KR100413822B1 - ferritic stainless steel with improved dissimilar materials crevice corrosion resistance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수 열 교환기용으로 사용되는 페라이트계 스테인레스 강에 관한 것으로 기존 성분계(UNS S44800, UNS S44700, UNS S44735) 대비 텅스텐 및 Ni를 첨가하여 내식성 및 인성을 향상시킨 해수 열교환기용 페라이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a ferritic stainless steel used for seawater heat exchanger, and to ferritic stainless steel for seawater heat exchanger, which has improved corrosion resistance and toughness by adding tungsten and Ni to existing component systems (UNS S44800, UNS S44700, UNS S44735). It aims to provide.

본 발명은 특히 안정화 원소로 Nb+Ti가 첨가되고 산소의 함량이 0.005%이하로 되게 Al의 첨가하는 조건을 만족하여 조성됨을 특징으로 한다. 또한 W의 첨가에 의한 내식성을 향상시킴과 동시에 Ni 및 W의 첨가에 의한 고온상 석출 속도의 변화없이 인성을 향상시킨 고 크롬 페라이트 스테인레스 강을 제공한다.In particular, the present invention is characterized in that Nb + Ti is added as a stabilizing element and the composition is satisfied to satisfy the condition of adding Al so that the oxygen content is 0.005% or less. It also provides a high chromium ferritic stainless steel which improves the corrosion resistance by the addition of W and improves the toughness without changing the high temperature phase precipitation rate by the addition of Ni and W.

본 발명에 의하면, W의 첨가에 의한 내식성을 향상시킴과 동시에 Ni 및 W의 첨가에 의한 고온상 석출 속도의 변화없이 인성을 향상시킨 고 크롬 페라이트 스테인레스 강을 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a high chromium ferrite stainless steel which improves the corrosion resistance by the addition of W and improves the toughness without changing the high temperature phase precipitation rate by the addition of Ni and W.

Description

해수 열교환기용 페라이트계 스테인레스강{ferritic stainless steel with improved dissimilar materials crevice corrosion resistance}Ferritic stainless steel with improved dissimilar materials crevice corrosion resistance}

본 발명은 해수 열 교환기용으로 사용되는 페라이트계 스테인레스 강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 성분계(UNS S44800, UNS S44700, UNS S44735) 대비 텅스텐(W) 및 니켈(Ni)을 첨가하여 내식성 및 인성을 향상시킨 해수 열교환기용 페라이계 스테인레스강에 관한 것이다.The present invention relates to a ferritic stainless steel used for seawater heat exchanger, more specifically, by adding tungsten (W) and nickel (Ni) compared to conventional component system (UNS S44800, UNS S44700, UNS S44735) corrosion resistance and toughness It relates to a ferri-based stainless steel for seawater heat exchanger with improved.

종래에 열교환기 튜브(tube) 소재로는 구리 합금 스테인레스강, Ti 합금 등이 사용되어 왔으며 저렴하면서도 내식성이 우수한 스테인레스 강이 해수 열 교환기 소재로 사용되어 왔다. 특히 오스테나이트계에 비해 저렴하고 탄성 계수가 높으며 열전도도가 높은 고 크롬 페라이트강이 사용되어 왔으나 최근에 316계 강과의 확관과 같은 기계적 접합 환경하에서(도 1 참조) 튜브용 소재로 사용되는 30Cr-4Mo 강(S44700, S44735, S44800)의 부식이 발생되어 문제가 제기되어왔다. 알.지.켈리(R.G.Kelly)는 이 현상을 설명하고 이는 300계에 비해 활성화가 관찰되는 전위가 낮고 전류가 높기 때문이라고 언급하였다(vol.51,CORROSION p.826).Conventionally, copper alloy stainless steel, Ti alloy and the like have been used as heat exchanger tube materials, and stainless steel having low corrosion resistance and excellent corrosion resistance has been used as a seawater heat exchanger material. In particular, high chromium ferritic steel, which is cheaper, has higher modulus of elasticity, and has higher thermal conductivity than austenitic, has been used, but recently, 30Cr- is used as a material for tubes under mechanical bonding environments such as expansion with 316 steel. Corrosion of 4Mo steels (S44700, S44735, S44800) has occurred and has been a problem. R.G.Kelly explains this phenomenon and notes that it is because of the lower potential and higher current when activation is observed compared to the 300 series (vol. 51, CORROSION p. 826).

