KR100421271B1 - 고강도 및 노치연성을 갖는 석출경화 스테인레스강 합금 - Google Patents

고강도 및 노치연성을 갖는 석출경화 스테인레스강 합금 Download PDF

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KR100421271B1 KR10-1998-0702155A KR19980702155A KR100421271B1 KR 100421271 B1 KR100421271 B1 KR 100421271B1 KR 19980702155 A KR19980702155 A KR 19980702155A KR 100421271 B1 KR100421271 B1 KR 100421271B1
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Abstract

본 발명의 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금은 최대 0.03wt%의 탄소, 최대 1.0wt%의 망간, 최대 0.75wt%의 규소, 최대 0.040wt%의 인, 최대 0.020wt%의 황, 10 내지 13wt%의 크롬, 10.5 내지 11.6wt%의 니켈, 1.5 내지 1.8wt%의 티타늄, 0.25 내지 1.5wt%의 몰리브덴, 최대 0.95wt%의 구리, 최대 0.25wt%의 알루미늄, 최대 0.3wt%의 니오븀, 최대 0.010wt%의 붕소, 최대 0.030wt%의 질소를 기본 성분으로 하고 실질적으로 철과 통상의 불순물을 잔부로 하여 이루어짐으로써, 응력 부식 균열 내성, 강도 및 노치 인성이 적절히 조화된다.

Description

고강도 및 노치 연성을 갖는 석출 경화 스테인레스강 합금
항공 산업을 비롯하여 많은 공업 분야에서는 고강도 합금으로 만들어진 부품의 사용을 필요로 한다. 그러한 고강도 합금을 제조하기 위한 하나의 접근 방법으로서 석출 경화 합금이 개발된 바 있다. 석출 경화 합금은 합금의 연성 기지(매트릭스) 내에 석출물이 형성된 합금이다. 석출물 입자가 연성 기지 내에서 전위를 억제함으로써 합금을 강화시킨다.
공지된 시효 경화 합금 중 하나는 티타늄과 니오븀을 첨가하여 고강도를 제공하고, 크롬, 니켈, 구리의 양을 조절하여 마르텐사이트 조직을 확보하였다. 최적의 인성을 제공하기 위해, 이 합금에 비교적 낮은 온도에서 풀림 열처리를 행한다. 그러한 낮은 풀림 온도는 시효되기 전에 Fe-Ti-Cb를 다량 함유하는 라베스상(Laves phase)을 형성하는데 필요하다. 그러한 작용으로 경화 석출물이 과도하게 형성되는 것이 방지됨은 물론, 오스테나이트 복원을 위한 니켈의 효용도가 커지게 된다. 그러나, 이 합금에 사용된 낮은 풀림 온도에서는 합금의 미세 조직이 완전히 재결정화되지 않는다. 이 조건에서는 경화 요소 첨가물의 효율적인 사용이 촉진되지 않아, 강도와 인성이 처리에 대해 매우 민감한 재료가 제조된다.
다른 공지된 석출 경화 스테인레스강의 경우, 크롬, 니켈, 알루미늄, 탄소, 몰리브덴 등의 원소가 합금 내에서 임계적으로 균형을 이루고 있다. 또한, 합금에 의해 제공되는 원하는 특성의 조합이 손상되지 않도록 하기 위해, 망간, 규소, 인, 황, 질소 등이 함량이 낮은 수준으로 유지되고 있다.
공지된 석출 경화 스테인레스강의 특성이 지금까지는 용인될 수 있었지만, 적어도 공지된 석출 경화 스테인레스강에 의해 제공된 것과 동일한 수준의 노치 인성 및 내식성을 제공하면서도 보다 뛰어난 강도를 제공하는 합금에 대한 필요성이 제기되었다. 동일 수준의 노치 인성 및 내식성, 특히 응력 부식 균열에 대한 내성을 유지하면서 고강도를 갖는 합금이 있다면, 그러한 합금으로 제조된 구조 부재가 현재 사용할 수 있는 합금으로 제조된 동일 부품에 비해 중량이 가볍기 때문에, 항공 산업 분야에 특히 유용할 것이다. 그러한 구조 부재에 있어서 중량의 경감은 연비의 개선을 가져오므로 바람직하다.
