KR100263770B1 - 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염 해수 또는 암모니아에 대한 내식성이 우수하고 탄성율이 높기 때문에 내진동성이 좋고 관을 얇게 제조할 수 있으며, 침식 부식에 대한 저항성이 우수하여 냉각수의 고속 운전과 함께 스폰지 볼 세정이 가능하여 열교환기 관으로 널리 사용되고 있는 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로 보다 상세하게는 중량 %로 Cr : 20.0~35.0, Mo : 1.0~6.5, W : 10~6.0, Mn : 3.5이하, Ni : 4 이하, Si : 3l 이하, V : 2 이하, Cu : 3 이하, Al : 3 이하, C : 0.03 이하, N : 0.03이하 나머지가 불가피한 불순물과 철로 구성되는 것을 특징으로 하는 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강을 제공한다.

또한, 본 발명은 Mo+0.5W가 1.5-9.5 중량%의 범위를 갖도록 하며, 상기 V를 대신하여 Ti, Zr, Nb중 1종 또는 2종 이상의 성분이 0.5 중량% 이하가 되도록 참가되거나 시그마상의 형상을 억제하기 위하여 Cu 및 Al이 각각 또는 함께 첨가되는 것을 특징으로 하는 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트게 스테인레스강을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 의하여 Mo과 W의 동시 첨가에 의한 부동태 피막의 안정성 강화와 시그마상 형성 억제로 국부부식 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 얻을 수 있다.

Description

국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강

본 발명은 오염 해수 또는 암모니아에 대한 내식성이 우수하고 탄성율이 높기 때문에 내진동성이 좋고 관을 얇게 제조할 수 있으며, 침식 부식에 대한 저항성이 우수하여 냉각수의 고속 운전과 함께 스폰지 볼 세정이 가능하여 열교환기 관으로 널리 사용되고 있는 페라이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

지금까지 개발되어 사용되고 있는 초내식성 페라이트계 스테인레스강의 주요 조성은 Fe-29Cr-4Mo계 합금으로 이 합금은 공식과 틈부식에 대하여 높은 저항성을 갖고 있으며, 용접 후 우수한 전성과 입계 부식 저항성을 갖게 하기 위하여 탄소와 질소의 총함량을 매우 낮게 제어하고 있다.

대표적인 상업용 합금의 공식 저항 지수(Pitting Resistance Equivalent, PRE = %Cr+3.3%Mo+30%N)는 39-43 범위 내에 속해 있으며, 우수한 내식성은 높은 함량의 Cr과 Mo의 작용에 기인된 것이다.

그리고, 한국 특허 공고 85-995에 의해 제공되는 페라이트 스테인레스강철은 우수한 틈새 및 입자 내부식성, 우수한 용접성 및 용접 전후에 만족한 인성을 가지는데 그 특징이 있으며, 미국 특허 제3,932,174호 및 제3,929,473호에 의해 티타늄, 콜롬비움 및 지르코늄이 높은 탄소-질소 형태 합금의 틈새 및 입자 내부식성을 개량하기 위하여 첨가되었다.

또한, 미국 특허 제3,932,174호 및 제3,929,473호에 의하면 안정화제가 합금의 인성 및 용접성의 저해없이 높은 탄소 및 질소 형태로 첨가될 수 있다고 하였고, 한국 특허 공고 88-1356은 개량된 인성을 가진 낮은 침입형, 내부식성이며, 용접 가능한 페라이트 스테인레스강에 관한 것으로 특히 소량의 콜롬비움이나 티타늄을 첨가하여 최대 성취 냉각이 제한되었을 때도 인성이 개량되어 낮은 침입형이고 내부식성이며 용접 가능하게 되는 페라이트 스테인레스강에 관한 것이다.

