KR101769745B1 - Ferrite-martensitic oxide dispersion strengthened steel with excellent creep resistance and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량%, 지르코늄(Zr) 0~0.3 중량%, 니켈(Ni) 0~0.5 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하여 고온 크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강은 고온, 특히 700℃ 에서 인장강도와 크리프 저항성이 우수하여 소듐냉각고속로와 같은 원자력시스템의 노심 구조부품 (핵연료 피복관, 덕트, 와이어, 봉단마개 등), 화력발전용 초초임계압 증기발전기 부품 (로터, 샤프트 등) 재료로 유용하게 사용될 수 있으며, 더 나아가 항공기용 엔진 부품 (디스크, 노즐 등)의 재료로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.The present invention relates to a method of manufacturing a steel sheet comprising 0.02 to 0.2 wt% of carbon (C), 8 to 12 wt% of chromium (Cr), 0.1 to 0.5 wt% of yttria, 0.2 to 2 wt% of molybdenum (Mo) (Fe) in an amount of 0.01 to 1 wt%, vanadium (V) in an amount of 0.01 to 0.3 wt%, zirconium (Zr) in an amount of 0 to 0.3 wt%, and nickel (Ni) in an amount of 0 to 0.5 wt% To a ferrite-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel having improved high temperature creep resistance and a method for producing the same. The ferrite-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel is excellent in tensile strength and creep resistance at high temperature, especially at 700 ° C, and can be used as core structural parts (nuclear fuel cladding, duct, wire, It is expected that it can be usefully used as a material of an ultrashort pressure steam generator part (rotor, shaft, etc.) for thermal power generation, and further, it can be usefully used as a material of an engine part (disk, nozzle, etc.) for an aircraft.

Description

크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 및 이의 제조방법{FERRITE-MARTENSITIC OXIDE DISPERSION STRENGTHENED STEEL WITH EXCELLENT CREEP RESISTANCE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a ferrite-martensite-based oxide dispersion strengthened steel having improved creep resistance and a method for producing the same.

본 발명은 크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 철(Fe)-크롬(Cr)-이트리아(Y2O3) 합금 계에 대해 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 바나듐(V)을 합금원소로 첨가하여 석출물의 미세분산에 의해 고온 강도를 향상시키고 망간(Mn)을 첨가하여 마르텐사이트 상을 안정화함으로서 고온 크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention is the creep resistance is improved ferrite-relates to a martensitic-based oxide dispersion strengthened steel and its manufacturing method, and more particularly to iron (Fe) - chromium (Cr) - yttria (Y 2 O 3) for the alloy system The present invention relates to a ferrite material having improved high temperature creep resistance by stabilizing a martensite phase by adding molybdenum (Mo), titanium (Ti) and vanadium (V) as an alloying element to improve high temperature strength by fine dispersion of precipitates, Martensitic oxide dispersion strengthened steel and a method of manufacturing the same.

철에 크롬이 8~12중량%까지 첨가된 철(Fe)-크롬(Cr) 합금은 일반적으로 노말라이징한 후 템퍼링하면 템퍼드 마르텐사이트 조직이 형성된다. 이러한 고크롬 합금은 고온에서 중성자 조사 저항성과 기계적 성질이 우수하여 소듐냉각고속로와 같은 원자력시스템이나 화력 발전기의 구조부품 재료로 사용되고 있다. 그러나 600℃ 이상의 고온에서는 인장 강도와 크리프 강도가 급격하게 감소하여 구조재료로 사용하는 온도에 한계가 있다. 그 대안으로 합금 기지에 산화물을 분산시켜 고온 기계적 특성을 향상시킨 산화물분산강화 강(Oxide Dispersion Strengthened steel)이 개발되고 있다. 산화물분산강화 강은 철(Fe)-크롬(Cr)계 합금 기지에 이트리아(Y2O3)와 같이 열적 안정성이 우수한 나노 산화물을 균일하게 분산시킨 합금으로 기지조직의 고용강화와 함께 산화물의 분산강화에 의해 일반합금에 비해 크리프 강도와 같은 고온 기계적 특성이 향상되었다. Iron (Fe) -crome (Cr) alloys containing 8 to 12% by weight of chromium in iron are generally tempered and then tempered to form tempered martensite structure. These high chromium alloys have excellent neutron irradiation resistance and mechanical properties at high temperatures and are used as materials for structural parts of nuclear power systems and thermal power generators such as sodium cooling high speed furnace. However, at high temperatures above 600 ° C, the tensile strength and creep strength sharply decrease, limiting the temperature used as the structural material. Oxide Dispersion Strengthened steel has been developed as an alternative to dispersing oxides in an alloy base to improve high temperature mechanical properties. Oxide dispersion strengthened steel is an alloy in which iron oxide (Fe) - chromium (Cr) based alloy base is uniformly dispersed nano oxide with excellent thermal stability such as ytria (Y 2 O 3 ) High temperature mechanical properties such as creep strength were improved by dispersion strengthening compared with general alloys.

