KR101412893B1 - 오스테나이트 스테인리스 스틸 - Google Patents

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제임스 엠. 라코우스키
찰스 피. 스티너
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에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드
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Abstract

오스테나이트 스테인리스 스틸의 실시예는 스틸의 전체 중량에 기초하여, 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄, 철 및 부수적인 불순물을 포함한다. 오스테나이트 스테인리스 스틸의 그 외의 다른 특정 실시예는 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 4.0 중량% 이하의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄과 0.1 중량% 이하의 알루미늄 중 적어도 하나, 철 및 부수적인 불순물을 포함한다.

Description

오스테나이트 스테인리스 스틸{AUSTENTIC STAINLESS STEEL}
본 발명은 오스테나이트 스테인리스 스틸에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고온 환경에 노출되었을 때 개선된 크리프 저항성(creep resistance) 및/또는 개선된 부식 저항성(corrosion resistance)을 가지는 오스테나이트 스테인리스 스틸에 관한 것이다.
고온의 공기는 특정의 부식 환경을 야기시킨다. 심지어 보다 공격적인 부식 환경은 상당한 양의 수증기가 존재할 때 발생될 수 있다. 고온의 공기와 상당량의 수증기의 조합물은 화학제품 또는 무기물을 고온에서 처리하고, 가공하거나 또는 추출하기 위한 설비뿐만 아니라 에너지 발생 장치에 의해 발생되거나 또는 사용되는 가스 스트림을 처리하는 열교환기와 복열장치 그리고 예를 들어 가스 터빈, 스팀 터빈 및 연료 전지과 같은 에너지 발생 장치 내에서 흔히 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 상태에 노출된 상기 장치들의 부품들은 다양한 오스테나이트 스테인리스 스틸로부터 제조된다.
부식 저항성을 개선시키기 위하여, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 크롬, 니켈, 망간 및 그 외의 다른 합금 첨가물의 다양한 조합물을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 스테인리스 스틸과 그 외의 다른 특정 크롬-베어링 열-저항성 합금은 수증기를 함유한 고온의 공기 내에서 그리고 고온에서 공격받기 쉽다. 이러한 공격은 2가지의 상이한 형태를 가진다. 예를 들어 AISI Type 304(공칭적으로 18 중량%의 크롬과 8 중량%의 니켈, 밸런스 철)와 같은 저-합금 스테인리스 스틸은 수증기가 존재할 때 산화가 가속화된다. 느리게 성장하는 크롬 산화물 필름은 신속하게 성장하는 혼합된 철 및 크롬 산화물로 구성된 두꺼운 스케일(thick scale)에 의해 치환된다. 이에 따라 산화물로 변환됨으로써 금속이 신속하게 손모된다(wastage). 예를 들어 수퍼페라이트계 철-크롬 스테인리스 스틸과 니켈-크롬 초합금과 같은 고-합금 성분 물질은 공격의 형태에 대해 저항성을 가진 것으로 보여지지만 수증기로 노출되는 동안 중량 손실이 야기되는 것으로 관찰된다. 고-합금 성분 물질에 형성되는 산화물은 순수한 크롬 산화물이며, 휘발성의 크롬 옥시하이드록사이드의 형성을 통해 증발되기 쉽다. 대기로의 크롬의 증발성 손실로 인해, 금속 기질 내에서 비정상적으로 높은 수준의 크롬이 감모되고(depletion), 이에 따라 고온 산화 저항성이 저하될 수 있다. 상술한 부식 상태들 사이의 변환은 상대적으로 복잡하며, 이러한 상태들의 특징은 몇몇의 합금에서 관찰된다.
부식에 추가하여, 고온 환경 내의 물품과 부품들은 크립되기 용이할 수 있다(creep). 크립은 합금이 공칭 항복 강도보다 낮은 응력으로 오랜 기간 동안 유지될 때 바람직하지 못한 탄성 변형이 발생되는 것이다. 따라서, 크립은 합금을 고온 처리하거나 또는 가공하고 또는 화학제품 또는 무기물을 고온 가공, 처리 또는 추출하기 위한 설비와 부품들 그리고 예를 들어 에너지 발생 장치와 이와 연관된 장치 내에서 높은 응력과 높은 온도에 노출되는 특정의 구조적 부품들과 그 외의 부품들에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 분야에서, 종종 부품들은 실질적인 크립 저항성을 가지며 고온 환경 내에서 부식에 대한 실질적인 저항성을 가진 재료로 제조되는 것이 선호된다.
합금 요소 망간은 크롬 산화 증발의 효과를 완화시키는 역할을 하는 것으로 보여진다. 다양한 스테인리스 스틸 비교표(specification)는 2 중량% 또는 이의 미만으로 제한된 수준의 망간을 포함하며, 최소 수준은 요구되지 않는다. 이러한 스틸 내에서 망간은 의도적인 합금 첨가물이 아니지만 대신에 스크랩 개시 물질로부터 야기된 부수적인 성분으로써 스틸 내에 포함된다. 부수적인 망간에 대한 적절한 여유(allowance)를 포함하는 고온과 고온의 증기 성분 환경에서 이용하기에 적합한 오스테나이트 스테인리스 스틸은 NF709 합금이다. NF709 합금은 보일러 설비를 위한 이음매가 없는 관을 포함하는 형태로 Nippon Steel Corporation으로부터 입수 가능하다. Nippon Steel의 공고문"보일러 관 설비를 위한 NF709 오스테나이트 스테인리스 스틸의 품질과 특성"에 제공된 NF709 합금의 조성물은 테이블 1에 도시된다. 공지된 조성물은 특정의 최소값이 없이 1.5 중량%의 망간 한계점을 특징으로 한다. 이러한 합금에 대한 공지된 다양한 연구 보고서에 따라서, 일반적인 상용 망간 함유량은 대략 1 중량%이다. 그 외의 다른 특정 오스테나이트 스테인리스 스틸은 테이블 1에 도시된다. 본 명세서의 전체에 대한 기본적인 농도는 달리 지시되지 않는 한 전체 합금 중량에 기초한 중량 %이다. 테이블 1에서의 "NS"는 특정의 UNS 세부 사항이 성분에 대한 농도를 나타내지 않는다.
