KR101323041B1 - Austenitic Stainless Steel for Gas Nitriding and gas nitriding method of the same - Google Patents
Austenitic Stainless Steel for Gas Nitriding and gas nitriding method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101323041B1 KR101323041B1 KR1020090128101A KR20090128101A KR101323041B1 KR 101323041 B1 KR101323041 B1 KR 101323041B1 KR 1020090128101 A KR1020090128101 A KR 1020090128101A KR 20090128101 A KR20090128101 A KR 20090128101A KR 101323041 B1 KR101323041 B1 KR 101323041B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nitriding
- stainless steel
- less
- gas
- phase
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
- C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/001—Austenite
Abstract
본 발명은 상평형 계산을 통하여 AISI 304 스테인리스강에 미량의 Mo를 첨가 한 결과 Cr의 활동도가 증가하고 고온 질소고용도가 증가한다는 사실을 발견하고, 이에 기초한 합금 디자인을 통하여, 부식저항성이 우수하고 저온 암모니아가스 질화 능(nitriding ability)과 고온 질소가스 고용질화 능이 매우 우수한 AISI 304계열의 새로운 가스질화용 오스테나이트계 스테인리스 강과 표면경도가 우수하고 내식성이 우수한 질화층을 제조하는 발명강의 저온 및 고온 가스질화법을 제공한다. The present invention finds that the activity of Cr and the high temperature nitrogen utilization increase as a result of adding a small amount of Mo to AISI 304 stainless steel through phase equilibrium calculation, and excellent corrosion resistance through the alloy design based on this The low temperature and high temperature of the AISI 304 series austenitic stainless steel for gas-nitriding and the nitriding layer with excellent surface hardness and excellent corrosion resistance are excellent in nitriding ability of low temperature ammonia gas and high temperature nitrogen gas. Provide a gas nitriding method.
본 질화용 발명 강의 조성은 중량%로 C : 0초과 0.08이하, Cr : 18~20, Ni : 8~10, Si : 0초과 1.0이하, Mn : 1~2, P : 0초과 0.045이하, S : 0초과 0.030이하, N : 0초과 0.10이하, Mo : 0.1~3.0 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.The composition of the invention steel for nitriding is% by weight C: greater than 0 and less than 0.08, Cr: 18 and 20, Ni: 8 and 10, Si: greater than 0 and less than 1.0, Mn: 1-2 and P: greater than 0 and less than 0.045, S : More than 0 and less than 0.030, N: more than 0 and less than 0.10, Mo: 0.1 to 3.0 and the balance are composed of Fe and other unavoidable impurities.
저온가스질화, 고온고용질화, 오스테나이트, 스테인리스강, Mo개량 Low Temperature Gas Nitriding, High Temperature Solid Nitriding, Austenitic, Stainless Steel, Mo
Description
본 발명은 가스질화용 오스테나이트 스테인리스강 및 그 오스테나이트 스테인리스강의 가스질화방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 AISI 304 스테인리스강의 상평형과 질화거동에 미치는 Mo의 첨가의 영향을 밝혀 미량의 Mo첨가가 Cr의 활동도를 증가시켜 강의 질화능을 증대시키므로 저온 암모니아가스 질화 능(nitriding ability)과 고온 질소가스 질화능이 매우 우수한 AISI 304계열의 새로운 가스질화용 오스테나이트계 스테인리스 강 및 그 스테인리스강의 가스질화방법을 제공한다. The present invention relates to a gas nitriding method of austenitic stainless steel for gas nitriding and its austenitic stainless steel, and more particularly, the effect of the addition of Mo on the phase equilibrium and nitriding behavior of the
일반적으로 가스질화 기술은 1923년 A. Fry에 의해 처음으로 제안된 표면경화 기술로서, Al이나 Cr을 함유하는 질화강을 약 500oC의 온도에서 가열하고 암모니아가스 분위기하에서 10 - 100 시간 동안 가열 유지함으로써 강의 표면에 매우 단단한 질화상으로 이루어진 표면질화층을 형성하는 기술이다. 이와 같은 가스질화 기술은 침탄경화기술이나 고주파경화기술과는 달리 암모니아가스 분위기에서 500oC근방으로 가열하여 암모니아가스의 열분해로부터 얻어지는 활성화 N원자를 강재표면에 침투시켜 표면질화층을 형성하여 표면경화를 달성하는 것을 특징으로하는 것이다. In general, the gas nitriding technique is a surface hardening technique first proposed by A. Fry in 1923, and heats Al or Cr-containing nitride at a temperature of about 500 o C and keeps it heated for 10-100 hours in an ammonia gas atmosphere. This is a technology for forming a surface nitride layer consisting of a very hard nitride image on the surface of the steel. Unlike carburizing and high-frequency curing, this gas nitriding technology is heated to around 500 o C in an ammonia gas atmosphere to penetrate the activated N atoms obtained from pyrolysis of ammonia gas into the steel surface to form a surface nitriding layer, thereby surface hardening. To achieve.
그리고 이와 같은 가스질화기술은 강재의 미세조직의 변화에 의해 경화가 되는 것이 아니므로 질화처리후 급냉등의 후속열처리가 필요하지 않게 된다. 또한 가스질화처리는 질화온도가 500 - 600oC범위에서 시행되어 다른 표면경화법과 달리 페라이트상에서 이루어지므로 질화처리후 치수변화가 없고 최외각층에는 잔류응력이 압축응력으로 작용한다. 따라서 내마모성이 우수하면서 동시에 내피로성이 우수하고 내식성도 비교적 양호하여 산업계에서 광범위하게 이용되고 있다. In addition, since the gas nitriding technology is not hardened by the change of the microstructure of the steel, subsequent heat treatment such as quenching after nitriding is not required. In addition, since the nitriding treatment is carried out in the nitriding temperature range of 500-600 o C, unlike other surface hardening methods, it is made on ferrite, so there is no dimensional change after nitriding treatment and residual stress acts as compressive stress on the outermost layer. Therefore, it is excellent in wear resistance and at the same time excellent in fatigue resistance and corrosion resistance is relatively widely used in the industry.
한편, 가스질화법은 다음과 같은 강재표면에서 일어나는 암모니아의 분해에 의해 발생하는 활성화 N를 강재의 표면에 확산에의해 침투시킴으로 표면질화층을 형성하게된다. (NH3=N+3H)표면 질화층의 구성을 보면 최외각 표면층에는 질화상 중의 하나인 육방정계 결정구조를 갖는 Fe2N의 표면층이 형성되고 그다음으로는 면심입방정계구조를 갖는 Fe4N이 형성되며 그 다음으로는 표면경화의 주요원인인 확산층이 형성되게 된다. 그리고 이 확산층은 AlN나 CrN등의 질화상의 석출물등이 페라이트 기지에 미세하게 분산되어 있는 조직을 나타낸다. 이 확산층은 미세한 석출물이 페라이트 기지내에 균일하게 분산되어 있어서 전위의 이동을 어렵게 함으로 높은 내마모성과 경도를 나타내게 된다. On the other hand, the gas nitriding method forms a surface nitriding layer by infiltrating activated N generated by the decomposition of ammonia occurring on the steel surface as follows by diffusion. In the structure of the (NH 3 = N + 3H) surface nitride layer, the outermost surface layer is formed with a surface layer of Fe 2 N having a hexagonal crystal structure, which is one of the nitride images, followed by Fe 4 N having a face-centered cubic structure. This is followed by the formation of the diffusion layer, which is the main cause of surface hardening. The diffusion layer shows a structure in which precipitates of nitrides such as AlN and CrN are finely dispersed in the ferrite matrix. In this diffusion layer, fine precipitates are uniformly dispersed in the ferrite matrix, thereby making it difficult to transfer dislocations, thereby exhibiting high wear resistance and hardness.
