KR20130075926A - 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두께 층에 따라 균일한 미세조직과 집합조직을 가지는 페라이트계 스테인리스강 열연판재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2겹 열간압연을 행함으로써 연속 주조 시 생성된 주조조직을 파괴하여 페라이트계 스테인리스강의 열간압연 및 열연소둔 후 미세조직과 집합조직을 균일하게 만들 수 있는 공정을 발명한 것이다. 본 발명에서 제안된 2겹 열간압연 공정은 2개의 판재를 겹쳐서 열간압연함으로써 압연재의 중앙층에 생성되는 로테이티드 큐브 방위를 파괴하고 전단변형이 모든 두께 층에 작용하게 하여 집합조직과 미세조직이 균일한 열연판재가 얻어져, 최종 냉연 및 냉연소둔 제품의 내리징성 및 성형성을 개선하는 것을 특징으로 한다.

Description

내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{Ferritic stainless steel with good ridging property and the method of manufacturing the same}
본 발명은 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페라이트계 스테인리스강의 열간압연 및 열연소둔 후의 미세조직과 집합조직이 균일하게 제조되어 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 페라이트계 스테인리스강에서는 연속주조 시 로테이티드 큐브(rotated cube) 방위를 가지는 거대한 주상정이 생성된다. 이 주상정 조직은 열간압연 시 또는 열연소둔 공정에서 파괴되지 않고 압연재의 중앙층 부근에서 잔류하여 페라이트계 스테인리스강의 열연판재에는 상기 로테이티드 큐브 방위를 가지고 100㎛ 이상의 결정립 크기를 가지는 조대한 팬케익 형태의 결정립들이 존재하게 된다.
또한, 열간압연 시 페라이트계 스테인리스강의 표면층에서는 전단변형이 크게 작용하여 열간압연 및 열연소둔을 공정을 거치면 표면층에서는 100㎛ 이하의 크기를 가지고 집합조직이 무질서한 등축정 결정립들이 형성된다.
일반적인 열연공정을 거친 페라이트계 스테인리스강의 열연판재의 미세조직과 집합조직은 두께층에 따라 매우 불균질하다. 즉, 중앙층에는 로테이티드 큐브에 근접한 방위를 가지는 조대한 결정립들과 표면층에는 무질서한 방위를 가지는 미세한 결정립들이 관찰되는 열연판재가 일반적인 열연공정에서 얻어진다. 이 열연판재를 차후 냉간압연 및 냉연소둔을 행하면 r-값도 낮고, 표면결함인 리징발생도 심한 성형성이 나쁜 최종 페라이트계 스테인리스강 판재 제품이 얻어진다.
따라서 r-값도 높고, 표면결함인 리징발생도 적어 성형성이 우수한 좋은 최종 페라이트계 스테인리스강 판재제품을 제조하기 위해서는 열연판재의 중앙층에 형성되는 조대한 결정립들을 열간압연 공정에서 파괴하여 열연재의 미세조직과 집합조직을 균질화하는 공정이 필수적으로 요구된다.
본 발명은 두께층에 따라 균일한 미세조직과 집합조직을 가지며 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2겹의 열간압연을 수행하여 연속 주조 시 생성된 주조조직을 파괴하여 열간압연 및 열연소둔 후 미세조직과 집합조직을 균일하게 만들 수 있는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하인 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강으로서, 모든 두께층에서의 미세조직이 100㎛ 이하의 미세하고 균질한 결정립들이 고르게 분포되어 있다.
γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
본 발명의 다른 실시예에 따른 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강은 하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하인 조성으로 제조되는 페라이트계 스테인리스강으로서, r-값이 1.8 이상, 리징 높이가 10㎛ 이하이다.
γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
또한, 상기 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, 탄소(C) 0.001~0.05, 질소(N) 0.001~0.05, 실리콘(Si) 0.001~0.8, 망간(Mn) 0.001~0.8, 인(P) 0.001~0.035, 황(S) 0.001~0.01, 크롬(Cr) 11.0~25.0, 니켈(Ni) 0.001~2.5, 구리(Cu) 0.001~0.5, 알루미늄(Al) 0.01~0.5, 티타늄(Ti) 0.01~0.5, 니오븀(Nb) 0.001~0.5, 몰리브덴(Mo) 0.001~2.5, 나머지 철(Fe) 및 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명에 또 다른 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 페라이트계 스테인리스강을 열간압연 시 압연기의 압연롤 사이에 2개의 판재를 겹친 상태로 압연하되, 상기 2개의 판재는 서로 접합되지 않게 압연한다.