NF709 Type 201L Esshete 1250 Nitronic 60 Type 309S Type 310S
UNS 넘버 없음 S20100 S21500 S21800 S30908 S31008
탄소 0.10 최대 0.03 최대 0.06-0.15 0.10 최대 0.08 최대 0.08 최대
몰리브덴 1.0-2.0 NS 0.8-1.2 NS NS NS
크롬 19.0-23.0 16-18 14-16 16-18 22-24 24-26
니켈 22.0-28.0 3.5-5.5 9-11 8-9 12-15 19-22
니오븀 0.10-0.40 0.75-1.25 0.75-1.25 NS NS NS
망간 1.50 최대 5.5-7.5 5.5-7.5 7-9 2.0 최대 2.0 최대
규소 NS NS NS 3.5-4.5 0.75 최대 0.75 최대
티타늄 0.02-0.20 NS NS NS NS NS
질소 0.10-0.25 0.25 최대 NS 0.08-0.18 NS NS
테이블 1에 따라서, 기본적인 AISI Type 201 스테인리스 스틸은 표준 18 크롬-8 니켈 스테인리스 스틸과 유사하지만 니켈의 부분이 상대적으로 비용이 저렴한 합금인 망간으로 대체된다. 일반적으로 Type 201 합금은 상승된 온도에서 이용하기에 충분한 크립 및 산화 저항성을 갖지 못한다. 합금들의 NITRONIC® 족, Esshete 1250 합금 및 21-6-9 합금(UNS S21900)과 같은 상대적으로 높은 함유량의 합금 재료는 낮은 니켈 수준(대략 최대 11 중량%)과 상당한 망간 수준(5 내지 10 중량%)을 포함하며, 일반적으로 고 크립 강도와 적당한 환경적 저항성을 위해 설계된다. 일반적으로 AISI Type 309S와 310S와 같은 상용으로 입수 가능한 내열성 스테인리스 스틸은 대략 2 중량% 이하의 수준으로 망간을 포함한다. 이러한 합금들은 이의 기본적인 조성에 따라 야금학적 안정성의 측면에서 다소 부족하며, 이는 상기 2가지의 등급에 대한 니켈-대-크롬의 비율이 일반적인 사용 온도에서 상당량의 취성 상을 형성하기 때문이다.
적절한 수준의 수증기를 함유한 고온의 공기 내에서 및/또는 고온의 공기 내에서 개선된 고온 크리프 저항성 및/또는 부식 공격에 대한 저항성을 가진 오스테나이트 스테인리스 스틸을 제공하는 것이 선호된다. 예를 들어 수증기를 함유한 고온의 공기 내에서 실질적인 부식 저항성을 나타내는 스테인리스 스틸들은 예를 들어, 높은 부식성을 가지며 고온의 높은 수증기 함유 환경에 노출되는, 가스 터빈, 스팀 터빈 및 연료 전지를 포함하는 에너지 발생 장치의 부품에 이용되는 것이 선호될 수 있다. 이러한 부품들은 열 교환기, 복열 장치, 관, 파이프 및 특정 구조 부품을 포함한다. 또한 바람직하게 고온의 공기 내에서 실질적인 부식 저항성을 나타내는 합금은 합금을 고온 가공 또는 처리하거나 또는 화학 제품 또는 무기물을 고온 가공, 처리 또는 추출하기 위한 특정 장치 내에서 이용될 수 있다. 상당한 부식 저항성뿐만 아니라 실질적인 고온 크리프 저항성을 나타내는 스테인리스 스틸은 높은 응역에 노출된 상기 전술된 장치의 부품 내에서 이용되기에 적합할 수 있다.
본 발명에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 고온의 공기 환경에 노출되었을 때 개선된 고온 크리프 저항성 및/또는 부식에 대한 개선된 저항성을 가지도록 제공된다. 본 명세서에 사용된 "고온"은 대략 100 ℉(대략 37.8℃)를 초과하는 온도를 말한다. 본 발명의 한 특징에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄, 철 및 부수적인 불순물을 포함한다. 특정의 비-제한적인 실시예에서, 스틸의 망간 함유량은 적어도 1.6 내지 4.0 중량% 이하이다. 또한 특정의 비-제한적인 실시예에서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 0 중량% 초과 내지 0.50 중량%의 규소, 0 중량% 초과 내지 0.30 중량%의 알루미늄, 0 중량% 초과 내지 0.02 중량%의 황, 0 중량% 초과 내지 0.05 중량%의 인, 0 중량% 초과 내지 0.1 중량%의 지르코늄 및 0 중량% 초과 내지 0.1 중량%의 바나듐들 중 하나 이상을 추가적으로 포함한다. 특정의 비-제한적인 실시예에 따라서, 스틸의 티타늄 및/또는 알루미늄 함유량은 0.1 중량% 이하이다.
하한에 관해 언급되지 않은 본 명세서에 사용된 용어 "이하"는 언급된 성분이 없음을 포함한다. 또한 티타늄과 알루미늄 함유량에 관해 언급된 본 명세서에 사용된 "크지 않은"은 이러한 성분들이 없음을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄, 0.50 중량% 이하의 규소, 0.30 중량% 이하의 알루미늄, 0.02 중량% 이하의 황, 0.05 중량% 이하의 인, 0.1 중량% 이하의 지르코늄, 0.1 중량% 이하의 바나듐, 철 및 부수적인 불순물을 포함하도록 제공된다. 특정의 비-제한적인 실시예에서, 스틸의 망간 함유량은 적어도 1.6 중량% 내지 4.0 중량% 이하이다. 또한 특정의 비-제한적인 실시예에서, 스틸의 티타늄 및/또는 알루미늄의 함유량은 0.1 중량% 이하이다.
본 발명의 그 외의 다른 실시예에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 필수적으로 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄, 0.50 중량% 이하의 규소, 0.30 중량% 이하의 알루미늄, 0.02 중량% 이하의 황, 0.05 중량% 이하의 인, 0.1 중량% 이하의 지르코늄, 0.1 중량% 이하의 바나듐, 철 및 부수적인 불순물로 구성된다. 특정의 비-제한적인 실시예에 따라서, 스틸의 망간 함유량은 적어도 1.6 중량% 내지 4.0 중량% 이하이다.