상기한 바와 같이, 용이하고 신뢰성 있게 처리 가능한 한편으로, 응력 부식내성, 강도, 노치 인성의 조합이 향상된 합금을 제공하는 것이 매우 바람직하다.
본 발명은 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금, 특히 Cr-Ni-Ti-Mo 마르텐사이트계 스테인레스강 합금 및 그 합금으로 제조되어 응력 부식 균열 내성, 강도, 노치 인성이 독특하게 조합된 물품에 관한 것이다.
공지된 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금과 관련된 단점은 본 발명에 따른 합금에 의해 대폭 해결된다. 본 발명에 따른 합금은 응력 부식 균열 내성, 강도, 노치 인성이 독특하게 조합된 석출 경화 Cr-Ni-Ti-Mo 마르텐사이트계 스테인레스강 합금이다.
본 발명의 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강의 조성의 넓은 범위, 중간 범위, 바람직한 범위는 중량%로 다음과 같다.
상기 합금의 조성분 이외는 실질적으로 철이며, 상품으로서 이러한 강에 함유되는 통상의 불순물과, 미량의 추가 원소도 포함하지만, 이들의 함유량은 수천분의 1%에서 본 발명의 합금에 의해 제공되는 바람직한 특성의 조합을 손상시키지 않는 보다 많은 함량까지 변화할 수 있다.
상기 표는 편의적인 요약으로서 제공되는 것으로, 이것에 의해 본 발명의 합금의 개별 원소들의 상한치 및 하한치를 상호 조합하여 사용하는 것으로 제한하거나, 그들 원소의 조성 범위를 상호 조합해서만 사용하는 것으로 제한하려는 의도는 아니다. 따라서, 넓은 범위 조성의 원소 범위 중 하나 이상을 바람직한 조성의 나머지 원소들에 대한 하나 이상의 다른 범위와 함께 사용할 수 있다. 또한, 바람직한 한가지 실시예의 원소의 최소량 또는 최대량은 다른 바람직한 실시예의 그 원소에 대한 최대량 또는 최소량과 함께 사용될 수 있다. 본원 명세서의 전체를 통해서 다른 언급이 없는 경우, %는 중량%를 가리킨다.
본 발명에 따른 합금의 경우, 크롬, 니켈, 티타늄, 몰리브덴 등의 원소의 균형을 이루게 함으로써 강도, 노치 인성 및 응력 부식 균열 내성의 독특한 조합을 달성한다. 산화 조건하에서 종래의 스테인레스강과 동일한 수준의 내식성을 제공하기 위해, 본 발명의 합금에는 약 10% 이상, 양호하게는 약 10.5% 이상, 바람직하게는 약 11.0% 이상의 크롬이 존재한다. 본 발명의 합금에는 약 10.5% 이상, 양호하게는 약 10.75% 이상, 바람직하게는 약 10.85% 이상의 니켈이 합금의 노치 인성에 유익하다는 이유로 함유된다. 시효 중에 니켈-티타늄이 다량 함유된 상의 석출을 통해 합금의 강도에 유익하도록 약 1.5% 이상의 티타늄이 합금에 함유된다. 또한, 합금의 노치 인성에 기여한다는 이유로 약 0.25% 이상, 양호하게는 약 0.75% 이상, 바람직하게는 약 0.9% 이상의 몰리브덴이 합금에 함유된다. 몰리브덴은 환원 매체 중이나 공식(孔蝕)과 응력 부식 균열을 촉진시키는 환경에서 합금의 내식성에도 유익하다.
