KR101204063B1

KR101204063B1 - 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR101204063B1
Application number: KR1020100021513A
Authority: KR
Inventors: 신이치 데라오카; ?지 사카모토
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2012-11-23
Also published as: JP5335502B2; CN101838772A; KR20100105396A; CN101838772B; JP2010215995A

Abstract

본 발명은 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 저렴하게 제공하는 것으로, 질량%로, C: 0.03 내지 0.25%, Si:0.25 내지 0.60%, Mn: 2.0% 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.01% 이하, Cr: 11.0 내지 15.5%, Ni: 0.60% 이하, Cu: 0.80% 이하, Sn: 0.03 내지 0.15%, V: 0.10% 이하, Al: 0.03% 이하, N: 0.01 내지 0.08%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 조성을 가지고, 또한 Sn과 N의 범위가 아래 (A) 식을 만족하는 동시에, 담금질 또는 담금질 템퍼링에 의하여 경도가 300 내지 600HV인 것을 특징으로 하는 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 강.
MCI=0.0016-(0.65Sn-0.059)²+(N-0.050)²≥0. (A)
다만, Sn, N은 질량%

Description

내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스강 {MARTENSITIC STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE}

본 발명은 담금질 후 또는 담금질 템퍼링 후의 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스강에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 양식기 나이프나 직기(織機) 부품, 공구, 이륜 디스크 브레이크 등의 제조에 사용되고, 소정의 경도를 갖는 경우에 있어서, 우수한 내식성을 가지는 마르텐사이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

마르텐사이트계 스테인리스강의 일반적인 용도와, 사용되고 있는 강종(JIS 규격)을 간단하게 정리하면, 양식기 나이프(테이블 나이프)나 가위, 직기 부품, 캘리퍼스 등의 공구에는 SUS420J1, SUS420J2 강이 일반적으로 사용되고, 또한 높은 경도가 필요하게 되는 양식 식도나 과도 등에는 SUS440A 강이 사용되고 있다. 또한, 이륜 디스크 브레이크이나 철근 등의 구조 부재에는 SUS410 강이 일반적으로 사용된다. 그 이유는 이와 같은 용도에 있어서는 방청을 위하여 도금이나 도장, 방청유의 사용이 곤란하다는 점과, 마모에 강하고, 높은 경도가 필요하기 때문이다. 이들 마르텐사이트계 스테인리스강의 규격은 C량에 따라서 규정되고 있는데, SUS410은 C:0.15% 이하, Cr:11.5 내지 13.5%, SUS420J1은 C:0.16 내지 0.25%, Cr:12 내지 14%, SUS420J2는 C: 0.26 내지 0.40%, Cr:12 내지 14%, SUS440A는 C:0.60 내지 0.75%, Cr:16 내지 18%로 구분되고 있다. C량이 높을수록 높은 담금질 경도가 얻어지는 반면, 제조성이나 담금질 후의 인성이 저하하기 때문에 SUS410계는 담금질된 상태로 사용되고, SUS420계는 담금질 후에 템퍼링을 실시하여 인성을 개선하는 것이 일반적이다.

이들 스테인리스강의 내식성에 대하여는 일반적으로 성분으로 정리되는 Cr, Mo, N의 첨가에 의하여 향상되는 것으로 알려져 있다. 각 원소의 효과에 대하여 많은 검토가 이루어져 있고, 마르텐사이트계 스테인리스강에 있어서도 내공식성 지수 PRE=Cr+3.3Mo+16N으로 정리할 수 있는데, 이 값이 클수록 내식성이 향상된다고 보고되어 있다. 또한, 이 강은 담금질 후에 연마하여 사용되는 경우가 있기 때문에, Al 등의 함유량을 낮추고, 대형 개재물의 생성을 피하여 연마성을 향상시키는 것도 필요하다.

이러한 지견을 특허 문헌으로 설명한다. 먼저 일본 공개 특허 공보 평5-287456호는 Cr: 12 내지 16%, Mo: 1.3 내지 3.5%, N: 0.06 내지 0.13%를 함유하는 내수성(耐銹性)이 우수한 고강도 마르텐사이트계 스테인리스강 선재에 대하여 기재되어 있다.

