KR20140083166A

KR20140083166A - 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140083166A
Application number: KR1020120152423A
Authority: KR
Inventors: 강형구; 김상석; 박미남
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-07-04

Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로, Cr: 12.5~16.5%, C: 0.001~0.05%, N: 0.005~0.05%, Ti: 0.05~0.3%, Al: 0.05~0.3%, Si: 0.01~0.5%, Mn: 0.01~0.5%, Cu: 0.01~0.5%, Mo: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, 나머지 Fe 및 불순물을 포함하되, Ti, Al, N을 첨가하여 입도가 미세한 주조가 가능하고 연속소둔 방식으로 제조하여 내식성, 내리징성, 성형성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법이 개시된다.

Description

페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{STAINLESS STEEL BASED ON FERRITE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ti, Al, N을 첨가하여 입도가 미세한 주조가 가능하고 연속소둔 방식으로 제조할 수 있는 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 가격이 저렴하고 열팽창률이 낮으며 표면광택, 성형성 및 내산화성이 양호하여 내열기구, 싱크대 상판, 외장재, 가전제품, 전자부품 등에 널리 사용되고 있다.

반면, 페라이트계 스테인리스강은 열간압연 공정, 열간압연된 코일의 표면스케일을 제거하고 재료내부 응력을 제거하는 소둔산세공정, 냉간압연 및 소둔공정을 통해 제조되는데, 상기 페라이트계 스테인리스강을 싱크대 등의 주방 기기나 부품에서 사용하는 경우에는 공식이나 녹발생 등의 부식에 의한 표면 품질 저하가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 페라이트계 스테인리스강의 품질 저하를 방지하기 위하여, 통상 크롬 (Cr), 몰리브덴 (Mo), 텅스텐 (W) 등의 고가의 원소를 첨가하여 상기 페라이트계 스테인리스강의 내공식성 및 내염해 부식성을 개선시킨다. 전술한 방법들은 페라이트계 스테인리스강의 단가상승을 초래함과 더불어 페라이트계 스테인리스강이 고합금화되어 성형성을 저하시키는 원인이 된다.

한편, 페라이트계 스테인리스강은 성형가공시 압연방향에 평행하게 주름형태의 표면결함이 발생되는데 이러한 현상을 리징(ridging)이라 부른다. 리징의 발생원인은 조대한 주조조직에 기인한다. 즉, 주조조직이 압연 또는 소둔공정에서 파괴되지 않고 조대한 밴드조직으로 잔류하는 경우 인장가공시 주변의 재결정 조직과 상이한 폭 및 두께 방향 변형 거동으로 인해 리징결함으로 표출된다.

이러한 리징 결함은 제품의 외관을 나쁘게 할 뿐만 아니라 성형시 넥킹을 발생시켜 성형성을 저하시킨다. 또한, 리징이 심하게 발생할 경우 성형 후에 추가의 연마공정을 필요로 하므로 최종제품의 제조단가를 상승시키는 원인이 된다.

특히, 페라이트계 스테인리스인 430강은 16중량% 이상의 크롬 (Cr)을 함유한 16Cr강으로 가정용 양식기 및 가전제품 부품용으로 널리 사용되고 있다. 최근에는 세탁기 바디 (body) 및 장식관용 튜브 (tube)등에 적용되고 있는 430강을 대체할 수 있는 저원가 강종에 대한 개발이 지속적으로 요구되고 있다. Cr 등의 고원가 합금원소를 저감하면서도 통상의 430강에 비해 손색이 없는 물성을 갖는 페라이트계 스테인리스강이 필요한 실정이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 BAF 공정을 생략하고 연속 소둔 열처리가 가능하면서, Ti, Al, N의 함량을 제어하여 저원가 생산공정에서도 내식성, 내리징성, 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, Cr: 12.5~16.5%, C: 0.001~0.05%, N: 0.005~0.05%, Ti: 0.05~0.3%, Al: 0.05~0.3%, Si: 0.01~0.5%, Mn: 0.01~0.5%, Cu: 0.01~0.5%, Mo: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, 나머지 Fe 및 불순물을 포함하며, 하기 (1)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강이 제공될 수 있다.

