KR960014516B1 - 표면품질이 우수한 오오스테나이트계 스테이레스강 박판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Description

표면품질이 우수한 오오스테나이트계 스테이레스강 박판 및 그의 제조방법

제1도는 주편 평균 γ입경과 제품의 가공면 거칠음 높이(roughening height)의 관계를, 몇가지의 Md₃₀의 재료에 비교하여 나타낸 다이아그램이다.

제2도는 가공면 거칠음의 평균 기복 폭, 평균 기폭 길이와 가공면 거칠음 높이와의 관계를 나타낸 다이아그램이다.

제3(a)도 및 3(b)도는 가공면 거칠음이 두드러지게 관찰된 제품의 1/4판 두께 층부의 결정 방위 분포(ODF : orientation distribution function)의 각각의 해석 결과를 보여주는 다이아그램이다.

제4도는 콜로니 A와 B의 분포 상태를 모식도적으로 보여주는 다이아그램이다.

제5도는 콜로니 A와 B의 평균 디멘젼과 가공면 거칠음 높이의 관계를 보여주는 다이아그램이다.

제6도는 콜로니 A와 B사이의 위치 관계를 도식적으로 보여주는 다이아그램이다.

제7(a)도 내지 7(e)도는 두 종류의 방위 영역 ① 과 ② 에 대해, 주조 상태로부터 냉간 압연과 소둔을 수행할 때의 결정조직의 변태를 보여주는 압연판에 평행한 단면 조직의 모식도이다.

본 발명은 주형과 주편이 서로 동기적으로 이동하는, 소위 동기식 연속 주조법에 의한 제품 두께에 근사한 두께의 주편을 주조하고, 열간 압연을 거치지 않고 직접 냉간 압연시켜 제제하는, 가공면 거칠음이 없는 오오스테나이트계 스테인레스 강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

연속 주조법에 의해 스테인레스 강판을 제조하는 통상적인 제조방법은 주형을 주조 방향으로 진동시키면서 적어도 100mm의 두께를 갖는 주편을 주조하고, 얻어진 주편의 표면을 처리한 후, 주편을 가열로에서 1,000℃ 이상의 온도로 가열한 다음, 조압연기 및 마무리 압연기로 이루어진 핫 스트립 밀에 의해 주편을 열간 압연하여 수밀리미터의 두께를 갖는 핫 스트립을 얻는 단계로 이루어진다.

최종 제품에 요구되는 형상(편탄성), 재질 및 표면 성상을 확보하기 위해, 이렇게 얻어진 핫 스트립을 냉간 압연시키는 경우, 매우 뜨겁게 작업된 핫 스트립을 연화시키기 이해 열간 압연판 소둔을 수행하며, 표면의 스케일등을 산세척 공정 후에 연삭에 의해 제거하고 있다.

상술한 통상적인 공정들은 장대한 열간 압연 설비에서 재료들을 가열 및 다루기 위해 다대한 에너지를 필요로 하기 때문에, 생산성 측면에서 볼때, 사실상 우수한 제조법이라 말할 수 없다. 최종 제품은 사용상 많은 제약을 갖는데, 그 이유는 제품 내에서 집합조직(texture)이 발생하기 때문에, 사용자가 이 제품판의 프레스 작업등을 행할 경우, 이방성을 고려해야만 하기 때문이다.

적어도 100mm 이상의 두께로 갖는 주편을 핫 스트립으로 압연하기 위해 장대한 열간 압연 설비와 다대한 에너지 및 압연력이 요구된다는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근들어 연속 주조 공정 동안 핫 스트립의 두께와 같거나 근사한 두께를 갖는 주편(얇은 스트립)을 얻기위한 공정들을 개발하기 위한 연구가 많이 행해졌다.

예컨대, Iron and Steels, '85,A197-A256 및 CAMP ISIJ. Vol. 1, 1988, 1670-1705에서 연속 주조에 의해 핫 스트립을 직접 얻기위한 공정들이 개시되어 있다.

이러한 연속 주조공정에서는, 얻어진 주편(스트립)의 게이지가 1 내지 10mm 수준인 경우에는 트윈 드럽 시스템이 검토되고, 게이지가 20 내지 50mm 수준인 경우에는 트윈 벨트 시스템이 검토된다.

이러한 종류의 연속 주조 공정은 최종 형상에 근사한 형상을 갖는 주편을 생산하며, 열간 압연 단계, 열-처리 단계 등과 같은 중간 단계들을 생략하거나 감소시킨다. 따라서, 주편의 구조가 최종 제품의 기계적 특성과 표면 특성에 크게 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

통상적으로, 상술한 스트립 캐스팅 공정에 의해 생산된 오오스테나이트계 스테인레스 강판에서는 냉간 압연시 강판의 표면에 로핑(roping)이라 칭해지는 약 0.2 내지 0.1㎛의 매우 작은 주름이 자주 발생한다. 일본 미심사 특허 공개 제2-19426호에는 먼저 60%까지의 압연률로 일차 냉간 압연을 수행한 다음, 중간 소둔을 실시하고 그 후, 주조-스트립의 냉간 압연시 최종 제품의 두께로 냉간 압연을 수행하거나, 또는 소위 이중 냉간 압연법을 수행함으로써 이러한 로핑을 감소시키는 방법이 제시되어 있다. 이 방법에 따르면, 먼저 조질의 γ입자로 이루어진 스트립에 가소 작업을 행하여 스트립의 표면을 기계적으로 평탄하게 하고 동시에, 변태에 의해 유도되는 스트레인을 내부 구조에 만들어, 중간 소둔 수행중 재결정 공정을 촉진하고 있다. 결정시 입자가 더 작아지고 스트레인이 충분히 릴리즈된 후, 동일한 원리에 의해 이차 냉간 압연공정에 의해 표면 주름이 감소된다. 따라서, 이 방법은 예비 압연 공정과 이차 냉간 압연 공정 모두에서, 더 높은 감소에서 압연함으로써 더 큰 효과가 얻어질 수 있음과 일차 압연율이 30% 미만이면, 그 효과가 적음을 개시하고 있다.