본 발명의 그 외의 다른 실시예에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄, 0.50 중량% 이하의 규소, 0.30 중량% 이하의 알루미늄, 0.02 중량% 이하의 황, 0.05 중량% 이하의 인, 0.1 중량% 이하의 지르코늄, 0.1 중량% 이하의 바나듐, 철 및 부수적인 불순물로 구성된다. 특정의 비-제한적인 실시예에 따라서, 스틸의 망간 함유량은 적어도 1.6 중량% 내지 4.0 중량% 이하이다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 4.0 중량% 이하의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄과 0.1 중량%의 알루미늄 중 적어도 하나, 철 및 부수적인 불순물로 구성된다.
본 발명의 추가적인 특징에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 필수적으로 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 4.0 중량% 이하의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄과 0.1 중량%의 알루미늄 중 적어도 하나, 0.50 중량% 이하의 규소, 0.02 중량% 이하의 황, 0.05 중량% 이하의 인, 0.1 중량% 이하의 지르코늄, 0.1 중량% 이하의 바나듐, 철 및 부수적인 불순물로 구성된다. 특정의 비-제한적인 실시예에 따라서, 스틸은 적어도 1.5 중량% 내지 4.0 중량% 이하의 망간 함유량을 포함하지만 그 외의 다른 실시예에서 1.6 중량% 내지 4.0 중량% 이하의 망간 함유량을 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징에 따라서, 오스테나이트 스테인리스 스틸은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 0.05 내지 0.2 중량%의 탄소, 0.08 내지 0.2 중량%의 질소, 20 내지 23 중량%의 크롬, 25 내지 27 중량%의 니켈, 1 내지 2 중량%의 몰리브덴, 4.0 중량% 이하의 망간, 0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀, 0.1 중량% 이하의 티타늄과 0.1 중량%의 알루미늄 중 적어도 하나, 0.50 중량% 이하의 규소, 0.02 중량% 이하의 황, 0.05 중량% 이하의 인, 0.1 중량% 이하의 지르코늄, 0.1 중량% 이하의 바나듐, 철 및 부수적인 불순물로 구성된다. 특정의 비-제한적인 실시예에 따라서, 스틸은 적어도 1.5 중량% 내지 4.0 중량% 이하의 망간 함유량을 포함하지만 그 외의 다른 실시예에서 1.6 중량% 내지 4.0 중량% 이하의 망간 함유량을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 제조품이 본 명세서에 따르는 조성을 가진 오스테나이트 스테인리스 스틸을 포함하도록 제공된다. 제조품의 비-제한적인 실시예는 예를 들어 에너지 발생 장치와 이러한 장치의 부품들을 포함한다. 예를 들어 제조품은 가스 터빈, 스팀 터빈, 연료 전지(fuel cell), 열교환기, 복열 장치(recuperator), 관, 파이프, 구조적 부품 및 상기 임의의 장치들을 위한 그 외의 다른 부품들로부터 선택될 수 있다. 제조품의 그 외의 다른 실례는 합금을 고온 가공 또는 처리하거나 또는 화학 제품과 무기물을 고온 가공, 처리 또는 추출하기 위한 설비 또는 이러한 설비를 위한 파이프, 관 및 그 외의 다른 부품들을 포함한다.
본 명세서를 읽는 사람은 전술한 세부사항뿐만 아니라 본 발명의 범위 내의 특정의 비-제한적인 실시예의 하기 상세한 설명을 고려하여 그 외의 다른 세부사항도 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서를 읽는 사람은 본 명세서 내에서 제조물과 합금을 이용하거나 평가할 때 추가적인 장점 및 세부 사항을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에 기술된 제조품과 합금의 특징과 장점은 첨부된 도면에 따라 보다 잘 이해될 수 있다.
도 1은 10% 수증기를 함유한 공기 내에서 1300 ℉(704 ℃)로 노출된 합금 샘플에 대해 시간이 지남에 따른 중량 변화를 도시한 도면.
도 2는 7% 수증기를 함유한 공기 내에서 1400 ℉(760 ℃)로 노출된 합금 샘플에 대해 시간이 지남에 따른 중량 변화를 도시한 도면.
도 3은 7% 수증기를 함유한 공기 내에서 1500 ℉(815 ℃)로 노출된 합금 샘플에 대해 시간이 지남에 따른 중량 변화를 도시한 도면.
도 4(a)와 도 4(b)는 수증기를 포함한 고온의 환경에 노출된 합금 샘플에 형성된 산화물 스케일의 현미경 사진.
도 5는 수증기를 함유한 고온의 환경에 노출된 몇몇에 합금에 대한, Cr2O3에 대한 MnO의 몰비율로 측정된, 산화물 조성의 그래프.
도 6은 샘플 내의 깊이에 대한 함수로써, 2가지의 합금 샘플의 크롬 함유량을 도시하는 도면.
도 7은 샘플 내의 깊이에 대한 함수로써, 2가지의 합금 샘플의 크롬 함유량을 도시하는 도면.
도 8은 7%의 수증기를 함유한 고온의 환경에 노출된 높은 함유량의 망간 및 낮은 함유량의 망간 샘플에 대한, Cr2O3에 대한 MnO의 몰비율로 측정된, 산화물 조성의 그래프.
도 9는 10%의 수증기를 함유한 공기 내에서 1400 ℉(760 ℃)로 노출된 합금 샘플에 대한 시간이 지남에 따른 중량 변화를 도시하는 도면.
상기 공정 실시예 이외에 또는 달리 지시된, 성분들의 모든 양, 공정 상태 및 본 명세서와 청구항에 사용된 이와 유사한 것들은 용어"대략"에 의해 실례로써 변형될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 달리 지시되지 않는 한, 하기 명세서와 첨부된 청구항에 기술된 임의의 수치 변수들은 본 발명에 따르는 물품과 합금 내에서 구현되어 질 선호되는 특성에 의존하여 가변될 수 있는 근삿값이다. 각각의 수치 변수들은 적어도 기재된 유효숫자의 자릿수에 비추어 그리고 통상적인 근사법을 적용하여 해석되어야 하며, 이는 청구범위의 균등론 적용을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서의 광범위한 범위를 형성하는 숫자 범위와 변수가 근삿값임에도 불구하고, 본 명세서에서 특정 실시예로 형성된 숫자 값들은 가능한 정확하게 기술된다. 임의의 숫자 값들은 개별적인 테스트 측정값의 표준 편차로부터 필수적으로 기인되는 예를 들어 설비 및/또는 작동자 오차와 같은 특정 오차를 본질적으로 포함한다. 또한 본 명세서에 기술된 임의의 숫자 범위는 범위의 경계와 본 명세서에 포함된 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 "1 내지 10"의 범위는 최소 1에서 최대 10 사이의 모든 하위 범위, 즉 1보다 크거나 같은 최소값과 10 미만이거나 또는 이와 동일한 최대값을 포함한다.
