KR101554771B1 - Super ductile lean duplex stainless steel - Google Patents

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Abstract

오스테나이트계 스테인리스강 대비 동등 이상의 내식성 및 연성을 확보할 수 있는 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강이 소개된다.
본 발명의 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강은, 중량 %로, C: 0.08% 이하, Si: 0.2~3.0% 이하, Mn: 2~4%, Cr: 19 ~23%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Si 분배계수는 1.25 ~ 1.32 범위인 것을 특징으로 한다.
High-ductility lineless duplex stainless steel which can secure corrosion resistance and ductility equal to or higher than those of austenitic stainless steels is introduced.
The high ductility duplex stainless steel according to the present invention comprises 0.08% or less of C, 0.2 to 3.0% or less of Si, 2 to 4% of Mn, 19 to 23% of Cr, 0.3 to 2.5% of Ni, 0.2 to 0.3% of N, 0.5 to 2.5% of Cu, the balance of Fe and other unavoidable impurities, and the Si partition coefficient is in the range of 1.25 to 1.32.

Description

고연성 린 듀플렉스 스테인리스강.{SUPER DUCTILE LEAN DUPLEX STAINLESS STEEL}High ductile lineless duplex stainless steel. {SUPER DUCTILE LEAN DUPLEX STAINLESS STEEL}

본 발명은 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것으로서, 더 상세하게는 Si 분배계수를 조절함과 동시에 진변형율에 대한 가공 경화 속도를 조절하여 연신율을 개선한 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강에에 관한 것이다. The present invention relates to a high ductility duplex stainless steel, and more particularly, to a high ductility duplex stainless steel having an improved elongation rate by controlling the Si partition coefficient and controlling the work hardening rate with respect to the true strain rate.

일반적으로 가공성과 내식성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강은 철(Fe)을 소지금속으로 하여, 크롬(Cr), 니켈(Ni)을 주요한 원료로 함유하고 있으며, 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu) 등의 기타 원소들을 첨가하여 각종 용도에 맞도록 다양한 강종으로 개발되고 있다.In general, austenitic stainless steels having excellent processability and corrosion resistance are made of iron (Fe) as a base metal and contain chromium (Cr) and nickel (Ni) as main raw materials. Molybdenum (Mo) and copper And is being developed into a variety of steel types to meet various applications.

내식성 및 가공성이 우수한 304계, 316계 스테인리스강은 고가의 원료인 Ni, Mo 등을 포함하고 있는바, 이에 대한 대체 방안으로 200계 및 400계 스테인리스강이 논의되기도 하였으나, 200계 및 400계 스테인리스강은 각각 성형성 및 내식성이 300계 스테인리스강에 미치지 못한다는 문제점이 존재한다.
304 and 316 stainless steels, which are excellent in corrosion resistance and workability, contain expensive raw materials such as Ni and Mo, and 200 and 400 stainless steels have been discussed as alternatives. However, 200 and 400 stainless steels There is a problem that the formability and the corrosion resistance of the steel can not reach the stainless steel of the 300 series.

한편, 오스테나이트 상과 페라이트 상이 혼합된 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트계 및 페라이트계가 가지는 모든 장점을 가지고 있는바, 현재까지 다양한 종류의 듀플렉스 스테인리스강이 개발되어 있다.On the other hand, duplex stainless steels in which austenite phase and ferrite phase are mixed have all the advantages of austenitic and ferritic systems, and various types of duplex stainless steels have been developed to date.

미국등록특허 제5624504호(1997.4.29.)에는 "고강도, 고연성 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법"이 개시되어 있다.United States Patent No. 5624504 (Apr. 29, 1997) discloses "high strength, high ductility duplex stainless steel and its manufacturing method ".

이는, 그 입자 평균 직경이 10㎛인 마르텐사이트계 조직의 부피 분율이 20 ~ 95%를 차지하며, 나머지는 페라이트계 조직으로 이루어진 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것으로, 중량 %로, C : 0.10% 이하, Si : 2.0% 이하, Mn : 4.0% 이하, P : 0.040% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 4.0% 이하, Cr : 10.0 ~ 20.0%, N : 0.12% 이하, B : 0.0050 ~ 0.0300%, O : 0.02% 이하, Cu : 4.0% 이하를 필수적으로 포함하고, 추가적으로 Al : 0.20% 이하, Mo 3.0% 이하, REM 0.20% 이하, Y : 0.20% 이하, Ca : 0.10% 이하, Mg : 0.10% 이하 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.The present invention relates to a duplex stainless steel having a volume fraction of martensite-based structure having a particle average diameter of 10 占 퐉 of 20 to 95% and the remainder being a ferrite-based structure, Si: not more than 2.0%, Mn: not more than 4.0%, P: not more than 0.040%, S: not more than 0.010%, Ni: not more than 4.0%, Cr: not more than 10.0 to 20.0% And a balance of not more than 0.02% of O and not more than 4.0% of Cu and further not more than 0.20% of Al, not more than 3.0% of Mo, not more than 0.20% of REM, not more than 0.20% of Y, And other inevitable impurities.

미국등록특허 제6096441호(2000.8.1.)에는 "저니켈 고 인장 연신율을 갖는 페라이트-오스테나이트계 스테인리스강"이 개시되어 있다.United States Patent 6096441 (Aug. 1, 2000) discloses "ferrite-austenitic stainless steels with low nickel elongation and tensile elongation ".

