KR101783107B1 - 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성과 내식성이 우수하여 여러 산업분야에서 많이 사용하고 있는 304와 304L, 316과 316L, 309, 310 및 202 등과 같은 상온에서 FCC(면심입방)결정구조를 갖는 오스테나이트와 마르텐사이트 조직으로 되어 있는 스테인리스강에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면 Co, Ni, Si, Al, Ti 중 하나 이상과 Mn과 Cr을 포함하고, 잔부가 Fe로 이루어지거나 C, Cr, Mn, Si, Co, Al, Ni를 포함하고 잔부가 F로 이루어지는 것이 특징인 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직을 갖는 스테인리스강에서 강도와 감쇠능은 이들 조직의 체적분율과 변태 거동에 따라 달라진다.
따라서 오스테나이트 조직을 갖는 스테인리스강에서 가공, 가공후 역변태 어닐링 처리 및 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리에 의해 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적분율 등을 달리하는 방법에 의해 강도와 감쇠능의 조합이 우수한 2상 조직의 스테인리스강의 제조가 가능하다.
또한 이러한 강도와 감쇠능의 조합이 우수한 2상 조직의 스테인리스강을 사용하여 각종 구조물, 장치, 기기, 가전제품 등을 만들게 되면 소재의 사용량을 감소할 수 있고, 진동과 소음 등의 흡수능이 우수하여 장수명화와 동시에 적숙성 및 정밀성 등이 확보될 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강 {Steel and stainless steel with two phase structure of austenite and martensite }

본 발명은 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공성과 내식성이 우수하여 여러 산업분야에서 많이 사용하고 있는 304와 304L, 316과 316L, 309, 310 및 202 등과 같은 상온에서 FCC(면심입방) 결정구조를 갖는 오스테나이트 조직과 마르텐사이트 조직으로 되어 있는 스테인리스강에 관한 것이다.

해양플랜트 산업 분야의 묘듈 등과 같은 구조물은 내식성과 가공성 등이 우수한 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 316L, 304 등과 오스테나이트계 스테인리스강을 사용하여 제작하고 있다.

그러나 내식성과 가공성 등이 우수하지만 상온에서 오스테나이트 조직으로 되어 있기 때문에 항복강도가 낮아 강도 요하는 구조물 등에는 폭넓게 사용되지 못하고 있다.

따라서 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 강에서 강도를 높일 수 있는 방법 등이 강구되어 이러한 방법을 적용하여 강도가 높은 소재를 제작하여 사용범위를 넓히는 것이 필요하다.

뿐만 아니라 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 강은 조직 내부에 적층결함 등을 지니고 있어 소음과 진동 감쇠능이 일반 구조용 재료에 비해 높다.

그러나 이러한 재료에서 소음과 진동 감쇠능이 더욱더 높아진다면 강도와 감쇠능의 조합 등이 우수한 소재의 제작이 가능하여 강의 사용 범위를 크게 넓일 수 있다고 판단된다.

이러한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에 대한 종래기술로는 등록특허공보 제1495483호에 질량%로, C:0.04% 이하, Cr:7~20%, Ni:10~22%, Si:2.5~7%, Mn:10% 이하, sol.Al:0.03% 이하, P:0.03% 이하, S:0.03% 이하, N:0.035% 이하, Nb, Ti, Ta, Zr중 1종 또는 2종 이상의 합계:0.05~0.7%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 스테인리스강의 슬래브를, 열간 압연시의 가열 온도를 Th라 하고, 하기 (1) 중의 ΔT가 60℃ 이상인 가열 온도 Th로 가열하여 열간 압연을 행하는 열간 압연 공정, 및 상기 열간 압연으로 얻어진 오스테나이트계 스테인리스강을 1100~1160℃의 온도 범위에서 열처리하고, 이어서 100℃／분 이상의 냉각 속도로 냉각을 행하는 열처리 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법이 등록공개되어 있다.