종래의 산화물분산강화 강은 일반 합금에 비해서 고온 강도가 우수한 장점이 있지만 여전히 설계 조건을 충분히 만족시키지 못하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 철(Fe)-크롬(Cr)-이트리아(Y2O3)계의 합금에 텅스텐(W)이나 탄탈룸(Ta), 니오븀(Nb) 등의 합금원소를 첨가한다. 그러나 고용강화 원소로 텅스텐(W)이 첨가된 산화물분산강화 강은 고온 응력분위기에 장시간 사용되면 취성의 (Fe,Cr)2W와 같은 라베스 상(Laves phase)이 생성되어 장기 크리프 특성이 현저히 저하된다. 따라서 소듐냉각고속로의 노심 구조부품 재료로 적용 가능한 고온 크리프 저항성과 중성자 조사 저항성이 향상된 페라이트/마르텐사이트 산화물분산강화 강의 개발이 필요하다.The conventional oxide-dispersed reinforced steel has an advantage of high-temperature strength compared to a general alloy, but still has a problem that design conditions are not sufficiently satisfied. To solve this problem, an alloy element such as tungsten (W), tantalum (Ta), or niobium (Nb) is added to an alloy of iron (Fe) - chromium (Cr) - yttria (Y 2 O 3 ) However, oxide-dispersed reinforced steels with tungsten (W) added as solid solution strengthening elements, when used for a long time in a high-temperature stress atmosphere, generate Laves phase such as brittle Fe (Cr) 2 W, . Therefore, it is necessary to develop a ferrite / martensite oxide dispersion strengthened steel which is improved in high temperature creep resistance and neutron irradiation resistivity applicable to the core component of the core at high speed in sodium cooling.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, Fe-Cr-Y2O3 계 합금을 기본 조성으로 하고, 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량%, 지르코늄(Zr) 0 초과 0.3 이하 중량%, 니켈(Ni) 0 초과 0.5 이하 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하여 크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a Fe-Cr-Y 2 O 3 -based alloy having a basic composition of 0.02 to 0.2% 12 wt%, yttria (Y 2 O 3) 0.1 ~ 0.5 wt%, molybdenum (Mo) 0.2 ~ 2 weight%, titanium (Ti) 0.01 ~ 0.5 wt.%, manganese (Mn) 0.01 ~ 1 wt%, vanadium ( V) 0.01 to 0.3% by weight of zirconium (Zr), 0 to less than 0.3% by weight of zirconium (Zr), 0 to less than 0.5% by weight of nickel (Ni) and the remainder is ferrite-martensitic oxide dispersion Reinforced steel and a method of manufacturing the same.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 탄소(c) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하는 크리프 저항성이 우수한 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강을 제공한다.The invention carbon (c) 0.02 ~ 0.2 wt.%, Chromium (Cr) 8 ~ 12% by weight of yttria (Y 2 O 3) 0.1 ~ 0.5 wt%, molybdenum (Mo) 0.2 ~ 2% by weight, titanium (Ti Manganese oxide dispersion strengthened steel having excellent creep resistance including 0.01 to 0.5% by weight, manganese (Mn) of 0.01 to 1% by weight, vanadium (V) of 0.01 to 0.3% by weight and the balance of iron (Fe) to provide.

또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 크리프 저항성이 우수한 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 제조 방법을 제공한다:The present invention also provides a method for producing a ferritic-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel excellent in creep resistance including the following steps:

(a) 탄소(c), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나듐(V),철(Fe)을 포함하는 금속 분말과 이트리아(Y2O3) 분말을 혼합한 후 기계적 합금화 처리하여 합금분말을 제조하는 단계;(a) the carbon (c), chromium (Cr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), iron metal powder and yttria containing (Fe) (Y 2 O 3 ) Powders and then subjecting them to a mechanical alloying treatment to produce an alloy powder;

(b) 상기 기계적 합금화된 합금분말을 캔 용기에 장입하여 탈가스 처리하는 단계; (b) charging the canned alloy with the mechanically alloyed alloy powder to perform a degassing treatment;

(c) 상기 탈가스 처리된 합금분말을 열간가공하여 산화물분산강화 강을 제조하는 단계; 및(c) hot-working the degassed alloy powder to produce an oxide dispersion-strengthened steel; And

(d) 상기 열간가공된 산화물분산강화 강을 냉간가공하는 단계.(d) cold-working the hot-worked oxide-dispersed steel.

본 발명에 따른 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강은 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량%, 지르코늄(Zr) 0 초과 0.3 이하 중량%, 니켈(Ni) 0 초과 0.5 이하 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하여, 크리프 저항성이 우수하여 소듐냉각고속로와 같은 원자력시스템의 노심 구조부품(핵연료 피복관, 덕트, 와이어, 봉단마개 등), 화력발전용 초초임계압 증기발전기 부품(로터, 샤프트 등) 재료로 유용하게 사용될 수 있으며 더 나아가, 항공기용 엔진 부품(디스크, 노즐 등)의 재료로도 사용될 수 있을 것으로 기대된다.The ferrite-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel according to the present invention contains 0.02 to 0.2 wt% of carbon (C), 8 to 12 wt% of chromium (Cr), 0.1 to 0.5 wt% of yttria (Y 2 O 3 ) (V) 0.01 to 0.3% by weight, zirconium (Zr) 0 to 0.3% by weight or less, nickel (Ni) (Ni) of more than 0 and less than 0.5% by weight and the balance of iron (Fe), and is excellent in creep resistance, and can be used as core structural parts (nuclear fuel cladding, duct, wire, It is expected that it can be used as a material of an edgy critical pressure steam generator part (rotor, shaft, etc.) for thermal power generation and furthermore it can be used as a material of an engine part (disk, nozzle, etc.) for an aircraft.