-0.15 ≤ (Ti+Al)-(5.3N+4C) ≤ 0.15 ------------------(1)

단, 상기 Ti, Al, N 및 C는 이들 각각의 중량%이다.

또한, 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.

1.5 ≤ N/C ≤ 6 ---------------------------(2)

단, 상기 N, C는 각각 N과 C의 중량%이다.

또한, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.

gmax ≤ 20 -------------------------------(3)

단, gmax = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 10Mn + 180 - 11.5Cr - 11.5Si - 12Mo - 52Al이고, 상기 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo 및 Al은 이들 각각의 중량%이다.

또한, 하기 식 (4)를 만족할 수 있다.

2 ≤ Ti/N ≤ 13 -----------------------------(4)

단, 상기 Ti 및 N은 각각의 중량%이다.

또한, 슬라브 중앙층부터 전체 두께의 1/3 위치에 이르는 영역에 존재하는 등축정의 평균 입도가 3 mm 이하인 것을 특징으로 하며, 하기 식 (5)를 만족할 수 있다.

5 ≤ (Ti+Al)/N ≤ 23 --------------------------(5)

단, 상기 Ti, Al 및 N은 이들 각각의 중량%이다.

또한, 하기 식 (6)을 만족할 수 있다.

gmax ≤ 5 --------------------------------(6)

단, gmax = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 10Mn + 180 - 11.5Cr - 11.5Si - 12Mo - 52Al이고, 상기 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, Al은 이들 각각의 중량%이다.

또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, Cr: 12.5~16.5%, C: 0.001~0.05%, N: 0.005~0.05%, Ti: 0.05~0.3%, Al: 0.05~0.3%, Si: 0.01~0.5%, Mn: 0.01~0.5%, Cu: 0.01~0.5%, Mo: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, 나머지 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 열간압연하고, 연속소둔한 다음 산세 및 냉간압연을 실시하되, 상기 연속소둔의 온도(THA) 범위가 하기 식 (7)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법이 제공될 수 있다.

800+500*(Ti-4C-3.4N) ≤ THA ≤ AC -----------------(7)

단, AC = 35*(-7.14C + 2.09Si - 1.89Mn + Cr - 3.28Ni + 1.72Mo + 1.77Ti - 0.51Cu + 21.4Al + 4.86Nb - 8N) + 430이고, 상기 원소 기호는 해당 원소의 중량%를 나타낸다.

상기 산세를 질산(HNO3)과 불산(HF)으로 이루어진 혼산으로 행하는 경우, 상기 혼산의 농도가 하기 식 (8)을 만족할 수 있다.

15 ≤ HNO3+HF ≤ 80 ----------------------(8)

단, 상기 HNO3+HF의 단위는 g/ L이다.

보다 구체적으로는 하기 식 (9)를 만족할 수 있다.

10 ≤ HNO3/HF ≤ 25 ---------------------------(9)

단, 상기 HNO3+HF의 단위는 g/ L이다.

본 발명의 실시예에 따르면 내식성, 내리징성, 성형성이 우수한 저크롬 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 크롬 및 실리콘의 함량을 제어하여 생산공정을 절감하면서도 내식성, 내리징성, 성형성이 우수한 저크롬 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 페라이트계 스테인리스강의 슬라브의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 1b는 통상의 페라이트계 스테인리스강의 슬라브의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 2는 페라이트계 스테인리스강의 등축정 입도에 따른 내리징성을 나타낸 그래프이다.
도 3는 페라이트계 스테인리스강의 (Ti+Al)/N 비에 따른 연신율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 페라이트계 스테인리스강의 소둔온도에 따른 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 페라이트계 스테인리스강의 산세 조건에 따른 미세조직을 나타낸 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 내식성, 내리징성, 성형성이 향상된 저크롬 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, Cr: 12.5~16.5, C: 0.001~0.05, N: 0.005~0.05, Ti: 0.05~0.3, Al:0.05~0.3, Si: 0.01~0.5, Mn: 0.01~0.5, Cu: 0.01~0.5, Mo: 0.01~0.5, Nb: 0.01~0.5, 나머지 Fe 및 불순물을 포함하며, 하기 (1) 내지 (3)의 식들을 만족하는 내식성, 내리징성, 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이 개시된다.