본 명세서에 참조 문헌으로 구성된 임의의 특허, 공고문 또는 그 외의 다른 공개문은 본 명세서에 구성된 정의, 언급 또는 그 외의 다른 공개문과 상반되지 않을 정도로 전체적으로 또는 일부가 본 명세서에 구성된다. 이와 같이, 그리고 필수적으로, 본 명세서에 구성된 공개문은 참조문헌에 의하여 본 명세서에 구성된 임의의 상반된 자료에 우선시된다. 본 명세서에 구성된 정의, 언급 또는 그 외의 공개 자료와 상반되지만, 본 명세서에 참조문헌으로 구성된 자료 또는 이의 일부분은 본 발명의 자료와 구성된 자료 사이에 불일치를 발생시키지 않을 정도로 본 명세서에 구성된다.
상기 언급된 바와 같이, 특정의 오스테나이트 스테인리스 스틸은 고온의 공기 또는 상당한 수증기를 함유한 고온의 공기로 노출된 물품과 부품에 이용되어 진다. 이러한 상태에 놓여 진 부품들은 예를 들어 합금의 고온 가공 또는 처리 또는 무기물 또는 화학 제품의 고온 가공, 처리 또는 추출을 하기 위한 부분과 설비 내에서 그리고 열교환기, 복열 장치 그리고 가스 터빈, 스팀 터빈 및 연료 전지과 같은 에너지 발생 장치에 영향을 받은 부품을 포함한다. 그러나 이러한 스틸은 상기 상태 하에서 너무 오랫동안 있을 때 부식의 위험성이 야기된다. 따라서 본 발명의 발명자는 특정의 변형된 오스테나이트 스테인리스 스틸의 화학적 성질이 고온 환경에서 부식 저항을 추가적으로 개선시키는지의 여부에 대해 결정해왔다. 추가적으로 하기 기술된 바와 같이, 발명자는 1.5 중량 % 또는 그 미만의 망간을 함유한 합금이 산화 스케일 증발(oxide scale evaporation)되고 후속하여 수증기를 함유한 공기 내에서 열화되는(degradation) 것을 결정해왔다. 발명자의 연구는 적정 수준의 크롬과 니켈과 함께 1.5 중량%를 초과하는 망간을 포함하는 특정의 신규한 오스테나이트 스테인리스 스틸의 화학적 성질에 초점이 맞춰진다. 이러한 연구의 결과, 본 발명의 발명자는 광범위한 조성, 보다 바람직하게 테이블 2에 도시된 공칭 조성을 가진 오스테나이트 스테인리스 스틸이 수증기를 포함하는 고온의 공기 환경에서 그리고 고온의 공기 환경에서 크롬 산화 스케일 증발에 대해 실질적으로 저항성을 가진다는 것으로 결론을 내렸다. 제안된 합금의 망간 함유량은, 고온의 부식 공격에 대한 저항성을 상당히 개선시키는 것에 기초하여, 최소 수준으로 조절된다.
최소 최대 공칭
탄소 0.05 0.2 0.10
질소 0.08 0.2 0.15
크롬 20 23 20.5
니켈 25 27 25.5
몰리브덴 1 2 1.5
망간 1.5 초과 4.0 1.6
규소 0 0.05 0.30
알루미늄 0 0.30 0.25
황 0 0.02 0.005
인 0 0.05 0.03
니오븀 0.20 0.75 0.6
티타늄 0 0.1 --
지르코늄 0 0.1 --
바나듐 0 0.1 --
테이블 3은 테스트하는 동안 값이 구해진 몇몇 합금의 정보를 나타낸다. 히트(heat, 1, 3)들은 용융되어 후속하여 포일 게이지(foil gauge)로 압연된다. 히트(1, 3)는 실험용 히트이며, 히트(2)는 파일럿 코일로서 제조되며, 히트(4)는 생산 코일(production coil)로서 제조된 플랜트 히트(plant heat)이다. 히트(1, 3, 4)는 1.0 중량%의 망간을 목표로 제조되며, 히트(2)는 1.6 중량%의 망간을 목표로 제조된다.
히트 1 히트 2 히트 3 히트 4
탄소 0.10 0.087 0.076 0.078
몰리브덴 1.54 1.53 1.54 1.50
크롬 20.01 21.0 20.19 20.04
니켈 25.42 26.0 25.57 26.0
니오븀 0.65 0.30 0.30 0.34
망간 0.99 1.61 1.03 0.99
티타늄 0.077 0.01 -- 0.02
질소 0.143 0.10 0.13 0.1
히트(2)와 히트(4)로서 테이블 3에 기술된 1.6 중량%의 망간과 1.0 중량%의 망간(공칭) 변화량의 비교는 상대적으로 낮은 함유량의 망간 형태가 특히 상대적으로 높은 온도에서 더욱 산화 스케일 증발되기 쉽다는 것을 보여준다. 이는 시간이 지남에 따라 상당한 환경적 공격(environmental attack)이 야기될 수 있다. 테스트는 다음에 따른다.
샘플들이 습식 공기 내에서 1300 내지 1500 ℉(704-815 ℃)의 온도 범위에 노출된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 높은 함유량의 망간 샘플(대략 1.6 중량%의 망간, 히트 2)과 낮은 함유량의 망간 샘플(대략 1.0 중량%의 망간, 히트 3)은 10%의 수증기를 함유한 공기 내에서 1300 ℉(704 ℃)로 노출 시 시간에 따른 중량 변화(mg/cm2)에 있어서 유사한 산화 반응속도(oxidation kinetics)를 나타낸다. 일반적으로 낮은 함유량의 망간 샘플은 다소 작은 중량 증가(weight grain)를 나타내며, 다소 불규칙적으로 거동한다.
도 2는 샘플이 7%의 수증기를 함유한 공기 내에서 1400 ℉(760 ℃)로 노출되었을 때 높은 함유량의 망간(히트 2)과 낮은 함유량의 망간(히트 4) 합금의 샘플에 대한 시간에 지남에 따른 중량 변화를 도시한다. 샘플들은 이러한 상태 하에서 상당히 상이한 산화 반응속도를 나타낸다. 높은 함유량의 망간 샘플은 테스트의 초기 부분에서 중량이 신속하게 증가하지만 그 뒤 중량 증가는 상당히 느려진다. 5000 시간의 테스트가 완료된 후, 2개의 샘플은 실질적으로 동일한 중량 증가를 나타낸다.
