KR100512757B1

KR100512757B1 - 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강

Info

Publication number: KR100512757B1
Application number: KR10-2003-0006268A
Authority: KR
Inventors: 야마데라요시미; 나가시마에이키
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤; 토요엔지니어링 카부시키가이샤
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2005-09-07
Also published as: CA2417626A1; EP1340829A1; AU2003200351A1; CN100500921C; BR0300280A; US7347903B2; CA2417626C; CN1436873A; CN1267572C; AR038192A1; DE60300008T2; KR20030066412A; AU2003200351B2; CN1865484A; EP1340829B1; US20030155046A1; DE60300008D1

Abstract

본 발명의 목적은 우수한 내식성을 가지는 요소제조 플랜트용 2상(相) 스테인레스강을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 질량%로, C : 0.03% 이하, Si : 0.5% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.04% 이하, S : 0.003% 이하, Cr : 26% 이상 ∼ 28% 미만, Ni : 6 ∼ 10%, Mo : 0.2 ∼ 1.7%, W : 2% 초과 ∼ 3% , N : 0.3% 초과 ∼ 0.4%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로부터 이루어지며, 불순물로서의 Cu가 0.3% 이하의 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강에 관한 것이다. 상기 강은, Ca, Ce 및 B 중의 1종 이상을 더 함유해도 좋고, 불순물 중의 Al이 0.05% 이하, O(산소)가 0.01% 이하인 것이 바람직하다. 또한 아래 식으로부터 얻어지는 경도의 증가(△Hv)가 80 이하인 것이 바람직하다. 또한 Hv1은, 용체화(溶體化) 처리 및 800℃ 에서 30분 가열하여 수냉하는 열처리를 실시한 후의 강의 비커스 경도이고, Hv2는 용체화 처리를 실시한 후의 강의 비커스 경도이다.

△Hv = Hv1 - Hv2

Description

요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강{DUPLEX STAINLESS STEEL FOR UREA MANUFACTURING PLANTS}

본 발명은, 요소제조 플랜트용의 2상 스테인레스강에 관한 것이다. 상기 2상 스테인레스강은, 요소제조 플랜트의 재료가 노출되는 환경에 있어서, 우수한 내식성을 가지는 것이다.

여러가지 화학 플랜트의 구성재료에는 충분한 강도와 함께, 우수한 내식성이 요구된다. 특히, 요소제조 플랜트에서는, 암모니아 카바메이트(carbamate)라고 하는 부식성이 강한 중간 물질이 생성되므로, 플랜트 구성재료에는 고도의 내식성이 필요하다. 종래, 이와 같은 부재(部材)용의 강재로서, JIS의 SUS 316계로부터 SUS 317계, 또한 SUS 310계라고 하는 오스테나이트계 스테인레스강이 사용되어 왔다.

페라이트상 및 오스테나이트상으로 이루어지는 2상 스테인레스강은, 오스테나이트계 스테인레스강에 비교하여 저렴하면서 내식성도 우수하다. 따라서, SUS 329계의 2상 스테인레스강이 요소제조 플랜트용 재료로서도 사용되고 있다.

2상 스테인레스강으로서 대표적인 것은 SUS 329J3L 또는 SUS 329J4L로 규정되는 Ni-Cr-Mo-N계 강이다. 그리고, 요소제조 플랜트의 재료로서 사용하기 위하여, 이와 같은 성분계의 강을 기본으로 해서, 내식성과 그 외의 다른 성질을 개량한 2상 스테인레스강이 하기와 같이 몇 개 제안되어 있다.

일본 특표평 8-511829호 공보에서는, 특히 요소제조 플랜트에서의 사용을 의도한 2상 스테인레스강이 제안되어 있다. 상기 강은 Ni : 3 ∼ 10%, Cr : 28 ∼ 35%, Mo : 1.0 ∼ 4.0% 및 N : 0.2 ∼ 0.6%를 주된 합금성분으로 하는 2상 스테인레스강이며, 휴이시험(Huey test)에서 우수한 내식성을 나타내고 있다. 상기 공보에 기재된 발명은, W 함유량을 최대 2% 까지 허용한다고 되어 있으나, 실제로 W를 함유하는 강은 개시되어 있지 않다. 그 뿐만 아니라, W는, 금속간화합물의 석출을 촉진시키는 원소이므로, 첨가를 회피해야할 취지가 기재되어 있다. 또한, 내식성의 관점에서 Cr을 28% 이상 함유시키는 것으로 하고 있다. 또한, Cu는 1.0% 까지 함유되어 있어도 좋다고 되어 있다.

