KR100825630B1

KR100825630B1 - 용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그제조방법

Info

Publication number: KR100825630B1
Application number: KR1020060102134A
Authority: KR
Inventors: 우인수; 김정길; 박준식; 이종봉
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-04-25
Also published as: CN101528963A; KR20080035733A; CN101528963B

Abstract

용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강과 그 제조방법이 제공된다.

이 페라이트계 스테인리스강은 질량%로, C : 0.01%이하, N : 0.01%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, Cr : 10.0~20.0%, Al : 0.15%이하, Ca : 0.0005~0.002%, Zr : 0.002~0.01%, Ti : 0.01 ~ 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다. 또한, 이 페라이트계 스테인강의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 Ca, Zr의 복합첨가에 의해 용접부의 응고결정립을 미세화하여 용접부의 가공성을 개선한다

페라이트계 스테인리스강, 2차가공성, Ca-Zr계 산화물, 결정립 미세화

Description

용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법{Ferritic stainless steel having excellent formability of welded zone, and method for manufacturing the same}

1. 철과강 (Vol.66, 1980, 110p)

2. 일본 공개특허공보1997-125209

3. 일본 공개특허공보2000-160299

4. 일본 공개특허공보1997-217151

5. 일본 공개특허공보1997-271900

6. 일본 공개특허공보1998-324956

7. 일본 공개특허공보2001-020046

8. 일본 공개특허공보2001-181808

9. 일본 공개특허공보2001-288543

10. 일본 공개특허공보2001-294991

11. 일본 공개특허공보2002-285292

12. 일본 공개특허공보2002-336990

13. 일본 공개특허공보2003-221652

본 발명은 용접부의 가공성이 우수한 재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접부의 응고결정립을 미세화하여 용접부의 가공성을 개선할 수 있는 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

최근 자동차 산업은 배기가스 규제의 강화 및 경량화에 의한 연비향상이 요구되고 있으며, 자동차 제조사들은 배기계 부품에 기존의 주물 또는 알루미늄 도금강판을 대신하여 내열성, 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 채용하고 있다.

배기계용 부품재는 크게 쉘(shell)과 파이프 형상으로 구성되어 있으며, 대부분 용접에 의해 제조 및 조립된다. 따라서 용접부의 품질특성을 확보하는 것이 배기계 부품의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소라고 말할 수 있다. 일례로서 배기계 재료는 강판 또는 용접파이프(고주파용접, TIG용접, 레이저용접등의 방법으로 제조한 파이프)를 소정의 형상으로 가공한 후에 다시 용접을 실시하여 제품이 된다. 배기계 형상은 상당히 복잡하기 때문에 성형시, 강판 또는 파이프는 가혹한 가공을 받는 부분이 발생한다. 페라이트계 스테인리스강 파이프재는 용접부가 벤딩 또는 확관과 같은 2차 가공이 적용되는 경우, 용접금속 또는 용접열영향부에 용접균열이 발생하여, 모재의 가공성이 우수함에도 불구하고 용접부의 가공성 저하 때문에 모재의 우수한 가공성의 특성을 발휘할 수 없는 경우가 많다. 이러한 현상은 가공온도가 낮은 동절기 또는 가공속도가 빠른 조건에서 성형하면 파이프 용접부에서 취성적인 균열에 의해 현저하게 발생한다.

종래의 공지기술에 의하면, 용접부의 가공성을 저하시키는 요인으로는 조관시의 잔류응력, 경화, C, N과 같은 불순물 원소 및 응고결정립의 조대화 등 크게 4가지로 요약할 수 있다. 잔류응력을 저감하는 방법으로서는 파이프 전체를 소둔하여 용접부 근방의 변형량을 제거하는 것이 가장 효과적이다. 일본 공개특허공보1997-125209에서는 용접에 의해 제조된 파이프를 850~1000℃의 온도범위에서 소둔하고, 1℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하는 방법을 제시하고 있다. 이 방법에 의하면 파이프의 가공성 및 인성을 냉연소둔판의 정도까지 향상시키는 일이 가능한 것으로 보고하고 있다. 그러나 소둔을 행하면 제조단가의 상승을 피할 수 없고 또한 내열성 및 내산화성을 높은 수준까지 확보하기 위해서 고합금화한 파이프의 경우에는 소둔에 의해서 충분한 품질특성을 확보할 수 없다.

