KR100618715B1

KR100618715B1 - 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 및 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 제조방법

Info

Publication number: KR100618715B1
Application number: KR1020007007028A
Authority: KR
Inventors: 제임스 더블유. 운데르코플러; 윌리암 더블유. 티몬스; 로날드이. 베일레이
Original assignee: 에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2006-08-31
Also published as: CN1285005A; JP2001527156A; WO1999032682A1; EP1055011A1; HK1032078A1; AU2095499A; KR20010033526A; BR9814425A; CA2316332C; CN1110577C; CA2316332A1

Abstract

201 계열의 오스테나이트 스텐레스강의 중량%로 0.003중량% 이상의 Cb를 포함한다. 또한 중량%로 0.003중량% 이상의 수준으로 Cb함량을 유지시킨 201 계열 스텐레스강 히트(heat)를 제공하는 단계를 포함하는 고강도 201 계열 스텐레스강 제조방법이 발표된다.

Description

콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 및 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 제조방법 {AUSTENITIC STAINLESS STEEL INCLUDING COLUMBIUM AND MEETHOD FOR PROVIDING A HIGH STRENGH AUSTENITIC STAINLESS STEEL INCLUDING COLUMBIUM}

본 발명은 스테레스강 합금, 특히 T201LN 스텐레스강 합금, 더더욱 콜롬븀 (Cb) 첨가를 통한 T201LN 합금 강화에 관계한다.

0도 이하의 온도에서 사용되는 재료는 양호한 연성, 인성 및 강도를 가져야 하며 이들 성질은 대부분의 오스테나이트 스텐레스강을 써서 달성가능하다. 이러한 응용분야를 위해 T201LN 합금이 특수 설계되었는데, 이 합금은 고 항복강도 및 최종강도가 요구되는 분야에서 허용 가능한 재료로서 지정되었다는 점에서 고유하다. 미국특허 4,568,387 (Ziemianski)에서 발표된 T201LN 합금은 양호한 저온 오스테나이트 안정성, 신장성 및 강도를 가지는 오스테나이트 스텐레스강이다. 상기 투여에서 T201LN 합금은 중량%로서 최대 0.03% 탄소, 6.4 내지 7.5% 망간, 1.0% 이하의 실리콘, 16 내지 17.5% 크롬, 4.0 내지 5.0% 니켈, 1.0% 이하의 구리, 0.13 내지 0.20% 질소, 나머지 철로 구성된다. T201LN 합금은 오스테나이트 안정성, 높은 실온강도, 용접에 대해 최소한의 민감성, 저온에서 고강도 및 연성을 특징으로 한다.

T201LN 합금이 0도 이하의 온도에서 성공적으로 사용되어 왔지만 일부 극저 온 분야의 기준은 만족시킬 강도 조건이 모든 게이지에서 항상 달성될 수는 없다. 그러므로 극저온 응용을 위해 필요한 재료의 기계적 조건을 더 신뢰성 있게 초과하도록 T201LN 합금의 강도를 증가시킬 방법을 개발하는 것이 필요하다. 최근의 관심은 트럭 프레임 제조 및 기타 응용분야에서 탄소강을 대체하는데 사용될 수 있도록 구조적 응용분야로 그 용도를 확장하기 위해서 T201LN 합금의 강도를 증가시키는데 집중된다.

고강도 201 계열의 스텐레스강 제조를 위한 산업적 시도는 지금까지는 합금이 강도 조건을 충족시키는지 여부를 결정하기 위해서 합금을 단지 평가하는 것이었다. 용융동안 질소의 양을 변화시키는 것도 시도되었다. 모든 경우에 합금이 밀집되고 강도 특성이 테스트되었다. 강도 조건을 충족시키지 못한 합금은 폐기되었다. 공지기술에 기초하여 38,000 psi 항복 강도로 제조된 합금은 매우 높은 스크랩 발생율을 보인다. 그러므로 더 높은 강도의 201 계열 스텐레스강은 제조하는 더욱 신뢰할만한 수단이 필요하다.

