KR100559496B1 - Copper mother alloys containing barium for the use of manufactureing stainless steels - Google Patents

Copper mother alloys containing barium for the use of manufactureing stainless steels Download PDF

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KR100559496B1 KR1020050114355A KR20050114355A KR100559496B1 KR 100559496 B1 KR100559496 B1 KR 100559496B1 KR 1020050114355 A KR1020050114355 A KR 1020050114355A KR 20050114355 A KR20050114355 A KR 20050114355A KR 100559496 B1 KR100559496 B1 KR 100559496B1
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Abstract

본 발명은, 종래에 적용되고 있는 상용 MM 및 Ca-Si 보다 회수율이 높고, 이들의 탈산, 탈황성 및 열간가공성에 미치는 이로운 효과를 발휘함은 물론, 주조시의 취성이 강한 금속간 상들의 생성 속도를 늦추어 주조 균열을 방지하고, 분진 및 가스 발생이 적은 환경친화적인 모합금을 제공하기 위하여, 중량%로, 3.0 ~ 25%의 Ba과, 구리 및 피할 수 없는 불순물로 구성되는 나머지로 이루어지는 스테인레스강 제조용 바륨계 구리 모합금을 제공한다. The present invention has a higher recovery rate than commercially available commercially available MM and Ca-Si, and exhibits a beneficial effect on their deoxidation, desulfurization and hot workability, as well as the formation of highly brittle intermetallic phases during casting. Stainless steel, consisting of 3.0 to 25% Ba and the remainder consisting of copper and inevitable impurities, in weight percent, to slow casting speed to prevent casting cracks and provide an environmentally friendly base alloy with low dust and gas generation Provided is a barium-based copper master alloy for steel production.

Description

스테인레스강 제조를 위한 바륨 함유 구리 모합금 {COPPER MOTHER ALLOYS CONTAINING BARIUM FOR THE USE OF MANUFACTUREING STAINLESS STEELS}Barium-containing copper master alloy for stainless steel production {COPPER MOTHER ALLOYS CONTAINING BARIUM FOR THE USE OF MANUFACTUREING STAINLESS STEELS}

도 1a 내지 1c는 열간압연시 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 엣지균열(Edge Crack) 발생에 미치는 본 발명에 따른 모합금 첨가의 영향을 보여주는데, 도 1a는 본 발명에 따른 모합금이 첨가되지 않은 경우를, 도 1b는 본 발명에 따른 모합금 MM2가 단독첨가된 경우를, 도 1c는 본 발명에 따른 모합금 MM2 및 Ba2가 복합첨가된 경우를 각각 보여준다.Figures 1a to 1c shows the effect of the addition of the master alloy according to the invention on the edge crack (Edge Crack) generation of super duplex stainless steel during hot rolling, Figure 1a is a case where the master alloy according to the present invention is not added, 1b shows a case where the master alloy MM2 according to the present invention is added alone, and FIG. 1c shows a case where the master alloys MM2 and Ba2 according to the present invention are added together.

도 2는 그리블 시험(Gleeble Test)시 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 열간압연 판재의 고온연성에 미치는 본 발명에 따른 모합금 첨가의 영향을 보여주는 도표이다.2 is a chart showing the effect of the addition of the master alloy according to the present invention on the high temperature ductility of the super duplex stainless steel hot rolled sheet during the Gleeble Test.

도 3은 850℃에서 10분 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 열간압연 판재의 양극분극 거동(50℃의 0.5N HCl + 1.0N NaCl 용액)에 미치는 본 발명에 따른 모합금 첨가의 영향을 보여주는 도표이다.3 is a diagram showing the effect of the addition of the master alloy according to the present invention on the anodic polarization behavior (0.5N HCl + 1.0N NaCl solution at 50 ° C) of a super duplex stainless steel hot rolled sheet subjected to 10 minutes aging at 850 ° C. .

도 4a 및 4b는 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 응고조직에 미치는 본 발명에 따른 MM 및 Ba 첨가의 영향을 보여주는데, 도 4a는 MM1 + Ba1이 첨가된 강의 응고조직을, 도 4b는 MM 및 Bark 첨가되지 않은 강의 응고조직을 각각 보여준다.Figures 4a and 4b shows the effect of the addition of MM and Ba according to the present invention on the solidification structure of the super duplex stainless steel casting material, Figure 4a is a solidification structure of the steel is added MM1 + Ba1, Figure 4b is not added MM and Bark Show the solidification of the steel.

도 5는 MM 및 Ba 첨가가 주조 상태의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 내식성에 미치는 영향을 보여주는 도표이다 (50℃의 0.5N HCl + 1.0N NaCl 용액에서 동전위 양극 분극 시험).FIG. 5 is a chart showing the effect of MM and Ba addition on the corrosion resistance of super duplex stainless steel in the cast state (coin positive polarization test in 0.5N HCl + 1.0N NaCl solution at 50 ° C.).

