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KR20230166672A - 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20230166672A
KR20230166672A KR1020220066938A KR20220066938A KR20230166672A KR 20230166672 A KR20230166672 A KR 20230166672A KR 1020220066938 A KR1020220066938 A KR 1020220066938A KR 20220066938 A KR20220066938 A KR 20220066938A KR 20230166672 A KR20230166672 A KR 20230166672A
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KR
South Korea
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less
stainless steel
equation
austenitic stainless
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KR1020220066938A
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Inventor
이재화
조규진
노한섭
Original Assignee
주식회사 포스코
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Publication date
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Priority to PCT/KR2023/003279 priority patent/WO2023234525A1/ko
Priority to JP2024569007A priority patent/JP2025517789A/ja
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Abstract

본 명세서에서는, 초세립 특성을 구현하여 고강도, 고연성 및 내식성을 동시에 향상시킨, 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 두께 중심부 평균 결정립 직경이 5㎛ 이하일 수 있다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{Austenite stainless steel and manufacturing method}
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 초세립 특성을 구현하여 고강도, 고연성 및 내식성을 동시에 향상시킨, 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강인 304강은 항복강도가 200 내지 350 MPa 수준으로 구조 부재용으로의 적용에 한계가 있다. 304 강에 있어서 보다 높은 항복강도를 얻기 위해서는 추가적인 조질압연 공정을 거치게 되는데, 비용상승뿐만 아니라 연신율 및 성형성의 급격한 저하가 발생한다. 또한, 304강은 고가의 합금성분을 다량 포함하고 있어, 원가 경쟁력이 열위한 문제가 있다.
특허문헌 0001은 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 600 MPa 이상의 인장강도를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 개시하고 있지만, Ni 함량이 높아 가격경쟁력이 떨어진다.
한편, 강도와 연성을 동시에 향싱시키기 위한 기술로 주목받는 것은 결정립 미세화 기술이다. 특히, 구조 부재용 강재를 초세립화시키는 방법으로는 강소성 가공(Severe Plastic Deformation, SPD)이 각광받고 있다. 강소성 가공법은, 재료에 강한 전단 응력을 가하여 결정립계 안에서 새로운 결정립계를 생성시켜 미세한 결정립을 구현하는 방법이다. 그러나, 강소성 가공법은 생산성 저하 및 제품 크기 제한 등 문제가 있다.
특허문헌 0002는 평균결정립 크기를 10 ㎛ 이하를 구현하기 위해 600 내지 700℃에서 48시간 이상 장시간 열처리를 수행하는 방법을 개시했다. 그러나, 특허문헌 0002에 개시된 방법은 생산성이 떨어지고, 제조비용이 상승하는 문제점을 갖는다.
공개특허공보 제10-2016-0138277호 (공개일자: 2016.12.02.) 일본 공개특허공보 제2020-050940호 (공개일자: 2020.04.02.)
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 가격경쟁력 가지면서도, 초세립 특성을 구현함으로써 고강도, 고연성 및 고내식성을 동시에 구현할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 두께 중심부 평균 결정립 직경이 5㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (1)로 표시되는 ASP(Austenite Stability Parameter) 값이 -30 내지 30일 수 있다.
식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (2)로 표시되는 SSP(Strength Stability Parameter) 값이 0 이상일 수 있다.
식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number)이 17이상일 수 있다.
식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 항복강도가 600MPa 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 연신율이 30% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 공식전위(pitting potential) 값이 200 mV 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 두께가 0.4 내지 2.0mm일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 잉곳을 제조하는 단계; 상기 잉곳을 열간 압연하여 열연 강판을 제조하는 단계; 상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연 강판을 최종 소둔하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 잉곳은 아래 식 (1)로 표시되는 ASP(Austenite Stability Parameter) 값이 -30 내지 30일 수 있다.
식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 잉곳은 아래 식 (2)로 표시되는 SSP(Strength Stability Parameter) 값이 0 이상일 수 있다.
식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 잉곳은 아래 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number)이 17이상일 수 있다.