이 발명의 다른 목적은 소량의 콜롬비움이나 티타늄을 첨가함에 의해서 개량된 인성을 나타내는 고몰리브덴 함량의 침입형, 내부식성이여 용접성이 있는 페라이트 스테인레스강을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술들에서는 제시되지 않았던 Mo과 W의 동시 첨가에 의한 부동태 피막의 안정성 강화로 국부 부식 저항성을 극대화시키고, 매우 경하고 취약하며 내식성도 저하시키는 주요인이었던 시그마상의 형성을 억제시킴으로써 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 (Mo+W) 동시 첨가에 따른 상승 효과를 보여주는 발명 합금과 비교합금의 부식 저항성을 나타내는 그래프도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량 %로 Cr : 20.0~35.0, Mo : 1.0~6.5, W : 1.0~6.0, Mn : 3.5이하, Ni : 4이하, Si : 3이하, V : 2 이하, Cu : 3이하, Al : 3 이하, C : 0.03 이하, N : 0.03 이하 나머지가 불가피한 불순물과 철로 구성되는 것을 특징으로 하는 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강을 제공한다.

또한, 본 발명은 Mo+0.5W가 1.5-9.5 중량%의 범위를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강을 제공한다.

그리고, 본 발명은 상기 V를 대신하여 Ti, Zr, Nb 중 1종 또는 2종 이상의 성분이 0.5 중량% 이하가 되도록 첨가되거나 시그마상의 형성을 억제하기 위하여 Cu 및 Al이 각각 또는 함께 첨가되는 것을 특징으로 하는 국부부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트계 스테인레스강을 제공한다.

이하, 본 발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.

(1) 크롬(Cr) : 20.0~35.0 중량%

스테인레스강의 내식성 유지에 가장 중요하고 기본이 되는 원소이며 최소한의 내식성을 위해서는 12% 이상이 필요하나, 본 발명 합금에서는 높은 국부 부식 저항성 확보를 위하여 20.0% 이상의 크롬을 함유하여하고, Mo과 W의 함량을 고려하여 상한치를 35.0%로 제한한다.

(2) 몰리브데늄(Mo) : 1.0~6.5 중량%

크롬과 함께 본 발명 합금의 내식성 유지에 중요한 원소로서 페라이트상을 안정화시키는 작용을 한다. 소둔 상태에서는 기계적 성질 및 내식성의 측면에서 매우 유용하지만, 시효 열처리 또는 열간 압연 및 용접 등을 행할 경우에 악영향을 주는 시그마상을 생성시키는 대표적인 원소이므로 크롬과 텅스텐 함량을 고려하여 6.5% 이하로 제한한다. 또한 텅스텐과 반드시 함께 첨가하여야 하며, 따라서 1.0% 이상으로 제한한다.

(3) 텅스텐(W) : 1.0~6.0 중량%

페라이트 안정화 원소로서 내식성에 미치는 효과는 몰리브데늄보다 약 50%정도 작으나 유사한 경향을 갖는다. 크롬과 몰리브데늄 함량에 따라서 그 양을 조절하여야 하며, 단독으로 다량 첨가시 유해한 금속간 화합물의 생성을 촉진시킬 수 있으므로 상안정성, 기계적 성질 및 내식성의 측면에서 6.0% 이하로 제한한다. 또한 반드시 몰리브데늄과 함께 첨가하여야 하며 따라서 최소 함량을 1.0% 이상으로 제한한다.

(4) 망간(Mn) : 3.5 중량% 이하

오스테나이트 조직을 안정화시키는 원소이며, 질소의 고용량을 증가시키는 원소이다. 강 중의 황과 화합하여 황화망간을 생성시켜 열간 취성의 발생을 방지하고 용해 정련시 탈산 효과가 있지만 다량 첨가시 내식성이 저하하므로 3.5% 이하로 제한다.

(5) 니켈(Ni) : 4.0 중량% 이하

강력한 오스테나이트 안정화 원소로서 다량 첨가하면 오스테나이트 조직이 도입될 수 있으므로 첨가시 유의하여야 한다. 그러나 인성을 향상시키는 원소이므로 그 함량을 4.0% 이하로 제한한다.

(6) 규소(Si) : 3 중량% 이하

페라이트 조직을 안정화시키는 원소로서 용해 정련시 탈산 효과가 있고 내산화성을 증가시키는 원소이나 3% 이상 첨가하면 강의 인성과 연성이 저하한다. 내식성의 측면에서는 1.5% 이하가 바람직하며 내산성을 위해서 다량 첨가할 수 있다.