용접부의 경화현상은 Si, Mn, Ti, Nb 등과 같은 합금원소와 C, N 등의 불순물 원소량과 밀접한 관계가 있다. 합금원소의 경우에는 제조공정 및 제품의 특성을 발휘하기 위한 기본원소로서 그 함량을 제어하기 곤란한 경우가 많다. 따라서 현재 불순물 원소인 C, N량을 감소시킬 수 있는 방법이 적극적으로 개발 및 적용이 이루어지고 있다. 불순물 C, N은 VOD (Vacuum Oxidation Decaburizaton) 정련기술과 같은 제강공정의 개선과 함께 안정화 원소인 Ti, Nb, Zr과 같은 원소를 첨가하여 질 화물 또는 탄화물을 형성하는 기술들이 공지되고 있다. 현재 VOD공정으로는 C+N의 량이 100ppm 수준 정도이며 제강공정의 추가에 따른 생산성 및 제조단가의 상승이 문제점으로 지적되고 있다. Ti, Nb, Zr등 안정화 원소를 첨가하여 질화물 또는 탄화물을 형성함으로써 고용 C, N 량을 감소하기 위해서는 C+N의 8배이상을 첨가하는 것으로 기본으로 하고 용접금속의 경우에는 최근 20배까지 첨가하는 경우도 있다.

그러나, 다량의 Ti을 첨가하는 경우에는 조대한 산화 개재물이 형성되어 압연시에 표면결함이 발생하기 쉬우며, Zr의 경우에는 제강시에 노즐 막힘 등이 발생하는 문제점을 나타내고 있다. 또한, 용접부와 같이 급가열 급냉각되는 경우에는 석출물이 생성할 수 있는 시간이 극히 짧기 때문에 단순히 Ti, Nb, Zr 함량이 증가시켜도, 충분한 석출물을 형성하지 못하고, 오히려 고용의 Ti, Nb, Zr과 C, N 등의 량이 증가하여 가공성이 확보되지 못하는 경우가 있다.

한편, 강재 및 용접금속부의 응고조직을 미세화하여 가공성을 향상시키는 방법들이 최근 제안되고 있다. 응고조직 제어방법은 크게 용강의 전자유도교반(철과강 제66권 1980년 제6호, 38page)과 같은 설비 개선과 합금성분의 첨가에 의한 개재물의 페라이트 핵생성을 촉진시키는 기술로 구분할 수 있다. 전자유도교반에 의한 방법의 경우에는 응고도중에 용강의 교반위치를 적정화하는 것에 의해서 강재의 40~60%정도 등축정율을 확보하는 것으로 알려지고 있다. 상기 기술은 강재의 가공성은 개선할 수 있으나 용접과 같이 강재를 재용융시키는 경우에는 그 효과를 확보 할 수 없는 것이 문제점으로 지적된다.

개재물을 이용한 응고조직 미세화는 TiN (1~2번)석출물과 산화물(3~10번)을 이용하는 방법 등이 공지되고 있다. 하기의 설명에 있어서 (%)는 wt%을 나타낸다.

1. 철과강 (Vol.66, 1980, 110p) : 0.4%Ti와 0.016%N을 강에 함유하고, 용강 과열도 DT를 40℃이하로 관리하여 TiN을 생성하는 방법.

2. JP2000-160299 : 단독의 TiN 개재물을 0.01%이상 함유하는 것으로서 슬라브 단계에서의 등축정율을 60%확보하는 기술.

3. JP1997-217151, JP1997-271900 : 0.001~0.02%Mg과 0.001~0.2%Al을 각각 첨가하여 Mg-Al계 복합산화물을 형성하여 용접부의 응고조직을 미세화하는 기술.

4. JP1998-324956 : 용강중에 산소량을 0.01%이하로 탈산한 후, Mg을 0.0005~0.01%로 첨가하고, 180초 이내에 응고를 개시하는 방법으로 Mg계 산화물의 크기를 0.01~5㎛, 3개/㎟의 분포로 강재 내에 함유하는 것.