316계 강과의 갈바닉 커플(galvanic couple)하에서 고 크롬 페라이트 강의 부식을 억제하기 위하여 활성화 영역에서의 전류를 낮추게끔 합금 원소의 첨가를 하는 것이 요구된다. 일반적으로 W은 합금의 부동태 특성을 향상시키는 것으로 보고되고 있고, 이들 성질을 이용하여 내식성이 향상된 강종이 기출원(출원번호 :1995-17466)되어 있다. 그러나 기 출원된 강 종은 강 중 Ni의 함량이 높은 이상계에 국한되어 있으며 페라이트계 스테인레스 강의 경우 보고되고 있지 않다.In order to suppress corrosion of high chromium ferrite steel under galvanic couple with 316 steel, it is required to add alloying elements to lower the current in the active region. In general, W has been reported to improve the passivation properties of alloys, and steel grades having improved corrosion resistance using these properties have been previously filed (application number: 195-17466). However, previously applied steel species are limited to an ideal system having a high content of Ni in the steel and are not reported for ferritic stainless steels.

일반적으로 페라이트 강은 인성이 매우 취약하므로 인성의 향상이 매우 중요 성질이 되고 이를 위하여 합금 원소(Cr, Mo, W, C, N, O, P)의 첨가를 최소화시키는 것이 필요하다. 특히 Ni은 고온 석출물의 석출 속도를 증가시켜 인성을 저하시키는 측면도 있지만 고온석출물의 형성이 억제되는 경우(Mo<2%), 강 중의 C, N 고용도를 증가시켜서 인성을 향상시키는 것으로 보고되고 있다. 30Cr-4Mo 강의 경우 Mo 함량이 4%이상이므로 고온 석출물의 형성으로 인한 인성이 저하될수 있지만 연주시 급랭이 가능하다면 Ni 첨가에 의한 인성 향상이 불가능한 것은 아니다. 이외에도 미세합금의 첨가를 통해 내식성을 증가시키고 인성을 감소시키는 방법이 요구된다. 기 출원된 고 합금 페라이트계 스테인레스 강의 특허 내용(출원번호:98-26854)에 따르면 %Nb<12×(C+N)와 Al(0.05% 이하)이 첨가된 페라이트계 스테인레스 강의 인성 및 내식성이 가장 우수하다고 보고하고 있다.In general, ferritic steels are very weak in toughness, so improving the toughness becomes a very important property and it is necessary to minimize the addition of alloying elements (Cr, Mo, W, C, N, O, P). In particular, Ni may increase the deposition rate of high temperature precipitates to reduce toughness. However, when the formation of high temperature precipitates is suppressed (Mo <2%), Ni has been reported to increase toughness by increasing C and N solid solubility in steel. . In the case of 30Cr-4Mo steel, since the Mo content is more than 4%, the toughness may be reduced due to the formation of high temperature precipitates. However, if rapid cooling is possible during the performance, the toughness improvement by Ni addition is not impossible. In addition, there is a need for a method of increasing corrosion resistance and reducing toughness through the addition of microalloys. According to the patent application of high-alloy ferritic stainless steel (Application No. 98-26854), the toughness and corrosion resistance of ferritic stainless steel added with% Nb <12 × (C + N) and Al (0.05% or less) It is reported to be excellent.

따라서 본 발명은 기존 페라이트 강에 비해 내공식 지수의 변화없이 W를 첨가시켜 내식성을 향상시키고, Ni 및 미세 합금 원소(Ti, Al)를 첨가시켜 인성을 향상시킨 페라이트계 스테인레스 강의 개발에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to improve the corrosion resistance by adding W, without changing the pitting index, compared to the existing ferritic steel, and the purpose of the development of ferritic stainless steel with improved toughness by adding Ni and fine alloying elements (Ti, Al) have.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 페라이트계 스테인레스 강에 있어서, 중량%로, C:0.015%이하, N:0.02%이하, Si:0.5%이하, Mn:0.5%이하, P:0.03%이하, S:0.004%이하, O:0.005%이하, Nb:0.36%이하, Ti:0.15%이하, Cu:0.5%이하, Al:0.15%이하, Mo:3∼5%, Ni:2%이하, W:3.5%이하, Cr:28∼32%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 안정화 원소로 Nb+Ti가 첨가되며 산소의 함량이 0.005%이하로 되게 Al을 첨가하는 조건을 만족하여 조성되는 해수 열교화기용 페라이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the ferritic stainless steel, by weight%, C: 0.015% or less, N: 0.02% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.5% or less, P: 0.03% or less , S: 0.004% or less, O: 0.005% or less, Nb: 0.36% or less, Ti: 0.15% or less, Cu: 0.5% or less, Al: 0.15% or less, Mo: 3-5%, Ni: 2% or less, W: 3.5% or less, Cr: 28-32%, balance Fe and unavoidable impurities, Nb + Ti is added as a stabilizing element, and is formed by satisfying the condition of adding Al so that the oxygen content is 0.005% or less. It is an object of the present invention to provide a ferritic stainless steel for seawater heat exchanger.

도 1은 일반적인 열 교환기의 구성을 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing a configuration of a general heat exchanger.