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 MM 및 Ba 첨가가 850℃에서 30분 동안 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 미세조직에 미치는 영향을 보여주는데, 도 6a는 MM1 + Ba1이 첨가된 강의 미세조직을, 도 6b는 MM 및 Ba이 첨가되지 않은 강의 미세조직을 각각 보여준다.6a and 6b show the effect of the addition of MM and Ba in accordance with the present invention on the microstructure of the super duplex stainless steel casting material aging heat treatment for 30 minutes at 850 ℃, Figure 6a shows the microstructure of the steel to which MM1 + Ba1 is added 6b shows the microstructure of steel without MM and Ba added, respectively.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 MM 및 Ba 첨가가 850℃에서 30분 동안 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 취성상(α 및 χ상) 형성에 미치는 영향을 보여주는 X선 회절 시험 결과로, 도 7a는 MM1 + Ba1이 첨가된 강의 시험결과를, 도 7b는 MM 및 Ba이 첨가되지 않은 강의 시험결과를 각각 보여준다.7A and 7B are X-ray diffraction test results showing the effect of the addition of MM and Ba according to the present invention on the formation of brittle phases (α and χ phases) of super duplex stainless steel castings aged at 850 ° C. for 30 minutes. 7A shows the test results of the steel to which MM1 + Ba1 was added, and FIG. 7B shows the test results of the steel to which MM and Ba were not added.

도 8은 본 발명에 따른 MM 및 Ba 첨가가 850℃에서 30분 동안 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 내식성에 미치는 영향을 보여주는 도표이다 (50℃의 0.5N HCl + 1.0N NaCl 용액에서 동전위 양극 분극 시험).8 is a diagram showing the effect of the addition of MM and Ba according to the present invention on the corrosion resistance of super duplex stainless steel castings aged aged at 850 ℃ for 30 minutes (coin in 0.5N HCl + 1.0N NaCl solution at 50 ℃ Anode polarization test).

본 발명은 스테인리스강을 정련할 경우 탈산, 탈황의 효과가 있으며, 강의 제 특성에 악영향을 미치는 Al2O3, MnS 비금속개재물의 단독생성을 억제하고, 열간가공시에 균열 발생을 감소시키며, 주조시에 취성이 강한 시그마, 카이상과 같은 금속간 상들의 석출을 지연시켜 내식성 및 인성을 향상시킬 수 있는 희토류 및 바륨의 함량을 크게 높히고 회수율을 크게 향상시킬 수 있는 방법에 대한 것이다. 또한 이 방법을 적용하면, 용해시 분진 및 가스 발생을 크게 줄일 수 있다.The present invention has the effect of deoxidation and desulfurization when refining stainless steel, inhibits the sole production of Al 2 O 3 , MnS non-metallic inclusions that adversely affect the properties of the steel, reduce the occurrence of cracks during hot working, casting The present invention relates to a method for greatly increasing the content of rare earth and barium, which can improve corrosion resistance and toughness by delaying the precipitation of intermetallic phases such as sigma and kasang, which are highly brittle. The application of this method also greatly reduces dust and gas generation during dissolution.

현재 주단조재 및 열간압연 판재를 생산시에 일부 제조업체에서 사용하고 있는 미쉬메탈 (Mischmetal : 원자번호 57에서 71까지의 희토류 금속 형태의 혼합물로서 50% 이상의 Ce, 소정의 La, Nd 및 Pr과, 미량의 Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc와 1% 이하의 Fe으로 정의됨. 상용화된 그 일예로 주성분이 51%Ce - 26%La - 15.5%Nd - 5.5%Pr이고 나머지는 Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc와 1% 이하의 Fe로 이루어지는 MM을 사용하였음, 이하 "MM"으로 나타냄)은 위에서 언급한 효과들 중에 탈산, 탈황 및 열간가공시의 균열 발생 억제에 효과가 있으나, 장입시 회수율이 낮아 스테인리스강 중의 함량 역시 현저히 낮은 것이 단점으로 지적되고 있는 상황이다. Mischmetal is a mixture of rare earth metals in the form of atomic number 57 to 71, which is currently used by some manufacturers in the production of cast and hot rolled sheets, with a minimum of 50% Ce, certain La, Nd and Pr, Defined as Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc and Fe of less than 1%, for example, the main component is 51% Ce-26% La-15.5 % Nd-5.5% Pr with the remainder being MM consisting of Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc and Fe up to 1%, hereinafter referred to as "MM" Among the above-mentioned effects, it is effective in suppressing the occurrence of cracking during deoxidation, desulfurization and hot working, but it is pointed out that the content of stainless steel is also low due to the low recovery rate during charging.

그리고, Ca 모합금(상용화하여 시판되고 있는 원자재 화학조성의 예: 31%Ca - 60%Si - 1.4Al% - 나머지 Fe)은 탈산, 탈황의 효과가 있으며, 열간가공시의 균열 발생 억제에도 효과가 있으나, 분진 및 가스 발생이 많아 환경 오염을 유발하며, 장입시의 회수율이 낮아서 경제성이 낮은 단점이 있다. In addition, the Ca mother alloy (commercialized commercially available commodity chemical composition: 31% Ca-60% Si-1.4Al%-remaining Fe) has the effect of deoxidation and desulfurization, and is also effective in suppressing crack formation during hot working. However, there is a lot of dust and gas generation causes environmental pollution, there is a low economic recovery due to a low recovery rate at the time of charging.