이때, 하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하일 수 있다.
γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
또한, 상기 페라이트계 스테인리스강의 조성범위는 중량%로, 탄소(C) 0.001~0.05, 질소(N) 0.001~0.05, 실리콘(Si) 0.001~0.8, 망간(Mn) 0.001~0.8, 인(P) 0.001~0.035, 황(S) 0.001~0.01, 크롬(Cr) 11.0~25.0, 니켈(Ni) 0.001~2.5, 구리(Cu) 0.001~0.5, 알루미늄(Al) 0.01~0.5, 티타늄(Ti) 0.01~0.5, 니오븀(Nb) 0.001~0.5, 몰리브덴(Mo) 0.001~2.5, 나머지 철(Fe) 및 불순물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 2개의 판재 사이에 윤활제 투입 후 압연할 수 있다.
여기서, 상기 압연기의 양단에는 코일러가 설치되어 상기 2개의 판재를 각각 분리하여 코일링할 수 있다.
또한, 상기 코일러는 각각 독립적으로 제어될 수 있으며, 상기 판재의 압연속도, 압연변형률 및 압하율 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 2겹 열간압연 공정은 2개의 판재를 겹쳐서 열간압연함으로써 전단변형이 모든 두께 층에 작용하게 하여 집합조직과 미세조직이 균일한 스테인리스강 열연강판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 최종 냉연 및 냉연소둔 제품의 내리징성 및 성형성을 개선한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명과 비교예의 미세조직 사진도.
도 2는 본 발명에 관한 열간압연공정의 모식도.
도 3은 발명예와 비교예에 관하여 2겹 열간압연의 효과를 도시한 도면.
도 4는 종래기술과 본 발명의 2겹 열간압연으로 각각 제조된 시편의 r-값과 리징 높이를 측정한 결과를 비교한 그래프도.
이하에서는 본 발명의 발명예를 도시한 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에서 언급되는 '두께층'은 판재의 상하부에 위치된 표면층과, 상하부의 표면층 사이에 위치된 중간층을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명은 페라이트계 스테인리스강을 열간압연 시 압연기의 압연롤 사이에 2개의 판재를 겹친 상태로 압연함에 의하여, 판재의 모든 두께층에서의 미세조직이 100㎛ 이하의 미세하고 균질한 결정립들이 고르게 분포되도록 한다. 그리고, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강을 하기 식(1)로 이루어진 오스테나이트 분율이 20% 이하가 되도록 제어한다.
식(1) : γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
최대 오스테나이트 분율이 20% 이하인 조성으로 제조되는 페라이트계 스테인리스강은 연속주조 시 생성된 로테이티드 큐브 방위를 가지는 거대한 주상정이 열간압연 시 또는 열연소둔 공정에서 파괴되지 않는다. 그리고, 판재의 중앙층 부근에서 잔류하여 페라이트계 스테인리스강의 판재에는 로테이티드 큐브 방위를 가지고 100㎛ 이상의 결정립 크기를 가지는 조대한 팬 케이크 형태의 결정립들이 존재할 확률이 높다. 본 발명은 이러한 조대한 조직의 제거에 효과적이므로, 최대 오스테나이트 분율이 20% 이하인 조성으로 제조되는 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 할 때 특히 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 합금조성으로 이루어진 페라이트계 스테인리스강에서 두께층에 따라 균일한 미세조직과 집합조직을 가지도록 제어한다. 본 발명에서는 이를 위하여 2겹 열간압연을 제안한다. 2겹 열간압연은 연속주조 시 생성된 주조조직을 파괴하여 페라이트계 스테인리스강의 열간압연 및 열연소둔 후 미세조직과 집합조직을 균일하게 만들 수 있는 효과가 있다. 그리고, 이러한 효과는 냉간압연 및 냉간소둔 후에도 동일하게 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 중량%로 탄소(C) 0.001~0.05, 질소(N) 0.001~0.05, 실리콘(Si) 0.001~0.8, 망간(Mn) 0.001~0.8, 인(P) 0.001~0.035, 황(S) 0.001~0.01, 크롬(Cr) 11.0~25.0, 니켈(Ni) 0.001~2.5, 구리(Cu) 0.001~0.5, 알루미늄(Al) 0.01~0.5, 티타늄(Ti) 0.01~0.5, 니오븀(Nb) 0.001~0.5, 몰리브덴(Mo) 0.001~2.5, 나머지 철(Fe) 및 불순물을 포함한다.