(7) 바나듐(V) : 2 중량% 이하

바나듐은 강력한 페라이트 안정화 원소이며 내식성을 향상시키는 효과가 있다. 또한 탄화물 및 질화물을 형성하므로써 페라이트계 스테인레스강 중의 탄소와 질소가 다량 존재할 때 발생될 수 있는 용접 특성 열화를 방지시킬 수 있다. 그러나 다량 첨가되면 내산화성이 약화될 수 있으므로 2% 이하로 제한한다.

(8) 탄소(C) : 0.03 중량% 이하

페라이트계 스테인레스강에서의 높은 탄소 함량은 이 합금의 용접성 악화와 부식 저항성 감소와 직결되므로 높은 함량은 바람직하지 못하다. 따라서 0.03% 이하로 제한한다.

(9) 질소(N): 0.03 중량% 이하

오스테나이트계 또는 2상계 또는 마르텐사이트계 스테인레스강에서는 공식에 대한 저항성을 향상시키는 유용한 원소이며 그 효과는 크롬의 약 30배 이상이다. 그러나 페라이트계 스테인레스강에서는 높은 질소 함량은 이 합금의 용접성 악화와 부식 저항성 감소와 직결되므로 높은 함량은 바람직하지 못하다. 따라서 본 발명에서는 0.03% 이하로 제한한다.

(10) Mo+0.5W가 1.5~9.5 중량%의 범위를 갖도록 하는 이유는 그 합이 1.5 중량% 미만이 되면 부식 저항성이 매우 낮아지고, 그 합이 9.5를 초과하면 부식 저항성은 향상되나 스테인레스강이 너무 취약하게 되기 때문이다.

(11) 구리(Cu) : 3 중량% 이하

내산성을 크게 향상시키는 효과가 있으며, 시그마상의 형성을 억제시키는 효과가 있다. 그러나 다량 첨가하면 오스테나이트가 도입되는 등 조직의 안정성을 해치므로 3.0% 이하로 제한한다.

(12) 알루미늄(Al) : 3 중량% 이하

시그마상의 형성을 억제하는 효과가 크기 때문에 시그마상의 형성이 재료의 특성에 미치는 영향이 큰 경우에는 첨가하는 것이 좋다. 그러나 다량 첨가하면 용해 시 노즐이 알루미늄 산화물 형성에 의하여 막힐 수가 있으며, 개재물이 형성될 수 있으므로 3% 이하로 제한한다.

(13) 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb) : 0.5 중량% 이하

이들 원소가 첨가될 경우 탄화물 및 질화물을 형성하므로써 페라이트계 스테인레스강의 용접 특성 열화를 방지할 수 있으나, 본 발명에서는 그 함량을 0.5% 이하로 제한하며 대신 동일한 효과를 바나듐의 첨가로 대신한다.

상기와 같은 수치한정의 이유를 갖는 본 발명의 특징은 Mo과 W을 반드시 동시에 첨가한다는 것이다. 그 이유는 페라이트계 스테인레스강에 Mo과 W을 동시에 첨가할 경우, 상승 효과가 나타나기 때문이다.

즉, 스테인레스강의 우수한 부식 저항성은 표면에 생성되는 부동태 피막의 안정성에 의존하며, 기존의 발명 합금은 Cr, Mo 등의 원소가 주된 역할을 하고 있으나, 본 발명에서는 페라이트계 스테인레스강의 국부 부식 저항성에 미치는 (Mo+W)의 동시 첨가를 통하여 표면에 생성된 부동태 피막의 안정성 증대로 인하여 (Mo+W)의 상승 효과가 나타남을 발견하였다.

한편 페라이트계 스테인레스강에 Cr, Mo 등의 원소를 다량 첨가하게 되면 취성을 갖는 시그마상이나 카이상이 석출하게 된다. 이들 상의 석출은 경도의 증가가 매우 크게 되므로 억제시키는 기술은 매우 중요하다.

이들 상의 특징을 약술하면 다음과 같다.