2상 스테인레스강의 문제점의 하나는, 시그마상(σ相)의 생성이다. 시그마상은, 600 ∼ 850℃ 정도의 온도에서 가열된 때에 생성되는 금속간화합물이며, 이것이 생성되면 강의 경도가 증가하여 취화할 뿐만 아니라 내식성도 열화한다. 요소제조 플랜트 등에서는, 구성재료의 용접이나 열간 굽힘가공에 있어서, 특정한 열영향을 받는 부분(이하 「열 영향부」라고 한다)이 있다. 거기에 시그마상이 생성되면, 국부적으로 내식성이 떨어지는 부위가 되고 만다. 열 영향부의 내식성은, 강 중의 시그마상의 석출량에 의해서 변동되고, 시그마상의 석출량이 많게 될 수록 열화한다. 따라서, 열 영향부의 존재를 회피할 수 없는 부재로서 사용되는 2상 스테인레스강에 있어서는, 시그마상이 생성되기 어려운 합금설계가 요망된다.

요소제조 플랜트의 구성부재로서는, 일반적으로 강관이나 강판이 사용된다. 이들의 강관 및 강판은, 단조, 압출, 압연 등의 열간가공에 의해, 또는 다시 냉간가공을 실시하여 제조된다. 2상 스테인레스강의 열간가공에 있어서는, 소재 가열온도의 상승에 따라 강 중의 페라이트량이 증가하고, 그 후의 가공에 있어서 페라이트 입자의 불균일 변형에 기인하는 리징(ridging)이 발생한다. 이 때문에 제품의 표면에 주름이 남는다.

특히, 상기의 일본 특표평 8-511829호 공보에 제안되어 있는 바와 같은 Cr을 다량으로 함유하는 2상 스테인레스강은, 가열에 의해서 페라이트량의 증가를 촉진시킨다. 리징을 방지하는 데에는, 상기 페라이트량을 억제하는 합금설계도 아울러 생각할 필요가 있다.

미국 특허 제 6,312,532호에서는, 우수한 열간 가공성과 함께, 염화물 환경이나 산(酸)액 중에서의 우수한 내식성, 더욱 우수한 조직 안정성을 가지는 2상 스테인레스강이 개시되어 있으며, 그 주된 합금 성분은, Ni : 3.0 ∼ 10.0%, Cr : 27.0 ∼ 35.0%, Mo : 0 ∼ 3.0%, W : 2.0 ∼ 5.0%, Cu : 0.5 ∼ 3.0% 및 N : 0.30 ∼ 0.55%이다. 상기 2상 스테인레스강은, 내식성 및 기계적 성질의 양쪽을 구비하기 위하여, Cu 및 W를 함유시키고 있다. 그러나 뒤에 상술하는 바와 같이, Cu를 함유시키면, 요소액 중에 존재하는 암모니아와 착이온을 형성하여 부식을 진행시키므로, 요소제조 플랜트 환경에서 사용하는 경우에는 충분한 내식성을 얻을 수 없다.

본 발명의 제 1 목적은, 요소제조 플랜트용의 2상 스테인레스강에 있어서, 강도 및 내식성이 우수하고, 더욱이 상기의 열 영향부와 같은 열이력을 받아도 시그마상이 생성되기 어렵고, 또한, 열간가공에 있어서 양호한 표면성상을 얻을 수 있는 2상 스테인레스강을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 2 목적은, 상기의 2상 스테인레스강을 사용한 요소제조 플랜트를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 2상 스테인레스강은, 하기와 같다. 또한. 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량의 「%」는, 모두 「질량 %」를 의미한다.