식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 상기 냉간 압연 전, 상기 열연 강판을 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 중간 소둔 온도는 1050 내지 1150℃에서 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 최종 소둔 온도는 800 내지 850℃에서 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 냉간 압연은, 상온에서 상기 열연 강판의 두께 감소율이 50% 이상이 되도록 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가격경쟁력 가지면서도, 초세립 특성을 구현함으로써 고강도, 고연성 및 고내식성을 동시에 구현할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 두께 중심부 단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영한 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
C(탄소)의 함량은 0.05% 이상 0.1% 이하일 수 있다.
C는 오스테나이트상 안정화에 효과적인 원소로써, 강의 항복강도를 확보하기 위해 적정하게 첨가해야 한다. 이를 고려하여, C는 0.05% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, C의 함량이 과다한 경우에는, 고용강화 효과에 의해 냉간가공성을 저하시킬 수 있다. 또한, C의 함량이 과다한 경우에는, 저온 소둔 시 Cr 탄화물의 입계 석출로 인한 연성 및 내식성에 악영향을 미칠 수 있다. 이를 고려하여, C 함량의 상한은 0.1%로 제한될 수 있다.
Si(실리콘)의 함량은 0.2% 이상 0.7% 이하일 수 있다.
Si은 강의 탈산을 위해 첨가될 수 있고, 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이다. 이를 고려하여, Si은 0.2% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Si의 함량이 과다한 경우에는, 페라이트상 안정화 효과에 의해 주조 소재 내 델타 페라이트 형성을 조장할 수 있다. 따라서, Si의 함량이 과다한 경우에는, 열간가공성을 저하시키고, 연성 및 충격특성에 악영향을 줄 수 있다. 이를 고려하여, Si 함량의 상한은 0.7%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Si은 0.3% 이상 0.4% 이하로 첨가될 수 있다.
Mn(망간)의 함량은 2.0% 이상 4.0% 이하일 수 있다.
본 발명에서 Mn은 Ni 대신 첨가되는 오스테나이트상 안정화 원소이다. 이를 고려하여, Mn은 2.0% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Mn의 함량이 과다한 경우에는, S계 개재물(MnS)을 과량 형성하여 연성 및 내식성을 저하시킬 수 있다. 이를 고려하여, Mn 함량의 상한은 4.0%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Mn은 3.6% 이상 3.9% 이하로 첨가될 수 있다.
P(인)의 함량은 0% 초과 0.1% 미만일 수 있다.
P은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로써, 입계 부식을 일으키고 열간가공성을 저해하는 원인이 되는 원소이다. 따라서, P의 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이를 고려하여, P 함량의 상한은 0.1% 이하로 제어할 수 있다.
S(황)의 함량은 0% 초과 0.01% 미만일 수 있다.
S은 P와 마찬가지로 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로써, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 원인이 되는 원소이다. 따라서, S의 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이를 고려하여, S 함량의 상한은 0.01% 이하로 제어할 수 있다.
Cr(크롬)의 함량은 17% 이상 19% 이하일 수 있다.
Cr은 마르텐사이트상 생성을 억제하고, 내식성을 확보하는데 효과적인 원소이다. 이를 고려하여, Cr은 17% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Cr의 함량이 과다한 경우에는, 제조비용이 상승하고, 소재 내 델타 페라이트를 다량 형성하여 열간가공성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, Cr 함량의 상한은 19%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Cr은 17.2% 이상 18% 이하로 첨가될 수 있다.
Ni(니켈)의 함량은 2.0% 이상 4.0% 이하일 수 있다.
Ni은 강력한 오스테나이트상 안정화 원소로써, 양호한 열간가공성 및 냉간가공성을 확보하기 위해 필수적인 원소이다. 따라서, Mn을 일정량 첨가함에도 불구하고, Ni은 2.0% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Ni의 함량이 과다한 경우에는, 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms)가 너무 낮아져서, 냉간가공 시 응력 유기 마르텐사이트의 생성이 어려울 수 있다. 또한, Ni의 함량이 과다한 경우에는, 원료비용의 상승을 초래할 수 있다. 이를 고려하여, Ni 함량의 상한은 4.0%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Ni은 3.4% 이상 3.7% 이하로 첨가될 수 있다.
