KR102448742B1

KR102448742B1 - 비자성 오스테나이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR102448742B1
Application number: KR1020200088761A
Authority: KR
Inventors: 노한섭; 김경훈; 김성준
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: KR20220010185A

Abstract

본 명세서에서는 비자성 오스테나이트계 스테인리스강에 대하여 개시한다.
개시되는 비자성 오스테나이트계 스테인리스강의 일 실시예에 따르면, 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 3%, P: 0.05% 미만, S: 0.03% 미만, Mn: 1 내지 10%, Ni: 5 내지 15%, Cr: 15.0 내지 22.0%, Cu: 2.0% 이하, Mo: 3.0% 미만, N: 0.3% 미만, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)로 표현되는 Ni_eq ^'값이 12.5 이상이며, 부피분율로, 0.5% 미만의 마르텐사이트 및 잔부 오스테나이트를 포함할 수 있다.
(1) Ni + Cu + 0.47*Mn + 15*N
상기 식 (1)에서, Ni, Cu, Mn, N는 각 합금원소의 중량%이다.

Description

비자성 오스테나이트계 스테인리스강{NON-MAGNETIC AUSTENITIC STAINLESS STEEL}

본 발명은 비자성 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

최근 전자기기는 오스테나이트계 스테인리스강의 사용이 확대되고 있어 차세대 스테인리스강의 수요처로 각광받고 있다. 특히, 스테인리스강 프레임은 기존 프레임 소재에 비해 내구성과 내부식성이 우수하다. 금속 소재만이 가지는 광택 및 미려한 표면으로 인한 심미성은 소재의 가치를 더욱 높인다. 대표적인 오스테나이트계 스테인리스강종인 STS 304 강종은 냉간 가공 시 가공유기 마르텐사이트(α'-마르텐사이트)가 생성되어 소재의 자성을 증가시켜 높은 비자성이 요구되는 부품에는 부적절하다. 따라서, 종래의 전자 기기에는 STS 304 강종보다 높은 Ni함량으로 오스테나이트 상안정성이 더 우수한 STS 316L 강종이 주로 이용된다.

하지만, STS 316L 강종은 높은 Ni함량으로 원재료비가 고가이다. 이에 따라, 냉간 가공 시 α'-마르텐사이트를 억제하고 Ni을 저감하기 위해 오스테나이트 상안정화 원소이며, 비교적 저렴한 Mn, Cu 및 N 등을 활용한 오스테나이트 스테인리스강이 제안되었다. 극미량의 마르텐사이트도 자성을 높이는데 크게 기여하므로 오스테나이트 상안정성을 정확하게 판단하는 것이 무엇보다 중요하다.

특허문헌 1은 30% 냉간 압연 시 50% 마르텐사이트 변태가 발생하는 온도인 하기 식으로 표현된 Md30을 활용해 오스테나이트 상안정성을 평가하였으며, Md30이 -150℃ 이하인 초비자성 연질 스테인리스강을 개시하였다.

Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo

위 식에서, C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo은 각 합금원소의 함량(중량%)이다.

특허문헌 2는 하기 Ni당량값(Ni_eq)이 19 이상이고, 평균 결정립경(d, ㎛)을 d^-1/2이 0.4 이상이며, 50% 이상 냉간 가공 후 투자율(μ)이 1.01 이하가 되는 오스테나이트계 스테인리스강을 개시하였다.

Ni_eq = Ni+0.6Mn+0.18Cr-0.11Si²+9.69(C+N)

위 식에서, Ni, Mn, Cr, Si, C, N은 각 합금원소의 함량(중량%)이다.

특허문헌 1의 Md30과 특허문헌 2의 Ni 당량값은 합금원소별 오스테나이트 상안정성에 대한 기여도 간 차이가 존재하며, 오스테나이트 스테인리스강의 합금성분 설계 시 오스테나이트 상안정화 원소 간 차이에 의한 오류가 발생할 수 있다. 또한, Md30은 냉간 가공 후 자성 변화를 고려하지 않고, Ni_eq는 Cu 영향을 고려하지 못하고 있다.

따라서, 고가의 Ni을 저감을 위한 오스테나이트계 스테인리스강 성분 설계 시 대표적인 저원가 오스테나이트 안정화 원소인 Mn, Cu 및 N의 상안정성 영향 및 비자성 특성을 함께 고려한 새로운 합금성분 설계가 필요하다.

