KR101747094B1 - 삼상 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

삼상(triple-phase) 스테인리스강 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 삼상(triple-phase) 스테인리스강은 내부에 페라이트 상이 형성되고, 표면을 포함하는 최외곽에 오스테나이트 상이 형성되고, 페라이트 상과 오스테나이트 상의 사이에 마르텐사이트 상이 형성될 수 있다. 따라서, 포함함으로써 고내식성 및 고강도와 함께 고인성을 가지는 삼상 스테인리스 강을 제공할 수 있다.

Description

삼상 스테인리스강 및 그 제조방법{TRIPLE-PHASE STAINLESS STEEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 삼상 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페라이트계 스테인리스강의 표면과 내부에 발생기 질소(N)를 침투시켜 상변태 시키는 삼상 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인리스 강에 질소를 첨가하면 결정립이 미세화되어 인성이 향상되며, 탄소의 확산속도를 늦추어 탄화물 석출을 지연시킴으로써 내식성이 향상된다고 알려져 있기 때문에 강도와 내식성을 향상시키기 위해 일정 범위의 질소를 스테인리스 강에 첨가하는 것이 보통이다.
따라서, 오스테나이트계 및 2상(dual-phase)계 스테인리스강에 다양한 고질소 스테인리스강이 개발되어 시판되고 있다. 강에서 질소의 고용도는 탄소와 같이 극히 적으며, 주로 질화물로 나타난다.
질소는 탄소보다 원자반경이 적고, 주로 질소 형태의 불활성 가스 상태로 존재하기 때문에 강에 질소를 고용시키기가 상당히 어려우므로, 질소의 고용도를 높이기 위해 크롬(Cr) 등과 같이 질소와 친화력이 큰 합금원소가 많이 함유되어 있는 스테인리스 강이 유리하며, 일반적으로 이들 강에서 높은 질소 고용도를 나타내고 있다.
일반적으로 합금강에 질소를 고용 시키기 위해서는, 용해 상태의 용융금속에 특수한 가압 설비를 이용한 복잡한 공정을 통해 수십 ppm 단위부터 최대 0.45% 한계 고용량 이하의 질소 고용이 가능하다.
용강 내 고용되는 질소의 농도는 약 0.45%가 한계치로 그 이상의 질소는 고용되기 힘든 것으로 알려져 있다. 도 1은 합금강에 고용되는 질소의 고용도를 나타낸 그래프이다. 도 1을 참조하면, 온도에 따른 질소 고용량에도 잘 나타나 있다. 즉, 용융 금속 상태에서는 가압 설비와 같은 특수한 용해 장치 없이는 질소의 고용은 매우 힘들다.
합금강에 질소를 고용시키기 위한 방법으로서, 질소 침투 열처리를 수행할 수 있는데, 이러한 질소 침투 처리는 주로 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn) 및 텅스텐(W)과 같이 오스테나이트 상에 질소의 고용도가 높은 원소를 함유한 스테인리스강에서 주로 수행되고 있으며, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)과 같이 질화물을 쉽게 형성하는 원소를 함유한 강은 질소침투와 함께 질화물 석출이 일어나 내식성이 나빠지므로 고용 질화하지 않는다고 알려져 있다.
한편, 질소의 고용도가 거의 없는 페라이트계 스테인리스 강은 질소 침투 온도에서 강 표면에서 내부로 질소가 침투되기 어려워, 마찰 및 마모 특성이 우수하지 못하여 기계적 용도로는 사용이 제한되는 단점이 있다.
한국 등록특허문헌 제10-0831022호
본 발명의 실시예들은 강의 표면에서 내부로 갈수록 오스테나이트 상, 마르텐사이트 상, 페라이트 상의 세가지 상을 형성하는 삼상 스테인리스강및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 질소 침투 처리를 통하여 페라이트상을 마르텐사이트 상 및 오스테나이트 상으로 상변태 시켜 내식성 및 질소의 고용강화 효과에 따른 기계적 특성이 향상되고, 내부에 페라이트 상이 남게 되어 표면 내식 특성이 우수한 고강도-고인성의 삼상 스테인리스강및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 페라이트 상이 형성되고, 표면을 포함하는 최외곽에 오스테나이트 상이 형성되고, 상기 페라이트 상과 상기 오스테나이트 상의 사이에 마르텐사이트 상이 형성되는 삼상(triple-phase) 스테인리스강이 제공될 수 있다.