도 1은 본 발명의 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강의 제조 방법을 도시적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 상온 및 700℃에서 종래의 산화물분산강화 강과 본 발명에 따른 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강과의 인장시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 700℃에서 종래의 산화물분산강화 강과 본 발명에 따른 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강과의 크리프 시험 결과를 나타낸 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a ferrite-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel of the present invention. FIG.
2 is a graph showing the tensile test results of a conventional oxide dispersion strengthened steel and a ferrite-martensitic oxide dispersion strengthened steel according to the present invention at room temperature and 700 ° C.
3 is a graph showing the creep test results of a conventional oxide dispersion strengthened steel and a ferrite-martensitic oxide dispersion strengthened steel according to the present invention at 700 ° C.

본 발명자들은 소듐냉각고속로의 노심 구조부품, 화력발전용 증기발전기 부품 또는 항공기용 엔진부품의 재료로 사용되는 산화물분산강화 강의 크리프 저항성을 향상시키기 위해 연구한 결과, 종래의 Fe-Cr-Y2O3계 산화물분산강화 합금에 몰리브덴(Mo)을 첨가하고 티타늄(Ti), 바나듐(V) 및 망간(Mn)의 미량 합금원소를 첨가하는 경우에, 종래의 산화물분산강화 강에 비해 라베스 상 생성을 억제함으로써, 장기 크리프 저항성이 향상되었음을 확인하고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have found that the core structure parts of a sodium cooled fast, thermal power plant steam generator components or results, the conventional Fe-Cr-Y a study in order to improve the oxide dispersion strengthened Creep resistance is used as an aircraft material for engine parts for 2 In the case of adding molybdenum (Mo) to the O 3 -based oxide dispersion strengthening alloy and adding a trace amount of alloying elements of titanium (Ti), vanadium (V) and manganese (Mn) It was confirmed that the long-term creep resistance was improved by suppressing the generation of the film. Based on this, the present invention was completed.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하여, 크리프 저항성이 우수한 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강을 제공한다.The present invention is a carbon (C) 0.02 ~ 0.2 wt.%, Chromium (Cr) 8 ~ 12% by weight of yttria (Y 2 O 3) 0.1 ~ 0.5 wt%, molybdenum (Mo) 0.2 ~ 2 weight%, titanium (Ti Martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel comprising 0.01 to 0.5 wt% of manganese (Mn), 0.01 to 1 wt% of vanadium (V) and 0.01 to 0.3 wt% of vanadium (V) .

상기 산화물분산강화 합금은, 지르코늄(Zr) 및 니켈(Ni), 또는, 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있고, 상기 지르코늄(Zr)은 0 초과 0.3 이하 중량%를 더 포함될 수 있으며, 상기 니켈(Ni)은 0 초과 0.5 이하 중량%를 더 포함될 수 있다.The oxide-dispersed reinforcing alloy may further include zirconium (Zr) and nickel (Ni), or a mixture thereof. The zirconium (Zr) may further include more than 0 and less than 0.3 wt% Ni) may be further contained in an amount of more than 0 to 0.5% by weight.

즉, 본 발명의 산화물분산강화 강은 탄소, 크롬, 이트리아, 몰리브덴, 티타늄, 망간, 바나듐, 및 철을 모두 포함하여, 높은 크리프 저항성을 획득하게 되는 것이다.That is, the oxide dispersion strengthened steel of the present invention includes carbon, chromium, yttria, molybdenum, titanium, manganese, vanadium, and iron to obtain high creep resistance.

크롬(Cr)의 함량이 8중량% 미만일 경우에는 내식성이 저하되는 문제가 있고, 12중량%를 초과하는 경우에는 마르텐사이트 상이 형성되기 어려운 문제가 있는바, 크롬(Cr)의 함량은 8~12 중량%가 바람직하며, 보다 바람직하게는 9~11중량%이다.When the content of chromium (Cr) is less than 8% by weight, corrosion resistance is deteriorated. When it exceeds 12% by weight, a martensite phase is difficult to be formed. By weight, more preferably 9 to 11% by weight.

이트리아(Y2O3)의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 분산강화 효과가 미미하고, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 잔류 분산 입자에 의한 분산 강화효과가 커져 가공성이 저하되는 단점이 있는바, 이트리아(Y2O3)의 함량은 0.1~0.5중량%가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.3~0.4중량%이다.When the content of yttria (Y 2 O 3 ) is less than 0.1% by weight, the dispersion strengthening effect is insignificant. When the content is more than 0.5% by weight, the effect of strengthening dispersion due to the residual dispersion particles is increased, , Yttria (Y 2 O 3 ) is preferably from 0.1 to 0.5% by weight, more preferably from 0.3 to 0.4% by weight.