한편 암모니아 가스를 이용한 AISI 304와 같은 스테인리스 강의 가스질화에 관한 연구결과를 보면 500~600oC사이에서 질화속도가 가속화된다는 사실이 잘 알려져있다. 그 이유는 질화중에 Cr2N과 CrN과 같은 Cr질화상이 형성되기 때문으로 알려져있다. 그러나 이들 Cr질화상이 형성되면 오스테나이트 기지 내에 Cr 결핍이 발생하게 되고 그 결과 부동태 피막의 치밀도가 감소하여 내식성이 감소하게 된다. On the other hand, studies on the gas nitriding of stainless steels such as
따라서, 본 발명의 목적은 상평형 계산을 통하여 암모니아 가스질화 특히 S상을 이용하는 저온 암모니아가스 질화능(nitriding ability)이 매우 우수한 AISI 304 계열의 새로운 질화용 오스테나이트계 스테인리스 강 그 가스질화방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a new nitriding austenitic stainless steel gas nitridation method of AISI 304 series, which has very good nitriding ability of ammonia gas, especially S phase, using ammonia gas nitriding through phase equilibrium calculation. It is.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상평형 계산을 통하여 N2가스 (혹은 N2와 H2혼합가스)를 이용하는 고온 고용질화 질화능(nitriding ability)이 매우 우수한 AISI 304 스테인리스강 계열의 새로운 질화용 오스테나이트계 스테인리스 강 및 그 가스질화방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is a new nitriding for the AISI 304 stainless steel series having excellent high temperature solid solution nitriding ability using N 2 gas (or N 2 and H 2 mixed gas) through phase equilibrium calculation It is to provide an austenitic stainless steel and a gas nitriding method thereof.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 먼저 중량%로 C : 0초과 0.08이하, Si : 0초과 1.0이하, Mn : 1~2, P : 0초과 0.01이하, S : 0초과 0.03이하, N : 0초과 0.10이하, Cr : 18~20, Ni : 8~10, Mo : 0.1~3.0 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 가스 질화용 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention firstly contains C: more than 0 and less than 0.08, Si: more than 0 and less than 1.0, Mn: 1 and 2, P: more than 0 and less than 0.01, S: more than 0, less than 0.03, and N: 0. Less than 0.10 or less, Cr: 18 to 20, Ni: 8 to 10, Mo: 0.1 to 3.0 and the balance provide austenitic stainless steel for gas nitriding composed of Fe and other unavoidable impurities.
또한, 본 발명에서 Mo는 중량%로 0.5~2.5인 것이 바람직하다. In the present invention, Mo is preferably 0.5 to 2.5 by weight.
또한, 본 발명에서 상기의 조성으로 이루어진 오스테나이트계 스테인리스강을 300~450oC이하의 저온영역에서 질화 가스에 의한 질화처리를 통하여 저온 S상(expanded austenite)을 표면에 형성하여 표면을 경화하는 오스테나이트계 스테 인리스강의 가스질화방법을 제공한다. In addition, in the present invention, the austenitic stainless steel having the composition described above forms a low temperature S phase (expanded austenite) on the surface through nitriding with nitriding gas in a low temperature region of 300 to 450 ° C. or less to cure the surface. Provided is a method of gas nitriding austenitic stainless steel.
또한, 본 발명에서 상기 질화 가스는 암모니아 또는 암모니아와 수소의 혼합가스이다.In the present invention, the nitriding gas is ammonia or a mixed gas of ammonia and hydrogen.
또한, 본 발명에서 상기의 조성으로 이루어진 오스테나이트계 스테인리스강을 900~1200oC이상의 고온에서 질화 가스에 의한 질화처리를 통하여 질소를 고용하여 표면을 경화하는 오스테나이트계 스테인리스강의 가스질화방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of gas nitriding austenitic stainless steel to harden the surface of the austenitic stainless steel made of the above composition through the nitriding treatment with nitriding gas at a high temperature of 900 ~ 1200 ° C or more. do.
또한, 본 발명에서 고온영역에서의 질화가스는 질소 또는 질소와 수소의 혼합가스이다. In the present invention, the nitriding gas in the high temperature region is nitrogen or a mixed gas of nitrogen and hydrogen.
본 발명에서는 종래의 AISI 304 스테인리스강에 Mo를 소량 첨가하여 Cr의 활동도 증가로 인하여 종래의 AISI 304 스테인리스 강에 비해 상온 내식성이 우수하였으며 특별히 가스질화(저온 암모니아가스 질화 및 고온 질소가스 질화)처리 효과가 우수한 효과를 얻는다. 즉, 본 발명 강을 암모니아 가스 질화처리한 경우, Cr활동도의 증가와 결정립미세화 효과로 특히 저온 상인 S상의 형성이 촉진되어, 본 발명 강은 매우 우수한 저온 암모니아 가스 질화능을 보여주었다. In the present invention, by adding a small amount of Mo to the
또한, 질소가스(혹은 질소와 수소 혼합가스)를 이용한 고온 고용질화 처리를 한 경우에도, Cr의 활동도 증가와 고온 오스테나이트상 안정화 등의 효과로, 본 발명 강의 경우 AISI 304 스테인리스 강에 비해 월등히 우수한 고온 고용 질화능을 보여주었다. 그 결과 표면경도가 현저히 증가하였으며 부식저항 역시 현저히 증가 한 결과를 얻을 수 있다.In addition, even in the case of high temperature solid solution nitriding treatment using nitrogen gas (or nitrogen and hydrogen mixed gas), due to the effect of increasing the activity of Cr and stabilization of high temperature austenite, the steel of the present invention is superior to AISI 304 stainless steel. Showed excellent high temperature solid solution nitriding ability. As a result, the surface hardness was significantly increased and the corrosion resistance was also significantly increased.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
먼저 오스테나이트계 AISI 304 스테인레스강은 연성, 인성, 고온강도, 및 특히 내식성이 우수하여 정유산업의 압력용기, 열교환기류 및 배관류의 내식재료나 고온재료로 광범위하게 사용되고있는 대표적인 오스테나이트계 스테인레스 강이다. 그러나 AISI304 스테인레스 강은 높은 마찰계수와 낮은 내마모성 그리고 내식성의 한계로 인하여 그 활용이 제한되어왔다. 이와 같은 문제를 해결하여 AISI 304 스테인레스강의 활용도를 높이고자하는 노력이 계속적으로 모색되어왔으며, 그 중의 한 방법으로 암모니아가스를 이용한 가스 질화기술이 전통적으로 꾸준히 연구되어왔다.First, austenitic AISI 304 stainless steel is a representative austenitic stainless steel widely used as a corrosion resistant material or a high temperature material for pressure vessels, heat exchangers, and piping in the oil refining industry because of its excellent ductility, toughness, high temperature strength, and especially corrosion resistance. to be. However, AISI304 stainless steels have been limited in their application due to their high coefficient of friction, low wear and corrosion resistance. Efforts to improve the utilization of AISI 304 stainless steels by solving such problems have been continually sought. As one of the methods, gas nitriding technology using ammonia gas has traditionally been steadily studied.