C : 0.03% 이하, Si : 0.5% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.04% 이하, S : 0.003% 이하, Cr : 26% 이상 ∼ 28% 미만, Ni : 6 ∼ 10%, Mo : 0.2 ∼ 1.7%, W : 2%를 초과 ∼ 3% , N : 0.3% 초과 ∼ 0.4%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며, 불순물로서의 Cu가 0.3% 이하인 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강.

본 발명의 2상 스테인레스강은, Fe의 일부에 대신하여, Ca : 0.0001 ∼ 0.01%, Ce : 0.0001 ∼ 0.07% 및 B : 0.0001 ∼ 0.01%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하여도 좋고, 불순물 중의 Al이 0.05% 이하, 0(산소)가 0.01% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 하기의 식으로부터 얻어지는 경도의 증가(△Hv)가 80 이하인 것이 가장 바람직하다. 또한, Hv1은, 용체화 처리 및 800℃에서 30분 가열하고 수냉하는 열처리를 실시한 후의 강의 비커스 경도이고, Hv2는 용체화 처리를 실시한 후의 강의 비커스 경도이다.

△Hv = Hv1 - Hv2

본 발명의 요소제조 플랜트는, 스트립퍼 관, 콘덴서 관, 반응기 및 배관의 적어도 하나가, 상기의 본 발명의 2상 스테인레스강으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이들의 용접은, 본 발명의 2상 스테인레스강으로 만들어진 용접재료를 사용하여 행할 수 있다.

[발명의 실시형태]

본 발명의 2상 스테인레스강의 첫번째 특징은, Cu의 함유량을 0.3% 이하로 억제한 것에 있다. 그 두번째 특징은, Mo의 함유량을 최소한도로 한정시키고, W의 함유량을 높인 것에 있다. 먼저, 이들의 특징에 대하여 설명한다.

(1) Cu의 제한

Cu는, 내산성 및 조직 안정성을 향상시키는 것으로서, 2상 스테인레스강에도 곧잘 첨가되고 있다. 예를 들면, 앞에 게재한 미국 특허 제 6,312,532호에 개시된 강에서는 0.5 ∼ 3.0%의 Cu가 필수로 되어 있다.

본 발명자는, 요소제조 플랜트의 부식환경에서의 2상 스테인레스강의 내식성에 Cu가 어떻게 영향을 미치는 지를 조사했다. 사용한 강은 Cu 함유량이 다른 하기의 강 A ∼ D 이다.

강 A …Cr : 27%, Mo : 1.0%, W ; 2.2%, Ni : 7.5%, Cu : 0.1%의 2상 스테인레스강

강 B …Cr : 27%, Mo : 1.0%, W ; 2.3%, Ni : 7.3%, Cu : 0.3%의 2상 스테인레스강

강 C …Cr : 27%, Mo : 1.1%, W ; 2.0%, Ni : 7.3%, Cu : 0.7%의 2상 스테인레스강

강 D …Cr : 27%, Mo : 1.0%, W ; 2.2%, Ni : 7.7%, Cu : 1.4%의 2상 스테인레스강

상기 강의 두께 10mm의 열연강판에, 1100℃로 5분간 가열하여 수냉하는 용체화 열처리를 실시한 후, 요소제조 플랜트를 모의한 파일럿 시험장치의 스트립퍼에 500시간, 침지하고, 부식속도를 조사했다. 그 결과를 도 1에 나타낸다.

도 1로부터 명백한 바와 같이, Cu의 함유량이 0.1%인 강 A 및 0.3%의 강 B에서는, 부식속도는 일정(약 0.015g/㎡·h)하다. 그러나, Cu 함유량이 0.7%인 강 C 에서는, 부식속도가 약 0.023g/㎡·h으로 증대하고 있다. 상기 사실로부터, Cu는, 일반적으로 내식성 향상에 기여한다고 말하여지고 있으나, 요소제조 플랜트의 부식환경에서는 부식을 촉진하는 원소인 것을 알 수 있다. 이것은, 고용상태에 있는 미량의 Cu라도, 요소제조 플랜트의 부식환경에서는 액 중에 용출하는 것이 원인이라고 생각된다.