본 발명은 고강도 201계열 스텐레스강 제조방법에 관계한다. 본 방법은 Cb가 T201LN 합금의 기계적 성질에 미치는 효과에 집중된다. 오스테나이트 안정화를 위해 질소 (∼0.15%)가 합금된 T201LN 합금 히트(heat)가 Cb양을 변화시키면서 (가능한 0.20% 이하로) Cb가 합금의 기계적 성질에 미치는 영향을 판단한다. Cb함량이 0.075% 이상으로 증가될 때 항복강도 및 최종 강도에서 5 k.s.i. 이상의 증가가 발견되었으며 0.150% 이상의 Cb함량에서 10 k.s.i. 정도의 증가가 발견되었다. Cb함량이 0.003%에서 0.210%로 증가되면 신장률은 55%에서 48%로 감소되고, 경도는 89 Rb에서 98 Rb로 증가되고, 그레인 크기는 ASTM 6.5에서 ASTM 10으로 감소된다.

Cb 잔류함량 0.003% 이상에서 Cb함량이 증가할 때 3개의 테스트된 온도에서 충격에너지는 약 0.10% 증가한다. 0.10% 이상의 Cb에서 충격 에너지는 감소한다. -50℉ 내지 70℉에서 연성이 비교적 높게 유지된다. 연성의 감소 (완전 손실은 아님)가 -320℉의 극저온에서 나타난다.

따라서 본 발명의 목적은 극저온 분야용으로 지정된 재료의 기계적 필요조건을 초과할 수 있도록 T201LN 합금의 강도를 신뢰성 있게 증가시키는 것이다. 이러한 측면에서 T201LN 합금의 약산 변성된 합금에 0.06% 내지 0.10%의 Cb의 첨가는 -320℉ 까지의 저온에서 사용할 합금의 기계적 특성을 향상시킨다.

본 발명의 또다른 목적은 -50℉ 이상의 온도에서 T201LN 합금의 강도를 증가시키는 것이다. 이러한 측면에서 0.10 내지 0.20%의 Cb 첨가는 -50℉ 이상의 온도에서 사용할 합금의 기계적 특성을 향상시킨다.

상기에 비추어서 본 발명은 중량%로 0.003%이상의 Cb를 포함하는 201 계열의 오스테나이트 스텐레스강에 관계한다. 본 발명은 또한 201 계열 스텐레스강 히트(heat)를 제조하고 히트(heat)내 Cb 함량을 0.003% 이상으로 유지시키는 단계를 포함한 고강도 201 계열 스텐레스강 제조방법을 제공한다.

도 1 은 Magne-Gage로 측정치 (FN)가 수득되기전 연마되고 엣칭된 실험실 제조 잉곳의 저부에서 취한 1/2”두께의 슬라이스산에 형성된 페라이트 맵을 보여 준다.

도 2 는 기계적 데이터 수득에 사용되는 Charpy 시편을 보여준다.

도 3 은 Cb의 함수로서 실험실 용융재료 T201LN 합금의 인장시편으로 부터 수득되는 항복강도 그래프이다. (0.2% 오프셋)

도 4 는 Cb의 함수로서 실험실 용융재료 T201LN 합금의 인장시편으로 부터 수득되는 최종강도 그래프이다.

도 5 는 테스트된 실험실 재료로된 Magne-Gage로 측정된 인장 블랭크상의 페라이트 함량 그래프이다.

도 6 은 기계적 테스트후 Magne-Gage로 측정된 인장 샘플상의 자기적 반응 그래프이다.

도 7 은 Cb의 함수로서 T201LN 합금 용융재료로된 인장 시편으로부터 수득되는 신장률(%) 그래프이다.

도 8 은 Cb의 함수로서 T201LN 합금 용융재료로된 인장 시편으로부터 수득되는 경도 그래프이다.

도 9 는 Cb의 함수로서 T201LN 합금 용융재료로 미시적 검사하여 수득된 그레인 크기 그래프이다.

도 10 은 -320, -50 및 70℉에서 Charpy 샘플 (원으로 표시된 데이터를 제외하고는 ∼0.180″) 의 Cb 함량의 함수로서 충격 에너지 그래프이다.

도 11 은 -302, -50 및 70℉에서 Charpy 샘플의 (∼0.180″두께)의 Cb 함량의 함수로서 전단률 그래프이다.