5. JP2001-020046 : 강중에 Mg과 Al의 함유량 비를 0.3~0.5으로 하여, Mg-Al계 산화물과 Ti계 질화물의 복합 개재물을 형성.

6. JP2001-181808 : 0.0005~0.01%Mg을 첨가하고, Mg개재물을 이용하여 응고조직을 미세화하는 것과 함께 열간압연조건을 적정화하여 냉간압연을 실시하지 않고도 소재의 가공성을 향상시키는 방법.

7. JP2001-288543 : Mg과 Ca의 함유량을 0.006%이하로 첨가하여 강재의 응고결정립을 미세하고 가공성, 표면특성 및 내식성을 개선하는 방법.

8. JP2001-294991 : Mg계 산화물과 TiN 석출물의 복합개재물이 0.01~5㎛, 3개/㎟ 이상의 분포로 강재 내에 함유하는 것.

9. JP2002-285292 : 희토류 금속인 Y을 0.001~0.05% 첨가하여, Al-Y, Mg-Y, Al-Mg-Y등의 개재물을 형성하고 응고결정립을 미세화하여 강판 제조공정 및 강관 제조공정에서의 취성균열을 방지하는 방법.

10. JP2002-336990 : 0.01~0.3%Ti 및 0.01~0.2%Al을 첨가하고, 보호가스로서 Ar, O₂, CO₂, He등을 사용하여 용접금속내의 Ti 및 Al계 질화물을 0.3㎛이상, 1.5× 10⁴개/㎟이상으로 분포시키는 방법.

11. JP2003-221652 : 0.0003~0.003%Ca과 0.01%이하의 O를 포함하고, O와 S의 함량을 S/1.25+O/5≥0.003범위로 제어하며, 선택적으로 Zr을 0.01~0.3%첨가하여, 강재내에 CaS 또는 CaO산화물을 형성하고 열간압연시에 페라이트 (111)면의 핵생성 역할를 촉진시키는 방법.

상기 기술중 1~2번은 TiN을 용탕중에 정출하여 강재 주편의 응고조직을 미세화하는 것이지만, 용접과 같이 용탕의 온도제어가 곤란한 경우에 적용이 어렵고, 또한 다량의 Ti 및 TiN은 강의 인성을 손상시키기 때문에 페라이트계 스테인리스강의 취성균열의 문제점을 한층 더 심화시킬 가능성이 있다.

3~10번의 공지기술은 Mg, Y 등을 단독 또는 복합첨가하여 용탕중에 산화물을 생성하여 응고핵생성을 촉진하는 방법이나, 산화반응성이 우수한 Mg, Y 등은 용강중에 투입할 경우 회수율 예측이 곤란하여 강재별 품질편차가 자주 발생하고 폭발성등 취급상의 문제도 있어 산업현장에서 실시되기 어렵다.

11번 공지기술은 용강중에 CaS, CaO를 생성하고 열간압연중에 가공성이 우수한 페라이트 (111)면의 생성을 촉진시키는 방법이다. 그러나, 이는 Ca의 장입후 Zr을 투입하고 후에 Zr을 투입하여 잔류산소를 제거하는 기술로 조대한 산화개재물 또는 황화물을 형성한다. 이러한 조대한 개재물은 강재의 표면품질을 저하를 초래하며, 다량의 Zr 첨가로 제조단가가 상승하는 문제점도 있다.

이와 같이, 강재의 용접부 가공성을 확보할 수 있는 페라이트계 스테인리스강에 대한 필요성이 부각되고 있으나, 그 대안은 제시되고 있지 않은 실정이다.