상술한 로핑이 발생하는 원인을 충분히 밝혀지지 않고 있으나, 본 발명의 발명자들은 다음과 같이 그 이유를 추론하였다. 즉, γ상 작업들은 압연 변형과 함께 경화되며, 동시에 일차 방위로서 {110}〈112〉를 갖는 압연 집합조직 방위가 형성되어, 미세한 주름들이 이 경화된 방위를 구성하는 냉간 압연 밴드 조직(강판의 두께 방향에서의 변형을 방지한다)의 플라스틱 이방성에 기인하여 유도된다. 이때문에, 가공에 의해 유도된 다수의 마르텐사이트상(α'상)이 냉간 압연 감소를 증가시킴으로써 발생될 때, 감마상의 절감 효과가 일어나고 로핑량이 감소될 것으로 예상된다. 일본 미심사 특허 공개 제2-19426호는 실제로 이 효과를 이용하는 것에 목적을 두고 있다.

일본 미심사 특허 공개 제3-42151호는 조성으로부터 산출되는 Md30값을 30 내지 60℃ 범위로 고정시킴으로서 냉간 압연 중에 발생하는 마릍ㄴ사이트상의 양을 증가시켜 로핑을 감소시키려 하고 있다.

본 발명자들은 스트립 주조에 기초하여 오오스테나이트계 스테인 강판 제조법에 의해 생산된 강판의 프레스 성형성을 면밀히 검토한 결과, 냉간 압연시의 로핑발생과 분명히 다르고, 후술되는 바와 같이 약 2㎛ 이상의 기복 높이를 나타내는 가공면 거칠음이라 칭해지는 표면 결함이 발생함을 발견하였다. 로핑은 γ상과 α'상이 혼합물 중에 존재하는 냉간 압연 조직에 기초해서 일어난다고 믿어지지만, 가공면 거칠음은 재결정 소둔 처리되는 감마상에 기초해서 발생하는 것으로 기대되며 집합조직의 측면에서 냉간 압연 상태와는 재결정 소둔 처리되는 감마상에 기초해서 발생하는 것으로 기대되며 집합조직의 측면에서 냉간 압연 상태와는 전적으로 다른 방위로 이루어지는 것으로 기대된다. 다른 작업에서는, 이 가공면 거칠음은 상술한 종래 기술 문헌에 설명된 로핑 해결 방법으로 전혀 방지될 수 없다.

즉, 가공면 거칠음은 스트립 주조법에 의해 생산된 오오스테나이트계 스테인 강판에 스트레치 성형을 이축 응력 부하상태에서 수행하는 경우 특히 현저하게 일어나며, 압연 방향에 평행한 방향에서 강판 표면에 주름이 존재하고 압연 방향에 대해 예정된 각도를 갖는 기복들이 강판 표면에 존재하는 기복-비슷한 표면 결함이다. 프레스 가공 각도가 높은 경우, 이 흠집의 최대 기복 높이는 2 내지 6㎛ 정도로 높으며, 이는 통상적인 연속식 주조/열간 압연/냉간 압연 공정(이하, 통상법이라 칭함)에 의해 생산되는 강픈에서는 관찰될 수 없는 치명적인 결함인 것이다.

가공면 거칠음은 작업 응용에 있어서 스트립-주조 강판 제품의 가치를 현저히 저하시키기 때문에, 이러한 결함을 방지하려는 기술이 요구되어 왔다.

본 발명은 가공면 거칠음이 없이 우수한 표면 품질을 갖는 오오스테나이트계 스트립-주조 스테인레스 강판 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 다음의 오오스테나이트계 스테인가 박판을 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 오오스테나이트계 스테인레스 강판은 C＋N이 0.090질량% 이하인 조성을 가지며, Md₃₀=413-462(C＋N) 9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-18.5Mo-9.5(Ni＋Cu)(각 성분은 질량 %로 정의됨)의 정의를 갖는 Md30이 30 내지 60℃ 범위이고, 강판 판면에 평행한 임의의 판 두께 층 부위면에 있어서, 압연 방향의 평균 디멘젼이 d_RD(A)이고 강판의 폭 방향의 평균 디멘젼이 d_TD(A)이며 주결정 방위가 {112}〈112 〉, {113}〈332〉인 콜로니 A와 압연 방향의 평균 디멘젼이 d_RD(B)이고 강판 폭 방향의 평균 디멘젼이 d_TD(B)이며 주결정 방위가 {110}〈111〉, {110}〈112〉, {110}〈001〉인 콜로니 B 모두가 균일한 혼합물로서 존재하며, 여기서 d_RD(A) 또는 d_RD(B)는 300㎛ 이하이고, d_TD(A) 또는 d_TD(B)는 200㎛ 이하이다.

상기의 균일한 혼합물 상태라는용어는 임의의 콜로니의 중심 영역과, 이 콜로니와 같거나 다른 종류의 가장 인접한 콜로니 중심 영역을 연결하는 직선 거리의 최대값이 350㎛ 이하인 상태를 나타낸 것이다.

