WO2022050635A1 - 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents

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박미남
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    • C21D2211/001—Austenite

Definitions

  • the present invention relates to an austenitic stainless steel that can be used as a variety of materials, such as for automobile exterior panels and construction parts, and a method for manufacturing the same.
  • Austenitic stainless steel has excellent formability, work hardenability, and weldability, so it can be used for various purposes such as transportation parts and construction parts.
  • typical general-purpose austenitic stainless steels such as 304 stainless steel or 301 stainless steel, have a yield strength of 200 to 350 MPa and have low strength, so there is a limit to their application to structures.
  • temper rolling is additionally performed as a method to increase the yield strength of austenitic stainless steel, but this method has a problem in that the cost increases due to an additional process and the elongation of the material is extremely poor.
  • Patent Document 1 discloses a 300 series stainless steel manufacturing method with small curvature even after half-etching by temper rolling a cold-rolled annealing material for a laser metal mask for photo-etching, and then performing two SR (Stress Relief) heat treatment. is starting
  • Patent Document 1 relates to a manufacturing technology for controlling etching properties and rebound after etching, and when the austenitic phase stability ASP (Austenitic Stability Parameter) value is 30 to 50, deformation-induced martensite transformation occurs rapidly during molding, so that the elongation is decreased. There is a risk of deterioration.
  • austenitic phase stability ASP Austenitic Stability Parameter
  • Patent Document 2 relates to a member for nuclear power, and heat treatment was performed for a long time at 600 to 700° C. for 48 hours or more in order to manufacture an austenitic stainless steel having an average grain size of 10 ⁇ m or less.
  • productivity is lowered to be implemented in an actual production line, and there is a problem in that the manufacturing cost is increased.
  • Patent Document 1 International Publication WO2016-043125A1 (Publication Date: 2016.03.14)
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. JP2020-50940A (published on: 2020.04.02)
  • the present invention is to provide an ultra-fine 300 series stainless steel that simultaneously satisfies high yield strength and excellent elongation.
  • Austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention is, by weight, C: 0.005 to 0.03%, Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2%, Ni: 6 to 9%, Cr: 16 to 19 %, N: 0.2% or less, the remaining Fe and unavoidable impurities are included, and when the total thickness of the steel is t, the average grain size d value is 5 ⁇ m or less in the thickness 1/4t to 3/4t, and the following formula (1)
  • the ASP value expressed by may be 10 to 25, the value of Equation (2) may be 435 or more, and the value of Equation (3) may be 6000 or more.
  • each austenitic stainless steel according to the present invention may have a value of Equation (4) below 200 or more.
  • Hv Vickers hardness (Hv)
  • [Ni] [Cr] means the weight % of each element.
  • each austenitic stainless steel according to the present invention may further include one or more of Cu: 0.4% or less, Mo: 0.2% or less, Nb: 0.25% or less, V: 0.25% or less by weight% .
  • t may be 0.4 to 2.0 mm.
  • each austenitic stainless steel according to the present invention may have a pitting potential value of 250 mV or more measured by immersion in a solution of 3.5% NaCl at 30°C.
  • the method for manufacturing austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention is, in weight %, C: 0.005 to 0.03%, Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2%, Ni: 6 to 9%, Cr: 16 to 19%, N: 0.2% or less, hot rolling the slab containing the remaining Fe and unavoidable impurities, and then cold rolling at a reduction ratio of 40% or more at room temperature and annealing at 700 to 850 ° C. there is.
  • each austenitic stainless steel according to the present invention may be characterized in that the hot rolling is followed by cold rolling without annealing.
  • each austenitic stainless steel according to the present invention may further include the step of temper rolling at a reduction ratio of 60% or more.
  • the present invention can provide an ultra-fine 300 series stainless steel that simultaneously satisfies high strength and high ductility.
  • the present invention is economical by reducing the contents of Ni and Cr, which are expensive alloying elements, while providing an austenitic stainless steel satisfying both high strength and high ductility.
  • the present invention can provide an austenitic stainless steel capable of ensuring excellent corrosion resistance while simultaneously satisfying high strength and high ductility.
  • 1 is a view showing ranges of invention examples and comparative examples according to the values of formula (2) and formula (3).
  • 2A to 2C are diagrams for comparing the average grain size d of the invention example and the comparative example.
  • 3a to 3c are graphs showing the strain (%)-Stress (MPa) curve of the invention example.
  • 4A to 4C are graphs showing a strain (%)-Stress (MPa) curve of a comparative example.
  • Austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention is, by weight, C: 0.005 to 0.03%, Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2%, Ni: 6 to 9%, Cr: 16 to 19 %, N: 0.2% or less, the remaining Fe and unavoidable impurities are included, and when the total thickness of the steel is t, the average grain size d value is 5 ⁇ m or less in the thickness 1/4t to 3/4t, and the following formula (1)
  • the ASP value expressed by may be 10 to 25, the value of Equation (2) may be 435 or more, and the value of Equation (3) may be 6000 or more.
  • Austenitic stainless steel is used for various purposes due to its excellent formability, work hardenability, and weldability, but has a disadvantage of low yield strength, and there is a problem in that elongation is inferior when temper rolling is performed to increase yield strength.
  • the inventors of the present invention paid attention to ultrafine-grained austenitic stainless steel as a steel material that simultaneously satisfies high yield strength and excellent elongation. However, ultra-fine grains do not satisfy both high yield strength and excellent elongation at the same time.