암모니아가스를 이용한 가스질화 기술은 450~600℃ 사이에서 AISI 304스테인레스강의 표면반응으로 암모니아가스를 분해하고 이로부터 얻어지는 활성화 질소가스를 강재표면에 침투시킴으로 표면 질화층을 형성하여 표면 경화를 달성함과 아울러 내식성의 향상을 도모하고자 하는 것이다. 특히 이러한 온도범위는 질화속도가 상당히 빠르다는 장점이 있어서 질화공정에 매우 유리한 온도조건으로 알려져 있다. 그러나 이때의 문제는 질화중에 Cr2N과 CrN과 같은 Cr질화상이 형성된다는 사실이다. 이들 Cr질화상이 형성되면, 내마모성은 우수하나, 오스테나이트 기지 내에 Cr 결핍이 발생하게 되고 그 결과 부동태 피막의 치밀도가 감소하여 내식성이 감소 하게 된다.Gas nitriding technology using ammonia gas decomposes ammonia gas by surface reaction of
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 450℃이하에서 실시하는 저온암모니아가스 질화기술이 연구되고 있다. 저온 암모니아가스 질화기술이란 Cr질화물의 형성속도가 450℃ 이하의 저온에서는 매우 느리다는 사실을 이용하여 암모니아가스 질화를 저온에서 수행함으로 Cr질화물의 형성을 배제하고 S상이라고 불리는 저온상을 형성하고자 하는 것이다. 저온상인 S상은 질소원자가 오스테나이트상에 과포화되어 형성되는 상으로 팽창된-오스테나이트상 (expanded austenite) 이라고도 불리워지는 상으로 Cr의 분포에 영향을 미치지 않으면서 격자의 팽창으로 해서 오스테나이트 기지를 강화하는 역할을 하게된다. 따라서 저온 암모니아 가스 질화법은 양호한 내식성을 유지하면서도 우수한 피로강도와 내마모성을 보이는 표면질화층을 얻을 수 있는 방법이다.In order to improve such a problem, low temperature ammonia gas nitriding technology conducted at 450 ° C. or less has been studied. The low temperature ammonia gas nitriding technology uses the fact that the formation rate of Cr nitride is very slow at a low temperature below 450 ° C, so that ammonia gas nitriding is carried out at low temperature, thereby eliminating the formation of Cr nitride and forming a low temperature phase called S phase. will be. The S phase, which is a low temperature phase, is a phase formed by the supersaturation of nitrogen atoms in the austenite phase, also called the expanded austenite phase, which strengthens the austenite matrix by expanding the lattice without affecting the distribution of Cr. To play a role. Therefore, low temperature ammonia gas nitriding is a method of obtaining a surface nitride layer showing excellent fatigue strength and wear resistance while maintaining good corrosion resistance.
그러나 이와 같은 저온 가스 질화법은 450oC이하의 저온에서 가스 질화를 수행하는 만큼, 종래의 AISI 304 강에서는 질화가 극히 느리게 진행하여 S상으로 이루어진 질화층을 충분히 얻기가 어렵다는 단점이 있어왔다. 그래서 이 기술은 이온질화와 같이 질화포텐셜이 높은 질화 기술에서 주로 개발되어왔으며 암모니아가스를 사용하는 통상의 가스 질화 기술에서는 그 적용에 어려움이 있어왔다. However, since the low temperature gas nitriding method performs gas nitriding at a low temperature of less than 450 ° C., in the
이에 본 발명의 목적중의 하나는 저온에서 S상의 형성 능력이 우수한 AISI304 계열의 새로운 질화용 강을 개발하여 암모니아가스를 이용한 저온 질화기술을 제공하고자 하였다. 본 발명의 또 다른 더욱 중요한 목적은 동일한 질화용강 의 개발을 통하여 질소가스 (혹은 질소+수소 혼합가스)를 이용한 고온 고용질화 속도를 현저히 향상하여 인라인 질화(in-line nitriding)에 활용이 가능한 고용질화 기술을 제공하고자 하였다.Therefore, one of the objectives of the present invention was to develop a new nitriding steel of AISI304 series having excellent ability to form S phase at low temperature, and to provide a low temperature nitriding technology using ammonia gas. Another more important object of the present invention is the solid solution nitriding that can be utilized for in-line nitriding by remarkably improving the high temperature solid solution nitriding rate using nitrogen gas (or nitrogen + hydrogen mixed gas) through the development of the same molten steel. An attempt was made to provide a technology.
한편, 본 발명에서는 위와 같은 저온 가스 질화에 추가하여 1,000oC이상의, 바람직하기로는 1,000oC~1200oC의 고온에서 N2가스(혹은 N2와 H2의 혼합가스)와 오스테나이트의 평형반응을 이용하여 질소원자를 오스테나이트 상에 고용하여 표면을 강화함과 동시에 내식성을 향상하고자 하는 방법이다. 최근 원료가격의 급등과 세계적인 설비증강에 따라 범용 스테인리스강의 수익성이 하락하고 판매경쟁이 심화되고 있는 상황하에서 이와 같은 고온 고용 질화 기술은 고부가가치 스테인리스 제품개발을 통한 신규시장 및 용도 창출에 더욱 적합하며 그 필요성이 점차적으로 증가하고 있다.On the other hand, in the present invention, in addition to the above-mentioned low temperature gas nitriding, the equilibrium of N 2 gas (or a mixed gas of N 2 and H 2 ) and austenite at a high temperature of 1,000 o C or more, preferably 1,000 o C to 1200 o C It is a method to solidify the surface by enhancing the nitrogen atom on the austenite by using the reaction to improve the corrosion resistance. With the recent sharp rise in raw material prices and global capacity expansion, the profitability of general-purpose stainless steels has been falling and sales competition has intensified. Such high temperature employment nitriding technology is more suitable for the creation of new markets and applications through the development of high value-added stainless steel products. The need is gradually increasing.
특히 고온 고용질화 기술은 고온에서 수행되는 만큼 질화(nitriding) 공정을 스테인리스 판재의 인-라인(in-line) 제조공정에 접목할 수 있는 장점이 있고, 그에 따라 고부가가치의 창출과 아울러 제조원가 절감을 동시에 추구할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같은 인-라인 질화공정은 고용질화가 고온에서 수분이내에 이루어져야 하기 때문에, 이러한 목적을 실현하기 위해서는 어떻게 하면 고용질화 속도를 증가시킬 수 있는지가 해결해야 할 중요한 문제가 되고 있다. 이에 본 발명에서는 상평형 계산을 통하여 N2가스 (혹은 N2와 H2혼합가스)를 이용하는 고온 고용질화 질 화능(nitriding ability)이 매우 우수한 AISI 304 스테인리스강 계열의 새로운 질화용 오스테나이트계 스테인리스 강을 제공할 수 있다.In particular, the high temperature solid solution nitriding technology has the advantage of combining the nitriding process with the in-line manufacturing process of stainless steel plate as it is performed at high temperature, thereby creating high added value and reducing manufacturing cost. The advantage is that you can pursue it at the same time. Since the in-line nitriding process has to be carried out within a few minutes at high temperature, solute nitriding has become an important problem to be solved in order to increase the rate of solid solution nitriding. Therefore, in the present invention, a new nitriding austenitic stainless steel based on
다음은 본 발명의 모재성분에 관하여 상세히 설명하고자 한다. 본 발명에서는 Mo를 첨가한 AISI 304 계열 스테인리스 강에 관한 상태도 계산을 통한 상평형을 연구한 결과, 다음과 같은 사실을 알 수 있었다. 첫째 미량의 Mo를 AISI 304 계열 스테인리스 강에 첨가한 결과 Cr의 활동도가 현저히 증가하였다. 둘째 미량의 Mo를 첨가한 결과 고온 고용 질화시에 질소원자의 고용도가 증가하였다. 셋째 첨가하는 Mo함량을 조절하여 오스테나이트상의 결정립크기를 미세화할 수 있다. Next will be described in detail with respect to the base material component of the present invention. In the present invention, as a result of studying the phase equilibrium through the state diagram calculation for the
이와같은 상평형 계산 결과를 기초로하여, 종래의 AISI 304 스테인리스강을 모상으로 하고 여기에 소정의 Mo를 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 새로운 가스질화용 오스테나이트계 스테인리스 합금을 개발하였다. 본 발명의 모재성분에 관한 성분한정이유를 더욱 상세히 살펴보기로 한다.On the basis of the results of such phase equilibrium calculations, a new austenitic stainless steel alloy for gas nitridation has been developed, characterized in that it is prepared by adding a predetermined Mo to a
본 발명에 관한 오스테나이트계 스테인리스강은 먼저 중량%로 C : 0초과 0.08이하, Si : 0초과 1.0이하, Mn : 1~2, P : 0초과 0.045이하, S : 0초과 0.03이하, N : 0초과 0.1이하, Cr : 18~20, Ni : 8~10, Mo : 0.1~3.0 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. The austenitic stainless steel according to the present invention is first in weight% C: greater than 0 and less than 0.08, Si: greater than 0 and less than 1.0, Mn: 1-2, P: greater than 0 and less than 0.045, S: greater than 0 and less than 0.03, N: Above 0 and below 0.1, Cr: 18 ~ 20, Ni: 8 ~ 10, Mo: 0.1 ~ 3.0 and the balance consists of Fe and other unavoidable impurities.