상술한 강판은 다음의 방법에 따라 생산된다.

먼저, C＋N이 0.090질량% 이하인 조성을 가지며, Md₃₀=413-462(C＋N) 9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-18.5Mo-9.5(Ni＋Cu)(각 성분은 질량%로 정의됨)의 정의를 갖는 Md₃₀이 30 내지 60℃ 범위인 용융강을 주형 측면이 주편과 동기적으로 이동하는 연속 주조기에 의해, 100℃/sec의 응고 냉각 속도로 10mm 이하의 두께를 갖는 얇은 스트립 비슷한 주편으로 주조시킨 다음, 응고 후, 가급적 고온으로부터 1,200℃까지 50℃/sec 이상의 냉각 속도로 냉각시키고, 이어서, 적어도 10%의 압연률로 냉각 압연시킨 다음, 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 중간 소둔 처리한 후, 최종 판 두께로 냉간 압연시킨 다음 마지막으로 소둔시킨다.

여기서, Md₃₀이라는 용어는 본 발명이 속한 기술 분야에서 일반적으로 이용되는 바와 같이, 30%의 냉간 가공을 수행할 경우, 적어도 50% 이상의 구조가 마르텐사이트로 변화하는 온도이다.

즉, 본 발명자들은 상술한 가공면 거칠음을 감소시키기 위해서는, 통상적인 방법으로 로핑-제어 수단에 이용되는 금속 조직의 입도를 단순히 조절하는 것만으로는 충분치 못하며, 입도 저하와 함께 특정의 임계값 미만의 디멘젼을 갖는 콜로니들의 균일한 혼합물들의 존재와 상호 다른 방위가 필요하다는 것을 밝혀내었다. 본 발명자들은 또한, 이 목적을 달성하기 위해서는 그의 Md₃₀값이 30℃ 이상으로 된 용융강 성분과 급냉 및 응고된 스트립-주편이 2회 압연 공정과 그 사이의 중간 소둔 단계에 의해 결합되어야 함을 밝혀내었다.

즉, Md₃₀이 30℃를 초과하도록 조성물이 선택되는 경우, α'상(스트레인-유도된 마르텐사이트상)의 발생량이 냉간 압연 동안 증가하여, 감마상의 파단 효과가 개선될 수 있으며, 동시에, 경질의 α'상이 감마상 근방의 냉간 압연 스트레인 보존을 증가시킨다. 따라서, 중간 소둔의 재결정된 구조가 더욱 더 적게된다. 결정 방위의 상세한 메카니즘은 여기서 설명되지 않지만, Md₃₀이 증가되고, 예비 냉간 압연 후 중간 소둔을 발효시키는 2회의 압연법이 수행되면, 중간 소둔의 재결정화된 구조의 결정 방위, 즉, {112}111 γ방위와 {110}111 γ방위의 결정성 입자 집합체가 서로 균일하게 혼합되어, 콜로니 형성이 드물어진다. 이러한 방식으로 냉간 압연이 2회 행해지면, 중간 소둔된 조직의 입도 감소와 결정성 방위 개선 효과가 효과적으로 발효되며 결국, 최종 소둔 후 제품의 가공면 거칠음이 현저히 감소될 수 있다.

이하에, 본 발명의 최상의 실시예를 제시한다.

먼저, 본 발명자들은 SUS304강에 상응하는 오스테나이트 스테인레스강 스트립-주조 주편의 평균 γ입도와 생성재료의 가공면 거칠음 높이와의 관계를 시험하였다. 즉, 두께가 2.5mm인 연속 캐스트 주편을 표 1에 나타난 바와 같이 서로 다른 Md₃₀점을 갖는 몇가지 조성을 갖는 강으로부터 제조하고 각 주편의 평균 감마 입도를 변화시켰다. 결과적인 각각의 주편들은 40%의 압연률로 냉간 압연시키고, 얻어진 냉간 압연된 두께 1.5mm의 강판을 1,150℃에서 20분간 유지시킴으로써 중간 소둔시켰다. 다음, 이 강판을 60% 압연률로 압연시켜 두께가 0.6mm인 강판을 얻었다. 광휘 소둔(1,190℃에서 20초)과 정제 압연을 수행한 후에, 실린더 평저부 돌출 작업(펀치 직경 : 50mm, 돌출 높이 : 10mm)을 행하여 가공면 거칠음 높이를 측정하였다.

제1도는 측정 결과를 나타낸다. 즉, 본 발명자들은 먼저 다음 사항들을 인식하였다 :

(1) Md₃₀점이 일정한 값을 나타내는 동일 조성의 재료인 경우에는, 주편의 평균 감마 입경이 조대해질수록 제품의 가공면 거칠음이 증대한다.

(2) Md₃₀점이 높은 경우, 가공면 거칠음 노출음 높이는 저하한다.

제2도는 Md₃₀이 30.2℃인 물질에 있어서 가공면 거칠음 높이와 평균 기복 폭 및 평균 기복 길이 사이의 관계를 조사한 결과를 나타낸다. 본 발명자들은 기복 폭이 약 200㎛(응고된 평균 감마 입도 : 100㎛)를 초과하면, 가공면 거칠음 높이가 기복 폭에 비례해서 선형적으로 증가하고, 기복 길이가 약 300㎛를 초과하면, 가공면 거칠음 높이가 선형적으로 증가함을 알아내었다. 그러므로, 이러한 결과들로부터 가공면 거칠음을 방지하기 위해서 가공면 거칠음 높이를 1.6㎛ 이하로 유지하여야 하는 것으로 확인되었다.

