KR100210522B1 - 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복잡한 어닐링의 처리 없이 냉간 성형을 할 수 있고, 우수한 내점 식성과 급냉과 템퍼링 후에 고경도를 보여주는 우수한 열간 가공성을 갖는 저렴한 말텐사이트계 스테인레스 스틸을 제공하는 것이다. 고경도의 말텐사이트게 스테인레스 스틸은 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만 Cr, 1.0 내지 3.0중량% Mo 또는 Mo + 1/2W의 의미로 Mo와 W, 0.02 내지 0.15중량% N, 0.1 내지 1.5중량% Ni, 0.1 내지 2.0중량% Cu, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 여기서 Ni 및 Cu는 Ni/Cu2로 되고, Cr 동량이 10이하로 되고, 내점식성의 인덱스 값이 20이상이 되는 범위로 포함된다.

Description

우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸

비교적 다량의 탄소 또는 저-합금 스틸을 포함한 탄소 스틸은 고경도를 요구하는 못, 볼트, 칼붙이, 스프링등의 소재로서 널리 사용된다. 그러나, 내식성에 기여하는 Cr과 같은 합금 원소의 함유량이 이런 타입의 스틸에서 소량 포함되기 때문에, 스틸은 비교적 덜 부식되는 수돗물, 빗물, 이슬 등에 노출되는 경우에도 쉽게 부식되는 경향이 있다. 따라서, 외관상 및 강도 저하의 문제점이 생긴다.

즉, 내식성이 요구되는 적용에 스테인레스 스틸이 제공된다. SUS304 또는 SUS316으로 대표되는 오스테나이틱(austenitic) 스테인레스 스틸은 우수한 내식성을 가지지만, 그러나 가공 경화성이 크고 냉간 가공성이 나쁘고, 또한 비교적 강한 냉간 가공을 행하여도 경도가 최대로 약 43HRC의 정도밖에 보여지지 않는다. 따라서, 오스테나이트계{ 스테인레스 스틸은 고경도가 요구되는 적용에 적합하지 않다. 또한, SUS430으로 대표되는 페릭계(ferritic) 스테인레스 스틸은 가공 경화성이 적고, 냉간 가공에 의해 가공이 쉽지만, 매우 낮은 경도를 보여준다. 따라서, 페릭계 스테인레스 스틸은 고경도가 요구되는 적용에 적합하지 않다.

한편, 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 높은 경도를 갖는 스테인레스 스틸로서 알려져 있다. 그러나, 자동차 및 다른 사업의 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 대표적인 소재로서 SUS410은 내식성이 충분한 수준이 아니고, 경도가 최대 약42HRC이기 때문에 내식성과 경도라는 점에서 만족스럽지 않다. 매우 높은 경도를 갖는 말텐사이트계 스테인레스 스틸로서 SUS440C가 있다. 이 스틸은 약 1% 정도로 C 함유량을 갖고, 또한 58HRC 이상의 높은 경도를 보이지만, 그것의 내식성은 스테인레스 스틸 만큼 만족스럽지 않다. 또한, 스테인레스 스틸은 일반적으로 부식에 대하여 비교적 높은 내성을 가지고 있지만, 전체적인 부식은 덜하지만 소위 점식(点食)이라는 작은 점(pit)의 형태로 지역적으로 부식된다. 이것은 스틸이 부식된 피트로부터 시작하여 고경도 물질에서 파열을 일으키기 쉽게하는 문제점을 야기시킨다.

또한, 일특개소 57-70265에서는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸을 제안했고, 일본 특개평 6-264194에서는 우수한 내식성을 갖는 말텐사이트계 스테인레스 스틸과 시추 태핑 나사(drilling tapping screw)를 제안했다.

일특개소 57-70265호에 기재된 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 1.0 내지 3.0% 의 Cu와 0.2% 이하의 Ni에, 필요한 경우 0.5 내지 3.0%의 Mo를 포함할 수 있다. 그러나, 이 스틸은 첨가된 Ni의 양이 적지만 Cu 함유량이 크기 때문에 열간 가공성이 만족스럽지 않다는 문제점을 가지고 있다. 조성물의 배합에 의존하여 델타 페라이트가 형성될 수 있고, 이와 같은 경우 내점식성이 저하되는 문제가 발생된다.

또한 일본 특개평 6-254194호에서 제안된 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 Cu를 포함하지 않지만, 비교적 다량의 Ni와 Mo를 포함한다. 그러나, 이 스틸은 어닐링(annealing) 처리를 한번만 하는 경우, Ni의 높은 함유량 때문에 어닐링 후에 경도가 충분히 낮아지지 않는다는 문제를 갖는다. 따라서, 어닐링 처리를 수회 반복하는 것을 요구하고, 이것은 공정을 더욱 복잡하게 한다. 게다가, 어닐링 처리를 수회 반복하는 단계 후에도, 경도는 만족스럽게 낮아지지 않고, 이것은 강한 냉간 성형을 행하는 것을 어렵게 한다.