본 발명에서 C는 오스테나이트 안정화원소로 작용하며 강의 경화능과 강도 증가에 이여한다. 아울러 제한된 범위내에서 오스테나이트에서의 질소 고용도를증가시키는역할을한다. 함량이 0.08wt.%이상인 경우에는 소둔처리시 크롬 탄화물을 형성하여 크롬예민화를 촉진하여 내식성 저하가 우려되므로, C 함량을 0은 초과하 되 0.08% 이하로 제한 하는 것이 바람직하다. In the present invention, C acts as an austenite stabilizing element and contributes to increasing the hardenability and strength of the steel. It also plays a role in increasing nitrogen solubility in austenite to a limited extent. If the content is more than 0.08wt.%, The chromium carbide is formed during annealing to promote chromium sensitization, thereby reducing the corrosion resistance. Therefore, the C content is preferably more than 0 but limited to 0.08% or less.
Si은 고온 내산화성에 유리하지만, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 열간 가공성을 저하하고, 특히 Si 개재물 증가에 의한 개재물성 선상 결함 생성이 우려되므로 상기 Si의 함량은 0은 초과하되 1.0% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.Si is advantageous for high temperature oxidation resistance, but when the addition amount is too high, the hot workability is lowered, and in particular, since the inclusion of linear inclusion defects due to the increase of Si inclusions is concerned, the content of Si is more than 0 but limited to 1.0% or less. It is desirable to.
Mn은 오스테나이트 안정화 원소로 강의 경화능을 촉진한다. 특히 오스테나이트에서의 질소 고용드를 증가시키는 원소로, 그 함량이 1.0% 이하에서는 그효과가 작고, 첨가량이 많은 경우 고온 내산화성이 저하하므로 그 첨가량은 2% 이하로 제한 하는 것이 바람직하다. Mn is an austenite stabilizing element that promotes hardenability of steel. In particular, it is an element that increases the nitrogen solute in austenite, and its content is small at 1.0% or less, and when the amount is large, the high temperature oxidation resistance is lowered. Therefore, the addition amount is preferably limited to 2% or less.
P는 응고시 입계에 편석하여 열간 가공성을 저해하며 고온 취성의 원인이 되므로 그 함량은 0은 초과하되 0.045% 이하로 제한 하는 것이 바람직하다.P segregates at grain boundaries during solidification, inhibits hot workability, and causes high temperature brittleness. Therefore, the content of P is preferably greater than 0 but limited to 0.045% or less.
S은 열간 가공성을 저해하는 원소로, 응고시 오스테나이트 입계에 편석하여 열간 압연시 선상 결함 발생 원인이 되므로, 그 함량은 0은 초과하되 0.030% 이하로 제한 하는 것이 바람직하다. S is an element that inhibits hot workability, and segregation at the austenite grain boundary during solidification causes linear defects during hot rolling. Therefore, the content thereof is more than 0 but preferably limited to 0.030% or less.
N은 고용되어 있는 경우 재료의 항복강도를 탄소의 2배로 상승 시키는 효과가 있어 소재의 냉간 가공성 즉 성형성을 저해하고, 성형 후 발생하는 시효균열을 조장하는 원소다. 또 과다하게 포함되는 경우 응고시 CrN등의 정출물을 형성하여 내식성을 저해할 수 있으므로 그 함량이 0은 초과하되 0.1% 이하로 제한 함이 바람직하다. N is an element that increases the yield strength of the material to twice the carbon when it is solid solution, and thus inhibits the cold workability, that is, the formability of the material, and promotes the age crack generated after molding. In addition, if excessively included, crystallization such as CrN may be formed during solidification, which may inhibit corrosion resistance. Therefore, the content thereof is more than 0 but preferably limited to 0.1% or less.
Cr은 우수한 내식성을 나타내기위한 필수원소이며 우수한 경화능을 갖게한다. 함량이 18%이하에서는 충분한 내식성을 나타낼수없고 함량이 20%이상에서는 델 타페라이트상의 형성이 조장되어 안정한 오스테나이트 상을 얻기 어려워진다. Cr is an essential element for showing excellent corrosion resistance and has excellent hardenability. If the content is less than 18%, it may not exhibit sufficient corrosion resistance. If the content is more than 20%, formation of the delta ferrite phase is encouraged, making it difficult to obtain a stable austenite phase.
Ni은 상온에서 오스테나이트상을 안정하게하기위한 필수원소이며 우수한 경화능을 갖게한다. 함량이 8wt.이하 에서는 상온에서 오스테나이트 안정화가 어렵고, 10 wt.%이상에서는 카본의 용해도를 감소하여 크롬탄화물 석출을 조장함으로 크롬예민화를 촉진할 수 있다. 한편 니켈은 질소의 오스테나이트 고용도를감소하는역할을하는원소이다. 따라서 10 wt.%이상의 Ni함유는 고용질화 효과에 악영향을 미치게된다. Ni is an essential element for stabilizing the austenite phase at room temperature and has excellent hardenability. It is difficult to stabilize austenite at room temperature below 8 wt., And to promote chromium sensitization by reducing the solubility of carbon at 10 wt. Nickel, on the other hand, is an element that reduces the austenite solubility of nitrogen. Therefore, Ni content of more than 10 wt.% Adversely affects the solute nitride effect.