알파-시스템 스테인레스강에서의 리징(ridging) 현상의 예로부터 인식될 수 있는 바와 같이, 작업에 기인하는 이러한 종류의 리징과 같은 표면 결함들은 대부분 강판에 집합조직이 현저하게 발생하고 몇몇 종류의 특정한 결정 방위를 갖는 결정성 입자들의 집합체들(이하, 콜로니라 칭함)을 형성하고, 이들의 소성 이방성에 의해 발생하는 경우가 많다.

본 발명자들은 오오스테나이트계 스테인레스강 스트립 주조 공정에 의해 생산되는 재료, 즉, 주조 스트립, 냉간 압연 재료, 소둔된 재료, 제품 재료(소둔-압연된), 및 이죽 강도 성형 재료들의 집합조직, 금속 조직 및 성분 분리등을 면밀히 시험하여, 후술된 바와 같이 가공면 거칠음의 발생 원인을 밝혀내기에 이르렀다.

일례로서, Md이 27.3℃이고, 제품의 가공면 거칠음 높이가 2.8㎛이며, 평균 감마 입도가 큰(약 130㎛) 오오스테나이트계 스테인레스강의 연속 주조된 주편의 경우를 설명하기로 한다.

제3(a)도와 3(b)도는 이 재료의 생성물의 1/4두께 층 부분의 미결정(crystallite) 방위 분포(ODF ; Orientation Distribution Function) 해석 결과를 나타낸다. ODF는 일반적으로 (100),(110) 및 (113) 극 점도와 같은 적어도 세종류의 극 점도를 기초로하여 H.J.Bunge 등이 제안한 시리즈 팽창법에 의해 산출하며, 재료 중 각각의 결정들의 결정 방위는 세가지 Euler 각도(Ψ1,Φ,Ψ2)로 표시한다. {112}＜111＞와 같은 집합조직의 주방위로서 이상적인 방위인 {HKL}＜UVM＞은 결정성 강판재료 사이의 기하학적 관계로부터 일차 직각 축으로서 Ψ1,Φ,Ψ2를 갖는 삼차원적 각도 공간에서의 특정 위치에 해당하며, 압연/재결정시 전형적인 주방위로 예컨대, Ψ2=0° 및 Ψ2=45° 섹션에 존재한다. 결정 방위 분포가 완전히 랜덤하면, 방위 밀도는 1.0으로 정의된다. Ψ=0° 섹션(제3(a)도)와 Ψ=45° 섹션으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 방위 밀도가 3.8인 (A) {112}＜111＞과 방위 밀도가 3.5인 (B) {110}＜111＞는 주방위이며 이들의 실제로 동일한 양이 존재한다(엄밀히 말하면, (A)방위는 실제로 {112}＜111＞과 동일한 양의 {113}＜332＞도 함유하고 있다). 허용범위(1.6㎛ 이하)내의 가공면 거칠음을 갖는 통상적인 공정의 제품 강판을 ODF분석 하자, (A){112}＜111＞의 방위 밀도는 5.5이고 (B) {110}＜111＞의 그것은 2.2인 것으로 밝혀졌다. 다른 말로 하면, 가공면 거칠음이 발생하면, (B) {110}＜111＞의 방위밀도가 상대적으로 증가하는 것으로 밝혀졌다.

다음, 본 발명자들은 고휘도 단색광(방사광) 세속 X-선법에 의해, 전이법을 통하여 현저한 가공면 거칠음을 갖는 제품의 기복-유사한 주름의 핏치에 상응하는 0.5mm×1.0mm의 인접 부분 지역의 (11) 극 점도를 수십개 측정하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 주로 (A) {112}＜111＞ 방위 입자로 이루어진 콜로니들과 주로 (B) {110}＜111＞, {110}＜112＞, {110}＜001＞ 방위 입자로 이루어진 콜로니들이 인접한 별도의 장소에 분명히 편재하는 것을 밝혀내었다.

비록 이경우 (A)와 (B)방위 콜로니들의 금속조직 관찰을 행하였지만, 이들 사이에서 어떠한 구조적 상이점을 발견하지는 못하였다. 종래 기술에 의해 생산된 제품판의 경우에도 유사한 측정을 행하였지만 특정 방위 콜로니들의 편재는 발견되지 않았으며 (A)와 (B)방위 콜로니들이 균일하게 분산되어 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, (A) 및 (B)방위 콜로니이 관찰된 시료면의 금속조직 관찰을 행하였으나, (A) 및 (B)방위 코로니에 조직적인 차이는 없었다. 다음에 이차원 원소 매핑이 가능한 EPMA 장치에 의해, 이들 영역의 Ni, Cr 등의 성분 편석을 검토하였으나, 유의적인 차이는 없었다. 이상의 결과로부터, 가공면 거칠음은 결정방위에 기인하는 현상임을 알 수 있었다.