이는 철을 소지금속으로 하여, C : 0.04% 이하, Si : 0.4 ~ 1.2%, Mn : 2 ~ 4.% 이하, Ni : 0.1 ~ 1.0%, Cr : 18 ~ 22%, Cu : 0.05 ~ 4.0%, S : 0.03% 이하, P : 0.1% 이하, N : 0.1 ~ 0.3%, Mo : 3.0%이하 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 오스테나이트 및 페라이트의 2상으로 이루어지고, 그 중 오스테나이트상이 30 ~ 70%를 차지하되, Creq=Cr(%)+Mo(%)+1.5Si(%), Nieq=Ni(%)+0.33Cu(%)+0.5 Mn(%)+30C(%)+30N(%)로 정의되는 수학식에서 Creq/Nieq 2.3 ~ 2.75 범위이며, IM=551-805(C+N)(%)--8.52Si(%)--8.57Mn(%)--12.51Cr(%)--36Ni(%)--34.5Cu(%)--14Mo(%)로 정의되는 수학식에서 IM은 40 ~ 115 범위인 것을 특징으로 한다.
It is preferable that iron is used as a base metal and the content of C is not more than 0.04%, that of Si is 0.4 to 1.2%, that of Mn is not more than 2 to 4.%, the content of Ni is 0.1 to 1.0%, the content of Cr is 18 to 22% , S: not more than 0.03%, P: not more than 0.1%, N: 0.1 to 0.3%, Mo: not more than 3.0%, and other unavoidable impurities, wherein austenite and ferrite are two phases, (%) + 30C (%) + 30N (%) + Cr (%) + Mo (%) + 1.5Si (%), Nieq = Ni (%) - 8.52Mi (%) - 12.51Cr (%) - IMq = 551-805 (C + N) ) - 36Ni (%) - 34.5Cu (%) - 14Mo (%) IM is in the range of 40 to 115.

한편, 고내식 환경에서 사용되는 가장 널리 사용되는 듀플렉스 스테인리스 강 중 하나는 22%Cr, 5.5%Ni, 3%Mo, 0.16%N 성분을 갖는 AL2205(UNS S31803 또는 S32205)가 있다.On the other hand, one of the most widely used duplex stainless steels used in high corrosion environments is AL2205 (UNS S31803 or S32205) with 22% Cr, 5.5% Ni, 3% Mo and 0.16% N components.

이러한 강은 다양한 부식 환경에서 우수한 내부식성을 제공하는바, AISI 304, 316 등의 오스테나이트계 보다 우수한 내부식성을 갖는다. These steels provide superior corrosion resistance in a variety of corrosive environments and have better corrosion resistance than the austenitic grades AISI 304, 316 and the like.

그러나, 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 Ni, Mo 등의 고가 원소를 포함하고 있는바, 제조 비용이 상승될 뿐만 아니라 Ni, Mo 등을 소비함에 따라 타 강종과의 가격 경쟁력이 감쇠되는 단점이 존재한다.However, since such duplex stainless steel contains expensive elements such as Ni and Mo, not only the manufacturing cost is increased but also Ni and Mo are consumed, so that there is a disadvantage that price competitiveness with other steel types is damped.

최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 듀플렉스 스테인리스강 중에서도 Ni 및 Mo 등의 고가 합금 원소를 배제하고, 이들 원소를 대신하여 저 원가의 합금원소를 첨가함으로써 합금 비용의 장점을 더욱 향상시킨 린 듀플렉스(lean duplex) 스테인리스강에 대한 관심이 증대되고 있다.
In recent years, in order to solve such a problem, a duplex stainless steel has been proposed in which a high-priced alloy element such as Ni and Mo is excluded and a low-cost alloy element is added in place of the element, duplex stainless steels are growing in popularity.

린 듀플렉스 스테인리스강은 종래 오스테나이트계 스테인리스강으로 대별되는 304, 316강과 동등한 내식성을 확보하면서 Ni 함량이 적어 경제적이면서도 고강도 확보가 용이하여 내식성을 요하는 담수 설비, 펄프, 제지, 화학설비 등 산업 설비용 강재로 각광받고 있다.Lin Duplex Stainless Steel is an austenitic stainless steel which has corrosion resistance comparable to 304 and 316 steels. It is economical because it has low Ni content and easy to secure high strength. It is used for industrial equipment such as desalination equipment, pulp, paper, And is attracting attention as a steel material.

이러한 린 듀플렉스강은 일본공개특허 제1986-0562637(1986.3.20.), WO1996-018751호(1996.6.20.), WO2002-027056(2002.4.4.)에 개시되어 있다.Such a lean duplex steel is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 1986-0562637 (1986.3.20.), WO1996-018751 (1996.6.20.), And WO2002-027056 (Apr. 4, 2002).

이 중 일본공개특허 제1986-0562637(1986.3.20.)에 개시된 린 듀플렉스 스테인리스강은 ASTMA240에 규격화되어 있는 S32304(대표성분 23Cr-4Ni-0.13N)에 해당하며, WO2002-027056(2002.4.4.)에 개시된 린 듀플렉스 스테인리스강은 ASTMA240에 규격화되어 있는 S32101(대표성분 21Cr-1.5Ni-5Mn-0.22N)에 해당된다.
Of these, lean duplex stainless steels disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1986-0562637 (March 20, 1986) correspond to S32304 (representative component 23Cr-4Ni-0.13N) standardized in ASTMA240, and WO2002-027056 (Apr. ) Corresponds to S32101 (representative component 21Cr-1.5Ni-5Mn-0.22N) which is standardized in ASTMA240.

상온에서 오스테나이트상과 페라이트상의 혼합 조직을 갖는 듀플렉스 스테인리스강의 대표적인 강종 중 하나인 S32205 듀플렉스 스테인리스강은 고내식성 확보를 위하여 다량의 Cr, Mo, N 성분을 함유하고 있으며, 상분율 확보를 위하여 중량%로 5% 이상의 Ni 성분을 함유하고 있다.The S32205 duplex stainless steel, which is one of the representative types of duplex stainless steels having a mixed structure of austenite phase and ferrite phase at room temperature, contains a large amount of Cr, Mo and N components in order to secure high corrosion resistance. In order to secure the phase fraction, And contains at least 5% Ni component.

