KR100338706B1 - 몰리브덴함유스테인레스강의충격인성을향상시키기위한소둔열처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몰리브덴(Mo)을 첨가한 스테인레스강에 있어 상온 및 저온 충격인성을 향상시키기 위한 소둔 열처리방법에 관한 것으로, 몰리브덴을 2-3중량% 함유한 316L 스테인레스강의 소둔 열처리시 잔류 델타 페라이트를 최소화하고 비정상 결정립 성장을 방지하면서 상온 및 저온 충격인성을 향상시킬 수 있도록 2단계로 소둔 열처리를 하되, 소재온도를 기준으로 1단계로는 1080℃에서 10분간 열처리를 실시한후 수냉하고 2단계로는 1080℃에서 30분-45분간 열처리를 재실시한 후 수냉하여 몰리브덴 함유 스테인레스강의 충격인성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

몰리브덴 함유 스테인레스강의 충격인성을 향상시키기 위한 소둔 열처리방법{METHOD OF ANNEALING HEAT TREATMENT FOR IMPROVING THE IMPACT TOUGHNESS OF Mo-CONTAINING STAINLESS STEEL}
본 발명은 몰리브덴(Mo) 함유 스테인레스강에 있어 상온 및 저온 충격인성을 향상시키기 위한 소둔 열처리방법에 관한 것으로, 특히 내식성을 개선하기 위하여몰리브덴을 첨가한 316L 스테인레스강의 충격인성을 개선하고 비정상 결정립 성장을 방지할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 몰리브덴을 2-3중량% 함유한 316L 스테인레스강은 내식성이 우수하고 상온 및 저온 충격인성이 우수하여 부식 환경이나 저온 구조물의 재료로 많이 사용되고 있다.
통상적인 스테인레스강의 제조방법에서는 열간 압연후에 발생한 압연 잔류응력, 잔류 델타 페라이트 및 탄화물을 재고용하기 위하여 소둔 열처리를 실시한다.
이러한 소둔 열처리시 몰리브덴 함유 316L 스테인레스강에 관한 ASTM (American Society for Testing Material : 미국 재료 시험협회)의 열처리 규격은 소둔 온도가 1040℃ 이상이라고만 규정되어 있을 뿐 소둔 시간은 규정되어 있지 않다.
몰리브덴 함유 스테인레스강의 소둔 열처리시 나타나는 현상으로는 비정상 결정립 성장이 있는데(J.Mizerd : Materialscience and engineering A104, 1998, p157), 이러한 비정상 결정립 성장이 발생하면 결정립이 균일하지 못하고 조대한 결정립이 내포되어 미세조직이 도 3과 같이 나타난다.
또한 소둔 열처리시 조대한 결정립을 생성하는 비정상 결정립 성장이 일어나는 소둔온도 및 소둔시간은 도 1과 같이 알려져 있다.
종래의 소둔 열처리방법으로 몰리브덴 함유 316L 스테인레스강을 열처리할 때는 통상적으로 1080℃ 또는 1100℃의 온도에서 실시하며 소둔시간은 저온(1080℃)열처리시 좀더 많이 부과하고 있다.
이러한 열처리방법으로는 압연과정중에 잔류되어 있는 델타 페라이트가 완전히 분해되지 못하고 또한 경도도 높아져서 상온 및 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한 동일온도에서 장시간 열처리를 하거나 소둔온도를 증가시키면 도 1에서 볼 수 있듯이 비정상 결정립 성장이 용이하게 이루어져 조대한 미세조직이 쉽게 나타나는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 몰리브덴 함유 스테인레스강에 있어서 상온 및 저온 충격인성을 향상시키고 미세조직상에서 비정상 결정립 성장에 의한 조대한 결정립생성을 방지할 수 있는 몰리브덴 함유 스테인레스강의 소둔 열처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 몰리브덴을 2-3중량% 함유한 316L 스테인레스강의 소둔 열처리방법에 있어서, 소재온도를 기준으로 1단계로 1080℃에서 10분간 열처리를 실시한 후 수냉하고, 2단계로 1080℃에서 30분-45분간 열처리를 재실시한 후 수냉함을 특징으로 한다.
도 1은 소둔 열처리온도와 소둔 열처리시간에 따른 결정립 성장을 나타낸 그래프,
도 2는 종래재와 발명재의 실험온도에 따른 충격인성 변화를 나타낸 그래프,
도 3은 몰리브덴 함유 스테인레스강의 소둔 열처리시 조대한 비정상 결정립 성장을 나타낸 조직사진,
도 4a는 종래재 1의 시편 1/4지점에서의 결정립 성장 상태를 나타낸 조직사진,
도 4b는 발명재 2의 시편 1/4지점에서의 결정립 성장 상태를 나타낸 조직사진.