Mo는 본 발명강에서 종래의 AISI 304강과 구분하는 중요한 원소로서 소둔온도에서 텔타페라이트형성을 통하여 미세한 결정립을 갖게하며 Cr의 활동도를 높혀주므로 저온 암모니아가스질화는 물론 고온 질소가스 고용질화에서도 질화속도를 현저히 증가시키는 역할을 한다. 동시에 피팅(pitting) 포텐셜을 향상하는등 AISI 304 스테인레스강의 내식성을 현저히 향상하는 역할을 한다. 함량이 0.1%이하에서는 그 효과가 미미하고, 3.0%이상에서는 텔타페라이트의 분율이 증가하여 내식성과 기계적 성질에 악영향을 미친다. 따라서 그 범위는 0.1% 이상으로 하되 3.0%이하로 억제한다. Mo is an important element that distinguishes it from the
한편, 보다 바람직한 최적의 Mo함량 조건은 다음과 같다. (도 3참조) 즉, Mo의 함량이 약 0.5wt%, 더욱 바람직하게는 0.65 wt% 이하에서는 균질화 온도인 약 1150oC기준에서 오스테나이트 단상영역에 위치하므로 결정립 미세화 효과를 기대하기 어렵다. 반면에 Mo의 함량이 약 2.5 wt% , 보다 바람직하게는 2.2 wt%이상에서 는 고온에서 오스테나이트 단상영역 (M23C6존재 무시)이 존재하지 않으므로 고온 텔타페라이트상이 저온까지 존재할 수 있고 이로부터 시그마상의 형성가능성이 높아진다. 따라서 본 발명의 최적의 Mo조성은 0.5 wt% ≤Mo ≤ 2.5 wt%로 한다. 그러나 평형계산 데이타 베이스의 부정확성과 확산등 속도론적인 불확실성을 고려하여 본 발명에서 발견한 Mo첨가 효과의 조성범위를 0.1 wt% ≤Mo ≤ 3.0 wt%로 확대 적용하는 것으로 한다. On the other hand, more preferable optimum Mo content conditions are as follows. That is, when the Mo content is about 0.5 wt%, more preferably 0.65 wt% or less, it is difficult to expect a grain refining effect because it is located in the austenite single phase region at about 1150 ° C., the homogenization temperature. On the other hand, if the Mo content is about 2.5 wt%, more preferably 2.2 wt% or more, there is no austenite single phase region (ignoring the presence of M 23 C 6 ) at high temperature, so that the high temperature teltaferrite phase may exist up to low temperature. The possibility of forming a sigma image increases. Therefore, the optimum Mo composition of the present invention is 0.5 wt% ≦ Mo ≦ 2.5 wt%. However, in consideration of the inaccuracy of the equilibrium calculation database and the kinetic uncertainties such as diffusion, the composition range of the Mo addition effect found in the present invention will be extended to 0.1 wt% ≦ Mo ≦ 3.0 wt%.
도 1은 일반적인 AISI 304 스테인리스 강과 1.5 wt% Mo를 첨가하여 조성을 개량한 본 발명에 관한 상태도 계산 결과를 보여준다. 좌측 상태도는 일반적인 AISI 304 스테인리스강인 Fe18Cr8Ni에 관한 상태도이고, 우측은 본 발명에 관한 Fe18Cr8Ni1.5Mn에 관한 상태도이다. 양 상태도에서 알 수 있는 바와 같이, 두 강종의 상태도 형태가 유사함을 알 수 있다. 다만 Mo를 1.5wt% 첨가한 본 발명강의 경우 Mo가 없는 종래의 강종에 비하여 상태도가 마치 Cr함량이 작은 쪽 (1.5 - 2.0 wt%만큼)으로 단순 평행 이동한 듯한 형태를 보여주고 있다. 즉, Mo를 미량 포함한 Fe-Ni-Cr-Mo 4원계 합금의 상평형은 마치 Fe-Ni-Cr 3원계 합금에서 모상의 Cr조성이 첨가한 Mo의 양만큼 증가한 경우같이 (개략적으로는) 취급할 수 있다는 것이다. 이 결과로부터, Mo를 미량 첨가한 경우에 있어서 Mo의 역할은, 마치 Mo가 Cr의 활동도를 그 만큼 증가시키는 역할을 하는 것으로 해석할 수 있다.1 shows a state diagram calculation result of the present invention improved composition by adding a
도 2는 Fe18Cr8Ni1Mn-xN 시스템에 대한 Mo첨가 효과를 계산한 결과를 도시하고 있다. Mo를 미량 첨가한 경우 첫째 고온 페라이트상 (텔타상) 과 오스테나이트 상의 2상 영역이 상대적으로 확대되었다. 둘째 오스테나이트/(오스테나이트 + Cr2N)의 경계가 N이 높은 쪽으로 이동하였다. 둘째 결과는 Mo를 첨가하면 오스테나이트에서의 질소의 고용도가 증가한다는 사실을 보여주는 것이다. 이와 같이 Mo 함유강에서 오스테나이트상의 질소 고용도가 증가하게 되는 이유는 앞에서 지적한 바와 같이 Mo가 Cr의 활동도를 높이는 역할을 하기 때문으로 판단된다. Cr은 오스트나이트상에서의 질소 고용도를높이는원소중가장강력한효과를미치는원소로알려져있다. 그러나 Mo을 0.1wt%이하로 미량 첨가하면 도 1과 2에서 발생하는 효과가 미미하고 Mo의 함량이 3.0wt%이상이 되면 고온상인 델타-페라이트 상으로부터 시그마상이 쉽게 형성되어 스테인리스 강의 부식 성질과 기계적 성질에 악 영향을 미치게 된다.Figure 2 shows the results of calculating the Mo addition effect on the Fe18Cr8Ni1Mn-xN system. When a small amount of Mo was added, the first two phase regions of the hot ferrite phase (telta phase) and the austenite phase were relatively enlarged. Second, the boundary of austenite / (austenite + Cr 2 N) moved to higher N. The second result shows that the addition of Mo increases the solubility of nitrogen in austenite. As described above, the reason why the solubility of nitrogen in the austenite phase in the Mo-containing steel is increased is because Mo plays a role of increasing Cr activity. Cr is known to have the strongest effect of increasing nitrogen solubility in austenite. However, when the amount of Mo is less than 0.1wt%, the effects occurring in FIGS. 1 and 2 are insignificant, and when the Mo content is more than 3.0wt%, the sigma phase is easily formed from the delta-ferrite phase, which is a high temperature phase, and the corrosion properties and mechanical properties of the stainless steel. Will adversely affect the nature.
도 3에 관한 Fe18Cr8Ni1Mn-xMo 상태도 계산결과는 이러한 사실을 잘 보여준다. 통상적으로 행하여지는 균질화 온도 1150oC를 기준으로 할 때, Mo를 함유하지 않는 종래의 AISI 304 스테인리스 강은 균질화 온도에서 오스테나이트 단상영역에 존재한다. 이에 비해 Mo (1.5wt.%)를 소량 함유한 Mo개량-AISI 304 스테인리스 강은 균질화 온도에서 고온상인 델타-페라이트와 오스테나이트 2상 영역에 존재하게 된다.Fe18Cr8Ni1Mn-xMo state diagram calculation results in Figure 3 shows this well.