Cu(구리)의 함량은 1.0% 이상 2.5% 이하일 수 있다.
Cu는 오스테나이트상 안정화 원소로써, 재료의 연질화에 효과적이다. 이를 고려하여 Cu는 1.0% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Cu의 함량이 과다한 경우에는, 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms)가 너무 낮아져서, 냉간가공 시 응력 유기 마르텐사이트의 생성이 어려울 수 있다. 또한, Cu의 함량이 과다한 경우에는, 소재비용의 상승 및 열간취성을 유발할 수 있다. 이를 고려하여, Cu 함량의 상한은 2.5%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Cu는 1.5% 이상 2.0% 이하로 첨가될 수 있다.
N(질소)의 함량은 0.15% 이상 0.25% 이하일 수 있다.
N는 오스테나이트상 안정화 및 내식성 향상에 효과적인 원소이다. 이를 고려하여, N는 0.15% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, N의 함량이 과다한 경우에는, 고영강화 효과에 의해 냉간가공성이 저하될 수 있고, 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms)가 너무 낮아져서, 냉간가공 시 응력 유기 마르텐사이트의 생성이 어려울 수 있다. 또한, N의 함량이 과다한 경우에는, 주조 시 기공 형성으로 품질 불량을 일으킬 수 있다. 이를 고려하여, N 함량의 상한은 0.25%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, N은 0.16% 이상 0.21% 이하로 첨가될 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 초세립 특성을 구현하여, 두께 중심부의 평균 결정립 직경이 5㎛ 이하일 수 있다. 여기서, 두께 중심부란, 스테인리스강 두께를 t라고 했을 때, 1/4t 내지 3/4t 부분을 의미한다.
한편, 본 발명에서 평균이란, 임의의 5개소에서 측정한 값의 평균값을 의미힌다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (1)로 표시되는 ASP(Austenite Stability Parameter) 값이 -30 내지 30일 수 있다.
식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
식 (1)은 스테인리스강을 0.3 진변형(true strain)으로 변형시켰을 때, 오스테나이트의 50%가 마르텐사이트로 변태하는 온도를 의미하는 것으로, 오스테나이트 상안정화도의 지표로 활용된다. 식 (1)의 값이 낮을수록 오스테나이트 상안정화도가 높은 것을 의미하며, 변형 시 변태되는 가공 유기 마르텐사이트의 양이 적어진다.
식 (1)의 값이 -30 미만이면, 오스테나이트상에서 마르텐사이트상으로 TRIP변태량이 낮아 가공 유기 마르텐사이트량이 줄어들게 된다. 따라서, 식 (1)의 값이 -30 미만이면, 저온 소둔에 의해 역변태 오스테나이트(reverted austenite)상이 되는 비율이 낮아지게 되고, 초세립을 확보하기 어려워질 수 있다. 그러나, 식 (1)의 값이 30을 초과하면, 너무 빠른 TRIP 변태로 인해, 항복강도 및 연신율이 낮아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (2)로 표시되는 SSP(Strength Stability Parameter) 값이 0 이상일 수 있다.
식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
상기 식 (2)의 값이 0 미만인 경우에는, 넓은 범위의 최종 소둔 온도에서 초세립 미세조직 특성을 구현하기 어려울 수 있다. 즉, 본 발명에서 제시하는 최종 소둔 온도 범위인 800 내지 850℃의 모든 영역에서 초세립 미세조직 특성을 구현하기 위해서는, 상기 식 (2)의 값을 0 이상으로 제어할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 아래 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number)이 17이상일 수 있다.
식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
상기 식 (3)의 값이 17 미만인 경우에는, 3.5% NaCl 용액(30℃)으로 측정한 공식 전위값(pitting potential)이 200mV 이상을 만족하지 못할 수 있다. 즉, 상기 식 (3)의 값이 17 미만인 경우에는, 목표로하는 고내식성을 달성하기 어려울 수 있다.