-0.15 ≤ (Ti+Al)-(5.3N+4C) ≤ 0.15 -------------------(1)

1.5 ≤ N/C ≤ 6 --------------------------------------(2)

gmax ≤ 20 --------------------------------------------(3)

단, gmax = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 10Mn + 180 - 11.5Cr - 11.5Si - 12Mo - 52Al이며, 상기 원소 기호들은 각각의 성분의 함량을 중량%로 나타낸 값이다.

질소가 본 발명에 따른 실시예의 범위로 함유될 경우에는 통상적인 강에서는 BAF 열처리를 통해 크롬-질화물 때문에 형성되는 크롬 결핍층의 해소가 필수적이다. 만약, 상기 크롬 결핍층이 해소되지 않으면 내식성과 표면광택의 열화를 가져온다.

그러나, 본 발명에 따른 실시예에서는 티타늄(Ti)의 첨가를 통해 TiN 화합물을 형성시킴으로써 크롬-질화물의 함량을 낮추어 BAF 열처리를 경유하지 않고 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있도록 하였다.

또한, 통상적인 페라이트계 스테인리스강과 달리 N/C 비를 높게 제어하고 TiN 화합물의 형성을 촉진함에 따라 등축정 입도가 미세한 페라이트계 스테인리스강의 제조가 가능하여, 내리징성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조가 가능하다.

또한, N 함량이 높음에도 불구하고 Ti, Al을 첨가하여 고용 N 함량을 제어함으로써 연신율의 열화 없이 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조가 가능하다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예에서의 성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명하기로 한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

Cr: 12.5~16.5%

크롬(Cr)의 양은 12.5중량% 내지 16.5중량%이다. 크롬은 강의 내식성을 향상시키기 위해 첨가하는 합금원소로, 상기 크롬이 13.5중량% 미만으로 포함되는 경우에는, 본 발명의 조성 범위에서는 페라이트계 스테인리스강의 내식성이 저하되어 문제된다. 반면, 상기 크롬이 16.5중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 탄소 및 질소가 함유된 페라이트계 스테인리스강은 입계부식이 일어날 수 있고, 제조단가 증가를 불필요하게 증가시키므로 본 발명에 따른 실시예에서의 상기 크롬은 13.5~16.5중량%로 한정한다.

C: 0.001~0.05%

탄소(C)의 양은 0.001중량% 내지 0.05중량%이다. 상기 탄소는 강의 오스테나이트 안정화원소이기 때문에 오스테나이트 분율을 최대화하는 작용을 하여 로핑 및 리징을 억제하는 효과가 있으며, 과도한 감량은 정련 비용을 요구하므로 0.001중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 반면, 상기 탄소가 과잉으로 포함하게 되면 연신율을 저하시켜 제품의 가공성을 저하시키며 내식성을 감소시키기 때문에 0.05중량% 이하로 한정한다. 상기 연신율은 페라이트계 스테인리스강의 냉연제품의 가공성을 알려 주는 품질특성 중 하나로서 널리 통용되는 용어이며, 상기 페라이트계 스테인리스강의 냉연제품을 1축 인장하였을 때 파단이 일어나는 순간까지 연신된 양을 초기 길이로 나눈 값으로부터 계산한다.

N: 0.005~0.05%

질소(N)의 양은 0.005중량% 내지 0.05중량%이다. 상기 질소는 주조 및 응고시 Ti와 결합하여 TiN 화합물을 형성함으로써 슬라브의 미세조직을 미세화시키는 효과가 있으므로 0.005중량% 이상으로 첨가하는 반면, 상기 질소가 다량의 첨가되면 가공성을 저해시킬 뿐만 아니라 냉연제품의 스트레처 스트레인의 원인이 되기 때문에 그 함유량을 0.05중량% 이하로 한정한다.

Si: 0.01~0.5%

실리콘(Si)의 양은 0.01중량% 내지 0.5중량%이다. 실리콘은 제강시 탈산제 역할로 첨가되는 원소로 페라이트 안정화원소이므로 0.01중량% 이상으로 함유되는 것이 좋다. 반면, 상기 실리콘이 다량 함유되면 재질의 경화를 일으켜서 연성을 저하시키기 때문에 0.5중량% 이하로 한정한다.