이러한 사실은 도 4의 광학현미경 조직 사진도를 통하여 알 수 있다. 도 4는 균질화 처리한 시편의 델타-페라이트 분포를 보여주는 조직사진도로서 종래의 AISI 304 스테인리스강과 본 발명강을 동시에 보여주고 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 AISI 304강은 오스테나이트 단상으로 존재하는 반면에 본 발명에 관한 스테인리스강은 상당한 량의 텔타-페라이트상이 오스테나이트 기지에 분산되어 있다는 사실을 관찰할 수 있다. 도 3에 도시된 상태도를 통하여 이를 계산하면, 본 발명강의 경우 균질화 온도에서 몰분율로 10%의 텔타 페라이트상이 오스테나이트 기지에 존재할 수 있다. 온도가 감소하면 델타-페라이트 상은 서서히 감소하여 1060oC이하에서는 사라지고, 그 이하 온도에서는 오스테나이트 단상 조직을 갖게 된다. 더욱 온도가 감소하면 카바이드상이나 시그마상 그리고 페라이트상이 존재하는 것으로 평형계산에서는 예측되고 있으나, 통상의 냉각조건에서는 속도론적인 이유로 이들 평형상들의 형성이 극히 제한되는 것으로 알려져 있다. This can be seen through the optical microscope tissue photograph of FIG. 4. FIG. 4 is a texture photograph showing the delta-ferrite distribution of the homogenized specimen, showing both the
한편 본 발명은 특히 이와 같이 균질화온도에서 존재하는 소량의 텔타-페라이트가 균질화 처리시에 그리고 열간가공시에 발생하는 결정립 조대화를방지함으로써오스테나이트결정립조직을현저히미세화하는역할을한다는사실을새로이발견한데기초하였다.On the other hand, the present invention finds a new fact that a small amount of telta-ferrite present at such a homogenization temperature plays a role of remarkably minimizing austenite grain structure by preventing grain coarsening occurring during homogenization and during hot working. It was based together.
이러한 사실은 도 5에 나타난 광학현미경 조직사진도로부터 확인할 수 있다. 동일한 균질화처리 조건에서 본 발명 강의 스테인리스 강인 경우 결정립 크기가 종래의 AISI 304 스테인리스 강의 1/2이하로 급격히 감소하였음을 관찰할 수 있다. 결정립이 미세화하면 강의 기계적성질이 우수해질 뿐아니라, 결정립계 면적이 급격히 증가함으로, 질화속도가 크게 향상 할 것으로 예측된다. 이러한 효과는 고온질화 보다는 저온질화에서 더욱 두드러지리라 예상되는데, 그 것은 저온에서는 일반적으로 입계를 통한 확산의 역할이 더욱 중요해지기 때문이다. This fact can be confirmed from the optical microscope histogram shown in FIG. 5. In the case of the stainless steel of the present invention under the same homogenization conditions, it can be observed that the grain size was drastically reduced to less than 1/2 of the
보통 스테인리스 강은 기계적 성질 보다는 부식 성질이 더욱 중요한 기준이 된다. 본 발명 강에 대한 부식저항을 알아보기 위하여 3.5%NaCl 부식용액에서 양극분극곡선을 측정하고 이를 종래의 AISI 304 스테인리스강의 분극 곡선과 비교하였다. 도 6은 양 강종의 양극분극곡선의 측정결과를 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명 강에서 오히려 부식 포텐셜이 높은 경향을 보이고 부동태 전류밀도가 감소하였으며 특히 피팅(pitting) 포텐셜이 현저히 증가함으로, 본 발명강의 부식저항이 AISI304보다 오히려 우수함을 알 수 있었다. 이와 같은 사실로부터 Mo첨가 강에서 상온에서 존재할 수 있는 소량의 텔타-페라이트 상은 스테인리스 강의 부식저항에 큰 영향을 미치지 않는 다는 사실을 알 수 있었다. In general, stainless steel is a criterion more important than the mechanical properties. In order to investigate the corrosion resistance of the present invention, the anode polarization curve in the 3.5% NaCl corrosion solution was measured and compared with the polarization curve of the
이와 같이 본 발명합금의 부식저항이 AISI 304 스테인리스 강에 비해 오히려 증가한 이유는, 앞서 도 1의 상평형 계산 결과에서 보여 주었듯이 Mo가 Cr의 활동도를 증가시키는 역할을 함으로써, Cr부동태 피막의 치밀도가 증가하였기 때문으로 판단된다. 이와 같이 Mo첨가가 Cr의 활동도를 증진한다는 사실은 암모니아 가스질화 시험에서도 확인되었는데, Mo를 첨가한 결과, Cr2N또는 CrN의 형성이 저온에서 조장되는 경향이 있다는 사실을 확인할 수 있었다.The reason why the corrosion resistance of the alloy of the present invention is increased compared to that of
다음은 이와 같이 본 발명에서 개발한 질화용 오스테나이트계 스테인리스강의 질화포텐셜을 알아보기위하여 가스 질화 시험을 실시하였고, 그 결과를 다음에 설명하기로 한다. 가스 질화 시험은 다음의 3가지 시험으로 첫째는 암모니아가스를 이용하는 통상의 질화 시험 (질화온도: 500oC근처), 둘째는 암모니아가스를 이용한 저온 질화 시험 (질화온도: 450oC이하), 그리고 셋째는 N2(N2+H2)가스를 이용하는 고온 고용 질화 시험(질화온도: 1100oC근처)을 각각 실시하였다. 각각의 경우 질화 효과를 비교하기 위하여 비교강으로 종래의 AISI 304 스테인리스 강을 사용하였다. 본 실시예에 사용한 본 발명강과 AISI 304 스테인리스 강의 대표적인 조성은 다음 표와 같다.Next, a gas nitriding test was conducted to find the nitriding potential of the austenitic stainless steel for nitriding developed in the present invention. The results will be described below. The gas nitriding test consists of the following three tests: first, a general nitriding test using ammonia gas (near nitriding temperature: near 500 o C), second, a low temperature nitriding test using ammonia gas (nitriding temperature: below 450 o C), and Third, high temperature solid solution nitriding tests (nitriding temperature: around 1100 ° C.) using N 2 (N 2 + H 2 ) gas were carried out, respectively. In each case,
실시예Example 1: One:
도 7은 흐르는 암모니아 분위기(1,000 ml/min) 에서 530oC, 20시간동안 AISI 304 스테인리스 강과 본 발명 강을 가스 질화 처리한 결과를 보여준다. 두 강 모두 50 μm이상의 질화층이 형성되었음을 관찰할 수 있다. 두 강의 질화층을 비교할 때, 본 발명 강에서 질화층의 두께가 현저히 증가하였음을 알 수 있다. 단면 깊이 변화에 따른 경도 변화 측정 결과를 보면, 두 강 모두 표면으로부터 특정한 깊이까지 질화 상으로 구성된, 높고 일정한 경도를 보이는 질화층이 형성되었음을 알 수 있다. 질화층의 두께를 비교하면, AISI 304 스테인리스 강인 경우 70 μm 정도인 반면에 본 발명 강에서는 100 μm정도로, 질화층의 두께가 본 발명 강에서 약 1/2배 증가하였음을 알 수 있다. X-선 회절시험결과, 질화층은 주로 Fe4N(Fe3N)과 Cr2N및 CrN의 질화 상으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 이외에도 강한 산화물 피크 (Fe2O3)가 관찰되는 것으로 보아 최외각 표면에는 상당한 량의 산화물이 형성되었음을 알 수 있다. 7 shows the results of gas nitriding the
