KR0146798B1 - 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주방기기, 세탁조, 자동차 배기계 부품등으로 사용되는 페라이트계 스테인레스 강의 제조방법에 관한 것으로, Mo의 함량을 낮추고 (Ti+Nb)/(C+N) 및 Nb/Ti를 최적화하므로서 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.02% 이하, Si:0.6% 이하, Mn:0.5% 이하, P:0.02% 이하, S:0.003% 이하, Cr:15-20%, Mo:0.6% 이하, N:0.02% 이하, Ti:0.6% 이하, Nb:0.6% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되고, 상기 C+N : 0.03% 이하, (Ti+Nb)/(C+N) : 12-20, 및 Nb/Ti : 2 이상을 만족하는 스테인레스강을 1170-1250℃ 온도범위로 가열하여 열간압연후, 750-900℃ 온도범위에서 사상압연하고 900-970℃ 온도범위에서 열연 및 냉연소둔한 다음 급냉하는 것을 포함하여 이루어지는 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법을 제공함을 그 요지로 한다.

Description

성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법

제1도 내지 제5도는 페라이트계 스테인레스강에서 Ti 및 Nb를 단독 또는 복합첨가했을 경우 Mo 함량에 따른 경도, 항복강도, 인장강도, 항복비([YS x Ts] x 100), 연신율,, 및 에릭센 값의 변화를 나타낸 그래프.

제6도는 본 발명의 방법이 적용된 발명재와 이를 벗어나는 비교재의 Ti+Nb 함량 변화에 따른의 변화를 나타낸 그래프.

제7도는 본 발명의 방법이 적용된 발명재와 이를 벗어나는 비교재의 (Ti + Nb)/(C + N) 변화에 따른의 변화를 나타낸 그래프.

제8도 내지 제11도는 본 발명의 방법이 적용된 발명재와 이를 벗어나는 비교재의 Ti+Nb 함량 변화에 따른 에릭센값, CCV, 가공경화지수, 및 리찡높이의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 주방기기, 세탁조 및 자동차 배기계 부품용으로 사용되는 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 성형성 및 리찡저항성(Ridging resistance)이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인레스강은 Ni을 첨가하지 않기 때문에 STS 304 오스테나이트계 스테인레스강 보다 가격면에서는 유리하지만 내식성 및 연신율이 저하하고 성형성이 나빠 심가공용으로 사용되는 경우 용도가 제한받는 문제점이 있다.

그러나 최근 제강정련 기술이 발달하여 침입형 원소인 C 및 N를 극저로 관리하고 안정화 원소인 Ti, Nb, Al, 및 Zr 등을 첨가하여 내식성 및 가공성을 높이고 동시에 Mo를 첨가하여 STS 304와 동등한 내식성 및 가공성을 얻고자 하는 연구가 활발하게 시도되고 있다. 이와같은 추세에 따라 주방기기, 세탁조 및 자동차 배기계 부품용으로 사용되는 페라이트계 스테인레스강의 수요와 용도는 날로 증가하는 경향을 보인다.

상기와 같은 안정화 원소를 첨가하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 것에 관한 종래 제안즐중 일본특개소 51-149116호, 및 일본특개소 56-158850호가 대표적이다.

일본 특개소 51-149116호는 C:0.03% 이하, Si:1% 이하, Mn:1% 이하, Cr:14-20%, Mo:1-3%, Ti:0.1-1.2%, Nb:0.1-1.2%, N:0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 상기 C+N:0.04% 이하이고 (Ti+Nb)/(C+N):8-30 범위로 유지되는 강을 970-1170℃ 온도범위로 소둔하여 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것으로, 리찡성 개선의 효과가 있다.

일본특개소 56-158850호는 C:0.0015% 이하, Si:0.6% 이하, Mn:0.5% 이하, S:0.005% 이하, Cr:15-20%, Ni:1.0% 이하, Mo:0.5% 이하, Cu:0.1-1.0%, Ti:0.1-0.5%, Nb:0.1-0.5%, N:0.02% 이하, Al:0.1% 이하, W 또는 V을 단독 또는 복합으로 0.3% 이하, 나머지 : Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 C+N : 0.03% 이하이고 (Ti+Nb)/(C+N) : 10 이상으로 유지되는 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로, 내식성 개선의 효과가 있다.