도 2(a),(b),(c),(d)는 합금성분에 따른 고온 석출속도를 도시한 그래프도.Figure 2 (a), (b), (c), (d) is a graph showing the high temperature precipitation rate according to the alloy component.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

본 발명에서는 미세합금의 첨가로 기 특허출원된 고 크롬 페라이트강(출원번호:98-26854)의 화학성분과 유사하게 안정화 원소로 (Nb+Ti)를 복합첨가시키고 Al으로 탈산시킨 것으로 각각 미세 합금원소의 첨가량은 기존 페라이트 강과 달리 다음과 같은 한도에서 결정된다. 인성 향상을 위하여 Ti 첨가에 의해 조대한 TiN(2㎛이하)의 석출이 억제되는 한에서 Ti를 첨가하며 예민화 억제를 위해 요구되는 안정화 원소의 함량은 Ti 대신 Nb 첨가를 한다. 또한, 탈산제로 Al이 첨가되어 최대 Al 첨가량(0.15% 이하)은 Al-oxide의 최대 크기에 의하여 결정되며 그 최대 크기는 1㎛이하로 한다.In the present invention, similar to the chemical composition of the high-chromium ferritic steel (application number: 98-26854) patented by the addition of the fine alloy (Nb + Ti) as a stabilizing element of the composite addition and deoxidized with Al, respectively The amount of element added is determined in the following limits, unlike conventional ferritic steels. In order to improve toughness, Ti is added as long as coarse precipitation of TiN (2 μm or less) is suppressed by Ti addition, and the stabilization element content required for inhibition of sensitization is Nb added instead of Ti. In addition, Al is added as a deoxidizer, so the maximum amount of Al added (0.15% or less) is determined by the maximum size of Al-oxide, and the maximum size is 1 μm or less.

이와 같이 Ti 및 Al 함량을 최소화하고 Ni 및 W을 첨가하여 인성 및 내식성을 향상시킨 해수 열 교환기용 페라이트계 스테인레스 강을 제공한다.As such, it provides a ferritic stainless steel for seawater heat exchanger which minimizes Ti and Al contents and adds Ni and W to improve toughness and corrosion resistance.

본 발명에서는 중량%로, C:0.015%이하, N:0.02%이하, Si:0.5%이하, Mn:0.5%이하, P:0.03%이하, S:0.004%이하, O:0.005%이하, Nb:0.36%이하, Ti:0.15%이하, Cu:0.5%이하, Al:0.15%이하, Mo:3∼5%, Ni:2%이하, W:3.5%이하, Cr:28∼32%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 안정화 원소로 Nb+Ti가 첨가되며 산소의 함량이 0.005%이하로 되게 Al을 첨가하는 조건을 만족하여 조성됨을 특징으로 한다.또한, W의 첨가에 의한 내식성을 향상시킴과 동시에 Ni 및 W의 첨가에 의한 고온상 석출 속도의 변화없이 인성의 향상을 특징으로 한다.In the present invention, by weight%, C: 0.015% or less, N: 0.02% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.5% or less, P: 0.03% or less, S: 0.004% or less, O: 0.005% or less, Nb : 0.36% or less, Ti: 0.15% or less, Cu: 0.5% or less, Al: 0.15% or less, Mo: 3-5%, Ni: 2% or less, W: 3.5% or less, Cr: 28-32%, balance It is composed of Fe and unavoidable impurities, Nb + Ti is added as a stabilizing element, and the composition is satisfied to satisfy the condition of adding Al so that the oxygen content is 0.005% or less. Further, the corrosion resistance by the addition of W is improved. At the same time, the toughness is improved without changing the high temperature phase precipitation rate by the addition of Ni and W.

이하, 본 발명 강의 조성범위 한정이유에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, the reason for limiting the composition range of the steel of the present invention will be described in detail.

C 및 N : 인성의 감소를 최소화하기 위하여 C, N 원소 함량의 각각의 최대치는 0.015%, 0.02%이다. 그러나 이들 함량이 적으면 적을수록 재료의 성질, 즉 연신율, 충격인성, 내식성등을 향상시키므로 최소한도는 정해지지 않았다.C and N: In order to minimize the reduction in toughness, the maximum of each of the C and N element contents is 0.015% and 0.02%. However, the smaller the content, the better the properties of the material, e.g. elongation, impact toughness, corrosion resistance, etc., the minimum is not determined.

Si: 실리콘은 탈산 및 내산화성을 증가시키는 원소이다. 인성의 감소를 억제하기 위해 Si함량을 0.5% 이내로 제한시킨다.Si: Silicon is an element that increases deoxidation and oxidation resistance. In order to suppress the decrease in toughness, the Si content is limited to within 0.5%.