질소는 내식성의 향상에 유효한 이외에, 오스테나이트 영역을 넓히는데 유효하고 저렴한 원소이지만, 용해 주조시에 고용 한도를 넘는 질소가 기포를 발생시켜 건전한 강괴가 얻어지지 않는 것이 문제가 된다. 질소의 고용 한도는 강의 성분 조성이나 분위기의 기압에 따라서 변화한다. 성분으로서는 Cr, C량의 영향이 크고, SUS420J1, SUS420J2 등의 마르텐사이트계 스테인리스 강을 대기압 하에서 주조한 경우, 질소의 용해량은 약0.1% 정도라고 일반적으로 보고되어 있다. 일본 공개 특허 공보 2005-163176호에 있어서도 핀 홀 결함이 없는 마르텐사이트계 스테인리스강으로서 N:0.06 내지 0.10%로 하는 것이 기재되어 있다.

더 높은 내청성을 얻기 위한 시도로서, 대기압을 넘는 고압력 하에서 주조하는 기술도 개발되어 있다. 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 2005-248263호에서는 가압 가능한 용해로에서 용해 주조한 N: 0.40% 내지 0.80%, Cr: 13.0% 내지20.0%, Mo: 0.2% 내지 4.0%를 함유하는 마르텐사이트계 스테인리스강에 대하여 기재되어 있다.

이와 같이, 내청성과 제조성을 양립시킨 마르텐사이트계 스테인리스강은 어러가지가 제안되어 있다.

그러나, 본 발명자들의 검토에 따르면, 먼저 언급한 일본 공개 특허 공보 평5-287456호에 있어서 내수성을 향상시키는 Mo은 고가 원소인 동시에, 오스테나이트 단상 온도 영역, 즉 담금질 가열 온도 범위를 좁히기 때문에, 담금질성을 저해하는 것이 문제였다. 또한, 다량의 합금 원소를 첨가함으로써 담금질 후에 잔류 오스테나이트가 발생하고, 서브제로 처리가 필요하게 되는 경우가 있었다. 또한 템퍼링 연화 저항이 높아지기 때문에, 제조 공정에서 템퍼링에 필요한 열처리 시간이 장시간 필요하게 되어 생산성의 저하도 문제였다.

또한, 일본 공개 특허 공보 2005-163176호에 기재된 방법, 즉, 핀 홀 결함을 발생시키지 않고, 내식성을 향상시키기 위하여 질소를 0.06% 내지 0.10% 첨가하는 기술은 일본 공개 특허 공보 평5-287456호에서도 마찬가지로 이루어지고 있었지만, 질소 첨가에 따라 내식성이 향상되는 반면, 고용 질소량이 담금질 경도에 크게 영향을 미치기 때문에 질소량을 엄밀하게 제어할 필요가 있고, 제조에 손이 많이 가는 문제도 있었다. 또한 고용 질소에 따른 내식성의 향상은 0.1% N 첨가에서도 Cr량으로 환산하면 1.6%의 효과밖에 없기 때문에, 내식성의 향상 수단으로는 충분하지 않았다.

또한, 일본 공개 특허 공보 2005-248263호에 기재된 방법에서는 주조 분위기를 가압하기 위하여 전용 설비가 필요하게 되는 이외에, 대량 생산이 적합하지 않은 것이 문제였다.

일반적으로 스테인리스강의 내식성은 그 성분 조성으로 정리되고, PRE=Cr+3.3Mo+16N이라는 지표로 정리되며, 이 수치가 높을수록 내식성이 높다. 이 때의 내식성이라 함은 중성의 염화물 수용액 환경에서의 내식성을 말하는 것으로, 평가 방법으로서, 예를 들면 JIS G0577에 규정된 스테인리스 강의 공식 전위 측정 방법이나, JIS Z2371에 규정된 염수 분무 시험 방법 등을 들 수 있다. 그러나, 화학 식품 플랜트나 온수기 등의 저수조, 해변 환경에서 사용되는 용도 이외에, 즉, 일상적인 옥내 환경에 있어서, 고농도의 염화물 수용액에 노출될 가능성은 극히 적고, 양식기 나이프로서 SUS420J1 강이 사용되고 있는 바와 같이, 13% 정도의 Cr량으로 충분한 내식성이 얻어진다. 또한 이륜 디스크 브레이크에서는 12%Cr으로 충분한 내식성이 얻어진다.