본 발명에서 상기 탄소, 질소, 실리콘, 망간, 인, 황, 니켈, 구리, 니오븀, 몰리브덴의 양은 0.001 wt% 미만이면 고순도 제품을 만들기 위한 정련 가격이 비싸지므로 바람직하지 않다. 따라서 상기 성분들의 하한은 0.001wt%로 한다.
한편, 탄소, 질소의 양은 0.05 wt%를 초과하면 소재가 경질화하여 가공성이 나빠지며 내식성이 나빠진다. 따라서 상한은 0.05wt%이다.
실리콘과 망간의 양은 0.8 wt%를 초과하면 가공성이 나빠지고 표면 품질이 저하된다.
인의 양은 0.035 wt%를 초과하면 내식성과 가공성이 나빠진다.
황의 양은 0.01 wt%를 초과하면 내식성과 가공성이 나빠지고 표면 품질이 저하된다.
크롬의 양은 11 wt% 미만이면 내식성 및 내고온산화성이 나빠지고, 25 wt%를 초과하면 가공성이 나빠지고 원료비가 상승하는 문제가 있다.
니켈의 양은 2.5 wt%를 초과하면 원료비가 상승하고 상 제어가 어렵게 된다. 구리의 양은 0.5 wt%를 초과하면 가공성이 저하되고 용접성이 나빠진다. 알루미늄의 양은 0.01 wt% 미만이면 고용 질소가 증가하는 문제가 있고 0.5 wt%를 초과하면 가공성이 나빠진다.
티타늄의 양은 0.01 wt% 미만이면 연주 슬라브의 결정립이 커지는 문제가 있고 0.5 wt%를 초과하면 표면결함이 발생하는 문제가 있다.
니오븀의 양은 0.5 wt%를 초과하면 가공성이 나빠지고 원료비가 비싸진다. 몰리브덴의 양 역시 2.5 wt%를 초과하면 가공성이 나빠지고 원료비가 비싸진다.
상기와 같은 합금성분을 가지는 페라이트계 스테인리스강은 모든 두께층에서의 미세조직이 100㎛ 이하의 미세하고 균질한 결정립들이 고르게 분포되는 효과를 높이기 위하여, 하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하가 되도록 제어한다.
γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
이러한 페라이트계 스테인리스강은 r-값이 1.8 이상이고, 리징 높이가 10㎛ 이하를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명에 관한 열간압연 공정의 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 페라이트 스테인리스 강판의 열간압연 공정에서 압연롤(20) 사이에 2개의 판재(10)를 상하로 겹친 상태로 압연을 실시한다. 이때, 압연기 양단에 코일러(30a, 30b)가 설치되며, 코일러(30a, 30b)는 2개의 판재를 각각 분리하여 코일링할 수 있다. 이와 같은, 코일러(30a,30b)는 각각 독립적으로 제어될 수 있으며, 판재(10)의 압연속도, 압연변형률 및 압하율 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
또한, 2겹 열간압연 수행 중에 겹쳐진 2개의 판재(10)가 상호 접합되지 않아야 한다. 또한, 2개의 판재(10)가 접합되는 것을 방지하기 위하여 2개의 판재(10) 사이의 접촉면에 윤활제를 사용하여 윤활 상태로 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 통상적인 1겹 열간압연의 모든 패스, 또는 일부 패스를 대체하여 2겹 열간압연을 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 발명예와 비교예에 관하여 2겹 열간압연의 효과를 도시한 것이다. 먼저 비교예는 일반압연을 유한요소법으로 모사한 결과로 단지 표면층에만 전단변형이 작용하는 것을 보여준다. 반면에 도 3의 발명예는 본 발명의 2겹 열간압연을 유한요소법으로 모사한 결과로 거의 모든 두께층에서 아주 높은 전단변형이 작용하는 것을 명확하게 보여준다.
일반적으로 판재의 압연변형 시 판재의 중앙층에는 전단변형이 작용하지 않고 평면변형만이 작용한다. 도 3의 비교예는 일반압연을 유한요소법으로 모사한 결과로 단지 표면 층에만 전단변형이 작용하는 것을 보여준다. 반면에 도 3의 발명예는 본 발명의 2겹 열간압연을 유한요소법으로 모사한 결과로 거의 모든 두께 층에서 아주 높은 전단변형이 작용하는 것을 명확하게 보여준다.