상기의 관점에서, 열간 가공 및 냉간 성형을 쉽게 할 수 있고, 우수한 내점 식성과 급냉(quenching)과 템퍼링(tempering) 후에 고경도를 모두 보여주는 말텐사이트계 스테인레스 스틸에 대한 수요가 있다.

본 발명은 공기중에서 사용되고, 수돗물, 빗물, 이슬 또는 그와 유사한 것에 노출되는 가능성이 있는 플라스틱 성형용 금형, 플라스틱 사출 성형기의 부품을 포함한 못, 볼트, 칼붙이(刃物), 스프링등과 같은 우수한 내식성, 특히 내점식성(pitting corrosionn resistance)과 고경도를 요구하는 소재로서 사용하기에 적합한 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 우수한 열간 가공성을 갖고, 복잡한 어닐링 처리의 필요없이 냉간 성형할 수 있고, 급냉과 템퍼링 후에 우수한 내점식성과 고경도를 모두 보여주는 저렴한 말텐사이트계 스테인레스 스틸을 제공하는 것이다.

발명자들은 우수한 열간 가공성, 우수한 냉간 성형성 및 고경도와 우수한 내점식성 모두를 얻기 위해 13중량%의 Cr을 포함한 말텐사이트계 스테인레스 스틸에 대해서 연구하였다. 결과적으로, 하기의 사실들이 급냉과 템퍼링 후에 발견되었다. 내점식성을 증가시키기 위해, Mo 및 N은 필수적인 원소로서 첨가되고, 동시에 적은 양의 Cu를 첨가하는 것이 매우 효과적이다. Mo의 첨가는 델타 페라이트를 쉽게 발생하게 하고, 내점식성과 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, 소량의 Ni와 다량의 N을 첨가하는 것이 악영향을 미치는 델타 페라이트의 발생을 억제시키는데 요구된다. 본 발명의 또 다른 특징은 하기의 화학식 1에 의해 정의되는 Cr의 동량을 나타내는 A값을 델타 페라이트의 발생을 억제하도록 낮추고, 하기의 화학식 2에 의해 정의되는 B값을 내점식성이 증가하도록 높게 유지하는 방식으로 적절하게 균형을 맞추어 합금 원소를 만드는 것이다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다)

합금 원소들 중에서, Cu의 첨가는 내점식성 뿐만 아니라 냉간 가공성도 향상시키는데 효과적이다. 이런 점에서, 가능하면 많이 Cu를 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 Cu 함유량이 너무 많으면, 열간 가공성이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 또다른 특징은 MO 및 N과 같이 열간 가공성을 저하하는 경향이 있는 원소들을 포함하는 13%Cr 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸에 Ni와 Cu 모두를 Ni 대 Cu 의 함량 비율이 Ni/Cu0.2의 관계로 되는 특정한 범위로 첨가하는 것이고, 이것으로 만족한 열간 가공성이 우수한 내점식성과 냉간 가공성에 추가로 또한 얻어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 내점식성의 감소없이 고경도를 얻도록 비교적 낮은 적절한 범위로 C의 함량을 유지하고 동시에 다량의 N을 첨가하는 것이다.

상세하게, 본 발명의 첫 번째 관점은 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸에 있고, 스틸은 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 Mo + 1/2W로서 Mo와 W, 0.02 sowl 0.15중량% N, 0.1 내지 1.5중량% Ni, 0.1 내지 2.0중량% Cu 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 여기서 Ni 및 Cu은 하기 화학식 1로 정의된 10 이하의 A 값, 하기 화학식 2로 정의된 20 이상의 B값, 하기의 화학식 3으로 나타낸 관계가 만족되는 범위로 포함된다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

바람직한 조성물로서, 본 발명의 첫 번째 관점에 따른 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.2중량% 초과 1.0중량5 이하의 Ni, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 1/2W로서 Mo와 W, 0.1중량% 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량%의 N, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 하기 화학식 1로 정의된 A값이 10이하이고, 하기 화학식 2로 정이된 B값이 20이상인 것을 특징으로 한다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다)

더욱 바람직한 조성물로서, 본 발명의 첫 번째 관점에 따른 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 0.20 내지 0.35중량%의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.3 내지 0.75중량5의 Ni, 11.0중량% 초과 15.0중량% 이하의 Cr, 1.0 내지 3.0중량5의 Mo 또는 Mo + 1/2W로서 Mo와 W, 0.1중량5 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량5의 N, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 하기 화학식 1로 정의된 A값이 10이하이고, 하기 화학식 2로 정의된 B값이 20이상인 것을 특징으로 한다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다)