실시예Example 2 : 2 :
도 8은 저온 질화온도 (450C)에서, 6시간동안 AISI 304 스테인리스 강과 본 발명 강을 흐르는 암모니아 가스분위기 (100 ml/min)로 가스 질화 처리한 결과를 보여준다. 질화온도가 저온임에도 불구하고 어느 정도 가스질화가 진행하였음을 알 수 있다. 특히 본 발명 강에서는 저온임에도 불구하고 상당한 깊이까지 질화층이 형성되고 있다. 단면 깊이 변화에 따른 경도변화 측정결과를 보면, 실시예 1과 달리 표면에 경도가 일정한 영역이 관찰되지 않는다. 아울러 특히 AISI 304 스테인리스 강인 경우 표면경도값이 현저히 작고 그 깊이도 얕게 형성되었음을 알 수 있다. 반면에 본 발명 합금 인 경우, 역시 경도가 일정한 표면질화층은 발견되지 않는다. 그러나 표면 경도값은 AISI 304에 비해 월등히 높고 그 깊이도 2배 이상 깊이 형성되었음을 알 수 있다. x-선 회절시험 결과 이때 형성되는 질화층은, 실시예 1과 다리, 질화상이 아니고 저온상인 S상임을 알 수 있었다. 이로부터 본 발명 합금강인 경우 질화상 뿐만 아니라 저온 상인 S상의 형성도 현저히 촉진하는 효과가 있다는 사실을 알 수 있다. 이는 역시 본 발명합금에 포함된 Mo가 Cr의 활동도를 높이고 그에 따라 암모니아가스의 열분해로 형성되는 활성화 질소원자의 침투를 활성화하기 때문으로 판단된다. 이때 온도가 저온이므로 Cr의 이동이 어려워 Cr질화상의 형성은 억제되고 질소원자의 침투로 인해 질소가 과포화된 팽창된 오스테나이트 상만이 형성되는 것으로 판단된다. 다만, 본 발명에서 300oC보다 낮은 온도에서의 가스 질화 처리는 오히려 저온상이 S상의 형성이 어렵고 따라서 질화층의 형성에 문제가 될 수 있으므로 300oC이상은 유지하도록 한다.FIG. 8 shows the results of gas nitriding with an ammonia gas atmosphere (100 ml / min) flowing through
실시예Example 3: 3:
도 9는 질소와 수소 혼합가스 분위기 하에서 (N2100ml/min+H2300ml/min)1075oC,3시간 동안 고온 고용질화 처리한 결과를 보여준다. 질화처리후 단면 조직사진을 관찰하면 두 강 모두 질화층이 형성되었는지 확인하기가 쉽지 않다. 그러나 마이크로 비커스 경도 측정 결과를 보면 두 강 모두 (각각 2개 시편씩 시험) 경도가 표면에는 200 - 220 HV0.2로 높은 값을 보이다가 시편의 중앙으로 갈수록 지수 함수적으로 감소하여 마치 질소의 확산 농도구배를 나타내는 듯한 형태를 보여주고 있다. 모재의 경도 값 (150 HV0.2)과 비교하면 AISI 304 스테인리스 강인 경우에는 고용질화가 시편의 중앙까지는 아직 진행하지 못하였으나, 본 발명 강에서는 상당한 고용질화가 이미 시편 중앙까지 이루어졌음을 알 수 있다. 또한 고용질화층 형성의 기준을 200 HV0.2로 잡는다면, AISI 304 스테인리스 강인 경우에는 고용질화층의 두께가 50 μm이하 인 반면, 본 발명의 강에서는 100 μm이상 형성되었음을 알 수 있다. x-선 회절 결과를 보면 표면에 아무런 질화상의 형성이 관찰되지 않는다. 이와 같은 단면 경도의 변화가 순수한 고용질화에 의한 것임을 알 수 있다. x-선 회절 결과를 비교하면 두 경우모두 오스테나이트 상의 피크가 주된 피크이지만, AISI 304 스테인리스 강인 경우에는 알파 마르텐사이트 피크가 어느 정도 관찰된다. 그러나 본 발명의 강에는 이러한 알파 마르텐사이트 피크가 관찰되지 않고 오스테나이트상의 피크만 강하게 나타나는 경향이 있다. 이러한 사실은 앞서 도 2에 도시된 본 발명의 상태도 계산 결과에서 설명한 바와 같이 Mo를 소량 함유한 강에서는 질소의 농도가 증가하면 오히려 오스테나이트 단상영역이 확장한다는 사실과 잘 일치한다. 이러한 이유로 질소의 고용도가 증가하며 결정립크기가 미세하므로 질소의 확산 속도가 상대적으로 증가한다. 이러한 사실과 함께, 본 발명합금에서는, 특히 Cr의 활동도가 증가함으로, 고온 고용질화 속도가 AISI 304 스테인리스 강에 비해 현저히 증가한다고 판단된다. 한편, 고용질화 온도가 낮아지면 도2에서 질소의 오스테나이트(A)/(A+Cr2N) 경계조성이 감소하여 오스테나이트에서의 질소의 고용도가 감소하고, 온도가 증가하면 (도2로부터) 질소가스의 오스테나이트 평형 고용도가 감소하게 된다. 이로부터 오스테나이트내에 (Cr2N의 석출없이) 충분한 량의 질소원자를 고용하기 위해서는 고용질화 온도가 1000 1200C가 바람직하다. FIG. 9 shows the result of high temperature solid solution nitriding treatment for 1075 ° C., for 3 hours under a nitrogen and hydrogen mixed gas atmosphere (N 2 100ml / min + H 2 300ml / min). Observation of the cross-sectional texture photograph after nitriding treatment is not easy to determine whether a nitride layer is formed in both steels. Micro Vickers hardness measurements, however, showed that both steels (tested on two specimens each) had a high hardness on the surface of 200-220 HV0.2 and decreased exponentially toward the center of the specimen, as if the diffusion of nitrogen. It shows a form that shows a concentration gradient. Compared with the hardness value (150 HV0.2) of the base material, in the case of
실시예Example 4: 4:
도 10은, 고온 고용질화처리가 부식저항에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 3.5%NaCl 부식용액에서 고용질화 처리 전과 후에 AISI 304강과 본 발명강 각각의 양극분극 곡선을 측정한 결과를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 AISI 304강에서는 고용질화 처리전이나 후에 유사한 부식거동을 나타내었다. 반면에 본 발명강에서는 고용질화 처리후에 부식 포텐셜이 증가하고 부동태 전류밀도가 감소하였으며 특히 피팅(pitting)포텐셜이 크게 증가하였다. 그 결과 500mV(SCE)이상의 매우 높은 피팅(pitting)포텐셜을 나타내었다. 이로부터 본 발명강을 고온 고용질화처리한 결과 표면경도뿐만 아니라 부식저항이 현저히 향상하였으며 이러한 고용질화 효과는 AISI304강에 비해 월등히 우수함을 알 수 있었다.FIG. 10 shows the results of measuring the polarization polarization curves of
도 1은 Mo가 첨가되지 않은 Fe18Cr8Ni과 본 발명에 관한 Mo가 첨가된 Fe18Cr8Ni1.5Mo의 상태도 변화를 비교 도시한 그래프도이다.1 is a graph showing a comparison of the state diagram of Fe 18
도 2는 Fe18Cr8Ni1Mn-xN 시스템의 상태도 계산 그래프로로서 Mo가 첨가되지 않은 기존의 AISI 304강과 Mo가 첨가된 본 발명강의 상태도 변화를 비교 도시한 그래프도이다.FIG. 2 is a graph illustrating a state diagram of a Fe18Cr8Ni1Mn-xN system in which a state diagram of the
도 3은 본 발명에 관한 Mo가 첨가된 Fe18Cr8Ni1Mn-xMo의 상태도 및 Mo함량이 1.5%일때 온도 변화에 따른 상분율 변화 계산 결과를 도시한 그래프도이다.Figure 3 is a graph showing the state diagram of the Fe-added Fe18Cr8Ni1Mn-xMo according to the present invention and the results of the phase fraction change according to the temperature change when the Mo content is 1.5%.