도 3은 샘플이 7%의 수증기를 함유한 공기 내에서 1500 ℉(815 ℃)로 노출되었을 때 높은 함유량의 망간(히트 2)과 낮은 함유량의 망간(히트 4) 합금의 샘플에 대한 시간에 지남에 따른 중량 변화를 도시한다. 곡선은 낮은 함유량의 망간 샘플이 테스트 동안 상당한 산화 스케일 증발을 나타낸다. 높은 함유량의 망간 합금은 한정된 테스트 노출에 대해 동일한 중량 변화를 나타내지 못한다.
상기 1300 ℉(704 ℃)와 1400 ℉(760 ℃) 하에서 전체 5000시간 노출된 샘플들이 장착되고, 폴리싱되며 그리고 검사된다. 높은 함유량의 망간 샘플에 형성된 산화물 스케일(oxide scale)은 얇으며, 콤팩트하고, 단조롭게 형성된다. 낮은 함유량의 망간 이형물(variant)은 습식 공기 내에서 1300 ℉(704 ℃)로 노출된 후 서브스케일 공극 형성(subscale void formation)을 나타낸다. 도 4a이러한 공극 위의 산화물 스케일은 어떠한 위치의 스케일보다 다소 두껍다. 산재한 산화물 단괴(scattered oxide nodule)는 1400 ℉(760 ℃)의 습식 공기 내에서 노출된 낮은 함유량의 망간 샘플에 형성된다. 단괴의 실례는 도 4b에 도시된다. 다수의 작은 "창발적인(emergent)" 단괴는 산화물 스케일을 파괴시키는 공정에서 형성된다.
또한 샘플들은 수증기를 함유한 1500 ℉(815 ℃)의 공기 내에서 노출된 뒤 확대된 상태로 관찰된다. 대략 3000 시간이 지난 뒤 낮은 함유량의 망간(대략 1.0 중량%의 망간, 히트 4) 샘플에는 산화물 스케일 내에 형성된 혼합된 산화물들의 작은 단괴가 관찰된다. 낮은 함량의 망간 샘플들은 대략 8000 시간 노출된 후 확대된 상태로 관찰되며, 산화물 단괴들은 크기가 상당히 성장한 것으로 보여진다. 높은 함유량의 망간(대략 1.6 중량%의 망간, 히트 2) 샘플은 3500 시간에서 관찰되며, 산화물 스케일 내에는 단괴가 관찰되지 않는다.
주사전자현미경(SEM)에서의 미량분석방법(microanalysis)이 산화물 스케일의 일반적인 조성의 구성(makeup)을 연구하기 위해 이용된다. 상기 스케일은 상대적으로 얇게 형성되며(2-3 미크론), 이에 따라 상세 조성적 프로파일(detailed compositional profile)을 추출하기가 어렵다. 일반적으로 측정(measurement)은 스케일/가스 인터페이스 근처에 그리고 스케일/합금 인터페이스 근처의 위치로 제한되었다. 높은 함유량의 망간 합금(히트 2)은 합금으로부터 스케일까지 상당히 큰 망간 격리를 나타내는 것으로 관찰되었다. 도 5는 스케일/합금 인터페이스와 스케일/가스 인터페이스에서의 몇몇 샘플에 대해 SEM의 X-레이 에너지-분산형 분광법(XEDS)을 이용하여 측정되며, Cr2O3에 대한 MnO의 몰비율로써 측정된 산화물 조성을 도표로 도시한다. 낮은 함유량의 망간 물질은 1300 ℉(704 ℃)에서 스케일/가스 인터페이스에 망간의 포화(즉 1.0의 MnO/Cr2O3 비율)가 나타나지 않으며, 1400 ℉(760 ℃) 근처에서 포화된다. 스피넬(spinel)에서 망간을 포화시키기 위하여 증발에 대한 저항성을 제공하는 것이 중요하다.
동일한 기술(표준이 없고 표준에 기초한 방법을 이용하여 측정되는 SEM에서의 XEDS)은 수증기를 함유한 고온의 공기로 노출된 후 배치된 금속에서의 크롬 감손의 정도와 수준을 정하기 위해 이용되었다. 도 6은, 10%의 수증기를 함유한 1300 ℉(704 ℃)의 공기에 5000 시간 동안 각각 노출된, 히트(2)와 히트(4)로부터, 높은 함유량의 망간 샘플과 낮은 함유량의 망간 샘플에 대한 샘플 표면 내의 깊이의 함수로써 크롬의 농도가 점으로 좌표에 도시된다. 낮은 함유량의 망간 샘플에 대해 관찰된 감손(depletion)은 스케일/금속 인터페이스에 직접적으로 인접한 위치에서 크롬 농도에 대해 상당히 크다. 샘플들 사이의 감손의 깊이는 현저하게 상이한 것으로 보여지지 않는다. 각각의 샘플로부터 야기된 크롬 프로파일은 상당히 날카로운 것으로 보여지며, 이는 크롬이 샘플의 내부로부터 스케일/합금 인터페이스로 신속히 확산될 수 없음을 의미한다.
도 7은, 7%의 수증기를 함유한 1400 ℉(760 ℃)의 공기에 5000 시간 동안 각각 노출된, 히트(2)와 히트(4)로부터, 높은 함유량의 망간 샘플과 낮은 함유량의 망간 샘플에 대한 샘플 표면 내의 깊이의 함수로써 크롬의 농도가 점으로 좌표에 도시된다. 도 6에서와 같이, 낮은 함유량의 망간 샘플에 대한 크롬 감손은 스케일/금속 인터페이스에서 높은 함유량의 망간 샘플에 비해 상당히 크다. 1400 ℉(760 ℃)에서 크롬 감손의 효과는 도 6에 도시된 스케일/합금 인터페이스에 대한 스케일/합금 인터페이스에서 터미널 크롬 함유량의 관점에서 상대적으로 크지 않지만 도 7에 도시된 기울기는 기질(substrate) 내에서 상당히 가파르다. 이는 산화로 인한 크롬 감손의 효과를 제거하기 위하여 금속 내의 크롬이 1400 ℉(760 ℃)에서 충분히 신속하게 확산되기 때문이다.