(특허문헌 1) WO2014-050943 A1 (공개일자: 2014.04.03)

(특허문헌 2) WO2014-133058 A1 (공개일자: 2014. 09. 03)

WO

2014-050943

A1 (공개일자: 2014.04.03)

WO2014-133058 A1 (공개일자: 2014. 09. 03)

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 STS 316L 강종 대비 가격경쟁력이 높고, 비자성이 우수한 저Ni 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 3%, P: 0.05% 미만, S: 0.03% 미만, Mn: 1 내지 10%, Ni: 5 내지 15%, Cr: 15.0 내지 22.0%, Cu: 2.0% 이하, Mo: 3.0% 미만, N: 0.3% 미만, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)로 표현되는 Ni_eq ^'값이 12.5 이상이며, 부피분율로, 0.5% 미만의 마르텐사이트 및 잔부 오스테나이트를 포함할 수 있다.

(1) Ni + Cu + 0.47*Mn + 15*N

상기 식 (1)에서, Ni, Cu, Mn, N는 각 합금원소의 중량%이다.

또한, 본 발명의 각 고질소 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)로 표현되는 δ_ferrite값이 0 이하일 수 있다.

(2) 0.938 - 0.095*Ni -0.007*Mn - 0.1*Cu -2.05*N

상기 식 (2)에서, Ni, Mn, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.

또한, 본 발명의 각 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 두께가 5mm 이하이며, 투자율이 1.005 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 각 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 두께가 3.5mm 이하이며, 투자율이 1.01 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 각 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 두께가 2mm 이하이며, 투자율이 1.05 이하일 수 있다.

본 발명에 따르면 오스테나이트 상안정화원소인 Mn, Cu 및 N로 고가의 Ni을 대체하며, 구체적으로는 하기 식(1)로 표현되는 Ni_eq ^' 값을 12.5 이상으로 제어함으로써 STS 316L 강종 대비 가격경쟁력은 높고, 우수한 비자성을 가진 저Ni 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

(1) Ni + Cu + 0.38*Mn + 19.7*N

상기 식 (1)에서, Ni, Cu, Mn, N는 각 합금원소의 중량%이다.

또한, 본 발명에 따르면 하기 식 (2)로 표현되는 δ_ferrite값을 0 이하가 되도록 제어하여 δ-페라이트상에 의한 자성 증가를 억제할 수 있다.

(2) 0.938 - 0.095*Ni -0.007*Mn - 0.1*Cu -2.05*N

상기 식 (2)에서, Ni, Mn, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.

본 발명에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 통상의 열연소둔재, 냉연재뿐만 아니라, 총 압연율 60% 이상으로 많은 양의 냉간 압연이 수행된 극박재일 때에도 충분한 비자성 특성을 확보할 수 있다.

도 1은 Ni_eq'에 따른 가공유기 마르텐사이트(α'-마르텐사이트)의 부피분율(%)의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 Ni_eq' 12.5 이상인 합금에 대해 Cu 함량(중량%)에 따른 투자율(μ)의 변화를 도시한 그래프이다.

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.

오스테나이트상은 면심입방(FCC) 결정구조를 가진 상자성체로서 일반적으로 자성을 띠지 않는 특징을 지닌다. 하지만, 열간압연 중 생성되는 δ-페라이트나 α´-마르텐사이트는 체심입방(BCC) 결정구조를 가져 강자성을 띤다. 일반적으로 상안정성이 낮은 오스테나이트계 스테인리스강은 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상에서 변형을 가했을 때 α´-마르텐사이트가 형성된다. 이로 인해 오스테나이트계 스테인리스강은 변형 중 생성되는 α´-마르텐사이트에 따라 투자율이 증가하여 비자성 특성이 열위해진다.

전자기기 부품은 통상적으로 상온에서 냉간 가공으로 최종 제품 형태로 제조되므로, 오스테나이트계 스테인리스강을 냉간 가공하는 경우에 α´-마르텐사이트가 형성되지 않도록 제어하는 것이 중요하다. 이에 따라 고가의 Ni을 저감을 위한 오스테나이트계 스테인리스강 성분 설계 시 대표적인 저원가 오스테나이트 안정화 원소인 Mn, Cu 및 N의 상안정성 영향 및 비자성 특성을 함께 고려한 새로운 합금성분 설계가 필요하다.