Mn: 0.01~0.5%

망간(Mn)의 양은 0.01중량% 내지 0.5중량%이다. 망간은 강중에 불가피하게 포함되는 불순물이지만 다량으로 포함될 경우 용접시 망간계 퓸(fume)이 발생하며 MnS상 석출의 원인이 되어 연신율을 저하시키므로 본 발명에 따른 실시예에서의 Mn의 함량을 상기 범위로 한정한다.

Ti: 0.05~0.3%

티타늄(Ti)의 양은 0.05중량% 내지 0.30중량%이다. 티타늄은 주편 조직의 등축정 입도를 미세화시키는 역할을 하는 원소로 탄소, 질소 등을 고정시켜 가공성을 향상시키는 역할을 하므로 0.05중량% 이상으로 첨가한다. 반면, 상기 티타늄이 0.30중량%을 초과하여 첨가되는 경우에는, 스테인리스강의 제조단가 증가 및 냉연제품의 슬리브 (sliver) 결함의 원인이 되기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 Ti의 함량을 상기 범위로 한정한다.

Al: 0.05~0.3%

알루미늄(Al)의 양은 0.05중량% 내지 0.3중량%이다. 알루미늄은 고용 N과 결합하여 고용 N의 함량을 저감시킴으로써 연신율을 향상시키는 효과가 있으므로 0.05중량% 이상으로 첨가한다. 반면, 상기 알루미늄이 0.3중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 비금속 개재물로 존재하여 냉연스트립의 슬리브 결함의 원인이 되며 용접성 저하를 일으키므로 본 발명에 따른 실시예에서의 Al의 함량을 상기 범위로 한정한다.

Cu: 0.01~0.5%

Cu는 내식성 개선을 위해 0.01% 이상 첨가하며, 0.5%를 초과하여 첨가하면 가공성이 저하하는 문제가 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서의 Cu의 함량은 상기 범위로 한정한다.

Mo: 0.01~0.5%

Mo는 내식성, 특히 내공식성을 향상시키기 위해 첨가하는 원소이다. 그러나 다량 첨가하게 되면 가공성을 저하시키므로 본 발명에 따른 실시예에서는 Mo의 함량을 상기 범위로 한정한다.

Nb: 0.01~0.5%

Nb는 고용 C, N을 탄질화물로 석출시켜 내식성 개선 및 성형성 향상에 효과가 있는 원소이다. 그러나, 다량 첨가하게 되면 개재물에 의한 외관 불량 및 인성이 저하하게 되므로 본 발명에 따른 실시예에서의 Nb의 함량을 상기 범위로 한정한다.

전술한 원소들을 제외한 페라이트계 스테인리스강의 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강에서, 내식성, 표면 광택을 위하여 중량%로 하기 식을 만족해야 한다.

gmax ≤ 5 -----------------------------------(4)

단, 상기 gmax = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 10Mn + 180 - 11.5Cr - 11.5Si - 12Mo - 52Al이며, 상기 원소 기호들은 중량%로 표현된 함량을 나타낸다.

만약, 상기 gmax가 높으면 열연시에 형성된 오스테나이트가 냉각되면서 페라이트로 상변화할 때 형성되는 크롬탄-질화물에 의하여 내식성의 저하가 발생하며, 산세시에 입계가 침식됨으로써 광택의 열화를 가져온다. 본 발명에 따른 실시예에 의하면 gmax는 20 이하로 제한할 때 내식성과 표면광택이 우수하며, 더욱 우수하게는 5 이하로 제조하는 것이 바람직하다.

상기 페라이트계 스테인리스강은 중량%로 아래 식을 만족하여 주조로 제조된 슬라브에서, 슬라브 중앙층부터 전체 두께의 1/3 위치에 이르는 지점으로 정의되는 영역에 존재하는 등축정의 평균 입도가 3 mm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

2 ≤ Ti/N ≤ 13 -----------------------(5)

페라이트계 스테인리스강에서 리징을 유발하는 원인으로는 주조시에 형성되는 조대한 결정립이 열연시에 제거되지 않고 압연되는 것을 들 수 있다. 본 발명에 따른 실시예에 의하면 주조시에 형성되는 TiN 화합물에 의하여 미세한 등축정이 형성됨으로써, 미세한 조직을 가지는 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 제조함으로써 내리징성이 향상된 페라이트계 스테인리스강의 제조가 가능하다.