또 다른 종래기술로는 등록특허공보 제1253326호에 질량 %로, C: 0.001% ~ 0.1%, Cr: 17% ~ 25%, Si: 0.01% ~ 1%, Mn: 0.5% ~ 3.7%, Ni: 1%초과 ~ 3%, N: 0.06% 이상 0.15% 미만을 함유하고, 하기 식 (1)로 표현되는 내공식 지수(PI 값)가 18% 초과를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 페라이트 상을 모상으로 하여 오스테나이트 상의 체적 분율이 15% ~ 50%이며, 결정립에 Cr 질화물이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 내식성과 가공성이 우수한 페라이트·오스테나이트계스테인리스 강이 등록공개되어 있다.

그러나 종래기술에 의해 제조된 2상 조직을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은 상온에서 강도와 감쇠능의 우수한 조합을 이루기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 오스테나이트계 스테인리스강과 같은 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 강에서 강도와 감쇠능의 우수한 조합을 갖는 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 강과 스테인리스강을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 C, Cr, Mn, Si, Co, Al, Ni를 포함하고, 잔부가 Fe로 이루어지는 것이며, 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 강은 Co, Ni, Si, Al, Ti 중 하나 이상과 Mn과 Cr을 포함하고, 잔부가 Fe로 이루어지는 것이 특징이다.

상술한 바와 같이 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직을 갖는 스테인리스강에서 강도와 감쇠능은 이들 조직의 체적분율과 변태 거동에 따라 달라진다.

따라서 오스테나이트 조직을 갖는 스테인리스강에서 가공, 가공후 역변태 어닐링 처리 및 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리에 의해 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적분율 등을 달리하는 방법에 의해 강도와 감쇠능의 조합이 우수한 2상 조직의 스테인리스강의 제조가 가능하다.

또한 이러한 강도와 감쇠능의 조합이 우수한 2상 조직의 스테인리스강을 사용하여 각종 구조물, 장치, 기기, 가전제품 등을 만들게 되면 소재의 사용량을 감소할 수 있고, 진동과 소음 등의 흡수능이 우수하여 장수명화와 동시에 적숙성 및 정밀성 등이 확보될 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.

도 1은 묘듈 등에 사용되고 있는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진.
도 2는 압연율을 달리하는 냉간 압연한 316L스테인리스강의 미세조직 사진.
도 3은 냉간 압연에 의해 제작된 오스테나이트와 마르텐사이트(α및 ε) 2상 조직을 갖는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진.
도 4는 냉간 압연한 다음 역변태 어닐링 처리하여 제작된 오스테나이트와 마르텐사이트 2상 조직을 갖는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진.
도 5는 가공과 역변태 어닐링 처리에 의해 제작된 오스테나이트와 마르텐사이 트 2상 조직을 갖는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진.
도 6은 냉간 가공량에 따른 316L 스테인리스강의 미세조직변화를 나타낸 그랜프.
도 7은 냉간 가공후 온도를 달리하여 역변태 어닐링 처리하였을 때 316L 강의 미세조직 변화를 나타낸 그래프.
도 8은 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리에 따른 316L 강의 미세조직변화를 나타낸 그래프.
도 9는 가공도에 따른 316L 강의 인장성질변화를 나타낸 그래프.
도 10은 가공도에 따른 316L 강의 감쇠능변화를 나타낸 그래프.
도 11은 가공 후 역변태 어닐링 온도에 따른 316L 강의 인장성질 변화를 나타낸 그래프.
도 12는 가공 후 역변태 어닐링 온도에 따른 316L 강의 감쇠능 변화를 나타낸 그래프.
도 13은 가공열처리 횟수에 따른 316L 강의 인장성질 변화를 나타낸 그래프.
도 14는 가공열처리 횟수에 따른 316L 강의 감쇠능 변화를 나타낸 그래프.