한편, 본 발명자들은 선출원된 국제출원 제 PCT/KR03/00568호에서 상기 MM 및 바륨 순금속을 이용하여 취성이 강한 금속간상들의 생성 속도를 억제시켜, 높은 기계적성질, 높은 부식저항성, 내취화성 향상 그리고 열간가공성을 향상시킬 수 있으며 이들 MM 및 바륨 순금속의 회수율이 더 높일 경우 특성 향상을 기대할 수 있음을 밝힌 바 있다.On the other hand, the inventors of the present application in PCT / KR03 / 00568 international application No. PCT / KR03 / 00568 using the MM and barium pure metal to suppress the formation rate of brittle intermetallic phase, high mechanical properties, high corrosion resistance, improved embrittlement resistance and hot It has been found that the processability can be improved and the characteristics can be expected to be improved if the recovery rate of these MM and barium pure metal is higher.

이에 본 발명은, 종래에 적용되고 있는 MM 및 Ca-Si 보다 회수율이 높고, 이들의 탈산, 탈황성 및 열간가공성에 미치는 이로운 효과를 발휘함은 물론, 주조시의 취성이 강한 금속간 상들의 생성 속도를 늦추어 주조 균열을 방지하고, 분진 및 가스 발생이 적은 환경친화적인 희토류 및 바륨 모합금을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has a higher recovery rate than conventionally applied MM and Ca-Si, and exhibits a beneficial effect on their deoxidation, desulfurization and hot workability, as well as the formation of highly brittle intermetallic phases during casting. It aims at slowing down the speed of preventing casting cracks and providing environmentally friendly rare earth and barium mother alloys with low dust and gas generation.

아울러, 본 발명은 이들 모합금을 이용하여 상술한 우수한 특성을 갖는 스테인리스강을 제조하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing stainless steel having the above-described excellent properties using these master alloys.

본 발명은, 중량%로, 3.0 ~ 25%의 Ba과, 구리 및 피할 수 없는 불순물로 구성되는 나머지로 이루어지는 스테인레스강 제조를 위한 바륨 함유 구리 모합금을 제공한다.The present invention provides, in weight percent, a barium-containing copper master alloy for the production of stainless steel consisting of 3.0-25% Ba and the remainder consisting of copper and inevitable impurities.

본 발명에 따른 희토류계 니켈 모합금 및 바륨계 구리 모합금에서 각 성분의 역할은 다음과 같다. The role of each component in the rare earth nickel master alloy and barium copper master alloy according to the present invention is as follows.

희토류계 니켈 모합금Rare Earth Nickel Master Alloy

MM: 10 ∼ 54%MM: 10 to 54%

원자반경이 큰 MM(Ce, La, Nd, Pr등) 희토류 금속 원소는 주조시의 취성이 강한 금속간 상들의 석출속도를 저하시키는 효과가 있으며, 황화물을 구상화하거나 황 또는 산소와 결합하여 희토류 산화물 또는 산화 황화물 (Oxysulfide)을 형성시켜 열간가공성 및 절삭가공성을 향상시키는 중요한 원소이다. 용접시에 황을 응고의 초기 과정에서 고융점(융점 : 2100℃) 화합물로서 고정하여 용접 균열 감수성의 개량에 효과가 있으며, 가열 - 냉각의 온도 싸이클을 받는 경우 산화 스케일의 박리 저항성을 높이며, 고온 변형 저항성을 감소시키는 효과가 있다. MM (Ce, La, Nd, Pr, etc.) rare earth metal elements with a large atomic radius have an effect of decreasing the precipitation rate of the brittle intermetallic phases during casting, and spheroidize sulfides or combine with sulfur or oxygen to form rare earth oxides. Or it is an important element to improve the hot workability and machinability by forming Oxysulfide (Oxysulfide). Sulfur is fixed as a high melting point (melting point: 2100 ℃) compound in the initial process of solidification during welding, and it is effective in improving the weld cracking susceptibility. There is an effect of reducing the deformation resistance.

Ni: 46% ~ 90%Ni: 46% to 90%

MM(Ce, La, Nd, Pr등)의 희토류금속은 최대 54%까지 니켈 기지금속과 고용체를 이루고(Ref. Equilibrium diagrams pp. 340), 니켈은 오스테나이트 안정화 원소로서 스테인리스강에 필수적으로 첨가되는 기본 원소이다. Rare earth metals of MM (Ce, La, Nd, Pr, etc.) form a solid solution with nickel base metals up to 54% (Ref. Equilibrium diagrams pp. 340). Nickel is an austenite stabilizing element which is an essential addition to stainless steels. Basic element.

바륨계 구리 모합금Barium-based copper master alloy

Ba: 3 ∼ 25%Ba: 3-25%

원자반경이 큰 바륨은 취성이 강한 금속간 상들의 석출속도를 저하시키는 데 효과가 있다. 또한 산소와 결합하여 산화물을 형성시켜 금속간 상인 α, χ의 석출 속도를 늦출 수 있다. Barium having a large atomic radius is effective in reducing the deposition rate of brittle intermetallic phases. In addition, it is possible to slow down the deposition rate of the intermetallic phases α and χ by combining with oxygen to form an oxide.