도 12 는 -302, -50 및 70℉에서 Charpy 샘플의 (∼0.180″두께)의 Cb 함량의 함수로서 측부 팽창률 그래프이다.

T201LN 재료에 Cb를 첨가하여 탄소, 질소 및 Cb를 포함하는 4개의 히트(heat)가 제조되어 테스트된다.

히트 번호#	C	N	C+N	Cb	평 균 항복강도	평 균 인장강도	그레인 크 기	그레인크기가#6인 플레이트
								항복강도	인장강도
2C152	.018	.176	.194	.011	48,000	96,100	6	48,000	96,200
2C153	.014	.175	.199	.013	48,950	95,600	5-6	50,450	96,850
2C077	.022	.170	.192	.030	48,333	96,533	5-7	49,700	97,300
2C078	.025	.180	.205	.050	52,550	101,867	6-8	53,450	103,800

4개의 히트(heat)으로 부터 11개의 플레이트가 제조된다.

히트번호	I.D.No.	Gage	실 온 항복강도	실 온 인장강도	신장률	G.S.	Ft/Lbs. 320℉	크기	측부팽창률 -320℉
2C077	21301	.370	46,700	95,400	59.7	5	55.5/52/59.5	3/4	30/30/30
	91114	.437	49,700	97,300	59.1	6	44.5/47/55.5	3/4	37/44/38.5
	24006	.437	48,600	96,900	61.8	7	68/53/64	3/4	44/36/43

2C078	21303	.370	52,000	101,000	57.5	8	42/43/42	3/4	33/36.5/32
	21302	.437	53,450	103.800	58.3	6	60/60/60	Full	28/26/31
	24005	.437	52,200	100,800	61	7	66/50/63	3/4	40/31/41

2C152	24007	.370	48,000	96,200	60.3	6	60/66/51	3/4	41/45/33

2C153	24008	.370	49,100	96,800	59.2	6	63/59/63	3/4	43/39.5/43
	24009	.370	48,300	95,000	61.2	5	67/67/79	3/4	42/44/50
	91242	.370	51,800	96,900	58.9	6	75/76/72	3/4	35/37/33/5
	24010 오리지날	.370	46,600	93,700	61	5	54/55/50	3/4	353/37/34.5
	24010 래테스트	.370	47,500	93,800	63	5
	24010 2% 신장	.370	57,300	96,700	56.9	5	55/40.5/49.5	3/4	37/26/35/5

4개의 히트(heat)으로 제조한 모든 플레이트는 320℉에서 탁월한 충격 및 측부 팽창값을 보인다. 표준 조성은 극저온 탱크(tank) 제작자에게 중요하다. 압력 용기(pressure vessel) 코드는 용접후 최소 15 mils 측부 팽창을 필요로 한다. 이전의 201LN 의 평균 측부 팽창값은 31 mils였다. 고함량 Cb 히트(heat)의 평균값은 35이고 기타 히트(heat)은 39였다. 이것은 더욱 오스테나이트형인 조성물로 인해 예견되는 개선이다.

Cb이 없이 0.17 내지 0.18% 질소를 함유한 3개의 히트(heat)은 잉곳을 가공한 후 충분히 높은 항복강도나 인장강도를 보이지 않는다. 여러 그룹은 한계에 있으며 한 플레이트는 최소 95,000 psi의 인장강도에 대해 93,700 psi로 실패했다(슬립 # 24010, 히트(heat) 2C153, 항복강도 46,600 psi)

4번째 히트(heat)(2C078)은 0.05% Cb의 첨가로 인해 허용 가능한 강도를 가진다. 고함량의 Cb로 인해 더 미세한 그레인 크기가 나온다. 그레인 크기 #6인 모든 플레이트는 변수를 비교와 분리시키는 히트(heat)가다.

압연동안 모든 플레이트는 1600℉ 미만에서 가공된다. 처음 두 개의 히트(heat)은 21302 플레이트를 제외하고는 최종 게이지의 150%에서 재가열도에서 1500℉로 유지되고 1500℉ 미만으로 더욱 축소된다. 이 플레이트는 두 번째 두 개의 히트(2C152 및 2C153) 과 같이 재가열하지 않고 직접 압연된다. 이 플레이트는 여전히 1500℉ 미만에서 가공되고 재가열된 플레이트와 비교된다.