  • the content of Ni and Cr is different for each steel type, the amount of martensite transformation during cold working is different according to the degree of austenite phase stability, and the tensile curve characteristics are different according to the TRIP (Transformation Induced Plasticity) transformation behavior. Even if it is an austenitic stainless steel, it differs greatly from steel to steel.
  • the inventors of the present invention have come to devise an ultra-fine austenitic stainless steel capable of simultaneously realizing high strength and high ductility in consideration of these effects.
  • Austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention is, by weight, C: 0.005 to 0.03%, Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2%, Ni: 6 to 9%, Cr: 16 to 19 %, N: 0.2% or less, the remaining Fe and unavoidable impurities may be included.
  • Cu: 0.4% or less, Mo: 0.2% or less, Nb: 0.25% or less, V: 0.25% or less may further include one or more kinds.
  • the content of C (carbon) is 0.005 to 0.03% by weight.
  • C is an austenite phase stabilizing element.
  • C is added in an amount of 0.005% by weight or more.
  • the C content is limited to 0.03 wt% or less in the present invention.
  • the content of Si (silicon) is 0.1 to 1% by weight.
  • Si is a component added as a deoxidizer during steel making, and when a bright annealing process is performed, Si oxide is formed in the passivation film to improve the corrosion resistance of steel.
  • Si is added in an amount of 0.1 wt% or more.
  • the Si content is limited to 1.0 wt% or less in the present invention.
  • the content of Mn (manganese) is 0.1 to 1.0% by weight.
  • Mn is an austenite phase stabilizing element.
  • Mn is added in an amount of 0.1 wt% or more.
  • the content of Mn in the present invention is limited to 1.0% by weight or less.
  • Ni nickel
  • the content of Ni (nickel) is 6.0 to 9.0 wt%.
  • Ni is an austenite phase stabilizing element and has an effect of softening steel materials.
  • Ni is added in an amount of 6.0 wt% or more.
  • the content of Ni is limited to 9.0 wt% or less in the present invention.
  • the content of Cr (chromium) is 16.0 to 19.0% by weight.
  • Cr is a major element for improving the corrosion resistance of stainless steel. In consideration of this, 16.0 wt% or more of Cr is added in the present invention. However, if the Cr content is excessive, the steel is hardened, and since there is a problem of suppressing deformation-induced martensitic transformation during cold rolling, the content of Cr in the present invention is limited to 19.0% by weight or less.
  • the content of N (nitrogen) is 0.2% by weight or less.
  • N is an austenite phase stabilizing element and improves the strength of steel.
  • the N content is excessive, the steel is hardened and there is a problem that the hot workability is deteriorated, so the content of N in the present invention is limited to 0.2% by weight or less.
  • the content of Cu (copper) may be 0.4 wt% or less.
  • Cu is an austenite phase stabilizing element.
  • the content of Cu in the present invention is limited to 0.4% by weight or less.
  • the content of Mo (molybdenum) may be 0.2% by weight or less.
  • Mo has the effect of improving corrosion resistance and workability. However, if the Mo content is excessive, there is a problem in that the cost increases, so the content of Mo in the present invention is limited to 0.2% by weight or less.
  • Nb (niobium) or V (vanadium) may be 0.25 wt% or less.
  • Nb and V When Nb and V are added, they form (Nb,V)(C,N) precipitates, thereby inhibiting grain growth.
  • Nb and V contents are excessive, there is a problem in that the cost is increased. Therefore, the Nb and V contents in the present invention are limited to 0.25 wt% or less, respectively.
  • the remaining component of the present invention is iron (Fe).
  • Fe iron
  • the impurities are known to any person skilled in the art of a conventional manufacturing process, all details thereof are not specifically mentioned in the present specification.
  • the stainless steel of the present invention may be further limited as follows, in addition to limiting the content of each alloying element to the conditions described above.
  • the ASP (Austenitic Stability Parameter) value expressed by the following formula (1) may be 10 to 25 or less.
  • Equation (1) means the temperature at which 50% of austenite is transformed into martensite when stainless steel is deformed to 0.3 true strain, and is used as an indicator of austenite phase stability. The lower the value of Equation (1), the higher the degree of austenite phase stabilization, and the less the amount of processed induced martensite transformed during deformation.
  • Equation (1) If the value of Equation (1) is less than 10, the amount of TRIP transformation from the austenite phase to the martensite phase by cold rolling is low, and the martensite fraction of the cold rolled material is lowered, and the retained austenite phase fraction is increased. As the amount of processing-induced martensite decreases, the ratio of the reverse-transformed austenite phase by low-temperature annealing decreases. When the value of Equation (1) exceeds 25, TRIP transformation by cold rolling is activated, but there is a problem in that a low elongation value is displayed due to a too fast TRIP transformation rate.
  • the value of the following formula (2) may be 435 or more.
  • [N] and [Ni] mean the weight % of each element.
  • ASP means the ASP value of Equation (1).
  • d denotes the average grain size at a thickness of 1/4t to 3/4t when the total thickness of the steel is t.
  • t may be 0.4 to 2.0mm.
  • a lot of materials having a thickness of 0.4 to 2.0 mm are applied to structural parts, and according to the present invention, austenitic stainless steel having high strength-high ductility in the corresponding thickness range can be provided.
  • d may be 5 ⁇ m or less.
  • Equation (2) is a parameter for securing high strength, and it is a parameter that considers the factors affecting strength, such as N, Ni content, grain size, and austenite phase stability. When the value of Formula (2) is less than 435, it becomes impossible to ensure sufficient high strength.