또한, 한국공개특허 제2006-0074400호에 개시된 ASTM A240으로 규격화된 S81921강의 경우 Ni 및 Mo의 함량이 각각 중량%로 2.5, 2.4%로 고가의 합금 원소를 포함하고 있다.In the case of the S81921 steel standardized by ASTM A240 disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0074400, the content of Ni and Mo contains 2.5 and 2.4% by weight of alloying elements, respectively, which are expensive.

이들 듀플렉스 스테인리스강은 냉간 가공성 즉, 성형성보다는 내식성 강화 위주의 강에 해당하는바, 특정 적용 분야에서 요구하는 월등한 내식성을 충족시키는 것은 물론, 응력 부식 균열(stress corrosion cracking : SCC)에 대한 저항성이 우수하여 기술적인 해결책을 제공할 수는 있지만, 가공성 관련 인자인 연성이 오스테나이트계 스테인리스강보다 열위하여, 성형 및 절곡 등을 요구하는 산업 분야에 응용되기에는 한계를 가지고 있다.These duplex stainless steels are suitable for cold workability, that is, for corrosion resistance rather than for formability. The duplex stainless steel satisfies not only the superior corrosion resistance required in a specific application but also the resistance to stress corrosion cracking (SCC) , It is possible to provide a technical solution, but the ductility, which is a process-related factor, has a limit to be applied to an industrial field requiring molding and bending, in order to heat it compared with an austenitic stainless steel.

따라서, 이들 고가 원소를 배제하여 제조 원가를 절감하면서도 304, 304L 및 316강 대비 동등 이상 수준의 내식성을 확보하고, 특히 가공성 즉, 연성을 304강과 동등 수준으로 확보하여 산업 설비 및 다양한 성형 가공 분야에서 응용할 필요성이 있는바, 성형 가공성이 우수한 듀플렉스 스테인리스강의 개발이 필요하다.
Therefore, while eliminating these expensive elements, it is possible to reduce the manufacturing costs and secure corrosion resistance equal to or higher than that of 304, 304L and 316 steels. Especially, the processability and ductility are secured at the same level as that of 304 steel. There is a need to develop a duplex stainless steel excellent in molding processability.

한편, 성형성 즉, 연신율이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 경우, 고가인 Ni을 4% 이상 함유하고, 특히 316계열의 경우 Mo을 2% 정도 함유하고 있어서, 귀중한 자원을 다량 소비하게 되는 것은 물론, 제조 원가를 상승사키는 문제점이 존재한다.On the other hand, an austenitic stainless steel having excellent formability, that is, an elongation rate, contains not less than 4% of expensive Ni and, in particular, about 2% of Mo in the case of the 316 series, There is a problem of rising manufacturing costs.

따라서, Ni, Mo의 성분 함량을 줄이면서도, 오스테나이트계와 동등 수준의 연신율 및 내식성을 확보하는 방법으로 페라이트상과 오스테나이트상이 공존하는 2상 조직강이 개발되었으며, 일본공개특허 제1999-071643호(1999.3.16.)는 Ni 함량을 0.1 ~ 1%로 제한하고, 2상 조직 강에 존재하는 오스테나이트의 안정도성 지수를 40 ~ 115 범위로 제어함으로써 연신율이 우수한 오스테나이트 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법을 제시하고 있다.Accordingly, a two-phase structure steel in which a ferrite phase and an austenite phase coexist has been developed as a method of ensuring an elongation and corrosion resistance equivalent to those of an austenitic system while reducing the content of Ni and Mo, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 1999-071643 (March 16, 1999) limits the Ni content to 0.1 to 1% and controls the stability index of austenite present in the two-phase structure steel to be in the range of 40 to 115, thereby obtaining an austenitic ferritic stainless steel having excellent elongation And the like.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as adhering to the prior art already known to those skilled in the art.

미국등록특허 제5624504호(1997.4.29.)United States Patent No. 5624504 (April 29, 1997) 미국등록특허 제6096441호(2000.8.1.)U.S. Patent No. 6096441 (Aug. 1, 2000) 일본공개특허 제1986-0562637(1986.3.20.)Japanese Laid-Open Patent No. 1986-0562637 (March 20, 1986) WO1996-018751호(1996.6.20.)WO1996-018751 (June 20, 1996) WO2002-027056(2002.4.4.)WO 2002-027056 (Apr. 4, 2002) 한국공개특허 제2006-0074400호(2006.7.30.)Korean Patent Publication No. 2006-0074400 (July 30, 2006)

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 N, Ni, Si, Cu의 함량을 조절하여 원가를 절감하면서도, 오스테나이트계 스테인리스강 대비 동등 이상의 내식성 및 연성을 확보할 수 있는 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve such conventional problems, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art by providing a highly ductile duplex stainless steel The purpose is to provide.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강은, 중량 %로, C: 0.08% 이하(0% 제외), Si: 0.2~3.0%, Mn: 2~4%, Cr: 19 ~23%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Si 분배계수는 1.25 ~ 1.32 범위인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a high ductility duplex stainless steel comprising, by weight%, 0.08% or less of C (excluding 0%), 0.2-3.0% of Si, 2-4% of Mn, To 23%, Ni: 0.3% to 2.5%, N: 0.2 to 0.3%, Cu: 0.5 to 2.5%, the balance Fe and other unavoidable impurities, and the Si partition coefficient is in the range of 1.25 to 1.32.

상기 Si 분배계수는 하기의 수기에 의해 온도 조건으로 표현되는 것을 특징으로 한다.The Si partition coefficient is characterized by being represented by a temperature condition by the following procedure.

Si 분배계수 = 1.58-2.655 x 10(-4)x T(oC)
여기서, T는 냉연소둔온도임.
Si partition coefficient = 1.58-2.655 x 10 (-4) x T ( o C)
Here, T is the cold rolling annealing temperature.