면심방위정계에 속하는 γ계 스텐레스강의 112방위와 110방위를 각각 결정면의 법선방향과 평행하게 1축압축변형(등 2축 스트레치 형성과 등가인 것으로 판정할 수 있음)시키면, 결정소성학적으로는 112방위립은 110방위립의 약 84%의 강상강도를 나타내는 것으로 예상된다. 재료 중에 (A){112}＜111＞, {113}＜332＞방위립과 (B) {110}＜111＞, {110}＜112＞, {110}＜001＞ 방위립이 콜로니를 형성하고, 조대한 영역 디멘젼 핏치로 불균일하게 존재하는 경우는 그들의 소성 이방성에 의해 가공시에 가공면 거칠음 기복과 같은 주름이 발생하는 것으로 생각된다. 이 관점으로부터, 본 발명자들은, 콜로니의 제품 판면에 대한 상세한 분포상태를 해명하기 위해, 결정방위 토포그래프 X-선 해석장치(빔 직경이 50㎛인 X선을 2차원적 이동기능부 회전 시료대 위의 시료에 조사하여, 에너지-분산형 검출기에 의해 113회절선과 220회전설의 반사 적분 강도를 동시 측정하여 위치별 방위분포를 매핑하는 장치)에 의해 10mm×10mm의 디멘젼 영역의 113)-112방위 콜로니 및 110방위 콜로니의 분포 상태와 각각의 평균 크기를 분석하였다. 이때 랜덤방위를 나타내는 표준 시료의 반사 강도를 1.0으로하여, 방위별 X선 강도 레벨의 판면 위치와의 대응을 모식도적으로 나타내면 제4도와 같다.

이때 220반사 강도와 113반사 강도는 번갈아 변동한다. 만약 220반사 강도가 우세하며, 그 콜로니는 (B) 방위 콜로니로 가정되고 113반사 강도가 우세하면 그 콜로니는 (A) 방위 콜로니로 가정된다. 220반사 강도와 113반사 강도가 교차하는 위치를 (A) 및 (B) 방위 콜로니의 경계 위치라 정의한다. 이 정의에 의해 측정된 콜로니 A 및 B의 압연 방향의 평균 디멘젼을 각각 d(A) 및 d(B)로 하고, 판 폭방향의 평균 디멘젼을 d(A) 및 d(B)로 하여, 이들의 값과 가공면 거칠음 높이의 관계를 제5도에 나타내었다. 즉, d(A) 및 d(B)가 모두 300㎛ 이하이고, d(A) 및 d(B)가 모두 200㎛이하인 경우에 가공면 거칠음 높이가 허용한도(1.6㎛) 이하로 된다.

이와같이 콜로니 A와 B가 어떤 임계치 이하의 디멘젼에서 서로 균일하게 존재하면, 가공면 거칠음은 발생하지 않는 것으로 밝혀졌다. 여기서, 서로 균일하게 존재한다는 용어는 다음의 상태를 의미한다.

즉, 이 용어는 콜로니 A의 영역 중심(A) 및 콜로니 A에 가장 인접한 도일 종류의 콜로니 A의 영역중심 (A)와 같이 임의의 콜로니들의 영역 중심을 연결하는 직선 거리의 최대치 D(A-A)가 350㎛ 이하이고. 코로니 (A)의 영역중심 (A)과 콜로니 A에 가장 인접한 다른 종류의 콜로니 (B)의 영역 중심 (B)을 연결하는 직선 거리의 최대치 D(A-B)가 350㎛ 이하인 방식으로 콜로니 A와 B가 혼합물내에 존재하는 상태를 나타낸 것이다.

상술한 결과는 실제로 강판의 판면에 평행한 임의의 두께층부에서 동일한 경향을 나타낸다.

이하에, 본 발명에 따른 강 성분들의 효과를 설명한다.

본 발명에 따른 강은 C＋N이 0.09질량 이하이고, Md=413-462(C＋N) 9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-18.5Mo-9.5(Ni＋Cu)(각 성분은 질량%)의 정의되는 Md이 30-60℃로 되는 조성을 갖는 오오스테나이트계 스테인레스강이다.

본 발명 강의 제품 박판의 프레스가공에 따른 시효 크래킹을 저지하기 위해, C＋N의 양은 0.09질량% 이하로 한다.

다른 성분 원소들의 경우, 일반적으로, Si는 1질량% 이하, Mn은 2질량% 이하, P는 0.04질량% 이하, S는 0.03질량% 이하, Ni는 8.00 내지 10.5질량% 이하, Mo는 0.3질량% 이하 Cu는 0.3질량% 이하가 되도록 성분 조정을 행한다.

한편 Md값과 평균 감마 입경 및 가공면 거칠음 높이 사이의 관계를 이미 제1도에 도시하였으며, 이러한 관계가 관찰된 이유를 집합조적의 관점에서 다음에 설명한다.

본 발명에 있어서 급냉 주편의 집합조직은 {100}＜uv0＞로 된다. 즉, 판면 법선과 ＜001＞축이 서로 평행하며, 감마상 결정립은 이 축 주위를 여러 방향으로 회전한다. Md점이 30℃ 미만인 낮은 Md재료의 급냉 주편을 냉간 압연하면, 특히 주편의 평균 감마 입경이 약 100㎛를 상회하는 것과 같이 조대립 조직인 경우, 냉간 압연중의 불균일-변형이 조장된다. 변형 유도된 마르텐사이트의 발생량도 비교적 적으므로, 이들이 조직적으로도 불균일한 장소에 생성된다. 이때 생성된 마르텐사이트상은 BCC 결정구조를 나타내므로, 압연에 의해 이 상은 소위 알파 철의 압연 집합조직을 나타내고, {113}＜001＞α나 {332}＜113＞α가 주방위로 된다. 한편, 감마 모상의 압연 집합조직의 주방위는 {110}＜112＞로 된다. 냉연 후, 소둔을 행하면 전술한 마르텐사이트는 감마 모상으로 역변태한다. 이때에, 알파 철의 압연 방위는 K-S 방위계에 의해, 감마상 방위 {110}＜001＞, {110}＜112＞, {110}＜111＞로 변태한다. 또한 감마상의 압연방위인 {110}＜112＞ 밴드 조직의 근방으로부터는, 고온역 소둔의 입자 성장방위인 {112}＜111＞나 {113}＜332＞가 생성된다. 주편의 평균 감마 입경이 크면, 냉연시 변형의 비균일성이 냉연 방위의 국소화에 반영되고 이는 그대로 소둔 집합조직에 영향을 미친다. 그 결과, 112 방위 콜로니와 110 방위 콜로니가 생성되는 것으로 생각된다.