한편 도 1은 본 발명과 비교예의 미세조직 사진도이다. 종래의 공정으로 열간압연 후 열연소둔한 판재와, 본 발명의 2겹 열간압연 공정으로 열간압연 후 열연소둔한 미세조직의 단면을 각각 FE-SEM에 부착된 EBSD 장비로 관찰하여 inverse pole figure (IPF) map으로 표시한 결과를 도 1에서 비교예와 발명예로 보여준다.
종래의 공정을 통한 도 1의 비교예는 열연소둔 후에도 두께 층에 따른 미세조직의 불균질이 매우 심하며, 특히 로테이티드 큐브 방위를 가지는 100㎛ 이상의 크기를 가지는 조대한 결정립들이 중앙 층에서 관찰 되고 있다. 이에 반하여 본 발명의 2겹 열간압연 공정으로 열간압연 후 열연소둔한 미세조직인 도 1의 발명예에서는 모든 두께 층에서 100㎛ 이하의 미세하고 균질한 결정립들이 고르게 분포되어 미세조직과 집합조직이 획기적으로 개선된 열간압연재를 보여준다.
한편 도 4는 종래기술과 본 발명의 2겹 열간압연으로 각각 제조된 시편의 r-값과 리징 높이를 측정한 결과를 비교한 그래프도이다.
종래의 열간압연을 거친 후 냉간압연 및 냉연소둔 한 페라이트계 스테인리스 강판제품에서는 r-값이 1.4 이하, 리징의 높이가 30㎛ 이상이었다. 반면에 본 발명의 2겹 열간압연을 적용 후 냉간압연 및 냉연소둔 한 페라이트계 스테인리스 강판제품에서는 r-값이 1.8 이상, 리징높이가 10㎛ 이하이므로, 획기적으로 판재의 성형성이 향상되었다.
이 수치는 페라이트계 스테인리스강의 다른 제조 공정 변수의 영향을 받는 값으로서, 동일 공정으로 제조된 시료 간의 비교가 의미가 있는 것이므로, 상기 수치는 본 발명에 의한 개선 효과를 나타내는 예시이며 보다 다양한 값의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하인 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강으로서, 모든 두께층에서의 미세조직이 100㎛ 이하의 미세하고 균질한 결정립들이 고르게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
    γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
  2. 하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하인 조성으로 제조되는 페라이트계 스테인리스강으로서, r-값이 1.8 이상, 리징 높이가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
    γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    중량%로, 탄소(C) 0.001~0.05, 질소(N) 0.001~0.05, 실리콘(Si) 0.001~0.8, 망간(Mn) 0.001~0.8, 인(P) 0.001~0.035, 황(S) 0.001~0.01, 크롬(Cr) 11.0~25.0, 니켈(Ni) 0.001~2.5, 구리(Cu) 0.001~0.5, 알루미늄(Al) 0.01~0.5, 티타늄(Ti) 0.01~0.5, 니오븀(Nb) 0.001~0.5, 몰리브덴(Mo) 0.001~2.5, 나머지 철(Fe) 및 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
  4. 페라이트계 스테인리스강을 열간압연 시 압연기의 압연롤 사이에 2개의 판재를 겹친 상태로 압연하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2개의 판재는 서로 접합되지 않게 압연하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    하기 식으로 정의되는 γ(%) 값이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
    γ(%)=420*C+470*N+23*Ni+9*Cu+10*Mn+180-11.5*Cr-11.5*Si-12.0*Mo-52.0*Al
  7. 제6항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스강의 조성범위는 중량%로, 탄소(C) 0.001~0.05, 질소(N) 0.001~0.05, 실리콘(Si) 0.001~0.8, 망간(Mn) 0.001~0.8, 인(P) 0.001~0.035, 황(S) 0.001~0.01, 크롬(Cr) 11.0~25.0, 니켈(Ni) 0.001~2.5, 구리(Cu) 0.001~0.5, 알루미늄(Al) 0.01~0.5, 티타늄(Ti) 0.01~0.5, 니오븀(Nb) 0.001~0.5, 몰리브덴(Mo) 0.001~2.5, 나머지 철(Fe) 및 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 2개의 판재 사이에 윤활제 투입 후 압연하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 압연기의 양단에는 코일러가 설치되어 상기 2개의 판재를 각각 분리하여 코일링하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코일러는 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 판재의 압연속도, 압연변형률 및 압하율 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
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