Mn: 망간은 탈산을 증가시키는 원소이다. 그러나 개재물인 MnS은 내식성을 감소시키므로 Mn 함량을 0.5% 이내로 제한시킨다.Mn: Manganese is an element that increases deoxidation. However, the inclusion MnS reduces the corrosion resistance, limiting the Mn content to within 0.5%.

P: 인은 내식성뿐만 아니라 인성을 감소시키므로 P함량을 0.03% 이내로 제한시킨다.P: Since phosphorus not only reduces corrosion resistance but also toughness, it limits the P content to within 0.03%.

S: 황은 MnS를 형성하여 내식성을 감소시키므로 S함량을 0.004% 이내로 제한시킨다.S: Sulfur forms MnS to reduce corrosion resistance, thus limiting the S content to within 0.004%.

O: 산소는 개재물 함량을 증가시켜서 인성 및 내식성을 감소시킨다. 그러므로 산소 함량을 가능한 억제하는 것이 좋으며 0.005% 이내로 제한시킨다.O: Oxygen increases inclusion content, reducing toughness and corrosion resistance. Therefore, it is good to suppress the oxygen content as much as possible and limit it to within 0.005%.

Cu: 구리는 환원성 분위기에서 내식성을 증가시킬뿐만 아니라, 내공식 저항성을 증가시킨다. 그러나 과다한 첨가는 응력부식 저항성 및 열간 가공성을 감소시키므로 첨가량을 0.5% 이내로 제한시킨다.Cu: Copper not only increases corrosion resistance in a reducing atmosphere, but also increases pitting resistance. However, excessive addition reduces stress corrosion resistance and hot workability, thus limiting the addition amount to within 0.5%.

Al: 알루미늄은 탈산을 위해 첨가시키는 원소이다. Al의 첨가는 인성을 증가시키나 과다 첨가시 Al-oxide가 형성되어 내식성을 감소시키므로 강 중 Al은 최대한 억제되어야 하며 그 상한치는 0.15% 이내로 조절되어져야 한다.Al: Aluminum is an element added for deoxidation. The addition of Al increases the toughness, but the Al-oxide is formed when excessively added to reduce the corrosion resistance, so Al in steel should be suppressed as much as possible and the upper limit should be controlled within 0.15%.

Ti: 티타늄은 예민화를 억제할 뿐만 아니라 강의 내식성을 저하시키는 MnS의 형성을 억제하기 위해 첨가되는 원소이나 응고시 조대한 TiN의 형성(2㎛)은 인성을 저하시키므로 용접이 사용되지 않는 용도일 경우 Ti를 첨가하지 않는 것이 제품의 인성 측면에서 유리하다. 그러나 소재의 용도상 용접이 불가피한 용도일 경우 Ti의 첨가강의 용접부 인성은 Ti 미첨가강의 용접부 인성과 유사하나 용접부 연성의 측면에서 Ti 첨가가 유리하다. 또한 Ti가 첨가된 강을 산세후 내식성은 Ti 미첨가강에 비해 우수하다. 그러므로 인성을 고려하여 Ti 첨가를 0.15%이하로 하여 조대한 TiN의 형성을 최소화하는 것이 필요하다.Ti: Titanium is not used for welding because the element added to inhibit MnS formation that not only inhibits sensitization but also suppresses the corrosion resistance of steel or coarse TiN formation during solidification decreases toughness. If no Ti is added, it is advantageous in terms of toughness of the product. However, when welding is inevitable due to the use of the material, the welded toughness of the Ti-added steel is similar to the welded toughness of the Ti-free steel, but Ti is advantageous in terms of weld ductility. In addition, corrosion resistance after pickling steels added with Ti is superior to those without Ti. Therefore, it is necessary to minimize the formation of coarse TiN by adding Ti to 0.15% or less in consideration of toughness.

Nb: 나이오븀은 예민화를 방지하기 위해 첨가되는 원소로 0.36% 이상의 첨가는 석출상에 의한 인성의 저하를 가져오므로 최대 함량은 0.36%이다. 예민화를 방지하기 위한 적정안정화 비는 (Ti+Nb)/(C+N) 〉10이다. 그러므로 적정 Nb의 함량은 10×%(C+N)-%Ti(∼0.03%)이다. 모재의 (C+N)의 함량이 0.02%로 제한되어 있으나 용접시 공기중 질소의 오염에 의해 용접부에 질소의 농도가 증가할 수 있으므로 적절한 Nb 함량은 오염 정도에 의해 정해지며 그 양은 다음과 같은 식에 의하여 결정된다.Nb: Niobium is an element added to prevent sensitization. The addition of 0.36% or more leads to a decrease in toughness due to the precipitated phase, so the maximum content is 0.36%. The appropriate stabilization ratio to prevent sensitization is (Ti + Nb) / (C + N)> 10. Therefore, the content of titration Nb is 10x% (C + N)-% Ti (-0.03%). Although the content of (C + N) of the base material is limited to 0.02%, the concentration of nitrogen may increase due to contamination of nitrogen in the air during welding, so the appropriate Nb content is determined by the degree of contamination. Determined by the equation.