본 발명의 두 번째 관점은 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸에 있고, 여기서 스틸은 0.15중량%, 초과, 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량5의 Mo 또는 Mo + 1/2W로서 Mo와 W, 0.02 내지 0.15중량% N, 0.1 내지 1.5중량% Ni, 0.1 내지 2.0중량% Cu, 합계로서 0.25중량% 이하인 V, Ti 및 Nb로 이루어진 그룹중에서 적어도 하나, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, Ni 와 Cu는 하기 화학식 3으로 나타낸 관계, 10 이하인 하기 화학식 1로 정의된 A값 20 이상인 하기 화학식 2로 정의된 B값이 만족되는 범위로 포함된다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

바람직한 조성물로서, 본 발명의 두번째 관점에 따른 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.2중량% 초과 1.0중량% 이하의 Ni, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 1/2W로서 Mo와 W, 0.1중량% 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량%의 N, 합계로서 0.25중량% 이하인 V, Ti 및 Nb로 이루어진 그룹중에서 적어도 하나 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 하기 화학식 1로 정의된 A값이 10이하이고, 하기 화학식 2로 정이된 B값이 20이상인 것을 특징으로 한다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

더욱 바람직한 조성물로서, 본 발명의 두번째 관점에 따른 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸은 0.20 내지 0.35중량%의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.3 내지 0.75중량5의 Ni, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 Mo + 1/2W로서 Mo와 W, 0.1중량% 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량%의 N, 합계로서 0.25중량% 이하의 V, Ti 및 Nb로 이루어진 그룹중에서 적어도 하나, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 하기 화학식 2로 정의된 A값은 10이하이고, 하기 화학식 2로 정의된 B값이 20이상인 것을 특징으로 한다.

(여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

(여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

상기 조성물에 추가로, 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 관점에 따른 스테인레스 스틸과 이들중 바람직한 것은 합계로서 0.10중량% 이하인 B, Mg, Ca 및 Al로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있고, 임의로 급냉과 템퍼링 후에 강도를 증가시키기 위한 목적으로 5중량% 이하의 Co를 포함할 수 있다.

상기 조성물중 어느 하나를 갖는 본 발명의 스테인레스 스틸에서, 급냉과 템퍼링 후에 경도는 50HRC 이상이고, 30℃의 탈가스된 3.5%의 염수(salt water)에서 점식 전위 V'_c100은 150mV(eo S.C.E)이상인 것이 바람직하다. 이런 특성은 본 발명에 따른 상기-기재된 신규한 조성물로 얻어질 수 있다.

즉, 본 발명의 스테인레스 스틸은 경도가 일회의 비교적 단순한 어닐링에 의해 충분히 낮은 수준으로 감소될 수 있는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 냉연신(cold drawing), 냉간 압연(cold rolling), 냉각 단조(cold forging), 나사 전조(thread rolling), 냉간 굽힘(cold bending)과 같은 냉간 성형을 하는 경우, 어닐링 후 경도는 250HV 이하로 되는 것이 요구된다. 통상적인 유사한 스틸은 어닐링 단계가 수회 반복되지 않는다면 어닐링 후에 300HV 이하, 바람직하게는 250HV이하가 되게 경도를 낮추는데 어려움을 갖고, 복잡한 열처리를 요구한다. 본 발명의 스틸에서는 700 내지 890℃의 온도에서 어닐링을 일회 행하는 것에 어닐링 후에 경도를 300HV 이하로 낮출 수 있다. 특히, Ni의 최대 범위가 1.0중량% 이하인 경우, 어닐링 후에 경도는250HV 이하로 낮출 수 있다.

본 발명의 스테인레스 스텔에 포함된 다양한 원소의 기능은 하기에 나타내었다.

C는 13%Cr 스테인레스 스틸을 급냉한 후에 말텐사이트 조직을 얻는데 필수적이다. 또한 C는 카바이드를 형성하기 위해 카바이드-형성 원소와 결합하고, 이들의 일부는 경도를 효과적으로 증가시키기 위해 말텐사이트 매트릭스 고체-용액 상태로 있다. 그러나, C가 0.40중량%를 초과하여 첨가되는 경우, Cr의 카바이드는 충분히 많은 양으로 형성되고, 매트릭스에서의 Cr 함유는 내식성을 저하시키는 것을 감소시킬 수 있다. 즉, C 함유량이 0.15중량% 이하인 경우, 경도의 충분한 정도가 얻어지지 않을 분만 아니라 내점식성과 열간 가공성은 감소되고, 결과적으로 델타 페라이트를 발생시킨다. 따라서, C 함유량은 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하로 정한다. C의 바람직한 범위는 0.20 내지 0.35중량%이다.

