KR102124914B1 - 오스테나이트계 스테인리스강 - Google Patents

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Abstract

고온 침탄 환경에 있어서도, 뛰어난 내침탄성을 가지고, 또한, 제조시의 뛰어난 열간 가공성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공한다. 본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 스테인리스강은, 질량%로, C：0.03~0.25% 미만, Si：0.01~2.0%, Mn：2.0% 이하, Cr：10~22% 미만, Ni：30.0% 초과~40.0%, Al：2.5% 초과~4.5% 미만, Nb：0.01~3.5%, Ca：0.0005~0.05%, Mg：0.0005~0.05%, N：0.03% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는다. 오스테나이트계 스테인리스강의 표층의 Cr 농도 CCr′및 표층의 Al 농도 CAl′는, 표층 이외의 Cr 농도 CCr 및 표층 이외의 Al 농도 CAl에 대해서 식 (1)을 만족한다.
0.40≤(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)≤0.80 (1)

Description

오스테나이트계 스테인리스강
본 발명은 스테인리스강에 관한 것이며, 더욱 자세하게는, 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
종래, 고온 침탄 환경하에서 사용되는 화력 발전 보일러 및 화학 플랜트 등의 설비에서는, 내열강으로서, Cr 함유량 및 Ni 함유량을 높인 오스테나이트계 스테인리스강, 또는, Cr 함유량을 높인 Ni기 합금이 사용되고 있다. 이들 내열강은, 20~30질량% 정도의 Cr 및 20~70질량% 정도의 Ni를 함유하는 오스테나이트계 스테인리스강 또는 Ni기 합금이다.
화력 발전 보일러 및 화학 플랜트 등의 설비의 배관은 강소관(鋼素管)으로부터 제조된다. 강소관은, 상술한 오스테나이트계 스테인리스강 또는 Ni기 합금이 용제된 후, 열간 가공되어 제조된다. 따라서, 내열강에는 높은 열간 가공성이 요구된다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은, 일반적으로 고온에서의 변형 저항이 높고, 연성이 낮다. 그 때문에, 뛰어난 열간 가공성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강이 요구되고 있다.
그런데 최근에는, 이른바 셰일 혁명에 의해, 저가의 셰일가스가 생산되고 있다. 화학 플랜트 등의 설비에 있어서, 셰일가스를 원료 가스로서 사용하는 경우, 나프타 등의 종래 원료와 비교하여, 원료 가스 유래의 탄소(C)에 의해, 화학 플랜트 등의 설비에서 이용되는 금속관(예를 들면, 반응관)의 부식 현상인 침탄이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 화학 플랜트 등의 설비에 사용되는 강에는, 뛰어난 내침탄성이 요구된다.
내침탄성 및 내코킹성을 높인 스테인리스강은, 예를 들면, 일본국 특허공개 2005－48284호 공보(특허문헌 1)에 제안되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 스테인리스강은, 질량%로, C：0.01~0.6%, Si：0.1~5%, Mn：0.1~10%, P：0.08% 이하, S：0.05% 이하, Cr：20~55%, Ni：10~70%, N：0.001~0.25%, O(산소)：0.02% 이하, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 모재로 이루어진다. 이 스테인리스강은, 표층부에 Cr 결핍층을 구비하고, 그 Cr 결핍층에 있어서의 Cr 농도가, 10% 이상, 모재의 Cr 농도 미만이며, 또한 그 Cr 결핍층의 두께가 20μm 이내이다. 특허문헌 1에서는, Cr2O3 피막을 주체로 하는 보호 피막을 형성함으로써, 내침탄성 및 내코킹성을 높인다고 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 스테인리스강에서는, 보호 피막의 주체가 Cr2O3 피막이다. 그 때문에, 특히 고온 침탄 환경하에 있어서, 외부 분위기로부터의 산소나 탄소의 침입 방지 기능이 충분하지 않다. 그 결과, 재료에 내부 산화나 침탄을 일으키는 경우가 있다.
그래서, 국제 공개 제2010/113830호(특허문헌 2), 국제 공개 제2004/067788호(특허문헌 3), 및 일본국 특허공개 평10－140296호 공보(특허문헌 4)는, Cr2O3 피막을 대신하는 보호 피막에 관한 기술을 개시한다. 구체적으로는, 이들 문헌에서는, Cr2O3 피막을 대신하는 보호 피막으로서, 열역학적으로 안정적인 Al2O3를 주체로 한 보호 피막을 내열강의 표면에 형성한다.
특허문헌 2에 개시된 주조 제품은, 질량%로, C：0.05~0.7%, Si：0%를 초과하고 2.5% 이하, Mn：0%를 초과하고 3.0% 이하, Cr：15~50%, Ni：18~70%, Al：2~4%, 희토류 원소：0.005~0.4%, 및, W：0.5~10% 및/또는 Mo：0.1~5%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 내열합금의 주조체를 갖는다. 고온 분위기와 접촉하는 주조체의 표면에 베리어층이 형성되어 있고, 베리어층은, 두께 0.5μm 이상의 Al2O3층으로서, 그 베리어층의 최표면의 80면적% 이상이 Al2O3이며, Al2O3층과 주조체의 계면에, 합금의 기지보다 Cr 농도가 높은 Cr기 입자가 분산하고 있는 것을 특징으로 한다. 특허문헌 2에서는, Al을 첨가함으로써, Al2O3 피막을 주체로 하는 보호 피막을 형성하고, 내침탄성을 높인다고 기재되어 있다.