본 발명 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 C, Cr, Mn, Si, Co, Al, Ni를 포함하고 잔부가 Fe로 이루어지는 것이 특징이다.

상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 중량%로 C: 0.1%이하(0%는 제외), Cr: 10∼15%, Mn: 15∼35%, Si: 1.5%를 초과하고 3%이하, Co: 1%를 초과하고 5%이하, Al: 0.2%를 초과하고 4% 이하, Ni: 10% 이하(0%는 제외)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 Mn, Si, Co, Al 중 하나 이상과 Cr과 Ni을 포함하고, 잔부가 Fe로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 스테인리스 강을 가공온도와 가공량을 달리하여 냉간 가공함으로써 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 것이 특징이다.

그리고 상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 냉간 가공하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 만든 다음, 온도와 시간을 달리하여 역변태 어닐링 처리하는 것이 특징이다.

또한, 상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 압연, 인발, 압출, 단조 중 택일하여 제조되는 것이 특징이다.

또한, 상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 마르텐사이트의 함량이 스테인리스강의 중량부대비 5∼40% 포함되도록 변태되는 것을 특징으로 한다.

또한, 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강의 제조방법은 오스테나이트 조직을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 강을 냉간 가공하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 만든 다음, 역변태 어닐링 처리하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 오스테나이트계 스테인리스강을 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리를 다수 회 반복하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 냉간 가공하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 만든 다음 온도와 시간을 달리하여 역변태 어닐링 처리하면 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적분율이 다른 2상 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 강은 Co, Ni, Si, Al, Ti 중 하나 이상과 Mn과 Cr을 포함하고, 잔부가 Fe로 이루어지되, 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 것이 특징이다.

또한, Mn과 Cr은 각각 20∼35중량%, 10∼15중량%로 포함되어 있는 것이 특징이다.

이하, 본 발명 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 강과 스테인리스강을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

오스테나이트계 스테인리스강과 같은 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 강에서 강도와 감쇠능의 우수한 조합을 갖도록 할수 있는 방법으로서는 첫 번째, 오스테나이트 조직을 갖는 강을 온도와 가공량을 달리하는 가공을 행하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 만든 다음, 이를 역변태 시켜 0.5㎛ 크기 이하의 초 미세립 오스테나이트 단상 조직으로 만드는 방법이 있다.

두 번째는 여러 방법에 의해 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직으로 만드는 방법 등을 생각할 수 있고, 이 방법 2상 조직으로 만드는 것이 강도와 감쇠능의 조합이 더욱더 우수하다고 알려지고 있다.

그리고 강도와 감쇠능의 우수한 조합을 얻기위한 2상 조직을 만들 수 있는 방법으로서는 첫 번째, 온도와 가공량을 달리하는 압연, 인발, 압출, 단조 등과 같은 가공에 의해 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직을 만드는 방법이 있으며, 두 번째 방법으로는 온도와 가공량을 달리하는 가공에 의해 오스테나이트를 마르텐사트로 만든 다음, 온도와 시간을 달리하는 역변태 어닐링 처리하여 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직을 만드는 방법이 있다.

또한 세 번째 방법으로는 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리에 의해 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직을 만드는 방법 등을 생각할 수 있다

따라서 이와 같은 방법에 의해 최적의 강도와 감쇠능의 우수한 조합을 갖는 2상 조직을 갖는 강의 제조방법 개발이 요구되고 있다

특히, 본 발명 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 마르텐사이트의 함량이 스테인리스강의 중량부대비 5∼40% 포함되도록 변태되는 것을 특징으로 한다.

또한, 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 C, Cr, Mn, Si, Co, Al, Ni을 포함하고 있는 것으로, 중량%로 C: 0.1% 이하(0%는 제외), Cr: 10∼15%, Mn: 15∼35%, Si: 1.5%를 초과하고 3% 이하, Co: 1%를 초과하고 5% 이하, Al: 0.2%를 초과하고 4% 이하, Ni: 10% 이하(0%는 제외)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지되, 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 것을 특징으로 한다.