(2) Mo의 제한과 W의 이용

시그마상의 생성을 촉진하는 것은 Cr, Mo 등의 페라이트 안정화 원소이다. 그러나, 이들 원소는. 2상 스테인레스강의 내식성을 확보하기 위한 기본원소이므로, 그 함유량을 무턱대고 줄일 수는 없다. 그래서, 본 발명자는 Mo과 근사한 작용효과를 가지는 W를 Mo에 대체하여 사용하는 것을 생각하고, Mo과 W가 시그마상의 생성에 미치는 영향을 상세히 조사했다.

시그마상의 석출량은, 강의 경도의 증가량으로 판단할 수 있다. 그래서 하기의 시험을 하였다.

시험재로서, 화학조성이 다른 하기의 강a∼c의 2상 스테인레스강을 준비했다. 고용화된 상태로 하기 위하여, 이들의 시험재에 통상의 용체화 처리(1100℃로부터 수냉하는 용체화 처리)를 실시하고, 다시 열 영향부를 상정한 조건(가열온도 : 800℃, 가열시간 : 30min, 냉각조건 : 수냉)에서 열처리를 실시했다. 이하, 상기 열처리를 「열 영향부 상당 열처리」로 기재한다.

상기 용체화 처리 상태와, 다시 열 영향부 상당 열처리를 실시한 상태에 있어서 경도(비커스 경도)의 변화를 하기의 식에 의해 구했다.

△Hv = Hv1 - Hv2

여기서, Hv1은 열 영향부 상당 열처리를 실시한 상태에서의 비커스 경도이고, Hv2는 용체화 처리한 상태(고용화 상태)에서의 비커스 경도이다.

강 a … Cr : 27%, Mo : 0.8%, W : 2.8%, Ni : 7.5%의 2상 스테인레스강

강 b … Cr : 27%, Mo : 1.6%, W : 2.2%, Ni : 7.5%의 2상 스테인레스강

강 c … Cr : 27%, Mo : 2.3%, W : 2.1%, Ni : 8%의 2상 스테인레스강

도 2에 열 영향부 상당 열처리의 전후에 있어서 비커스 경도의 증가량(△Hv)과, JIS G 0573(스테인레스강의 65% 질산부식 시험방법 …휴이시험에 상당)의 시험에서 조사한 열 영향부 상당 열처리 후에 있어서 강의 부식속도와의 관계를 나타내었다.

도시된 바와 같이, 경도의 증가(△Hv)는, 강 a 에서는 약 20, 강 b 에서는 약 75이지만, 강 c 에서는 약 140에 달한다. 그리고, 강 b 까지는 부식속도는 0.06g/(㎡·h)정도의 거의 일정으로, 양호한 내식성을 가진다. 이 점으로부터, 경도의 증가량(△Hv)이 80까지이면, 우수한 내식성을 유지할 수 있으나, △Hv가 80을 초과하면 내식성의 저하가 일어난다고 결론지을 수 있다.

상기와 같은 강 종류에 의한 △Hv의 차이, 그에 따른 내식성의 차이는, 화학조성의 차이, 구체적으로는 Mo와 W 함유량의 차이에 기인한다. 즉, 열 영향부 상당 열처리 전후의 경도 증가량(△Hv)을 80 이하로 하도록 각 성분의 함유량을 선택하는 것에 의해, 열 영향부에 의한 열 이력을 받아도 양호한 내식성을 얻을 수 있기 때문이다.

다음에, 2상 스테인레스강의 열간가공 시에 발생하는 주름에 대하여 상세히 조사하였다. 2상 스테인레스강에서는 가열온도의 상승에 따라 강 중의 페라이트량이 증가하고, 그 후의 가공에 있어서 페라이트 입자의 불균일 변형에 기인하는 리징이 발생하여 제품표면에 주름이 생긴다.

본 발명자들은, 강의 화학조성의 관점에서 소재 가열 시의 페라이트 량을 조사하여 새로운 사실을 발견하였다. 즉, Mo의 일부에 대신하여 W를 함유시킨 2상 스테인레스강에서는, 소재 가열 중의 페라이트 양은 Cr 함유량의 영향이 크다. 따라서 주름을 발생시키지 않고 가공하기 위해서는 Cr 함유량을 적정범위로 선택할 필요가 있다.