본 발명은 용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 질량%로, C : 0.01%이하, N : 0.01%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, Cr : 10.0~20.0%, Al : 0.15%이하, Ca : 0.0005~0.002%, Zr : 0.002~0.01% 및, 여기에 Nb : 0.01 ~ 0.5%, Ti : 0.01 ~ 0.5%중의 1종 이상을 포함하며, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

또한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하는 단계, 상기 제조된 스테인리스 용탕을 정련하는 단계, 상기 정련된 용탕을 연속주조하는 단계, 상기 주조된 강괴를 압연하는 단계, 상기 압연된 압연재를 소둔하는 단계로 제조되어,

질량%로, C : 0.01%이하, N : 0.01%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, Cr : 10.0~20.0%, Al : 0.15%이하, Ca : 0.0005~0.002%, Zr : 0.002~0.01%, O : 0.004~0.008%, Ti : 0.01 ~ 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,

상기 정련 단계는 용탕에 Zr을 투입한 후 Ca을 장입하는 단계를 포함한다.

이하 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 용접부의 저온 가공성의 개선을 위하여 용접부의 응고 결정립을 미세화하고, 충분한 탄질화물을 형성하여 잔류 C, N 량을 저감시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 성분 한정 이유를 설명한다.

C, N : C, N은 모재 및 용접부의 가공성을 저하시키는 원소이므로, 가능한 극소량으로 하는 것이 바람직하나, 제강기술상의 제조 가격의 상승을 고려해서 C : 0.01%이하, N : 0.01%이하로 한다.

Si, Mn, Al, P, S : 이러한 원소는 불가변적으로 강 중에 존재하지만, 다량으로 존재하면 가공성을 저하시키고, 스테인리스강의 특징인 내식성을 저하시키기 때문에 Si: 1.0%이하, Mn: 1.0%이하, Al : 0.15%이하, P : 0.040%이하, S : 0.010%이하로 하는 것이 타당하다.

Cr : Cr은 10%미만에서는 스테인리스강의 기본특성인 내식성이 부족하기 때 문에 Cr량은 10%이상으로 한다. 또한 Cr량이 높으면 용접부의 인성이 악화하는 경우가 있기 때문에 Cr은 20%이하로 한다.

Ca : Ca은 본 발명에서 과제로 되고 있는 용접성을 향상시키는 것에 대한 필수적인 원소이다. 용접성을 향상시키기 위해서는 0.0005%이상의 첨가가 필요하다. 그러나 0.002%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화개재물의 크기가 증가하여 내식성에 악영향을 미치기 때문에 상한은 0.002%로 한다.

Zr : Zr은 Ca과 같이 본 발명에서 과제로 되고 있는 용접성을 향상시키는 것에 대한 필수적인 원소이다. 또한 Zr은 산화물 입자의 크기를 최소화하여 강재의 내식성도 개선하는 역할을 한다. 또한 Zr은 질화물 또는 탄화물을 형성하여 산화물과 복합 개재물을 형성하기도 한다. 용접성 및 내식성을 향상시키기 위해서는 0.002%이상의 첨가가 필요하다. 그러나 0.01%를 초과하여 첨가되는 경우에는 첨가량 증가에 따른 원가 상승과 함께 제강공정중의 노즐막힘등의 문제점이 있어 상한은 0.01%로 한다

Ti : 가공성을 향상시키는 원소로서 첨가한다. Ti: 0.01%이상 첨가시키는 것에 의해 효과가 나타난다. 그러나 Ti: 0.5%을 초과하여 첨가하는 경우에는 고용 Ti량의 증가에 의해서 가공성이 악화되는 문제점이 있다.

상기한 성분계로 조성되는 강에 요구되는 물성에 따라 합금원소가 포함될 수 있다. 예를 들어 내식성을 향상하고자 하는 경우에는 Mo, Ni, Cu의 적어도 1종을 0.1-2.0%의 조성범위로 추가로 첨가할 수 있다. Mo, Ni, Cu의 적어도 1종의 함량이 0.1%이상 되는경우 내식성 향상효과를 얻을 수 있으며, 2.0% 초과할 경우에는 가공성이 악화되고 제조가격도 상승된다. 또한, Nb의 경우에는 0.5%까지 포함될 수 있다. Nb의 함량이 0.5%을 초과하는 경우에는 고용 Nb량의 증가에 의해서 가공성이 악화되는 문제점이 있다. Nb를 첨가하여 NbN, NbC등을 형성하여 가공성을 개선하고자 하는 경우에는 0.01-0.5%로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 조성범위를 만족하는 강에는 Ca-Zr계 또는 Ca-Zr-Ti계 산화물이 존재한다.