상기 페라이트계 스테인리스강은 성형성을 위하여 더욱 우수하게는 중량%로 하기 식 (6)을 만족할 수 있다.

5 ≤ (Ti+Al)/N ≤ 23 --------------------------(6)

다량 함유된 고용 N은 연신율의 열화를 가져오나, 본 발명에 따른 실시예에서는 Ti, Al을 첨가하여 함량을 제어함으로써 연신율의 열화없이 성형성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조가 가능하도록 하였다.

상기에서 살펴본 바와 같은 페라이트계 스테인리스강의 연속소둔시에는 BAF 공정을 거치지 않으므로 슬라브의 열간압연 후 연속소둔을 행함에 있어서 소둔온도(THA)의 범위가 중량%로 하기 식 (7)을 만족하도록 한다.

800+500*(Ti-4C-3.4N) ≤ THA ≤ AC ---------------------(7)

단, 상기 AC = 35*(-7.14C + 2.09Si - 1.89Mn + Cr - 3.28Ni + 1.72Mo + 1.77Ti - 0.51Cu + 21.4Al + 4.86Nb - 8N) + 430이다.

Ti, N이 다량 함유된 강은 TiN 화합물을 형성하여 결정립계에도 다량 분포함으로써 연속소둔시에 페라이트계 스테인리스강의 재결정 온도가 낮아지는 특징이 있으므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 800+500*(Ti-4C-3.4N) 이상의 온도에서 연속소둔을 실시한다.

또한, N이 다량 함유된 페라이트계 스테인리스강은 고온에서 오스테나이트상으로 변태하는 온도가 있을 수 있으며, 이 경우 내식성의 열화를 초래하므로, 이를 방지하기 위하여 본 발명에 따른 실시예에서는 AC 이하에서 연속소둔을 실시한다.

또한, 상기 페라이트계 스테인리스강의 열간압연 및 연속소둔 후 산세를 행함에 있어서 질산(HNO3)과 불산(HF)으로 이루어진 혼산의 농도가 수용액 1 L 중 g 단위로 하기 식 (8) 및 (9)를 만족하도록 한다.

15 ≤ HNO3+HF ≤ 80 ---------------------------------(8)

10 ≤ HNO3/HF ≤ 25 ----------------------------------(9)

본 발명에 따른 실시예에서는 다량의 N을 함유하고 있어 TiN화합물 외에도 크롬-질화물이 존재할 경우 산세시 입계침식이 발생할 수 있으므로 상기 식 (8) 및 (9)의 범위에서 산세한다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 의한 페라이트계 스테인리스강의 슬라브의 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 1b는 통상의 페라이트계 스테인리스강의 슬라브의 미세조직을 나타낸 사진이다. 상기 미세조직은 슬라브 단면을 절단하여 모든 두께층을 관찰할 수 있는 면에서 관찰하였다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조하면 도 1a와 같이 등축정 입도가 미세한 슬라브를 제조할 수 있는 반면, 통상적인 페라이트계 스테인리스강에서는 도 1b와 같이 조대한 슬라브가 제조된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 등축정 입도에 따른 내리징성을 나타낸 그래프인데, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예에서 제공하는 범위에서 제조된 페라이트계 스테인리스강의 슬라브의 등축정 입도가 우수한 내리징성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강의 (Ti+Al)/N 비에 따른 연신율을 나타낸 도면으로서, 본 발명에서 제공하는 범위에서 제조된 페라이트계 스테인리스강의 우수한 성형성을 보여 준다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예의 조성 범위로 제조된 페라이트계 스테인리스강의 소둔 온도에 따른 미세조직을 나타낸 사진이다.