또한, 상기 스테인리스강의 표면에서 내부 방향으로 오스테나이트 상, 마르텐사이트 상, 및 페라이트 상이 순차적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 스테인리스강은 중량%로, 탄소 (C) 0.01% 이하, 실리콘 (Si) 0.5% 이하, 크롬 (Cr) 17~20%, 몰리브데늄 (Mo) 1.0~5.0%, 니켈 (Ni) 0.1~0.2%, 망간 (Mn) 1.0% 이하, 티타늄 (Ti) 0.01~0.2%, 나이오븀 (Nb) 0.1~0.6%, 알루미늄 (Al) 0.1% 이하, 인 (P) 0.03% 이하, 황 (S) 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 중량%로, 상기 오스테나이트 상에 고용된 질소 함량은 1.0% 이상이고, 상기 마르텐사이트 상이 고용된 질소 함량은 0.6 이상 1.0% 미만이며, 상기 페라이트 상에 고용된 질소 함량은 0.6% 미만일 수 있다.
또한, 상기 스테인리스강은 하기 식 (1)에 따른 내공식 저항지수가 54 이상인 것을 특징으로 하되, 식 (1)은 PREN = Cr + 3.3 Mo + 30 N - Mn 일 수 있다.
또한, 표면에 침투되는 질소의 함량(상기 식(1)에서 N의 값)을 1.0% 이상으로 할 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트 상의 입자 크기는 50㎛ 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 스테인리스강의 표면 경도가 300HV 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 900 내지 1,280℃로 온도로 유지되는 노 챔버 내에 페라이트계 스테인리스 강을 배치하고, 노 챔버 내에 질소(N2) 가스를 주입하여 질소 분위기를 형성하고, 질소(N2) 가스를 분해하여 발생기 질소(N)를 형성하고, 최외곽 상을 오스테나이트 상으로 상변태시키기 위해 침투되는 질소의 함량을 1.0% 이상으로 하고, 상기 최외곽 상의 내부에 마련되는 상을 마르텐사이트 상으로 상변태 시키기 위해 침투되는 질소의 함량을 0.6 내지 1.0% 사이가 되도록 하고, 상기 마르텐사이트 상의 내부에는 침투되는 질소의 함량을 0.6% 미만으로 하여 페라이트 상이 유지되도록 하는 삼상 스테인리스강의 제조방법.
본 발명의 실시예들은 페라이트계 스테인리스 강판에 고농도의 질소 침투 처리를 통하여 질소를 침투 및 고용시킬 수 있으며, 이에 따라 강판의 표면을 포함하는 최외곽의 페라이트 상을 표면 내식 특성이 우수한 오스테나이트 상으로 상변태 시키고, 그 내부의 페라이트 상을 마르텐사이트 상으로 상변태 시켜 강성을 증가시킬 수 있으며, 강판의 내부는 고인성 성질을 가지는 페라이트 상을 포함하도록 하여 강판의 표면에서 내부로 갈수록 오스테나이트, 마르텐사이트, 및 페라이트 상이 순차적으로 존재하는 삼상 스테인리스강을 구성할 수 있다.
따라서 질소의 침투 및 고용에 따른 질소의 고용강화 효과에 따라 스테인리스강의 내식성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 내부에 고인성의 페라이트 상을 포함함으로써 고내식성 및 고강도와 함께 고인성을 가지는 삼상 스테인리스 강을 제공할 수 있다.
또한, 액상이 아닌 고체상 상태의 합금강을 이용하여 삼상 스테인리스 강을 제공할 수 있고, 특수한 가압 설비가 없이도 액상에서 고용 가능한 질소의 고용 한계치를 뛰어 넘을 수 있다.
도 1은 합금강에 고용되는 질소의 고용도를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3은 페라이트계 스테인리스 강판에 보조 시편을 인접하여 배치한 후 질소 침투 처리하는 과정 및 강판에 질소가 침투하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 질소 침투 처리된 삼상 스테인리스 강판의 단면을 광학현미경으로 측정한 조직 사진이다.
도 5는 도 4의 조직 사진을 EBSD로 상 분석한 결과를 나타내는 사진이다.