이와 대조적으로, 조직이 주편의 평균 감마 입경이 동일한 낮은 Md30 재료에서조차 약 100㎛보다 더 적은 세립조직인 경우에는, 냉연시 변형이 균일해진다. 이와같이 균일한 변형이 지배적으로 되는 경우, 냉연 및 소둔 초기의 마르텐사이트나 감마상의 집합조직 형성거동이 조대 감마립의 경우와 거의 동일한 양상으로 되면, 112립의 근방에 마르텐사이트가 감마립으로 역변태하여 생성되는 110립이 존재하는 빈도가 높고, 112립이 110립을 침범함으로써 성장하기 쉽다. 그 결과, 110방위 콜로니의 발달이 억제되고, 비교적 112방위가 발달한 균일 조직이 형성된다. 따라서, 이 경우의 가공면 거칠음은 적어진다.

그러나, Md이 약 30℃ 이상인 조성의 급냉주편이 냉연하면, 낮은 Md점 재료에 비해, 냉연시의 마르텐사이트 생성량이 증대되어 냉연 조직에 전면적으로 균일하게 마르텐사이트상이 셩성되기 쉬어진다. 이 결과, 소둔 후의 집합조직은 비교적 많은 110방위가 발달하나, 112와 110방위가 편재하는 콜로니의 발달은 억제된다. 특히 주편의 평균 감마 입경이 확실히 100㎛를 하회하는 경우에는, 상기의 효과가 유효하게 가능하며 가공면 거칠음이 극히 감소된다.

Md을 약 60℃로 올리면, 이 효과는 더욱 커진다. 냉각 조건 조절이 만족스럽게 수행되지 않고, 주편의 평균 감마 입경이 약 150㎛ 정도로 조대한 경우에도, 유도된 마르텐사이트 입자들은 냉간 압연시 침전되기 쉽고, 감마 입경을 더 적게 만들기 위해 조대립을 파괴함으로써 가공면 거칠음을 극히 감소시킬 수 있다. 그러나 Md을 60℃ 이상으로 과도하게 증가시키면, 제품 박판의 냉간 가공성이 저하되므로, Md은 60℃를 넘지 않도록 제한하는 것이 필요하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 제품 가공면 거칠음을 방지하기 위해, 조성에 기초하여 Md점을 30-60℃의 범위로 조정하고, 급냉 스트립 주변의 평균 감마 입경을 150㎛ 이하로 하며, 바람직하게는 100㎛ 이하로 제어하는 것이 필요하다. 본 발명자들은, 스트립 주편의 응고 냉각 속도, 응고 후로부터 1200℃까지의 냉각 속도와 스트립 주편의 평균 감마 입경의 관계를 면밀히 검토하였다. 그 결과, 전기의 조성으로 되는 두께 10mm 미만의 오오스테나이트계 스테인레스강 스트립 주편의 응고 냉각 속도를 100℃/sec 이상으로 하고, 응고 후는 가급적 고온으로부터 1200℃까지를 50℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각시키면, 얻어지는 주편의 평균 감마 입경이 100㎛ 이하로 됨을 발견하였다.

이와 같이 제조된 스트립 주편은, 냉각 후 상법에 따라 냉간압연 및 최종 소둔 시킨다. 최종 소둔 후, 필요에 따라 상법대로 조질 압연을 행한다.

냉간 압연은 주편 두께로부터 최종 제품판 두께에 근사한 두께로 될때까지, 소위 2회 압연법에 의해 수행한다. 즉, 냉각 압연을 10% 이상의 압연률, 바람직하게는 30%의 압연률로 먼저 행하고, 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 중간 소둔을 행한 다음, 최종 두께로 냉간 압연시킨다. 10% 이상의 압연률로 냉간 압연시키는 이유는 다음과 같다. 즉, 압연률이 10% 미만이면, 가공에 의해 감마상으로 도입된 스트레인이 적고 α'상(스테레인 유도된 마르텐사이트 변태상)의 발생량 역시 적으므로, 중간 소둔 후의 재결정 조직이 거칠어지고, 가공면 거칠음을 야기하는 콜로니들이 최종 제품에 잔류하게 되기 때문이다. 중간 소둔 온도는, 입자 성장에 의해 방위 분포의 균일화가 진행되기 시작하는 온도인 1,000℃로부터, 입자 조대화가 현저해지고 제품에 콜로니가 잔존하는 이하 온도인 1,200℃의 범위로 선택하여야 한다.

본 발명의 방법에 기초한 제품의 가공면 거칠음을 방지하는 메카니즘은 다음과 같은 것으로 추정된다.

제7(a)도 내지 7(e)도는 주조 상태(주편)으로부터 최종 소둔에 이르기까지의 공정과 이들 지점에서의 집합조직을 보여준다. 이하, 각 공정 단계들을 상세히 설명한다.