진변형율에 대한 가공 경화 속도를 조절하여 소성 유기 마르텐사이트의 생성 속도를 조절하고, 기계적 쌍정을 형성하는 것을 특징으로 한다.And controlling the work hardening rate with respect to the true strain to control the production rate of the fired organic martensite to form a mechanical twin.

본 발명의 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강은 연신율 55% 이상인 것을 특징으로 한다.The high ductility duplex stainless steel of the present invention is characterized by an elongation of 55% or more.

가공 경화 속도(WR)는 하기의 수식 (1), (2) 및 (3)을 만족하는 것을 특징으로 한다.The work hardening speed WR is characterized by satisfying the following expressions (1), (2) and (3).

WR ≥ 10(2.715 - 0.50974 x log(ε))---------- (1)WR? 10 (2.715 - 0.50974 log (?)) - (1)

WR ≤ 10(3.85 + 0.85 x log(ε))---------- (2)WR? 10 (3.85 + 0.85 x log (?)) - (2)

WR ≥ 10(3.28 + 0.4 x log(ε))---------- (3)
여기서, 0.12 ≤ 진변형율(ε) ≤ 0.25 에서는 (1), (2)수식을 만족하며, 진변형율(ε) ≥ 0.25 에서는 (2), (3) 수식을 만족함.
WR? 10 (3.28 + 0.4 x log (?)) - (3)
In this case, the following formulas are satisfied at 0.12 ≤ true strain (ε) ≤ 0.25, and (2) and (3) at true strains ε 0.25.

상기 진변형율(ε)는 0.12 ~ 0.25 로 조절되는 것을 특징으로 한다.And the true strain (?) Is controlled to be 0.12 to 0.25.

본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 고가 원소인 Ni, Si, Cu, Mo의 합금 성분 함량 및 N 성분을 조절함으로써, 자원을 절약할 수 있는 것은 물론, 제조 원가를 최소화할 수 있으며, 304강 대비 동등 수준 이상의 내식성 및 55% 이상의 연신율을 확보할 수 있는 이점이 있다.The present invention can reduce the manufacturing cost as well as reduce the manufacturing cost by controlling the alloy component content and the N component of the high-priced elements Ni, Si, Cu, and Mo due to the technical structure described above. There is an advantage that a corrosion resistance equal to or higher than the equivalent level and an elongation of 55% or more can be secured.

도 1은 소둔 온도에 따른 Si 분배계수 변화를 나타낸 도면,
도 2는 전형적인 공칭 응력-공칭 변형 사이의 관계를 나타낸 도면,
도 3은 가공 경화 속도와 진변형율의 관계 곡선
도 4는 냉간 가공시 오스테나이트상의 변태 조직을 나타낸 투과전자 현미경 사진이다.
1 is a view showing a change in Si partition coefficient depending on an annealing temperature,
Figure 2 shows the relationship between typical nominal stress-nominal strains,
3 is a graph showing a relationship curve between the work hardening speed and the true strain rate
4 is a transmission electron microscope photograph showing a transformed structure of austenite phase during cold working.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고연성 린 듀플렉스강을 설명한다.
Hereinafter, a highly ductile linseed duplex steel according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 고연성 린 듀플렉스강은, 오스테나이트상과 페라이트상의 2상을 갖는 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것으로, 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 규소(Si) 및 구리(Cu) 등의 고가 합금 원소의 함량을 낮추고, 내식성 확보를 위하여 N의 함량을 증가시킨 린 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것이다.The high ductility duplex steel of the present invention relates to a duplex stainless steel having two phases of an austenite phase and a ferrite phase and is a high alloyed steel such as nickel (Ni), molybdenum (Mo), silicon (Si) and copper The present invention relates to a lean duplex stainless steel in which the content of N is decreased and the content of N is increased to secure corrosion resistance.

이러한 본 발명의 고연성 린 듀플렉스강은, 고함량의 질소로 인하여 일반적인 오스테나이트계 스테인리스강인 304강 대비 동등 수준 이상의 내식성을 유지할 수 있다.The highly ductile linseed duplex steel of the present invention can maintain corrosion resistance equal to or higher than that of 304 steel, which is austenitic stainless steel, due to a high nitrogen content.

또한 오스테나이트계 스테인리스강 이상의 연신율 확보가 가능하며, 304강 동등 수준의 연신율을 확보할 수 있다.In addition, it is possible to secure an elongation more than that of an austenitic stainless steel, and an elongation ratio equal to 304 steel can be secured.

이러한 고연성 린 듀플렉스강은 연신율이 우수하여 304강의 대체 용도로 사용이 가능한바, 부식 환경에서는 물론, 성형용 일반 제품에 사용될 수 있으며, 스트립, 바, 플레이트, 시트, 파이프, 튜브 등과 같은 제품으로 가공되어 사용된다.
These highly ductile duplex steels have excellent elongation and can be used in alternative applications to 304 steel. They can be used in general products for molding as well as in corrosive environments. They can be used in products such as strips, bars, plates, sheets, pipes and tubes Processed and used.

본 발명의 고연성 린 듀플렉스강은 중량%로, C : 0.08% 이하(0% 제외), Si : 0.2 ~ 3.0%, Mn : 2.0 4.0%, Cr : 19.0 ~ 23.0%, Ni : 0.3 ~ 2.5%, N : 0.2 ~ 0.3%, Cu : 0.5 ~ 2.5%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는바, 이하에서는 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.
The high ductility duplex steel according to the present invention comprises, by weight, 0.08% or less of C, 0.2 to 3.0% of Si, 2.0 to 4.0% of Mn, 19.0 to 23.0% of Cr, 0.3 to 2.5% of Ni, 0.2 to 0.3% of N, 0.5 to 2.5% of Cu, and the balance of Fe and other unavoidable impurities.