몰리브덴(Mo)의 함량이 0.2중량% 미만일 경우에는 고온 강도 향상 효과가 미미하고, 2중량%를 초과하는 경우에는 고가의 몰리브덴(Mo)이 다량 함유되어 경제적인 측면에서 단점이 있는바, 몰리브덴(Mo)의 함량은 0.2~2중량%가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.7~1.5중량%이다. 즉, 종래의 산화물분산강화 강과 비교하여, 텅스텐(W) 대신에 몰리브덴(Mo)을 첨가함으로써 고온 강도가 향상될 뿐만 아니라 중성자 조사 분위기에 노출된 고온응력 조건에서 라베스 상(Laves phase) 생성을 억제할 수 있으므로 장기 크리프 특성도 함께 향상시킬 수 있다.When the content of molybdenum (Mo) is less than 0.2% by weight, the effect of improving high-temperature strength is insignificant. When the content of molybdenum (Mo) exceeds 2% by weight, molybdenum (Mo) Mo) is preferably from 0.2 to 2% by weight, more preferably from 0.7 to 1.5% by weight. That is, compared with the conventional oxide dispersion strengthened steel, addition of molybdenum (Mo) instead of tungsten (W) improves the high temperature strength and also produces Laves phase under high temperature stress conditions exposed to a neutron irradiation atmosphere It is possible to improve the long-term creep characteristics as well.

티타늄(Ti)의 함량은 0.01~0.5 중량%이다. 이러한 티타늄(Ti)은 가열과정에서 이트리아(Y2O3)와 결합해 Y2Ti2O7이나 Y2TiO5와 같은 Y-Ti-O계 복합 산화물을 형성하여 산화물의 고밀도 및 미세 분산에 기여함으로써 강도를 향상시킬 수 있다.The content of titanium (Ti) is 0.01 to 0.5 wt%. Such titanium (Ti) is combined with yttria (Y 2 O 3 ) during heating to form a Y-Ti-O composite oxide such as Y 2 Ti 2 O 7 or Y 2 TiO 5 , The strength can be improved.

망간(Mn)은 오스테나이트 형성원소로서 마르텐사이트 강화에 의해 기지조직의 강도를 향상기키는 역할을 하며, 이러한 망간(Mn)의 함량은 0.01~1 중량%가 바람직하다.Manganese (Mn) is an austenite-forming element and enhances the strength of the matrix by strengthening martensite. The content of manganese (Mn) is preferably 0.01 to 1% by weight.

바나듐(V)은 미세한 MX 석출물을 형성시키는 석출강화원소로서 고온 인장강도와 크리프 저항성을 향상시키는 원소이다. 바나듐(V)의 함량이 0.01 중량% 미만 사용할 경우 그 효과가 미미하고, 0.3 중량%를 초과하는 경우에는 취성의 delta ferrite 상이 생성되어 기계적 특성을 저하시키는 단점이 있다. 본 발명은 바나듐을 사용함으로서 높은 크리프 저항성을 얻을 수 있는 것으로, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.15 중량% 사용될 수 있고, 가장 바람직하게는 본 발명의 실시예에 기재된 신합금 4와 같이 0.1 중량%일 때 우수한 강도를 가진다.Vanadium (V) is a precipitation strengthening element that forms fine MX precipitates and is an element that improves high temperature tensile strength and creep resistance. When the content of vanadium (V) is less than 0.01% by weight, the effect is insignificant. When the content of vanadium (V) is more than 0.3% by weight, a brittle delta ferrite phase is formed. The present invention can achieve high creep resistance by using vanadium, preferably 0.05% to 0.15% by weight, and most preferably 0.1% by weight as in the new alloy 4 described in the examples of the present invention. When it has excellent strength.

지르코늄(Zr)의 함량은 0 초과~0.3 이하 중량%가 바람직하며, 이러한 지르코늄(Zr) 또한 이트리아(Y2O3)와 결합하여 Y-Zr-O계 복합 산화물을 형성하여 기지 내에 고밀도로 균일 분산됨으로써 강도특성을 더욱 향상시킬 수 있다. The content of zirconium (Zr) is preferably in the range of more than 0 to 0.3% by weight, and the zirconium (Zr) also bonds with yttria (Y 2 O 3 ) to form a Y- By uniformly dispersing, strength characteristics can be further improved.

니켈(Ni) 또한 오스테나이트 형성원소로서 마르텐사이트 강화에 의해 기지조직의 강도를 향상시키는 역할을 하며, 이러한 니켈(Ni)의 함량은 0 초과~0.5 이하 중량%가 바람직하다. Nickel (Ni) also serves as an austenite forming element to enhance the strength of the matrix by strengthening martensite. The content of nickel (Ni) is preferably in the range of more than 0 to 0.5% by weight.