Ti, N이 다량 함유된 강은 TiN 화합물을 형성하여 결정립계에도 다량 분포함으로써 연속소둔시에 페라이트계 스테인리스강의 재결정 온도가 낮아지는 특징이 있으므로, 재결정 미완료를 방지하기 위해서는 식 800+500*(Ti-4C-3.4N) 이상의 온도에서 연속소둔함이 바람직하다. 도 4a는 이를 만족하지 못한 비교예의 미세조직 사진이다. 또한, N이 다량 함유된 페라이트계 스테인리스강은 고온에서 오스테나이트상으로 변태하는 온도가 있을 수 있으며, 이 경우 내식성의 열화를 초래하므로, 이를 방지하기 위하여 식 AC를 만족하는 범위 이하에서 연속소둔함이 바람직하다. 도 4c는 이를 만족하지 못 한 비교예의 미세조직이며, 도 4b는 바람직한 발명예의 미세조직을 보여 준다. 즉, 도 4a의 사진은 연속소둔의 온도가 낮은 경우이고, 도 4c의 사진은 연속소둔의 온도가 과도하게 높은 경우를 도시한 것이다.

또한, 도 5는 본 발명에 따른 실시예의 조성 범위에서 제조된 페라이트계 스테인리스강의 산세 조건에 따른 미세조직을 나타낸 사진인데, 다량의 N을 함유하고 있어 TiN화합물 외에도 크롬-질화물이 존재할 경우 산세시 입계침식이 발생할 수 있으므로 본 발명에서 제시하는 범위에서 산세하는 것이 좋다.

도 5a는 본 발명에 따른 실시예의 범위에서 산세된 페라이트계 스테인리스강 표면 단면의 미세조직이며, 도 5b는 이를 만족하지 못 하는 범위에서 산세된 페라이트계 스테인리스강의 미세조직이다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다.

그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.

하기 표 1에서는 페라이트계 스테인리스강인 실시예들 및 비교예들의 합금성분을 나타냈다. 표 1의 실시예들에서는 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 질소(N), 크롬 (Cr)의 함량을 제어한 것으로, 상기 실시예들 및 비교예들은 진공용해하여 성분을 확인하였다.

표 1에 따르는 실시예들 및 비교예들은 조압연기와 연속마무리 압연기에 의하여 열연판의 페라이트계 스테인리스강으로 제조하고, 그 후 연속소둔 및 산세를 하고 이어서 냉간압연 및 냉연소둔을 실시하였다. 표 2에서는 표 1에 따른 실시예들 및 비교예들의 (Ti+Al)-(5.3N+4C), N/C, gmax를 나타냈고, 표 3에서는 표 1에 따른 실시예들 및 비교예들의 최종 냉연제품의 대표적인 품질인 내식성 등급, 내리징등급, 성형성 등급을 확인한 결과를 나타냈다.

강종	합금성분 (중량%)
강종	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Ti	Cu	Al	N	Nb
실시예 1	0.0050	0.20	0.20	15.2	0.18	0.02	0.12	0.05	0.10	0.0220	0.02
실시예 2	0.0100	0.30	0.20	15.2	0.15	0.03	0.12	0.05	0.10	0.0220	0.03
실시예 3	0.0040	0.30	0.40	15.2	0.01	0.02	0.14	0.05	0.10	0.0300	0.02
실시예 4	0.0100	0.30	0.40	15.2	0.18	0.02	0.14	0.05	0.10	0.0150	0.02
실시예 5	0.0100	0.30	0.15	16.0	0.15	0.03	0.15	0.05	0.15	0.0220	0.02
실시예 6	0.0050	0.40	0.10	16.2	0.15	0.02	0.11	0.05	0.15	0.0250	0.02
실시예 7	0.0050	0.30	0.20	16.2	0.15	0.02	0.15	0.10	0.14	0.0180	0.03
실시예 8	0.0050	0.40	0.10	16.2	0.15	0.02	0.08	0.05	0.08	0.0270	0.02
실시예 9	0.0035	0.48	0.10	13.4	0.05	0.45	0.19	0.04	0.15	0.0150	0.006
비교예 1	0.0380	0.30	0.50	16.2	0.20	0.02	0.04	0.05	0.06	0.0400	0.007
비교예 2	0.0045	0.60	0.20	13.0	0.05	0.02	0.20	0.02	0.08	0.0045	0.008
비교예 3	0.0080	0.30	0.30	17.1	0.15	0.03	0.01	0.04	0.07	0.0100	0.009
비교예 4	0.0250	1.00	0.30	16.3	0.10	2.00	0.08	0.05	0.01	0.0290	0.5
비교예 5	0.0050	0.60	0.30	11.5	0.20	0.05	0.20	0.05	0.05	0.0080	0.006
비교예 6	0.0510	0.30	0.30	16.2	0.30	0.10	0.07	0.05	0.04	0.0350	0.005