종래의 오스테나이트 상안정성 지표로 아래의 Md30이 주로 알려져 있다.

Md30(℃) = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo

Md30은 30% 냉간 압연시 50% 마르텐사이트 체적율이 나타나는 온도를 나타낸 것으로 성분 설계 시 합금들간의 상대적인 상안정성 비교간에는 유리하지만, 정확한 α´-마르텐사이트 함량에 대해서 추정하기 어렵다. 또한, 냉간압연 양이 증가함에 따라 α´-마르텐사이트 변태가 더 촉진되는 것을 고려하면 위 지수만으로 60% 이상의 많은 양의 냉간 압연이 요구되는 극박재의 정확한 지표로 활용되는데 한계가 있다.

다른 상안정성 지표로 아래의 Ni_eq를 들 수 있다.

Ni_eq = Ni+0.6Mn+0.18Cr-0.11Si²+9.69(C+N)

Ni_eq당량에서는 본 발명에서 활용하고자 하는 저렴하고, 효율적인 오스테나이트 안정화 원소인 Cu가 고려되지 않아 Cu를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 상안정성을 평가하기 어렵다.

상술한 바와 같이 Md30, Ni_eq은 본 발명에서 개발하고자 하는 고질소 오스테나이트계 스테인리스강의 상안정성을 평가하기 곤란하므로, 본 발명의 발며명자들은 보다 정확한 오스테나이트 상안정성을 평가하기 위하여 다양한 합금성분계를 가진 오스트나이트계 스테인리스강의 냉간 가공 시 형성되는 α´-마르텐사이트 함량을 분석해 하기 식 (1)로 표현되는 Ni_eq ^'을 도출하였다.

(1) Ni + Cu + 0.47*Mn + 15*N

상기 식 (1)에서, Ni, Cu, Mn, N는 각 합금원소의 함량(중량%)이다.

본 발명에 따른 식 (1)의 Ni_eq ^'가 12.5 이상이면 α´-마르텐사이트 변태를 억제할 수 있다. 특히 Cu함량이 2.0중량% 이하이면 1.05 이하의 투자율을 확보할 수 있음을 확인하였다.

또한, 본 발명의 발명자들은 다양한 성분계를 갖는 합금들에 대한 분석을 통해 δ-페라이트 부피분율을 의미하는 하기 식 (2)로 표현되는 δ_ferrite값이 0 이하이면 1250℃로 열간 압연 시 오스테나이트 단상을 확보할 수 있음을 확인하였다.

(2) 0.938 - 0.095*Ni -0.007*Mn - 0.1*Cu -2.05*N

상기 식 (2)에서, Ni, Mn, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.

본 발명의 일 예에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 3%, P: 0.05% 미만, S: 0.03% 미만, Mn: 1 내지 10%, Ni: 5 내지 15%, Cr: 15.0 내지 22.0%, Cu: 2.0% 이하, Mo: 3.0% 미만, N: 0.3% 미만, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 이하, 각 합금원소의 성분범위를 한정한 이유를 이하에서 서술한다.

C의 함량은 0.01 내지 0.15중량%이다.

C는 저원가 오스테나이트 안정화원소이고, δ-페라이트상의 생성을 효과적으로 억제한다. 또한, C는 침입형 원소로 고용강화효과에 의해 강재의 항복강도를 향상시킨다. 이를 위해 본 발명에서 C는 0.01중량% 이상으로 첨가된다. 하지만, C의 함량이 과다하면 용접 시 열영향부(HAZ) 내 Cr₂₃C₆ 등의 탄화물이 입계에 석출되어 강재의 연성, 인성 및 내식성 등을 저하시키는 예민화 현상이 일어날 우려가 있다. 이에 따라, 본 발명에서 C의 함량은 0.15중량% 이하로 관리된다.

Si의 함량은 0.1 내지 3중량%이다.

Si은 제강공정 중 탈산제 역할을 수행하며, 강재의 내식성을 향상시킨다. 이를 위해 본 발명에서 Si은 0.1중량% 이상 첨가된다. 하지만, Si의 함량이 과다하면 주조 시 δ-페라이트상 및 시그마상 같은 금속간 화합물 형성을 유발하여 강재의 열간 가공성, 연성 및 인성이 열위해질 우려가 있다. 이에 따라, 본 발명에서 Si의 함량은 3중량% 이하로 관리된다.