따라서, 본 발명의 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강은 고속로의 핵연료피복관, 덕트, 와이어, 봉단마개, 화력발전용 초초임계압 증기발전기의 로터, 샤프트, 항공기용 엔진의 디스크, 또는 노즐을 포함하는 구조부품 재료로 이용될 수 있다.Therefore, the ferrite-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel of the present invention can be used for a high-speed fuel cladding, a duct, a wire, a sealing plug, a rotor of a super critical pressure steam generator for thermal power generation, And may be used as a structural component material.

본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은,As another aspect of the present invention,

하기의 단계를 포함하는 크리프 저항성이 우수한 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 제조 방법을 제공한다:There is provided a ferritic-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel manufacturing method excellent in creep resistance including the following steps:

(a) 탄소(c), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나듐(V),철(Fe)을 포함하는 금속 분말과 이트리아(Y2O3) 분말을 혼합한 후 기계적 합금화 처리하여 합금분말을 제조하는 단계;(a) the carbon (c), chromium (Cr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), iron metal powder and yttria containing (Fe) (Y 2 O 3 ) Powders and then subjecting them to a mechanical alloying treatment to produce an alloy powder;

(b) 상기 기계적 합금화된 합금분말을 캔 용기에 장입하여 탈가스 처리하는 단계;(b) charging the canned alloy with the mechanically alloyed alloy powder to perform a degassing treatment;

(c) 상기 탈가스 처리된 합금분말을 열간가공하여 산화물분산강화 강을 제조하는 단계; 및(c) hot-working the degassed alloy powder to produce an oxide dispersion-strengthened steel; And

(d) 상기 열간가공된 산화물분산강화 강을 냉간가공하는 단계.(d) cold-working the hot-worked oxide-dispersed steel.

상기 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강의 제조방법을 도 1에 도시적으로 나타내었다.A method of producing the ferrite-martensitic oxide-dispersed steel reinforced steel is schematically shown in Fig.

또한, 상기 (a) 단계에서 금속분말은 지르코늄(Zr), 또는 니켈(Ni)을 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.In the step (a), the metal powder may further include zirconium (Zr) or nickel (Ni).

상기 단계 (a)에서는, 탄소(c), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나듐(V) 및 철(Fe)을 포함하는 금속 분말과 이트리아(Y2O3) 분말을 혼합하여 합금분말을 형성한다. 이때 합금분말은 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량%, 지르코늄(Zr) 0 초과 0.3 이하 중량%, 니켈(Ni) 0 초과 0.5 이하 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함한다. 이러한 금속 분말을 혼합한 후 수평형 볼밀과 같은 기계적 합금화 장비를 이용하여 기계적 합금화 분말을 제조한다. In the step (a), a metal powder containing carbon (c), chromium (Cr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V) Y 2 O 3 ) powder are mixed to form an alloy powder. The alloy powder is carbon (C) 0.02 ~ 0.2 wt.%, Chromium (Cr) 8 ~ 12% by weight of yttria (Y 2 O 3) 0.1 ~ 0.5 wt%, molybdenum (Mo) 0.2 ~ 2 weight%, titanium ( (Ni) more than 0 and not more than 0.5% by weight, and at least one selected from the group consisting of Ti, The remainder contains iron (Fe). After mixing these metal powders, mechanical alloying powders are prepared using mechanical alloying equipment such as a horizontal ball mill.

단계 (b)에서는, 단계 (a)에 의해 제조된 기계적 합금화 분말을 진공 상태에서 탈가스 처리하며, 보다 구체적으로, 단계 (a)에 의해 제조된 기계적 합금화 분말을 탄소강이나 스테인리스 강 재질의 캔 용기에 충진시켜 밀봉한 후 400~650℃, 10- 4torr에서 1~4시간 동안 탈가스 처리한다.In step (b), the mechanical alloying powder produced by step (a) is degassed in vacuum, and more specifically, the mechanical alloying powder produced by step (a) is introduced into a can of carbon steel or stainless steel And then degassed at 400 to 650 ° C and 10 to 4 torr for 1 to 4 hours.

단계 (c)에서는, 단계 (b)에 의해 탈가스 처리된 기계적 합금화 분말을 열간가공하며, 보다 구체적으로는 열간등방가압, 열간단조, 열간압연 및 열간압출 공정에서 단독 또는 병행하여 산화물분산강화 강을 제조한다.In step (c), the mechanical alloying powder degassed by step (b) is subjected to hot working, and more specifically, in the hot isostatic pressing, hot forging, hot rolling and hot extrusion processes, Steel is manufactured.

단계 (d)에서는, 단계 (c)에 의해 제조된 산화물분산강화 강을 냉간가공하며, 보다 구체적으로 냉간압연, 냉간드로잉 및 냉간필거링 공정에서 단독 또는 병행하여 수행될 수 있다.In step (d), the oxide-dispersed tempered steel produced by step (c) may be cold worked, and more specifically, it may be performed alone or in combination in the cold rolling, cold drawing and cold filing processes.