(1) 시그마(δ)상 : 시그마상은 단위 격자 당 30개의 원자를 갖는 복잡한 구조이며 여러 조성 범위를 갖고 있다. 스테인레스강에서는 일반적으로 600℃~1000℃사이에서 나타나며, 850℃에서 그 효과가 가장 크다. 시그마상은 매우 경하고 취약하기 때문에 연성과 인성을 크게 저하시키는 해로운 상으로 알려져 있고 내식성도 저하시킨다. 스테인레스강에서는 몰리브데늄이 특히 시그마상의 형성을 촉진시키는 원소이며 크롬은 TTT곡선에서 노우즈(nose)를 앞으로 전진시키는 효과가 있다. 시그마상의 성분은 크롬, 몰리브데늄, 규소 등이 농축되어 있다. 이와 같이 시그마상의 석출은 합금 원소 및 열처리 이력에 크게 의존하고 있으며 또한 시그마상의 석출은 내식성을 저하시키기 때문에 시그마상 석출 억제는 스테인레스강에 있어서 가장 중요한 과제이다.

(2) 카이(χ)상 : 시그마상에 비하여 부피 분율이 작기 때문에 시그마상보다는 덜 해로운 상으로 알려져 있다. 그러나 카이상도 시그마상과 같이 매우 취약하고 경한 상으로서 약 700℃~900℃ 상이에서 석출되며 체심 입장 격자(bcc)를 갖는다. 카이상은 시그마상에 비하면 몰리브덴늄 함량이 많은 것이 특징이다. 이처럼 몰리브데늄의 농축이 심하기 때문에 카이상이 석출될 경우 내식성이 크게 저하되며 인성과 연성을 저하시킨다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명의 실시예에 사용된 합금은 순수한 상업용 품위를 갖는 전해철, 크롬, 몰리브데늄, 니켈, 텅스텐, 구리, Fe-Si, Fe-V, 알루미늄 등을 주 재료로 하여 고주파 유도로를 이용하여 진공 분위기하의 마그네시아 도가니에서 용해하였다.

그 뒤 충분히 예열된 4각 금형에 용탕을 주입하여 15kg의 잉코트를 제조하였고, 상기 열연용 잉고트를 연삭 또는 기계 가공을 행하여 적정한 크기로 잉고트를 가공한 뒤, 1,250℃에서 120분간 소킹(soaking)하고 4mm 두께까지 열간 압연을 행하고 공기 중에서 냉각하였으며, 1,066℃에서 중간 소둔을 행하고 질산과 불산의 혼합 용액 중에서 산세를 행하고 2mm까지 냉각 압연을 행하였다.

소둔 열처리 조건은 1,075℃~1,150℃ 사이의 온도 구간이며, 소둔 열처리 후 몰로 냉각하였다.

상기와 같이 제작된 시편으로 다음의 시험을 행하였다.

* PREW=%Cr+3.3(%Mo+0.5%W)+30%N

상기 표 1은 본 발명 합금과 비교 합금의 화학 성분을 나타낸 것이고, 제1도는 비교 합금 101과 102, 발명 합금 201, 301, 401을 1075, 1100, 1125, 1150℃의 온도로 10분 동안 소둔 열처리를 행하고 냉각한 시편에 대하여 ASTM G48A에 의거하여 6% FeCl₃용액에서의 임계 공식 온도(CPT, Ctitical Pitting Temperature)를 구한 것이다. 비교 합금 101의 공식 저항 지수(PREW, Pitting Resistance Equivalent=%Cr+3.3(%Mo+0.5%W)+30%N)는 42이며, 비교 합금 102의 공식 저항 지수는 42.5이고, Mo과 W을 동시에 함유하고 있는 발명 합금 102의 공식 저항 지수는 42.5이고, Mo과 W을 동시에 함유하고 있는 발명 합금 201, 301, 401의 공식 저항 지수는 각각 41.8, 41.7 그리고 41.9이다.

일반적으로는 스테인레스강의 공식 저항성과 공식 저항 지수의 관계는 선형적인 비례 관계가 있는 것으로 알려져 있다(M, B. Rockel, W. Herda, and U. Brill, Proceedings fo International Conference on Stainless Steels, p.78(1991). 그런데 본 발명에서는 비록 근소한 차의 공식 저항 지수이지만, 비교 합금의 저항 지수가 발명 합금의 지수보다 약간 크다. 지금까지의 연구 결과에 따르면, 비교 합금의 공식 저항성이 발명 합금보다 우수하여야 하지만 제1도에 나타낸 바와 같이 오히려 발명 합금의 공식 저항성이 더 크다는 것이다.