본 발명에서 제시하는 합금성분, 파라미터 및 제조방법을 통해, 초세립 특성을 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 항복강도가 600MPa 이상일 수 있고, 연신율이 30% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 공식전위(pitting potential) 값이 200 mV 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 두께가 0.4 내지 2.0mm일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 목적에 따라 다양한 두께로 제조될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 잉곳을 제조하는 단계; 상기 잉곳을 열간 압연하여 열연 강판을 제조하는 단계; 상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연 강판을 최종 소둔하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 잉곳은 아래 식 (1)로 표시되는 ASP(Austenite Stability Parameter) 값이 -30 내지 30일 수 있다.
식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 잉곳은 아래 식 (2)로 표시되는 SSP(Strength Stability Parameter) 값이 0 이상일 수 있다.
식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에서, 상기 잉곳은 아래 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number)이 17이상일 수 있다.
식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
한편, 목적 및 용도에 따라 상기 잉곳 대신 슬라브로도 제조될 수 있다.
상기 각 합금조성의 성분범위, 식 (1), 식 (2) 및 식 (3) 값의 수치 한정 이유는 상술한 바와 같으며, 이하 각 제조단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 상기 합금조성을 만족하는 잉곳을 마련한 후, 일련의 열간압연, 냉간압연 및 최종소둔하는 공정을 거칠 수 있다.
먼저, 상기 잉곳을 1150 내지 1300℃에서 가열한 후, 열간 압연하여 열연 강판을 제조할 수 있다.
상기 가열 온도가 낮을 경우에는, 잉곳 제조 중 생성된 조대한 석출물들을 재분해하기 어려울 수 있다. 이를 고려하여, 가열 온도는 1150
Figure pat00001
이상일 수 있다. 그러나, 가열 온도가 지나치게 높을 경우에는, 내부 결정립이 너무 조대해질 수 있고, 표면 산화가 심하게 발생하여 표면결함을 유발할 수 있다. 이를 고려하여, 가열 온도의 상한은 1300
Figure pat00002
로 제한될 수 있다.
다음으로, 상기 냉간 압연 전, 상기 열연 강판을 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 중간 소둔하는 단계는 필요에 따라 수행할 수도 있고, 생략할 수도 있다.
상기 중간 소둔을 수행하는 경우에는, 1000 내지 1150℃의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 중간 소둔 온도가 낮은 경우에는, 잔류 마르텐사이트 분율이 높아져 가공성이 떨어질 수 있다. 그러나, 중간 소둔 온도가 너무 높은 경우에는, 결정립 조대화로 인한 강도 저하가 발생할 수 있다.
상기 최종 소둔 온도는 800 내지 850℃에서 수행할 수 있다.
중간 소둔 온도와 마찬가지로, 상기 최종 소둔 온도가 너무 낮은 경우에는, 가공성이 떨어질 수 있다. 그러나, 최종 소둔 온도가 너무 높은 경우에는, 결정립 조대화로 인해 강도가 떨어질 수 있다.
상기 냉간 압연은, 상온에서 상기 열연 강판의 두께 감소율이 50% 이상이 되도록 수행할 수 있다. 냉간 압연 시 두께 감소율이 50% 미만인 경우에는, 가공 유기 마르텐사이트량이 줄어들게 되어 저온 소둔 시 초세립 역변태 오스테나이트상 비율이 낮아져 강도 확보가 어려울 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
아래 표 1에 나타낸 다양한 합금 성분범위에 대하여, 진공유도 용해로에서 150mm 두께의 35kg 잉곳(Ingot) 형태로 주조했다. 주조된 잉곳은 1250℃의 가열로에서 2시간 가열한 후, 판폭 200mm, 두께 4mm로 열간압연하여 열연 강판을 제조하고 공냉하였다. 공냉된 열연 강판에 대해 1100℃에서 1분간 중간 소둔을 수행한 다음, 산세 후 1.2mm의 두께까지 냉간압연하여 냉연 강판을 제조했다. 상기 냉연 강판에 대해 표 2의 최종 소둔 온도에서 소둔하여 최종 제품을 제조했다.