그러나, 이들 마르텐사이트계 스테인리스 강은 극간(隙間) 부식에 약한데, 예를 들면 이륜 디스크 브레이크용의 SUS410계 강종은 단면 도장부와 모재의 극간을 기점으로 한 부식이 일어나기 쉽다. 또한 SUS420J1이나 SUS420J2 강의 공구나 나이프 등에 있어서도 물품끼리의 접촉부나 조립 구조에 의하여 발생한 간극부에 있어서 부식이 발생하는 것이 문제였다.

본 발명은 이와 같은 현상을 감안하여, 극간 구조를 형성한 경우에도 내식성이 좋은 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 저렴하게 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 마르텐사이트계 스테인리스강의 내식성에 미치는 성분 조성의 영향에 대하여 조사를 실시하고, 미량의 Sn 첨가가 마르텐사이트계 스테인리스강의 내식성을 크게 향상시키는 것을 밝혀내었다. 이 Sn에 의한 내식성 향상은 담금질 경도가 비커스 경도로 300 내지 600의 범위에 있어서 현저하게 나타나는 것으로, 양호한 방청성을 얻으려면 담금질 또는 담금질 템퍼링 후의 경도를 제어하는 것이 상당히 중요하다는 지견을 얻은 것이다. 그 요지로 하는 바는 다음과 같다.

질량%로 C: 0.03 내지 0.25%, Si: 0.25 내지 0.60%, Mn: 0.42 내지 2.0%, P: 0.018 내지 0.035%, S: 0.003 내지 0.010%, Cr: 11.0 내지 15.5%, Ni: 0.01 내지 0.60%, Cu: 0.01 내지 0.80%, Mo: 0% 초과 내지 0.05%, Sn: 0.03 내지 0.15%, V: 0.01 내지 0.10%, Al: 0.002 내지 0.03%, N: 0.01 내지 0.08%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 조성을 가지고, 또한 Sn과 N의 범위가 마르텐사이트의 내식성 지수 MCI를 나타내는 아래 (A)식을 만족하는 동시에, 담금질 경도가 비커스 경도로 300 내지 600HV인 것을 특징으로 하는 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 강.

MCI=0.0016-(0.65Sn-0.059)²+(N-0.050)²≥0. (A)

다만, Sn, N은 질량%

마르텐사이트계 스테인리스 강에 0.03 내지 0.15%의 Sn을 첨가하고, 담금질, 또는 담금질 템퍼링 후의 경도를 비커스 경도로 300 내지 600HV로 제어함으로써, 고가의 Mo를 적극적으로 첨가하지 않고, 또한 가압 주조 등의 특수 주조 설비를 필요로 하지 않는 대기압 하에서 제조 가능한 레벨의 질소량으로 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스강을 저렴하게 제공하는 것이 가능하게 되었다.

도 1은 경도와 Sn 첨가가 내식성에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 마르텐사이트계 스테인리스 강의 내식성의 향상 방법을 여러가지로 검토하던 중에 특정의 마르텐사이트계 스테인리스강에 있어서는 미량의 Sn 첨가가 유효하다는 것을 밝혀내었다. 즉, Sn은 적량의 질소와 공존함으로써 부동태 피막을 강화하여 내식성을 향상시키는 작용이 있다. 이 때의 Sn의 효과는 0.03% 이상에서 나타나지만, 0.15% 이상 첨가하여도 내식성을 더욱 향상시키는 효과는 인정되지 않는다는 지견을 얻었다. 일반적으로 PRE가 Cr+3.3Mo+16N으로서 나타내는 바와 같이, Cr, Mo, N 등의 내식성에 유효한 원소는 첨가량과 함께 내식성이 향상되는 것과는 대조적이었다.

또한, 비커스 경도로 300 내지 600HV로 한 때의 Sn 첨가에 의한 내식성 향상 효과가 처음으로 얻어지는 것으로, 담금질 또는 담금질 템퍼링한 상태에서 사용하는 것을 전제로 한다. Sn에 의한 내식성 향상 효과가 특정 경도에 있어서 발휘되는 기구에 대하여는 명확하지 않지만 재료의 전위 밀도의 영향이라고 추측된다. 담금질, 담금질 템퍼링한 재료는 마르텐사이트 조직이 되었고, 높은 전위 밀도를 가지고 있다. 이 상태에서 부식 환경에 노출된 때에 Sn이 부동태 피막을 강화하여, 내식성을 향상시킨 것으로 생각된다. 마르텐사이트의 전위 밀도를 추량하는 간편한 지표로서, 비커스 경도를 사용하고 그 최적 범위를 300 내지 600HV로 한 것이다. 최적 범위의 경도에 있어서만 Sn을 포함하는 안정적인 부동태 피막이 형성되어, 내식성을 향상시키는 것으로 생각된다. 경도의 측정 방법은 로크웰 경도를 선택하더라도 비커스 경도에 상당하는 로크웰 경도이면 동일한 결과가 얻어진다.