C는 오스테나이트상 형성 원소로 고용 강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다.C is an element for forming an austenite phase, and is an effective element for increasing the strength of a material by solid solution strengthening.

그러나, 과다 첨가시 페라이트-오스테나이트 상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 내부식성을 감소시키기 때문에, 내식성을 극대화하기 위해서는 0.08% 이하의 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
However, in the case of excessive addition, it is easily bonded to a carbide forming element such as Cr effective for corrosion resistance at the ferrite-austenite phase boundary to reduce the corrosion resistance by lowering the Cr content around the grain boundary. Therefore, in order to maximize the corrosion resistance, .

Si는 탈산효과를 위하여 일부 첨가되며, 페라이트상 형성 원소로 소둔 열처리시 페라이트에 농화되는 원소이다.Si is partially added for the deoxidizing effect, and is an element which is concentrated into ferrite upon annealing with an element for forming a ferrite phase.

따라서, 적정한 페라이트 상분율 확보를 위하여 0.2% 이상 첨가하여 한다.Therefore, 0.2% or more is added in order to ensure proper ferrite phase fraction.

그러나, 3.0% 이상을 첨가하는 경우, 페라이트상의 경도를 급격히 증가시켜서 연신율을 저하시키게 되는바, 연신율 확보에 영향을 미치는 오스테나이트상 확보를 어렵게 한다.However, when 3.0% or more is added, the hardness of the ferrite phase is rapidly increased to lower the elongation, which makes it difficult to secure the austenite phase, which affects the elongation.

또한, 과다 첨가시에는 제강 공정에서 슬래그 유동성을 저하시키고, 산소와 결합하여 개재물을 형성, 내식성을 저하시키게 된다.In addition, when the steel is over-added, the slag fluidity is lowered in the steelmaking process, and the steel is combined with oxygen to form inclusions and reduce corrosion resistance.

따라서, Si 함량은 0.2 ~ 3.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
Therefore, the Si content is preferably limited to 0.2 to 3.0%.

N는 듀플렉스 스테인리스강에서 Ni와 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소로, 소둔 열처리시 오스테나이트상에 농화되는 원소 중의 하나이다.N is an element contributing greatly to the stabilization of the austenite phase together with Ni in duplex stainless steel and is one of the elements which is concentrated in the austenite phase during annealing heat treatment.

따라서, N 함량을 증가시킴으로써 부수적으로 내식성 향상 및 강도 향상을 꾀할 수 있으나, 첨가된 Mn의 함량에 따라 N의 고용도가 변화될 수 있으므로, 그 함량 조절이 필요하다.Therefore, by increasing the N content, the corrosion resistance can be improved and the strength can be increased. However, since the solubility of N may vary depending on the content of Mn added, it is necessary to control the content thereof.

본 발명의 Mn 범위에서 N 함량이 0.3% 이상을 초과하면, 질소 고용도 초과에 의해 주조시 블로우홀(blow hole) 및 핀홀(pin hole) 등의 발생하여, 제품의 표면 결함이 유발되는 문제점이 있다.If the N content exceeds 0.3% in the Mn range of the present invention, blowholes and pinholes are generated during casting due to excess nitrogen solubility, thereby causing surface defects of the product have.

304강 수준의 내식성 확보를 위해서는 N를 0.2% 이상을 첨가해야만 하는바, N 함량이 너무 낮으면 적절한 상분율 확보가 곤란해진다.In order to secure corrosion resistance at the level of 304, N should be added in an amount of at least 0.2%, and if the N content is too low, it becomes difficult to secure an appropriate phase fraction.

따라서, N 함량은 0.20 ~ 0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.
Therefore, it is preferable to limit the N content to 0.20 to 0.30%.

Mn은 탈산제 및 질소 고용도를 증가시키는 원소이며, 오스테나이트 형성 원소로 고가의 Ni을 대체하여 첨가된다.Mn is an element that increases deoxidizing agent and nitrogen solubility and is added in place of expensive Ni as an austenite forming element.

Mn 함량이 4%를 초과하여 첨가되면 304강 수준의 내식성 확보가 어려워지는바, Mn이 그 이상 첨가되는 경우, 질소 고용도를 개선하는 효과가 있으나 강 중의 S와 결합하여 MnS를 형성하고 내식성을 저하시키는 단점이 있다.If the Mn content is more than 4%, it becomes difficult to obtain the corrosion resistance at the level of 304. When Mn is added more than the above, it is effective to improve the nitrogen solubility, but MnS is formed by bonding with S in the steel, .

또한, Mn의 함량이 2% 미만인 경우, 오스테나이트 형성 원소인 Ni, Cu, N등을 조절하여도 적정한 오스테나이트 상분율의 확보가 어렵고, 첨가되는 N의 고용도가 낮아서 상압에서 질소의 충분한 고용을 얻을 수 없다.When the content of Mn is less than 2%, it is difficult to secure a proper austenite phase fraction even when Ni, Cu, N, etc. as the austenite forming elements are controlled, and the solubility of N added is low, Can not be obtained.

따라서, Mn의 함량을 2% ~ 4%로 제한 하는 것이 바람직하다.
Therefore, it is preferable to limit the content of Mn to 2% to 4%.

Cr은 Si와 함께 페라이트 안정화 원소로 2상 스테인리스강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라, 내식성 확보를 위한 필수 원소이다.Cr is a ferrite stabilizing element together with Si, which plays a major role in securing ferrite phase of two-phase stainless steel and is an essential element for securing corrosion resistance.

Cr의 함량을 증가시키면 내식성이 증가하지만, 상분율 유지를 위하여 고가의 Ni이나 기타 오스테나이트 형성 원소 함량을 증가시켜야 하는 단점이 있다.Increasing the Cr content increases the corrosion resistance, but there is a disadvantage that the content of expensive Ni and other austenite forming elements must be increased to maintain the phase fraction.