구분 합금성분
C Si Mn Cr Ni Cu N
실시예1 0.1 0.4 3.9 18 3.5 1.5 0.21
실시예2 0.06 0.3 3.7 17.7 3.6 1.9 0.18
실시예3 0.05 0.3 3.6 17.7 3.7 2.0 0.2
실시예4 0.07 0.4 3.6 17.2 3.4 1.7 0.16
비교예1 0.06 0.6 4.3 18.7 4.2 1.4 0.22
비교예2 0.07 0.6 5.7 16.7 2.4 1.5 0.15
비교예3 0.08 0.4 2.9 17.3 2.8 1.3 0.17
비교예4 0.05 0.5 5.1 16.8 4.1 1.8 0.15
아래 표 2에는 식 (1)값, 식 (2)값, 식 (3)값, 최종 소둔 온도, 평균 결정립 직경, 공식 전위, 항복강도 및 연신율을 나타냈다.
식 (1)값은, 아래 식 (1)을 계산하여 나타냈다.
식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
식 (2)값은, 아래 식 (2)를 계산하여 나타냈다.
식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
식 (3)값은, 아래 식 (3)을 계산하여 나타냈다.
식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
평균 결정립 직경은, 모델명이 JSM-7001F인 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 강의 중심부 단면을 좔영하여 측정했다.
공식전위는, 정전위기(Potentiostat) 장비를 이용하여 측정했다. 이때, 강을 NaCl 용액에 침지하고, 20mV/min의 전압을 인가하였을 때, 전류가 100㎂에 도달하는 전위 (pitting potential)를 측정한 값을 나타냈다. 여기서, 상기 NaCl용액의 온도는 30℃이고, 농도는 3.5% 로 설정했다. 한편, 공식전위 값이 높을수록 내식성이 우수함을 의미한다.
항복강도 및 연신율은, Zwick Roell사의 인장시험기를 통해, JIS13B 인장시험편을, 분당 15mm의 인장속도로, 상온에서 시험을 수행하여 측정했다.
구분 식 (1) 식 (2) 식 (3) 최종 소둔 온도
(℃)		 평균 결정립 직경
(㎛)		 공식 전위
(mV)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)
실시예1 -19 1.8 19.4 800 3.2 309 679 36.0
850 4.1 318 622 38.5
실시예 2 5 1.0 18.7 800 2.9 273 678 35.8
850 4.4 281 613 38.4
실시예 3 -4.2 0.7 19.7 800 2.9 276 660 38.6
850 4.1 284 610 41.4
실시예 4 28 2.1 18.0 800 3.8 233 666 35.9
850 4.6 240 624 37.9
비교예 1 -37 -4 20.1 800 3.9 344 608 41.9
850 8.6 354 557 42.6
비교예 2 56 -2.4 16.3 800 3.2 143 657 38.7
850 7.4 147 576 42.0
비교예 3 52 -3.6 18.6 800 4.5 265 614 37.9
850 8.9 273 562 42.2
비교예 4 11 7.6 16.7 800 3.1 169 762 29.4
850 4.1 164 676 36.5
표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 4는 본 발명에서 제시하는 합금조성, 성분범위, 파라미터 및 제조공정을 만족했다. 따라서, 실시예 1 내지 4는 평균 결정립 직경이 5㎛ 이하, 항복강도 600 MPa 이상, 연신율 30% 이상, 공식 전위 값이 200mV 이상을 만족했다. 즉, 실시예 1 내지 4는 고강도, 고연성 및 고내식성을 동시에 만족했다.
그러나, 비교예 1 내지 3의 경우에는, 식 (1)의 값이 -30 내지 30을 만족하지 못했고, 식 (2)의 값이 0 이상을 만족하지 못했다. 따라서, 결정립 직경이 5㎛ 이하 및 항복강도 600 MPa 이상을 만족하지 못했다. 특히, 본 발명에서 제시하는 최종 소둔 온도 범위인 800 내지 850℃의 모든 영역에서 초세립 미세조직 특성을 구현하기 어려웠다.