Si 및 Mn은 탈산화를 위해 소량 첨가된다. Si 및 Mn이 2.0중량%을 초과하여 첨가되는 경우에서 조차, 추가로 향상되는 탈산화의 효과는 발견되지 않는다. 따라서, 이들 원소의 각각의 양은 2.0중량% 이하로 정한다. 또한, Si가 페라이트를 발생시키는 경향이 있는 원소이고, Mn이 아우스테나이트 조직을 발생시키는 경향이 있는 원소이기 때문에, 매트릭스 조직은 이들 원소가 소량일 지라도 다소의 영향을 받는다. 이런 이유로, Si 및 Mn은 각각 1.0중량% 이하로 유지되는 것이 바람직하다.

Ni은 델타 페라이트의 발생을 억제시키는데 제공되는 원소이고, 이것으로 내점식성이 향상되며, 특히 이후에 설명된 Cu의 첨가에 기인하여 발생되는 열간 가공성의 감소를 방지하는데 특히 효과적이다. 따라서, Ni는 첨가된 Cu의 함량에 의존하여 첨가되는 것이 요구된다.

Cu에 추가로 Mo 및 N과 같은 열간 가공성을 저하시키는 다른 원소를 포함한 본 발명의 13중량%Cr 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸에서, Ni/Cu의 값을 0.2 초과, 바람직하게는 0.3 이상 되도록 제한하는 것 뿐만 아니라, 하기와 같은 이유로 Ni 함량을 제한하는 것이 특히 요구된다. Ni가 0.1중량% 미만인 경우, 충분한 효과가 얻어지지 않는다. 그러나, Ni가 1.5중량5를 초과하여 참가되는 경우, 말텐사이트계 변형점은 낮아지고, 이것은 급냉후에 완벽한 말텐사이트 조직을 얻는 것을 어렵게 하고, 어닐링 후에 경도를 증가시키며, 그것으로 냉간 가공성이 저하된다. 따라서, Ni 함량은 0.1 내지 1.5중량%가 되도록 정한다. Ni의 바람직한 범위는 0.2중량% 초과 1.0중량% 이하이고, 더욱 바람직한 Ni의 범위는 0.3 내지 0.75중량5이다.

Cr은 부동(passive) 표면 필름을 형성하는 것으로 내식성, 특히 내점식성을 증가시키는 효과를 갖는 중요한 원소이다. Cr이 11.0중량% 미만인 경우, 내식성의 충분한 정도가 얻어지지 않는다. 그러나, Cr이 15.0중량%를 초과하여 첨가되는 경우, 델타 페라이트가 발생되고, 이것으로 내점식성과 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Cr 함량은 11.0중량% 이상. 15.0중량% 미만으로 정한다. Cr의 바람직한 범위는 13.0 내지 14.0중량%이다.

Mo는 이것이 부동 표면 필름을 안정화하는데 매우 효과적이기 때문에 필수적인 원소로서 본 발명의 스틸에 첨가되고, 그것으로 내점식성을 증가시킨다. Mo와 마찬가지로 W은 도한 내점식성을 증가시키는데 효과적이지만, 얻어진 효과는 W을 단독으로 첨가하는 경우 작다. W가 첨가되고, Mo의 일부가 W 의 동량(1/2W가 Mo의 동량과 일치)으로 대신 사용되는 것이 바람직하다. Mo 단독 또는 Mo와 W의 모두의 함유량이 Mo + 1/2W로 1.0중량%미만인 경우, 내점식성은 저하된다. 그러나, Mo 또는 W가 3.0중량5를 초고하하여 첨가되는 경우, 델타 페라이트가 발생되고, 그것으로 내점식성과 열간 가공성이 더욱 저하된다. 따라서, Mo 또는 Mo와 W의 함량은 1.0 내지 3.0중량%가 되게 정한다. 바람직한 범위는 1.5 내지 2.5중량%이다.

Cu는 Cr, Mo 및 N이 첨가된 스틸에 소량 첨가되는 경우 내점식성을 크게 증가시키는데 매우 효과적이다. Cu가 0.1중량% 미만인 경우, 충분한 효과가 얻어지지 않는다. 그러나, Cu가 2.0중량%로 초과하여 첨가되는 경우 열간 가공성이 악화될 분 아니라 급냉 후에 경도의 충분한 정도가 얻어지지 않는다. 따라서, Cu 함유량은 0.1 내지 2.0중량%로 정한다. Cu의 바람직한 범위는 0.1중량% 이상 1.0중량5 미만이고, Cu의 더욱 바람직한 범위는 0.2 내지 0.8중량%이다.