크롬, 니켈, 티타늄 및/또는 몰리브덴이 적절히 균형을 이루지 않으면, 합금에 있어서 종래의 처리 기법을 이용한 마르텐사이트 조직으로의 전적인 변태 능력이 억제된다. 또한, 용체 처리 및 시효 경화될 때 거의 완전한 마르텐사이트 상태를 유지할 수 있는 합금의 능력이 손상된다. 그러한 조건하에서는, 합금에 의해 제공되는 강도가 상당히 감소된다. 그러므로, 이 합금에 함유되는 크롬, 니켈, 티타늄 및 몰리브덴의 양이 제한된다. 특히, 크롬은 약 13% 이하, 양호하게는 약 12.5% 이하, 바람직하게는 약 12.0% 이하로 제한되고, 니켈은 약 11.6% 이하, 바람직하게는 약 11.25% 이하로 제한된다. 티타늄은 약 1.8% 이하, 바람직하게는 약 1.7% 이하로 제한되고, 몰리브덴은 약 1.5% 이하, 양호하게는 약 1.25% 이하, 바람직하게는 약 1.1% 이하로 제한된다.
본 발명의 합금에 의해 제공되는 기타 바람직한 특성에 유익하도록 붕소, 알루미늄, 니오븀, 망간 및 규소와 같은 첨가 원소를 조절된 양으로 함유할 수도 있다. 보다 구체적으로, 붕소는 합금의 열간 가공성에 유익하도록 약 0.010% 이하, 양호하게는 약 0.005% 이하, 바람직하게는 약 0.0035% 이하로 합금에 함유될 수 있다. 원하는 효과를 얻기 위해서는 약 0.001% 이상, 바람직하게는 약 0.0015% 이상의 붕소를 합금에 함유한다.
알루미늄 및/또는 니오븀은 항복 강도 및 최대 인장 강도에 유익하도록 합금에 함유될 수 있다. 보다 구체적으로, 약 0.25% 이하, 양호하게는 약 0.10% 이하, 보다 양호하게는 약 0.050% 이하, 바람직하게는 약 0.025% 이하의 알루미늄을 합금에 함유할 수 있다. 또한, 약 0.3% 이하, 양호하게는 약 0.10% 이하, 보다 양호하게는 약 0.050% 이하, 바람직하게는 약 0.025% 이하의 니오븀을 함금에 함유할 수 있다. 알루미늄 및/또는 니오븀이 합금 내에 함유되는 경우, 높은 항복 강도 및 최대 인장 강도를 얻을 수 있지만, 그 증가된 강도는 노치 인성의 손실로 충당된다. 그러므로, 최적의 노치 인성을 원하는 경우에는, 알루미늄과 니오븀을 통상의 잔류물 수준으로 제한한다.
합금에는 스크랩 공급원으로부터의 잔류물이나 탈산 첨가물로서 약 1.0% 이하, 양호하게는 약 0.5% 이하, 보다 양호하게는 약 0.25% 이하, 바람직하게는 약 0.10% 이하의 망간 및/또는 약 0.75% 이하, 양호하게는 약 0.5% 이하, 보다 양호하게는 약 0.25% 이하, 바람직하게는 약 0.10% 이하의 규소가 함유될 수 있다. 이러한 첨가물은 합금이 진공 용융되지 않는 경우에 유익하다. 망간 및/또는 규소는 인성, 내식성, 기재 내에서 오스테나이트상과 마르텐사이트상의 균형에 악영향을 미치기 때문에 낮은 수준으로 유지되는 것이 바람직하다.
합금의 나머지 성분은 유사한 설비나 용도에 사용되도록 의도된 상품으로서의 이러한 합금에 함유된 통상의 불순물을 제외하고 본질적으로 철이다. 그러한 원소들의 수준은 원하는 특성에 악영향을 미치지 않도록 조절된다.
특히, 탄소 및/또는 질소가 너무 많으면 내식성이 손상되고, 이 합금에 의해 제공된 인성에 악영향을 미친다. 따라서, 합금 내에는 약 0.03% 이하, 양호하게는 약 0.02% 이하, 바람직하게는 약 0.015% 이하의 탄소가 포함된다. 또한, 0.030% 이하, 양호하게는 약 0.015% 이하, 바람직하게는 약 0.010% 이하의 질소가 합금 내에 포함된다. 합금 내에 탄소 및/또는 질소의 함유량이 상기보다 많으면, 탄소 및/또는 질소가 티타늄과 결합하여, 티타늄이 다량 함유된 비금속 개재물을 형성한다. 이러한 반응은 이 합금에 의해 제공되는 고강도의 주요인인, 니켈-티타늄이 다량함유된 상이 형성되는 것을 억제한다.