그러나 상기와 같은 페라이트계 스테인레스 강에서는 Mo 및 Cr 함량이 증가하면 내식성은 향상되나 Mo, Cr, W 및 V 합금철의 투입량이 많아지므로 제조원가가 상승하고, 성형성이 저하하며, 페라이트계 스테인레스강의 가장 큰 문제점인 리찡성 개선에도 만족스럽지 못하는 등 문제점이 있다.

특히, 안정화 원소중 Ti를 첨가한 강은 연속주조시 노즐막힘 현상과 Ti 산화물에 의한 표면 결함 및 광휘소둔시 템퍼드 칼라(Tempered Coler)가 발생한다. 그리고 연신율이 높아 성형성은 양호하나 성형후 표면에 오렌지 필(Orange peel) 현상이 발생하고, 특히 압연방향과 35° 방향으로 인장하면 새로운 리찡이 발생하는데, Ti 첨가강은 결정입도가 조대하여 오렌지 필 현상과 리찡이 합쳐져 성형후 표면의 굴곡 높이가 더욱 높게 나타나는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 문제점들을 해결하여 페라이트계 스테인레스강의 성형성 및 리찡 저항성을 향상시키기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 Mo의 함량을 낮추고 (Ti+Nb)/(C+N) 및 Nb/Ti를 최적화하므로서 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명은 설명한다.

본 발명은 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.02% 이하, Si:0.6% 이하, Mn:0.5% 이하, P:0.02% 이하, S:0.003% 이하, Cr:15-20%, Mo:0.6% 이하, N:0.02% 이하, Ti:0.6% 이하, Nb:0.6% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 상기 C+N : 0.03% 이하, (Ti+Nb)/(C+N) : 12-20, 및 Nb/Ti : 2 이상을 만족하는 스테인레스강을 1170-1250℃ 온도범위로 가열하고 750-900℃의 마무리압연 온도조건으로 열간압연한 후, 900-970℃ 온도범위에서 열연소둔하고 급냉한 다음, 냉간압연하고, 이어 900-970℃ 온도범위에서 냉연소둔하고 급냉하는 것을 포함하여 이루어지는 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 강을 상기와 같이 조성함이 바람직하며, 그 이유는 다음과 같다.

상기 C 및 N는 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하면 강도를 높이고, 충격인성, 내식성 및 성형성을 저하시키기 때문에 낮게 유지할수록 바람직하므로 그 함량은 각각 0.02% 이하, 그리고 C+N:0.03% 이하로 한정한다.

Si는 페라이트 형성원소로 함량 증가와 함께 페라이트 상의 안전성이 높아지게 되고 내산화성이 향상되나 0.6% 이상 첨가하면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하여 0.6% 이하로 한정한다.

Mn은 함량이 높아지면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에 0.5% 이하로 한정한다.

P 및 S는 MnS를 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 한 낮게 관리하는 것이 좋기 때문에 P:0.02% 이하, S:0.003% 이하로 한정한다.

Cr은 함량이 15% 이하로 너무 낮으면 내식성이 저하하고 함량이 너무 높아지면 내식성은 향상이 되나 20% 이상이면 강도가 높아지고 연신율이 낮아져서 성형성이 저하하고, 특히 시그마상을 석출할 우려가 높기 때문에 그 함량은 15-20%로 한정한다.

Mo는 내식성을 현저하게 향상시킬 뿐만 아니라 판두께 중심부의 결정립을 미세화시켜 리찡성을 개선시키는 원소이나 제1도 - 제5도에 나타난 바와 같이, 그 함량이 증가하면 안정화원소의 변화와 관계없이 경도, 인장강도, 항복강도 및 항복비를 증가하고 연신율,값 및 에릭센 값이 저하하여 성형성이 나빠진다. 따라서 내식성 및 성형성을 고려하여 Mo 함량을 0.6% 이하로 한정한다.

