KR20060025873A - 열간 가공성 및 냉간 가공성이 우수한 고망간 고질소오스테나이트계 스테인리스강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것으로서, 질량%로 C: 0.1% 이하, Si: 1.0% 이하, N: 0.05~0.30%, Ni: 4.0% 이하, Mn: 8.0~10.0%, Cr: 14~18%, Cu: 1.0~3.0%, S: 0.001% 이하를 포함하고, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, B: 0.005% 이하 및 Ca: 0.001% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하므로 고가인 Ni를 Mn과 N으로 대체하여 원가를 절감시키고 또한 열간 가공성과 냉간가공성을 304강 동등 수준 이상으로 향상시킬 수 있다.

열간 가공성, 냉간 가공성, 성형성

Description

열간 가공성 및 냉간 가공성이 우수한 고망간 고질소 오스테나이트계 스테인리스강{Austenitic stainless steel sheet having excellent workability with high manganese and nitrogen}

본 발명은 자동차 강판용, 건축 장식용 또는 주방용 등의 용도에 사용되는 스테인리스강에 관한 것이고, 더 상세하게 가공성이 우수한 고망간 고질소 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

종래, 오스테나이트계 스테인리스강으로서는 304강이 대표적이며, 이는 스테인리스강중 광범위한 용도로서 가장 많이 사용되는 재료로서 가공성과 내식성이 우수한 특징이 있다.

그러나, 304강은 8%이상의 Ni를 함유하고 있기 때문에 고가라는 단점이 있다. 이러한 단점 때문에 값비싼 Ni을 저가의 합금원소로 대체하려는 시도가 이루어지고 있었다. 이는 Ni 일부를 Mn이나 N으로 대체한 강종, 예를 들어 201강, 202강 또는 204강 등으로 규격화 되어 있다. 이러한 강종은 Ni을 Mn이나 N으로 대체함으로서 고강도가 얻기 쉽고 비자성이라는 장점을 갖는다. 그러나, 상술된 강조 에 있어서, Mn은 Ni과 비교하여 스테인리스강의 성형성과 내식성을 저하시키고 또한 N에 의한 성형성이 저하되므로, 304강과 비교하여 그 사용 용도가 한정된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 성형성과 열간 및 냉간가공성이 우수한 Cr-Mn-N계 오스테나이트 스테인리스강을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명자들은 Cr-Mn-N계 오스테나이트 스테인리스강의 합금조성에 따른 열간 및 냉간 가공성의 개선에 관련한 연구를 행한 결과, Mn, N 외에 Cu, B, Ca의 함량을 적정하게 조정함으로써 고가인 Ni의 함유량을 절감시키면서 오스테나이트계 스테인리스강의 열간 가공성 및 냉간 가공성과 성형성을 개선할 수 있음을 밝혀 내었다.

즉, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 질량%로 C: 0.1% 이하, Si: 1.0% 이하, N: 0.05~0.30%, Ni: 4.0% 이하, Mn: 8.0~10.0%, Cr: 14~18%, Cu: 1.0~3.0%, S: 0.001% 이하를 포함하고, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 오스테나이트계 스테인리스강은 B: 0.005% 이하 및 Ca: 0.001% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명의 특징을 작용과 함께 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 스테인리스강의 필수성분을 한정한 이유를 설명한다.

C: 오스테나이트 형성원소로서, 과다 첨가시 Cr과 반응하여 크롬탄화물을 생성하여 내식성을 저하시킴과 동시에 성형성과 연신율을 저하시키므로 그 함유량은 가능한 낮은 함량인 0.01% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Si: 페라이트 생성을 조장하면서 열간 가공성을 저해하는 원소이므로, 그 첨가량은 가능한 한 소량으로 제한하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, Si의 첨가량은 1.0% 이하로 제한한다.