인은 인성과 내식성에 미치는 악영향 때문에 미량으로 유지된다. 따라서, 합금 내에서 인은 약 0.040% 이하, 양호하게는 약 0.015% 이하, 바람직하게는 약 0.010% 이하의 함량을 갖는다.
황은 약 0.020% 이하, 양호하게는 약 0.010% 이하, 바람직하게는 약 0.005% 이하로 합금에 함유된다. 황이 이보다 많이 함유되면, 탄소 및 질소와 마찬가지로 티타늄의 소망하는 강화 효과를 억제하는, 티타늄을 다량 함유하는 비금속 개재물의 형성을 촉진하게 된다. 또한, 황이 상기보다 많으면, 합금의 열간 가공성 및 내식성에 악영향을 미치며, 특히 횡단 방향으로의 합금의 인성에 해를 끼친다.
구리의 함유량이 너무 많으면, 본 발명의 합금의 노치 인성, 연성 및 강도에 악영향을 미친다. 그러므로, 이 합금에서 구리는 약 0.95% 이하, 양호하게는 약 0.75% 이하, 보다 양호하게는 약 0.050% 이하, 바람직하게는 약 0.25% 이하의 함량을 갖는다.
본 발명의 합금의 용융, 주조 또는 가공에는 어떠한 특별한 기법이 필요하지 않다. 진공 유도 용융, 또는 진공 유도 용융에 이어서 진공 아크 재용융을 행하는 것이 본 발명의 합금의 용융 및 정련 방법으로서 바람직하지만, 이 이외의 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 이 합금은 원하는 경우 분말 야금법을 이용하여 제조될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 합금은 열간 가공 또는 냉간 가공될 수 있지만, 냉간 가공이 합금의 기계적 강도를 향상시킨다.
본 발명의 석출 경화 합금은 원하는 특성의 조합을 얻기 위하여 용체 풀림처리된다. 용체 풀림 온도는 본질적으로 불필요한 석출물을 합금 기재 내로 전부 분해할 정도로 충분히 높아야 한다. 그러나, 용체 풀림 온도가 너무 높으면, 과도한 결정립 성장을 촉진하여 파괴 인성에 손상을 주게 된다. 대표적으로는, 본 발명의 합금은 1700°F 내지 1900°F(927℃ 내지 1038℃)에서 1시간 동안 용체 풀림 처리된 후에 급냉된다.
원하는 경우, 이 합금에는 급냉 후에, 합금의 강도를 더욱 발전시키기 위해 디프 칠 처리(deep chill treatment)를 행할 수도 있다. 디프 칠 처리는 합금을 마르텐사이트 종료 온도보다 충분히 낮은 온도로 냉각하여 마르텐사이트로의 완전변태를 보장한다. 전형적으로, 디프 칠 처리는 합금을 약 -100°F(-73℃) 이하로 약 1시간 동안 냉각하는 단계로 이루어진다. 그러나, 이 디프 칠 처리에 대한 필요성은 적어도 부분적으로는 합금의 마르텐사이트 종료 온도에 의해 영향을 받을 것이다. 마르텐사이트 종료 온도가 충분히 높으면, 마르텐사이트 조직으로의 변태는 디프 칠 처리를 필요로 하지 않고 수행될 것이다. 또한, 디프 칠 처리에 대한 필요성은 제조되는 개체의 크기에도 좌우한다. 개체의 크기가 증가할수록, 합금의 편석이 심화되고, 그에 따라 디프 칠 처리가 더욱 유용하게 된다. 더욱이, 개체의 냉경화(冷硬化) 시간(chilling time)의 길이도 개체가 큰 경우에는 마르텐사이트로의 완전 변태를 위해 연장될 필요성이 있다.