히트(heat) 2C078은 Cb가 없는 다른 히트(heat)보다 높은 항복강도와 인장강도를 보인다. -320℉에서 충격 및 측부 팽창값은 매우 양호하다. Cb 또는 기타 원소 첨가에 제한은 없다. 더 낮은 Cb(0.03%)함량 히트(heat) 2C077은 Cb함량이 불충분하다.

예전의 201LN 쉬이트는 0.17% 이상의 질소에서 문제가 되는 수포 및 다공성을 보인다. 위의 히트(heat)으로 제조한 플레이트는 모두 수포 또는 다공성을 보이지 않는다. 제품 검사는 최대 0.198% 질소까지 행해진다. 강도향상을 위해 질소만 사용되며 0.20% 이상의 질소가 필요하지만 이것은 최근에는 시도되지 않는다. 0.16%이상의 질소함량으로 연속주조되는 경향이 있다.

2200℉ 산화대기에서 초기 압연이 무거운 스케일로 인한 거친 표면을 보인후 2150℉ 환원대기로 변화된다. 딥 피크링(dip picking)후 입자간 공격 증거는 보이지 않는다. 연간 압연 거칠기는 테스트 성질에 악영향을 미칠수 있다. 실온 인장 샘플이 연마될 수 있지만 성질은 개선되지 않는다. 그러나 -320℉ 인장테스트 경우에 열간압연된 표면 거칠기에서 시작되는 균열이 있는 평평한 샘플에 대해서 서브사이즈(subsize) 라운드(round)가 사용될 때 신장률이 향상된다.

-320℉에서 최소 인장 성질은 없지만 이전의 데이터는 -320℉에서 특정 201L플레이트가 낮은 신장률을 보임을 보여준다.

아래에 -320℉ 및 실온(R.T.) 결과가 제시된다.

히트 번호#	I.D.#	샘플크기	샘플형태	테스트 온도(℉)	항복강도(PSI)	인장강도(PSI)	신장률(%)

2C078	21302	.464x2˝	평면형	-320	100,400	134,400	4.5
″	21302	″	평면형	-320	115,900	134,500	5.0
″	21302	.250x1.0	둥근	-320	106,100	218,400	25.0
″	21303	.350x1.4	둥근	-320	103,055	186,542	20.0
″	21303	.350x1.4	둥근	-320	102,649	192,701	19.3

2C077	91114	.350x1.4	둥근	-320	90,314	196,397	21.4
″	91114	.350x1.4	둥근	-320	104,772	176,382	20.0

2C078	21302	.437x2.0	평면형	R.T.	53,450	103,800	58.3
″	21303	.370x2.0	평면형	R.T.	52,000	101,000	57.7

2C077	91114	.437x2.0	평면형	R.T.	49,700	97,300	59.1

예전의 201LN 제품은 2025℉에서 어닐링되고 측부 플레이트는 1950℉를 사용한다. 히트(heat) 2C078로 제조된 열간압연 샘플에 대한 어닐링 연구는 1950℉가 최선의 선택임을 보여준다. 이 연구에서 모든 샘플은 1950℉에서 어닐링 된다.

충격성 감소에 대한 염려 때문에 플레이트는 초기에 신장되지 않는다.

플레이트 24%는 인장강도가 부족하며 2%신장시켜 그 효과를 평가한다. 첫 번째 두 개의 롤러도 평평해진후 항복강도 및 인장강도가 증가한다. 신장의 충격성은 여전히 허용 가능하다. 충격성은 크게 감소되지 않음이 명백하다. 충격 테스트는 테스트 변수로 인하여 테스트값 낮아질수 있음을 보여준다. 40.5ft-lbs 및 26 mils 측부 팽창값은 같은 샘플은 허용치 이상이다.