이상의 지견에 기초한 본 발명은 당해 용도에 있어서 마르텐사이트계 스테인리스 강으로서의 최적 성분 밸런스를 밝혀낸 것이다. 각 성분 조성의 한정 이유를 이하에 설명한다. 또한, 이하의 설명 중에서 각 원소의 함유량을 나타내는 "%"는, 특히 달리 규정하지 않는 한, "질량%"를 나타낸다.

<C: 0.03 내지 0.25%>

C는 담금질 경도를 지배하는 원소이고, 비커스 경도로 300HV 이상을 안정적으로 얻기 위하여 0.03% 이상 필요하다. 한편, 과도하게 첨가하면 담금질 경도가 필요 이상으로 올라가서 연마 시에 부하가 증가하는 이외에, 인성도 저하된다. 또한 미고용 탄화물에 의하여 내식성을 저해하는 문제도 생기기 때문에, 0.25% 이하로 한다.

<Si: 0.25 내지 0.60%>

Si은 용해 정련시에 있어서 탈산을 위하여 필요한 이외에 담금질 열처리 시에 산화 스케일 생성을 억제하는 데에도 유효하기 때문에 0.25% 이상으로 한다. 다만, Si은 오스테나이트 단상 온도 영역을 좁게 하여 담금질 안정성을 저해하기 때문에 0.60% 이하로 한다.

<Mn: 0.42 내지 2.0%>

Mn은 오스테나이트 안정화 원소이지만, 담금질 열처리 시에 산화 스케일 생성을 촉진하고, 그 후의 연마 부하를 증가시키기 때문에, 2.0%를 상한으로 한다. Mn의 하한은 0.42%이다.

<P: 0.018 내지 0.035%>

P은 원료인 용선이나 페로크롬 등의 함금 중에 불순물로서 포함되는 원소이다. 열연 소둔판이나 담금질 후의 인성에 대하여 유해한 원소이기 때문에 0.035% 이하로 한다. P의 하한은 0.018%이다.

<S: 0.003 내지 0.010%>

S은 오스테나이트상에 대한 고용량이 작고, 입계에 편석한 열간 가공성의 저하를 촉진하는 원소이며, 0.010%를 넘으면 그 영향이 현저하게 되기 때문에 0.010% 이하로 한다. S의 하한은 0.003%이다.

<Cr: 11.0 내지 15.5%>

Cr은 마르텐사이트계 스테인리스강의 주요 용도에 있어서 필요한 내식성을 유지하기 위하여, 적어도 11% 이상 필요하다. 한편, 담금질 후의 잔류 오스테나이트 생성을 방지하기 위하여, 15.5%를 상한으로 한다. 이들 특성을 보다 효과적으로 하려면 Cr의 범위를 좋기로는 12 내지 14%로 한다.

<Ni: 0.01 내지 0.60%>

Ni은 Mn과 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이다. 담금질 가열시에 C, N, Mn 등은 탈탄, 탈질이나 산화에 의하여 표층부로부터 감소하여 표층부에 페라이트를 생성하는 경우가 있지만, Ni은 내산화성이 높기 때문에, 표층으로부터 감소하는 것이 없고, 오스테나이트상의 안정화에 매우 유효하다. 또한, 담금질 후의 인성을 향상시키는 효과도 있다. 그러나, 고가의 원소이기 때문에 0.60% 이하로 한다. Ni의 하한은 0.01% 이다.

<Cu: 0.01 내지 0.80%>

Cu는 용제 시에 스크랩으로부터의 혼입 등 불가피하게 함유되는 경우가 많고, 또한 오스테나이트 안정도를 높이기 위하여 의도적으로 첨가되는 경우도 있다. 다만, 과도한 함유는 열간 가공성이나 내식성을 저하시키기 때문에, 0.80% 이하로 한다. Cu의 하한은 0.01%이다.