본 발명은 몰리브덴을 2-3중량% 함유한 316L 스테인레스강에 있어서 열간 압연후 실시하는 소둔 열처리를 2단계로 나누어 실시하는 소둔 열처리방법에 관한 것이다.
먼저 1단계로 소재 온도를 기준으로 1080℃에서 10분간 열처리한 후 수냉을하고 2단계로 동일온도인 1080℃에서 30분-45분간 열처리한 후 수냉을 한다.
이와 같은 열처리를 실시하게 되면 압연과정중 생성된 잔류응력 및 탄화물이 완전히 고용되게 되며, 델타 페라이트량도 종래의 열처리방법보다 현저히 감소하고 경도도 낮아져서 충격인성이 향상되고, 비정상 결정립 성장에 의한 조대한 결정립 생성도 방지할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
(실 시 예)
모든 온도는 소재온도가 기준이며 열처리한 후 수냉함을 기본으로 한다.
종래재는 종래의 소둔 열처리방법으로 몰리브덴 함유 316L 스테인레스강을 소둔 열처리한 경우로서, 종래재 1은 1080℃에서 10분간 열처리를 실시한 경우이고, 종래재 2는 1100℃에서 5분간 열처리를 실시한 경우이다.
발명재는 본 발명의 소둔 열처리방법으로 열처리한 경우로서, 발명재 1은 1단계로 1080℃에서 10분간 열처리를 실시한 후 수냉하고 2단계로 1080℃에서 15분간 열처리를 실시한 후 수냉한 경우이고, 발명재 2는 1단계로 1080℃에서 10분간 열처리를 실시한 후 수냉하고 2단계로 1080℃에서 40분간 열처리를 실시한 후 수냉한 경우이다.
상기 각각의 방법으로 소둔 열처리를 실시한 후 미세조직, 경도 및 상온과 저온에서의 충격인성 결과를 하기 표 1과 표 2에 나타내었다.
[표 1]
소둔열처리 조건에 따른 미세조직 결과
Figure pat00001
[표 2]
소둔 열처리 조건에 따른 충격인성 결과
Figure pat00002
상기 표 1과 표 2에서 알 수 있듯이 발명재 2의 경우 잔류 델타 페라이트량 및 경도값이 낮고 비정상 결정립 성장을 피하면서 충격인성이 우수한 특성을 보여준다.
충격인성은 샤르피(Charpy) 충격 시험기로 실험한 결과이며 시편은 10×10×55㎜에 2㎜노치를 갖는 표준시편을 사용하였다.
본 발명의 결과를 좀더 자세히 설명하면, 표 2와 도 2에 나타낸 것과 같이 종래재의 경우 상온 및 저온에서의 충격인성이 종래재 1의 경우 121J(25℃)과 65J(-196℃), 종래재 2의 경우 186J(25℃)과 153J(-196℃)의 낮은 값을 갖는다.
발명재 1의 경우에도 134J(25℃)과 92J(-196℃)로 낮은 값를 나타내나 발명재 2의 경우를 보면 충격인성이 270J(25℃)과 220J(-196℃)로 종래재와 대비할 때 충격인성이 약 1.5-2배 이상 우수함을 알 수 있다.
이와 같은 충격인성의 증가는 도 4(b)에서 알 수 있듯이 발명재 2에서 잔류 델타 페라이트 함량이 적어서 충격시험시 균열이 생성되고 성장하는 장소가 될 수 있는 델타 페라이트/오스테나이트 계면이 종래재와 비교해 상대적으로 적기 때문이다.
따라서 본 발명은 소둔 열처리를 2단계로 실시함에 있어서 2번째 열처리시 소둔 시간을 30분-45분 정도 유지함으로써 잔류 델타 페라이트량을 최소화하여 미세조직의 균질화를 이루고 또한 조대 결정립 성장을 피하여 몰리브덴 함유 스테인레스강의 발명재 2가 종래재와 대비하여 높은 충격인성을 갖게 되는 것이다.
이상과 같은 본 발명은 상기와 같은 방법으로 열처리를 실시함으로써 압연과정중 생성된 잔류응력 및 탄화물이 완전히 고용되고, 델타 페라이트량도 종래의 소둔 열처리방법보다 현저히 감소하며, 경도가 낮아져서 충격인성이 향상되고, 비정상 결정립 성장에 의한 조대한 결정립 생성을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 몰리브덴 함유 2-3중량% 함유한 316l 스테인레스강을 소재온도 기준으로 1단계로 1080℃에서 10분간 소둔 열처리를 실시한 후 수냉하고 2단계로 1080℃에서 30분-45분간 소둔 열처리를 재실시한 후 수냉하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 몰리브덴 함유 스테인레스강의 충격인성을 향상시키기 위한 소둔 열처리방법.
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