KR100276325B1

KR100276325B1 - 내입계부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강

Info

Publication number: KR100276325B1
Application number: KR1019960069474A
Authority: KR
Inventors: 김광태
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1996-12-21
Publication date: 2000-12-15
Also published as: KR19980050637A

Abstract

본 발명은 내산화 및 내열강으로 사용되는 오스테나이트 스테인레스강에 관한 것이며, 그 목적은 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트 스테인레스강을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본발명은 중량%로 Cr : 16-20%, Ni : 8-15%, Mo : 3%이하, Mo : 2% 이하 및 Si : 1% 이하로 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서, 상기 오스테나이트계 스테인레스강에 C: 0.025%이하, Ti : 0.1 - 0.2%, N: 0.05 - 0.095%, 및 Ti/C의 비가 5-8를 만족하도록 함유되어 이루어지는 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강

본 발명은 내산화 및 내열강으로 사용되는 오스테나이트 스테인레스강에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트 스테인레스강에 관한 것이다.

종래, 오스테나이트계 스테인레스강의 일종인 304강에 중량비로 Mo를 약 2-2.5중량%(이하, %라한다) 첨가하여 내해수성 및 내공식성을 향상시킨 316강은 범용의 내산화 및 내열강으로써 널리 사용되고 있다.

그러나, 상기 강은 열교환 부품으로 400 - 900℃의 온도범위에서 장시간 사용될때는 예민화에 의해 입계에 크롬탄화물이 형성되어 부식이 심하게 발생되는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 여러 가지 노력의 결과, 입계부식 원인이 되는 C함량을 0.03%이하로 하면 내식성은 향상되나 고온강도가 문제가 되므로, C함량이 0.08% 이하인 강에 Ti를 적당량 첨가하여 예민화 온도구간에서도 안정된 조직을 갖는 STS 316Ti강이 개발되었다.

상기 316Ti 스테인레스강은 고온강도를 유지하기 위하여 내입계부식성에 근본적으로 영향을 미치는 합금원소인 C함량을 0.08% 이하로 규제하고; 고온에서 장시간 사용할 때 C에 의한 입계예민화 현상을 방지하기 위하여 Ti을 5 × (C+N)- 0.7% 또는 0.8% 첨가한다. 또한, N함량에 대해서 KS나 JIS 규격에서는 특별한 범위를 제시하고 있지 않으나 ASME 규격에서는 중량비로 O.1% 이하로 규제하여 첨가하고 있다.

통상적으로 상기 316Ti 스테인레스강은 C함량을 약 0.04- 0.05%로 하고 Ti 함량을 최소한 0.2% 이상으로 하여, 내입계 부식성이 향상되지만, 아직도 고온에서의 예민화에 의한 내부식성이 다소 열악하고, Ti 다량첨가에 의한 제조원가가 상승되는 단점이 있다.

이에, 본발명은 상기 종래문제를 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 종래 오스테나이트 스테인레스강에 C와 Ti 의 함량을 저감하여 적정비로 첨가함과 동시에 강도보정을 위해 N를 적정량 첨가하여 강성분계를 설계함으로서 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본발명은 중량%로 Cr: 16-20%, Ni: 8-15%, Mo: 3%이하, Mn: 2% 이하 및 Si: 1% 이하로 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서, 상기 오스테나이트계 스테인레스강에 C: 0.025%이하, Ti: 0.1 - 0.2%, N: 0.05- 0.095%, 및 Ti/C의 비가 5-8를 만족하도록 함유되어 이루어지는 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본발명은 내입계 부식성을 향상시키기 위해 여러 가지 조건을 검토한 결과, Cr: 16-20%, Ni: 8-15%, Mo: 3%이하, Mn: 2% 이하 및 Si: 1% 이하, 그리고, C, N, Ti를 포함하여 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서, Ti에 의한 C의 포집경향은 Ti의 함량이 클수록 커지나 Ti의 함량이 너무 많으면 표면결함의 원인이 되어 첨가량에 제한이 따르게 되므로, 본발명은 Ti의 절대함량을 낮추기 위해서 C의 함량을 낮추어 내입계 부식성을 향상시키고, 또한, N을 첨가하여 고온강도를 유지하는데 특징이 있다.

이를 위해 우선, 상기 C는 고온강도와 내입계 부식성을 확보하기 위해 0.025%이하 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Ti은 C와 석출물을 형성하여 고온강도 및 내입계 부식성을 향상하는데, 그 함량이 0.1%이하의 경우 Ti의 부족으로 C를 전부 석출하지 못하고, 0.2%이상의 경우 제조원가상승과 주조시 노즐막힘 등의 제조공정상 어려움이 있으므로 0.1-0.20%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Ti/C의 비는 Ti와 C가 반응하여 석출물을 형성하는 지수인데, 이론상 Ti이 C를 전부 석출하기 위해서는 Ti/C비가 401 이면 가능하나, 실질적으로는 완전반응이 어려우므로 그 비가 5 이상되어야 하고, 그 비가 8이상의 경우 Ti이 과다 첨가로그 효과가 포화되므로 Ti/C비는 5 -8 범위가 바람직하다.