본 발명의 일 실시예에서는, 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 8~12 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.1~0.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.01~0.3 중량%, 지르코늄(Zr) 0 초과 0.3 이하 중량%, 니켈(Ni) 0 초과 0.5 이하 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하는 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강을 제조한 후(실시예 1 참조), 종래의 산화물분산강화 강과의 고온 인장강도 및 크리프 특성을 비교한 결과, 본 발명에 따른 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강이 종래의 산화물분산강화 강보다 700℃에서 우수한 인장 특성(실시예 2 참조)을 가질 뿐만 아니라 크리프 저항성도 우수함을 확인하였다(실시예 3 참조).In one embodiment of the present invention, a carbon material is used in an amount of 0.02 to 0.2 wt%, chromium (Cr) 8 to 12 wt%, yttria (Y 2 O 3 ) 0.1 to 0.5 wt%, molybdenum (Mo) 0.01 to 0.5 wt% of titanium (Ti), 0.01 to 1 wt% of manganese (Mn), 0.01 to 0.3 wt% of vanadium (V), 0 to 0.3 wt% of zirconium (Zr) Martensitic oxide-dispersed steel containing ferrite-martensitic oxide-dispersed steel containing iron (Fe) in an amount of not more than 1 wt% and the balance of iron (Fe) , It was confirmed that the ferrite-martensitic oxide-dispersed steel-reinforced steel according to the present invention had excellent tensile properties (see Example 2) as well as creep resistance at 700 ° C as compared with the conventional oxide-dispersed steel-reinforced steel (see Example 3 ).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1. 산화물분산강화 강 제조 1. Manufacture of oxide-dispersed steel

하기의 표 1에 기재된 조성을 갖는 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강을 제조하였다.A ferrite-martensitic oxide-dispersed steel having the composition shown in the following Table 1 was produced.

FeFe CC CrCr WW MoMo TiTi MnMn ZrZr NiNi VV Y2O3 Y 2 O 3 참조합금Reference alloy Bal.Honey. 0.120.12 99 22 -- 0.250.25 -- -- -- -- 0.350.35 신합금1New alloys 1 Bal.Honey. 0.120.12 1010 -- 1.21.2 0.10.1 0.30.3 0.10.1 0.20.2 -- 0.350.35 신합금2New alloys 2 Bal.Honey. 0.120.12 1010 -- 1.21.2 0.10.1 0.60.6 0.10.1 0.20.2 -- 0.350.35 신합금3New alloy 3 Bal.Honey. 0.120.12 1010 -- 1.21.2 0.10.1 0.60.6 0.10.1 -- -- 0.350.35 신합금4New alloys 4 Bal.Honey. 0.120.12 1010 -- 1.21.2 0.10.1 0.60.6 0.10.1 0.20.2 0.10.1 0.350.35

즉, 고순도의 원료분말 (Fe, C, Cr, W, Mo, Ti, Mn, Zr, Ni, V; 입도 200mesh 이하, 순도 99%이상) 및 Y2O3 분말 (50nm 이하, 순도 99.9%)을 각 무게비에 따라 혼합하고 수평형 볼밀장치(ZOZ GmbH, SIMOLOYER CM20)를 사용하여 회전속도 240rpm로 48시간 동안 초고순도 아르곤(Ar) 분위기에서 기계적 합금화법에 의해 기계적 합금화 분말을 제조한 후, 이를 스테인리스 캔에 충진시켜 밀봉하고, 400℃에서 10-5torr 이하의 진공도로 3시간 동안 탈가스 처리하였다. 제조된 분말충진 캔을 1150℃, 100MPa의 조건에서 3시간 동안 열간등방가압하고, 1150℃에서 1시간 동안 다시 가열하여 80% 이상의 두께 감소율로 열간압연하여 산화물분산강화 강을 제조하였다.In other words, a high purity raw material powder (Fe, C, Cr, W, Mo, Ti, Mn, Zr, Ni, V; particle size 200mesh or less and a purity greater than 99%) and Y 2 O 3 powder (50nm or less, a purity of 99.9%) Were mechanically alloyed in an ultra-high purity argon (Ar) atmosphere at a rotating speed of 240 rpm for 48 hours using a horizontal ball mill (ZOZ GmbH, SIMOLOYER CM20) Filled in a stainless steel can, sealed, and degassed at 400 DEG C for 3 hours at a degree of vacuum of 10 -5 torr or less. The prepared powder filled cans were pressurized by hot isostatic pressures at 1150 ℃ and 100MPa for 3 hours and then heated again at 1150 ℃ for 1 hour and hot rolled at a thickness reduction rate of 80% or more to prepare oxide dispersion strengthened steel.

실시예Example 2. 산화물분산강화 강의 인장특성 확인 2. Determination of tensile properties of oxide-dispersed steels

실시예 1에서 제조된 다섯 종류의 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강의 상온 및 700℃에서 항복강도, 최대인장강도 및 총연신율을 측정하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 인장시편은 게이지 길이부가 산화물분산강화 강의 열간압연 방향과 평행하게 되도록 채취한 후 ASTM E8규격에 따라 준비하였다. 인장시험은 상온과 700℃ 에서 1ⅹ10-4s-1의 변형율로 수행하였다. 인장시험은 각 시편과 온도에 대해 3회 이상 실시하고 평균값을 계산하여 결과에 반영하였다.The yield strength, the maximum tensile strength and the total elongation were measured at room temperature and 700 ° C of the five types of ferrite-martensitic oxide-dispersed reinforced steels prepared in Example 1, and the results are shown in FIG. Tensile specimens were prepared in accordance with ASTM E8 standards after gauge lengths were taken parallel to the hot rolling direction of the oxide dispersion strengthened steel. The tensile test was carried out at room temperature and at a strain rate of 1 x 10 -4 s -1 at 700 ° C. The tensile test was performed at least three times for each specimen and temperature, and the average value was calculated and reflected in the results.