신장결과 강도의 증가는 탱크 용접조인트에서는 손실될 것이고 조성 변화에 따른 제품의 강화에 기여하지 않는다. 가장큰 201LN 구매자에 의해 사용되는 특수 용접절차는 표준 201LN 플레이트의 한계 인장성질 보존 필요성 때문에 총제조비용을 증가시킨다. 더 높은 인장강도를 위한 조성물 개선은 가치가 있다.

3개의 T201LN 히트(heat)가 0.003-0.210% 범위의 Cb 첨가와 함께 용융된다. 재료는 ∼3/16″(4.76mm)까지 열간 압연되고 1950℉에서 어닐링된다. 기계적 테스트를 위해서 각 플레이트로부터 인장 및 서브사이즈 Charpy 시편이 수득된다. 테스트 전후에 인장 시편에 대해 측정이 수행되어 플레이트의 페라이트 함량과 오스테나이트 안정성을 결정한다. 연마 및 엣칭된 인장 시편의 단부로 부터 현미경 사진이 수득되어 그레인 크기가 측정된다.

Cb 함량이 0.075% 이상으로 증가될 때 항복 및 최종 강도가 5 k.s.i. 이상 증가되며 Cb 함량이 0.150% 이상으로 증가될 때 항복 및 최종강도는 10 k.s.i. 이상 증가된다.

Cb함량이 0.003%에서 0.210%로 증가될 때 신장률은 55%에서 48%로 감소되며 경도는 89Rb에서 98Kb로 증가되며 그레인 크기는 ASTM 6.5에서 ASTM 10으로 감소된다. 잔류 Cb 함량(0.003%)이상에서 3가지 온도에서 Cb 함량이 0.10% Cb까지 증가될 때 충격에너지는 약간 증가된다. -50 내지 70℉에서 연성은 비교적 높게 유지된다. 0.10% 이상의 Cb에서 극저온 (-320℉)에서 연성의 감소 (와전 손실은 아님)가 일어난다. Cb의 첨가는 T201LN 합금의 기계적 성질을 향상시킨다.

실험실 용융 및 가공된 재료에 대해 수득된 데이터에 기초하여 약 0.075% Cb의 첨가는 다른 기계적 성질을 크게 저하시키지 않고 합금의 강도를 증가시키기에 충분하다.

첨가 테스트 절차 및 결과는 다음과 같다. 3개의 50 파운드 VIM 실험실 히트(heat)가 상업적으로 제조되는 T201LN 합금의 조성이 되게 용융된다. 표 1 은 용융된 3개의 실험실 히트(heat)의 조성, 용융된 3개의 상업적 T201LN 히트(heat)의 최소, 평균 및 최대값을 포함한다. 제 1 히트(heat) RV#1184는 0.01-0.10 중량% 범위는 Cb 첨가가 T201LN의 기계적 성질에 미치는 효과를 조사하기 위해서 용융된다. 그러나 제 1 히트(heat)의 최종 조성은 상업적 T201LN의 조성과 약간 다르다. 그러므로 제 2 히트(heat) RV#1185가 용융된다. 약간 더 높은 Cb 함량 (0.20%까지)이 합금의 기계적 성질에 미치는 효과가 조사되었고 3번째 최종 히트(heat) RV#1212 역시 용융된다. 각 히트(heat)가 용융된후 3개의 잉곳/히트(heat)의 유동점 사이에서 다양한 수준으로 Cb 함량이 조절된 3개의 17파운드 잉곳이 주조된다. 이의 목적은 3개의 동일한 합금을 생성하는 것으로, 이로부터 Cb 함량의 변화가 합금의 기계적 성질에 미치는 효과가 조사될 수 있다.