다시 말하면, Mo 또는 W이 단독으로 첨가된 비교 합금보다는 Mo과 W을 동시에 첨가한 발명 합금의 경우가 모든 수둔 조건에서 공식 저항성이 우수하다는 것이다. 합금 원소가 동시에 첨가되므로써 내식성이 더욱 향상되는 효과를 ‘상승효과(Synergistic effect)’라 부르고 있다.

즉, 본 발명에서는 ‘Mo과 W의 동시 첨가에 따른 상승 효과’가 나타나고 있음을 제1도로부터 확인할 수 있다. 한편 비교 합금 100의 공식 저항 지수는 29.5로서 임계 공식 온도는 50℃ 이하였으며, 비교 함금 103의 공식 저항 지수는 42.2로서 앞의 합금과 유사한 값을 지니고 있으니, 임계 공식 온도는 65℃로 평가되었다.

이와 같이 Mo과 W의 동시 첨가에 따른 상승 효과가 나타나는 이유는 스테인레스강의 내식성 유지에 가장 중요한 역할을 하는 부동태 피막의 안정성에 의존한다. 즉, 피막 중에 존재하는 원소 상태의 금속 및 산화물도 피막의 안전성에 중요한 역할을 하며, 피막 중에서 고상 반응으로 생성된 MoO₄₌ 또는 Wo₄₌ 이온이 부동태 피막을 강화시켜 국부 부식에 대한 저항성을 증가시킨 것이다.

[실시예 1]

표 1의 화학 조성을 갖는 합금에 대하여 1×2 in의 크기로 절단하여 소둔 열처리를 행하였다. 소둔 열처리 조건은 1,075℃-1,150℃ 사이의 온도 구간이며, 각 온도에서 10분간 유지한 뒤 물로 냉각하여 시편을 제작하였다.

공식 시험 용기는 1리터 용량의 유리 반응조를 사용하였으며 상부에 콘덴서를 설치하여 용액의 증발을 방지하여 주었다. 시편은 고무 튜빙으로 절연된 전선을 이용하여 45°의 각도로 기울인 상태에서 실험을 행하였으며, 매 시험마다 새로운 용액으로 교체하여 주었다. 시편의 표면을 #600번까지 SiC연마지로 습식 연마한 다음 시험 전까지 데시케이터에 보관하였다.

ASTM G48A 표준 규격에 의거하여 6% FeCl₃용액(= 10% FeCl₃6H₂0)에서 50℃에서 72시간 동안 침지하여 무게 감량이 없는 경우에는 그 이상의 온도별로 24시간 동안 침지하여 각 온도에서의 부식 속도를 구하였다. 임계 공식 온도(Critical Pitting Temperature, CPT)의 측정은 각 침지 온도에서의 무게 감량의 누계가 5mg을 초과하는 온도를 임계 공식 온도로 정하였다. 무게 변화의 측정과 동시에 침지 시험 후 표면 관찰을 행하여 공식의 발생 유무를 확인하였다. 그 결과를 표 2에 요약하여 놓았다.

전체 소둔 조건의 비교 합금과 발명 합금 모두 50℃에서는 무게 감량이 나타나지 않았다. 그래서 각 조건의 임계 공식 온도를 구하였다. 비교 합금 101은 80-85℃, 비교 합금 102는 75-80℃의 임계 공식 온도를 보였다. 그러나 발명 합금은 최저 임계 공식 온도가 90℃이며, 발명 합금 202의 임계 공식 온도는 시험 용액의 비등 온도인 100℃이거나 비등 온도에서도 무게 감량이 나타나지 않아서 표에는 ＞100℃으로 나타내었다. 따라서 본 발명 합금 모두가 비교 합금보다 월등히 우수한 공식 저항성을 지닌 합금임을 알 수 있다.

상기 표 1의 화학 조성을 갖는 비교 합금과 발명 합금에 대하여 1,125℃에서 10분간 소둔 열처리를 행한 다음 물로 냉각하였다. 시편의 크기는 1×2in. 였다.