본 발명은, 상기의 사실을 기초로하여, 각 성분의 함유량을 최적범위로 선택하는 것에 의해 완성되었다. 이하, 각 성분의 작용효과와 함유량의 한정이유를 설명한다.

C : 0.03% 이하

C 는, 오스테나이트 생성원소이며, 강도를 향상시키는 데 유효한 원소이나, 그 함유량이 너무 많으면, 열 영향부에 탄화물이 석출하고, 내식성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 C를 불순물로서 규정하고, 그 허용 상한을 0.03%로 했다. C 함유량은, 그 이하로 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

Si : 0.5% 이하

Si는, 용강(溶鋼)의 탈산에 유효한 원소이지만, 그 함유량이 너무 많으면, 내식성을 저하시킨다. 따라서, 제강 시에 탈산제로서 첨가하는 것은 지장이 없으나, 함유량(강 중 잔류량)은 0.5% 이하로 억제해야만 한다. 함유량은 불순물 레벨이라도 좋다.

Mn : 2% 이하

Mn도 용강의 탈산에 유효한 원소이나, 그 함유량이 2%를 초과하면 내식성의 열화를 초래한다. 따라서, Mn의 함유량은 2% 이하로 해야만 한다. 하한은 불순물 레벨이라도 좋다.

P : 0.04% 이하

P는, 강의 열간가공성이나 기계적 성질에 악영향을 미치는 불순물이다. 또한 스테인레스강에서는 입계 편석에 의하여 내식성을 저하시킨다. 0.04%는 불순물로서의 허용상한이며, P의 함유량은, 그 이하로, 가능한 한 적은 쪽이 좋다.

S : 0.003% 이하

S도 강의 가공성과 그 외의 성질에 악영향을 미치는 불순물이다. 또한, P와 마찬가지로 입계 편석에 의해 스테인레스 강의 내식성을 손상시킨다. 따라서, S의 함유량은, 0.003% 이하로 가능한 한 적은 쪽이 좋다.

Cr : 26% 이상 ∼ 28% 미만

Cr은, 페라이트 생성원소인 동시에, 내식성을 향상시키는 2상 스테인레스강의 기본성분의 하나이다. 그 함유량이 26% 미만으로는 특히 요소제조 플랜트와 같은 엄한 부식환경에 견디는 내식성이 충분하지 않다. 한편, 그 함유량이 과잉된 경우, 열 영향부 상당의 열 이력을 받은 때에 시그마상의 석출이 많게 되어 경도가 증가하므로, 열 영향부에 있어서 내식성이 저하한다. 또한, Cr 함유량이 28% 이상으로 되면, 열간가공에 있어서 페라이트 입자의 불균일 변형에 의한 리징이 발생한다. 그 결과, 제품표면에 주름이 발생하고 수율의 저하를 초래한다. 따라서, Cr 함유량을 26% 이상, 28% 미만으로 했다.

Ni : 6 ∼ 10%

Ni는, 오스테나이트 생성원소이며, 2상(相) 조직을 초래하는 주요합금 성분이며 인성 및 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 그 함유량이 6% 미만으로는 상기의 효과가 충분하지는 않다. 다른 한편, 과잉된 Ni는 시그마상의 생성을 재촉하고, 열 영향부의 내식성을 저하시키므로, 본 발명에서는 Ni 함유량의 상한을 10%로 했다.

Mo : 0.2 ∼ 1.7%

Mo는, 페라이트 생성원소이며, 2상 스테인레스강에서는 특히 내공식성(耐孔食性)을 개선하는 합금성분으로서 적극적으로 사용된다. 그러나, 상기와 같이, Mo는 시그마상의 생성을 촉진하는 성분으로서, 약 2% 이상의 함유량에서는, 열 영향부 상당의 열이력을 받은 때에 시그마상 석출에 의한 내식성 열화를 피하기 어렵다. 그래서, 본 발명에서는, Mo의 함유량을 필요 최소한으로 억제하고, 대신에 Mo와 마찬가지로 내식성 향상의 효과가 있으며, 더욱이 Mo 보다도 시그마상을 생성시키는 작용이 작은 W을 비교적 다량으로 첨가하는 것으로 했다.