연마 및 엣칭된 각 잉곳의 하부로부터 반인치 슬라이스가 절단되어서 페라이트 맵(map)이 주조 재료에 대해 수득될 수 있다. 오스테나이트 측면에서 합금의 안정성을 평가하기 위해서 2-3/8″ 스퀘어 잉곳 슬라이스 상의 반인치 x 반인치 그리드를 따라 Magne-Gage를 써서 페라이트 함량(FN)이 측정된다. 히트(heat) RV#1184, RV#1185, RV#1212에 대해 페라이트 맵이 도 1에 도시된다. 잉곳은 연마되고 열간가공을 위해 2150℉로 가열된다. (∼1 hr TAT). 이들은 교차 압연되어서 7인치 폭을 획득하여 ∼0.1875″ 목표 게이지까지 열간 압연된다. 각 패널을 6분간 (TAT) 1950℉에서 어닐링 하고 그릿 블라스팅 및 산세척을 한다. 종방향 및 횡방향으로 각 플레이트 샘플로부터 인장 시편이 절단되고 기계가공된다. 횡방향으로 플레이트 샘플로부터 Charpy v-노치 서브사이즈 Charpy 시편 (0.394″x 플레이트의 두께)이 도 2에 도시된다.

기계적 테스트가 완료된후 미시구조 평가를 위해 인장 시편으로 단부로부터 샘플이 절단된다. 이들은 장착 및 연마되고 20-30초간 6V, 10% 옥살산에서 전기분해에 의해 엣칭된다. 각 샘플의 그레인 크기는 다음 두가지 예외를 제외하고 비교 절차를 사용하여 ASTM E 112에 따라 측정된다. 첫 번째 것은 100배 대신 106 배 배율로 광학 현미경사진이 취해진다. 두 번째 것은 광학 현미경 사진이 오스테나이트 스텐레스강에 대한 추천된 표준인 플레이트 Ⅱ가 아니라 플레이트Ⅰ의 표준에 비교된다. 그러므로 측정된 그레인 크기는 재료를 분석 및 비교하는 용도로만 사용되어야 한다. 그러나 그레인 크기 측정기술에서 이와같은 사소한 변화가 그레인 크기 또는 경향 (Cb 함량의 함수로서 그레인 크기)을 크게 변경시키지 말아야 한다.

표 2 는 인장시편 테스트 결과를 보여준다. 표 3 은 Charpy 시편 테스트 결과를 보여준다. 두 개의 시편으로부터 수득된 결과는 데이터의 그래프 표현을 단순화시키도록 평균화된다. 종방향 및 횡방향 시편이 테스트될 때 모든 샘플이 평균이 역시 주어진다. 이의 예가 Cb함량의 함수로서 도 3 및 도 4에 도시된 항복강도 (0.2% 오프셋) 및 최종강도 데이터이다. 그래프에서 알 수 있듯이 Cb함량이 ∼0.003%에서 0.210 %로 증가될 때 T201LN의 강도가 증가한다. 0.075 % 이상의 최종 강도가 5 k.s.i. 이상 증가하며 0.150% 이상의 Cb 함량에서는 Cb가 증가할 때 증가량은 10 k.s.i. 이다. 도 3에서 나머지 데이터의 경향과 부합하지 않으며 낮은 Cb 함량 재료(RV#1184-잉곳 A)와 관련된 비정상적으로 높은 항복강도가 있다. 그러나 이 재료는 테스트전 인장 블랭크에서 측정시 최고의 페라이트 함량(∼2.5%)를 가진다.

도 5는 테스트전 인장 블랭크상에서 측정된 페라이트 함량 그래프이다. 단지 3개의 재료만이 상당한 페라이트 함량을 가진다. 이중 첫 번째 두 개는 상업적으로 제조되는 조성물에 부합하지 않는 실험실 히트(heat) RV#1184(잉곳 A,B)이다. 이 히트(heat)에서 관찰되는 더 높은 페라이트 함량은 더 높은 크롬 및 몰리브덴 함량과 더 낮은 니켈 및 망간 함량 때문이다. 실험실 히트(heat) RV#1185 잉곳 C에서 기대치 보다 높은 페라이트 함량의 원인은 알려지지 않지만 페라이트 함량은 감소시키는 열처리 공정의 동요 때문일수 있다. (도 1에서 도시된 주조 재료에서 발견되는 페라이트 함량으로부터 최종 제품의 페라이트 함량으로 감소)

오스테나이트 안정성의 척도인 마텐사이트 존재를 결정하기 위해서 테스트후 인장시편의 축을 따라 자기반응(FN)이 측정된다. 데이터는 도 6에 도시된다. 이 측정치는 재료내 마텐사이트 양을 표시한다. 그러나 측정치와 실제 마텐사이트 양간의 관계는 알려져 있지 않으므로 샘플간 비교를 위해서만 사용된다.