도 6은 질소 침투 처리된 삼상 스테인리스 강판의 표면으로부터의 깊이에 따른 경도를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 합금강에 고용되는 질소의 고용도를 나타낸 그래프이다. 도 2 및 도 3은 페라이트계 스테인리스 강판에 보조 시편을 인접하여 배치한 후 질소 침투 처리하는 과정 및 강판에 질소가 침투하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트계 스테인리스강에 질소 침투 처리하여 삼상(triple-phase) 스테인리스강을 제조하는 방법이 개시된다.
페라이트계 스테인리스강은 중량%로, 탄소(C): 0.01% 이하, 실리콘(Si): 0.5% 이하, 크롬(Cr): 17 내지 20%, 몰리브데늄(Mo): 1.0 내지 5.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강판을 이용할 수 있다. 또한, 기타 불가피한 불순물은 니켈(Ni): 0.1 내지 0.2%, 망간(Mn): 1.0% 이하, 티타늄(Ti): 0.01 내지 0.2%, 나이오븀(Nb): 0.1 내지 0.6%, 알루미늄(Al): 0.1% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.005% 이하를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 페라이트계 스테인리스강은 STS 304 강 또는 STS 444 강 등을 사용할 수 있다.
페라이트계 스테인리스강에 질소 침투 처리를 하는 방법은 페라이트계 스테인리스 강판(10)을 1,280℃ 이하의 온도로 유지되는 노(furnace) 챔버 내에 위치시킨다.
도 1을 참조하면, 합금강에 고용되는 질소의 고용도를 알 수 있는데, 예를 들어, 18.4%의 Cr을 포함하는 합금강의 경우 1,280℃의 온도를 경계로 하여 온도가 증가할수록 질소의 고용도가 약 0.2% 정도로 급격히 저하되는 것을 알 수 있다. 이에 따라서, 노(furnace) 챔버 내의 온도는 1,280℃ 이하로 유지시키는 것이 바람직하다.
예를 들어, 보다 바람직하게는, 상기 노 챔버 내의 온도는 900 내지 1,280℃로 유지시킬 수 있다. 상기 노 챔버 내의 온도가 900℃ 미만인 경우, 상기 노 챔버 내에 주입된 질소(N2) 가스가 발생기 질소(N)로 분해되지 못하여 질소(N2) 분자 자체가 상기 강판의 표면에 충돌하게 되며, 강판의 내부로 침투율이 낮아지는 문제점이 있어 이의 하한은 900℃로 제한함이 바람직하다.
다음으로 상기 강판(10)에 인접하여 보조 시편(20)을 배치하고, 이후, 상기 노 챔버 내에 질소(N2) 가스를 주입하여 질소 분위기를 형성시켜 1분 이상 유지한다.
상기 보조 시편(20)은 상기 강판(10)과 동일한 합금강을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이종 금속을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 시편(20)은 상기 강판(10)과 동일한 합금강을 사용할 수 있으며, 복수의 강판(10)들을 인접하여 배치하여 서로 보조 시편(20)의 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 동일 강종의 대량 처리를 통하여 공정 비용의 감소 및 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 상기 강판(10)에 대향하는 상기 보조 시편(20)의 표면 형상은 상기 강판(10)의 표면 형상과 동일 또는 유사하게 형성된 것이 바람직하며, 이에 따라서 균일한 질소 침투 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 강판(10) 내에 균일한 질소 침투 효과를 얻기 위하여는, 상기 보조 시편(20)은 상기 강판(10)의 크기와 동일하거나 큰 것을 사용함이 바람직하다.
상기 노 챔버 내에 일정량의 질소(N2) 가스를 흘리는 방법(flowing)을 통하여 주입하여 질소 분위기를 형성시키는데, 상기 질소(N2) 가스는 고온의 노 챔버 내부 온도에 의하여 분자 형태의 질소(N2) 가스가 분해되어 발생기 질소(N)를 형성하며, 점점 상기 노 챔버 내에는 발생기 질소(N)로 가득 채워지게 된다.
이와 달리, 질소 분위기를 형성시키되 질소 가스압을 가하지 않는 상기 질소(N2) 가스를 흘리는 방법(flowing) 이외에, 질소(N2) 가스가 분해된 발생기 질소(N)의 농도 분압 활성화가 필요한 경우, 상기 노 챔버 내 분압은 1.0kgf/cm2 이상이 되도록 질소(N2) 가스를 지속적으로 주입할 수 있다.