<V: 0.01 내지 0.10%>

V은 합금 원료인 페로크롬 등으로부터 불가피하게 혼입되는 경우가 많지만, 오스테나이트 단상 온도 영역을 좁히는 작용이 강하기 때문에 0.10% 이하로 한다. V의 하한은 0.01%이다.

<Mo: 0% 초과 내지 0.05%>

Mo은 내식성 향상에 유효한 원소이며, 0%를 초과하여 첨가하지만 담금질 가열 온도 범위를 좁게 하고, 담금질 후의 잔류 오스테나이트 형성을 촉진하는 외에, 담금질 연화 저항을 높여 제조성을 악화시키기 때문에 그 상한을 0.05%로 한다.

<Al: 0.002 내지 0.03%>

Al은 탈산을 위하여 유효한 원소이지만 슬러그의 염기도를 높이고, 강 중에 가용성 개재물 CaS를 석출시켜, 내식성을 저하시키는 경우가 있다. 또한, 알루미나계의 비금속 개재물에 의한 연마성의 저하도 일으키기 때문에, 0.03%를 상한으로 한다. Al의 하한은 0.002%이다.

<N: 0.01% 내지 0.08%>

N는 C와 마찬가지로 담금질 경도를 높이는 효과를 가진다. 또한, C와 상이한 효과로서 내식성을 다음의 두 가지 점에서 향상시킨다. 하나는 부동태 피막을 강화시키는 작용이고, 또 하나는 Cr 탄화물의 석출 억제(Cr 결핍층의 억제)이다. 이들 효과를 얻으려면 N는 0.01% 이상으로 한다. 다만, 과잉의 첨가는 Cr 탄화물의 석출량을 극단적으로 저하시키고, 내마모성을 저해하는 외에 제조성을 저해하기 때문에 0.08% 이하로 한다.

<Sn: 0.03% 내지 0.15%>

Sn에는 고전위 밀도를 가진 마르텐사이트계 스테인리스 강의 내식성을 향상시키는 작용이 있다. 이 작용을 얻기 위하여 0.03% 이상의 첨가가 필요하다. 다만, 첨가량이 0.15%를 넘으면 내식성이 저하된다. 또한, 담금질 가열 시에 표면 산화가 불균일하게 되어, 연마성을 악화시키기 때문에, 0.15% 이하로 한다.

또한 Sn과 N의 밸런스로서 PRE로 나타낼 수 없는 마르텐사이트의 내식성 지수 MCI를 나타내는 아래 (A)식을 만족하는 범위로 한다.

MCI=0.0016-(0.65Sn-0.059)²+(N-0.050)²≥0. (A)

다만, Sn, N은 질량%

<경도: 300 내지 600HV>

본 발명 강의 내식성은 담금질 또는 담금질 템퍼링 시의 경도가 비커스 경도로 300 이상의 경우에 있어서만 발현되는 것이기 때문에, 비커스 경도의 하한을 300 이상으로 한다. 그러나, 경도가 너무 높으면 인성이 저하되는 이외에도 내식성도 저하되는 경우가 있기 때문에 상한을 600 이하로 하였다.

본 발명의 포인트인 경도와 Sn 첨가량이 강의 내식성에 미치는 영향을 도 1에 나타내었다. 본 도면은 SUH409계, SUS410계, SUS420J1계, SUS420J2계의 각 강종에 Sn을 첨가하고, 담금질 경도(HV)와 Sn량이 내식성에 미치는 영향을 조사한 것이다. 내식성 평가는 JIS G 0577의 공식 전위 측정 방법에 따른 공식 전위로 평가하고, Sn 무첨가 시와 비교하여 0.05V 이상의 향상 효과가 있는 영역(도 1의 사각으로 둘러싼 영역으로 향상 효과: 0.05V 이상(○), 0.05V 미만(●)으로 하였다)을 나타내었지만, 경도가 300 내지 600HV 이상에 있어서, 또한, Sn이 0.03 내지 0.15%인 범위에 있어서 내식성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 특히, Sn: 0.05 내지 0.12%일 때, 경도가 350 내지 500HV인 영역(사선의 범위)에서는 내식성의 향상 효과가 80% 이상의 확률로 확인되는 바람직한 범위이다. 또한, 도 1의 사선부는 ○이 보이지 않게 되어 있지만, ○의 양호한 범위인 것은 말할 필요도 없다.