따라서, 2상 스테인리스강의 상분율을 유지하면서 304강 이상의 내식성을 확보하기 위해서 Cr의 함량을 19 ~ 23%로 제한한다.
Therefore, the content of Cr is limited to 19 to 23% in order to maintain the phase fraction of the two-phase stainless steel and ensure corrosion resistance higher than 304 steel.

Ni은 Mn, Cu 및 N와 함께 오스테나이트 안정화 원소로, 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트상의 확보에 주된 역할을 한다.Ni is an austenite stabilizing element together with Mn, Cu and N, and plays a major role in securing the austenite phase of the duplex stainless steel.

원가 절감을 위하여 가격이 비싼 Ni 함량을 최대한 감소시키는 대신에 다른 오스테나이트상 형성 원소인 Mn과 N을 증가시켜서 Ni의 저감에 의한 상분율 균형을 충분히 유지할 수 있다.In order to reduce the cost, instead of reducing the Ni content which is high in price, it is possible to increase the Mn and N, which are the other austenite phase forming elements, to sufficiently maintain the phase fraction balance by the reduction of Ni.

그러나, 냉간 가공시 발생하는 소성 유기 마르텐사이트 형성을 억제함으로써 충분한 오스테나이트상의 안정도 확보를 위하여 0.3% 이상 첨가하여야 한다.However, in order to secure sufficient austenite phase stability by suppressing the formation of fired organic martensite which occurs during cold working, it is required to add at least 0.3%.

Ni를 많이 첨가하면 오스테나이트상 분율이 증가하여 적절한 오스테나이트 분율 확보가 어렵고, 특히 고가인 Ni로 인한 제품의 제조 비용 증가로 304강 대비 경쟁력 확보가 어렵다.When a large amount of Ni is added, the austenite fraction increases and it is difficult to secure a proper austenite fraction.

따라서, Ni의 함량을 0.3% ~ 2.5%로 제한함이 바람직하다.
Therefore, it is preferable to limit the Ni content to 0.3% to 2.5%.

원가 절감을 위하여 Cu 함량은 최소한으로 낮추는 것이 바람직한바, 냉간 가공시 발생하는 소성 유기 마르텐사이트 형성을 억제함으로써 충분한 오스테나이트상의 안정도 확보를 위하여 0.5% 이상 첨가되어야 한다.In order to reduce the cost, it is desirable to reduce the Cu content to a minimum. In order to secure sufficient austenite phase stability by suppressing the formation of fired organic martensite during cold working, it should be added at least 0.5%.

반면 Cu 함량이 2.5% 이상이면 열간 취성에 의해 제품 가공이 어려워지는바, Cu 함량은 0.5 ~ 2.5%로 조절하는 것이 바람직하다.
On the other hand, if the Cu content is 2.5% or more, the product is difficult to process due to hot brittleness, and the Cu content is preferably adjusted to 0.5 to 2.5%.

한편, Si 분배계수는 오스테나이트에 농화된 Si 농도에 대한 페라이트에 농화된 Si농도를 의미하는바, 이를 1.25 ~ 1.32 범위로 조절하는 것이 바람직하다.On the other hand, the Si partition coefficient means the concentration of Si concentrated in the ferrite with respect to the Si concentration concentrated in the austenite, and it is preferable to control the Si concentration in the range of 1.25 to 1.32.

Si 분배계수가 1.25 미만이면 페라이트 상분율 확보가 어렵고, 1.32를 초과하면 페라이트상의 경도를 급격히 증가시켜서 연신율을 저하시켜 연신율 확보에 영향을 미치는 오스테나이트상 확보를 어렵게 한다.When the Si partition coefficient is less than 1.25, securing of the ferrite phase fraction is difficult. When the Si partition coefficient is more than 1.32, the hardness of the ferrite phase is rapidly increased to lower the elongation, making it difficult to secure the austenite phase which affects the elongation.

즉, Si는 페라이트 형성원소로 페라이트 상에 농화가 발생하며, 오스테나이트 상에 고용되는 경우는 오스테나이트 상의 안정도 및 적층 결함에너지에 영향을 준다. 오스테나이트 상에 Si 함량이 증가함에 따라 소성 유기 마르텐사이트나, 쌍정을 형성하는 변형량이 증가한다.That is, Si is a ferrite forming element, which is concentrated on the ferrite, and when it is solidified in the austenite phase, it affects the stability of the austenite phase and the stacking fault energy. As the Si content increases in the austenite phase, the amount of deformation to form fired organic martensite or twinning increases.

Si 분배계수가 1.32 를 초과하여 소둔 온도가 1000℃에 이르지 못 하는 경우, Si의 충분한 확산이 일어나지 않아 오스테나이트 상에 농화되는 Si 양이 불충분, 낮은 변형에서도 쉽게 소성 유기 마르텐사이트가 형성되어 급격한 가공 경화 지수 증가를 초래한다. When the Si distribution coefficient exceeds 1.32 and the annealing temperature does not reach 1000 캜, sufficient diffusion of Si does not occur and the amount of Si concentrated in the austenite phase is insufficient, so that fired organic martensite is easily formed even at low strain, Resulting in an increase in the hardening index.

Si 분배계수가 1.25 미만이어서 소둔 온도가 1250℃ 를 초과하게 되면, 고온에서 Si의 확산이 활발하여 과도한 Si의 농화가 발생하여, 오스테나이트상의 안정화가 발생하는바, 소성 유기 마르텐사이트 형성이 억제되어 변형의 구간에서 응력을 유지 할 수 있는 가공 경화 지수를 얻을 수 없다.If the Si partition coefficient is less than 1.25 and the annealing temperature exceeds 1250 deg. C, diffusion of Si becomes active at high temperature, excessive Si concentration occurs, and stabilization of the austenite phase occurs. As a result, formation of fired organic martensite is suppressed A work hardening index capable of maintaining stress in the section of deformation can not be obtained.