상기 강판(10) 및 상기 보조 시편(20)은 서로 최대한 인접하도록 배치시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 강판(10) 및 상기 보조 시편(20) 사이의 간격은 1,000nm 이하일 수 있다.
상기 노 챔버의 내부는 고온을 유지하고 있으며, 이에 따라 발생된 상기 발생기 질소(N)는 매우 활발하게 운동을 한다. 따라서, 상기 발생기 질소들(N) 사이 또는 상기 발생기 질소(N)와 강판(10)의 표면에서의 충돌에 따라 침투 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 강판(10) 및 상기 보조 시편(20)을 인접하여 배치함으로써, 상기 강판(10) 및 상기 보조 시편(20) 사이에 상기 발생기 질소(N)의 농도를 상대적으로 증가시킬 수 있으며, 상기 발생기 질소(N)이 상기 강판(10) 및 상기 보조 시편(20) 사이에서 매우 활발한 운동에 따라 상기 강판(10)에 충돌 횟수가 증가하며, 이에 따라, 질소가 상기 강판(10)의 내부에 침투가 잘 일어나며, 상기 강판(10)의 중심부까지 깊게 침투시킬 수 있다.
상기 노 챔버 내에 상기 강판(10)의 유지 시간은 1분 이상일 수 있으며, 유지 시간이 증가할수록 상기 강판(10)의 내부까지 질소가 침투가 가능하다. 그러나, 본 발명의 목적에 부합하는 내식성 및 기계적 강도를 확보하기 위하여, 상기 강판(10)은 노 챔버 내의 온도를 900 내지 1,280℃로 제어하면서, 30분 내지 10시간 동안 노 챔버 내에서 유지하는 것이 바람직하다.
도 4는 질소 침투 처리된 삼상 스테인리스 강판의 단면을 광학현미경으로 측정한 조직 사진이다. 그리고 도 5는 도 4의 조직 사진을 EBSD로 상 분석한 결과를 나타내는 사진이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 상기 본 발명의 삼상 스테인리스강(Triple phase stainless steel)의 제조 방법에 따라 제조된 삼상 스테인리스강은, 내부에 페라이트(ferrite) 상이 형성되고, 페라이트 상의 외곽에 마르텐사이트(martensite) 상이 형성되며, 표면을 포함하는 최외곽에 오스테나이트(austenite) 상이 형성된다.
이 때, 표면을 포함하는 최외곽의 상을 오스테나이트 상으로 상변태 시키기 위해 침투되는 질소의 함량은 1.0% 이상으로 하고, 최외곽 상의 내부에 마련되는 상을 마르텐사이트 상으로 상변태 시키기 위해 침투되는 질소의 함량은 0.6 내지 1.0% 사이가 되도록 할 수 있다. 따라서 스테인리스 강의 표면에서 내부로 갈수록 오스테나이트 상, 마르텐사이트 상, 및 페라이트 상이 순차적으로 형성되어 최종적으로 삼상 스테인리스 강이 구성될 수 있다.
즉, 질소 침투 처리 전 페라이트계 스테인리스 강판은 전체가 페라이트 상을 가지고 있으나, 질소가 강판 내에 고용되어 강판의 표면을 포함하는 최외곽의 페라이트 상이 마르텐사이트 상을 거쳐 오스테나이트 상으로 상변태 되고, 강판의 최외곽의 내부의 페라이트 상이 마르텐사이트 상으로 상변태 되며, 강판의 내부에는 페라이트 상이 상변태 되지 않고 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제조방법으로 제공되는 삼상(triple-phase) 스테인리스강은 일반적으로 사용되는 이상(dual-phase) 강들과는 상이한 특징을 가진다.