Mo 함유량의 0.2%는 필요 최소량이며, 1.7%는 W의 첨가를 고려한 후에 시그마상의 석출을 억제할 수 있는 상한 값이다.

W : 2% 초과 ∼ 3%

W은, Mo과 마찬가지로 페라이트 생성원소이며, Mo과의 공존 하에서 2상 스테인레스강의 내식성을 현저하게 개선시키는 성분이다. 종래, 2상 스테인레스강에 W을 첨가하는 제안은 되어 있었다. 예를 들면, 앞에 게재한 일본 특표평 8-511829호 공보의 발명에서는 「W은 최대 2.0% 까지」로 하고 있으나, 실제로 W을 포함하는 강은 개시되어 있지 않고, 오히려 W은 금속간화합물의 석출을 촉진하는 원소로서 첨가를 회피해야만 하는 취지가 시사되고 있다. 즉, Mo의 일부에 대신하여 W을 다량으로 함유시킨다고 하는 사상은 찾아 볼 수 없다.

상기의 미국 특허 제 6,312,532호에 기재된 발명은, Mo의 일부에 대신하여 W을 함유시킨다고 하는 것이나, 이에 따른 금속간화합물의 석출을 억제하기 위하여 W과 0.5∼3.0% Cu와의 복합첨가를 필수로 하고 있다. 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 요소제조 플랜트 환경에서는, Cu는, 요소액 중에 존재하는 암모니아와 착이온을 형성하여 부식을 진행시키는 유해원소이므로, 그 첨가는 피해야만 한다. 본 발명의 큰 특징의 하나는, 유해한 Cu를 0.3% 이하로 억제하고, Cr 함유량의 적정화와 함께 Mo 및 W의 함유량을 최적화 함으로써, 시그마상의 석출을 억제하는 것에 있다.

본 발명에서는, W의 적극적 이용에 의해서 Mo의 작용효과를 보충한다. 본 효과는, 2% 이하에서는 얻을 수 없다. 그러나, W의 과잉첨가도 시그마상 석출을 촉진하므로, 그 상한은 3%로 했다.

N : O.3% 초과 ∼ 0.4%

N는, 오스테나이트 생성원소인 동시에, 내식성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 그 함유량이 0.3% 이하에서는 상기의 효과가 충분하지 않고, 한편, 그 함유량이 0.4%를 초과하면, 열간가공성이 저하한다. 따라서, N의 적정 함유량은 0.3% 초과 ∼ 0.4%이다.

본 발명의 2상 스테인레스강의 하나는 상기 성분 외에, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진 것이다. 본 발명의 2상 스테인레스강의 또 하나는, 상기의 성분에 부가하여, Ca :0.0001 ∼ 0.01%, Ce : 0.0001 ∼ 0.07% 및 B : 0.0001 ∼ 0.01% 중의 1종 이상을 함유하는 것이다. 이들 원소는, 어느 것이나 2상 스테인레스강의 열간 가공성을 향상시키는 데 유효한 원소이다.

Ca, Ce 및 B 의 어느 것도, 그 함유량이 0.0001% 미만에서는 상기의 효과가 충분하지 않다, 단, Ca의 경우는 0.01%, Ce의 경우는 0.07%를 각각 넘으면 강중 개재물이 많게 되어 내식성을 저하시킨다. 또한, B의 함유량이 0.01%를 초과하여도 내식성을 열화시킨다. 따라서, Ca의 함유량은 0.0001 ∼ 0.01%, Ce의 함유량을 0.0001 ∼ 0.07%, B의 함유량은 0.0001 ∼ 0.01%로 하는 것이 좋다.

본 발명강의 불순물 중에서, Al은 0.05% 이하, O(산소)는 0.01% 이하인 것이 바람직하다. 이하, 각각의 원소에 대해서 그 한정이유를 설명한다.

Al은, 산화물을 생성시키고, 이것이 강 중에 잔존하여 내식성을 저하시킨다. 따라서, Al의 함유량은, 0.05% 이하로 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 또한, 산소는, 알루미나 등의 산화물계 개재물을 생성시키고, 2상 스테인레스강의 가공성 및 내식성을 저하시키므로, 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 2상 스테인레스강은, 고용화된 상태로부터, 800℃에서 30분 가열하여 수냉하는 열처리를 실시한 때의 경도의 증가가 비커스 경도로 80 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 앞에서 도 2에 의해 설명한 바와 같다.