부수적으로, Cu 함유량이 2.0중량% 이하인 경우에서 조차, 열간 가공성이 충분하지 않는 범위로 여전히 존재한다. Ni를 제한하는 이유와 관련하여 상기에서 진술된 바와 같이, Ni와 Cu 사이의 관계는 Ni/Cu0.2이고, 바람직하게는 0.3 이하가 되게 Cu를 제한하는 것이 요구된다.

N은 급냉후에 경도를 증가시키는 말텐사이트 매트릭스에서 고체-용액 상태로 있는 원소이고, 또한 내점식성을 증가시키는데 매우 효과적이다. 또한, N이 델타 페라이트의 발생을 억제하는 효과를 가지고 있기 때문에, Ni 대신에 N을 첨가하는 것은 Ni와 같은 비싼 합금 원소를 절감하는데 효과적이고, 비싸지 않게 스틸 물질을 생산하는데 효과적이고, 동시에 델타 페라이트의 발생을 억제하는데 효과적이다. N이 0.02중량% 미만인 경우, 충분한 효과가 얻어지지 않는다. 그러나, N이 0.15중량%를 초과하여 첨가되는 경우, 스틸 잉곳(ingot)의 건전성은 손상되고, 제조성은 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.02 내지 0.15중량%로 정한다. N의 바람직한 범위는 0.05 내지 0.15이다.

V, Ti, 및 Nb는 필수적으로 첨가되는 원소는 아니지만, 일차 카바이드를 형성하고, 예비-아우스테나이트 결정 크기를 적재하는데 효과적이고, 그것으로 경도와 연성(ductiility)이 향상된다. 따라서, V, Ti 및 Nb의 하나 또는 둘 또는 그 이상은 요구되어지는 데로 첨가된다. V, Ti 및 Nb의 하나 또는 둘 또는 그이상이 합계로서 0.25중량%를 초과하여 첨가되는 경우, 거친 일차 카바이드가 형성되고 냉간 가공성은 저하된다. 따라서, V, ti 및 Nb의 하나 또는 그 이상의 함유량은 합계로서 0.25중량% 이하로 정하는 것이 바람직하다.

B, Mg, Ca 및 Al은 필수적으로 첨가되는 원소들은 아니지만, 산화물과 황화물을 형성하는데 그리고 예비-하우스테나이트 결정 경계에서 분리된 S, O를 감소시키는데 효과적이고, 그것으로 열간 가공성이 향상된다. 따라서, B, Mg, Ca, 및 Al의 하나 또는 둘 또는 그 이상을 요구되어지는 데로 참가한다. B, Mg, Ca 및 Al의 하나 또는 둘 또는 그 이상이 합게로서 0.10중량%를 초과하여 첨가되는 경우일 지라도, 얻어지는 효과는 더 이상 증가되지 않고, 그러나 깨끗함은 크게 낮아지고, 이것으로 열간 및 냉간 가공성이 저하된다. 따라서, B, Mg, Ca 및 Al의 하나 또는 둘 또는 그 이상의 함유량은 합계로서 0.10중량5 이하로 정하는 것이 바람직하다.

우수한 내점식성을 얻기 위해, 상기 언급된 합금 원소는 그들의 함유량이 각각의 범위에 맞을 뿐만 아니라 본 발명의 스틸을 위한 식과 정확하게 일치하는 것이 필요하다. 화학식 1 에 의해 표현된 A값은 본 발명의 스틸에서 동량의 Cr을 나타내고, A값의 자기성은 델타 페라이트를 형성하기에 용이한지 아닌지에 영향을 미치는 중요한 인덱스이다. A값은 아우스테나이트를 형성하는 경향이 있는 C, Mn, Ni, Cu 및 N의 중량%을 이들 원소의 효과에 의존하여 실험적으로 결정된 계수들에 의해 곱하는 것으로 계산된 값을, 페라이트를 형성하는 경향이 있는 원소인 Cr, Si, Mo, W, V, Ti 및 Nb의 중량%를 이들 원소들 각각의 효과에 의존하여 실험적으로 결정된 계수에 의해 곱하는 것으로 계산된 값으로부터 공제하는 것으로 제공된다. 실험의 결과로, 본 발명의 스틸에서 A 값은 10을 초과하는 경우, 델타페라이트가 형성되고, 내점식성이 크게 악화되고, 및 추가로 열간 가공성과 급냉후의 경도가 감소된다. 따라서, 화학식 1에 의해 표현된 A값은 10이하로 정한다.