  • the value of the following formula (3) may be 6000 or more.
  • YS is the yield strength (MPa)
  • EL is the elongation (%)
  • [Ni] means the weight % of each element.
  • Equation (3) The YS*EL value of Equation (3) is greatly affected by the Cr and Ni contents. For example, if the Cr and Ni contents are small, the TRIP transformation occurs easily and the YS*EL value tends to increase. If the value of Equation (3) is less than 6000, there is a problem that high strength and high ductility cannot be satisfied at the same time.
  • the value of the following formula (4) may be 200 or more.
  • Hv Vickers hardness (Hv)
  • [Ni] [Cr] means the weight % of each element.
  • Equation (4) The Hv value of Equation (4) is greatly affected by the Cr and Ni contents. For example, if the Cr and Ni contents are small, the TRIP transformation occurs easily, and accordingly, the amount of processing-induced martensite transformation increases during cold deformation. As a result, the hardness of steel materials rises. If the value of formula (4) is less than 200, there is a problem in that sufficient hardness cannot be secured.
  • the austenitic stainless steel according to the present invention not only satisfies high strength and high ductility at the same time, but also has excellent corrosion resistance.
  • the austenitic stainless steel according to an example may have a pitting potential value of 250 mV or more measured by immersion in a solution of 30° C. and 3.5% NaCl.
  • the austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention may have a tensile strength of 1750 MPa or more after temper rolling.
  • the method for manufacturing austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention is, in weight %, C: 0.005 to 0.03%, Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2%, Ni: 6 to 9%, Cr: 16 to 19%, N: 0.2% or less, hot rolling the slab containing the remaining Fe and unavoidable impurities, and then cold rolling at a reduction ratio of 40% or more at room temperature and annealing at 700 to 850 ° C. there is.
  • the TRIP transformation amount of the austenitic stainless steel of the present invention having an ASP of 10 to 25 is too low, so that the martensite fraction of the cold rolled material is lowered, and the retained austenite phase fraction is increased.
  • the rate of reverse transformation austenite phase by subsequent low-temperature annealing decreases, and the fraction of retained austenite phase that is not transformed into martensite is high, making it difficult to secure ultra-fine grains.
  • the hot-rolled material may be cold-rolled and then annealed at a low temperature at 700 to 850°C. If the low-temperature annealing temperature is less than 700° C., there is a problem in that recrystallization from the processed martensite phase to the reverse transformation austenite phase does not occur. On the other hand, when the low-temperature annealing temperature exceeds 850° C., the grain size of reverse transformation austenite becomes coarse and there is a risk that the yield strength may be lowered.
  • cold rolling may be performed without annealing.
  • it may further include a step of temper rolling at a reduction ratio of 60% or more.
  • the slabs having the components in Table 1 below were hot-rolled and then cold-rolled at room temperature with a total reduction ratio of 40% or more without performing annealing. Then, annealed at 700 to 850 °C to prepare a cold rolled annealed material having a thickness of 0.4 to 2.0 mm.
  • ASP is a value derived by substituting the alloy composition of Table 1 into Equation (1) below indicating the degree of austenite phase stability.
  • Equation (2) of Table 2 means a value derived from Equation (2) below.
  • Equation (2) was derived by substituting the [N], [Ni] weight% and ASP values in Table 1, and d values in Table 2.
  • Equation (3) of Table 2 means a value derived by Equation (3) below.
  • Equation (3) The value of Equation (3) was derived by substituting the yield strength (YS, MPa), elongation (EL, %), and [Ni], [Cr] wt% of Table 1 measured under the conditions described below.
  • Yield strength (YS, MPa) and elongation (EL, %) were obtained by performing a tensile test in the range of 10 mm/min to 20 mm/min of crosshead at room temperature using the manufactured cold-rolled annealed material as a test piece according to standard JIS13B. The following measurements were made.
  • Equation (4) in Table 2 means a value derived from Equation (4) below.
  • Equation (4) was derived by substituting the Vickers hardness (Hv), [Ni], [Cr] wt% of Table 1 measured under the conditions described below.
  • the Vickers hardness (Hv) is a value measured with a load of 2 kgf using a Vickers hardness machine.
  • the pitting potential (mV) in Table 2 is a value measured by immersing the cold-rolled annealed material in a solution of 3.5% NaCl at 30°C.
  • ASP values are 10 to 25, d values are 5 ⁇ m or less, the value of formula (2) is 435 or more, and the value of formula (3) is 6000 or more. It was possible to secure high strength-high ductility and excellent corrosion resistance.
  • the value of Equation (4) of Inventive Examples 1 to 8 was 200 or more, and the pitting potential was 250 mV or more.
  • Comparative Examples 6 to 18 were out of the ASP value range limited by the present invention. Comparative Examples 6 to 13 and 18 having an ASP value exceeding 25 exhibited low elongation due to the too fast TRIP transformation rate during molding. In Comparative Examples 14 to 17 having an ASP value of less than 10, the fraction of retained austenite phase was high, and ultrafine grains could not be secured.
  • Comparative Examples 3 to 5 and 13 to 17 did not satisfy the value range of Equation (2) limited by the present invention. As a result, both high strength and high ductility were not satisfied.
  • Comparative Examples 2 and 5 to 17 did not satisfy the value range of Equation (3) limited by the present invention. As a result, both high strength and high ductility were not satisfied.
  • Comparative Examples 1, 3 to 5, 7, 10, 12, 14 to 17 did not satisfy the value range of Equation (4) limited by the present invention. As a result, sufficient hardness was not secured.