C는 열처리시 급랭시키면 마르텐사이트가 형성되어 강도는 높아지나 오히려 금방 부러질 수 있기에 0.1중량% 이하가 바람직하다.

Cr은 부식에 강하고 단단하기 때문에 활용도가 높지만 반대로 부서지기 쉬우며 잘 변색되지 않고 녹늑점이 너무 높다는 단점이 있기에 10중량% 미만이 포함되면 합금이 덜 단단하게 되며, 15중량%를 초과하여 포함되면 고온의 공기 중에서 질소와 반응했을 때 부서지기 쉽다.

Mn은 철에 함유되어 철이 부식이 잘 되지 않고, 단단해지는데 도움을 주는 원소로서 15중량% 미만으로 포함되면 합금이 덜 단단해 지며, 35중량%를 초과하여 함유되면 역시 합금이 부서지기 쉽다.

Si은 상온에서는 안정되고 반응성이 없으나 온도가 높거나 용융된 상태에서는 반응성이 커져 산소, 질소 등 다른 원소와도 반응하는 것으로, 3중량%를 초과하여 함유되어 있으면 고온에서 반응성이 커져 산소 또는 질소와 반응하여 합금이 본래의 성질을 잃고 다른 성질로 변화기 쉽다.

Co는 철과 비슷한 광택이 나는 강자성 금속으로서, 가열해도 잘 융해되지 않고, 공기 중에 방치해도 표면에는 녹이 슬 뿐, 잘 부식이 되는 않는 성질이 있는 원소로서, 5중량%를 초과하여 함유되면 융융이 잘 되지 않기에 합금으로 제조하기 어렵다.

Al은 가볍고 내구성이 크며 또한 전성과 연성이 큰 성질이 있어 4중량%를 초과하여 포함하고 있으면 합금이 너무 물러질 수 있다.

Ni은 내부식성이 우수하고 연성과 전성이 큰 성질이 있기에 10중량%를 초과하면 역시 합금이 너무 물러질 수 있다.

도 1은 묘듈 등에 사용되고 있는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진이다.

도 1에 도시된 바와 같이 내식성이 요구되는 산업분야의 구조물 등에 많이 사용되고 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 1종인 316L 강의 미세조직을 광학현미경으로 나타낸 것이다.

조직 내부에 쌍정을 가지고 있는 오스테나이트 단상 조직으로 되어 있고, 오스테나이트계 스테인리스강이 갖는 전형적인 조직임을 알 수 있다.

도 2는 압연율을 달리하는 냉간 압연한 316L스테인리스강의 미세조직 사진이다.

도 2에 도시된 바와 같이 316L 강을 가공량을 달리하여 냉간 압연하였을 때 의 미세조직을 광학현미경으로 나타낸 것이다.

오스테나이트 조직에 가공에 의해 생성된 마르텐사이트가 함께 존재하고 있는 2상 조직으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

도 3은 냉간 압연에 의해 제작된 오스테나이트와 마르텐사이트(α및 ε) 2상 조직을 갖는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진이다.

도 3에 도시된 바와 같이 316L 강을 30% 냉간 압연하였을 때 미세조직을 투과전자현미경으로 조사하여 나타낸 것이다.

냉간 가공하면 밴드 형상의 α와 ε 마르텐사이트[이하 구분하지 않고 마르텐사이트로 표현함]가 방향성을 띄고 생성되어 오스테나이트와 함께 존재하는 2상 조직이 되는 것을 알 수 있다.

도 4는 냉간 압연한 다음 역변태 어닐링 처리하여 제작된 오스테나이트와 마르텐사이트 2상 조직을 갖는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진이다.

도 4에 도시된 바와 같이 오스테나이트 조직을 갖는 316L 강을 냉간 가공하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 만든 다음, 역변태 어닐링 처리 하였을 때의 미세조직을 투과전자 현미경으로 조사하여 나타낸 것이다.