이러한 Si 분배계수는 온도, 시간 등 다양한 인자로 표현될 수 있는바, 본 발명자는 Si 분배계수를 온도 조건으로 표현하였다.The Si partition coefficient can be expressed by various factors such as temperature and time. The present inventors have expressed the Si partition coefficient as a temperature condition.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고연성 린 듀플렉스강의 합금 원소 분배 거동을 정밀하게 조사해본 결과, 오스테나이트 형성 원소로 알려진 Ni, Cu, Mn은 냉연 소둔 온도에 따라 크게 변화하지 않으나, Si 분배계수는 냉연 소둔 온도에 따라 변화함을 알 수 있었다.As shown in FIG. 1, when the alloying element distribution behavior of the highly ductile duplex steel of the present invention was investigated precisely, Ni, Cu, and Mn, which are known as austenite forming elements, It was found that the distribution coefficient changes with the cold annealing temperature.

Si 분배계수를 온도에 관한 함수로 정의하면 아래와 같다.
The definition of the Si partition coefficient as a function of temperature is as follows.

1.25 ≤ Si 분배계수 = 1.58 - 2.655 x 10(-4) x T(℃) ≤ 1.32
1.25? Si Partition coefficient = 1.58 - 2.655 x 10 (-4) x T (占 폚)? 1.32

따라서, Si 분배계수의 범위와 소둔 조건 즉, 온도와의 관계로부터 소둔 조건에 대한 결과를 도출할 수 있는바, 소둔 조건은 1000 ~ 1250℃이다.Therefore, from the relationship between the range of the Si partition coefficient and the annealing condition, that is, the temperature, the annealing conditions can be derived, and the annealing condition is 1000 to 1250 占 폚.

이러한 소둔 조건을 만족하는 경우, 도 2에 도시된 공칭 응력-공칭 변형의 곡선처럼 55% 이상의 연신율을 갖는 냉연 소둔재를 얻을 수 있다.(type 3)
When such an annealing condition is satisfied, a cold-rolled annealed material having an elongation of 55% or more can be obtained as shown in the curve of the nominal stress-nominal strain shown in Fig. 2. (type 3)

한편, 상술한 합금 조성을 갖는 고연성 린 듀플렉스강을 냉연 소둔한 후에, 가공 경화 속도(WR)와 진변형율(ε)의 관계를 살펴보았다.On the other hand, the relationship between the work hardening speed (WR) and the true strain rate (ε) after cold-annealing the high-softening linseed duplex steel having the above-described alloy composition was examined.

도 3에 도시된 바와 같이, 빗금친 영역이 고연성 린 듀플렉스강의 연신율은 55% 이상 영역이다. As shown in Fig. 3, the elongation of the highly ductile lean duplex steel in the hatched region is 55% or more.

진변형율(ε)에 따른 가공 경화 속도(WR)의 상관 관계로 표현되는 빗금친 영역은 하기의 수식으로 표현될 수 있다.
The hatched region expressed by the correlation of the work hardening speed WR with respect to the true strain? Can be expressed by the following equation.

WR = 10(2.715 - 0.50974 x log(ε))---------- ①WR = 10 (2.715 - 0.50974 log (?))

WR ≥ 10(2.715 - 0.50974 x log(ε))---------- ②WR ≥ 10 (2.715 - 0.50974 log (ε)) ---------- 2

WR ≤ 10(3.85 + 0.85 x log(ε))---------- ③WR? 10 (3.85 + 0.85 x log (?)) -

WR ≥ 10(3.28 + 0.4 x log(ε))---------- ④
WR? 10 (3.28 + 0.4 x log (?)) -

진변형 초기에는 ① 수식을 따르고, 0.12 ≤ 진변형율(ε) ≤ 0.25 에서는 ②, ③ 수식을 만족하며, 진변형율(ε) ≥ 0.25 에서는 ③, ④ 수식을 만족한다.In the early stage of deformation, follow the formula (1) and satisfy the equations (2) and (3) at 0.12 ≤ true strain (ε) ≤ 0.25 and satisfy the equations (3) and (4) at the true strain (ε) ≥ 0.25.

가공시 변형 초기에는 변형이 증가함에 따라 가공 경화 속도는 단조 감소하는바, 진변형율 0.12에서는 가공 경화 속도는 수식 ③을 따라 단조 증가된다.As the deformation increases, the work hardening rate decreases monotonically at the initial stage of deformation. When the true deformation rate is 0.12, the work hardening rate increases monotonically according to Eq.

이는 냉간 가공시 오스테나이트상에서 고경도의 소서 유기 마르텐사이트가 형성됨으로써 가공 경화 속도가 증가하는 것으로 해석된다.It can be interpreted that the work hardening rate is increased by forming a high hardness organosite martensite on austenite during cold working.

그러나, 진변형율(ε)이 0.12보다 작은 영역에서 소성 유기 마르텐사이트가 형성(type 1)되면, 변형 초기에 고경도의 소성 유기 마르텐사이트가 형성됨으로써 급격하게 가공 경화가 일어나므로 강도가 급격히 증가하여 연신율이 감소한다.However, when firing organic martensite is formed (type 1) in the region where the true strain (epsilon) is smaller than 0.12, the fired organic martensite having a high hardness is formed at the beginning of the deformation, Elongation decreases.

따라서, 소성 유기 마르텐사이트는 진변형율(ε)이 0.12 이상에서 생성되어야 한다.Therefore, the fired organic martensite should be produced at a true strain of at least 0.12.