(1) 주조 조직(제7(a)도)

트윈 드럼형의 연속 주조에 의해 생산된 오오스테나이트계 스테인레스 강 박판에서, 주조 스트립의 집합조직은 ① Cube 방위 : {110}＜011＞와 ② Rotated Cube 방위 : {100}＜uv0＞이 조대한 컬럼상 결정성 감마 립을 단위로하여 각각 콜로니(군)을 이루고 있다(즉, ① 영역과 ②영역이 국소적으로 존재하고 있다).

상술한 각 영역의 Cube 그룹에서, 용융 강 성분의 Md30이 30 내지 60℃ 범위이면, 페라이트 유형의 응고가 지배적으로 발생하여, 주조 조직 Cube가 감소되고(응고의 입경이 작아짐), Rotated Cube 그룹(포지티브 Cube 그룹 이외의 방위립을 칭하는 것으로 함)의 발생량은 커진다.

(2) 냉간 압연 후(제7(b)도)

이 응고 조직을 냉간 압연시키면, ① 영역내의 감마상 압연 집합 조직의 주방위는 {110}＜112＞γ가 되고, ②영역은 가공 유기 마르텐사이트 변태(γ→α')를 일으키키가 쉬우며 가공 스트레인도 축적되기 쉽다. 그 결과, ② 영역은 {113}＜011＞α'＋{332}＜113＞α'가 주방위로 된다.

(3) 소둔 후(제7(c)도)

상기의 냉간 압연 조직을 소둔하면, ②영역에는 감마상의 재결정, 입성장에 의해 {112}＜111＞γ와 {113}＜332＞γ가 생성되고, ②영역에는 감마성의 재결정, 입성장 방위외에 α'→γ 역변태에 의한 {110}＜111＞γ·{110}＜001＞γ·{110}＜112＞γ가 생성된다.

상기와 같이 다른 방위들을 갖는 영역들이 큰 단위로 국소로 존재하기 때문에, 제품의 비-균일 소성 거동이 조장되어 가공면 거칠음이 일어난다.

30℃ 이상의 Md을 갖는 용융강 성분을 선택하면, 상기와 같이 주조 조직이 더 적은 입자들을 가지게 되고 Rotated Cube 방위가 증가한다. 동시에, 냉간 압연 후 α'상의 발생량이 증가하며 소둔후, α'→γ 역변태에 의해 미립 방위가 생성된다. 따라서, 금속 조직은 더욱 미립화되며, {112}＜111＞γ방위와 같은 중간 소둔의 재결정화 조직의 결정 방위를 갖는 결정립 그룹이 균일한 혼합물로 생성되어, 콜로니의 생성이 저하된다. 따라서, 가공면 거칠음을 줄일 수 있다.

(4) 2차 냉간 압연 후(제7(d)도)

본 발명에 있어서는, 냉간 압연을 2회로 나누어 행한다. 즉, 상기 (2)의 냉간 압연은 1차 냉간 압연이고, 상기 (3)의 소둔 후에 2차 냉간 압연을 행한다. 이때, 상기 재결정에 의해 조직이 미세화하기 때문에, (2)의 1차 냉간 압연시와 같은 메카니즘에 의해 마르텐사이트 변태가 일어나고, 마르텐사이트 영역 자제는 더 작아지고, 전체적으로 γ상과 α'상이 미세하게 혼재된 상태로 된다. 높은 Md값을 갖는 성분의 경우, 미립자로 되는 경향은 더욱 조장된다. 결국, 콜로니의 형성은 더 감소된다.

(5) 최종 소둔 후(제7(e)도)

이 조직이 소둔되면, (3)의 소둔시와 동일한 메카니즘에 의해 미세 분산된 γ상의 재결정?입성장 및 미세분산된 α'상의 역변태(α'→γ)가 일어나고, 결과적으로 각 방위의 영역이 미세하게 혼재된 상태로 된다.

서로 다른 방위를 갖는 영역들이 혼합물 중에 미세한 단위로 존재하면, 제품의 소성 이방성이 완화되어, 가공면 거칠음의 발생이 방지될 수 있다.

실시예1

표 2에 나타난 조성에 기초하여 Md을 5수준으로 변화시킨 오오스테나이트계 스테인레스강(SUS304강)을, 트윈 드럼형의 연속 주조기를 이용하여, 약 300℃/sec의 응고 냉각 속도로 두께 2.5mm의 얇은 스트립상 주편으로 주조하고, 응고 후에는 1,400℃로부터 1,200℃까지를 20-500℃/sec의 냉각 속도로 냉각하였다. 다음, 주편을 산세척하고, 이들 주편을 2회 냉간 압연시킴으로써 판 제품을 얻었다. 즉, 산세척 후 각 주편을 40% 압연률로 1차 냉각 압연시키고 중간 소둔시켰다(1,150℃에서, 20초간 유지시킴). 다음 주편의 두께가 0.6mm가 될때까지 냉각 압연을 행하고 최종 소둔 및 템퍼링 압연을 행하여 판 제품을 얻었다. 비교예로서, 일회 냉간 압연 단계에 의해 판 제품을 생산하였다. 이 경우, 산세척 후 주편을 76%의 압연률로 냉간 압연하고 최종 소둔시켜 두께가 0.6mm인 판 제품을 제조하였다. 그 후, 이 제품들 각각의 1/4판 두께 층부에 있어서 판면의 결정 방위 토포그래프 해석 장치에 의해 콜로니 디멘젼을 측정하였다. 제품의 원통 평저 돌출 가공(펀치 직경 50mm, 돌출 높이 10mm)을 행하고, 평저부의 가공면 거칠음 높이를 측정하였다. 돌출 가공 재료의 가공성과 시효 크래킹도 관찰하였다.