N: 오스테나이트상을 안정화시키면서 Ni원소를 대체하는 원소이다. N는 0.05% 이상으로 첨가되면 강도와 내공식성을 향상시키는 이점은 있으나 그 첨가량이 0.3%를 초과하여 증가하면 주조시 페라이트상을 통과하는 경우 질소에 의한 기공이 발생되는 단점이 있다. 따라서, N의 함유량은 0.05~0.30% 이하로 제한한다.

Ni: 오스테나이트 생성을 조장하는 원소이지만 고가의 성분이므로 스테인리스강의 원가를 저렴화시키기 위해서 오스테나이트 생성을 원가의 관계를 고려하여 결정하였다. 결과적으로, Ni의 첨가량은 4.0% 이하로 제한한다.

Mn: 질소와 마찬가지로 오스테나이트상 안정화 원소로서 Ni 성분을 대체하여 첨가된다. Mn 첨가량은 오스테나이트상을 안정화시키기 위하여 8% 이상이 필요한 반면에 10%를 초과하여 과다하게 첨가되면 내식성과 냉간가공성을 저하시킨다. 따라서, Mn의 첨가량은 8~10%로 제한한다.

Cr: 스테인리스강의 부동태 피막형성을 촉진하는 원소로서 내식성을 확보하기 위하여 14% 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, Cr이 18%를 초과하여 과다하게 첨가되는 경우 페라이트상 생성을 조장해서 과다한 δ-페라이트상이 잔존하게 되어 열간가공성을 저하시킨다. 따라서, Cr의 첨가량은 14~18%로 제한한다.

Cu : Ni 대체원소로서 오스테나이트상을 안정화시키고 Ni과 같이 강을 연질화시키는 원소이므로 최소한 1% 이상 첨가되는 것이 필요하다. 그러나, Cu가 3%를 초과하여 과다하게 첨가되면 내식성과 열간가공성을 저하시킨다. 따라서, Cu의 첨가량은 1~3%로 제한한다.

S: 미량의 불순물 원소로서 결정입계에 편석되어 열간압연시 가공크랙을 일으키는 주원소이기 때문에 그 함유량은 가능한 낮은 함량인 0.001% 이하로 제한한다.

B: 열간가공성을 향상시키는 강력한 미량원소로서 열간가공성을 저하시키는 망간과 구리를 다량 함유하고 있기 때문에 이에 대한 방지 대책으로 첨가가 필요하다. 그러나, B의 첨가량이 0.005%를 초과하는 경우에는 반대로 열간가공성이 저하된다. 따라서, B의 첨가량은 0.005% 이하로 제한한다.

Ca : 열간가공성을 저하시키는 유황이 망간 및 구리와 반응하기 전에 먼저 반응하여 망간과 구리의 손실을 방지함으로써 열간가공성을 향상시킨다. 이러한 특성을 갖는 Ca가 0.001%를 초과하여 첨가되는 경우에 제강공정에서 개재물을 다량으로 발생시키고 이러한 개재물은 연주공정시 노즐막힘 또는 개재물에 의한 표면품질을 유발시킨다. 따라서, Ca의 함유량은 0.001% 이하로 제한한다.

이하, 상술된 특성을 갖는 합금성분으로 제조된 오스테나이트계 스테인리스강에 관하여 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에는 Cr-Mn-N계 오스테나이트 스테인리스강을 제조하기 위해 사용되는 합금성분들을 나타내고, 표 1에 나타나 있지 않은 성분들 중에서 유황(S)의 함량은 공통적으로 0.001% 이하로 제한하였다. 하기 표 1에 나타난 성분을 갖는 스테인리스 용강을 잉고트(ingot)로 주조하고, 통상의 열간압연공정, 냉간압연공정 및 소둔산세공정을 행하여 1.5mm 두께의 시험재들을 준비하였다.

이러한 시험재들에 대한 인장시험과 성형성으로 표현되는 냉간가공성의 결과는 표 2에 나타내고, 또한 시험재들에 대한 열간가공성의 결과는 표 3에 나타낸다.