%Nb = 10×%(C+N)-%Ti(∼0.03%)% Nb = 10 ×% (C + N)-% Ti (˜0.03%)

단, %(C+N)= 용접부(C+N)의 중량 함량% (C + N) = weight content of welded part (C + N)

Cr: 크롬은 내식성을 증가시키나 Cr 함량이 증가함에 따라 Cr(C,N) 및 Cr-oxide의 석출 속도의 증가는 인성의 저하를 발생시키므로 Cr의 적정 범위는 28∼32%로 제한한다. Cr 함량이 28% 이하이면 내식성 향상 효과를 기대할 수 없고, 32% 이상이면 강도가 너무 높아지고 연신율이 낮아져서 성형성이 나빠지며, 냉각시 시그마상 석출로 인성이 급격히 저하된다.Cr: Chromium increases the corrosion resistance, but as the Cr content increases, the increase in the precipitation rate of Cr (C, N) and Cr-oxide causes a decrease in toughness, so the appropriate range of Cr is limited to 28 to 32%. If the Cr content is 28% or less, the effect of improving corrosion resistance cannot be expected. If the content is 32% or more, the strength is too high, the elongation is low, the moldability is worsened, and the toughness is sharply lowered due to sigma precipitation during cooling.

Mo: 몰리브덴은 고온상(σ,x) 석출에 의한 인성의 감소를 야기시키나 내식성을 증가시키므로 내식성이 요구되는 최소한의 함량이 첨가되며 적정 범위는 3∼5%이다.Mo: Molybdenum causes a decrease in toughness due to high-temperature phase (σ, x) precipitation but increases corrosion resistance, so a minimum amount of corrosion resistance is required and an appropriate range is 3 to 5%.

W: 텅스텐은 고온상(σ,x)의 석출 영역을 고온으로 이동시킴과 동시에 석출 속도를 증가시키나 부동태 특성을 향상시키므로 적정 범위는 3.5%이내이다.W: Tungsten moves the precipitation region of the high temperature phase (σ, x) to a high temperature and at the same time increases the precipitation rate but improves the passivation characteristics, so the appropriate range is within 3.5%.

Ni: 니켈은 고온상(σ,x) 석출속도를 증가시켜 인성을 저하시키나, 석출영역에서 급랭을 통한 석출의 억제는 강 중 탄소, 질소의 고용도를 증가시켜 인성을 향상시키므로 Ni의 적정 범위는 급랭을 통한 석출상을 억제할 수 있는 범위이며 2%이하에 해당한다.Ni: Nickel decreases toughness by increasing high temperature (σ, x) precipitation rate, but suppression of precipitation through rapid quenching in the precipitation zone increases the toughness of carbon and nitrogen in the steel, thus improving toughness. Is the range that can suppress the precipitation phase by rapid cooling and is less than 2%.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

(실시예 1)(Example 1)

25Kg 잉고트의 화학조성은 표 2, 3에 나타내었다. 각각의 잉고트는 진공 유도로에서 용해후 Ar 분위기에서 1270℃에서 2시간동안 열처리를 통해 균일화 처리를 하였다. 열처리 후 6mm 두께로 압연하고 수냉하였다. 이들 판들을 3mm 두께로 냉간압연전에 1100℃에서 1분동안 열처리를 실시하였다. 최종적으로 1050∼1100℃에서 30초 동안 냉간 소둔을 실시하였다. 각 각의 시편은 실험전에 SIC #200으로까지 연마하였다.The chemical composition of 25 Kg ingots is shown in Tables 2 and 3. Each ingot was melted in a vacuum induction furnace and subjected to homogenization by heat treatment at 1270 ° C. for 2 hours in an Ar atmosphere. After the heat treatment was rolled to a thickness of 6mm and water cooled. These plates were heat treated at 1100 ° C. for 1 minute before cold rolling to a thickness of 3 mm. Finally, cold annealing was performed at 1050 to 1100 ° C. for 30 seconds. Each specimen was ground to SIC # 200 prior to testing.

