KR100346258B1 - 내용융아연합금강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연도금설비용 부재, 부품 예컨데 싱크로울 등의 소재이면서 용용아연에 대하여 우수한 내식성을 가지는 재료를 공급하는 것을 목적으로 한 것으로서 C : 0.17 %(이하 모두 중량 %), Si : 0.3 ~ 2% Mn : 0.3 ~ 2 %, Ni : 10 ~ 20%, Cr : 20 ~ 35%, Mo : 0.5 ~ 5%, N : 0.4초과 ~ 0.75 % 를 함유하고 필요에 따라 여기에 텅스텐(W) : 5 % 이하를 추가로 함유하며, 어느 것 이든 나머지 잔부를 실질적으로 Fe 성분이 되는 내용융아연합금강에 관한 것이다.

Description

내용융아연합금강(耐溶融亞鉛合金鋼)

본 발명은 용융아연도금설비용 부품, 부재, 예컨데 싱크로울, 코팅로울, 로울프레임 (roll frame) 및 스나우트 등의 소재로 이용되는 합금강에 관한 것으로, 특히 용융아연에 대하여 우수한 내식성을 가지는 내용융아연합금강에 관한 것이다.

종래, 강재를 용융아연도금할 때 사용되는 장치의 부품, 부재, 예컨데 싱크로울, 코팅로울, 로울프레임 및 스나우트 등은 SUS309S(SAE 30309S), SUS316(SAE 30316), SUS316L(SAE 30316L)등의 스텐레스강을 소재로 하여 이를 원심주조, 사형주조(砂型鑄造) 또는 단조하여 제조하고 있다.

또한 종래의 강재 용융아연도금에 있어서는, 통상, Zn-0.2 wt.%Al 으로 이루어지는 용융아연욕(Zn浴)이 사용되어 왔으나, 근년에 이르러, 아연도금층의 내식성을 보다 일층 향상시키기 위해서 용융아연욕 중에 예를 들어 5 ~ 55 wt. % 알미늄 Al 및 기타 원소를 첨가하여, 용융아연 중의 Al 함유량을 많게 하는 경향을 보여 왔다.

그러나, 이와 같이 Al 첨가량을 많게 한 용융아연욕(Zn浴)을 사용하면, 용융아연도금설비용 부품, 부재에 대한 부식환경이 보다 엄격해지고, 종래의 스텐레스강 재료로는 부식감량이 많아서 내구성이 떨어진다고 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 용용아연욕(Zn浴) 중의 Al 함유량이 많아지더라도 부식감량이 적고 내구성이 우수한 용융아연도금설비용 부품을 얻을 수 있는 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자 등은, Al 함유량이 많은 아연(Zn)에 의한 스텐레스강의 부식 메카니즘을 예의 연구한 결과, 특히 아연 중의 Al 이 스텐레스강의 Fe 와 반응하여 용융아연도금설비용 부품부재를 부식케 하는 것임이 판명되었다.

따라서, 아연(Zn) 중에 많이 함유되어 있는 알미늄(Al)의 스텐레스강의 Fe 에 대한 반응에 따른 부식 (腐蝕)발생을 감소시키기 위해서는 부식환경을 조성하지 않으면서 Al 의 제거에도 효과적인 화학성분으로 질소(N)가 가장 적합한 것임을 첨부도면 도 1 에서와 같이 실험연구결과 알게 되었으며, 이 도 1에서 도시되어 있는 바와 같이, 질소(N)가 대략 0.2 wt.%이상, 특히 0.3 wt. % 초과 함유되면 Al 에 의한 부식발생량이 감소됨을 알게 된 것이다. 질소(N)는 강력한 오스테나이트형성 원소이고, 내식성을 향상시킬 뿐 아니라 합금강의 강도를 높여 준다.

질소(N)를 많이 고용(固溶)시키는 원소로는 크롬(Cr)을 들 수 있는데, 이 크롬(Cr)은 용융아연의 스텐레스강의 부식에 대하여 N 을 다량 고용시킬 뿐 아니라, Cr 자체가 스텐레스강의 내식성을 향상시키기 때문에 본 발명에서는 Cr 의 첨가는 바로 Al 에 의한 스텐레스강의 부식과 직접적으로, 크게 연결된다는 결론에 이르게된 것이다.