비교예 2 및 4의 경우에는, Mn 함량이 과다하여, 식 (3)의 값이 17 이상을 만족하지 못했다. 따라서, 비교예 2 및 4의 경우에는, 공식 전위 값이 200mV 이상을 만족하지 못했다. 즉, 비교예 2 및 4는 내식성이 열위했다.
도 1은, 본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 두께 중심부 단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 두께 중심부의 평균 결정립 직경이 5㎛ 이하를 만족한다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 예를 따르면, 초세립 특성을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    두께 중심부 평균 결정립 직경이 5㎛ 이하인, 오스테나이트계 스테인리스강.
  2. 청구항 1에 있어서,
    아래 식 (1)로 표시되는 ASP(Austenite Stability Parameter) 값이 -30 내지 30인, 오스테나이트계 스테인리스강:
    식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
    (상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다).
  3. 청구항 1에 있어서,
    아래 식 (2)로 표시되는 SSP(Strength Stability Parameter) 값이 0 이상인, 오스테나이트계 스테인리스강:
    식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
    (상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다).
  4. 청구항 1에 있어서,
    아래 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number)이 17이상인, 오스테나이트계 스테인리스강:
    식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
    (상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다).
  5. 청구항 1에 있어서,
    항복강도가 600MPa 이상인, 오스테나이트계 스테인리스강.
  6. 청구항 1에 있어서,
    연신율이 30% 이상인, 오스테나이트계 스테인리스강.
  7. 청구항 1에 있어서,
    공식전위(pitting potential) 값이 200 mV 이상인, 오스테나이트계 스테인리스강.
  8. 청구항 1에 있어서,
    두께가 0.4 내지 2.0mm인, 오스테나이트계 스테인리스강.
  9. 중량 %로, C: 0.05% 이상 0.1% 이하, Si: 0.2% 이상 0.7% 이하, Mn: 2.0% 이상 4.0% 이하, P: 0% 초과 0.1% 미만, S: 0% 초과 0.01%미만, Cr: 17% 이상 19% 이하, Ni: 2.0% 이상 4.0% 이하, Cu: 1.0% 이상 2.5% 이하, N: 0.15% 이상 0.25% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 잉곳을 제조하는 단계;
    상기 잉곳을 열간 압연하여 열연 강판을 제조하는 단계;
    상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연 강판을 최종 소둔하는 단계;를 포함하는, 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 잉곳은 아래 식 (1)로 표시되는 ASP(Austenite Stability Parameter) 값이 -30 내지 30인, 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법:
    식 (1): 551 - 462×([C]+[N]) - 9.2×[Si] - 8.1×[Mn] - 13.7×[Cr] - 29×([Ni]+[Cu])
    (상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu]는 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다).
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 잉곳은 아래 식 (2)로 표시되는 SSP(Strength Stability Parameter) 값이 0 이상인, 오스테나이트계 스테인리스강:
    식 (2): 58 + 132×[C] - 7.9×[Si] + 1.0×[Mn] - 5.6×[Cr] + 7.0×[Ni] + 3.9×[Cu] + 1.7×[N]
    (상기 식 (2)에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다).
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 잉곳은 아래 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number)이 17이상인, 오스테나이트계 스테인리스강:
    식 (3): [Cr] - 0.5×[Mn] + 16×[N]
    (상기 식 (3)에서, [Cr], [Mn], [N]은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다).
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉간 압연 전, 상기 열연 강판을 중간 소둔하는 단계를 더 포함하는, 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 중간 소둔 온도는 1050 내지 1150℃에서 수행하는, 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 최종 소둔 온도는 800 내지 850℃에서 수행하는, 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉간 압연은, 상온에서 상기 열연 강판의 두께 감소율이 50% 이상이 되도록 수행하는, 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
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