도 2에 나타낸 바와 같이, 종래의 산화물분산강화 강인 참조합금의 항복강도는 상온에서 916MPa 이었으며, 신합금 1, 2, 3 및 4의 항복강도는 각각 913, 917, 921, 927MPa으로 측정되어 상온 인장강도는 유사한 것으로 나타났다. 그러나 700℃에서 종래의 산화물분산강화 합금인 참조합금의 항복강도는 150MPa를 나타낸 반면, 몰리브덴, 티타늄, 망간, 지르코늄 등을 첨가한 본 발명의 신합금1, 2, 및 3의 경우에는 197, 192, 193MPa의 항복강도를 가지고, 바나듐을 더 첨가한 본 발명의 신합금 4는 210MPa의 항복강도를 가지고 있어, 참조합금보다 고온 인장강도가 향상되었음을 확인 할 수 있었다. As shown in Fig. 2, the yield strength of the conventional oxide-dispersed strengthened reference alloy was 916 MPa at room temperature, and the yield strengths of the new alloys 1, 2, 3 and 4 were 913, 917, 921 and 927 MPa, respectively, Strength was similar. However, the yield strength of the reference alloy, which is a conventional oxide-dispersed strengthening alloy, was 150 MPa at 700 ° C., while the yield strengths of 197 and 192 in the case of the new alloys 1, 2 and 3 of the present invention containing molybdenum, titanium, manganese, zirconium, , The new alloy 4 of the present invention having a yield strength of 193 MPa and further added with vanadium had a yield strength of 210 MPa, and it was confirmed that the tensile strength at high temperature was higher than that of the reference alloy.

상기 결과로부터, 본 발명에 의한 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강은 종래의 산화물분산강화 강에 비하여 상온 항복강도에 큰 차이를 나타내지 않았지만, 700℃에서 우수한 항복강도를 나타내는 것을 확인하였다. From the above results, it was confirmed that the ferrite-martensitic oxide-dispersed steel-reinforced steel according to the present invention showed no significant difference in the room-temperature yield strength as compared with the conventional oxide-dispersed steel-reinforced steel, but exhibited excellent yield strength at 700 ° C.

실시예Example 3. 산화물분산강화 강의 크리프 저항성 확인 3. Confirmation of creep resistance of oxide-dispersed steel

실시예 1에서 제조된 다섯 종류의 산화물분산강화 강에 대하여 700℃에서 크리프(Creep) 시험을 수행하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. The creep tests were performed at 700 ° C on the five types of oxide-dispersed steels produced in Example 1, and the results are shown in FIG.

도 3에 나타낸 바와 같이, 150 및 120MPa의 응력 하에서 참조합금에 비해 본 발명의 신합금 1, 2, 3 및 4의 경우 크리프 파단시간이 월등히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Fig. 3, creep rupture times of the new alloys 1, 2, 3 and 4 of the present invention were significantly higher than those of the reference alloys under the stresses of 150 and 120 MPa.

상기 결과로부터, 본 발명에 따른 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강은 종래의 산화물분산강화 강에 비해 고온 크리프 저항성이 우수하고 장기 안정성이 뛰어남을 알 수 있었다.From the above results, it was found that the ferrite-martensitic oxide-dispersed steel-reinforced steel according to the present invention has excellent high-temperature creep resistance and excellent long-term stability as compared with the conventional oxide-dispersed steel.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (3)

탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 9~11 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.3~0.4 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.7~1.5 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 지르코늄(Zr) 0 초과 0.3 이하 중량%, 니켈(Ni) 0 초과 0.5 이하 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하는 합금분말로부터 형성되고,
라베스 상(Laves phase) 생성이 억제되고, Y-Ti-O계 복합 산화물 및 Y-Zr-O계 복합 산화물을 포함하며,
700℃에서 1×10-4 s-1의 변형률로 인장시험을 수행한 결과, 항복강도가 210 MPa 이상이고, 700℃에서 120 MPa 및 150 MPa의 응력으로 크리프시험을 수행한 결과, 파단시간이 각각 88.9시간 이상 및 15.1시간 이상인 것을 특징으로 하는
고온강도 및 크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강.
(C), 0.0 to 0.2 wt% of chromium (Cr), 9 to 11 wt% of chromium (Cr 2 O 3 ), 0.3 to 0.4 wt% of yttria, 0.7 to 1.5 wt% of molybdenum (Mo) (Ni) more than 0 and not more than 0.5 wt%, and the remainder is iron (Ni) in an amount of not more than 0.5 wt%, manganese (Mn) of 0.01 to 1 wt%, vanadium (V) of 0.05 to 0.15 wt%, zirconium ≪ / RTI > Fe)
Wherein the generation of Laves phase is suppressed and the Y-Ti-O composite oxide and the Y-Zr-O composite oxide are contained,
As a result of the tensile test at a strain of 1 × 10 -4 s -1 at 700 ° C., the creep test was carried out at a yield stress of 210 MPa or more and a stress of 120 MPa and 150 MPa at 700 ° C., Each of which is at least 88.9 hours and at least 15.1 hours
High strength ferrite-martensitic oxide dispersion strengthened steel with improved high temperature strength and creep resistance.
제1항에 있어서, 상기 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강은 고속로의 핵연료피복관, 덕트, 와이어, 봉단마개, 화력발전용 초초임계압 증기발전기의 로터, 샤프트, 항공기용 엔진의 디스크, 노즐을 포함하는 구조부품 재료로 이용되는 것을 특징으로 하는, 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강.
The ferrite-martensite-based oxide dispersion strengthened steel according to claim 1, wherein the ferrite-martensite-based oxide dispersion reinforced steel is a high-speed fuel cladding, a duct, a wire, a sealing plug, a rotor of a super critical pressure steam generator for thermal power generation, Wherein the ferrite - martensite-based oxide dispersion strengthening steel is used as a structural component material containing a ferrite - martensite-based oxide dispersion strengthening steel.
(a) 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나듐(V), 철(Fe), 지르코늄(Zr) 및 니켈(Ni)을 포함하는 금속 분말과 이트리아(Y2O3) 분말을 혼합한 후 기계적 합금화 처리하여 합금분말을 제조하는 단계;
(b) 상기 기계적 합금화된 합금분말을 캔 용기에 장입하여 탈가스 처리하는 단계;
(c) 상기 탈가스 처리된 합금분말을 열간가공하여 산화물분산강화 강을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 열간가공된 산화물분산강화 강을 냉간가공하는 단계를 포함하고, 상기 합금분말은 탄소(C) 0.02~0.2 중량%, 크롬(Cr) 9~11 중량%, 이트리아(Y2O3) 0.3~0.4 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.7~1.5 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn) 0.01~1 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15중량%, 지르코늄(Zr) 0 초과 0.3 이하 중량%, 니켈(Ni) 0 초과 0.5 이하 중량% 및 잔부는 철(Fe)을 포함하고,
상기 (c) 단계에서 상기 열간가공은 열간등방가압, 열간단조, 열간압연 및 열간압출 공정으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이의 조합을 통해 수행되고,
상기 (d) 단계에서, 상기 냉간 가공은 냉간압연, 냉간드로잉 및 냉간필거링으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이의 조합을 통해 수행되고,
라베스 상(Laves phase) 생성이 억제되고, Y-Ti-O계 복합 산화물 및 및 Y-Zr-O계 복합 산화물을 포함하며,
700℃에서 1×10-4 s-1의 변형률로 인장시험을 수행한 결과, 항복강도가 210 MPa 이상이고, 700℃에서 120 MPa 및 150 MPa의 응력으로 크리프시험을 수행한 결과, 파단시간이 각각 88.9시간 이상 및 15.1시간 이상인 것을 특징으로 하는
고온강도 및 크리프 저항성이 향상된 페라이트-마르텐사이트계 산화물분산강화 강 제조방법.



(a) at least one metal selected from the group consisting of C, Cr, Mo, Ti, Mn, V, Fe, Zr, Mixing the metal powder and yttria (Y 2 O 3 ) powder, and then subjecting the alloy powder to mechanical alloying to produce an alloy powder;
(b) charging the canned alloy with the mechanically alloyed alloy powder to perform a degassing treatment;
(c) hot-working the degassed alloy powder to produce an oxide dispersion-strengthened steel; And
(d) the alloy powder, the method comprising cold working the hot working an oxide dispersion strengthened steel is carbon (C) 0.02 ~ 0.2% by weight, chromium (Cr) 9 ~ 11% by weight of yttria (Y 2 O 3 ) 0.3 to 0.4 wt%, molybdenum (Mo) 0.7 to 1.5 wt%, titanium (Ti) 0.01 to 0.5 wt%, manganese (Mn) 0.01 to 1 wt%, vanadium (V) Zr) of more than 0 and not more than 0.3% by weight, Ni (Ni) of more than 0 and not more than 0.5% by weight, and the balance comprising iron (Fe)
In the step (c), the hot working may be performed through any one or a combination thereof selected from the group consisting of hot isostatic pressing, hot forging, hot rolling and hot extrusion,
In the step (d), the cold working may be performed through any one or a combination thereof selected from the group consisting of cold rolling, cold drawing and cold peeling,
And a Y-Zr-O based composite oxide, wherein the Y-Ti-O based composite oxide and the Y-Zr-O based composite oxide are suppressed,
As a result of the tensile test at a strain of 1 × 10 -4 s -1 at 700 ° C., the creep test was carried out at a yield stress of 210 MPa or more and a stress of 120 MPa and 150 MPa at 700 ° C., Each of which is at least 88.9 hours and at least 15.1 hours
A method for producing a ferritic-martensitic oxide-dispersed reinforcing steel having improved high-temperature strength and creep resistance.



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