KR20000033982A - 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판을 열간압연후 환원성분위기내에서 열처리하는 공정에서 소둔로 내부의 수소가스의 이슬점을 낮추어 크롬고갈층을 회복시킴으로써, 내산화성을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 중량%로 C:0.3%이하, Cr:10-20%, Ni:1.0%이하, N:0.1%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Ti:0.5%이하, Nb:0.6%이하, Mo:2.0%이하, Cu:1.0%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 열간압연후 800-1200℃의 온도범위의 환원성 분위기에서 소둔열처리를 실시하는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법이 제공된다. 그러한 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법은 상기 열연강판을 소둔로 내부에서 열처리하는 공정에서 수소를 70%이상 함유하고, 이슬점이 -40℃이하인 환원성분위기내에서 강판표면의 산화층이 환원되어 크롬고갈층이 회복되도록 열처리를 시행한다.

Description

페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법

본 발명은 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법(annealing method)에 관한 것이며, 특히, 내산화성 개선을 위해서, 소둔로 내부에 공급되는 수소가스의 이슬점을 낮추어 상기 열연강판을 소둔시키는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 관한 것이다.

여기에서 소둔(燒鈍)이란 제철소에서 가공 또는 담금질 등에 의해서 경화된 재료의 내부 균열을 없애고 결정립(結晶粒)을 미세화시켜 연성을 높이는 풀림(annealing)을 의미한다.

일반적으로, 페라이트계 스테인레스 강판의 내산화성은 사용되는 환경의 산화온도 및 외부 반응가스(소재가 사용되는 환경의 외부기체를 지칭하며, 이하 '분위기'라 칭함)에 의존하지만, 소재 내부적으로는 강판의 합금 함량, 표면 조도 및 표면처리조건, 표면의 성분원소변화에 의해 대부분 결정되어 진다.

그리고, 페라이트계 스테인레스 강판의 내산화성은 합금원소함량에 큰 영향을 받는다. 특히, 외부대기와 소재 사이의 보호피막을 형성하는 크롬함량은 매우 중요하고 기타 알루미늄(Al), 규소(Si)등이 첨가될때 크롬보호피막의 안정성이 강화될 수 있다. 여기에서, 산화 반응이란 금속표면의 금속원자와 상기 분위기중의 산소원자가 화학적으로 결합하는 현상을 의미한다. 그러므로, 금속표면의 합금함량은 소재의 내산화성에 직접적인 영향을 미친다. 또한, 일반적으로 페라이트계 스테인레스 열연강판은 열간압연중에 두꺼운 크롬산화층이 표면에 형성되고, 산화층과 산화가 안된 금속층과의 경계면에는 크롬고갈층이 형성된다. 이후, 질산, 황산, 염산과 같은 산용액에 담궈 표면을 가공하는 산세(酸洗)가공 과정에서 표면산화층이 제거되면 크롬고갈층이 표면에 나타나 소재의 내산화성 열화의 원인이 된다. 열간압연후에 소둔시 산화층 발달을 방지하고자 수소 분위기와 같은 환원성가스중에서 열처리하는데 이때 환원성가스의 이슬점을 극저로 관리하면 표면의 크롬산화물이 분해되면서 산화층의 바로 밑에 고갈된 크롬함량을 회복시킬 수 있다.

이에 본 발명자들은 페라이트계 스테인레스열연강판의 내산화성이 강판의 합금함량, 표면처리조건뿐만 아니라 표면 크롬고갈층에 의해서도 크게 영향을 받는다는 사실을 발견하였다.

종래 기술에 따른 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법은 분위기 가스를 이슬점 -10℃의 수소로 사용하고, 페라이트계 스테인레스 강판에 사용되는 소둔조건과 유사하게 설정하였다. 이때의 소둔온도는 820℃이고 소둔시간은 36시간동안으로 수행하였다. 그러한 종래의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법은 먼저, 열간압연된 두께 5.0㎜의 Type 420 스테인레스 강판을 30 ㎜ × 30 ㎜로 절단한다. 그리고, 수소가스에 의한 환원성분위기내의 소둔로에서 열처리하고, 질산과 불산의 혼합용액으로 산세하였다. 수소가스의 이슬점 조절을 위해 분위기가스 유입전 습기제거장치와 습기발생장치를 통해 수증기분압을 제어하였고, 노외(爐外)로 방출된 수소가스의 이슬점을 측정하였다. 이렇게 종래의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 의해서 열처리된 강판은 일반적인 주사오제현미경(scanning auger microscopy)으로 분석되었다.

그러나, 종래의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법으로 소둔된 강판은 산성에 약한 단점이 있다. 따라서, 이런 단점을 파악하기 위해 본 발명에서는 프로판가스를 연소시킨 습기내에서 최대 1000℃까지 가열하면서 산화량의 증가를 구하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 의해서 소둔가공된 강판은 상대적으로 많은 산화량을 발생시켰다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 강판을 열간압연후 환원성분위기내에서 열처리하는 공정에서 소둔로 내부의 수소가스의 이슬점을 낮추어 크롬고갈층을 회복시킴으로써, 내산화성을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법으로서, 이슬점이 -10℃인 수소 분위기에서 열처리된 스테인레스 강판의 산세(酸洗)가공후, 표면에서의 깊이에 따른 크롬량을 나타내는 그래프.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법으로서, 이슬점이 -40℃인 수소 분위기에서 열처리된 스테인레스강판의 산세가공후 표면에서의 깊이에 따른 크롬량을 나타내는 그래프.