일반적으로 사용되는 이상(dual-phase) 강은 강의 표면과 내부에 서로 다른 상들이 혼재되어 존재한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 삼상 스테인리스강은 표면을 포함하는 최외각이 경질의 오스테나이스 상으로 형성되어 내식성이 증가하고, 최외각 내부의 외곽이 마르텐사이트 상으로 형성되어 강성이 증가하고, 외곽 내부의 중심부가 연질의 페라이트 상으로 형성되어 인성 특성을 가질 수 있다. 즉, 중심부에 페라이트 상을 형성함으로써 스테인리스강의 충격 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 삼상 스테인리스강의 표면에 침투 및 확산되는 1.0% 이상의 질소는 질화물로 석출되지 않고 표면 내로 고용되어 오스테나이트 상의 입자의 성장을 억제하여 입자 크기를 50㎛ 이하로 할 수 있다.
도 6은 질소 침투 처리된 삼상 스테인리스 강판의 표면으로부터의 깊이에 따른 경도를 설명하기 위한 그래프이다.
페라이트계 스테인리스 강은 표면에서 내부로 침투되는 질소의 함량에 따라서 소재가 지니는 내부식 특성이 달라질 수 있다. 아래 식 (1)은 소재의 내공식 저항지수를 일컫는 PREN 지수를 도출하기 위한 것이다.
PREN = Cr + 3.3 Mo + 30 N - Mn …… 식 (1)
특히, 표면에 침투된 질소의 고용 강화 효과로 인하여 표면의 경도가 오스테나이트 상임에도 불구하고 내부에 형성되는 마르텐사이트 및 페라이트 상보다 경도가 상승된 것을 확인할 수 있다. 이 때, 표면에 침투된 질소의 함량은 1.2%일 수 있다.
표면에 침투된 질소의 함량이 1.2%인 경우에 PREN 지수를 구하기 위해 위의 식 (1)에 질소의 함량을 대입하면 아래 식 (2)와 같다.
PREN = 18.66 + 3.3 * 1.74 + 30 * 1.2 - 0.85 = 60.7 …… 식(2)
(단, Cr: 18.66%, Mo: 1.74%, Mn: 0.85%)
위의 결과로 보아, 일반적으로 알려져 있는 오스테나이트계 스테인리스 강인 STS 304 강의 PREN 지수가 18.0인 것과 비교할 때, 삼상 스테인리스강의 표면의 경도가 약 3배 이상 향상된 것을 알 수 있다.
구체적으로, 질소 침투 처리 전 페라이트계 스테인리스 강판의 표면 경도는 약 160 내지 180HV 정도이다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 강판의 질소 침투 처리를 거친 후의 삼상 스테인리스강의 표면 경도는 300HV 이상으로 현저히 향상될 수 있다.
반면에, 질소 침투 처리 후 삼상 스테인리스강의 내부는 마르텐사이트 상과 페라이트 상을 가지며, 표면의 경도에 비하여 작은 약 200 내지 280HV 정도의 경도를 가질 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 중량%로, 탄소 (C) 0.01% 이하, 실리콘 (Si) 0.5% 이하, 크롬 (Cr) 17~20%, 몰리브데늄 (Mo) 1.0~5.0%, 니켈 (Ni) 0.1~0.2%, 망간 (Mn) 1.0% 이하, 티타늄 (Ti) 0.01~0.2%, 나이오븀 (Nb) 0.1~0.6%, 알루미늄 (Al) 0.1% 이하, 인 (P) 0.03% 이하, 황 (S) 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    표면에서 내부 방향으로 오스테나이트 상, 마르텐사이트 상 및 페라이트 상이 순차적으로 형성되는 삼상(triple-phase) 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강은 내부에 페라이트 상이 형성되고,
    표면을 포함하는 최외곽에 오스테나이트 상이 형성되고,
    상기 페라이트 상과 상기 오스테나이트 상의 사이에 마르텐사이트 상이 형성되는 삼상 스테인리스 강.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    중량%로, 상기 오스테나이트 상에 고용된 질소 함량은 1.0% 이상이고,
    상기 마르텐사이트 상이 고용된 질소 함량은 0.6 이상 1.0% 미만이며,
    상기 페라이트 상에 고용된 질소 함량은 0.6% 미만인 삼상 스테인리스강.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강은 하기 식 (1)에 따른 내공식 저항지수가 54 이상인 것을 특징으로 하는 삼상 스테인리스강.
    PREN = Cr + 3.3 Mo + 30 N - Mn …… 식 (1)
  6. 제5항에 있어서,
    표면에 침투되는 질소의 함량(상기 식(1)에서 N의 값)을 1.0% 이상으로 하는 삼상 스테인리스강.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오스테나이트 상의 입자 크기는 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 삼상 스테인리스강.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 표면 경도가 300HV 이상인 것을 특징으로 하는 삼상 스테인리스강.