강종	(Ti+Al)-(5.3N+4C)	N/C	gmax
실시예 1	0.08	4.4	16
실시예 2	0.06	2.2	17
실시예 3	0.07	7.5	17
실시예 4	0.12	1.5	16
실시예 5	0.14	2.2	4
실시예 6	0.11	5.0	0
실시예 7	0.15	3.6	0
실시예 8	0.00	5.4	4
실시예 9	0.15	4.3	18
비교예 1	-0.26	1.1	32
비교예 2	0.24	1.0	27
비교예 3	0.00	1.3	-9
비교예 4	-0.16	1.2	-14
비교예 5	0.19	1.6	52
비교예 6	-0.28	0.7	35

강종	품질 특성
강종	내식성 등급	내리징성 등급	성형성 등급
실시예 1	2	1	1
실시예 2	2	1	1
실시예 3	2	2	2
실시예 4	2	1	1
실시예 5	1	1	1
실시예 6	1	2	1
실시예 7	1	1	1
실시예 8	1	2	2
실시예 9	2	1	1
비교예 1	4	3	4
비교예 2	4	1	1
비교예 3	1	4	2
비교예 4	1	4	3
비교예 5	4	1	1
비교예 6	4	4	3

표 3에서 내식성 등급은 공식전위 등급(mV)이며 [1등급]은 150mV~200mV, [2등급]은 150mV~80mV, [3등급]은 80mV~30mV, [4등급]은 30mV 미만으로 하였으며, 공식전위는 (JIS G 0577) 규격에 근거하여 표면을 폴리싱한 후 3.5%NaCl용액에서 (Icrit = 100ㅅA)에서 공식이 발생하는 전위치를 기준으로 확인하였다. 여기서 1등급 및 2등급이 본 발명에서 목표로 하는 범위에 해당한다. 내리징성 등급은 15% 인장 후 측정한 표면조도 등급(Rt 기준)에서 [1등급]은 10㎛~12㎛, [2등급]은 12㎛~14㎛, [3등급]은 14㎛~16㎛, [4등급]은 16㎛ 이상을 나타내고, 여기서 1등급 및 2등급이 본 발명에서 목표로 하는 범위에 해당한다.

또한, 성형성 등급은 평균 연신율 등급으로서, 구체적으로 연신율은 스테인리스강 냉연제품의 가공성을 알려 주는 품질특성 중 하나로서 널리 통용되는 용어이며, 스테인리스강 냉연제품을 1축 인장하였을 때 파단이 일어나는 순간까지 연신된 양을 초기 길이로 나눈 값으로부터 계산한다. 평균 El값은 두께가 0.5mm 냉연 소둔재에 대한 평균값을 나타낸다. 즉, 평균 El값= (El0+2El45+El90)/4 이다. 이때, 상기 평균 Ela값은 냉연제품의 압연 방향과 인장 방향의 각도가 a일 때의 El값을 가리킨다. [1등급]은 29 % 이상, [2등급]은 27 %~29 %, [3등급]은 22 %~27 %, [4등급]은 22 % 미만을 나타내고, 여기서 1등급 및 2등급이 본 발명에서 목표로 하는 범위에 해당한다.

표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 9는 (Ti+Al)-(5.3N+4C)이 -0.15 내지 0.15을 만족하고, N/C이 1.5 내지 6을 만족하며, gmax가 20 이하를 만족한다. 반면, 비교예 1, 2, 4, 5, 6은 (Ti+Al)-(5.3N+4C)이 -0.15 내지 0.15을 만족하지 못하고, 비교예 3에서는 N/C이 1.5 내지 6을 만족하지 못하며, 비교예 1, 2, 5, 6에서는 gmax가 20을 초과함을 확인할 수 있었다.