본 발명의 2상 스테인레스강은, 특히, 요소제조 플랜트에 있어서의 스트립퍼관, 콘덴서관, 반응기 및 배관의 적어도 1종에 사용하기에 적합하다.

[실시예]

진공유도 용해로에 의해서 표 1에 나타내는 조성의 강을 용제하고, 열간단조 및 열간압연을 실시하고 판두께 10mm의 강판으로 한 후, 용체화 열처리(1100℃에서 5분간 가열한 후, 수냉)를 실시하고, 소정치수의 시험편을 잘라내어, 아래 시험에 제공했다. 이들의 결과를 표 2에 나타낸다.

(1) 폭 10mm ×두께 3 mm ×길이 40mm의 시험편을 잘라내어, JIS G 0573(스테인레스강의 65% 질산부식 시험방법)에 기초하여 부식시험을 하고, 부식속도를 구했다. 상기 시험에서는 용체 가열처리 후의 내식성을 평가했다.

(2) 폭 10mm ×두께 3 mm ×길이 40mm의 시험편을 잘라내어, 요소제조 플랜트를 모의한 파일럿 시험장치의 스트립퍼에서 500시간 침지시험을 행하고, 부식속도를 구했다.

(3) 상기의 용체화 열처리를 실시한 후, 폭 25mm ×두께 12 mm ×길이 40mm의 시험편을 잘라내어, 열 영향부 상당 열처리(800℃ ×30분, 수냉)를 실시한 후, 비커스 경도를 측정하고, 경도의 변화량(△Hv)을 구했다.

마찬가지로, 진공유도 용해로에 의해서 표 1에 나타내는 조성의 강을 용제하고, 열간단조한 후, 외경 175mm, 내경 40mm, 길이 600mm의 중공환(中空丸) 빌렛을 제작하고, 상기 빌렛을 1200℃로 가열한 후, 압출가공을 하고, 제품표면에 발생한 주름의 깊이를 조사했다. 주름의 깊이가 0.3mm 미만의 경우를 「ㅇ」, 주름의 깊이가 0.3mm 이상의 경우를 「 ×」로서 평가했다. 상기 결과도 표 2에 함께 나타내었다.

또한, 표 1 및 표 2에 나타낸 No.14는, 일본 특표평 8-511829호 공보에 기재된 발명의 2상 스테인레스강에 상당하고, No.18은, 미국 특허 제 6,312,532호에 기재된 발명의 2상 스테인레스강에 상당하고, No.19는, SUS329J4L에 상당하는 2상 스테인레스강이다.

본 발명강인 No.1 ∼ 10은 모두, 상기의 (1)의 시험에 있어서 부식속도가 현재 실용되고 있는 No.19의 SUS329J4L의 부식속도인 0.068g/(㎡·h)보다도 작고, 우수한 내식성을 나타내고 있다. 한편, Cr 함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 하회하는 No.11 및 No.19는 부식속도가 크고, 내식성이 떨어지고 있다. 더욱이, W 또는 N 함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 하회하는 No.16 및 No.17도 부식속도가 상기 No.19의 0.068g/(㎡·h)를 초과하고 있으며, 내식성이 불충분하다.

본 발명강은, 상기 (2) 시험에 있어서도 No.19의 부식속도 0.019g/(㎡·h) 이하의 우수한 내식성을 나타내고 있다. 한편, No.18은, 1.5%의 Cu를 함유하기 때문에 부식이 진행하고, 부식속도가 크게 되어 있다.

본 발명강인 No.1 ∼ 10은 모두, 상기 (3)의 시험에 있어서 경도의 변화량(△Hv)이 80 이하이다. 본 발명강인 No.3 과 No.9 및 비교강인 No.15 및 No.19에 대하여, 상기 (1)의 부식시험법에 의해서 열 영향부 상당 열처리 후의 부식속도를 구한 바, 각각 0.55g/(㎡·h), 0.058g/(㎡·h), 0.172g/(㎡·h) 및 0.185g/(㎡·h) 였다. 이들 결과로부터도, 열 영향부 상당 열처리에 의한 경도 변화(△Hv)가 작은 본 발명강은, 열 영향부에 있어서도 시그마상의 생성이 억제되어 있어, 우수한 내식성을 가지는 것이 명백하다.