본 발명은 그 특허청구범위 1항 기재와 같이, 기본적으로 다음의 성분조성(이하 성분조성은 중량 wt.% 임)을 가지는 것을 특징으로 하는 내용용아연합금강이다. 즉,

C : 0.17% 이하, Si : 0.3 ~ 2%

Mn : 0.3 ~ 2% Ni : 10 ~ 20%

Cr : 20 ~ 35% Mo : 0.5 ~ 5%

N : 0.3초과 ~ 0.75%

를 함유하고 나머지 잔부가 실질적으로 철 Fe 로 이루어진다.

또한, 본 발명은 그 특허청구범위 2항 기재와 같이 다음의 성분조성(이하 성분조성은 중량 wt.% 임)을 가지는 것을 특징으로 하는 내용융아연합금강이다. 즉,

C : 0.17% 이하, Si : 0.3 ~ 2%

Mn : 0.3 ~ 2% Ni : 10 ~ 20%

Cr : 20 ~ 35% Mo : 0.5 ~ 5%

N : 0.3초과 ~ 0.75% W (텅스텐) : 5 % 이하

를 함유하고 나머지 잔부가 실질적으로 철 Fe 로 이루어진다.

본 발명상의 내용융아연합금강을 구성하는 성분범위의 한정이유는 다음과 같다.

C 의 경우 0.17 % 이하로 하는데, C 는 합금의 강도를 높이는데 필요한 원소로서, 0.17 % 를 초과하면 결정립계에 탄화물이 석출되어 내식성을 열화시키므로0.17 % 이하로 한 것이다.

Si 를 0.3 ~ 2 % 로 한 것은 Si 은 용제(溶製) 시에 탈산제로 첨가함과 아울러, 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이므로 0.3 % 이상 필요하나, 2% 를 넘으면 강의 연성 (延性)이 떨어지기 때문에 그 범위를 0.3 ~ 2 % 로 잡았다.

Mn 을 0.3 ~ 2 % 로 한 것은 Mn 은 용제 시에 탈산 및 탈류제로 첨가함과 아울러, 오스테나이트(Austenite)조직의 형성에 기 여하는 원소여서 0.3 % 이상 필요하나, 2 % 를 초과하면 내식성을 열화시키므로 그 범위를 0.3 ~ 2 %로 잡은 것이다.

Ni 을 10 ~ 20 % 로 한 것은 Ni 은 형성된 오스테나이트를 안정화하고, 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이나 10 % 미만으로는 거의 효과가 없고, 20 % 를 초과하여 첨가하여도 코스트 상승만 초래할 뿐, 개선효과가 얻어지지 않으므로 그 범위를 10 ~ 20 % 로 잡았다.

Cr 을 20 ~ 35 % 로 한 것은, Cr 은 본 발명 합금강을 오스테나이트 단상(單相)으로 만들어 주고 내식성을 높이는 작용을 하기 때문인데, 여기에 질화페로크롬을 첨가하면, Cr 함유량을 높임과 동시에, 용융아연부식에 대하여 효과적인 N 을 다량 고용(圖溶)시켜주므로 크롬을 첨가한다. 그러나 20 % 미만으로 하면 효과가 거의 없고, 35 % 를 초과하면 연성이 떨어지므로 그 범위를 20 ~ 35 % 로 잡은 것이다.

몰리브덴(Mo)은 0.5 ~ 5 % 로 한 바, Mo 은 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이나, 0.5 % 미만으로는 그 효과가 없고, 5 % 를 초과하면 합금강의 연성이 떨어지는 외에도 코스트 상승되므로 그 범위를 0.5 ~ 5 % 로 하였다. 경제적인 면에서 보면 0.5 % 이상 3.0 % 미만의 범위를 잡는 것이 좋다.

질소(N)를 0.3 ~ 0.75 % 로 잡은 것은 N 은 강력한 오스테나이트형성원소이고, 내식성을 향상시키는데 가장 효과적인 원소이며, 합금강의 강도를 높이는 효과를 가진다. 본 발명상의 합금강 중의 N 과 후술하는 시험방법에 따른 부식감량 두께(mm)와의 상관관계를 제 1 도에 도시하였다. 이 도면으로부터 N 이 0.1 % 를 초과하면 효과가 있으나 0.3 % 를 초과하면 부식량이 현저히 저하함을 알 수 있다.