Cu: 75 ∼ 97%Cu: 75-97%

Ba는 최대 25%까지 구리 기지 금속과 고용체를 이루고(Ref. Equilibrium diagrams pp. 112), 구리는 스테인리스강에 전면부식 저항성을 향상시키기 위해 첨가되는 유용한 원소로서 작용한다. 아울러 구리는 치환형 고용체 강화 효과를 유발하여 인장강도 및 항복강도를 높힌다.Ba forms a solid solution with copper base metals up to 25% (Ref. Equilibrium diagrams pp. 112), and copper acts as a useful element added to stainless steel to improve the corrosion resistance. In addition, copper induces a substitution-type solid solution strengthening effect to increase the tensile strength and yield strength.

상술한 바와 같은 성분 조성으로 고용체를 이루어야만 원하지 않는 석출상의 형성을 억제할 수 있다. 아울러, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 제조시에 첨가량 대비 회수율을 비교할 때 목표 조성을 얻기 위해서는 상술한 성분조성으로 모합금을 제조하는 것이 최적의 특성을 나타냄을 후술하는 실시예의 실험을 통하여 확인할 수 있었다.It is possible to suppress the formation of the unwanted precipitate phase only by forming a solid solution with the above-described component composition. In addition, in order to obtain a target composition when comparing the recovery rate with respect to the addition amount in the production of super duplex stainless steel, it was confirmed through the experiments of the examples described below that producing the master alloy with the above-described ingredient composition shows the optimal characteristics.

실시예Example

실시예 1: 본 발명에 따른 모합금의 제조Example 1 Preparation of the Master Alloy According to the Invention

본 발명에 따른 모합금(母合金) 제조 방법은 다음과 같다. The mother alloy manufacturing method which concerns on this invention is as follows.

희토류계 니켈 모합금을 제조하기 위해 순수한 상업용 품위를 갖는 니켈(순도 99.9%)을 진공유도로 안에 장착된 마그네시아 도가니에 장입한 후 약 10-2 torr 진공 분위기하에서 약 70% 정도 용해한 다음 Ar gas를 50 torr 정도에서 퍼징한 후 나머지 양의 Ni을 용해하였다. 그 다음 Hopper를 통해 MM(53%Ce- 26%La- 17%Nd -4%Pr)를 투입하여 용해를 마친후, 충분히 예열된 4각 스틸 몰드에 용탕을 주입하여 25Kg 중량의 잉고트(가로 80mm x 세로 80mm x 높이 300mm) 상태의 희토류계 모합금 3종을 제작하였다. 이들 모합금명 REM 1, 2, 3의 화학조성들을 표 1에 나타내었다. To produce a rare earth-based nickel master alloy, pure commercial grade nickel (purity 99.9%) was charged to a magnesia crucible mounted in a vacuum induction furnace, and then dissolved about 70% in a vacuum atmosphere of about 10 -2 torr, followed by Ar gas. After purging at about 50 torr, the remaining amount of Ni was dissolved. Then, MM (53% Ce-26% La-17% Nd -4% Pr) was added through the Hopper to complete dissolution, and then molten metal was injected into a fully preheated square steel mold to ingots weighing 25 kg (80 mm horizontally). x rare earth base alloys of 80 mm x height 300 mm) were prepared. The chemical compositions of these master alloy names REM 1, 2, 3 are shown in Table 1.

바륨계 구리 모합금을 제조하기 위해 순수한 상업용 품위를 갖는 구리(순도 99.9%)를 상기와 같은 조건으로 우선 용해한 후 순금속 바륨(순도 99.9%)을 투입하여 용해를 마친후, 충분히 예열된 4각 스틸 몰드에 용탕을 주입하여 25Kg 중량의 잉고트(가로 80mm x 세로 80mm x 높이 300mm) 상태의 모합금 4종을 제작하였다. 이들 모합금명 Ba 1, 2, 3, 4의 화학조성들을 표 1에 나타내었다. In order to manufacture a barium-based copper master alloy, pure commercial grade copper (purity 99.9%) was first dissolved under the above conditions, and then pure metal barium (purity 99.9%) was added to complete the dissolution. The molten metal was injected into the mold to prepare four types of master alloys having a 25 kg weight of ingot (80 mm x 80 mm x 300 mm in height). The chemical compositions of these master alloys Ba 1, 2, 3, 4 are shown in Table 1.

[표 1] 화학조성 비교 (단위: wt.%)[Table 1] Comparison of chemical composition (unit: wt.%)

구분division MMMM NiNi BaBa CuCu 발 명 모 합 금Inventive Alloy 희토류계 모합금Rare Earth Master Alloy MM 1MM 1 10.3910.39 89.3589.35 -- -- MM 2MM 2 13.1613.16 85.6485.64 -- -- MM 3MM 3 14.6914.69 60.7960.79 -- -- 바륨계 모합금Barium Base Alloy Ba 1Ba 1 -- -- 7.067.06 92.8692.86 Ba 2Ba 2 -- -- 8.928.92 90.9590.95 Ba 3Ba 3 -- -- 13.4713.47 78.0878.08 Ba 4Ba 4 -- -- 4.764.76 95.1195.11 비 교 재Comparison 미쉬메탈Mish Metal MMMM 100100 -- -- -- 바륨 순금속Barium pure metal BaBa -- -- 99 이상Over 99 --