표 3은 이들 특성의 평과 결과를 나타낸다. Md이 30℃ 이상인 본 발명 강판(샘플 6 및 7)에 있어서는 콜로니 디멘젼 d(A) 및 d(B)가 200㎛ 이하이고 d(A)와 d(B)는 300㎛ 이하였다. 임의의 콜로니의 영역 중심과 이 콜로니와 가장 근접한 동일 종류의 콜로니의 영역 중심을 연결하는 최대 직선 거리는 350㎛ 이하였으며 임의의 콜로니의 영역 중심과 이 콜로니와 가장 근접한 다른 종류의 콜로니 영역 중심을 연결하는 최대 직선 거리는 350㎛ 이하였다. 그러므로, 임계값 미만의 디멘젼을 갖는 콜로니 A와 콜로니 B가 강중 균일한 혼합물로 존재함이 확인되었다. 그 결과, 본 발명의 모든 강에 있어서, 가공면 거칠음 높이는 허용 한도 미만이었으며 이들은 우수한 표면 특성을 나타내었다. 다른 한편, 비교예(샘플 8)이 강에 있어서는, 콜로니 디멘젼이 임계값을 초과하였기 때문에 가공면 거칠음이 더 불량하였다. Md이 60℃를 상회하는 비교예(샘플 8)은 우수한 가공면 거칠음 특성을 가졌으나 그의 가공성은 불량하였다. 시효 크래킹 저항은 모든 샘플에 있어서 양호하였다.

실시예2

실시예 1에 기재된 주조 조건에 따라 제조되고 표 2에 나타난 본 발명의 강(샘플 7, 주편의 평균 감마 입경 : 150㎛)을 이용하여, 일차 냉간 압연(중간 소둔 전에 부여된 냉간 압연 비율)과 2회 압연법에서의 가공면 거칠음 특성의 관계를 조사하였다. 즉, 산세척 후, 압연률 5 내지 68%로 냉간 압연시킨 다음, 중간 소둔을 행하고(1,150℃, 20초 유지), 0.6mm 두께로 냉간 압연시켰다. 그 다음, 최종 소둔과 템퍼링 압연을 행하고, 실시예 1에서와 같은 방식으로 가공면 거칠음과 다른 특성들을 조사하였다. 평과 결과를 표 4에 나타내었다. 일차 냉간 압연 비율이 10%을 초과하는 경우, 가공면 거칠음이 특히 개선된 것으로 관찰되었으며 일차 냉각 압연 비율이 30%를 초과하자 이러한 개선은 더욱 현저해졌다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 스트립 연속 주조 제조법에 의해 가공면이 거칠지 않고 표면 특성이 우수한 오오스테나이트계 스테인레스 강판을 안정하게 제조하는 것이 가능하다.

Claims (4)

1. C＋N이 0.090질량% 이하이고, Md₃₀=413-462(C＋N) 9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-18.5Mo-9.5(Ni＋Cu)(각 성분은 질량%)로 정의되는 Md₃₀이 30-60℃로 되는 조성을 가지며, 압연 방향의 평균 디멘젼이 d_RD(A)이고, 판 폭 방향의 평균 디멘젼이 d_TD(A)이며, 주결정 방위가 112＜111＞와 113＜332＞로 되는 콜로니((A)와, 압연 방향의 평균 디멘젼이 d_RD(B)이고 판 폭 방향의 평균 디멘젼이 d_TD(B)이며, 주결정 방위가 110＜111＞, 110＜112＞, 및 110＜001＞로 되는 콜로니(B)가 강판중에 서로 균일하게 존재하고, 상기 d_RD(A) 또는 상기 d_RD(B)는 300㎛ 이하이며 상기 d_TD(A) 또는 d_TD(B)는 200㎛ 이하이고 이 때 콜로니 A와 콜로니 B는 임의의 콜로니 영역 중심과 이 콜로니에 가장 근접한 동종 또는 다른 종류의 콜로니의 영역 중심을 연결하는 직선 거리의 최대값이 각각 350㎛ 이하인 방식으로 강판 중에 존재하는 것이 특징인 표면품질이 우수한 오오스테나이트계 스테인레스 강판.
2. C＋N이 0.090질량% 이하이고, Md₃₀=413-462(C＋N) 9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-18.5Mo-9.5(Ni＋Cu)(각 성분은 질량%)로 정의되는 Md₃₀이 30-60℃로 되는 조성을 갖는 용융강을 주형 측면이 주편과 동기적으로 이동하는 연속 주조기에 의해, 100℃/sec 이상의 응고 냉각 속도로 두께 10mm 이하의 얇은 스트립상 주편으로 주조하고 ; 응고후는 얻어진 주편을 가급적 고온으로부터 1,200℃까지 50℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각한 다음 ; 10% 내지 70%의 압연률로 일차 냉각 압연하고 ; 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 중간 소둔시킨 다음 ; 최종 두께로 이차 냉간 압연시킨 후 최종 소둔을 행함을 특징으로 하는 표면 품질이 우수한 오오스테나이트계 스테인레스 강판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 일차 냉간 압연을 10 내지 30%의 압연률로 수행하는 것이 특징인 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 일차 냉간 압연을 30% 초과, 70% 이하의 압연률로 수행하는 것이 특징인 방법.