일 수 있다.

이후, 냉간 압연을 실시하여 냉연판을 제조한다.

자화에 유리한 {001} 집합조직을 발달시키기 위해서는 냉간압연 시, 총 압하율을 제어해야 한다. 본 발명자의 실험결과 55 내지 80%의 압하율로 냉간 압연을 실시하여 최종 두께의 냉연판을 제조하였을 때 자화에 유리한 {001} 집합조직을 발달시킬 수 있었다.

여기서 압하율은 (냉간 압연 이전 강판의 두께- 냉간 압연 이후 강판의 두께)/(냉간 압연 이전 강판의 두께)이다.

이와 같이, 합금성분과 함께 냉간압연시 압하율을 제어하여 최종 냉연 소둔재를 제조할 경우, 파단을 일으키지 않는 범위에서 자화에 유리한 {001} 집합조직을 최대한 확보할 수 있다.

이에 따라 제조된 냉간 압연재는 질화물 또는 탄화물의 분포가 100개/mm² 이하이다.

또한, 제조된 냉간 압연재는 {001} 집합조직의 강도가 10.0 이상이고, B₅₀이 0.5T 이상이다.

또한, 냉간압연을 거친 페라이트계 스테인리스 강의 두께는 0.4 내지 1.2 mm일 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

하기 표 1에 나타낸 다양한 합금 성분범위에 대하여, 두께가 250 ㎜인 페라이트계 스테인레스강 주물편을 용제하고, 통상의 방법으로 조압연기와 연속마무리 압연기에 의하여 판 두께 3 내지 6.0 ㎜인 페라이트계 스테인리스 열연강판을 제조하였다.

구분	C	Si	Mn	Cr	Al	Ti	N	Ti+Al+8*(C+N) /Mn
실시예1	0.007	0.28	0.51	16.2	0.003	0.004	0.002	0.15
실시예2	0.002	0.21	0.63	16.3	0.003	0.003	0.002	0.06
비교예1	0.058	0.23	0.78	16.4	0.076	0.002	0.020	0.90
비교예2	0.039	0.31	0.49	16.5	0.003	0.001	0.043	1.35
비교예3	0.007	0.29	0.49	16.5	0.003	0.001	0.021	0.47
비교예4	0.006	0.05	0.24	16.4	0.003	0.003	0.006	0.42
비교예5	0.005	0.27	0.12	16.4	0.003	0.051	0.001	0.85
비교예6	0.008	0.25	0.54	15.7	0.084	0.003	0.002	0.31
비교예7	0.003	0.89	0.50	16.3	0.004	0.003	0.002	0.09
비교예8	0.004	0.25	0.23	15.2	0.003	0.002	0.002	0.23
비교예9	0.007	0.28	0.51	16.2	0.003	0.004	0.002	0.15
비교예10	0.007	0.28	0.51	16.2	0.003	0.004	0.002	0.15

이 후, 상기 발명강 및 비교강의 열연강판을 하기 표 2의 조건에 따라 냉간압하율을 달리하여 냉간 압연을 실시하였으며, 최종소둔을 하여 판 두께 0.4 내지 1.2 ㎜인 페라이트계 스테인리스 냉연소둔강판을 제조하였다.

최종 냉연소둔강판의 탄질화물의 분포는 SEM-EDS장치를 활용하여 측정하였으며, 분석 방법은 최종 제품의 단면에 대해 가로 1 mm, 세로 1 mm 면적에 대해 1,000배 이상의 배율에서 자동으로 산화물의 크기 및 성분을 측정하는 방식으로 적어도 5 영역 이상을 측정하여 평균한 값을 나타내었다.

집합조직은 최종 냉연 소둔재의 횡 방향(Transverse direction) 단면에 대하여 후방산란전자회절법 (Electron Backscatter Diffraction, EBSD)를 이용하여 측정하였다.

EBSD 데이터로부터 방위분포함수(Orientation Distribution Function, ODF)를 계산하여 {001} 방위의 강도를 집합조직 지표로 활용하였다.

또한, 페라이트계 스테인리스 강판의 압연방향과 자화방향이 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90°의 방향을 가지도록 60 mm x 60 mm 시편을 제조하여, single sheet tester로 5000 A/m의 자기장에서 자속밀도를 측정한 후 7개 방향의 평균 값인 B₅₀을 자화특성의 지표로 나타냈다.