한편, 2상강에 존재하는 오스테나이트상의 변형 모드는 온도에 따른 Si 분배계수의 영향을 받는바, 진변형율(ε)이 0.25 이상에서 가공 경화 속도가 음의 기울기에서 양의 기울기로 전환될 수 있다.On the other hand, the deformation mode of the austenite phase present in the two-phase steel is influenced by the Si partition coefficient depending on the temperature, and the work hardening rate can be changed from the negative slope to the positive slope when the true strain? .

이는 2상강에 존재하는 오스테나이트상 변형 기구가 오스테나이트의 안정도 증가에 따라 소성 유기 마르텐사이트에서 기계적 쌍정을 형성하는 경향으로 변화하기 때문이다. 이러한 기계적 쌍정이 형성되는 임계 진변형율(ε)은 0.25이며, 이때 type 3는 연신율 55% 이상 확보가 가능하다.This is because the austenitic deformation mechanism existing in the two-phase steels changes to a tendency to form mechanical twins in the fired organic martensite as the stability of the austenite increases. The critical true strain (ε) at which such a mechanical twin is formed is 0.25, and at this time, the type 3 can secure an elongation of 55% or more.

진변형율(ε)이 0.25 이상에서 오스테나이트상에 기계적 쌍정이 형성되지 않고, 오스테나이트상의 전위 활주에 의한 변형이 발생하면, 2상강의 가공 경화 속도는 변형이 증가함에 따라 수식 ①을 따라 음의 기울기를 가지면서 계속하여 단조 감소한다. 이 경우, type 2는 연신율이 55% 이하로 급격히 감소한다.
When the true strain rate (ε) is 0.25 or more, no mechanical twinning is formed in the austenite phase, and deformation due to the austenitic phase transition occurs, the work hardening rate of the two- Continuously monotonically decreasing with inclination. In this case, the elongation rate of the type 2 rapidly decreases to 55% or less.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 2상강에 존재하는 오스테나이트상의 소성 유기 마르텐사이트 형성이 0.12 진변형율 이하에서 발생하는 경우(type 1), 초기의 급격한 강도 증가로 인하여 연신율이 급격히 감소한다.On the other hand, as shown in FIG. 2, when the formation of fired organic martensite in the austenite phase existing in the two-phase steel occurs at a strain of 0.12 or less (type 1), the elongation rate sharply decreases due to the initial rapid increase in strength.

또한 0.25 진변형율 이상에서 기계적 쌍정의 형성이 없는 경우(type 2), 소재의 가공 경화 부족에 의하여 연신율이 다시 급격히 감소함을 알 수 있다In addition, it can be seen that, in the case of no mechanical twin formation at 0.25 or more strain rate (type 2), the elongation rate again decreases rapidly due to lack of work hardening

반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 진변형율 0.12 ~ 0.25 구간에서 오스테나이트 상이 소성 유기 마르텐사이트로 변태 또는 기계적 쌍정을 형성 또는 혼합됨으로써 적절한 가공 경화의 발생으로 연신율이 55%이상을 나타냄을 알 수 있다 (type3).On the other hand, as shown in FIG. 4, it can be seen that the elongation is 55% or more due to the occurrence of proper work hardening by forming or mixing austenite phase with sintered organic martensite or mechanical twinning in the range of true strain of 0.12 to 0.25 (Type 3).

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (6)

중량 %로, C: 0.08% 이하(0% 제외), Si: 0.2~3.0%, Mn: 2~4%, Cr: 19 ~23%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
Si 분배계수는 1.25 ~ 1.32 범위이며,
상기 Si 분배계수는 하기의 수식에 의해 온도 조건으로 표현되며,
Si 분배계수 = 1.58-2.655 x 10(-4)x T(oC) (T는 냉연소둔온도)
진변형율(ε)에 대한 가공 경화 속도(WR)를 하기의 수식 (1), (2) 및 (3) 범위로 조절하여 소성 유기 마르텐사이트의 생성 속도를 조절하고, 기계적 쌍정을 형성하는 것을 특징으로 하는, 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강.
WR ≥ 10(2.715 - 0.50974 x log(ε))---------- (1)
WR ≤ 10(3.85 + 0.85 x log(ε))---------- (2)
WR ≥ 10(3.28 + 0.4 x log(ε))---------- (3)
여기서, 0.12 ≤ 진변형율(ε) ≤ 0.25 에서는 (1), (2)수식을 만족하며, 진변형율(ε) ≥ 0.25 에서는 (2), (3) 수식을 만족함.
Cr: 19 to 23%, Ni: 0.3 to 2.5%, N: 0.2 to 0.3%, C: 0.08% or less (excluding 0%), Si: 0.2 to 3.0% , Cu: 0.5 to 2.5%, the balance Fe and other unavoidable impurities,
The Si partition coefficient is in the range of 1.25 to 1.32,
The Si partition coefficient is expressed by the temperature condition by the following equation,
Si partition coefficient = 1.58-2.655 x 10 (-4) x T ( o C) (T is the cold rolling annealing temperature)
It is possible to adjust the work hardening rate WR with respect to the true strain epsilon within the range of the following formulas (1), (2) and (3) to control the production rate of fired organic martensite and form mechanical twinning Highly ductile lineless duplex stainless steel.
WR? 10 (2.715 - 0.50974 log (?)) - (1)
WR? 10 (3.85 + 0.85 x log (?)) - (2)
WR? 10 (3.28 + 0.4 x log (?)) - (3)
In this case, the following formulas are satisfied at 0.12 ≤ true strain (ε) ≤ 0.25, and (2) and (3) at true strains ε 0.25.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
연신율 55% 이상인 것을 특징으로 하는, 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강.
The method according to claim 1,
And an elongation of 55% or more.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 진변형율(ε)는 0.12 ~ 0.25 로 조절되는 것을 특징으로 하는, 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강.
The method according to claim 1,
Characterized in that the true strain (?) Is adjusted to 0.12 to 0.25.
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