도 8은 7%의 수증기를 함유한 고온의 공기로 각각 노출된, 히트(2)와 히트(4)로부터, 높은 함유량의 망간 샘플과 낮은 함유량의 망간 샘플에 대해 SEM(반 정량적) 내의 XEDS를 이용하여 Cr2O3에 대한 MnO의 몰비율로 측정되는 산화물 조성을 도시하는 그래프이다. 측정값은 스케일/합금 인터페이스와 스케일/가스 인터페이스에서 얻어졌다. 1300 ℉(704 ℃)와 1400 ℉(760 ℃)의 공기에 노출된 후 실시된 평가는 대략 5000 시간의 노출 시간 후 실시되었다. 1500 ℉(815 ℃)에서 노출된 후 실시된 평가는 대략 3000 시간의 노출 시간 후 실시되었다. 낮은 함유량의 망간 재료는 1300 ℉(704 ℃)와 1500 ℉(815 ℃)의 스케일/가스 인터페이스에서 망간 포화(즉 1.0의 MnO/Cr2O3 비율)가 나타나지 않으며, 1400 ℉(760 ℃) 근처에서 포화되었다.
상대적으로 높은 함유량의 망간 합금의 일련의 히트는 어떻게 산화 저항이 추가적으로 증가된 망간 수준에 응답하는지를 평가하기 위하여 준비된다. 테이블 4는 히트(5)와 히트(6)에 따른 추가적인 히트의 화학적 조성을 도시한다.
히트 5 히트 6
탄소 0.04 0.03
망간 2.04 3.82
인 0.006 0.006
황 0.0069 0.003
규소 0.26 0.17
크롬 19.4 19.81
니켈 23.19 23.22
알루미늄 0.07 0.17
몰리브덴 1.2 1.25
구리 0.010 0.010
티타늄 0.004 0.004
질소 0.051 0.058
니오븀 0.39 0.39
도 9는 10%의 수증기를 함유한 1400 ℉(760 ℃)의 공기에 노출된, 히트(2)(1.61 중량 %의 망간), 히트(5)(2.04 중량%의 망간) 및 히트(6)(3.82 중량%의 망간)의 합금들의 샘플에 대한 시간이 지남에 따른 샘플의 중량 변화를 점으로 도시한다. 이러한 결과는 상대적으로 높은 망간 수준이 산화 스케일 형성을 통해 상대적으로 큰 초기 중량 증가(initial weight gain)를 야기하는 것을 의미한다. 반면 도 9에 도시된 중량 증가는 불명확한 것으로 보여지며, 대략 4 중량% 이상의 상대적으로 높은 망간 수준으로 인해 추가 스케일이 형성되고, 중량이 증가되며, 물질의 핵파쇄(spallation)에 따른 바람직하지 못한 결과가 야기된다.
테이블 5에는 추가 히트(7 내지 11)이 도시된다. 히트들은 0.1 중량% 미만의 티타늄을 함유한다. 또한 히트(7, 8, 11)들은 0.1 중량% 미만의 알루미늄을 함유한다.
히트 7 히트 8 히트 9 히트 10 히트 11
탄소 0.086 0.088 0.078 0.091 0.080
몰리브덴 1.54 1.52 1.50 1.52 1.54
크롬 20.99 20.95 20.4 20.35 25.83
니켈 25.92 26.02 26.0 25.7 20.42
니오븀 0.30 0.30 0.34 0.38 0.36
망간 1.61 1.79 0.99 1.03 1.52
티타늄 0.010 <0.01 0.02 0.001 0.06
질소 0.0955 0.1130 0.10 0.104 0.12
규소 0.41 0.40 0.47 0.33 0.36
황 <0.01 <0.01 0.0001 0.0001 0.0005
알루미늄 <0.01 <0.01 0.16 0.34 0.02
붕소 0.0033 0.0029 0.0047 0.0047 0.0052
상기 언급된 바와 같이, 연장된 기간 동안 고온의 응력이 가해진 오스테나이트 스테인리스 스틸은 크리프(creep)될 수 있다. 대부분의 오스테나이트 스테인리스 스틸은 용융 및 캐스팅 동안 용융된 금속의 탄산(deoxidation)을 돕기 위하여 상대적으로 작은 수준의 티타늄과 알루미늄을 포함한다. 또한 이러한 요소들은 질화물, 가능한 고상의 금속간 상(intermetallic phase)으로 석출된다. 이러한 석출된 상들은 가공 동안 분해되기가 매우 어렵거나 실질적으로 불가능하다. 과도한 질화물의 형성에 따라 합금의 크리프 강도가 감소되도록 고용체 내에 질소의 수준이 감소된다. 또한 질화물과 금속간 상들은 특히 스틸이 부품의 형태로 스탬프되거나 감싸짐으로써 성형될 때 가공을 보다 어렵게 할 수 있다.
따라서, 폴딩(folding), 스탬핑(stamping) 및 이와 유사한 기계적 가공 단계 동안 합금의 크리프 강도와 성형성을 개선시키기 위하여, 본 명세서의 오스테나이트 스테인리스 스틸에 대한 선호되는 화학적 성질은 0.1 중량%를 초과하지 않는 알루미늄과 0.1 중량%를 초과하지 않는 티타늄들 중 적어도 하나를 포함한다. 보다 바람직하게, 성형성과 크리프 저항을 보다 더욱 증가시키기 위하여, 본 발명의 오스테나이트 스테인리스 스틸은 0.1 중량%를 초과하지 않는 티타늄과 0.1 중량%를 초과하지 않는 알루미늄을 포함한다.
상기 기술내용에 기초하여, 1.5 중량% 초과 내지 대략 4 중량%이하의 망간을 포함하고 상세히 조사된 화학적 성질을 가지는 오스테나이트 스테인리스는 과도한 스케일 형성과 핵파쇄 없이 상당량의 수증기를 포함할 수 있는 공기 중에서 고온의 공격에 대해 우수한 저항성을 나타내어야 한다. 특히, 테이블 2에 도시된 광범위한 그리고 공칭 합금 조성들은 수증기를 함유한 고온의 공기와 고온의 공기 내에서 부식 공격에 대한 실질적인 저항성을 가지는 오스테나이트 스테인리스 스틸용으로 제안되었다. 선호되는 망간 수준은 적어도 1.6 중량% 내지 대략 4 중량% 이하이며, 보다 선호되는 망간 수준은 적어도 1.6 중량% 내지 대략 2.0 중량% 이하이다.