화학식 2에 의해 표현된 B값은 본 발명의 스틸의 내점식성에 영향을 미치는 중요한 인덱스이고, 내점식성의 향상에 직접적으로 기여하는 원소인 Cr, Mo, W, Cu 및 N의 중량%를 이들 원소들의 각각의 효과에 의존하여 실험적으로 결정된 계수에 의해 곱하는 것으로 계산된 값의 합에 의해 제공된다. 본 발명의 스틸에서, B값이 20 미만인 경우, 우수한 내점식성이 얻어지지 않는다. 따라서, 화학식 2에 의해 표현된 B값은 20이상으로 정한다.

상기 언급된 원소에 추가로 Co를 중량% 이하로 본 발명의 스틸에 첨가할 수 있다.

Co는 급냉과 템퍼링 후 경도를 증가시키는 매트릭스에서 고체-용액 상태로 있다. 그러나, Co는 그것이 비싼 원소이기 때문에 다량으로 첨가될 필요가 없다.

불순물 원소로서 P와 S에 대해서, 이들 원소가 보통의 용융 공정중에 필수적인 혼합된 수준으로 존재하는 경우, 문제가 발생되지 않고, 따라서, P와 S에 과하는 특정한 제한은 없다. 내점식성의 견지에서, 이들 원소의 함유량은 가능하면 낮을수록 바람직하다.

본 발명의 스틸의 특성 값을 제한하는 이유는 하기에 설명될 것이다.

알맞는 방식으로 급냉과 템퍼링을 행하므로서, 본 발명의 스틸은 SUS304의 냉간 가공하는 소재 및 SUS410의 냉각되고 템퍼링된 소재보다 더 높은 경도를 제공할 수 있다. 특히, 스틸이 못, 나사볼트, 칼붙이, 스프링 등에 사용되는 경우, 스틸은 이들 생성물이 그들 자신의 능력을 완전히 개발하도록 50HRC 이상의 경도를 가지도록 요구된다., 본 발명의 스틸은 약 1000℃이상의 온도에서 그것을 급냉하고, 이어서 약 300℃ 이하로 저온 템퍼링 또는 약 400 내지 500℃에서 고온 템퍼링 하는 것에 의해 50HRC 이상의 경도를 가질 수 있다. 부수적으로, 나사, 못, 볼트 드에서 내파열성을 지연시키는데 심각한 주의가 필요한 경우에, 알맞은 템퍼링 온도를 선택하여 경도를 감소시키는 것에 또한 가능하다.

또한, 알맞은 방식으로 급냉과 템퍼링을 행하는 것에 의해, 본 발명의 스틸은 우수한 내점식성을 제공할 수 있고, 동시에 고경도를 유지한다. 점식 전위는 내점식성의 정도를 나타내는 공지된 인덱스 중에 하나이다. 공기 중에 사용되고, 수돗물, 빗물, 이슬 및 그와 유사한 것에 노출되는 것이 가능한 부재, 부품, 연장등에 스틸이 사용되는 경우에서 조차 우수한 내점식성을 보여주도록, 스틸은 30℃의 탈가스된 3.5% 염수에서 150mV(대 S.C.E) 이상의 점식 전위 V'_c100을 가지는 것이 요구된다. 본 발명의 스틸은 약 1000℃ 이상의 온도에서 그것을 급냉하는 것에 의해, 그리고 이어서 약 100℃ 이하로 저온 템퍼링하는 것에 의해 150mV(대 S.C.E) 이상의 V'_c100을 갖는다. 여기서, '점식'의 용어는 조그만 점(pit)이 스틸 표면에 분산된 점과 같은 것으로 나타나는 스테인레스 스틸에서 자주 관찰되는 부식의 일종을 의미한다. 점식의 발생은 외견상에 손상 뿐만 아니라 부식된 점으로부터 시작되는 파열을 일으킬 수 있다.

점식 전위는 전기화학 부식 평가 및 테스트를 위한 공정으로서 JIS G0577로 정확한 측정 방법에 따라서 측정된다. 즉, 점식 전위는 전류 밀도가 100μA/㎠가 되는 시점에서 얻어진 전위 V'_c100으로서 결정된다.

상기-기술된 특성 값은 본 발명의 스틸을 위한 제조 방법을, 특히 열처리 조건을 적절하게 선택하는 것으로, 사용에 의존하여 알맞게 조합하여 제공된다. 실시예를 통해, 냉간 성형 후 열처리를 행한 못, 나사 볼트, 칼붙이, 스프링 등에서, 어닐링 후 요구된 250HV 이하의 낮은 경도와 급냉과 템퍼링 후에 요구된 50HRC 이상의 높은 경도를 갖는 스틸을 제공하는 것이 가능하고, 점식의 위험이 있는 경우, 스틸은 150mV(대 S.C.E) 이상의 높은 점식 전위를 갖는 것이 가능하다.