본 발명의 강의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 다음과 같은 과정을 통해 제조된다. 먼저, 전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하고, 제조된 스테인리스 용탕을 정련한 다음, 상기 정련된 용탕을 연속주조하여 강괴를 얻고, 강괴를 압연하여 압연재를 얻는다. 이 압연재는 소둔된다.

본 발명에서는 원하는 Ca-Zr, Ca-Zr-Ti계 산화물을 얻기 위하여 정련 단계에서 산소를 0.01%이하로 제어한 다음에 용탕에 Zr을 투입한 후 Ca을 장입하는 과정 으로 구성된다. 종래에는 Ca의 장입후 Zr을 투입하고 후에 Zr을 투입하여 잔류산소를 제거하는 기술이 있는데, 이 경우에는 조대한 CaO 또는 CaS을 형성하여 강재 표면품질 및 내식성 저하를 초래하고 다량의 Zr 첨가로 제조단가가 상승하는 문제점이 있었다.

Ca와 산소가 반응하여 단독으로 CaO를 이루는 경우에는 산화물의 크기가 과도하여 상기 문제가 있으며, ZrO의 경우에는 크기가 작아 응고핵으로 작용할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 Ca와 Zr의 복합 산화물을 형성하여 산화물의 크기를 응고핵으로 작용하기 적합한 크기로 제어하는 것을 목적으로 한다.

다만 Ca의 경우 Zr보다 산소와의 반응성이 크기 때문에 Ca를 먼저 투입하고 Zr을 나중에 투입하는 경우 또는 동시에 투입하는 경우에는 Zr을 다량 투입해야 본 발명과 같은 효과를 거둘 수 있기 때문에 다량의 Zr 투입에 의한 ZrO, ZrN의 다량 생성에 의해 취성균열의 문제점과 단가상승의 문제가 발생하게 된다.

본 발명에서는 Ca투입 전에 Zr을 투입하는 것을 특징으로 한다. 미량의 Zr을 선투입하는 경우 ZrO를 형성하여 산소의 농도를 낮추게 되고 그 후 Ca의 투입에 의해 Zr과 복합산화물을 형성하여 산화물의 크기를 적정화하여 가공성을 향상시킬 수 있다.

또한 Ti는 질소와 반응하여 TiN을 이루어 질소농도를 낮추어 가공성을 개선한다. Ti는 정련단계 전에 투입되어 Ca, Zr보다 먼저 투입되나 TiN의 경우 융점이 Ca-Zr계, 또는 Ca-Zr-Ti계 산화물보다 낮아 Ca-Zr계, 또는 Ca-Zr-Ti계 산화물이 형성된 후에 그 복합산화물 중 일부의 주위를 TiN이 둘러싸는 형태로 형성되어 복합 개재물을 형성한다. Nb의 경우 Ti와 동일하게 질화물을 형성하여 Ca-Zr계, 또는 Ca-Zr-Ti계 산화물과 복합 개재물을 형성하는바, Ti와 선택적으로 또는 함께 투입이 가능하다.

상기 산화물과 복합 개재물의 경우, 융점이 높기 때문에 용탕단계에서 형성된 후에 다시 용접을 거친 경우라도 새로 응고되는 조직에 존재하여 응고핵으로 작용하기 때문에 본 발명은 특히 용접부의 가공성 향상에 유효하다.

Ti계 또는 Nb계 석출물 : Ti 또는 Nb는 용탕내에서 탄소와 반응하여 TiC 또는 NbC형태로 석출물을 형성하여 가공성을 개선한다. 석출물의 주 성분은 탄화물이나 일부의 질화물도 존재할 수 있다.