P의 함량은 0.05중량% 미만, S의 함량은 0.03중량% 미만이다.

P, S는 강재의 내식성 및 열간 가공성을 저하시키는 유해원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 관리한다. 본 발명에서 P의 함량은 0.05중량% 미만으로, S의 함량은 0.03중량% 미만으로 제한된다.

Mn의 함량은 1 내지 10중량%이다.

Mn은 오스테나이트상 안정화 원소로 α'-마르텐사이트 생성을 억제하는데 효과적이다. 또한, Mn은 원가가 Ni 대비 저렴하며, 강재의 냉간 가공성을 향상시킨다. 이를 위해 본 발명에서 Mn은 1중량% 이상 첨가된다. 하지만, Mn의 함량이 과다하면 강재의 열간 가공성, 연성 및 인성을 저하시키는 개재물(MnS)이 다량으로 형성된다. 이를 고려하여 본 발명에서 Mn의 함량은 10중량% 이하로 제한된다.

Ni의 함량은 5 내지 15중량%이다.

Ni은 오스테나이트상을 안정화시키는 강력한 원소이다. 또한, Ni은 δ-페라이트상 형성을 억제하고, 열간 가공성과 냉간 가공성을 향상시키므로 본 발명에서 Ni은 5중량% 이상 첨가된다. Ni은 많이 첨가될수록 저온에서의 α'-마르텐사이트 생성을 억제하기 용이하나, 고가의 원소이므로 원료비 절감을 위하여 본 발명에서 Ni의 함량은 15중량% 이하로 제한된다.

Cr의 함량은 15.0 내지 22.0중량%이다.

Cr은 내식성을 확보하기 위해 필수적인 원소이다. 또한, Cr은 N의 용해도를 증가시켜 고질소 오스테나이트계 스테인리스강의 제작을 용이하게 하며, α'-마르텐사이트의 생성을 억제한다. 이를 위해 본 발명에서 Cr은 15.0중량% 이상으로 첨가된다. 그러나, Cr의 함량이 과다하면 δ-페라이트상과, Cr₂N, Cr₂₃C₆와 같은 탄질화물 생성을 조장해 내식성을 저하시킬 우려가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Cr의 함량은 22.0중량% 이하로 제한된다.

Cu의 함량은 2.0중량% 이하이다.

Cu는 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이며, α'-마르텐사이트 생성을 억제하여 냉간 가공성을 향상시키고, 환원 환경에서 강재의 내부식성을 향상시키는데 효과적이다. 그러나, Cu의 함량이 과다하면 Cu의 응고 편석에 의해 열간 가공성이 열위해질 우려가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Cu의 함량은 2.0중량% 이하로 제한된다.

Mo의 함량은 3.0중량% 미만이다.

Mo는 스테인리스강의 내부식성을 향상시키는데 효과적인 원소이다. 하지만, Mo은 고가의 원소로 원료비 상승을 초래하고, 다량 첨가 시 냉간가공성을 저하시키므로 본 발명에서 Mo의 함량은 3.0중량% 미만으로 제한된다.

N의 함량은 0.3중량% 미만이다.

N는 오스테나이트상 안정화원소 중 가장 저렴한 원소이며, N는 침입형 원소로 고용강화를 통해 강재의 강도와 내식성을 향상시킨다. 하지만, N의 함량이 과다하면 열간 가공성 및 냉간 가공성이 열위해지므로, 본 발명에서 N의 함량은 0.3중량% 미만으로 제한된다.

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.

상술한 바에 따른 본 발명의 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 α'-마르텐사이트 생성이 억제된다. 일 예에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 부피분율로, 0.5% 미만의 마르텐사이트 및 잔부 오스테나이트를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 통상의 열연소둔재, 냉연재뿐만 아니라, 총 압연율 60% 이상으로 많은 양의 냉간 압연이 수행된 극박재일 때에도 충분한 비자성 특성을 확보할 수 있다. 일 예에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 두께가 5mm 이하일 때 투자율이 1.005 이하일 수 있다. 일 예에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 두께가 3.5mm 이하일 때 투자율이 1.01 이하일 수 있다. 일 예에 따른 비자성 오스테나이트계 스테인리스강은 두께가 2mm 이하일 때 투자율이 1.05 이하일 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}