Ti은 C, N과 결합하여 탄질화물을 형성하여 리징성을 향상시킬 뿐만 아니라 Cr 탄화물의 석출을 억제하여 내식성을 향상시킨다. 한편, Ti을 0.6% 이상으로 과잉 첨가하면 상기한 Ti 첨가강에서와 같은 문제점이 발생하여 표면품질을 나쁘게 하기 때문에 그 함량을 0.6% 이하로 한정한다.

Nb는 탄질화물 석출에 의한 소둔재결정 집합조직 제어효과에 의한 리징성 개선을 위해 첨가한다. 또한 Nb는 C, N과 결합하여 탄질화물을 형성하므로서 Cr 석출물의 석출을 억제하여 내식성을 향상시킨다. 그러나, Nb를 0.6% 이상으로 과잉 첨가하면 가공성이 저하하기 때문에 Nb는 그 함량을 0.6% 이하로 한정한다.

그리고 (Ti+Nb)/(C+N)는 그 비가 10 이상이면 입계부식성이 방지되고, 12-20범위에서 딥드로잉성을 나타내는값이 가장 높기 때문에 입계 부식성 및 성형성을 동시에 만족하는 12-20 범위로 한정하는 것이 바람직하며, Ti 및 Nb을 복합 첨가한 효과를 최대로 얻기 위해서는 Nb/Ti 비를 2이상으로 하여 Nb 함량을 높이는 것이 성형성 및 리찡성 개선에 유효하므로 Nb/Ti는 2 이상으로 한정한다.

또한, 본 발명에서는 강을 상기와 같이 조성한 후, 다음과 같은 조건으로 가열, 열간압연, 열연소둔, 냉간압연, 냉연소둔 및 냉각하여 본 발명의 페라이트계 스테인레스강을 제조함이 바람직하다.

열간압연을 위한 주편과 주괴의 가열온도, 마무리압연온도 및 권취온도는 낮을수록 성형성 및 리찡저항성이 개선된다. 그러나, 열간압연 온도가 낮아지면 스라브 표층부가 압연롤에 묻어나는 표면 결함인 스티킹(Sticking) 현상이 발생하여 열연코일 표면에 결함이 다발하는 문제와 산업현장에서 열간압연기 설비 능력 및 작업성을 고려하여 주편가열 온도는 1170-1250℃, 마무리압연온도는 750-900℃ 범위가 바람직하다.

그리고 열연 및 냉연 소둔온도는 900℃ 이하로 너무 낮아지면 재결정을 지연시키는 Nb 첨가강에서는 재결정 및 결정립 성장이 불충분하여 충격특성, 연신율 및 성형성이 저하하고, 970℃ 이상으로 높아지면 결정립이 조대하여 충격특성이 나빠지고 성형후 오렌지 필 발생 및 리찡성이 나빠지므로 열연 및 냉연소둔 처리온도는 900-970℃ 범위가 바람직하다.

이와같이 열연소둔 및 냉연소둔할 때의 냉각은 고온취화 방지 및 기계적 성질이 양호한 급냉으로 한정한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기표 1과 같이 조성되는 스테인레스강을 진공유도 용해로에서 용해하여 30kg 주괴(Ingot)를 제조하였다. 이와같이 제조된 주괴를 1230℃에서 150분 가열하고 810℃의 마무리압연 온도조건에서 열간압연하여 4mm 두게의 열연판을 제조하고 700℃에서 권취한 다음, Nb 단독 및 Nb+Ti 복합 첨가강은 950℃에서, Ti 단독 첨가강은 900℃에서 5분간 연속 소둔 처리후, 급냉하고 산세처리하였다.

상기 열연판을 70%의 압연율로 냉간압연하여 1,2mm 두께의 냉연판을 제조하고, 이어 상기 열연판 소둔온도와 동일한 온도에서 4분간 냉연소둔하여 급냉하고 산세처리한 다음 2%의 냉간압연율로 조질압연하여 시편을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 시편의 딥로잉성을 평가하기 위해 JIS 13B로 인장시편을 가공후 15% 인장시험을 하여값을 3개 측정하고, Ti+Nb 복합첨가량 변화에 따른 평균값(r)을 제6도에, (Ti+Nb)/(C+N) 변화에 따른 평균값()을 제7도에 나타내었다.