  • Comparative Example 18 contained a large amount of Mn, so the corrosion resistance was lowered, and the pitting potential was as low as 30 mV.
  • FIG. 1 is a view showing ranges of invention examples and comparative examples according to the values of formula (2) and formula (3).
  • Figure 1 it can be seen that all invention examples are included within the value range of Equation (2) and Equation (3) limited by the present invention, and an austenitic stainless steel that simultaneously satisfies high strength-high ductility characteristics within the range can provide
  • the value range of Equation (2) and/or the value range of Equation (3) is not satisfied, and in this case, it is difficult to simultaneously satisfy high strength and high ductility characteristics.
  • FIGS. 2A and 2B and FIG. 2C are diagrams for comparing the average grain size d of the invention example and the comparative example.
  • 2A and 2B are views according to the present invention
  • FIG. 2C is a view according to a comparative example. Comparing FIGS. 2A and 2B and FIG. 2C , it can be seen that the austenitic stainless steel according to the present invention has a d value of 5 ⁇ m or less and is very fine.
  • 3a to 3c are graphs showing the strain (%)-Stress (MPa) curve of the invention example.
  • 4A to 4C are graphs showing a strain (%)-Stress (MPa) curve of a comparative example.
  • the austenitic stainless steel according to the present invention satisfies high strength and high ductility at the same time, and by reducing the contents of Ni and Cr, which are expensive alloying elements, it is economical and can secure excellent corrosion resistance. Therefore, it can be used as a variety of materials, such as for automobile exterior panels and construction parts.

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Abstract

본 명세서에서는 자동차 외판용, 건축용 부품용 등 다양한 소재로 활용이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다. 개시되는 오스테나이트계 스테인리스강의 일 실시예에 따르면 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상일 수 있다. (1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V]) (2) (1600*[N]) + (700/√α)+ (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100 (3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr]) 상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
본 발명은 자동차 외판용, 건축용 부품용 등 다양한 소재로 활용이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 성형성, 가공경화능, 용접성으로 운송용 부품 및 건축용 부품 등 다양한 용도로 적용이 된다. 그러나, 대표적인 범용 오스테나이트계 스테인리스강인 304계 스테인리스강이나 301계 스테인리스강은 항복강도가 200~350MPa 수준으로 강도가 낮아 구조물에 적용하기에는 한계가 있다.
오스테나이트계 스테인리스강의 항복강도를 높이기 위한 방안으로 조질 압연을 추가적으로 수행하는 경우가 있으나, 이러한 방안은 추가적인 공정으로 비용이 상승하고, 소재의 연신율이 극도로 열위해지는 문제가 있다.
특허문헌 1은 포토에칭 가공을 위한 레이저 메탈마스크용으로 냉연 소둔재를 조질 압연한 다음, 2회 SR(Stress Relief)열처리에 의해 하프 에칭(half etching) 후에도 반곡이 작은 300계 스테인리스강 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1은 에칭성과 에칭 후 반곡을 제어하기 위한 제조기술에 관한 것이며, 오스테나이트 상안정화도 ASP(Austenitic Stability Parameter) 값이 30 내지 50으로 성형 시 변형 유기 마르텐사이트 변태가 급격히 일어나 연신율이 저하될 우려가 있다.
특허문헌 2는 원자력용 부재에 관한 것으로 평균 결정립 크기를 10㎛ 이하인 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하기 위하여 600~700℃에서 48시간 이상 장시간 열처리를 수행하였다. 특허문헌 2에 따른 경우 장시간 열처리 수행이 필요하여 실제 생산라인에서 구현하기에는 생산성이 떨어지며, 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) 국제공개공보 WO2016-043125A1 (공개일: 2016.03.14)
(특허문헌 2) 일본공개특허공보 JP2020-50940A (공개일: 2020.04.02)
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 높은 항복강도와 우수한 연신율을 동시에 만족하는 초세립 300계 스테인리스강을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상일 수 있다.
(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
(2) (1600*[N]) + (700/
Figure PCTKR2021011462-appb-img-000001
) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (4) 값이 200 이상일 수 있다.
(4) Hv - ([Ni]+[Cr])
상기 식 (4)에서, Hv는 비커스 경도(Hv), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, Cu: 0.4% 이하, Mo: 0.2% 이하, Nb: 0.25% 이하, V: 0.25% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 상기 t는 0.4 내지 2.0mm일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강은 30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 측정한 공식전위 값이 250mV 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연한 다음, 상온에서 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하는 단계 및 700 내지 850℃에서 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 열간 압연한 다음, 소둔하지 않고 냉간 압연하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 각 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 압하율 60% 이상으로 조질 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 고강도와 고연성을 동시에 만족하는 초세립 300계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
본 발명은 고강도-고연성을 동시에 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하면서도, 고가의 합금원소인 Ni, Cr의 함량을 저감하여 경제적이다.
본 발명은 고강도-고연성을 동시에 만족하면서도, 우수한 내식성을 확보 가능한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
도 1은 식 (2) 값, 식 (3) 값에 따라 발명예, 비교예의 범위를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 발명예, 비교예의 평균 결정립 크기 d를 비교하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 발명예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 비교예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.
본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상일 수 있다.