인장시편(테스트 동안 변형되지 않은 단부) 으로부터 절단된 미시적 절편의 현미경 조사로 수득된 그레인 크기와 인장테스트로부터 수득되는 신장률 및 경도가 도 7, 8, 9에 도시된다. 재료의 Cb 함량이 증가할 때 신장률은 감소하고 (도 7) 경도는 증가한다. (도 8)

3가지 상이한 온도(-320℉, -50℉, -70℉)에서 Cb의 함수로서 서브사이즈 Charpy 시편(즉, ＜0.394″ 두께)의 충격 테스트로 수득되는 데이터는 충격에너지(도 10), 전단률 (도 11) 및 샘플의 측부팽창(도 12)이다. 도 10에서 원으로 표시된 데이터는 ∼0.180 - 0.185″의 게이지까지 압연된 나머지 재료보다 약간 작은 게이지(0.157″)까지 압연된 히트(heat) RV#1212 잉곳 A 재료로부터 수득된 것이다. 충격에너지는 테스트되는 샘플의 단면적에 종속적이므로 이들이 올바른 두께 (∼0.180 - 0.185″)라면 18% 이상 높은 충격에너지를 가질 것이다. 그러므로 Cb함량의 함수로서 충격 에너지, %전단 및 측부 팽창을 조사할 때 이들 데이터는 고려되지 않는다.

Cb 함량이 증가할 때 충격에너지는 초기에 증가하고 이후에 감소한다. 70 내지 -50℉에서 테스트 할 때 극히 적은 인성 손실이 관찰된다. 그러나 -320℉에 서 종결된 테스트는 0.10% Cb이상에서 재료의 인성이 감소됨을 보여준다. 그러나 이 온도에서 충격에너지는 여전히 허용가능한 인성 수준을 보여준다.

0.10% 까지 Cb 첨가는 다른 기계적 성질을 크게 저하시키지 않으면서 합금의 강도를 증가시킨다. 데이터를 조사하면 0.075% Cb가 바람직한 기계적 성질 달성에 적절한 양임을 보여준다.

Cb는 강한 안정화제 (즉, 그레인 경계에서 크롬 카바이드 형성을 저하시키는)이므로 합금에 Cb의 첨가는 최대 탄소함량을 연장시키고 부식 측면에서 여전히 허용가능하다. 탄소함량의 약간의 증가와 함께 Cb의 첨가는 새로운 시장에 필요한 개선된 기계적 성질(증가된 오스테나이트 안정성으로 인한 추가 강도 및 인성)을 보장한다. 그러므로 T201 등급의 변화(Cb 0.100%, C: 최대 0.060%)는 용접조건에서 허용가능한 제품을 생성한다.

실험실에서 제조된 재료로 수득된 결과에 기초하여 Cb의 첨가는 그레인을 다시 미세하게 하며 T201LN 합금의 기계적 성질을 개선시킴을 알수 있다. 0.075% 이상에서 Cb함량이 증가될 때 항복 및 최종강도가 5 k.s.i.이상 증가하며 0.150% 이상에서 Cb가 증가할 때 약 10 k.s.i. 만큼 증가된다. 게다가 Cb함량이 0.003%에서 0.210%로 증가될 때 신장률은 55%에서 48%로 감소하여 경도는 89 Rb에서 98 Rb로 증가하며 그레인 크기는 ASTM 6.5에서 ASTM 10으로 감소한다. 또한 잔류 Cb함량(∼0.003%)이상에서 테스트된 온도에서 Cb함량이 0.10%까지 증가될 때 충격에너지가 증가된다. -50 내지 70℉에서 연성은 비교적 높게 유지된다. 0.10% Cb이상에서 -320℉의 극저온에서 연성은 감소하지만 여전히 허용가능하다.