하기 표 1의 조성을 갖는 잉곳(ingot)을 1250℃에서 2시간 가열 후 5mm 두께로 열간압연을 실시하였다. 열간압연 후 1150℃에서 10분 동안 용체화 열처리를 수행한 다음, 수냉처리를 실시하여 열연소둔재(HR재)를 마련하였다. 마련된 열연소둔재(HR재)를 각각 압하율 30%, 60%로 냉간압연하여 3.5mm 두께의 냉연재(30% CR재)와 2mm 두께의 냉연재(60% CR재)를 마련하였다.

	합금조성 (중량%)
	C	Si	Cr	Ni	Mn	Cu	Mo	N
발명예1	0.029	0.34	21.1	9.4	1.50	1.00	0.50	0.22
발명예2	0.030	0.35	20.0	9.4	1.46	0.00	0.51	0.21
발명예3	0.030	0.87	20.6	12.0	1.02	0.00	0.00	0.22
발명예4	0.030	1.08	20.4	12.0	1.06	0.00	0.00	0.18
발명예5	0.030	0.45	17.3	14.5	1.33	0.00	2.55	0.05
발명예6	0.019	0.51	18.1	12.1	1.95	0.00	0.00	0.00
발명예7	0.020	0.52	17.9	10.9	2.06	0.99	0.00	0.00
발명예8	0.019	0.51	17.9	10.0	2.02	2.00	0.00	0.00
발명예9	0.016	0.49	18.1	7.8	5.80	0.00	0.00	0.15
발명예10	0.022	0.49	17.9	7.1	6.30	1.00	0.00	0.15
비교예1	0.022	0.50	16.5	10.0	1.02	0.00	1.96	0.03
비교예2	0.019	0.51	17.9	9.0	2.06	2.87	0.00	0.00
비교예3	0.019	0.51	18.1	8.0	1.96	4.05	0.00	0.00
비교예4	0.020	0.48	18.0	8.9	2.03	2.04	0.00	0.00
비교예5	0.018	0.50	18.0	5.0	6.21	2.05	0.00	0.15
비교예6	0.017	0.51	18.1	6.0	5.90	2.05	0.00	0.16
비교예7	0.018	0.50	18.2	5.0	5.75	2.92	0.00	0.14

제조된 열연소둔재(HR재), 냉연재(30% CR재, 60% CR재)에 대하여 비자성 특성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

표 2에서 α'-마르텐사이트 부피분율(%)은 ASTM E8M 규정에 따라 1.5mm 두께의 판상 시편으로 제작한 다음, 제작된 시편을 저속인장하여 파단된 단면을 XRD를 이용해 측정하였다. δ-페라이트 부피분율(%)은 페라이트스코프를 이용해 측정하였다.

Ni_eq'은 표 1의 합금조성을 아래의 식 (1)에 대입하여 도출하였다.

(1) Ni + Cu + 0.47*Mn + 15*N

δ_ferrite는 표 1의 합금조성을 아래의 식 (2)에 대입하여 도출하였다.

(2) 0.938 - 0.095*Ni -0.007*Mn - 0.1*Cu -2.05*N

상기 식 (2)에서, Ni, Mn, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.

투자율(μ)은 HR재, 30% CR재, 60% CR재에 대해 두께 방향으로 측정하였다.

	α'-마르텐사이트 부피분율 (%)	δ-페라이트 부피분율 (%)	Ni_eq ^'	δ_ferrite	투자율(μ)
	α'-마르텐사이트 부피분율 (%)	δ-페라이트 부피분율 (%)	Ni_eq ^'	δ_ferrite	HR재	30% CR재	60% CR재
발명예1	0	0	14.4	-0.51	1.002	1.000	1.002
발명예2	0	0	13.2	-0.39	1.003	1.002	1.004
발명예3	0	0	15.8	-0.66	1.003	1.001	1.000
발명예4	0	0	15.2	-0.57	1.003	1.002	1.001
발명예5	0	0	15.9	-0.55	1.004	1.002	1.000
발명예6	0	0	13.0	-0.22	1.001	1.002	1.004
발명예7	0	0	12.9	-0.21	1.001	0.997	1.013
발명예8	0	0	12.9	-0.22	1.004	1.000	1.028
발명예9	0	0	12.8	-0.15	1.003	1.006	1.007
발명예10	0	0	13.3	-0.18	1.004	1.002	1.005
비교예1	16.0	0	10.9	-0.08	1.006	1.066	1.616
비교예2	0	0	12.8	-0.21	1.004	1.020	1.157
비교예3	0	0	13.0	-0.24	1.106	1.126	1.210
비교예4	7.0	0	11.9	-0.12	1.061	1.135	1.277
비교예5	0.5	0	12.2	-0.09	1.039	1.054	1.076
비교예6	0	0	13.2	-0.2	1.004	0.999	1.008
비교예7	0	0	12.7	-0.15	1.088	1.084	1.107