(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
(2) (1600*[N]) + (700/
Figure PCTKR2021011462-appb-img-000002
) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 성형성, 가공경화능, 용접성으로 다양한 용도로 사용되나, 항복강도가 낮은 단점이 존재하며, 항복강도를 높이기 위해 조질 압연을 수행하는 경우 연신율이 열위되는 문제가 있다. 본 발명의 발명자들은 높은 항복강도와 우수한 연신율을 동시에 만족하는 강재로 초세립 오스테나이트계 스테인리스강에 주목하였다. 그러나, 초세립이라 하여 높은 항복강도와 우수한 연신율을 동시에 만족하는 것은 아니다. 강종 마다 Ni, Cr 함량이 상이하고, 오스테나이트 상안정화도에 따라 냉간 가공 시 마르텐사이트 변태량이 상이하고, TRIP(Transformation Induced Plasticity) 변태 거동에 따라 인장커브 특성이 상이하여 항복강도와 연신율도 초세립 오스테나이트계 스테인리스강이라 하여도 강마다 크게 상이하다. 본 발명의 발명자들은 이러한 영향들을 고려하여 고강도-고연성 동시 구현이 가능한 초세립 오스테나이트계 스테인리스강을 고안하기에 이르렀다.
본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 선택적으로 Cu: 0.4% 이하, Mo: 0.2% 이하, Nb: 0.25% 이하, V: 0.25% 이하를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 합금조성을 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다.
C(탄소)의 함량은 0.005 내지 0.03중량%이다.
C는 오스테나이트상 안정화 원소이다. 이를 고려하여 본 발명에서 C는 0.005중량% 이상 첨가된다. 그러나, C 함량이 과다하면 저온 소둔 시 크롬탄화물을 형성하여 입계 내식성을 저하시키는 문제가 발생하므로 본 발명에서 C 함량은 0.03중량% 이하로 제한된다.
Si(실리콘)의 함량은 0.1 내지 1중량%이다.
Si은 제강 시 탈산제로 첨가되는 성분이며, 광휘소둔(Bright Annealing) 공정을 수행하는 경우 부동태 피막에 Si산화물을 형성하여 강의 내식성을 향상시키는 효과가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Si은 0.1중량% 이상 첨가된다. 그러나, Si 함량이 과다하면 연성을 저하시키는 문제가 있으므로 본 발명에서 Si 함량은 1.0중량% 이하로 제한된다.
Mn(망간)의 함량은 0.1 내지 1.0중량%이다.
Mn은 오스테나이트상 안정화 원소이다. 이를 고려하여 본 발명에서 Mn은 0.1중량% 이상 첨가된다. 그러나, Mn 함량이 과다하면 내식성을 저하시키는 문제가 있으므로 본 발명에서 Mn의 함량은 1.0중량% 이하로 제한된다.
Ni(니켈)의 함량은 6.0 내지 9.0중량%이다.
Ni은 오스테나이트상 안정화 원소이며, 강재를 연질화하는 효과가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ni은 6.0중량% 이상 첨가된다. 그러나, Ni 함량이 과다하면 비용이 상승하는 문제가 있으므로 본 발명에서 Ni의 함량은 9.0중량% 이하로 제한된다.
Cr(크롬)의 함량은 16.0 내지 19.0중량%이다.
Cr은 스테인리스강의 내식성 향상을 위한 주요 원소이다. 이를 고려하여 본 발명에서 Cr은 16.0중량% 이상 첨가된다. 그러나, Cr 함량이 과다하면 강재가 경질화되며, 냉간 압연 시 변형 유기 마르텐사이트 변태를 억제시키는 문제가 있으므로 본 발명에서 Cr의 함량은 19.0중량% 이하로 제한된다.
N(질소)의 함량은 0.2중량% 이하이다.
N는 오스테나이트상 안정화 원소이며, 강재의 강도를 향상시킨다. 그러나, N 함량이 과다하면 강재가 경질화되고, 열간가공성이 저하될 문제가 있으므로 본 발명에서 N의 함량은 0.2중량% 이하로 제한된다.
이하에서는 선택적 합금성분인 Cu, Mo, Nb, V의 함량을 한정한 이유에 대해서 구체적으로 설명한다.
Cu(구리)의 함량은 0.4중량% 이하일 수 있다.
Cu는 오스테나이트상 안정화 원소이다. 그러나, Cu 함량이 과다하면 강재의 내식성이 저하되며, 비용이 상승할 문제가 있으므로 본 발명에서 Cu의 함량은 0.4중량% 이하로 제한된다.
Mo(몰리브덴)의 함량은 0.2중량% 이하일 수 있다.
Mo은 내식성과 가공성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Mo 함량이 과다하면 비용이 상승할 문제가 있으므로 본 발명에서 Mo의 함량은 0.2중량% 이하로 제한된다.
Nb(니오븀) 또는 V(바나듐)의 함량은 0.25중량% 이하일 수 있다.
Nb과 V은 첨가 시 (Nb,V)(C,N) 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 효과가 있다. 그러나, Nb, V 함량이 과다하면 비용이 상승할 문제가 있으므로 본 발명에서 Nb, V 함량은 각각 0.25중량% 이하로 제한된다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 스테인리스강은 각 합금원소의 함량을 상술한 조건으로 제한하는 것 이외에도, 다음과 같이 더욱 한정할 수 있다.
하기 식 (1)로 표현되는 ASP(Austenitic Stability Parameter) 값이 10 내지 25이하일 수 있다.
(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를 의미한다. 첨가되지 않은 원소는 0중량%를 식 (1)에 대입하여 도출한다.