표 5는 강의 틈부식 저항성을 나타낸 표이다. 틈 부식 저항성은 염소용액(0.8M HCl + 3.2M LiCl, 상온)에서 분극실험 후 활성화영역에서 전류의 크기로 나타내었다. 즉 전류값이 낮을수록 틈 부식 저항성이 높음을 의미한다. 기존 강(No 5. CO1, CO2) 대비 Ni이 다량 첨가된 오스테나이트 스테인레스 강(CO3, CO4)에서 우수한 틈 부식 저항성을 나타내고 있다. 그러나 W이 첨가된 페라이트계 스테인레스 강(No7 9)은 매우 우수한 내식성을 나타내고 있다(표 2 참조).Table 5 shows the crevice corrosion resistance of steel. The crack corrosion resistance was expressed as the magnitude of the current in the active region after polarization test in chlorine solution (0.8M HCl + 3.2M LiCl, room temperature). That is, the lower the current value, the higher the crack corrosion resistance. Compared to the existing steels (No 5. CO1, CO2), the austenitic stainless steels (CO3, CO4) containing a large amount of Ni have excellent crack corrosion resistance. However, W-added ferritic stainless steel (No 7 9) shows very good corrosion resistance (see Table 2).

표 6은 316계 강과의 갈바닉 커플(galvanic couple)되어 있는 환경에서 소재의 저항성을 평가한 표이다. 표에 언급된 수치는 염수 용액(0.5M HCl+3.2M LiCl, 상온)에서 관심있는 재료와 316계 강과의 전기적으로 접촉시 발생한 전류를 나타낸 값으로 전류치의 절대값이 클수록 소재의 저항성이 낮음을 의미한다. 또한, "-" 부호는 316계 강과 연결된 소재의 부식을, "+" 부호는 316계 강의 부식을 의미한다. 공학적 관점에서 보면 두 소재 중 어느 하나에서도 부식이 발생하지 말아야 하므로 부호보다는 부식 속도를 나타내는 전류값의 크기가 중요하다. W이 미첨가된 페라이트 강은 오스테나이트 강에 비해 높은 전류 값을 나타내었으나 W이 첨가된 페라이트 강은 오스테나이트 강의 전류값과 유사하였다. 그러므로 고가의 Ni이 포함된 오스테나이트 강이 가장 우수하나 소재 비용을 고려했을 때 W이 첨가된 페라이트강이 가장 적절하다고 생각된다.Table 6 is a table evaluating the resistance of the material in the galvanic couple environment with 316 steel. The figures mentioned in the table indicate the current generated during electrical contact between the material of interest and 316 steel in a brine solution (0.5M HCl + 3.2M LiCl, room temperature) .The higher the absolute value of the current value, the lower the resistance of the material. it means. In addition, "-" sign means corrosion of the material connected to the 316-based steel, "+" sign means corrosion of the 316-based steel. From an engineering point of view, corrosion should not occur in either material, so the magnitude of the current value that represents the rate of corrosion is more important than the sign. Ferrite steel without W showed higher current value than austenitic steel, but ferrite steel with W was similar to that of austenitic steel. Therefore, austenitic steel containing expensive Ni is the best, but considering the material cost, ferritic steel with W is considered to be most suitable.

표 7은 부동태 피막의 안정성 평가를 위해 염수 용액(0.8M HCl+3.2M LiCl, 상온)에서 합금 원소에 따른 부동태 전류 밀도를 나타내고 있다. 부동태 피막의 전류 밀도가 낮을수록 부동태 피막이 안정함을 의미하며, 이는 내공식 저항성이 높음을 의미한다. Ni의 첨가에 따른 부동태 전류 밀도의 변화는 관찰되지 않았으나 W의 첨가는 Ni의 공동 첨가 여부와 무관하게 내공식 저항성을 향상시켰다(부동태 전류밀도를 약 10배 감소), 반면 페라이트 강종 대비 동일 내공식 지수를 지닌 강 종의 부동태 전류밀도는 약 10배 높았으며 이는 페라이트계 강에서 내공식 저항성이 우수함을 잘 나타내고 있다.Table 7 shows the passivation current density according to the alloying elements in the saline solution (0.8M HCl + 3.2M LiCl, room temperature) to evaluate the stability of the passivation film. The lower the current density of the passivation film, the more stable the passivation film is, which means higher pitting resistance. No change of passive current density was observed with addition of Ni, but the addition of W improved the pitting resistance regardless of the co-addition of Ni (reduced the passive current density by about 10 times), while the same pitting formula compared to ferritic steels. The passivation current density of steels with index was about 10 times higher, which shows the good pitting resistance in ferritic steels.

도 2는 고온상 석출 속도에 미치는 W, Ni의 영향을 조사하기 위하여 다음의 3mm 두께의 소둔재에 아래의 표 1 조건에서 열처리후 0.3μm 까지 연마하여 압연면에 수직이고 압연 방향에 평행인 면의 석출상을 500 배율로 SEM을 이용하여 관찰 후 영상 분석기를 사용하여 계산된 석출상 분율을 나타내고 있다.Figure 2 is a surface perpendicular to the rolling surface and parallel to the rolling direction by polishing the following 3mm thick annealing material to 0.3μm after heat treatment to the following 3mm thick annealing material in order to investigate the effect of high temperature phase precipitation rate The precipitated phase was observed using an SEM at 500 magnification, and the fraction of the precipitated phase calculated using an image analyzer is shown.