개선된 크리프 저항성과 개선된 성형성을 가지는 추가 제안된 합금의 화학적 성질(alloy chemistry)은 테이블 2에 도시된 일반적인 화학적 성질을 갖지만 0.1 중량%를 초과하지 않는 티타늄 및/또는 0.1 중량%를 초과하지 않는 알루미늄을 포함한다. 티타늄 및/또는 알루미늄의 함유량을 제한함으로써 기인된 크리프 저항의 예상된 개선은 망간 함유량을 1.5 중량% 초과 내지 대략 4 중량%이하의 범위로 조절함으로써 제공되는 개선된 고온 부식 저항성을 시도하기 위해 요구되지 않는다. 대신에, 개선된 크리프 저항성과 성형성을 가진 본 명세서에 제안된 합금의 망간 함유량은 대략 4.0 중량%이하의 수준으로 형성될 수 있다. 따라서 하기 테이블 6에서의 합금은 우수한 크리프 저항성과 성형성을 나타내야 하며, 선호되는 화학적 성질은 0.1 중량%를 초과하지 않는 티타늄과 0.1 중량%를 초과하지 않는 알루미늄을 포함한다.
최소 최대
탄소 0.05 0.2
질소 0.08 0.2
크롬 20 23
니켈 25 27
몰리브덴 1 2
망간 0 4.0
규소 0 0.50
알루미늄* 0 0.30
황 0 0.02
인 0 0.05
니오븀 0.20 0.75
티타늄* 0 0.1
지르코늄 0 0.1
바나듐 0 0.1
* 적어도 하나의 Ti와 Al이 0.1보다 크지 않음
우수한 고온 크리프 저항성, 개선된 성형성 및 수증기를 포함하는 고온의 공기 내에서 부식 공격에 대한 우수한 저항성을 나타내는 합금은 테이블 6에 도시된 조성을 가지며, 상기 조성은 망간 함유량이 1.5 초과 내지 대략 4.0 중량% 이하, 바람직하게 적어도 1.6 내지 대략 4.0 중량% 이하, 보다 바람직하게 적어도 1.6 내지 대략 2.0 중량% 이하로 형성되도록 추가적으로 조절된다. 바람직하게 상기 합금은 수증기를 포함하는 고온의 공기에 노출되고 응력이 가해지는 가공, 처리 또는 추출 장치와 상기 언급된 에너지 발생 장치의 구조적 부품과 그 외의 다른 부품을 제조하는데 이용될 수 있다.
크리프에 대한 실질적인 저항성을 보다 우수하게 보장하기 위해 도입되고, 본 명세서에 제안된 오스테나이트 스테인리스 스틸의 화학적 성질에 대한 임의의 제한점은 합금 내에서 탄소에 대한 니오븀의 비율이 다음의 공식을 만족시키는 것이다.
0.7 < 0.13(니오븀/탄소) ≤ 1.0
여기서 공식 내의 니오븀과 탄소 함유량은 원자 백분율로 표현된다.
본 명세서에 공개된 신규한 부식 저항성의 오스테나이트 스테인리스 스틸의 히트들은 진공 용융 스크랩(vaccum melting scrap) 및 그 외의 다른 공급 재료의 종래의 기술과 같은 종래의 수단에 의해 제조될 수 있다. 이에 따른 히트들은 종래의 기술에 의해 빌릿, 슬래브, 플레이트, 코일, 시트 및 그 외의 다른 중간 물품으로 가공될 수 있으며, 그 뒤 제조의 최종 물품으로 추가적으로 가공된다. 본 발명의 명세서 내에서, 0.1 중량%를 초과하지 않는 티타늄 및/또는 0.1 중량%를 초과하지 않는 알루미늄을 포함하는 합금들의 실시예의 개선된 성형성으로 인해, 합금으로부터 제조된 평평한 제강 제조품(flat mill product)이 상대적으로 복잡한 형태를 가진 물품으로 추가적으로 가공될 수 있다. 합금의 이러한 특성은 상대적으로 제한된 성형성을 가지며 오직 통상적으로 압출에 의해 이음매 없는 파이프로 가공되는 NF709 합금에 선호된다.
본 발명에 따르는 신규한 오스테나이트 스테인리스 스틸은 임의의 적합한 설비와 환경에 이용될 수 있지만 합금들은 고온에 오랜 시간 동안 노출되는 설비와 부품 그리고 고온과 상당한 증기에 오랜 기간 동안 노출되는 설비와 부품에 이용되기에 특히 적합하다. 예를 들어 본 명세서에 공개된 합금들의 크리프 저항성 및/또는 고온 부식 저항성으로 인해, 합금들은 화학 제품(chemical) 또는 무기물(mineral)의 추출, 고온 가공 또는 처리를 하거나 또는 합금의 고온 가공 또는 처리를 하는데 적합한 관, 파이프, 구조적 부품 및 설비의 그 외의 다른 부품, 예를 들어 가스 터빈, 스팀 터빈 및 연료 전지과 같은 에너지 발생 장치의 그 외의 다른 부품, 관, 파이프 및 그 구조적 부품 및 열교환기, 복열 장치 및 에너지 발생 장치에 의해 발생되거나 또는 이용되는 가스 스트림을 처리하기 위한 그 외의 다른 설비의 부품들에 이용되기에 특히 적합하다. 본 명세서에 대한 합금의 그 외의 다른 적용 분야는 합금에 대한 본 명세서를 고려하여 종래 기술의 당업자에게 자명할 것이다.
상기 기술 내용이 본 발명의 한정된 개수의 실시예를 기술할지라도, 종래 기술의 당업자는 본 발명의 본질을 설명하기 위하여 본 명세서에 기술되고 도시된 실시예의 조성물과 그 외의 다른 세부 사항이 당업자에 의해 다양하게 가변될 수 있음을 이해할 수 있을 것이며, 모든 개조물은 첨부된 청구항 내에서 본 발명의 사상과 범위 내에 있다. 또한 종래 기술의 당업자들은 본 발명의 광범위한 사상으로부터 벗어남이 없이 상기 실시예가 변경될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 공개된 특정 실시예에 제한되지 않고, 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 개조물을 포함해야 한다.