  9. 900 내지 1,280℃로 온도로 유지되는 노 챔버 내에 중량%로, 탄소 (C) 0.01% 이하, 실리콘 (Si) 0.5% 이하, 크롬 (Cr) 17~20%, 몰리브데늄 (Mo) 1.0~5.0%, 니켈 (Ni) 0.1~0.2%, 망간 (Mn) 1.0% 이하, 티타늄 (Ti) 0.01~0.2%, 나이오븀 (Nb) 0.1~0.6%, 알루미늄 (Al) 0.1% 이하, 인 (P) 0.03% 이하, 황 (S) 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강을 배치하고,
    노 챔버 내에 질소(N2) 가스를 주입하여 질소 분위기를 형성하고,
    질소(N2) 가스를 분해하여 발생기 질소(N)를 형성하고,
    최외곽 상을 오스테나이트 상으로 상변태시키기 위해 침투되는 질소의 함량을 1.0% 이상으로 하고,
    상기 최외곽 상의 내부에 마련되는 상을 마르텐사이트 상으로 상변태 시키기 위해 침투되는 질소의 함량을 0.6 내지 1.0% 사이가 되도록 하고,
    상기 마르텐사이트 상의 내부에는 침투되는 질소의 함량을 0.6% 미만으로 하여 페라이트 상이 유지되도록 하는 삼상 스테인리스강의 제조방법.
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JP2018547238A JP6828050B2 (ja) 2015-12-23 2016-08-30 三相ステンレス鋼およびその製造方法
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021042968A (ja) * 2019-09-06 2021-03-18 セイコーエプソン株式会社 時計用部品および時計

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002194504A (ja) * 2000-12-21 2002-07-10 Sumitomo Metal Ind Ltd クロム系ステンレス鋼箔およびその製造方法
KR100831022B1 (ko) * 2007-03-13 2008-05-20 동아대학교 산학협력단 페라이트계 스테인리스 강의 고온 질소 침투 열처리법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60190552A (ja) 1984-03-12 1985-09-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 焼結ステンレス鋼およびその製造方法
JP2642056B2 (ja) * 1994-04-22 1997-08-20 日本冶金工業株式会社 熱交換器用フェライト系ステンレス鋼
KR100298847B1 (ko) 1998-11-02 2001-11-22 정수진 진공질소고용화처리방법
JP4252145B2 (ja) 1999-02-18 2009-04-08 新日鐵住金ステンレス株式会社 耐遅れ破壊性に優れた高強度・高靭性ステンレス鋼
JP3470660B2 (ja) 1999-11-15 2003-11-25 住友金属工業株式会社 ばね用複層組織クロム系ステンレス鋼材およびその製造方法
US7047417B2 (en) * 2001-03-20 2006-05-16 Leskuski Walter J Systems and methods for accessing reporting services
JP3956683B2 (ja) 2001-12-03 2007-08-08 住友金属工業株式会社 複層組織クロム系ステンレス鋼材とその製造方法
JP4479155B2 (ja) * 2003-02-14 2010-06-09 住友金属工業株式会社 クロム系ステンレス鋼材およびその製造方法
JP4378773B2 (ja) * 2005-05-16 2009-12-09 独立行政法人物質・材料研究機構 ステンレス鋼製製品の製造方法とそのステンレス鋼製製品
JP5835256B2 (ja) * 2013-03-21 2015-12-24 株式会社デンソー フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法
JP6260996B2 (ja) 2014-02-28 2018-01-17 学校法人 芝浦工業大学 型材形成方法
CN106460145B (zh) * 2014-05-15 2019-08-16 埃克斯潘尼特技术公司 锁紧垫圈
WO2017022374A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 新日鐵住金株式会社 ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼材

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002194504A (ja) * 2000-12-21 2002-07-10 Sumitomo Metal Ind Ltd クロム系ステンレス鋼箔およびその製造方法
KR100831022B1 (ko) * 2007-03-13 2008-05-20 동아대학교 산학협력단 페라이트계 스테인리스 강의 고온 질소 침투 열처리법

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