본 발명의 합금은 당업자에게 알려져 있는 공지된 석출 경화 스테인레스강 합금에 사용되는 여러 가지 기법에 따라 시효 경화된다. 예를 들면, 합금은 약 900°F(482℃) 내지 약 1150°F(621℃)의 온도에서 약 4시간 동안 시효된다. 적용되는특정 시효 조건은 (1)합금의 최대 인장 강도가 시효 온도의 증가에 따라 감소하는지 여부와; (2)합금의 강도를 원하는 수준으로 시효 경화시키는 데 필요한 시간이 시효 온도의 감소에 따라 증가하는지의 여부를 고려하여 선택된다.
본 발명의 합금은 광범위한 용도에 사용되는 다양한 형태의 제품으로 형성될 수 있으며, 종래의 기법을 이용한 빌렛, 바아, 봉재, 선재, 스트립, 판재, 또는 시트의 형성에 적합하다. 본 발명의 합금은 응력 부식 균열 내성, 강도 및 노치 인성이 양호하게 조합된 합금을 필요로 하는 광범위한 실제 응용 분야에 유용하다. 특히, 본 발명의 합금은 항공기용 구조 부재와 파스너의 제조에 사용될 수 있으며, 또 의료 기기 또는 치과용 기구의 용도에도 적합하다.
[도 1a]
[표 1b]
[실시예]
본 발명의 합금에 의해 제공된 독특한 특성의 조합을 예증하기 위해, 표 1a 및 표 1b에 나타낸 중량%의 조성을 갖는 본 발명의 합금의 실시예 1-18을 마련하였다. 비교를 목적으로, 본 발명의 범위 밖의 조성을 갖는 비교예 A-D도 역시 마련하였다. 그들의 중량% 조성도 표 1a 및 표 1b에 역시 포함되어 있다.
합금 A,B는 공지된 석출 경화 스테인레스강 합금 중 하나를 대표하며, 합금 C,D는 다른 공지된 석출 경화 스테인레스강 합금을 대표한다.
실시예 1은 17 파운드(7.7kg)의 시험편으로 마련하고, 이것을 진공 유도 용용 후에 2.75인치(6.98cm)의 테이퍼진 정방형 잉곳으로 주조하였다. 잉곳은 1900°F(1038℃)로 가열하고 1.375 인치(3.49cm)의 정방형 바아로 프레스 단조하였다. 그 바아는 1.125 인치(2.86cm)의 정방형 바아로 마무리 단조하고 실온으로 공냉하였다. 단조된 바아는 1850°F(1010℃)에서 0.625 인치(1.59cm)의 둥근 바아로 열간 압연하고 나서 실온으로 공냉하였다.
실시예 2 내지 4 및 12 내지 18, 및 비교예 A,C는 25 파운드(11.3kg)의 시험편으로 마련하고, 이것을 아르곤 가스의 분압하에서 진공 유도 용융한 후에 3.5 인치(8.9cm)의 테이퍼진 정방형 잉곳으로 주조하였다. 잉곳은 1850°F(1010℃)의 개시 온도로부터 1.875 인치(4.76cm)의 정방형 바아로 프레스 단조하고, 다시 그 바아를 실온에서 공냉하였다. 이 정방형 바아를 재가열하고 1850°F(1010℃)를 개시온도로 하여 1.25 인치(3.18cm)의 정방형 바아로 프레스 단조하며, 다시 재가열하고 1850°F(1010℃)를 개시 온도로 하여 이것을 0.625 인치(1.59cm)의 둥근 바아로 열간 압연하고 나서 실온으로 공냉하였다.
실시예 5, 6 및 8 내지 10은 37 파운드(16.8kg)의 시험편으로 마련하고, 이것을 아르곤 가스의 분압하에서 진공 유도 용융한 후에 4 인치(10.2cm)의 테이퍼진 정방형 잉곳으로 주조하였다. 잉곳은 1850°F(1010℃)를 개시 온도로 하여 2 인치(5.1cm)의 정방형 바아로 프레스 단조하고, 다시 그 바아를 실온에서 공냉하였다. 단조된 정방형 바아를 매 2 인치(5.1cm)의 길이로 절단하고, 1850°F(1010℃)를 개시 온도로 하여 1.31 인치(3.33cm)의 정방형 바아로 단조하였다. 단조된 바아는 1850°F(1010℃)에서 0.625 인치(1.59cm)의 둥근 바아로 열간 압연하고 나서 실온으로 공냉하였다.