틈부식 시험 용기는 1리터 용량의 유리 반응조를 사용하였으며 상부에 콘덴서를 설치하여 용액의 증발을 방지하여 주었다. 시편은 고무 튜빙으로 절연된 전선을 이용하여 45°의 각도로 기울인 상태에서 실험을 행하였으며, 매 시험마다 새로운 용액으로 교체하여 주었다. 시편의 표면을 #600번까지 SiC연마지로 습식 연마한 다음 시험 전까지 데시케이터에 보관하였다.

ASTM G48B 표준 규격에 의거하여 6% FeCl₃용액(=10% FeCl₃6H₂O)에서 50℃에서 72시간 동안 침지하여 무게 감량이 없는 경우에는 그 이상의 온도별로 24시간 동안 침지하여 각 온도에서의 부식 속도를 구하였다.

틈부식 시험은 시편을 폴리테트라 플루오르에틸렌 블록을 전면과 후면에 사용하여 한쌍의 고무 밴드로서 상호 90℃로 횡방향 및 종방향으로 고정시켜 틈을 생성시키고 시험 용액 중에 침지한다.

임계 틈부식 온도(Critical Crevice Corrosion Temprature. CCT)의 측정은 각 침지 온도에서의 무게 감량의 누계가 5mg을 초과하는 온도를 임계 공식 온도로 정하였다. 무게 변화의 측정과 동시에 침지 시험 후 표면 관찰을 행하여 틈부식의 발생 유무를 확인하였고, 그 결과를 하기 표 3에 요약하여 놓았다.

전체 소둔 조건의 비교 합금과 발명 합금 모두 50℃에서는 무게 감량이 나타나지 않았다. 그래서 각 조건의 임계 틈부식 온도를 구하였다.

비교 합금 101과 102는 60℃의 임계 틈부식 온도를 보이고 있는 반면, 발명 합금은 최저 임계 틈부식 온도가 70℃이며, 최고 임계 틈부식 온도는 80℃로 나타났다. 이 결과에서도 앞의 공식 저항성과 같이 본 발명 합금 모두가 비교 합금보다 월등히 우수한 틈부식 저항성을 지닌 합금임을 알 수 있다.

[실시예 3]

상기 표 1의 화학 조성을 갖는 비교 합금과 발명 합금의 일부에 대하여 1,125℃에서 10분간 소둔 열처리를 행하고 850℃에서 10분간 시효 열처리를 행하였다. 시편의 크기는 1×2in.이었으며, 실시예 2에서와 같은 방법으로 틈부식 속도를 구하였다.

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 비교 합금 102는 50℃의 용액 침지 온도에서 785.4mg의 무게 감량이 나타나 임계 틈부식 온도가 50℃ 미만임을 알 수 있으며, 비교 함금 101의 임계 틈부식 온도는 55℃로 나타났다.

이에 비하여 본 발명 합금은 50℃에서의 무게 감량은 없었으며, 55℃-65℃의 임계 틈부식 온도를 보이고 있어 비교 함금보다 우수한 틈부식 저항성을 지니고 있음을 보여주고 있다.

[실시예 4]

상기 표 1의 화학 조성을 갖는 비교 합금과 발명 합금의 일부에 대하여 1.125℃에서 10분간 소둔 열처리를 행하고 850℃에서 10분간 시효 열처리를 행하였다. 시편의 크기는 1×2in. 이었으며, 로크웰경도기(B 스케일)를 사용하여 시효재의 경도와 수둔재의 경도 차이를 구하였다. 시효 열처리에 따른 경도의 상승은 주로 앞에서 언급한 시그마상이나 카이상의 변태로 인하여 발생하는데 이러한 시그마상이나 카이상의 검출은 미세 조직 관찰과 X-선 회절 분석을 하여 정성적으로 표현하였다.