제6도에 나타난 바와 같이, Nb를 Ti에 비해 많이 첨가하여 본 발명의 Nb/Ti : 2이상의 조건을 만족하는 발명재(A,B)의 경우, Ti와 Nb를 단독으로 첨가한 비교재(4-12) 및 Nb/Ti : 2 이상의 조건을 만족하지 못하는 비교재(2,3)와값에 있어서 동등이상의 특성을 나타냄을 알 수 있다. 그리고 본 발명의 Nb/Ti 조건은 만족하나 (Ti+Nb)/(C+N) 조건을 만족하지 못하는 비교재(1)의 경우 발명재(A,B)에 비하여값이 열등함을 알 수 있다.

제7도에 나타난 바와 같이,값은 (Ti+Nb)/(C+N)비가 12-20 범위내에서 가장 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 발명재(A,B)의 경우 딥드로잉성을 개선하기 위해서 (Ti+Nb)/(C+N)비가 12-20 범위내에서 조정되었기 때문에값이 높다.

시편들의 장출성형성을 평가하기 위해서 JIS Z 2247B 방법으로 에릭센(Erichsen) 시험하고 각 시편별 3회 측정후 그 평균값을 제8도에 나타내었다.

제8도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(A,B)의 경우 비교재(1-12)에 비하여 에릭센 값이 커 장출성형성이 우수함을 알 수 있다.

시편들의 딥드로잉성 및 장출성형성을 복합으로 평가하는 코니칼 컵 시험을 JIS Z 2249 21형 기준에 준하여 실시하고, 성형후 시편의 최대 및 최소직경의 평균값으로 CCV값을 나타내고 그 결과를 제9도에 나타내었다.

제9도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(A,B)의 경우, 비교재(1-12)에 비하여 CCV값이 낮아 복합 성형성이 우수함을 알 수 있다.

발명재(A,B)가 비교재(1-12)에 비하여 성형성이 우수한 이유를 조사하고자 상기 시편들을 8%에서 16% 연신구간에서 구한 가공경화 지수 n값을 측정하고 그 결과를 제10도에 나타내었다.

제10도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(A,B)의 경우 비교재(1-12)에 비하여 n값이 높기 때문에 성형시 넥킹이 지연되어 성형성이 우수함을 알 수 있다.

냉연소둔판의 리찡성 평가를 위하여 JIS 5호 규격으로 압연방향과 평행하게 인장시편을 가공하여 시편의 평행부를 연마후 20% 인장하여 표면 조도기로 표면의 형상(profile)의 최대 높이인 Rt값으로 리찡의 높이를 측정하고 그 결과를 제11도에 나타내었다.

제11도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(A,B)이 경우 비교재(1-12)에 비하여 리찡 높이가 낮아 리찡성이 개선됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강의 성분함량, Nb/Ti, 및 (Nb+Ti)/(C+N), 그리고 제조조건을 적절히 제어하므로서 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강의 제조가 가능한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.02% 이하, Si:0.6% 이하, Mn:0.5% 이하, P:0.02% 이하, S:0.003% 이하, Cr:15-20%, Mo:0.6% 이하, N:0.02% 이하, Ti:0.6% 이하, Nb:0.6% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, 상기 C+N : 0.03% 이하, (Ti+Nb)/(C+N) : 12-20, 및 Nb/Ti : 2 이상을 만족하는 스테인레스강을 1170-1250℃ 온도범위로 가열하고 750-900℃의 마무리압연 온도조건으로 열간압연한 후, 900-970℃ 온도범위에서 열연소둔하고 급냉한 다음, 냉간압연하고, 이어 900-970℃ 온도범위에서 냉연소둔하고 급냉하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 성형성 및 리찡 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 제조방법.