그림에서 보는 바와 같이 N 은 0.3 % 이하에서는 효과가 없고, 또한 페라이트가 일부 석출하여 용융아연에 따른 크랙 (割)이 발생하기 쉽게 되므로, 0.3% 초과로 하였고, 반대로, 0.75 % 를 넘으면 질화물의 석출이 현저하게 되어 연성 및 용집성이 떨어지고, 또한 제품의 건전성을 해치므로, 본 발명은 보다 확실한 효과범위인 0.4 % 초과 ~ 0.75 % 로 하였다. N 가 스텐레스강의 내용융아연부식성에 주는 영향의 메카니즘은 확실치 않으나, 내 부식성을 현저히 높이는 것은 명백하고 이를 부품, 부채표면에 AlN 을 생성케하여 더욱 내식성을 높이는 것으로 추정된다.

텅스텐(W)을 5 % 이하로 한 것은, 텅스텐(W)은 고용강화작용에 의해 합금의 강도를 높이고, 특히 용융아연욕의 흐름이 있는 환경하에서의 내식성을향상시키는데 효과적인 원소이며, 5 % 를 초과하여도, 코스트에 걸맞는 효과가 이루어지지 않으므로 5 % 이하로 하였다.

P, S 등의 불순물은 통상 강에 포함되는 범위 (예컨데 0.040 % 이하)이면 좋다. 또한 오스테나이트계 스텐레스의 성질을 변경하지 않는 한, Cu, Ti, Nb, Ta,Zr, V, B 기타 미량원소를 포함하여도 별 문제 없다.

실시예

다음에 본 발명을 실시예를 들어 설명한다.

표 1 및 표 2 에서 나타난 성분상의 재료를 고주파유도용해로에 의해 용제한 후 주조하여 60 × 310 × 30(두께) mm 의 시험편 소재를 만들었다.

이어서, 상기 소재를 기계가공으로 50 × 300 × 20(두께) mm 의 시험편으로 가공하였다.

내식성 평가 방법으로서는 표 3 에서와 같이 600℃ 를 유지하면서 보열되어 있는 Zn-55 wt.% Al 욕에 상기 시험편을 336 시간 침지하고, 부식시험을 행한 뒤 시험편의 한쪽면의 두께 감량(減量) mm 를 조사하였다. 그 결과는 표 1 및 표 2 와같았다.

표 1 및 표 2 에서와 같이, 본 발명상의 같은 종래강 및 비교강보다도 부식감량이 적은 것임이 밝혀지고 있다. 시험번호 No. 1 ~ 12는 두께감량이 1.5 mm 이상으로 부식감량이 크다. 시험번호 No. 13 은 부식감량은 적으나, 재료의 연성이 낮으므로, 바람직하지 않다. 본 발명 예에서 텅스텐(W)을 포함한 재료는 텅스텐(W)을 포함하지 않은 재료보다도 부식감량이 적다.

또한, 상기 시험편을 현미경으로 관찰한 결과, 본 발명의 스텐레스강과 표충부에 부착하고 있는 아연과의 경계에는 많은 AlN 이 관찰되고, 용융아연에 의한 합금강의 부식을 억제하고 있음을 추정할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명상의 내용용아연합금강은 용용아연에 대한 내식성이 우수하고, 용융아연도금욕 중 Al 함유량이 많은 경우에 더욱 적합한 용융아연도금설비의 부품, 부재 예컨데 싱크로울, 코핑로울, 로울프레임 및 스나우트등의 재료로서 알맞고 극히 공업적 가치가 높은 합금강으로서의 가치를 부여한다.

제 1 도는 부식감량(減量) 과 질소(N) 량의 관계를 나타낸 그래프이다.

Claims (2)

1. 다음의 성분조성 (성분조성은 이하 중량 wt.% 임)을 가지는 것을 특징으로 하는 내용융아연합금강(耐溶融亞鉛合金鋼)

   주성분으로서

   C : 0.17% 이하,

   Si : 0.3 ~ 2%

   Mn : 0.3 ~ 2%

   Ni : 10 ~ 20%

   Cr : 20 ~ 35%

   Mo : 0.5 ~ 5%

   N : 0.4 초과 ~ 0 .75%

   를 함유하고 나머지 잔부가 실질적으로 철(Fe) 성분으로 이루어지는 내용융아연 합금강
2. 다음의 성분조성 (이하 성분조성은 중량 wt,% 임)을 가지는 것을 특징으로 하는 내용융아연합금강

   C : 0.17% 이하,

   Si : 0.3 ~ 2%

   Mn : 0.3 ~ 2%

   Ni : 10 ~ 20%

   Cr : 20 ~ 35%

   Mo : 0.5 ~ 5%

   N : 0.4 초과 ~ 0 .75%

   W : 5% 이하

   를 함유하고 나머지 잔부가 실질적으로 철(Fe) 성분으로 이루어지는 내용융아연합금강