본 발명에 따른 정련방법의 일례를 나타내면 아래 표 1과 같다.

투입순서	질화물	산화물	석출물	복합개재물
Ti→Ca→Zr	TiN	CaO, ZrO	TiC	없음
Ti→Zr→Ca	TiN	Ca-Zr계 또는 Ca-Zr-Ti계 복합산화물	TiC	Ca-Zr계 또는 Ca-Zr-Ti계 산화물과 질화물의 복합개재물

표 1에서 Ca를 Zr 보다 먼저 투입한 경우에는 Zr보다 산소와의 반응성이 크므로 CaO, ZrO의 단독 형태의 산화물이 형성된다. 반면, Ca의 투입 전에 Zr를 투입한 경우에는 Ca-Zr계와 같은 복합산화물이 형성된다. 이 경우에는 Zr의 회수율을 향상된다.

본 발명에 있어서 용접성은 용접방법의 종류에 관계없이 GTA용접, 레이저용접, 플라즈마 용접과 같이 용융응고의 프로세스를 경유하는 용접방법이면 어떠한 방법으로도 용접성은 향상된다. 용접조건은 소재의 성분, 강판 두께, 목적 등의 다양한 조건에 대응하여 선택될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.

(실시예)

표 2에 표시한 페라이트계 스테인리스강 5종을 용제하고 열연, 소둔, 냉연 등에 의해 두께 1.5mm의 판재를 제작하고, GTA 용접을 실시하였다. No.1은 STS409L의 기본합금 조성을 나타낸 것이고, No.2는 Ca만을 단독으로 첨가한 것이며, No3~5는 C+N함량을 변경한 경우의 Ca과 Zr을 복합 첨가한 것을 나타낸다. Nb의 경우 실시예 1,2,4,5에서는 0.013%, 실시예 3에서는 0.014%가 존재한다.

시험용해 페라이트계 스테인리스강 화학성분 (wt%)

No	C	N	O	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Zr	Ca
1	0.0060	0.0059	0.0089	0.45	0.30	0.01	0.002	11.30	0.230	-	-
2	0.0061	0.0060	0.010	0.45	0.30	0.01	0.002	11.30	0.230	-	0.0010
3	<0.005	0.0067	0.008	0.518	0.326	0.01	<0.002	11.25	0.210	0.0018	0.0009
4	<0.005	0.0060	0.011	0.480	0.290	0.01	<0.002	11.31	0.253	0.0025	0.0012
5	<0.005	0.0060	0.010	0.453	0.290	0.01	<0.002	11.33	0.231	0.0048	0.0010

본 발명의 제조 방법은 상기 조성의 용탕을 전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하는 단계, 상기 제조된 스테인리스 용탕을 정련하는 단계, 상기 정련된 용탕을 연속주조하는 단계, 상기 주조된 강괴를 압연하는 단계, 상기 압연된 강괴를 소둔하는 단계로 제조되며,

상기 정련 단계는 연속주조하기 직전에 용탕에 Zr을 투입한 후 Ca을 장입하는 단계를 포함하였다.

Ca와 Zr의 경우 휘발성이 있어 전기로 공정이나 AOD 또는 VOD공정에서 투입시 잔류되는 양이 줄어드는 문제가 있는바, 연속주조공정의 직전에 투입하였다. Ca은 Fe-Ca계, Zr은 순금속의 판재를 이용하였다.

GTA 용접은 DC 타입 용접기(최대용접전류 350A)를 사용하였으며, 비드 온 플레이트(bead on plate)로 실시하였다. 용접조건은 용접전류 : 110A, 용접속도 : 0.32m/min, 텅스텐 전극경 : 2.5mm, 전극선단각 : 100°, Arc length 1.5mm, 보호가스 Ar (15l/min)이었다.

용접부의 결정립 크기는 광학현미경을 이용하여 측정하였다. 용접부 단면을 사포 및 연마제를 사용하여 연마하고, 나이탈(Nital) 용액으로 전해에칭한 후 관찰하였다. 용접부의 경도 분포는 마이크로비커스 경도기를 이용하였고, 하중 200g, 유지시간 10s으로 하여 0.2mm간격으로 측정하였다.