실시예 2: 본 발명에 따른 모합금과 미쉬메탈 및 순금속 바륨의 회수율 비교Example 2 Comparison of Recovery of the Master Alloy, Mischmetal and Pure Metal Barium According to the Present Invention

본 발명에 따른 모합금(母合金)과 MM 및 바륨 금속의 장입시 회수율을 비교하기 위해 이용한 강종 대상은 공식저항당량지수 [PREW =%Cr + 3.3(%Mo+0.5%W) + 30%N] 50급 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강이다. 주요 화학 조성은 27%Cr - 7%Ni - 2.5%Mo - 3.2%W - 0.35%N - 2%Mn - 0.3%Si - 0.02%C 이다. Steel grades used to compare the recovery rate of the mother alloy, MM, and barium metal according to the present invention are formulated with the official resistance equivalent index [PREW =% Cr + 3.3 (% Mo + 0.5% W) + 30% N 50 grade super duplex stainless steel. The main chemical composition is 27% Cr-7% Ni-2.5% Mo-3.2% W-0.35% N-2% Mn-0.3% Si-0.02% C.

순수한 상업용 품위를 갖는 Fe, Cr, Mo, Ni, W, Cu, Si, Mn, Fe-Cr-N 등을 진공 유도로를 이용하여 용해 후 Al 또는 Ca 또는 Al+Ca 복합탈산에 의한 통산적인 방법으로 예비 탈산을 행한 후 표 1에 나타난 희토류계 니켈 모합금 3종 및 바륨계 구리 모합금 4종을 단독 또는 복합 첨가하여 스테인리스강을 제조하였다. 표 2에 본 발명에 따른 희토류계 및 바륨계 모합금과 MM 및 바륨 금속의 장입시 회수율 비교를 나타내었다.After commercial melting of Fe, Cr, Mo, Ni, W, Cu, Si, Mn, Fe-Cr-N, etc., which have pure commercial grades, using a vacuum induction furnace, it is a conventional method by Al or Ca or Al + Ca complex deoxidation. After preliminary deoxidation, three rare earth nickel base alloys and four barium copper base alloys shown in Table 1 were added alone or in combination to prepare stainless steel. Table 2 shows a comparison of the recovery rates of the rare earth-based and barium-based master alloys according to the present invention when loading MM and barium metal.

이렇게 제작된 주조재에 함유된 MM 및 Ba의 화학성분을 ICP Mass Spectroscopy로 습식 분석한 결과, MM 및 순금속 바륨을 사용했을 경우 보다, 표 2에 나타난 바와 같이 MM은 최대 4배, Ba은 18배 정도 회수율이 높아졌음을 알 수 있다.As a result of wet analysis of the chemical composition of MM and Ba contained in the cast material by ICP Mass Spectroscopy, as shown in Table 2, MM is up to 4 times and Ba is 18 times as shown in Table 2. It can be seen that the degree of recovery is increased.

[표 2] 장입시 회수율 비교 (단위: wt.%)[Table 2] Comparison of recovery rate at charging (unit: wt.%)

구분division MMMM BaBa 첨가adding 분석analysis 회수율 (단위:%)Recovery rate (Unit:%) 첨가adding 분석analysis 회수율 (단위:%)Recovery rate (Unit:%) 발 명 모 합 금Inventive Alloy MM 1(3-2)MM 1 (3-2) 0.1650.165 0.0330.033 2020 -- -- -- MM 2(3-3)MM 2 (3-3) 0.0830.083 0.0220.022 26.526.5 -- -- -- MM1+Ba1(3-4)MM1 + Ba1 (3-4) 0.1650.165 0.070.07 42.442.4 0.0220.022 0.0020.002 9.19.1 MM2+Ba2(3-5)MM2 + Ba2 (3-5) 0.0830.083 0.0340.034 4141 0.0110.011 0.00220.0022 20.020.0 MM3+Ba3(2-1)MM3 + Ba3 (2-1) 0.220.22 0.0830.083 37.737.7 0.070.07 0.0080.008 11.411.4 Ba4(4-3)Ba4 (4-3) -- -- -- 0.0670.067 0.0080.008 11.911.9 비 교 재Comparison MMMM 0.3040.304 0.0320.032 10.510.5 -- -- -- BaBa -- -- -- 0.0920.092 0.0010.001 1.11.1

실시예 3: 열간압연시 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 엣지균열(Edge Crack) 발생에 미치는 본 발명에 따른 모합금 첨가의 영향Example 3 Effect of the Master Alloy Addition According to the Invention on Edge Crack Generation of Super Duplex Stainless Steel During Hot Rolling

본 발명에 따른 모합금의 열간가공성을 살펴보기 위해 충분히 예열된 4각 스틸 몰드에 실시예 2의 조건으로 용해된 용탕을 주입하여 30Kg 중량의 잉고트를 제작한 후 1,250℃에서 소킹(soaking)한 다음 6mm 두께까지 열간 압연을 행하였다. After injecting molten metal melted under the conditions of Example 2 into a fully preheated square steel mold to examine the hot workability of the master alloy according to the present invention, after soaking at 1,250 ° C., a 30 kg ingot was produced. Hot rolling was performed to a thickness of 6 mm.