본 발명에 있어서는, 열간가공에 있어서의 주름의 발생이 억제되고, 양호한 제품 표면품질을 얻었다. 한편, Cr 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위를 초과하는 No.12 ∼ No.14는, 제품표면에 주름이 발생하고, 품질의 악화와 함께 수율의 저하를 초래한다.

이상의 시험결과에 기초한 종합평가를 표 2에 나타낸다. 내식성, 열 영향부 상당 열처리에 의한 시그마상의 발생에 기인하는 경도의 변화, 및 열간가공에 의한 주름 발생의 모든 점에 있어서 적정하다고 판단되는 강을 「○」로 하고, 그 중의 하나라도 좋지 않는 강을 「●」로 했다. 본 발명의 2상 스테인레스강은, 요소제조 플랜트의 엄한 부식환경에서의 사용에 알맞은 재료인 것을 알 수 있다.

본 발명의 2상 스테인레스강은, 강도 및 내전면 부식성(耐全面腐食性)이 우수함과 동시에, 열 영향부에서의 내식성도 우수하다. 또한, 열간가공 시의 주름이 발생하지 않고, 제조수율의 저하를 초래하는 경우도 없다. 본 2상 스테인레스강은, 요소제조 플랜트에 사용되는 재료로서 가장 적합하다.

도 1은, Cu 함유량이 다른 2상 스테인레스강의, 요소제조 플랜트를 모의(模擬)한 파일럿(pilot) 시험장치의 스트립퍼(stripper) 침지시험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 2는, 용접 열 영향부를 상정한 열처리를 실시한 때의 비커스 경도의 증가량(△Hv)과 부식속도와의 관계를 나타내는 도이다.

Claims

질량 %로, C : 0.03% 이하, Si : 0.5% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.04% 이하, S : 0.003%이하, Cr : 26% 이상 ∼ 28% 미만, Ni : 6 ∼ 10%, Mo : 0.2 ∼ 1.7%, W : 2% 초과 ∼ 3% , N : 0.3% 초과 ∼ 0.4%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며 불순물로서의 Cu가 0.3% 이하인 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강.
질량 %로, C : 0.03% 이하, Si : 0.5% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.04% 이하, S : 0.003%이하, Cr : 26% 이상 ∼ 28% 미만, Ni : 6 ∼ 10%, Mo : 0.2 ∼ 1.7%, W : 2% 초과 ∼ 3% , N : 0.3% 초과 ∼ 0.4%를 함유하고 , 또한 Ca : 0.0001 ∼ 0.01%, Ce : 0.0001 ∼ 0.07% 및 B : 0.0001 ∼ 0.01% 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물로서의 Cu가 0.3% 이하인 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강.
제 1항에 있어서,

질량 %로, 불순물인 Al이 0.05% 이하, O(산소)가 0.01% 이하인 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강.
제 2항에 있어서,

질량 %로, 불순물인 Al이 0.05% 이하, O(산소)가 0.01% 이하인 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한항에 있어서,

하기의 식으로 얻어지는 경도의 증가(△Hv)가 80 이하인 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트용 2상 스테인레스강.

△Hv = Hv1 - Hv2

여기서, Hv1은, 용체화 처리 및 800℃에서 30분 가열하여 수냉하는 열처리를 실시한 후의 강의 비커스 경도이고, Hv2는 용체화 처리를 실시한 후의 강의 비커스 경도이다.
스트립퍼관, 콘덴서관, 반응기 및 배관의 적어도 하나가 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 2상 스테인레스강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트.
스트립퍼관, 콘덴서관, 반응기 및 배관의 적어도 하나가 제 5항에 기재된, 2상 스테인레스강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 요소제조 플랜트.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 2상 스테인레스강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 용접재료.
제 5 항에 기재된 2상 스테인레스강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 용접재료.