역변태 처리에 의해 생성된 입상의 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

도 5는 가공과 역변태 어닐링 처리에 의해 제작된 오스테나이트와 마르텐사이 트 2상 조직을 갖는 316L 스테인리스강의 미세조직 사진이다.

도 5에 도시된 바와 같이 316L 강을 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리를 5회 하였을 때의 미세조직을 투과전자 현미경으로 조사하여 나타낸 것이다.

오스테나이트와 가공열처리에 의해 생성된 밴드형상의 마르텐사이트가 함께 존재하고 있는 2상 조직으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

도 6은 냉간 가공량에 따른 316L 스테인리스강의 미세조직변화를 나타낸 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이 316L강을 가공량을 달리하여 냉간 압연하였을 때 미세조직 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

가공량이 많아짐에 따라 오스테나이트는 감소하고 상대적으로 α와 ε 마르텐사이트의 양은 많아지고 있는 것을 알 수 있다.

또한 이러한 이유는 가공에 의해 오스테나이트의 일부가 마르텐사이트로 변태 되기 때문이다.

따라서 가공량을 조절하면 서로의 체적분율이 다른 2상 조직을 갖는 강의 제조가 가능하다는 것을 알 수 있다

도 7은 냉간 가공후 온도를 달리하여 역변태 어닐링 처리하였을 때 316L 강의 미세조직 변화를 나타낸 그래프이다.

도면 7은 오스테나이트 조직을 갖는 316L강을 냉간 압연하여 마르텐사이트로 만든 다음 온도를 달리하여 역변태 어닐링 처리 하였을 때의 미세조직 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

역변태 온도가 높아질수록 역변태된 오스테나이트의 양은 많아지고 상대적으로 마르텐사이트의 양은 적어지고 있는 것을 알 수 있다.

따라서 이 결과로부터 냉간 가공하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 만든 다음, 온도와 시간을 달리하여 역변태 어닐링 처리하면 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적분율이 다른 2상 조직을 갖는 강의 제조가 가능함을 알 수 있다

도 8은 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리에 따른 316L 강의 미세조직변화를 나타낸 그래프이다.

도 8은 오스테나이트 조직을 갖는 316L강을 가공과 역변태 어닐처리를 병행하는 가공열처리 하였을 때의 미세조직변화를 조사하여 나타낸 것이다.

가공열처리 횟수가 증가함에 따라 오스테나이트의 양은 적어지고 상대적으로 가공열처리에 의해 생성된 마르텐사이트의 양은 많아지고 있는 것을 알 수 있다.

따라서 이 결과로부터 횟수를 달리하여 가공열처리하면 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적분율이 다른 2상 조직을 갖는 강의 제조가 가능하다는 것을 알 수 있다

도 9는 가공도에 따른 316L 강의 인장성질 변화를 나타낸 그래프이다.

도 9에 도시된 바와 같이 316L 스테인리스강을 가공량을 달리하여 압연하였을 때의 인장강도 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

가공도가 증가함에 따라 인장강도는 증가하고 연신율은 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

또한 이와 같은 이유는 가공량이 증가함에 따라 강도가 낮은 오스테나이트가 강도가 높은 마르텐사이트로 변태되는 양이 많아지기 때문이다.

도 10은 가공도에 따른 316L 강의 감쇠능 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은 316L 스테인리스강을 가공량을 달리하여 압연하였을 때의 감쇠능 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

가공도가 증가함에 따라 감쇠능은 증가하다 서서히 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같은 이유는 다음과 같다.

오스테나이트와 마르텐사이트 의 조직으로 되어 있는 강에서 감쇠는 진동에너지에 의해 전위, 적층결함, ε 마르텐사이와 오스테나이트이 계면 등이 이동하면서 진동에너지를 소실하기 때문에 일어난다.