실시예 7, 11 및 비교예 B, D는 125 파운드(56.7kg)의 시험편으로 마련하고, 이것을 아르곤 가스의 분압하에서 진공 유도 용융한 후에 4.5 인치(11.4cm)의 테이퍼진 정방형 잉곳으로 주조하였다. 잉곳은 1850°F(1010℃)의 개시 온도로부터 2인치(5.1cm)의 정방형 바아로 프레스 단조하고, 다시 그 바아를 실온으로 공냉하였다. 그 바아를 재가열한 다음 1850°F(1010℃)를 개시 온도로 하여 1.31 인치(3.33cm)의 정방형 바아로 프레스 단조하였다. 단조된 바아를 1850°F(1010℃)에서 0.625 인치(1.59cm)의 둥근 바아로 열간 압연하고 나서 실온으로 공냉하였다.
각 실시예 및 비교예의 바아를 풀림 처리되거나/냉각 처리된 상태에서 거칠게 절삭함으로써, 표 2에 보인 치수를 갖는, 평활한 인장력 시편, 응력 부식 시편, 및 노치 인성 시편을 만들었다. 각각의 시편은 그 중심의 직경이 감소된 상태의 원통형이었고, 중심 직경은 시편의 중심부와 각 단부를 연결하는 최소 반경을 가진다. 응력 부식 시편은 400 그릿(grit) 단위의 표면 마무리도를 갖는 공칭 게이지 직경으로 연마하였다.
[표 2]
(1) 각각의 노치 인장 시편 중심 둘레에 노치를 형성시켰다. 시편 직경은 노치의 베이스에서 0.252 인치(0.64cm)이고, 응력 집중 인자 요소(Kt)가 10이 되도록 하기 위해 노치의 루트 반경(root radius)은 0.0010인치(0.0025cm)로 하였다.
각 실시예/비교예의 시편은, 하기의 표 3에 따라 열처리하였다. 사용된 열처리 조건은 피크 강도를 제공하도록 선택하였다.
[표 3]
실시예 1-18의 기계적 성질은 비교예 A-D의 성질과 비교하였다. 측정된 성질은 0.2%의 항복 강도(.2% YS), 최대 인장 강도(UTS), 4개의 직경에서의 연신율(%Elong.), 단면 감소율(% Red.), 노치 인장 강도(NTS)를 포함한다. 모든 성질들은 종방향을 따라 측정하였다. 표 4a 및 표 4b에 그 측정 결과를 제시한다.
[표 4a]
[표 4b]
표 4a 및 표 4b의 데이터는 본 발명의 실시예 1-18이 노치 인장 강도/최대 인장 강도 비율로써 나타나는 바와 같이 용인할 수 있을 정도의 노치 인성과, 연성을 제공하면서도, 비교예 A, B에 비해 우수한 항복 및 인장 강도를 가짐을 보여준다. 따라서, 실시예 1-18은 비교예 A, B에 비해 강도와 연성이 양호하게 조합됨을알 수 있다.
또한, 표 4a 및 표 4b의 데이터는 실시예 1-18이 노치 인장 강도/최대 인장 강도 비율로써 나타나는 바와 같이 용인할 수 있을 정도의 노치 인성은 물론, 용인할 수 있을 정도의 항복 강도 및 연성을 제공하면서도, 비교예 C, D에 비해 적어도 훨씬 양호한 수준의 인장 강도를 제공하는 것을 보여준다.
염화물을 함유한 매개 중에서 실시예 7-11의 응력 부식 균열 내성을 낮은 변형률의 시험을 통해 비교예 B, D의 그것과 비교하였다. 응력 부식 균열 시험에서, 실시예 7-11의 시편은 인장 시편과 유사하게 용체 처리하고 나서, 높은 수준의 강도를 제공하도록 선택된 온도에서 과시효 처리하였다. 비교예 B, D의 시편을 그 각각의 인장 시편과 유사하게 용체 처리하였지만, 항공 산업 분야에서 통상적으로 규정된 정도의 응력 부식 균열 내성을 제공하도록 선택된 온도에서 과시효 처리하였다. 보다 구체적으로는, 실시예 7-11을 1000°F(538℃)에서 4시간 동안 시효 경화한 후 공냉시켰으며, 비교예 B, D를 1050°F(566℃)에서 4시간 동안 시효 경화한후 공냉시켰다.