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 10 미만이면 냉간 압연에 의한 오스테나이트상에서 마르텐사이트상으로 변태되는 TRIP 변태량이 낮아 냉간압연재의 마르텐사이트 분율이 낮아지며, 잔류 오스테나이트(retained austenite)상 분율이 높아진다. 가공 유기 마르텐사이트량이 줄어듬에 따라 저온 소둔에 의해 역변태 오스테나이트(reverted austenite)상이 되는 비율이 낮아지게 되고, 마르텐사이트로 변태되지 않은 잔류 오스테나이트상 분율은 높아 초세립을 확보하기 어려워진다. 식 (1)의 값이 25을 초과하게 되면 냉간 압연에 의한 TRIP 변태는 활성화되나, 너무 빠른 TRIP 변태속도에 의하여 낮은 연신율 값을 나타내는 문제가 있다.
하기 식 (2)의 값이 435 이상일 수 있다.
(2) (1600*[N]) + (700/
Figure PCTKR2021011462-appb-img-000003
) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
상기 식 (2)에서, [N], [Ni]은 각 원소의 중량%를 의미한다. ASP는 식 (1)의 ASP 값을 의미한다. d는 강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기를 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 t는 0.4 내지 2.0mm일 수 있다. 구조용 부품은 0.4~2.0mm 두께를 갖는 소재가 많이 적용되며, 본 발명에 따르면 해당 두께범위에서 고강도-고연성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 d는 5㎛ 이하일 수 있다.
d가 5㎛을 초과하게　되면 홀-페치 방정식(Hall-Petch equation)에 의해　낮은 항복강도를 가지게 되며, 이는 YS*El값을 낮게 만드는 원인이　된다.
식 (2)는 고강도를 확보하기 위한 파라미터로, 강도에 영향을 미치는 요소인 N, Ni 함량, 결정립 크기, 오스테나이트상 안정화도를 고려한 파라미터이다. 식 (2)의 값이 435 미만이면 충분한 고강도를 확보할 수 없게 된다.
하기 식 (3)의 값이 6000 이상일 수 있다.
(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
상기 식 (3)에서, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
식 (3)의 YS*EL 값은 Cr, Ni 함량에 의해 많은 영향을 받게 된다. 예를 들면 Cr, Ni 함량이 적으면 TRIP 변태가 용이하게 일어나 YS*EL 값이 높아지는 경향이 존재한다. 식 (3)의 값이 6000 미만이면 고강도-고연성을 동시에 만족할 수 없는 문제가 있다.
하기 식 (4)의 값이 200 이상일 수 있다.
(4) Hv - ([Ni]+[Cr])
상기 식 (4)에서, Hv는 비커스 경도(Hv), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다.
식 (4)의 Hv 값은 Cr, Ni 함량에 의해 많은 영향을 받게 된다. 예를 들면 Cr, Ni 함량이 적으면 TRIP 변태가 용이하게 일어나며, 이에 따라 냉간 변형 시 가공 유기 마르텐사이트 변태량이 많아진다. 그 결과, 강재의 경도가 상승한다. 식 (4)의 값이 200 미만이면 충분한 경도를 확보하지 못하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 고강도-고연성을 동시에 만족할 뿐만 아니라, 내식성 또한 우수하다. 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 측정한 공식전위 값이 250mV 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 조질 압연 후의 인장강도가 1750MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연한 다음, 상온에서 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하는 단계 및 700 내지 850℃에서 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
냉간 압연 시 압하율이 40% 미만이면 ASP 10 내지 25 범위를 갖는 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강의 TRIP 변태량이 너무 낮아 냉간압연재의 마르텐사이트 분율이 낮아지며, 잔류 오스테나이트상 분율이 높아진다. 가공 유기 마르텐사이트량이 줄어듬에 따라 후속되는 저온 소둔에 의해 역변태 오스테나이트상이 되는 비율이 낮아지게 되고, 마르텐사이트로 변태되지 않은 잔류 오스테나이트상 분율은 높아 초세립의 결정립을 확보하기 어려워진다.
본 발명에 따르면 열연재를 냉간 압연한 다음, 700 내지 850℃에서 저온 소둔할 수 있다. 저온 소둔 온도가 700℃ 미만이면 가공 유기 마르텐사이트상에서 역변태 오스테나이트상으로의 재결정이 발생되지 않는 문제점이 있다. 반면, 저온 소둔 온도가 850℃를 초과하게 되면 역변태 오스테나이트 결정립 크기가 조대해져 항복강도가 낮아질 우려가 있다.
본 발명의 일 예에 따르면 열간 압연한 다음, 소둔하지 않고 냉간 압연할 수 있다.
또한, 상술한 제조단계에 이어 강도를 보다 더 높이기 위하여 압하율 60% 이상으로 조질 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
아래 표 1의 성분을 갖는 슬라브를 열간 압연한 다음 소둔을 수행하지 않고, 상온에서 총 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하였다. 그런 다음, 700 내지 850℃에서 소둔하여 두께가 0.4 내지 2.0mm인 냉연소둔재를 제조하였다.
아래 표 1에서 ASP는 오스테나이트 상안정화도를 나타내는 아래 식 (1)에 표 1의 합금조성을 대입하여 도출한 값이다.
(1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
상기 식 (1)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를 의미한다.