냉간 성형 없이 기계로 성형된 나사, 볼트 칼붙이(刃物) 등에서, 급냉과 템퍼링 후 높은 경도와 높은 점식 전위의 결합은 저온 템퍼링을 행하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 또한, 스틸이 금형과 같은 연장에 사용되는 경우, 급냉과 템퍼링 후 고경도 만이 적용에 의존하여 요구된다. 또한, 스틸이 약 300℃ 이상의 고온에서 노출되는 연장에 사용되는 경우, 급냉과 템퍼링 후 고경도만이 요구된다. 이들 경우에서, 급냉과 템퍼링 후 고경도만이 예를 들면 400 내지 500℃의 온도에서 고온 템퍼링 하는 것에 의해 얻어질 수 있다.

본 발명은 실시예을 통해 하기에 설명될 것이다. 표 1 및 표 2에 기재된 화학 조성을 갖는 스틸은 진공 용융에 의해 용융되고, 10kg 잉곳은 각각의 스틸에서 얻었다. 표에서, 스틸 번호 1 내지 38은 조성, A값, B값, 및 모든 Ni/Cu 비율이 본 발명의 스틸에서 나타낸 본 발명의 한정 범위 내에 있고, 스틸 번호 40 내지 52는 조성, A값, B값 및 Ni/Cu 비율중 하나 도는 그 이상이 본 발명에 따른 한정 범위를 벗어나는 비교의 스틸이다.

각각의 잉곳을 열간 가공에 의해 30mm 정사각형의 막대로 형성하고, 이것을 860℃로 가열하고, 이어서 로 냉각하에서 어닐링하였다. 이후에, 막대를 1050℃로 가열하고, 30분 동안 그온도에서 유지시키고, 이어서 오일 냉각에 의해 급냉한다. 이어서, 템퍼링을 1시간 동안 180℃의 온도에서 행하였다.

어닐링 후의 경도는 Vickers 경도 테스터기에 의해 측정하고, 급냉과 템퍼링후의 경도는 Rockwell 경도 테스터기에 의해 측정하였다. 내점식성에서, 측정은 30℃의 3.5% 염수에서 JIS G0577에 의해서 하고, 전류 밀도가 100μA/㎠rk 되는 시점에서 얻어진 전위 V'_c100을 점식 전위로서 결정하였다. 열간 가공성은 열간 가공동안 표면 또는 코너에 균열을 일으키는 스틸에 X 마크를 표시하고, 균열이 발생되지 않는 스틸에 O 마크를 표시하여 평가하였다. 평가의 결과를 표 3에 기재하였다.

표 3에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 스틸 번호 1 내지 38은 급냉과 템퍼링 후에 50HRC 이상의 높은 경도를 갖고, 또한 150mV(대 S.C.E) 이상의 높은 점식 전위 V'_c100를 갖는다. 이것은 본 발명의 스틸이 우수한 내점식성과 고경도를 갖는다는 것을 의미한다. 스틸 번호 18 내지 19를 제외 하고, 본 발명의 스틸 번호 1 내지 38은 어닐링 후 250HV 이하의 경도를 가지며, 따라서 냉간 가공에의해 충분히 형성될 수 있다. 스틸 번호 18 및 19가 허용 범위의 최대 범위에 가까운 양으로 Ni를 포함하고, 어닐링 후에 비교적 높은 경도를 가지지만, 어닐링 후의 경도가 300HV 이하이고, 광 냉간 가공을 행할 수 있다. 따라서, 대량 냉간 환원으로 냉간 가공이 요구되지 않는 경우, 스틸 번호 18 및 19는 또한 우수한 내점식성과 급냉과 템퍼링 후에 고경도를 보여주시 때문에 다른 스틸 만큼 만족스럽게 이용 될 수 있다.

또한, 본 발명의 스틸 번호 1 내지 38은 요구되는 소재들이 열간 단조 및 열간 압연과 같은 열간 가공 공정을 통해 만족스럽게 제조될 수 있는 우수한 열간 가공성을 갖는다.

반면에, 조성, A값, B값 및 Ni/Cu 비율중 하나 또는 그 이상이 본 발명에 따른 제한 범위를 벗어나는 각각의 경우인 비교 스틸 번호 40 내지 52에서, 급냉과 템퍼링 후의 경도, 내점식성, 어닐링 후 경도 및 열간 가공성과 같은 특성중 하나 또는 그 이상이 본 발명의 스틸보다 열등함을 알 수 있었다.

특히, A 값 및 B값중 하나 또는 둘 모두가 제한된 범위를 벗어나는 경우인 비교 스틸 번호 40 내지 45, 47 및 48에서, 점식 전위는 낮은 값을 갖고, 내점식성은 충분하지 않다. 또한 Ni/Cu 비율이 낮은 비교 스틸 43, 47 및 49의 경우에서, Cu 함유량이 높은 비교 스틸 49 및 50의 경우에서, 열간 가공성이 나쁘고, 따라서, 소재의 제조성이 나빠졌다. 또한, Ni 함유량이 높은 비교 스틸 번호 46, 51 및 52에서, 어닐링 후 경도는 300HV 보다 놓고, 냉간 가공성은 나쁘고, 결과적으로 소재, 부품, 부재 등의 가공성이 감소하였다.