본 발명 강의 제조에 있어서는 마르텐사이트계 스테인레스 강을 용해하는 통상의 방법에 의하여 본 발명에 규정하는 성분 조성을 가진 강을 용제하고, 주조하여 강편으로 하면 좋다. 강편은 가열 압연하여 소요되는 형상으로 할 수 있다. 예를 들면 열연 강판으로 하는 경우에는, 열간 압연 시의 가열 온도를 1140 내지 1240℃로 하고, 강대의 권취 온도를 700 내지 840℃로 하며, 열연판 소둔을 배치식 소둔로로 700 내지 900℃에서 4시간 이상 실시하는 것이 바람직하다.

즉, 열연 시의 가열 온도가 1240℃보다 높아지면, γ단상으로부터 γ+δ의 2상 영역으로 된다. δ상에는 Cr, Si 등이 농화하고, C, N, Ni 등이 부편석(負偏析)하여, 담금질 시의 γ 단상화를 저해하고, 담금질성을 저해한다. 역으로 1140℃ 미만이 되면, 응고 편석을 해소하기 위한 확산 시간으로서 균열 시간이 2 시간 이상 필요하게 되어, 열연의 생산성을 크게 저해하기 때문에 좋지 않다.

또한, 열연후, 강대의 권취 시에는 권취 온도를 700 내지 840℃로 하는 것이 좋다. 700℃ 미만에서 권취하면 코일의 최냉부와 최열부의 조직 차가 커지고, 열연판 소둔을 실시한 후에도 조직 차가 해소되지 않아, 재질의 코일 내 변동을 초래하기 때문에 좋지 않다. 권취 온도를 700℃ 이상으로 함으로써, 코일을 냉각할 때에 탄화물의 석출 조대화가 진행되어 연질화된다. 또한, 840℃를 넘으면 표면에 두꺼운 산화 스케일이 형성되어, 탈탄상(脫炭相)의 형성에 따른 내식성 저하나 담금질 후의 연마성 불량 등의 문제를 일으키기 때문에 바람직하지 않다.

다음으로, 열연판의 소둔 조건은 담금질 전의 가공성을 좋게 하기 위하여 연질화시킬 필요가 있다. 그러기 위해서는 연속 소둔로에서는 충분한 연질화를 위한 소둔 시간이 확보될 수 없기 때문에, 배치식 소둔로로 700 내지 900℃의 온도 영역에 4시간 이상 유지하는 열처리가 바람직하다. 소둔 온도가 700℃ 미만이나 900℃를 초과하면 연질화가 불충분하게 된다. 즉, 900℃ 초과에서 장시간 소둔을 실시하면, 페라이트와 오스테나이트의 2상 조직이 되고, 성분 분배가 진행되어 재질이 불균일하게 될 뿐만 아니라, 분위기 가스의 영향에 의하여 표층의 질화나 탈탄에 의하여 표층 조직의 불균일이나 재질 변화가 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 4시간 미만에서는 코일 내의 온도 불균일에 기인하는 코일내 재질 변동이 발생한다.

담금질 열처리 시에는 950 내지 1100℃의 온도 영역에서 2초 내지 10분 보정하고, 담금질하는 것이 좋다. 가열 온도가 950℃ 이하에서는 탄질화물의 용체화가 불충분하여, 목적으로 하는 담금질 경도를 얻을 수 없다. 950℃ 이상으로 함으로써, 탄질화물의 용체화가 가능하게 되고, 오스테나이트를 주체로 하는 조직이 얻어진다. 또한, 가열 온도가 너무 높으면 오스테나이트 모상에 델타페라이트가 석출되어, 내식성이나 담금질성을 저해하기 때문에, 1100℃ 이하로 하는 것이 좋다.