구분	Ti+Al+8*(C+N) /Mn	냉간 압하율 (%)	탄질화물수 (개/mm²)	{001} 강도	B₅₀ [T]
실시예1	0.15	65	29	13.8	0.68
실시예2	0.06	65	52	15.3	0.74
비교예1	0.90	65	3821	2.1	0.03
비교예2	1.35	65	2665	4.4	0.08
비교예3	0.47	65	339	6.1	0.18
비교예4	0.42	65	651	5.1	0.31
비교예5	0.85	65	759	3.8	0.19
비교예6	0.31	65	245	3.9	0.23
비교예7	0.09	65	138	4.1	0.22
비교예8	0.23	65	61	6.7	0.27
비교예9	0.15	50	29	5.8	0.18
비교예10	0.15	85	29	7.8	0.28

본 발명에서는 인덕션 용기용 소재로 페라이트계 스테인리스강을 적용하기 위해, 자속밀도(B₅₀)를 0.5T 이상 확보하고자 하였다.

실시예 1 및 2의 경우에는 본 발명이 제시하는 성분범위를 만족할 뿐만 아니라, (Ti+Al+8*(C+N)/Mn)의 값이 0.3 이하로 제어되어 무질서한 집합조직을 형성하는 탄질화물 생성을 100개/mm² 이하로 억제할 수 있었고, 기지 내 S함량을 최소화 할 수 있었다. 이로 인하여 {001} 강도가 10.0 이상 확보되었으며, 이에 따른 B₅₀ 또한 0.5T 이상으로 나타나 자화특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.

비교예 1 내지 6은 C, N, Ti, Al 함량이 과다하게 첨가되어 (Ti+Al+8*(C+N)/Mn)의 값이 0.3를 초과함에 따라, 최종 냉연소둔재에서 탄질화물이 과다하게 형성되었다. 이에 따라 {001} 집합조직은 억제되고 {111} 집합조직이 발달하여 {001} 강도는 10.0 이하로 측정되었고, B₅₀이 0.31 이하로 도출되었다.

비교예 7은 (Ti+Al+8*(C+N)/Mn)의 값이 0.3 이하로 제어되었으나, Si의 함량이 과도하여 탄질화물이 100개/mm² 초과로 과다하게 형성되었다. 그 결과, {001} 집합조직이 발달하지 못하여 B₅₀ 이 0.22로 도출되었다.

비교예8은 (Ti+Al+8*(C+N)/Mn)의 값이 0.3 이하이고, Si도 적정수준으로 제어되었으나, Mn의 함량이 0.23%로 본 발명에서 제안하는 하한인 0.3에 미달함에 따라, 결정립계의 이동을 방해하는 S 원소를 충분히 제거하지 못하였다. 그 결과, {001} 집합조직이 발달하지 못하여 B₅₀ 이 0.27로 도출되었다.

표 2를 참조하면, 비교예 9 내지 10의 경우 본 발명에서 제시한 성분을 만족하였고, 석출물의 수도 적절히 제어되었으나, 냉간압하율이 55%에 미치지 않거나 80%를 초과하여 최종 냉연 소둔재의 {001} 강도가 10.0 이하로 낮게 나타났으며, 이에 따른 B₅₀또한 0.18, 0.28로 0.5에 미치지 못하였다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 페라이트계 스테인리스강은 열간 압연재의 소둔온도 제어에 의해 {111} 집합조직을 억제하고 {001} 집합조직을 발달시킴으로써, 에너지 효율이 요구되는 양식기 소재/전기 모터용 소재에 적용이 가능한 수준의 자화특성 확보가 가능하다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 식 (1)을 만족하고,
질화물 또는 탄화물의 분포가 100개/mm² 이하인 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강.
식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3
(여기서, Ti, Al, C, N 및 Mn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
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제1항에 있어서,
{001} 집합조직의 강도가 10.0 이상인 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
B₅₀이 0.5T 이상인 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강.
중량%로, C: 0.01% 이하(0은 제외), N: 0.003% 이하(0은 제외), Cr: 15 내지 18%, Mn: 0.3 내지 1.0%, Si: 0.2 내지 0.3%, Al: 0.005% 이하(0 제외), Ti: 0.005% 이하(0 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는 슬라브를 열간 압연하는 단계;
상기 열간 압연재를 열연 소둔하는 단계; 및
상기 열간 압연재를 냉간 압연하는 단계;를 포함하고,
상기 냉간 압하율은 55 내지 80%이고,
상기 열연 소둔 온도 범위는 900 내지 1,200℃인 자화특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법.
식 (1): (Ti+Al+8*(C+N)/Mn) ≤ 0.3
(여기서, Ti, Al, C, N 및 Mn은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.)
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