실시예 1 내지 9과 같이 탄소(C), 크롬(Cr), 실리콘(Ti), 알루미늄(Al) 및 질소(N)를 제어하여 본 발명의 조성범위를 만족하고, 상기 식(1) 내지 식(3)을 모두 만족하는 경우에는 표 3에서와 같이 내식성 등급 2등급 이상, 내리징 등급 2등급 이상, 성형성 등급 2등급 이상을 가지는 것을 알 수 있다. BAF 공정을 적용하는 430강의 경우에는 내식성 2등급, 내리징성 1등급, 성형성 2등급에 해당된다. 따라서 실시예 1 내지 9는 BAF 공정을 생략하여 430강에 비하여 단가를 낮춤과 동시에 상용되는 430강에 상응하는 품질을 가짐을 확인할 수 있었다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

중량%로, Cr: 12.5~16.5%, C: 0.001~0.05%, N: 0.005~0.05%, Ti: 0.05~0.3%, Al: 0.05~0.3%, Si: 0.01~0.5%, Mn: 0.01~0.5%, Cu: 0.01~0.5%, Mo: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, 나머지 Fe 및 불순물을 포함하며, 하기 (1)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
-0.15 ≤ (Ti+Al)-(5.3N+4C) ≤ 0.15 ------------------(1)
단, 상기 Ti, Al, N 및 C는 이들 각각의 중량%이다.
제1항에 있어서,
하기 식 (2)를 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
1.5 ≤ N/C ≤ 6 ---------------------------(2)
단, 상기 N, C는 각각 N과 C의 중량%이다.
제2항에 있어서,
하기 식 (3)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
gmax ≤ 20 -------------------------------(3)
단, gmax = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 10Mn + 180 - 11.5Cr - 11.5Si - 12Mo - 52Al이고, 상기 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo 및 Al은 이들 각각의 중량%이다.
제3항에 있어서,
하기 식 (4)를 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
2 ≤ Ti/N ≤ 13 -----------------------------(4)
단, 상기 Ti 및 N은 각각의 중량%이다.
제4항에 있어서,
슬라브 중앙층부터 전체 두께의 1/3 위치에 이르는 영역에 존재하는 등축정의 평균 입도가 3 mm 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강.
제4항에 있어서,
하기 식 (5)를 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
5 ≤ (Ti+Al)/N ≤ 23 --------------------------(5)
단, 상기 Ti, Al 및 N은 이들 각각의 중량%이다.
제3항에 있어서,
하기 식 (6)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
gmax ≤ 5 --------------------------------(6)
단, gmax = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 10Mn + 180 - 11.5Cr - 11.5Si - 12Mo - 52Al이고, 상기 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, Al은 이들 각각의 중량%이다.
중량%로, Cr: 12.5~16.5%, C: 0.001~0.05%, N: 0.005~0.05%, Ti: 0.05~0.3%, Al: 0.05~0.3%, Si: 0.01~0.5%, Mn: 0.01~0.5%, Cu: 0.01~0.5%, Mo: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, 나머지 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 열간압연하고, 연속소둔한 다음 산세 및 냉간압연을 실시하되,
상기 연속소둔의 온도(THA) 범위가 하기 식 (7)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
800+500*(Ti-4C-3.4N) ≤ THA ≤ AC -----------------(7)
단, AC = 35*(-7.14C + 2.09Si - 1.89Mn + Cr - 3.28Ni + 1.72Mo + 1.77Ti - 0.51Cu + 21.4Al + 4.86Nb - 8N) + 430이고, 상기 원소 기호는 해당 원소의 중량%를 나타낸다.
제8항에 있어서,
상기 산세를 질산(HNO3)과 불산(HF)으로 이루어진 혼산으로 행하는 경우, 상기 혼산의 농도가 하기 식 (8)을 만족하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
15 ≤ HNO3+HF ≤ 80 ----------------------(8)
단, 상기 HNO3+HF의 단위는 g/ L이다.
제9항에 있어서,
하기 식 (9)를 만족하는 페라이트계 스테인리스강.
10 ≤ HNO3/HF ≤ 25 ---------------------------(9)
단, 상기 HNO3+HF의 단위는 g/ L이다.