Claims (20)

  1. 스틸의 전체 중량에 기초하여,
    0.05 내지 0.2 중량%의 탄소;
    0.08 내지 0.2 중량%의 질소;
    20 내지 23 중량%의 크롬;
    25.5 내지 27 중량%의 니켈;
    1 내지 2 중량%의 몰리브덴;
    1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간;
    0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀;
    0.16 내지 0.30 중량%의 알루미늄;
    0.26 내지 0.5 중량%의 규소;
    잔부 철 및 불가피한 불순물로 구성된 오스테나이트 스테인리스 스틸이되,
    여기서 상기 오스테나이트 스테인리스 스틸은 망간과 크롬을 포함하는 망간-포화된 산화물 스케일을 형성하고, 이 스케일은 704℃ 초과의 온도에서 수증기를 함유하는 환경에서 크롬 증발에 대해 저항성인 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  2. 제 1 항에 있어서, 망간은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 1.6 내지 4.0 중량%로 제한되는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  3. 제 1 항에 있어서, 망간과 크롬을 포함하는 망간-포화된 산화물 스케일은 스피넬(spinel) 결정 구조를 가지고, 주사전자현미경(SEM) X-레이 에너지-분산형 분광법(XEDS)을 이용하여 측정된 적어도 1.0의 MnO/Cr2O3 비를 가지는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  4. 제 1 항에 있어서, 스틸 내에서 탄소에 대한 니오븀의 비율은 다음 식:
    0.7 < (니오븀/탄소) ≤ 1.0을 만족시키며,
    여기서 식 내의 니오븀과 탄소 함유량은 원자 백분율로 표현되는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  5. 제 1 항에 있어서, 스틸의 전체 중량에 기초하여:
    0.05 내지 0.2 중량%의 탄소;
    0.08 내지 0.2 중량%의 질소;
    20 내지 23 중량%의 크롬;
    25.5 내지 27 중량%의 니켈;
    1 내지 2 중량%의 몰리브덴;
    1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간;
    0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀;
    0 초과 내지 0.1 중량%의 티타늄;
    0.30 내지 0.50 중량% 이하의 규소;
    0.16 내지 0.30 중량%의 알루미늄;
    잔부 철 및 불가피한 불순물로 구성된 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  6. 제 4 항에 있어서, 마그네슘은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 1.6 내지 4.0 중량%으로 제한되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  7. 스틸의 전체 중량에 기초하여,
    0.05 내지 0.2 중량%의 탄소;
    0.08 내지 0.2 중량%의 질소;
    20 내지 23 중량%의 크롬;
    25.5 내지 27 중량%의 니켈;
    1 내지 2 중량%의 몰리브덴;
    1.5 중량% 초과 내지 4.0 중량%의 망간;
    0.20 내지 0.75 중량%의 니오븀;
    0.16 내지 0.30 중량%의 알루미늄;
    0.26 내지 0.5 중량%의 규소;
    잔부 철 및 불가피한 불순물로 구성된 오스테나이트 스테인리스 스틸이되,
    여기서 상기 오스테나이트 스테인리스 스틸은 망간과 크롬을 포함하는 망간-포화된 산화물 스케일을 형성하고, 이 스케일은 704℃ 초과의 온도에서 수증기를 함유하는 환경에서 크롬 증발에 대해 저항성인 오스테나이트 스테인리스 스틸을 포함하는 제조품.
  8. 제 7 항에 있어서, 망간은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 1.6 내지 4.0 중량%로 제한되는 제조품.
  9. 제 7 항에 있어서, 망간과 크롬을 포함하는 망간-포화된 산화물 스케일은 스피넬(spinel) 결정 구조를 가지고, 주사전자현미경(SEM) X-레이 에너지-분산형 분광법(XEDS)을 이용하여 측정된 적어도 1.0의 MnO/Cr2O3 비를 가지는 제조품.
  10. 제 7 항에 있어서, 제조품은 화학 제품, 무기물 또는 합금 중 하나 이상을 처리하거나 또는 가공하기 위한 장치와 에너지 발생 장치 중 하나인 제조품.
  11. 제 7 항에 있어서, 제조품은 가스 터빈, 스팀 터빈, 연료 전지 및 상기 제조품들 중 어느 하나를 위한 부품으로 구성된 군으로부터 선택되는 제조품.
  12. 제 7 항에 있어서, 제조품은 에너지 발생 장치에 의해 발생되거나 또는 이용되는 가스를 수용하는 장치 또는 부품인 제조품.
  13. 제 7 항에 있어서, 제조품은 열교환기, 열교환기의 부품, 복열 장치 및 복열 장치의 부품들 중 하나인 제조품.
  14. 제 7 항에 있어서, 제조품은
    화학 제품, 무기물 및 합금들 중 하나 이상을 고온에서 가공하는 단계;
    화학 제품, 무기물 및 합금들 중 하나 이상을 고온에서 처리하는 단계; 및
    화학 제품과 무기물 중 하나 이상을 고온에서 추출시키는 단계(extracting); 중 하나 이상의 단계에 적합한 장치의 부품인 제조품.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 스틸 내 불순물은 스틸의 전체 중량에 기초하여: 0 초과 0.02 중량% 미만의 황; 0 초과 0.05 중량% 미만의 인; 0 초과 0.1 중량% 미만의 지르코늄; 및 0 초과 0.1 중량% 미만의 바나듐 중 하나 이상을 포함하는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  16. 제 5 항에 있어서, 상기 스틸 내 불순물은 스틸의 전체 중량에 기초하여: 0 초과 0.02 중량% 미만의 황; 0 초과 0.05 중량% 미만의 인; 0 초과 0.1 중량% 미만의 지르코늄; 및 0 초과 0.1 중량% 미만의 바나듐 중 하나 이상을 포함하는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  17. 제 7 항에 있어서, 상기 스틸 내 불순물은 스틸의 전체 중량에 기초하여: 0 초과 0.02 중량% 미만의 황; 0 초과 0.05 중량% 미만의 인; 0 초과 0.1 중량% 미만의 지르코늄; 및 0 초과 0.1 중량% 미만의 바나듐 중 하나 이상을 포함하는 제조품.
  18. 제 1 항에 있어서, 니켈은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 26 내지 27 중량%로 제한되는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  19. 제 5 항에 있어서, 니켈은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 26 내지 27 중량%로 제한되는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
  20. 제 7 항에 있어서, 니켈은 스틸의 전체 중량에 기초하여, 26 내지 27 중량%로 제한되는 오스테나이트 스테인리스 스틸.
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