이렇게 제작된 열간압연 판재의 엣지 균열 (Edge Crack)의 발생정도에 미치는 모합금내의 희토류 및 바륨 금속의 영향을 살펴 볼때(도 1a 내지 1c), 희토류계 니켈 모합금을 단독으로 첨가하거나 바륨계 구리 모합금을 복합 첨가한 경우가 이들 모합금을 첨가하지 않은 경우 보다 엣지 균열의 길이가 작아 열간가공성이 우수 함을 알 수 있다. Considering the effects of rare earth and barium metal in the master alloy on the occurrence of edge cracks in the hot rolled sheet fabricated as described above (FIGS. 1A to 1C), rare earth nickel base alloys are added alone or barium copper In the case where the master alloy is added in combination, the length of the edge cracks is smaller than that in the case where the master alloy is not added, so that the hot workability is excellent.

한편, 12mm 두께의 열간압연 판재로부터 직경 10mm, 길이 120mm의 고온인장 시편을 제작후 그리블 시험을 행하여 고온 연성에 미치는 본 발명에 따른 모합금 첨가의 영향을 살펴보았다. 단면적 감소율의 측정 결과로부터(도 2), 희토류계 니켈 모합금과 바륨계 구리 모합금을 복합 첨가한 경우가 첨가되지 않은 비교합금 보다 고온 연성이 매우우수하였으며, 이들 모합금의 복합 첨가 함량이 증가할수록 고온연성이 증가하고 있음을 알 수 있다. 이들 본 발명에 따른 모합금의 복합 첨가효과는 본 발명자들이 선출원한 제 PCT/KR03/00568호이 기재된 발명강 10(0.09%MM+0.01%Ba)과 비교하여 볼 때, 대등한 엣지균열 감소, 고온연성 증가 및 희토류 금속 및 바륨금속의 높은 회수율을 얻을 수 있었다.On the other hand, after fabricating a hot tensile specimen of diameter 10mm, 120mm in length from a 12mm thick hot rolled sheet, the gobble test was performed to examine the effect of the master alloy addition on the high temperature ductility. From the measurement results of the reduction of the cross-sectional area (Fig. 2), when the rare earth nickel master alloy and the barium copper master alloy were added, the high temperature ductility was much higher than that of the non-added comparative alloy, and the composite addition content of these master alloys increased. It can be seen that the higher the hot ductility is increased. Combined effect of the master alloy according to the present invention is comparable edge crack reduction, high temperature as compared with the invention steel 10 (0.09% MM + 0.01% Ba) described by the inventors PCT / KR03 / 00568 An increase in ductility and high recoveries of rare earth metals and barium metals were obtained.

실시예 4: 본 발명에 따른 모합금이 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 열간압연 판재의 내식성에 미치는 영향Example 4: Effect of the master alloy according to the invention on the corrosion resistance of aging heat-treated super duplex stainless steel hot rolled sheet

열간압연 판재를 1,050∼1,150℃의 범위에서 고용화열처리를 행한 후 850℃에서 10분간 시효 열처리를 한 다음 탈기된 50℃의 0.5N HCl+1.0N NaCl 혼합 용액에서 1mV/sec 주사속도로 양극 분극 시험(ASTM G5) 결과를 도 3에 나타내었다. The hot rolled sheet was subjected to solid solution heat treatment in the range of 1,050 to 1,150 ° C, followed by aging heat treatment at 850 ° C for 10 minutes, and then anodic polarization at 1 mV / sec scanning rate in a degassed 50 ° C 0.5N HCl + 1.0N NaCl solution The results of the test (ASTM G5) are shown in FIG. 3.

도 3은 850℃에서 10분동안 시효열처리된 본 발명에 따른 모합금들인 MM 2 단독 첨가, MM 3+ Ba3 복합 첨가, 첨가되지 않은 BASE 및 상용 열간압연 판재 (프랑스 USINOR INDUSTEEL사,UR52N+)에 대한 양극 분극 저항성을 나타낸 것이다. 분극 곡선에서 공식전위가 높을수록, 부동태화 전류 밀도가 낮을수록 공식저항성이 우수 하므로, 공식전위 및 부동태화 전류밀도 크기를 비교하여, 공식 저항성를 나타낼 수 있다.FIG. 3 shows the addition of MM 2 alone, MM 3+ Ba3 complex, unadded BASE and commercial hot rolled plates (French USINOR INDUSTEEL, UR52N +), the mother alloys according to the present invention which were heat treated at 850 ° C. for 10 minutes. Anode polarization resistance is shown. In the polarization curve, the higher the formal potential and the lower the passivation current density, the better the formal resistance. Therefore, the formula resistance and the passivation current density can be compared to show the formula resistance.

본 발명 모합금 MM3+Ba3 복합 첨가강 및 MM2 단독 첨가강의 공식 저항성은 첨가되지 않은 BASE 및 상용 UR52N+(희토류원소 및 Ba이 첨가되어 있지 않은 제2세대 듀플렉스 판재)보다 금속간 상인 α, χ상의 석출 지연에 따라 공식저항성이 향상되었음을 알 수 있다.The formal resistance of the master alloy MM3 + Ba3 composite steel and MM2 alone steel of the present invention is the precipitation of α and χ phases between metals of BASE and commercially available UR52N + (second generation duplex plate without rare earth elements and Ba added). It can be seen that the formal resistance is improved by the delay.