합금조성 (중량%) ASP
C Si Mn Cr Ni Cu Mo N Nb V
발명예 1 0.023 0.53 1.24 17.5 6.4 0 0 0.17 0 0 21.6
발명예 2 0.023 0.53 1.24 17.5 6.4 0 0 0.17 0 0 21.6
발명예 3 0.019 0.3 0.46 17.3 6.3 0.25 0.1 0.15 0.21 0 23.3
발명예 4 0.019 0.3 0.46 17.3 6.3 0.25 0.1 0.15 0.21 0 23.3
발명예 5 0.017 0.32 1.79 16.7 6.85 0.25 0.1 0.15 0 0 19.9
발명예 6 0.017 0.32 1.79 16.7 6.85 0.25 0.1 0.15 0 0 19.9
발명예 7 0.02 0.5 1 18.1 8 0.25 0.1 0.04 0 0.1 14.7
발명예 8 0.02 0.5 1 18.1 8 0.25 0.1 0.04 0 0.1 14.7
비교예 1 0.023 0.53 1.24 17.5 6.4 0 0 0.17 0 0 21.6
비교예 2 0.019 0.3 0.46 17.3 6.3 0.25 0.1 0.15 0.21 0 23.3
비교예 3 0.017 0.32 1.79 16.7 6.85 0.25 0.1 0.15 0 0 19.9
비교예 4 0.02 0.3 0.5 18.1 8.02 0.25 0.1 0.04 0.05 0 23.4
비교예 5 0.02 0.5 1 18.1 8 0.25 0.1 0.04 0 0.1 14.7
비교예 6 0.02 0.51 0.98 17.3 6.3 0 0 0.1 0 0 63.2
비교예 7 0.02 0.51 0.98 17.3 6.3 0 0 0.1 0 0 63.2
비교예 8 0.02 0.29 0.49 16.6 5.98 0.25 0.1 0.18 0 0 42.0
비교예 9 0.02 0.29 0.49 16.6 5.98 0.25 0.1 0.18 0 0 42.0
비교예 10 0.02 0.29 0.49 16.6 5.98 0.25 0.1 0.18 0 0 42.0
비교예 11 0.022 0.31 0.29 18.2 8.09 0.25 0.1 0.02 0 0 33.3
비교예 12 0.022 0.31 0.29 18.2 8.09 0.25 0.1 0.02 0 0 33.3
비교예 13 0.022 0.31 0.29 18.2 8.09 0.25 0.1 0.02 0 0 33.3
비교예 14 0.047 0.57 0.78 18.4 9.13 0.24 0.097 0.029 0 0 -21.3
비교예 15 0.019 0.3 1.5 18.1 8.27 1.27 0.1 0.041 0 0 -18.1
비교예 16 0.016 0.4 1.2 18.7 10.3 0.25 0.1 0.015 0 0 -40.7
비교예 17 0.02 0.6 1.1 16.2 10.1 0.25 2.1 0.02 0 0 -42.8
비교예 18 0.079 0.4 9 15.2 3.5 1.68 0 0.115 0 0 26.3
표 2의 d는 표 1의 냉연소둔재의 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기(㎛)를 의미한다. 표 2의 식 (2)는 하기 식 (2)로 도출된 값을 의미한다.
(2) (1600*[N]) + (700/
Figure PCTKR2021011462-appb-img-000004
) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
식 (2) 값은 표 1의 [N], [Ni] 중량%와, ASP 값을 대입하였으며, 표 2의 d 값을 대입하여 도출하였다.
표 2의 식 (3)은 하기 식 (3)으로 도출된 값을 의미한다.
(3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
식 (3) 값은 이후 서술되는 조건으로 측정된 항복강도(YS, MPa), 연신율(EL, %)와, 표 1의 [Ni], [Cr] 중량%를 대입하여 도출하였다.
항복강도(YS, MPa), 연신율(EL, %)은 제조된 냉연소둔재를 규격 JIS13B에 의한 시험편으로 상온에서 크로스헤드(crosshead) 10 mm/min ~ 20 mm/min 범위에서 인장시험을 수행한 다음 측정하였다.
표 2의 식 (4)는 하기 식 (4)로 도출된 값을 의미한다.
(4) Hv - ([Ni]+[Cr])
상기 식 (4) 값은 이후 서술되는 조건으로 측정된 비커스 경도(Hv), 표 1의 [Ni], [Cr] 중량%를 대입하여 도출하였다.
비커스 경도(Hv)는 비커스 경도기를 사용하여 2kgf의 하중으로 측정된 값이다.
표 2의 공식전위(mV)는 30℃, 3.5% NaCl 용액에 냉연소둔재를 침지하여 측정된 값이다.
구분 d
(㎛)		 식 (2) 식 (3) 식 (4) 공식전위
(mV)
발명예 1 1.2 969 19131 298 287
발명예 2 4.2 672 16772 267 290
발명예 3 0.5 1297 12463 365 274
발명예 4 2.2 779 19048 329 280
발명예 5 1.2 921 17547 271 254
발명예 6 3.3 668 14699 239 257
발명예 7 1 763 7243 304 291
발명예 8 3.2 454 7835 232 297
비교예 1 25.5 469 9123 193 307
비교예 2 15.5 485 1600 226 360
비교예 3 27.5 416 6689 173 257
비교예 4 28.8 228 8173 138 303
비교예 5 17.5 230 -3712 134 320
비교예 6 3.7 751 5980 252 272
비교예 7 24.5 528 -3514 174 317
비교예 8 1.1 1104 4768 295 255
비교예 9 3.5 811 5890 273 262
비교예 10 26.7 572 735 189 311
비교예 11 1.3 718 3270 217 342
비교예 12 3.4 483 1215 189 325
비교예 13 27.5 237 -4415 125 312
비교예 14 6.5 153 2446 175 311
비교예 15 7.8 178 3037 156 325
비교예 16 8.2 0 -1278 165 320
비교예 17 7.8 9 271 181 425
비교예 18 2.9 730 8882 272 30
표 1, 2를 참조하면, 발명예 1 ~ 8은 ASP 값이 10 내지 25, d값이 5㎛ 이하, 식 (2)의 값이 435 이상, 식 (3)의 값이 6000 이상을 만족하여 고강도-고연성 및 우수한 내식성을 확보할 수 있었다. 또한, 표 2를 참조하면 발명예 1 ~ 8의 식 (4)의 값이 200 이상이었으며, 공식전위는 250mV 이상이었다. 비교예 6 ~ 18은 본 발명이 한정하는 ASP 값 범위를 벗어났다. ASP 값이 25를 초과하는 비교예 6 ~ 13, 18은 성형 시 너무 빠른 TRIP 변태속도에 의하여 낮은 연신율을 나타내었다. ASP 값이 10 미만인 비교예 14 ~ 17은 잔류 오스테나이트상 분율이 높아 초세립을 확보하지 못하였다.