표 1

표 2a

표 2b

표 3a

표 3b

Claims

최대 0.06중량% 탄소; 6.4 내지 7.5중량% 망간; 최대 1.0중량% 까지의 실리콘; 16 내지 17.5중량% 크롬; 4.0 내지 5.0 중량% 니켈; 최대 1.0 중량%의 구리; 0.13 ~0.20 중량%의 질소; 그리고 0.003~ 1.0 중량% 의 콜롬븀(Cb)을 포함하는 것을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 상기 상기 탄소가 최대 0.03%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 상기 콜롬븀이 0.06 ~1.0 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 상기 콜롬븀이 0.10 ~ 1.0 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 상기 콜롬븀이 0.03~ 0.21 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 상기 구리가 0.35~0.60 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 실온에서 100,000 psi 이상의 인장강도와 50,000 psi이상의 항복강도 가짐을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 6이상의 ASTM 그레인 크기를 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 1 항에 있어서, 최대 0.03중량% 탄소, 6.4 내지 7.5중량% 망간, 최대 1.0중량% 까지의 실리콘, 16 내지 17.5중량% 크롬, 4.0 내지 5.0중량% 니켈, 최대 1.0중량% 까지의 구리, 0.13 내지 0.20중량% 질소, 0.003~1.0 중량%이상의 콜롬븀, 불순물, 그리고 나머지 철로 구성된 것을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
최대 0.06중량% 탄소; 6.4 내지 7.5중량% 망간; 최대 1.0중량% 까지의 실리콘; 16 내지 17.5중량% 크롬; 4.0 내지 5.0 중량% 니켈; 최대 1.0 중량%의 구리; 0.13 ~0.20 중량%의 질소; 그리고 0.003~ 1.0 중량% 의 콜롬븀(Cb)을 포함하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품
제 10 항에 있어서, 상기 콜롬븀이 0.06 ~1.0 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품
제 10 항에 있어서, 상기 제품이 플레이트(plate), 탱크(tank) 또는 압력용기(pressure vessel) 임을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품
제 10 항에 있어서, 실온에서 100,000 psi 이상의 인장강도와 50,000 psi이상의 항복강도 가짐을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품
제 1항, 2항, 6항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 0.003~ 0.25 중량% 의 콜롬븀(Cb)을 포함하는 것을 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강
제 10항, 12항, 13항 중 어느 한 항에 있어서, 0.003~ 0.25 중량% 의 콜롬븀(Cb)을 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품
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최대 0.06중량% 탄소; 6.4 내지 7.5중량% 망간; 최대 1.0중량% 까지의 실리콘; 16 내지 17.5중량% 크롬; 4.0 내지 5.0 중량% 니켈; 최대 1.0 중량%의 구리; 0.13 ~0.20 중량%의 질소; 그리고 0.003~ 1.0 중량%의 콜롬븀(Cb)을 포함하는 히트(heat)를 제조하는 단계를 포함하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 제조방법.
제 24 항에 있어서, 히트(heat)가 0.06 내지 1.0 중량%의 콜롬븀을 포함함을 특징으로 하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 제조방법.
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최대 0.06중량% 탄소; 6.4 내지 7.5중량% 망간; 최대 1.0중량% 까지의 실리콘; 16 내지 17.5중량% 크롬; 4.0 내지 5.0 중량% 니켈; 최대 1.0 중량%의 구리; 0.13 ~0.20 중량%의 질소; 그리고 0.003~ 1.0 중량%의 콜롬븀(Cb)을 포함하는 합금의 일부를 가공하는 단계 포함하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품 제조방법
제 27 항에 있어서, 합금이 0.06 내지 1.0 중량%의 콜롬븀을 포함함을 특징으로 하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품 제조방법
제 27 항에 있어서, 상기 제품이 플레이트(plate) 임을 특징으로 하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품 제조방법
제 27 항에 있어서, 가공단계가 환원대기에서 2200℉ 미만의 온도에서 합금의 적어도 일부를 열간 압연시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품 제조방법
제 27 항에 있어서, 가공단계가 환원대기에서 2150℉의 온도에서 합금의 적어도 일부를 열간 압연시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품 제조방법
제 30 항에 있어서, 1950℉의 온도에서 합금의 적어도 일부를 어닐링 하는 과정을 더욱 포함하는 고강도 콜롬븀 함유 오스테나이트 스텐레스강 함유 제품 제조방법
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