본 발명에 따른 모합금 MM3 + Ba3 복합 첨가강의 효과는 본 발명자들이 상기 선출원에 기재되었던 MM 및 바륨금속을 복합 첨가한 발명강 10(0.09%MM+0.01%Ba)과 대등하였으며, 본 발명에 따른 모합금 MM2 단독 첨가강의 효과는 본 발명자들의 상기 선출원에 기재된 발명강 24(0.025%MM)와 대등하였다.The effect of the master alloy MM3 + Ba3 composite additive steel according to the present invention was comparable to the inventive steel 10 (0.09% MM + 0.01% Ba) to which the present inventors compositely added the MM and barium metal described above. The effect of the master alloy MM2 alone-added steel was comparable to the inventive steel 24 (0.025% MM) described in the inventors' previous application.

실시예 5: 본 발명에 따른 모합금이 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주조재의 응고조직에 미치는 영향 Example 5 Effect of the Master Alloy According to the Present Invention on the Solidification Structure of Super Duplex Stainless Steel Castings

순수한 상업용 품위를 갖는 Fe, Cr, Mo, Ni, W, Cu, Si, Mn, Fe-Cr-N 등을 고주파 유도로를 이용하여 대기중에서 용해 후 Al 또는 Ca 또는 Al+Ca 복합탈산에 의한 통산적인 방법으로 예비 탈산을 행한 후 희토류계 니켈 모합금 MM1 및 바륨계 구리 모합금 Ba1을 복합 첨가하여 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 제조하였다. Fe, Cr, Mo, Ni, W, Cu, Si, Mn, Fe-Cr-N, etc., which have pure commercial quality, are dissolved in the air using a high frequency induction furnace and then converted by Al or Ca or Al + Ca complex deoxidation After the preliminary deoxidation by a conventional method, a rare earth nickel master alloy MM1 and a barium copper master alloy Ba1 were added to prepare a super duplex stainless steel.

도 4a 및 4b의 MM 및 Ba 복합 첨가가 응고 조직에 미치는 영향에서 알 수 있듯이, MM 및 Ba 복합 첨가강(도 4a)이 무첨가강(도 4b)에 비해 용강내 RE2O3 + (RE,Al)2O2S + RES 로 구성되는 3㎛ 이하의 희토류계 복합 화합물과 바륨산화물에 의해 듀플렉스 스테인리스강의 제특성에 악영향을 미치는 Al2O3, MnS의 용강내 생성을 방지하고, 응고시 수지상정 성장의 불균질 핵생성 자리로 작용하여 응고조직을 미세화 치밀화함과 동시에 이들 복합화합물과 산화물 및 원자 반경이 Cr, Mo, W보다 20% 이상 큰 MM(Ce, La, Nd, Pr 등) 및 Ba 원자들에 의해 Cr, Mo, W, Si 등의 용질 원소들이 결합하여 석출하는 취성이 강한 금속간 상(α, χ등)의 석출속도를 지연시킬 수 있었다.As can be seen from the effect of the addition of the MM and Ba composite of Figs. 4a and 4b on the coagulation structure, the MM and Ba composite addition steel (Fig. 4a) compared to the no additive steel (Fig. 4b) in the molten steel RE 2 O 3 + (RE, It is possible to prevent the formation of molten steel of Al 2 O 3 and MnS which adversely affects the characteristics of duplex stainless steel by the rare earth-based compound compound of 3 μm or less composed of Al) 2 O 2 S + RES and barium oxide. It acts as a heterogeneous nucleation site for normal growth, miniaturizing coagulation structure, and at the same time, MM (Ce, La, Nd, Pr, etc.) having a complex compound, oxide, and atomic radius of 20% or more than Cr, Mo, and W; and The deposition rate of the brittle intermetallic phase (α, χ, etc.) in which solute elements such as Cr, Mo, W, and Si are bonded and precipitated by Ba atoms can be delayed.

실시예 6: 본 발명에 따른 모합금이 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주조재의 내식성에 미치는 영향Example 6 Effect of the Master Alloy According to the Invention on the Corrosion Resistance of Super Duplex Stainless Steel Castings

도 5는 MM 및 Ba 복합 첨가가 주조 상태의 듀플렉스 스테인리스강의 내식성에 미치는 영향을 나타낸 것으로서, MM 및 Ba 첨가강이 무첨가강에 보다 부동태 전류 밀도가 약 50배 이상 작게 측정되어 내식성이 매우 탁월함을 알 수 있다. 이는 도 4의 응고 조직에서 설명한 바와 같이 MM 및 Ba 첨가에 의해 내식성을 저해하는 금속간 상의 석출양이 무첨가강 보다 매우 작았기 때문인 것으로 판단된다. 본 발명에 따른 모합금 MM1+Ba1 복합 첨가효과는 본 발명자들의 상기 선출원에 기재된 MM 및 바륨금속을 복합 첨가한 발명강 3(0.05%MM+0.01%Ba)과 대등하였다.Figure 5 shows the effect of the addition of MM and Ba composite on the corrosion resistance of the duplex stainless steel in the casting state, it is found that the MM and Ba addition steel is measured about 50 times less passivating current density than the additive-free steel, which is very excellent corrosion resistance Can be. This may be because the amount of precipitation of the intermetallic phase inhibiting corrosion resistance by the addition of MM and Ba is much smaller than that of the additive-free steel, as described in the solidification structure of FIG. 4. The mother alloy MM1 + Ba1 composite addition effect according to the present invention was comparable to invention steel 3 (0.05% MM + 0.01% Ba) in which the MM and barium metals of the inventors described above were added.