표 1, 2를 참조하면 본 발명에서 한정하는 합금조성과 Ni_eq' 및 δ_ferrite 를 만족하는 발명예 1 내지 10은 가공 변형으로 α'-마르텐사이트가 형성되지 않았다. 두께가 5mm 이하인 HR재는 투자율이 1.005 이하였으며, 두께가 3.5mm 이하인 30% CR재는 투자율이 1.01 이하였으며, 두께가 2mm 이하인 60% CR재는 투자율이 1.05 이하였다.

반면, 비교예 1은 본 발명에서 한정하는 합금조성은 만족하였으나, Ni_eq' 값이 12.5 미만이었다. 그 결과, α'-마르텐사이트가 과다 형성되어 α'-마르텐사이트 부피분율이 16.0%였으며, 두께가 3.5mm 이하인 30% CR재는 투자율이 1.01을 초과하였으며, 두께가 2mm 이하인 60% CR재는 투자율이 1.05를 초과하였다.

비교예 2 내지 7은 Cu 함량이 2.0중량%를 초과하였다. Cu는 오스테나이트상 안정화원소로서 많이 첨가할수록 가공유기 마르텐사이트상이 형성되지 않고, 비자성 특성의 향상에 효과적인 원소로 알려져 있으나, 위 결과와 같이 Cu 함량이 본 발명이 한정하는 범위에서 벗어나 과다하게 함유된 경우에는 오히려 비자성 특성이 열위해졌음을 확인하였다.

첨부된 도 1은 Ni_eq'에 따른 가공유기 마르텐사이트(α'-마르텐사이트)의 부피분율(%)의 변화를 도시한 그래프이다. 도 1을 참조하면 Ni_eq'의 값이 12.5인 지점을 경계로, 12.5 미만인 영역에서 가공유기 마르텐사이트 부피분율이 급격히 상승한 것을 확인할 수 있다.

첨부된 도 2는 Ni_eq' 12.5 이상인 합금에 대해 Cu 함량에 따른 투자율의 변화를 도시한 그래프이다. 도 2를 참조하면 Cu 함량이 2.0중량%인 지점을 경계로, 2.0중량%를 초과하는 영역에서 투자율이 급격히 상승한 것을 확인할 수 있다.

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.

Claims

중량%로, C: 0.01 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 3%, P: 0.05% 미만, S: 0.03% 미만, Mn: 1 내지 10%, Ni: 5 내지 15%, Cr: 15.0 내지 22.0%, Cu: 2.0% 이하, Mo: 3.0% 미만, N: 0.3% 미만, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 식 (1)로 표현되는 Ni_eq ^'값이 12.7 이상이며,
부피분율로, 0.5% 미만의 마르텐사이트 및 잔부 오스테나이트를 포함하는 비자성 오스테나이트계 스테인리스강:
(1) Ni + Cu + 0.47*Mn + 15*N
(상기 식 (1)에서, Ni, Cu, Mn, N는 각 합금원소의 중량%이다).
제1항에 있어서,
하기 식 (2)로 표현되는 δ_ferrite 값이 0 이하인 고질소 오스테나이트계 스테인리스강:
(2) 0.938 - 0.095*Ni -0.007*Mn - 0.1*Cu -2.05*N
(상기 식 (2)에서, Ni, Mn, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다).
제1항에 있어서,
두께가 5mm 이하이며, 투자율이 1.005 이하인 비자성 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
두께가 3.5mm 이하이며, 투자율이 1.01 이하인 비자성 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
두께가 2mm 이하이며, 투자율이 1.05 이하인 비자성 오스테나이트계 스테인리스강.