도 3은 도 2에 도시된 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법과 종래의 소둔방법에서 산화중량의 증가를 비교설명하기 위한 그래프.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 중량%로 C:0.3%이하, Cr:10-20%, Ni:1.0%이하, N:0.1%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Ti:0.5%이하, Nb:0.6%이하, Mo:2.0%이하, Cu:1.0%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 열간압연후 800-1200℃의 온도범위의 환원성 분위기에서 소둔열처리를 실시하는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법이 제공된다. 그러한 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법은 상기 열연강판을 소둔로 내부에서 열처리하는 공정에서 수소를 70%이상 함유하고, 이슬점이 -40℃이하인 환원성분위기내에서 강판표면의 산화층이 환원되어 크롬고갈층을 회복시키도록 열처리를 시행한다.

아래에서, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법으로서, 이슬점이 -40℃인 수소 분위기에서 열처리된 Type 420 스테인레스강판의 산세가공후 표면에서의 깊이에 따른 크롬량을 나타내는 그래프이고, 도 3은 도 2에 도시된 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법과 종래의 소둔방법에서 산화중량의 증가를 비교설명하기 위한 그래프이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에서는 열처리하는 소둔로 내부에서 수소 혹은 수소와 질소가 혼합된 약환원성 분위기로 인하여, 열간압연시에 형성된 산화층과 그 바로 밑의 크롬고갈층을 스테인레스 강판에 존재하게 한다. 그리고, 제품의 품질을 높이기 위한 산세가공 이후에는 표면산화층이 제거되면서, 크롬고갈층이 표면에 나타나고, 소재의 내산화성은 매우 낮아진다.

본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법이 적용되는 소둔로 내부에는 수소가 70%이상 혼합된 분위기가스를 이슬점 -40℃이하로 냉각시킨다. 그럴 경우에는 아래의 화학식 1과 같이 크롬산화물이 분해되어 금속크롬과 산소기체로 분리된다.

Cr₂O_{3 oxide}-＞2Cr_oxide+ 3O_oxide

2Cr_oxide-＞ 2Cr_METAL

+) 3O_oxide+ 6H_GAS-＞ 3H₂O_GAS

Cr₂O_{3 oxide}+ 6H_GAS-＞ 2Cr_METAL+ 3H₂O_GAS

여기에서, Cr₂O_{3 oxide}는 산화층내 크롬산화물이고, Cr_oxide는 산화층내 크롬원자이며, O_oxide는 산화층내 산소원자이고, Cr_METAL는 금속중의 크롬원자이며, H_GAS는 분위기중의 수소원자이며, H₂O_GAS는 분위기중의 물분자이다.

본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 의해서 분해된 금속크롬은 산화층의 바로 밑에 존재하는 크롬고갈층내로 확산되어 이동하여 고갈된 크롬을 보충하여 크롬고갈층을 회복시킨다. 그리고, 산화층의 바로 밑의 크롬고갈층내 크롬함량이 회복되어 소지금속중의 크롬함량수준이 되면 고온의 가혹한 환경에서 사용중에 소재표면에 안정적이고 치밀한 크롬산화물의 형성이 용이하여 내산화성이 개선된다.

따라서, 본 발명에서는 페라이트계 스테인레스 열연강판을 열간압연후 환원분위기하에서 열처리하는 공정에서 로내에 수소가스를 70%이상 유입하고 이슬점을 -40℃이하로 유지하여 열처리를 시행하는 것이 바람직하다.

아래에서는 앞서 상세히 설명한 바와 같은 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법을 더욱 상세히 설명하기 위한 실험결과를 설명하겠다.

먼저, 아래의 표 1과 같은 주요성분의 함량으로 조성되어 있고, 두께 5.0㎜로 열간압연된 페라이트계 스테인레스 열연강판을 준비하였다.

표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 갖는 열연강판은 이슬점이 -40℃인 수소분위기에서 열처리되고, 산세가공된다.

도 2에서는 상기와 같이 가공된 열연강판의 표면에서의 깊이에 따른 크롬량을 보여준다. 그래프의 좌측인 표면에서의 크롬량이 소재내부의 크롬량보다 높게 측정된다. 즉 표면의 크롬고갈층이 모두 회복되었다.

도 3에 보이듯이, 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에서는 상기 열연강판의 소둔로 열처리조건을 1000℃까지 가열중에 산화시간에 따른 기존소둔재와 개선소둔재의 산화무게 증가량을 비교하였다. 기존소둔방법에 비하여 본발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에서는 상기 열연강판에서 산화중량의 증가가 약 0.5배 이하로 낮아져서 내산화성이 기대 이상으로 개선되었다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법은 산화성에 강한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 의해 열처리된 제품은 상대적으로 적은 산화량이 발생되기 때문에, 제품의 품질향상을 가져오는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법은 상기와 같이 제품의 내산화성을 향상시킬 수 있기 때문에, 다른 종류의 강재를 열처리하는데 응용될 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 중량%로 C:0.3%이하, Cr:10-20%, Ni:1.0%이하, N:0.1%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Ti:0.5%이하, Nb:0.6%이하, Mo:2.0%이하, Cu:1.0%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 열간압연후 800-1200℃의 온도범위의 환원성 분위기에서 소둔열처리를 실시하는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법에 있어서,

   상기 열연강판을 소둔로 내부에서 열처리하는 공정에서 수소를 70%이상 함유하고, 이슬점이 -40℃이하인 환원성분위기내에서 강판표면의 산화층이 환원되어 크롬고갈층이 회복되도록 열처리를 시행하는 페라이트계 스테인레스 열연강판의 소둔방법.