Mo이 단독으로 첨가된 비교 합금 101과 W이 단독으로 첨가된 비교 합금 102는 시효에 의해서 시그마상과 카이상이 검출되었고 이에 따라서 경도의 상승이 매우 크게 나타났다. 또한 발명 합금 201도 10분 시효의 경우에도 시그마상과 카이상이 검출되어 경도 상승이 다소 크게 나타났으나 Al이 첨가된 발명 합금 202 및 302, Cu가 첨가된 발명 합금 203, Al과 Cu가 함께 첨가된 발명 합금 402의 경우, 10분 시효의 경우는 시그마상과 카이상이 검출되지 않았으며, 장시간 시효에 의해서도 경도 상승이 크게 나타지 않아 페라이트계 스테인레스강의 시효 변태에 따른 시그마상 등의 석출을 Al과 Cu 첨가가 억제시키고 있음을 알 수 있다.

또한 Mo이나 W이 단독으로 첨가된 비교 합금 101과 102보다 Mo과 W이 함께 첨가된 발명 합금 201의 경도 상승이 작게 나타나고 있어 내식성의 증가와 함께 기계적 성질도 개선되는 효과가 있음을 알 수 있다.

비고 : 시그마상 또는 카이상의 검출 정도(o : 거의 없음, x : 약간 검출, xx : 많이 검출)

[실시예 5]

상기 표 1의 화학 조성을 갖는 비교 합금과 발명 합금의 일부에 대하여 1.125℃에서 10분간 소둔 열처리를 행하고 CTAW 용접법으로 용접(시편 두께 2mm)을 행하고 공냉하였다. 시편의 크기는 1×2in.이었으며, 실시예 2에서와 같은 방법으로 틈부식 속도를 구하였다.

표에서 보는 바와 같이. 비교 합금 102는 50℃의 용액 침지 온도에서 357.2mg의 무게 감량이 나타나 임계 틈부식 온도가 50℃ 미만임을 알 수 있으며, 비교 합금 101의 임계 틈부식 온도는 55℃로 나타났다. 이에 비하여 본 발명 합금은 50℃에서의 무게 감량은 없었으며, 60℃-65℃의 임계 틈부식 온도를 보이고 있어 비교 합금보다 우수한 틈부식 저항성을 지니고 있음을 보여주고 있다.

한편 1×2in.의 시편에 대하여 ASTM A262 Practice B에 따라서 황산제2철-50% 황산의 비등 용액내에서 120시간 침지시켜 부식 속도를 구하여 표 6에 함께 나타내었다. 비교 합금보다 본 발명 합금의 부식 속도가 더 적게 나타나고 있어 Mo과 W을 함께 첨가한 본 발명 합금의 임계 부식 저항성이 더 우수함을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하여 Mo과 W의 동시 첨가에 의한 부동태 피막의 안정성 강화로 스테인레스강 표면의 국부 부식에 대한 저항성을 극대화시키고, Cu 및 Al 등의 첨가로 매우 경하고 취약한 성질을 띠며 강의 내식성을 저하시키는 주요인이었던 시그마상의 형성을 억제시킴으로써 국부부식 저항성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 20~35wt%의 Cr, 1~6.5wt%의 Mo, 1~6wt%의 W, 3.5wt% 이하의 Mn, 4wt% 이하의 Ni, 3wt% 이하의 Si, 2wt% 이하의 V. O.O3wt% 이하의 C, 0.03wt% 이하의 N으로 구성하되, Mo+0.5W은 1.5~9.5Wt%를 갖도록 반드시 동시첨가되며; 잔여량은 불가피한 불순물과 Fe로 이루어지는 것을 특징으로 하는 국부 부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트 단상의 스테인레스강.
2. 제1항에 있어서, 상기 첨가원소중 V를 대신하여 Ti, Zr, Nb 중 1종 또는 2종 이상의 성분이 0.5wt% 이하가 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 국부 부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트 단상의 스테인레스강.
3. 제1항에 있어서, 상기 첨가원소에 3wt% 이하의 Cu가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 국부 부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트 단상의 스테인레스강.
4. 제1항에 있어서, 상기 첨가원소에 3wt% 이하인 Al이 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 국부 부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트 단상의 스테인레스강.
5. 제1항에 있어서, 상기 첨가원소에 3wt% 이하의 Cu와 3wt% 이하의 Al이 각각 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 국부 부식 저항성이 향상되고 시그마상의 형성이 억제된 페라이트 단상의 스테인레스강.