30Cr-4Mo 강을 기준으로 했을 때 W이 2% 첨가된 30Cr-2Mo-2W 강에서 석출 속도의 증가는 관찰되지 않았다. 단지 석출속도가 가장 높은 영역의 온도가 상승하는 경향을 나타내므로 실제 공정에서는 석출분율이 감소될 것으로 생각되므로 W의 첨가에 의한 인성의 변화는 거의 없으리라고 예측된다. 그러나 Ni의 첨가는 고온 석출속도를 급격히 증가시키므로 Ni의 첨가를 제한하는 것이 필요하다. 그러나 이는 냉각 공정 설비에 관련된 사항이므로 냉각의 속도를 석출상의 속도보다 높일 수 있다면 상온 인성의 향상 측면에서 Ni의 첨가가 필요하다.No increase in precipitation rate was observed in the 30Cr-2Mo-2W steel with 2% W added based on the 30Cr-4Mo steel. Since the temperature in the region with the highest precipitation rate tends to increase, the precipitation fraction is expected to decrease in the actual process, so it is predicted that there will be little change in toughness due to the addition of W. However, the addition of Ni rapidly increases the high temperature precipitation rate, so it is necessary to limit the addition of Ni. However, this is related to the cooling process equipment, so if the speed of cooling can be higher than the rate of precipitation phase, it is necessary to add Ni in terms of improving room temperature toughness.

강종Steel grade 열처리 시간(분)Heat treatment time (minutes) 열처리 온도(℃)Heat treatment temperature (℃) 5~95-9 10, 60, 180, 60010, 60, 180, 600 725, 775, 825, 875, 925, 975725, 775, 825, 875, 925, 975

nono CrCr MoMo CC NN TiTi NbNb AlAl NiNi WW PP CuCu SiSi MnMn SS OO 55 30.130.1 4.04.0 .008.008 .01.01 .05.05 .26.26 .05.05 NANA NANA 0.030.03 0.5이하0.5 or less 0.330.33 0.30.3 .002.002 .007.007 66 29.829.8 3.53.5 .01.01 .011.011 .06.06 .31.31 .05.05 NANA 1.01.0 0.030.03 0.270.27 0.30.3 .002.002 .007.007 77 29.929.9 3.23.2 .011.011 .01.01 .06.06 .26.26 .05.05 NANA 2.152.15 0.030.03 0.30.3 0.30.3 .002.002 .005.005 88 29.829.8 3.23.2 .013.013 .011.011 .06.06 .26.26 .05.05 1.051.05 2.072.07 0.030.03 0.270.27 0.30.3 .002.002 .004.004 99 29.729.7 3.23.2 .015.015 .01.01 .06.06 .26.26 .06.06 2.02.0 2.182.18 0.030.03 0.290.29 0.30.3 .002.002 .004.004

AlloyAlloy CrCr MoMo NiNi CC NN TiTi NbNb CuCu MnMn PP SS SiSi AI129-4CAI129-4C 28.828.8 3.783.78 0.260.26 0.020.02 .031.031 0.360.36 0.290.29 -- 0.260.26 0.020.02 .002.002 0.280.28 AI29-4-2AI29-4-2 28.928.9 3.833.83 2.422.42 .002.002 .008.008 -- -- ≤0.1≤0.1 <1<1 0.020.02 0.010.01 0.110.11 AI6XNAI6XN 20.420.4 6.236.23 23.923.9 .023.023 0.210.21 -- -- 0.170.17 0.290.29 0.020.02 .0004.0004 0.410.41 254SMO254SMO 2020 6.16.1 17.917.9 .012.012 0.200.20 -- -- 0.680.68 0.490.49 .019.019 .001.001 0.350.35

강 종River bell 활성화 전류밀도(mA/cm2)Activation Current Density (mA / cm 2 ) 강종 번호Steel grade number 화학 성분Chemical composition NO 5NO 5 30Cr-4Mo30Cr-4Mo 1515 NO 7NO 7 30Cr-3Mo-2W30Cr-3Mo-2W 미탐지Not detected NO 9NO 9 30Cr-3Mo-2W-2Ni30Cr-3Mo-2W-2Ni 미탐지Not detected CO 1CO 1 29Cr-4Mo29Cr-4Mo 1111 CO 2CO 2 29Cr-4Mo-2Ni29Cr-4Mo-2Ni 1111 CO 3CO 3 20Cr-6Mo-18Ni20Cr-6Mo-18Ni 1.51.5 CO 4CO 4 20Cr-6Mo-24Ni20Cr-6Mo-24Ni 0.80.8