따라서 ε 마르텐사이트에 크게 지배 된다고 알려져 있다.

또한 ε 마르텐사이트의 양은 가공량이 증가함에 따라 증가하다 감소하게 된다.

따라서 감쇠능은 이러한 ε 마르텐사이트의 양변화에 지배되기 때문에 증가하다 서서히 감소한다고 생각된다.

도 11은 가공 후 역변태 어닐링 온도에 따른 316L 강의 인장성질 변화를 나타낸 그래프이다.

도 11은 오스테나이트 조직을 갖는 316L강을 냉간 압연하여 마르텐사이트로 만든 다음 온도를 달리하여 역변태 어닐링 처리하였을 때의 인장성질 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

역변태 온도가 높아질수록 강도가 낮은 역변태된 오스테나이트의 양은 많아지고 강한 마르텐사이트의 양이 적어지는데 기인되어 인장강도는 감소하고 연신율은 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

도 12는 가공 후 역변태 어닐링 온도에 따른 316L 강의 감쇠능 변화를 나타낸 그래프이다.

도 12는 오스테나이트 조직을 갖는 316L강을 냉간 압연하여 마르텐사이트로 만든 다음 온도를 달리하여 역변태 어닐링 처리 하였을 때의 감쇠능 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

역변태 온도가 높아질수록 역변태된 오스테나이트의 양은 많아지고 마르텐사이트의 양이 적어지는데 기인되어 감쇠능은 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같은 이유는 마르텐사이트는 높은 전위밀도로 되어있기 때문에 전위와 전위의 상호작용이 일어나기 쉬어 마르텐사이트 내에서는 전위 이동이 어렵게 되어 마르텐사이트가 많으면 감쇠능은 떨어지게 된다.

따라서 오스테나이트의 양이 많아지면 감쇠능이 높아지기 때문이다.

도 13은 가공열처리 횟수에 따른 316L 강의 인장성질 변화를 나타낸 그래프이다.

도 13은 오스테나이트 조직을 갖는 316L강을 가공과 역변태 어닐처리를 병행하는 가공열처리 하였을 때의 인장강도 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

가공열처리 횟수가 증가함에 따라 인장강도는 증가하고 연신율은 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

또한 이와 같은 이유는 가공열처리에 의해 강도가 낮은 오스테나이트 조직의 일부가 강도가 높은 마르텐사이트로 변태되기 때문이고 가공열처리 횟수가 많아 질수록 마르텐사이트의 양이 많아지기 때문이다

도 14는 가공열처리 횟수에 따른 316L 강의 감쇠능 변화를 나타낸 그래프이다.

도 14는 오스테나이트 조직을 갖는 316L강을 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리 하였을 때의 감쇠능 변화를 조사하여 나타낸 것이다.

가공열처리 횟수가 증가함에 따라 감쇠능은 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

또한 이와 같은 이유는 가공열처리에 의해 적층결함, 전위 등과 같은 결함 등이 생성되어 이들이 진동에 의해 이동하면서 진동에너지를 소실하기 때문이라 판단된다.

이상의 실험의 근거로서 종합하여 판단해보면, 가공온도는 -70℃ ∼ 100℃로 하는 것으로, -70℃보다 저온은 현실적으로 분위기를 만들기 어렵고, 처리비용이 많이 소요되며, 100℃를 초과하게 되면 가공에 의해 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되기가 용이하지 못하다.

그리고 가공량(가공정도)은 5 ∼ 50%로서, 온도에 따라 다르지만 종합적으로 가공량이 5% 미만이면 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되는 양이 너무 적고, 50%를 초과하면 마르텐사이트가 너무 많아 감쇠능, 연성 등이 떨어져 현실적으로 좋지 못하다.

또한, 가공 후 역변태 어닐링 처리하는 것은 다음과 같다.