산화물 및 석출물 입자의 분포를 측정하는 방법은 1㎛이상의 크기에 대해서는 EPMA에서 경면연마한 시험편을 5000배 10시야에서 상기 산화물 및 석출물을 형성하는 원소를 맵핑하여 그 개수 및 크기를 측정하고, 점유율을 산출하였다. 또한 1㎛미만의 산화물 및 석출물 입자에 관해서는 레프리카를 메쉬에 뜨고, 투과형 전자현미경을 이용하여 10000~100000의 10시야에서 분석을 실시하였다.

용접부의 DBTT특성은 시험온도는 -60~ 100℃의 범위에서 1/4Sub-size (1.5㎜t×10㎜w×55㎜l) 시험편에 대하여 샤르피 충격시험(Charpy impact test)을 적용하여 조사하였다. 공식시험은 Ø15 디스크 시편을 사포 #600으로 연마한 후, 부동태 피막형성을 위해 공기 중에 5시간 이상 방치한 후 용액은 NaCl 3.5% 800㎖을 이용하였다.

표 3는 시험용재 5종에 대하여 용접부의 충격특성을 평가한 결과이다. 발명예인 실시예 3내지 5는 실시예 1내지 2의 무첨가재 및 Ca 단독 첨가재에 비해 Ca, Zr을 복합첨가한 경우 용접부의 결정립 크기와 경도가 감소하고, 용접부의 DBTT 특성 및 충격에너지 편차도 개선되었다. 특히 Ca, Zr을 복합첨가한 경우에는 C와 N함량이 180ppm 수준에서도 용접부의 저온 충격특성을 확보할 수 있기 때문에 정련공정의 조업시간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

용접성 평가결과

	용접부 결정립크기 (㎛)	용접부 경도 (Hv)	DBTT (℃)	충격에너지편차 (J, -20℃)
1	535	169	-10	6.06
2	250	167	-25	6.0
3	238	155	-35	3.26
4	238	147	-35	2.6
5	236	144	-40	2.1

상술한 바와 같이, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은 Ca, Zr을 복합첨가에 의해 용접부의 응고결정립을 미세화하여 용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

질량%로, C : 0.01%이하, N : 0.01%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, Cr : 10.0~20.0%, Al : 0.15%이하, Ca : 0.0005~0.002%, Zr : 0.002~0.01%, Ti : 0.01 ~ 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며,

Ca-Zr-Ti계 산화물을 포함하는 Ca-Zr계 산화물 및 Ti계 석출물을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
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제 1 항에 있어서, 상기 스테인리스강은 용접이 적용되는 경우에 용접부의 결정립이 300㎛이하, 용접부의 경도가 155Hv이하인 것을 특징으로 하는 용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
전기로에서 스테인리스 용탕을 제조하는 단계, 상기 제조된 스테인리스 용탕을 정련하는 단계, 상기 정련된 용탕을 연속주조하는 단계, 상기 주조된 강괴를 압연하는 단계, 상기 압연된 압연재를 소둔하는 단계로 제조되어,

질량%로, C : 0.01%이하, N : 0.01%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 1.0%이하, Cr : 10.0~20.0%, Al : 0.15%이하, Ca : 0.0005~0.002%, Zr : 0.002~0.01%, Ti : 0.01 ~ 0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 스테인리스강이고,

상기 정련 단계는 산소를 0.01%이하로 제어한 다음에 용탕에 Zr을 투입한 후 Ca을 장입함으로써 Ca-Zr-Ti계 산화물을 포함하는 Ca-Zr계 산화물 및 Ti계 석출물을 형성하는 단계를 포함하는 용접부의 가공성 및 강재의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 스테인리스강은 용접이 적용되는 경우에 용접부의 결정립이 300㎛이하, 용접부의 경도가 155Hv이하인 것을 특징으로 하는 용접부의 가공성이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.