이 때의 가열 시간에 대하여도, 용체화가 진행되려면 2초 이상이 필요하다. 2초 미만에서는 고용 C, N이 적어서 충분한 경도가 얻어지지 않는다. 한편, 10분 이상으로 하면 표면 산화가 커지고, 표층의 탈탄에 의한 담금질 후의 내식성, 경도의 저하를 발생시키기 때문에 좋지 않다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 조성값(질량%)를 가진 강을, 진공 용해로로 용해한 후, 대기압의 불활성 가스 분위기 하에서 주조하고, 100 mm 두께의 50 kg 강괴로 하였다. 강괴는 담금질이 되어 있어 가공이 곤란하기 때문에, 850℃에서 4시간 열처리 후에 로냉함으로써 템퍼링하였다. 강괴 표층의 탕주름을 연삭 제거한 후, 1220℃로 가열하고, 1시간 보정한 후, 판 두께 6 mm까지 열간 압연하고, 700℃에서 권취하였다. 이어서 850℃에서 4시간 열처리한 후, 로냉함으로써 템퍼링하였다. 이어서, 질소 분위기에서 열처리 노 중에서 1050℃, 10분간 유지한 후 꺼내어 오일 담금질하였다. 얻은 담금질한 강판을 공시재로 하여 아래의 방법으로 담금질 경도와 내식성을 평가하였다.

<경도>

판 두께 방향의 단면에 있어서, JIS Z2244에 규정하는 비커스 경도 시험에 기초하여, 시험력 49N(HV5, 하중 5 kg)으로 측정하였다.

<내식성>

담금질 후의 시료 표면을 프라이스반으로 연삭하여 평탄화한 후, 샌드 페이퍼를 사용하여 600번 연마 마무리하였다. JIS G 0577에 규정된 공식 전위 측정 시험을 실시하지 않는 Vc'100을 측정하고, Sn 첨가에 의한 Vc'100의 개선 효과가 0.05V 이상 인정된 경우를 내식성 양호라고 평가하였다. Sn 무첨가 시의 Vc'100은 발명자들의 아래 경험식 (B)를 기초로 산출하였다.

Vc'100= 0.0375×(Cr+3.3Mo+16N)-0.4375 ...(B)

다만, Cr, Mo, N은 질량%

표 1에 나타내는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 강은 담금질, 또는 담금질 템퍼링 후의 경도가 300 내지 600HV이고, Sn 첨가에 따라 무첨가에 비하여 높은 내식성을 나타내고 있다. 이에 대하여, 본 발명 범위를 벗어나는 성분 조성에서는 내식성이 불충분하거나, 기타 특성(담금질성, 원료 코스트, 열간 가공성, 연마성)이 떨어지는 것이고, 제조성, 품질, 코스트 면에서 불합격인 것이었다.

본 발명에 따르면, Mo과 같은 고가의 원소를 사용하지 않고, 고경도 그리고 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 강을 저렴하게 그리고 생산성이 우수하게 제조하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명은 양식기 나이프나 스테인리스 식도, 공구, 이륜 디스크 브레이크용 스테인리스강 제조 코스트, 품질을 대폭적으로 개선하는 데 기여하는 것이다.

※ 내식성의 평가는 JIS G 0577에 규정된 스테인리스강의 공식 전위 측정 방법으로 측정한 Vc'100이 Sn 첨가에 의하여 어느 정도 변화하였는가를 ΔE로서 나타내었다. Sn 첨가에 의하여 Vc'100이 높아진 경우에는 ΔE가 양의 숫자를 나타낸다. ΔE≥0.05를 내식성 양호로 하였다.

이 때, Sn 무첨가시의 Vc' 100는 다음 경험식(B)을 사용하였다.

Vc'100=0.0375×(Cr+3.3Mo+16N)-0.4375 ....(B)

다만, Cr, Mo, N은 질량

Claims

질량%로,
C: 0.03 내지 0.25%,
Si:0.25 내지 0.60%,
Mn: 0.42 내지 2.0%,
P: 0.018 내지 0.035%,
S: 0.003 내지 0.010%,
Cr: 11.0 내지 15.5%,
Ni: 0.01 내지 0.60%,
Cu: 0.01 내지 0.80%,
Mo: 0% 초과 내지 0.05%,
Sn: 0.03 내지 0.15%,
V: 0.01 내지 0.10%,
Al: 0.002 내지 0.03%,
N: 0.01 내지 0.08%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 조성을 가지고, 또한 Sn과 N의 범위가 마르텐사이트의 내식성 지수 MCI를 나타내는 아래 (A) 식을 만족하는 동시에, 담금질 경도가 비커스 경도로 300 내지 600HV인 것을 특징으로 하는 내식성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 강.
MCI=0.0016-(0.65Sn-0.059)²+(N-0.050)²≥0. (A)
다만, Sn, N은 질량%