가공에 의해 97%이상 마르텐사이트로 변태시킨 후, 역변태 어닐링 처리하는 것으로, 어닐링 처리온도 범위는 700℃를 초과하고 800℃ 이하로 행하게 된다.

마르텐사이트로 100% 변태시키는 것이 바람직하나, 100% 변태시키는 것은 현실적으로 어려운 문제점이 있다.

어닐링 처리온도가 700℃ 이하이면 역변태가 잘되지 않고, 800℃보다 높으면 역변태가 빨리 진행하게 되어, 가공효과가 작아져 강도 등이 열악해질 수 있다.

그리고 어닐링 처리시간은 2∼30분 사이로 한다.

이유는 온도에 따라 달라지지만 종합적으로 2분보다 적으면 역변태되는 오스테나이트 양이 너무 적고, 30분보다 높으면 역변태되는 오스테나이트 양이 너무 많고, 역변태된 오스테나이트 강도가 낮아진다.

한편, 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리는 상술한 가공온도, 가공량, 어닐링 처리온도와 어닐링 처리시간 조건 내에서 병행하게 되며, 가공열처리 횟수는 3 ∼ 5회 정도 한다.

이는 3회보다 적으면 마르텐사이트의 양이 너무 적고, 5회보다 많아지면 생산공정상 경제적이지 못하기 때문이다.

또한, 스테인리스강에 국한되지 않고 Co, Ni, Si, Al, Ti 중 하나 이상과 Mn과 Cr을 포함하고, 잔부가 Fe로 이루어지는 강을 제조할 수도 있다.

바람직하게는 상기 Mn과 Cr은 각각 20∼35중량%, 10∼15중량%로 포함되어 있도록 한다.

상술한 바와 같이 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 2상 조직을 갖는 강에서 강도와 감쇠능은 이들 조직의 체적분율과 변태 거동에 따라 달라진다.

따라서 오스테나이트 조직을 갖는 강에서 가공, 가공후 역변태 어닐링 처리 및 가공과 역변태 어닐링 처리를 병행하는 가공열처리에 의해 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적분율 등을 달리하는 방법에 의해 강도와 감쇠능의 조합이 우수한 2상 조직강의 제조가 가능하다.

또한 이러한 강도와 감쇠능의 조합이 우수한 2상 조직강을 사용하여 각종 구조물, 장치, 기기, 가전제품 등을 만들게 되면 소재의 사용량을 감소할 수 있고, 진동과 소음 등의 흡수능이 우수하여 장수명화와 동시에 적숙성 및 정밀성 등이 확보될 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.

Claims (6)

1. C, Cr, Mn, Si, Co, Al, Ni를 포함하고 잔부가 Fe이루어지되, 오스테나이트와 마르텐사이트가 함께 존재하는 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강에 있어서,
   상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 중량%로 C: 0.1% 이하(0%는 제외), Cr: 10∼15%, Mn: 15∼35%, Si: 1.5%를 초과하고 3% 이하, Co: 1%를 초과하고 5% 이하, Al: 0.2%를 초과하고 4% 이하, Ni: 10% 이하(0%는 제외)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지되,
   상기 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강은 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 냉간 가공하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 만든 다음, 온도와 시간을 달리하여 역변태 어닐링 처리하는 것으로,
   상기 오스테나이트계 스테인리스강을 가공과 역변태 어닐링처리를 병행하는 가공열처리를 다수 회 반복하여,
   상기 마르텐사이트의 함량이 스테인리스강의 중량부대비 5∼40% 포함되도록 변태되는 것이며,
   가공온도는 -70℃ ∼ 100℃로 하고, 가공량(가공정도)은 5 ∼ 50%이며, 가공에 의해 97%이상 마르텐사이트로 변태시킨 후 역변태 어닐링 처리하되, 어닐링 처리온도 범위는 700℃를 초과하고 800℃ 이하이며, 어닐링 처리시간은 2∼30분 사이에서 행하는 것이 특징인 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images