표 1. 발명재와 비교재의 합금성분표(wt%)

강종	C	Si	Mn	Cr	Ni	N	Cu	기타
비교예1	0.048	0.49	9.78	15.09	2.01	0.11	1.25	-
비교예2	0.050	0.50	8.22	15.01	2.06	0.13	-	-
비교예3	0.048	0.54	9.60	15.01	0.99	-	-	Ca: 0.004
비교예4	0.048	0.51	9.77	15.18	0.98	0.20	1.23
발명예	0.040	0.50	9.03	16.28	2.97	0.24	1.13	Ca0.001, B:0.002

표 2. 발명재와 비교재의 물성치

강 종	0.2%YS(kg/mm)	T.S.(kg/mm)	Y.S/T.S	El.(%)	에릭센(mm)	LDH(mm)
비교예1	32.9	79.5	0.41	61.2	12.0	24.4
비교예2	36.3	109.9	0.33	49.8	11.6	22.2
비교예3	41.9	109.6	0.38	59.3	12.3	23.9
비교예4	42.4	83.3	0.51	61.0	11.9	23.0
발명예	38.6	83.0	0.48	53.8	11.8	24.7

표 2를 참조하면, 구리(Cu)가 첨가되어 있는 강종(비교재 1, 비교재 4)은 상대적으로 낮은 항복강도와 상대적으로 높은 연신율을 갖는다. 또한, 상기 강종들 은 에릭센(erichsen) 커핑시험결과 상대적으로 높은 에릭센지수를 갖고 또한 상대적으로 높은 한계 드로잉비(LDH: limit drawing rate)를 갖는다. 이는 상기 강종들이 우수한 성형성을 나타내어 냉간가공성이 우수하다는 것을 나타낸다.

한편, 구리가 첨가되어 있지 않은 강종(비교재2)에 있어서, 상대적으로 높은 인장강도를 가지며 이는 연신율이 상대적으로 낮고 또한 성형공정시 상대적으로 높은 응력이 인가되어야 함을 의미한다.

하기 표 3을 참조하면, 구리(Cu)가 첨가되어 있는 강종(비교재 1, 비교재 4)은 구리가 첨가되어 있지 않은 강종(비교재 2)과 비교하여 상대적으로 열간 가공성이 급격히 저하되는 문제점을 나타낸다. 이는 구리가 열간 가공성을 저하시키기 때문이다.

그리고, 구리 대신에 Ca 성분이 첨가되어 있는 비교재 3은 비교재2와 유사한 특성을 나타내고 있었다. 즉, 비교재3은 상대적으로 높은 인장강도 및 열간가공성의 특성을 나타낸다.

그러나, 본 발명에 따라서, 미량원소인 B과 Ca를 첨가한 발명예에 있어서, 우수한 열간 가공성과 냉간 가공성 등의 품질특성이 얻어졌다.

표 3. 발명재와 비교재의 열간가공성, RA (Reduction of Area) 값

강 종	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	발명예
열간가공성 (RA)	37 %	59 %	58 %	41 %	63 %

본 발명에 의하면, 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서 고가의 니켈(Ni) 을 대체할 수 있는 저가의 망간(Mn), 질소(N) 등을 사용하여 제조원가를 저렴화시키면서 미량의 B와 Ca를 첨가하여 열간 가공성 및 냉간 가공성을 개선시킴으로써 범용의 304강 및 301L강을 대체할 수 있는 고강도 구조용도로 사용이 가능하다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것으로 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (1)

1. 질량%로 C: 0.1% 이하, Si: 1.0% 이하, N: 0.05~0.30%, Ni: 4.0% 이하, Mn: 8.0~10.0%, Cr: 14~18%, Cu: 1.0~3.0%, S: 0.001% 이하를 포함하고, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서,

   B: 0.005% 이하 및 Ca: 0.001% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 가공성 및 냉간 가공성이 우수한 고망간 고질소 오스테나이트계 스테인리스강.