상기에 설명되었듯이, 본 발명의 말텐사이트계 스틸은 우수한 열간 가공성, 어닐링 후 낮은 경도, 우수한 내점식성, 및 급냉과 템퍼링 후의 고경도를 갖는다.

4개의 특성이 적절히 조화된 본 발명의 스틸을 제공하는 것이 또한 가능한다.

따라서, 본발명의 스틸이 공기중에서 사용되는 그리고 수돗물, 빗물, 응축된 이술등에 노출될 수 있는 부품, 부재, 연장등으로 사용되는 경우, 신뢰성과 제공 수명은 비교적 낮은 비용을 유지하면서 크게 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 산업적인 관점에서 놀라운 효과를 제공한다.

Claims (7)

1. 0.15중량%, 초과, 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 미만의 Mn, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 Mo + 1/2W로서 Mo와 W, 0.02 내지 0.15중량% N, 0.1 내지 1.5중량% Ni, 0.1 내지 2.0중량% Cu, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 여기서 Ni 및 Cu는 하기의 화학식 3으로 나타낸 관계가 만족되는 범위로 포함되고, 하기 화학식 1로 정의된 A값은 10 이하이고, 하기의 화학식 2로 정의된 B값은 20 이상인 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸.

   (여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

   (여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)
2. 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 미만의 Mn, 0.2중량% 초과 1.0중량% 이하의 Ni, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 Mo+1/2W의 의미로 Mo와 W, 0.1중량% 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량%의 N, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 화학식 1로 정의된 A값이 10이하이고, 하기 화학식 2로 정이된 B값이 20이상인 것을 특징으로 하는 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스티인레스 스틸.

   (여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

   (여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)
3. 0.20 내지 0.35중량%의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.3 내지 0.75중량5의 Ni, 11.0중량% 초과 15.0중량% 이하의 Cr, 1.0 내지 3.0중량5의 Mo 또는 Mo + 1/2W의 의미로 Mo와 W, 0.1중량5 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량5의 N, 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 화학식 1로 정의된 A값이 10이하이고, 하기 화학식 2로 정의된 B값이 20이상인 것을 특징으로 하는 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸.

   (여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

   (여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)
4. 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 1/2W로의 의미로 Mo와 W, 0.02 내지 0.15중량% N, 0.1 내지 1.5중량% Ni, 0.1 내지 2.0중량% Cu, 합계로서 0.25% 이하인 V, Ti 및 Nb로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, Ni 및 Cu는 하기 화학식 3으로 나타낸 관계가 만족되는 범위로 포함되고, 하기 화학식 1로 정의된 A값이 10 이하이고, 하기의 화학식 2로 정의된 B 값이 20 이상인 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸.

   (여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

   (여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)
5. 0.15중량% 초과 0.40중량% 이하의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.2중량% 초과 1.0중량% 이하의 Ni, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 Mo + 1/2W의 의미로 Mo와 W, 0.1중량% 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량%의 N, 합계로서 0.25중량% 이하인 V, Ti 및 Nb로 이루어진 그룹중에서 적어도 하나 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 하기 화학식 1로 정의된 A값이 10이하이고, 하기 화학식 2로 정이된 B값이 20이상인 것을 특징으로 하는 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸.

   (여기서, A값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)

   (여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)
6. 0.20 내지 0.35중량%의 C, 2.0중량% 이하의 Si, 2.0중량% 이하의 Mn, 0.3 내지 0.75중량5의 Ni, 11.0중량% 이상 15.0중량% 미만의 Cr, 1.0 내지 3.0중량%의 Mo 또는 Mo + 1/2W의 의미로 Mo와 W, 0.1중량% 이상 1.0중량% 미만의 Cu, 0.02 내지 0.15중량%의 N, 합계로서 0.25중량% 이하의 V, Ti 및 Nb로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 및 나머지는 철로 필수적으로 이루어지고, 하기 화학식 1로 정의된 A값은 10이하이고, 하기 화학식 2로 정의된 B값이 20이상인 것을 특징으로 하는 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸.

   (여기서, B값은 선택 원소중에 첨가되지 않은 원소를 0으로 계산한다.)
7. 합계로서 0.10중량% 미만인 B, Mg, Ca 및 Al로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 스틸에 추가로 포함하는 우수한 내점식성을 갖는 고경도 말텐사이트계 스테인레스 스틸.