응력 부식 균열 내성은 각 실시예/비교예의 시편 세트를 4 ×10-6인치/초(1 × 10-5인치/초)의 일정 신장 속도로 인장 응력을 가함으로써 시험하였다. 시험은 4개의 다른 매체, 즉, (1) H3PO4에 의해 pH 1.5로 산성화된 10.0% NaCl의 비등액; (2) 자연적인 pH(4.9-5.9) 상태의 3.5% NaCl의 비등액; (3) H3PO4에 의해 pH 1.5로산성화된 3.5% NaCl의 비등액; (4) 77°F(25℃)의 공기 등에서 수행하였다. 공기중에서 수행된 시험은 염화물을 함유한 매체에서 얻어진 결과를 비교할 수 있는 기준으로써 이용하였다.
응력 부식 시험 결과는 표 5a 내지 표 5c에 나타내었으며, 이 표에는 시간 단위로 나타낸 시편 파괴 시간(총 시험 시간), 연신율(% Elong.), 단면 감소율(% Red. in Area)이 포함된다.
[표 5a]
[표 5b]
[표 5c]
시험된 합금들의 상대적인 응력 부식 균열 내성은 부식성 매체에서 측정된매개 변수와 기준 매체에서 측정된 매개 변수의 비율을 참조함으로써 잘 이해할 수 있다. 표 6a 및 표 6b는 비교를 쉽게 할 수 있도록 표 5a 내지 표 5c의 데이터를 비율 형태로 나타내어 요약한 것이다. "TC/TR"로 나타낸 칼럼의 수치는 부식성 환경하에서 평균 파괴 시간과 기준 환경하에서 평균 파괴 시간의 비율이다. "EC/ER"로 나타낸 칼럼의 수치는 부식성 환경하에서 평균 연신율(%)과 기준 환경하에서 평균 연신율(%)의 비율이다. 마찬가지로, "RC/RR"로 나타낸 칼럼의 수치는 부식성 환경하에서 평균 단면 감소율(5)과 기준 환경하에서 평균 단면 감소율(%)의 비율이다.
[표 6a]
[표 6b]
실시예 7-11과, 비교예 B,D의 기계적 성질도 측정하여 표 7에 나타내었으며, 이 표는 0.2% 오프셋 항복 강도(.2% YS), ksi(MPa) 단위의 인장 강도(UTS), 4개의 직경의 연신율(% Elong.), 단면 감소율(% Red. Area), ksi(MPa) 단위의 노치 인장강도(NTS)를 포함한다.
[표 7]
이상의 것을 고려하면, 표 6a 및 표 6b 및 표 7에 제시된 데이터는 실시예 7-11로 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 합금에 의해 제공된 강도 및 응력 부식 균열 내성이 독특하게 조합됨을 예증한다. 보다 구체적으로, 표 6a 및 표 6b 및 표 7의 데이터는 실시예 7-11이 비교예 B, D의 합금에 비해, 그 응력 부식 균열 내성이 상기 비교예의 합금에 필적할만하면서도, 상당히 더 높은 강도를 제공할 수 있음을 보여준다. 실시예 7, 11의 추가 시편은 1050°F(538℃)에서 4시간 동안 시효 경화한 후 공냉시켰다. 그 시편들은 실온에서 각기 214.3ksi, 213.1ksi의 최대 인장 강도를 나타냈으며, 그 인장 강도는 유사하게 시효된 비교예 B, D에 비해 훨씬 양호한 것이다. 실제로 시험을 행하지는 않았지만, 실시예 7, 11의 응력 부식 균열 내성은 보다 높은 온도에서 시효하였을 때 적어도 동일하거나 양호할 것임을 예상할 수 있다. 또한, 10.0% NaCl 비등 조건은 항공 산업 분야에 인증된 표준에 비해보다 가혹함을 알아야 한다.