비교예 1 ~ 5, 7, 10, 13 ~ 17은 본 발명이 한정하는 d 값 범위를 벗어나 결정립이 조대하게 형성되었다. 그 결과, 고강도-고연성을 동시에 만족하지 못하였다.
비교예 3 ~ 5, 13 ~ 17은 본 발명이 한정하는 식 (2)의 값 범위를 만족하지 못하였다. 그 결과, 고강도-고연성을 동시에 만족하지 못하였다.
비교예 2, 5 ~ 17은 본 발명이 한정하는 식 (3)의 값 범위를 만족하지 못하였다. 그 결과, 고강도-고연성을 동시에 만족하지 못하였다.
비교예 1, 3 ~ 5, 7, 10, 12, 14 ~ 17은 본 발명이 한정하는 식 (4)의 값 범위를 만족하지 못하였다. 그 결과, 충분한 경도를 확보하지 못하였다.
비교예 18은 다량의 Mn을 함유하고 있어 내식성이 저하되었으며, 공식전위는 30mV로 낮았다.
도 1은 식 (2) 값, 식 (3) 값에 따라 발명예, 비교예의 범위를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면 본 발명이 한정하는 식 (2), 식 (3) 값 범위 내에 모든 발명예가 포함되는 것을 확인할 수 있으며, 해당 범위에서 고강도-고연성 특성을 동시에 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다. 반면, 비교예의 경우 식 (2) 값 범위 및/또는 식 (3) 값 범위를 불만족하고 있으며, 이 경우 고강도-고연성 특성을 동시에 만족하기 어렵다.
도 2a 내지 도 2c는 발명예, 비교예의 평균 결정립 크기 d를 비교하기 위한 도면이다. 도 2a, 도 2b는 본 발명에 따른 도면이며, 도 2c는 비교예에 따른 도면이다. 도 2a, 2b와 도 2c를 비교하면 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 d 값이 5㎛ 이하로서 초세립임을 확인할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 발명예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 비교예의 Strain(%)-Stress(MPa) 곡선을 도시한 그래프이다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은, 고강도와 고연성을 동시에 만족하고, 고가의 합금원소인 Ni, Cr의 함량을 저감하여 경제적이고, 우수한 내식성을 확보할 수 있다. 따라서, 자동차 외판용, 건축용 부품용 등 다양한 소재로 활용이 가능하다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    강재 전체 두께를 t라고 할 때 두께 1/4t~3/4t에서 평균 결정립 크기 d값이 5㎛ 이하이며, 하기 식 (1)로 표현되는 ASP 값이 10 내지 25이고, 하기 식 (2) 값이 435 이상이며, 하기 식 (3) 값이 6000 이상인 오스테나이트계 스테인리스강:
    (1) 551 - 462*([C]+[N]) - 9.2*[Si] - 8.1*[Mn] - 13.7*[Cr] - 29*([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo] - 68*([Nb]+[V])
    (2) (1600*[N]) + (700/
    Figure PCTKR2021011462-appb-img-000005
    ) + (4*ASP) - (20*[Ni]) + 100
    (3) YS*EL - 500*([Ni]+[Cr])
    (상기 식 (1), (2), (3)에서, [C], [N], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], [Nb], [V]는 각 원소의 중량%를, YS는 항복강도(MPa), EL은 연신율(%)을 의미한다).
  2. 제1항에 있어서,
    하기 식 (4) 값이 200 이상인 오스테나이트계 스테인리스강:
    (4) Hv - ([Ni]+[Cr])
    (상기 식 (4)에서, Hv는 비커스 경도(Hv), [Ni], [Cr]은 각 원소의 중량%를 의미한다).
  3. 제1항에 있어서,
    중량%로, Cu: 0.4% 이하, Mo: 0.2% 이하, Nb: 0.25% 이하, V: 0.25% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 t는 0.4 내지 2.0mm인 오스테나이트계 스테인리스강.
  5. 제1항에 있어서,
    30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 측정한 공식전위 값이 250mV 이상인 오스테나이트계 스테인리스강.
  6. 제1항에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법으로서,
    중량%로, C: 0.005 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.1 내지 2%, Ni: 6 내지 9%, Cr: 16 내지 19%, N: 0.2% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연한 다음, 상온에서 압하율 40% 이상으로 냉간 압연하는 단계; 및
    700 내지 850℃에서 소둔하는 단계;를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    열간 압연한 다음, 소둔하지 않고 냉간 압연하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    압하율 60% 이상으로 조질 압연하는 단계;를 더 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
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