강 종River bell 갈바닉 커플 후 부식속도(mA/cm2)Corrosion rate after galvanic couple (mA / cm 2 ) 강종 번호Steel grade number 화학 성분Chemical composition NO 5NO 5 30Cr-4Mo30Cr-4Mo -160-160 NO 7NO 7 30Cr-3Mo-2W30Cr-3Mo-2W -78-78 NO 9NO 9 30Cr-3Mo-2W-2Ni30Cr-3Mo-2W-2Ni -80-80 CO 1CO 1 29Cr-4Mo29Cr-4Mo -163-163 CO 2CO 2 29Cr-4Mo-2Ni29Cr-4Mo-2Ni -165-165 CO 3CO 3 20Cr-6Mo-18Ni20Cr-6Mo-18Ni +58+58 CO 4CO 4 20Cr-6Mo-24Ni20Cr-6Mo-24Ni +56+56

강 종River bell 부동태 전류밀도(㎂/cm2)Passive current density (㎂ / cm 2 ) 강종 번호Steel grade number 화학 성분Chemical composition NO 5NO 5 30Cr-4Mo30Cr-4Mo 2×10-2 2 × 10 -2 No 6No 6 30Cr-3.5Mo-1W30Cr-3.5Mo-1W 4×10-4 4 × 10 -4 NO 7NO 7 30Cr-3Mo-2W30Cr-3Mo-2W 10-4 10 -4 No 8No 8 30Cr-3Mo-2W-1Ni30Cr-3Mo-2W-1Ni 10-4 10 -4 NO 9NO 9 30Cr-3Mo-2W-2Ni30Cr-3Mo-2W-2Ni 10-4 10 -4 CO 1CO 1 29Cr-4Mo29Cr-4Mo 2×10-3 2 × 10 -3 CO 2CO 2 29Cr-4Mo-2Ni29Cr-4Mo-2Ni 2×10-3 2 × 10 -3 CO 3CO 3 20Cr-6Mo-18Ni20Cr-6Mo-18Ni 10-2 10 -2 CO 4CO 4 20Cr-6Mo-24Ni20Cr-6Mo-24Ni 10-2 10 -2

상술한 바와 같이, 해수용 열 교환기관 소재로 기존 페라이트강 대비 W이 첨가된 페라이트 강은 내공식 저항성 및 틈 부식 저항성이 우수할 뿐 만 아니라 판소재인 315계강과의 기계적 접합시 발생되는 틈의 환경에서도 기존 페라이트 강 대비 내식성이 2배정도 우수하였을 뿐만 아니라 고가의 Ni이 첨가된 오스테나이트 강과 유사한 내식성을 가진다. 또한 W의 첨가에 따른 고온 석출속도의 증가가 없으므로 기존강의 생산설비 이외의 급속 냉각을 위한 추가설비가 필요 없으며 고온상의 석출에 따른 인성의 저하도 없는 효과를 지닌다.As described above, ferritic steel with W added to seawater heat exchanger as compared to the conventional ferritic steel not only has excellent pitting resistance and crack corrosion resistance, but also has a high degree of cracking during mechanical bonding with 315 steel, which is a plate material. In the environment, the corrosion resistance was about 2 times better than the existing ferritic steel, and the corrosion resistance was similar to that of the austenitic steel to which expensive Ni was added. In addition, since there is no increase in high temperature precipitation rate due to the addition of W, there is no need for additional equipment for rapid cooling other than the production facilities of existing steel, and there is no effect of deterioration of toughness due to high temperature precipitation.

Claims (1)

페라이트계 스테인레스 강에 있어서,In ferritic stainless steel, 중량%로, C:0.015%이하, N:0.02%이하, Si:0.5%이하, Mn:0.5%이하, P:0.03%이하, S:0.004%이하, O:0.005%이하, Nb:0.36%이하, Ti:0.15%이하, Cu:0.5%이하, Al:0.15%이하, Mo:3∼5%, Ni:2%이하, W:3.5%이하, Cr:28∼32%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 안정화 원소로 Nb+Ti가 첨가되며 산소의 함량이 0.005% 이하로 되게 Al을 첨가하는 조건을 만족하여 조성되는 것을 특징으로 하는 해수 열교환기용 페라이트계 스테인레스강.By weight%, C: 0.015% or less, N: 0.02% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.5% or less, P: 0.03% or less, S: 0.004% or less, O: 0.005% or less, Nb: 0.36% Ti: 0.15% or less, Cu: 0.5% or less, Al: 0.15% or less, Mo: 3-5%, Ni: 2% or less, W: 3.5% or less, Cr: 28-32%, balance Fe and inevitable A ferritic stainless steel for seawater heat exchanger, comprising: an impurity; and Nb + Ti is added as a stabilizing element; and an Al content is added so that an oxygen content is 0.005% or less.
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