실시예 7: 본 발명에 따른 모합금이 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주조재의 시효 특성에 미치는 미치는 영향Example 7: Effect of the master alloy according to the invention on the aging characteristics of super duplex stainless steel castings

도 6a 및 6b는 MM 및 Ba 복합 첨가가 1,130℃에서 고용화열처리 후 850℃에서 30분 동안 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 미세조직에 미치는 영향을 나타낸 것으로서, MM 및 Ba 복합 첨가강(도 6a)이 무첨가강(도 6b) 보다 취성이 강한 금속간 상(α, χ등)의 석출이 지연되었음을 알 수 있다. 6A and 6B show the effect of the addition of MM and Ba composite to the microstructure of super duplex stainless steel castings that were aged heat-treated at 850 ° C. for 30 minutes after solid solution heat treatment at 1,130 ° C. It can be seen that the precipitation of the intermetallic phase (α, χ, etc.), which is more brittle than 6a) is not added to the steel (Fig. 6b).

도 7a 및 7b는 MM 및 Ba 첨가가 850℃에서 30분 동안 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 상 안정성에 미치는 영향을 X 선 회절 시험에 의해 나타낸 것으로서, MM 및 Ba 복합 첨가강(도 7a)이 무첨가강(도 7b) 보다 취성이 강한 금속간 상(α, χ등)의 석출이 상대적으로 작음을 알 수 있다. 7A and 7B show the effect of the addition of MM and Ba on the phase stability of super duplex stainless steel castings aged at 850 ° C. for 30 minutes by X-ray diffraction test. It can be seen that the precipitation of the intermetallic phases (α, χ etc.) having a stronger brittleness than this steel (Fig. 7B) is relatively small.

도 8은 MM 및 Ba 첨가가 850℃에서 30분 동안 시효 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 주물재의 내식성에 미치는 영향을 나타낸 것으로서, MM 및 Ba 복합 첨가강이 무첨가강 보다 내식성을 저해하는 금속간 상(α, χ등)의 석출이 상대적으로 작아, 공식전위가 높게 측정되었음을 알 수 있다. Figure 8 shows the effect of the addition of MM and Ba on the corrosion resistance of the super duplex stainless steel castings aging heat treatment for 30 minutes at 850 ℃, the MM and Ba composite steels (α) , χ, etc.) are relatively small, indicating that the official potential is measured high.

상술한 본 발명에 따른 모합금 MM1+Ba1 복합 첨가효과들은 본 발명자들의 상기 선출원에 기재된 MM 및 바륨금속을 복합 첨가한 발명강 3(0.05%MM+0.01%Ba)과 대등하였다.The above-described master alloy MM1 + Ba1 composite addition effects according to the present invention were comparable to the inventive steel 3 (0.05% MM + 0.01% Ba), which was a composite addition of MM and barium metal described in the above-mentioned applicants.

스테인리스강을 제강할 경우 본 발명에 따른 모합금들을 사용하여 희토류 금속과 바륨을 첨가하면 이들의 회수율이 크게 증가되어 스테인리스강에서의 이들의 함량이 크게 증가 할 수 있다. 따라서, 열간가공시에 균열 발생을 감소시키며, 주조시에 취성이 강한 시그마, 카이상과 같은 금속간 상들의 석출을 지연시켜 내식성 및 인성을 향상시키며, 분진 및 가스 발생이 적어지고, 탈산 및 탈황의 효율 상승, Al2O3, MnS 등의 유해한 비금속개재물의 생성을 더욱 억제시킬 수 있다.In the case of steelmaking, when the rare earth metal and barium are added using the master alloys according to the present invention, their recovery may be greatly increased, and their content in stainless steel may be greatly increased. Therefore, it reduces the occurrence of cracks during hot working, delays the precipitation of intermetallic phases such as sigma and carbure, which are brittle during casting, and improves corrosion resistance and toughness, reduces dust and gas generation, deoxidation and desulfurization. Increasing the efficiency of, can further suppress the formation of harmful non-metallic inclusions such as Al 2 O 3 , MnS.

Claims (1)

중량%로, 3.0 ~ 25%의 Ba과, 구리 및 피할 수 없는 불순물로 구성되는 나머지로 이루어지는 스테인레스강 제조를 위한 바륨 함유 구리 모합금.A barium-containing copper master alloy for the production of stainless steel, comprising, by weight, 3.0 to 25% Ba and the remainder consisting of copper and inevitable impurities.
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