상기 N는 강도 향상효과와 동시에 내식성 향상의 부수적 효과를 위해 첨가되는데, N함량이 너무 높으면 강의 열간 변형저항의 증가를 유발하여 열간압연이 힘들게 되므로 0.05 - 0.095%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

본발명에서 사용한 강의 조성 및 기계적 성질은 하기 표1과 같으며, 전강종을 1100℃에서 소둔한 후 750℃에서 5시간 예민화처리한 다음, 상기 시편에 대하여 1M H₂SO₄와 0.1M KSCN혼합용액에서 포화감흥전극(SCE, Saturated Caromel Electrode)을 기준 전극으로 하고 백금을 대전극으로 하는 3극 장치를 이용하여 JIS G0580에 의하여 주사속도를 분당 10OnW로 자연전위로 부터 30OnW(vs SCE) 전위 범위에서 실험하여 재활성화영역의 최대전류밀도와 활성화영역의 최대 전류밀도의 비인 재활성화율 및 소둔한 시편에 대하여 5% H₂SO₄+ 3% NaCl 용액내에서 공식전위 측정한후 그결과를 하기표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1, 2에 나타난 바와 같이 모든 실험강이 소둔상태에서 0.01% 이하의 낮은 재활성화율을 나타냈다.

또한 비교강(1-3)은 316Ti에 속하는 강으로 동일 C함량에 Ti 함량이 증가할수록 기계적 강도가 증가하고, 예민화 후의 재활성화율이 감소됨을 알수 있었다.

상기 비교강(2)는 Ti 함량이 비교강(1)에 비하여 높음에도 불구하고, 강도가 낮게 나타나는 것은 N함량이 상대적으로 낮기 때문이다.

또한, Ti를 함유한 강에서 C함량이 높은 비교강(3)과 C함량이 낮은 비교강(4)를 비교하여 보면, 비교강(4)는 C함량이 낮을 뿐만 아니라 Ti 함량이 비교강(3)의 1/2 수준으로 작기 때문에 강도가 상당히 낮게 나타나지만, 거의 동일한 Ti/C비를 함유할 경우는 내식성이 거의 유사함을 알 수 있었다.

Ti를 함유하지 않고 C함량이 작은 비교강(5-7)에서 N함량이 강도와 재활성화율에 미치는 영향을 보면, N함량이 높을수록 강도가 증가하며, 재활성화율이 낮아짐을 알 수 있었다.

N함량이 비교적 낮아 316L 계통에 속하는 비교강(5)와 316 Ti 계통의 강들과 비교하여 보면, Ti/C비가 6정도가 되는 비교강(2)와 유사한 재활성화율을 보임을 알수 있었다.

또한, Ti를 함유하지 않는 비교강(5,6)은 장시간 예민화처리 후에도 양호한 재활성화율을 갖기 위해서 비교강(7)에서 처럼 최소한 N함량이 O.12% 이상이어야 함을 알 수 있었다.

그러나, N함량이 너무 큰 경우 장시간 예민화시 입계에 Cr₂N을 형성하여 내식성이 떨어질 수 있으며, 열간 압연시 변형저항이 클뿐아니라 미량원소 중 S 함량이 높으면 크랙을 유발할 소지가 높아 S을 20ppm 이하로 관리하여야 하는 문제점이 있다.

발명강(8)은 C가 0.022%, Ti가 0.16% 함유된 강으로 Ti/C비가 약 7.3 정도이나 C함량이 낮아 Ti의 절대함량이 낮은 강으로, C및 Ti 함량의 저감에 따른 강도를 보완하기 위하여 N이 약 0.09% 첨가된 강으로 강도가 기존의 316 Ti 계통의 강보다 월등히 높을 뿐아니라 Ti/C비가 10이상인 비교강(3-4)보다 예민화에 대한 민감도가 휠씬 낮았다. 이러한 강은 고온에서 Ti(C,N)을 형성하여 고온강도도 좋을 것으로 사료된다.

한편, 공식전위 실험 결과를 비교하면, 공식전위는 Ti 함량과 N함량에는 무관하고 C함량에 의존하며, C함량이 0.035% 수준의 강들에 비하여 C함량이 0.02%수준의 강들의 공식전위가 약 50mW 높음을 알 수 있었다.

따라서, 예민화에 대한 C의 역할이 더욱 크므로 C함량을 0.025% 이하로 규제하고, Ti 함량을 0.1- 0.2% 내외로 최소화하여 Ti/C비가 5-8되게 하고 N을 0.05- 0.095% 첨가하면 높은 강도를 유지하면서 내입계부식성이 아주 우수한 강을 얻을수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 C, Ti의 함량을 저감하여 적정비로 첨가함과 동시에 적정량의 질소를 첨가함으로서 종래강과 비교하여 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 제공할수 있고, 상기 제공된 강은 내산화 및 내열강에 적용될수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로 Cr: 16-20%, Ni: 8-15%, Mo: 3%이하, Mn: 2% 이하 및 Si: 1% 이하로 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서, 상기 오스테나이트계 스테인레스강에 C: 0.025%이하, Ti: 0.1 - 0.2%, N: 0.05- 0.095%, 및 Ti/C의 비가 5-8를 만족하도록 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 내입계 부식성과 고온강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강.