도 4는 균질화 처리한 시편의 텔타-페라이트를 분포를 보여주는 광학현미경 조직사진 (Electrolytic etched-10N KOH)으로서 기존의 AISI 304강과 본 발명강과의 비교도면이다.FIG. 4 is an optical micrograph (Electrolytic etched-10N KOH) showing the distribution of telta-ferrite in a homogenized specimen, and is a comparative drawing of the
도 5는 결정립 조직을 보여주는 광학현미경 조직 사진(Chemical etched-Aqua regia): 으로서 기존의 AISI 304강과 본 발명강과의 비교도면이다.5 is a chemical etched-aqua regia showing the grain structure: a comparison of the existing
도 6은 3.5%NaCl 부식용액에서의 양극분극곡선의 측정 결과를 도시한 그래프도로서, 기존의 AISI 304강과 본 발명강의 비교도면이다.6 is a graph showing the measurement results of the polarization polarization curve in 3.5% NaCl corrosion solution, a comparison of the
도 7a는 통상적인 온도인 530℃에서의 암모니아가스 질화 처리 (20시간, 100% NH3,1L/min)실시 결과를 도시한 것으로 기존의 AISI 304강과 본 발명강 각각의 단면 SEM 사진도이다.FIG. 7A is a cross-sectional SEM photograph of each of the
도 7b는 도 7a와 연관하여 기존의 AISI 304강과 본 발명강의 단면경도 (비커 스 경도) 분포를 도시한 그래프도이다.FIG. 7B is a graph showing the cross-sectional hardness (Vickers hardness) distribution of the
도 7c는 도 7a와 연관하여 기존의 AISI 304강과 본 발명강의 X-선 회절 시험결과 도이다.FIG. 7C is a diagram of X-ray diffraction test results of the
도 8a는 통상적인 온도보다 저온영역인 450℃에서의 암모니아가스 질화 처리(6시간, 100% NH3,100mL/min)실시 결과를 도시한 것으로 AISI 304강과 본 발명강의 각각의 단면 조직사진도이다.FIG. 8A shows the results of ammonia gas nitriding treatment (6 hours, 100% NH 3 , 100 mL / min) at 450 ° C., which is lower than the normal temperature. .
도 8b는 도 8a와 연관하여 AISI 304강과 본 발명강의 단면경도 (비커스 경도) 분포를 도시한 그래프도이다.FIG. 8B is a graph showing the cross-sectional hardness (Vickers hardness) distribution of
도 8c는 도 8a와 연관하여 AISI 304강과 본 발명강의 X-선 회절 시험결과도이다.FIG. 8C is an X-ray diffraction test result diagram of
도 9a는 고온역인 1075℃에서 질소가스 고용질화 처리(3시간, 100mL/min N2+300mL/minH2)실시 결과를 도시한 것으로 기존의 AISI 304강과 본 발명강의 단면 조직사진도이다.Figure 9a is a cross-sectional structure photograph of the
도 9b는 도 9a와 연관하여 기존의 AISI 304강과 본 발명강의 단면경도 (마이크로비커스 경도) 분포를 도시한 그래프도이다.FIG. 9B is a graph showing the cross-sectional hardness (microbicus hardness) distribution of the
도 9c는 도 9a와 연관하여 기존의 AISI 304강과 본 발명강의 X-선 회절 시험 결과도이다.FIG. 9C is an X-ray diffraction test result diagram of the
도 10a, 10b는 종래의 AISI304강(a)과 본발명강(b)에서 각각 고온 고용질화 (500mlN2+300mlH2,1090C,1h)전과 후에 측정한 3.5%NaCl 부식용액에서의 양극분극곡 선을 비교 도시한 그래프도이다.Figure 10a, 10b is conventional AISI304 steel (a) in the present invention steel (b) each of the high temperature employed nitride (500mlN 2 + 300mlH 2, 1090C , 1h) anodic polarization song in a 3.5% NaCl corrosion solution measured before and after the line in Is a graph showing comparison.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090128101A KR101323041B1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Austenitic Stainless Steel for Gas Nitriding and gas nitriding method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090128101A KR101323041B1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Austenitic Stainless Steel for Gas Nitriding and gas nitriding method of the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110071508A KR20110071508A (en) | 2011-06-29 |
KR101323041B1 true KR101323041B1 (en) | 2013-10-29 |
Family
ID=44402601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090128101A KR101323041B1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Austenitic Stainless Steel for Gas Nitriding and gas nitriding method of the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101323041B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106893945B (en) * | 2017-02-08 | 2020-02-14 | 大通互惠集团有限公司 | Austenitic stainless steel for low temperature, casting thereof and manufacturing method of casting |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0885820A (en) * | 1994-09-20 | 1996-04-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Heat treatment for stainless steel with high nitrogen content |
JP2000063998A (en) * | 1998-06-12 | 2000-02-29 | Nisshin Steel Co Ltd | Metastable austenitic stainless steel sheet for continuously variable transmission belt, and its production |
-
2009
- 2009-12-21 KR KR1020090128101A patent/KR101323041B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0885820A (en) * | 1994-09-20 | 1996-04-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Heat treatment for stainless steel with high nitrogen content |
JP2000063998A (en) * | 1998-06-12 | 2000-02-29 | Nisshin Steel Co Ltd | Metastable austenitic stainless steel sheet for continuously variable transmission belt, and its production |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110071508A (en) | 2011-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101747052B1 (en) | High-carbon hot-rolled steel sheet and method for manufacturing the same | |
JP6784960B2 (en) | Martensitic stainless steel member | |
Garcia et al. | Corrosion behaviour of duplex stainless steels sintered in nitrogen | |
EP3287536A1 (en) | Martensitic stainless steel | |
JP6229180B1 (en) | Metastable austenitic stainless steel strip or steel plate and method for producing the same | |
RU2468112C1 (en) | Oil and gas field seamless pipe from martensite stainless steel and method of its manufacturing | |
KR101268764B1 (en) | High Corrosion Resistance Martensite Stainless Steel for mold | |
JP4887506B2 (en) | Method for producing ferritic heat resistant steel | |
KR101323041B1 (en) | Austenitic Stainless Steel for Gas Nitriding and gas nitriding method of the same | |
JP5858422B2 (en) | Iron-based material and manufacturing method thereof | |
KR20140015445A (en) | Hot-work tool steel and a process for making a hot-work tool steel | |
JP2019019396A (en) | Nitrided component and nitriding treatment method | |
JP4450700B2 (en) | Surface nitrided high-strength stainless steel strip excellent in delayed fracture resistance and method for producing the same | |
JP7404792B2 (en) | Martensitic stainless steel parts and their manufacturing method | |
CN108467991B (en) | High-strength and high-toughness high manganese steel for ultralow temperature and heat treatment process thereof | |
JP2013044036A (en) | Method for producing ferrous material | |
Ghosh et al. | Effect of thermal ageing on microstructure, mechanical properties, and fracture behaviour of 50% cold rolled duplex stainless steel (alloy 2507) | |
JP5582296B2 (en) | Iron-based material and manufacturing method thereof | |
JPWO2015190618A1 (en) | Steel sheet for nitrocarburizing treatment, method for producing the same and nitrocarburized steel | |
JP7158615B1 (en) | Manufacturing method of non-magnetic spheroidal graphite cast iron | |
Dossett et al. | Heat treating of martensitic stainless steels | |
US20230272497A1 (en) | Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance | |
JP4785054B2 (en) | Method for producing high-strength steel material with excellent hydrogen embrittlement resistance | |
JP4231466B2 (en) | Soft nitriding steel with excellent wear resistance | |
JP2012219317A (en) | Iron-based material and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161018 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170828 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181023 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191023 Year of fee payment: 7 |