본 명세서에 사용된 용어 및 표현은 설명의 관점에서 사용된 것으로, 한정적 관점으로 사용된 것이 아니다. 그러한 용어 및 표현의 사용에 있어서, 여기에 설명된 특징에 상당하는 임의의 등가물이나 그 특징의 일부를 배제하려는 의도는 없다. 그러나, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 발명의 범위내에서 다양한 변형이 가능함을 알 것이다.

Claims (18)

  1. 고강도, 노치 인성 및 응력 부식 균열 내성을 갖는 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금으로서,
    최대 0.03wt%의 탄소, 최대 1.0wt%의 망간, 최대 0.75wt%의 규소, 최대 0.040wt%의 인, 최대 0.020wt%의 황, 10 내지 13wt%의 크롬, 10.5 내지 11.6wt%의 니켈, 1.5 내지 1.8wt%의 티타늄, 0.25 내지 1.5wt%의 몰리브덴, 최대 0.95wt%의 구리, 최대 0.25wt%의 알루미늄, 최대 0.3wt%의 니오븀, 최대 0.010wt%의 붕소, 최대 0.030wt%의 질소를 기본 성분으로 하고 철과 통상의 불순물을 잔부로 하여 이루어지는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  2. 제1항에 있어서, 0.75wt% 이하의 구리 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  3. 제1항에 있어서, 0.10wt% 이하의 알루미늄 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  4. 제1항에 있어서, 0.10wt% 이하의 니오븀 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  5. 제1항에 있어서, 11.25wt% 이하의 니켈 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  6. 제1항에 있어서, 10.75wt% 이상의 니켈 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  7. 제1항에 있어서, 10.5wt% 이상의 크롬 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  8. 제1항에 있어서, 12.5wt% 이하의 크롬 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  9. 제1항에 있어서, 1.7wt% 이하의 티타늄 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  10. 제1항에 있어서, 1.25wt% 이하의 몰리브덴 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  11. 제1항에 있어서, 0.75wt% 이상의 몰리브덴 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  12. 고강도, 노치 인성 및 응력 부식 균열 내성을 갖는 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금으로서,
    최대 0.02wt%의 탄소, 최대 0.25wt%의 망간, 최대 0.25wt%의 규소, 최대 0.015wt%의 인, 최대 0.010wt%의 황, 10.5 내지 12.5wt%의 크롬, 10.75 내지 11.25wt%의 니켈, 1.5 내지 1.7wt%의 티타늄, 0.75 내지 1.25wt%의 몰리브덴, 최대 0.50wt%의 구리, 최대 0.050wt%의 알루미늄, 최대 0.050wt%의 니오븀, 0.001 내지 0.005wt%의 붕소, 최대 0.015wt%의 질소를 기본 성분으로 하고 철과 통상의 불순물을 잔부로 하여 이루어지는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  13. 제12항에 있어서, 12.0wt% 이하의 크롬 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  14. 제12항에 있어서, 11.0wt% 이상의 크롬 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  15. 제12항에 있어서, 10.85wt% 이상의 니켈 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  16. 제12항에 있어서, 1.1wt% 이하의 몰리브덴 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  17. 제12항에 있어서, 0.9wt% 이상의 몰리브덴 함량을 갖는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
  18. 고강도, 노치 인성 및 응력 부식 균열 내성을 갖는 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금으로서,
    0.015wt%의 탄소, 최대 0.10wt%의 망간, 최대 0.10wt%의 규소, 최대 0.010wt%의 인, 최대 0.005wt%의 황, 11.0 내지 12.0wt%의 크롬, 10.85 내지 11.25wt%의 니켈, 1.5 내지 1.7wt%의 티타늄, 0.9 내지 1.1wt%의 몰리브덴, 최대 0.25wt%의 구리, 최대 0.025wt%의 알루미늄, 최대 0.025wt%의 니오븀, 0.0015 내지 0.0035wt%의 붕소, 최대 0.010wt%의 질소를 기본 성분으로 하고 철과 통상의 불순물을 잔부로 하여 이루어지는 것인 석출 경화 마르텐사이트계 스테인레스강 합금.
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