특허문헌 3에 개시된 니켈-크롬 주조 합금은, 0.8%까지의 탄소, 1%까지의 규소, 0.2%까지의 망간, 15%~40%의 크롬, 0.5%~13%의 철, 1.5%~7%의 알루미늄, 2.5%까지의 니오븀, 1.5%까지의 티타늄, 0.01%~0.4%의 지르코늄, 0.06%까지의 질소, 12%까지의 코발트, 5%까지의 몰리브덴, 6%까지의 텅스텐, 0.019%~0.089%의 이트륨, 나머지는 니켈로 이루어진다. 특허문헌 3에서는, Al에 더하여 REM을 첨가함으로써, 보호 피막인 Al2O3의 내박리성을 높인 니켈-크롬 주조 합금이 얻어진다고 기재되어 있다.
특허문헌 4에 개시된 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C：0.15% 이하, Si：0.9% 이하, Mn：0.2~2%, P：0.04% 이하, S：0.005% 이하, 또한 S(%)와 O(%)를 합하여 0.015% 이하, Cr：12~30%, Ni：10~35%, Al：1.5~5.5%, B：0.001~0.01%, N：0.025% 이하, Ca：0~0.008%, Cu：0~2%, Ti, Nb, Zr, V 및 Hf 중 1종 이상을 합계로 0~2%, W, Mo, Co 및 Re 중 1종 이상을 합계로 0~3%, 희토류 원소 중 1종 이상을 합계로 0~0.05% 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 특허문헌 4에서는, Al을 첨가함으로써, Al2O3 피막을 주체로 하는 보호 피막을 형성하고, 내산화성을 높인다고 기재되어 있다.
일본국 특허공개 2005－48284호 공보 국제 공개 제2010/113830호 국제 공개 제2004/067788호 일본국 특허공개 평10－140296호 공보
그러나, 특허문헌 2에서는, 내열합금이 Cr을 최대 50% 함유하고 있다. 그 때문에, 탄화수소 가스 분위기 등의 고온 침탄 환경에서는, 강 표면에서 Cr이 탄화물로서 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 보호 피막인 Al2O3가 균일하게 형성되지 않는다. 그 때문에, 침탄이 발생하는 경우가 있다.
또한, 특허문헌 2 및 3에 개시된 주조품 및 니켈-크롬 주조 합금에서는, C 함유량이 높기 때문에, 열간 가공성이 현저하게 저하된다.
특허문헌 3에서는 또한, Ni 함유량이 높기 때문에, 원료 비용이 현저하게 높아진다.
특허문헌 4에서는, 내침탄성에 대해 고려되어 있지 않다. 그 때문에, 내침탄성이 낮은 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 탄화수소 가스 분위기 등의 고온 침탄 환경에 있어서도, 뛰어난 내침탄성을 가지며, 또한, 제조시에 있어서 뛰어난 열간 가공성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것이다.
본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 스테인리스강은, 질량%로, C：0.03~0.25% 미만, Si：0.01~2.0%, Mn：2.0% 이하, P：0.04% 이하, S：0.01% 이하, Cr：10~22% 미만, Ni：30.0% 초과~40.0%, Al：2.5% 초과~4.5% 미만, Nb：0.01~3.5%, N：0.03% 이하, Ca：0.0005~0.05%, Mg：0.0005~0.05%, Ti：0~0.2% 미만, Mo：0~0.5%, W：0~0.5%, Cu：0~0.5%, V：0~0.2%, 및, B：0~0.01%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고, 식 (1)을 만족한다.
0.40≤(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)≤0.80 (1)
여기서, 식 (1) 중의 CCr′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Al 농도(질량%)가 대입된다. 또한, CCr에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Al 농도(질량%)가 대입된다.
본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 스테인리스강은, 탄화수소 가스 분위기 등의 고온 침탄 환경에 있어서도, 뛰어난 내침탄성을 가지고, 또한, 제조시에 있어서 뛰어난 열간 가공성을 갖는다.
본 발명자들은, 고온 침탄 환경에 있어서의 오스테나이트계 스테인리스강의 내침탄성, 및, 제조시의 열간 가공성에 대해 조사 및 검토를 실시하여, 다음의 지견을 얻었다. 고온 침탄 환경이란, 탄화수소 가스 분위기에서의 1000℃ 이상의 환경을 말한다.
(A) 오스테나이트계 스테인리스강 또는 Ni기 합금에 Cr을 함유시키면, 강 표면에 보호 피막인 Cr2O3가 형성되어, 내침탄성이 높아진다. 그러나, 상술과 같이, Cr2O3는 열역학적으로 불안정하다. 그래서 본 발명에 있어서는, 강 표면에 Al2O3 피막을 형성한다. Al2O3는 보호 피막으로서 작용한다. Al2O3는, 고온 침탄 환경에 있어서, Cr2O3보다 열역학적으로 안정적이다. 즉, Al2O3 피막이면, 1000℃ 이상의 환경이여도, 오스테나이트계 스테인리스강의 내침탄성을 높일 수 있다.
(B) Cr은, Al 함유 오스테나이트계 스테인리스강 또는 Ni기 합금에 과잉되게 함유되었을 경우, 고온 침탄 환경에 있어서, 분위기 가스 유래의 C와 결합한다. C와 결합한 Cr은, 강 표면에 Cr 탄화물을 형성한다. Cr 탄화물은, 강 표면에서의 Al2O3 피막의 균일한 형성을 물리적으로 저해한다. 그 결과, 강의 내침탄성이 저하된다. 따라서, Cr 함유량은 일정하게 제한될 필요가 있다.
한편, Cr은 Al2O3 피막의 균일한 형성을 촉진한다. 이 효과를 이후, Cr의 Third Element Effect(이하, TEE 효과라고 한다)라고 한다. TEE 효과의 메카니즘은 다음과 같다. 후술하는 열처리 공정의 극히 초기에 있어서, 강 표면에서는, 우선 Cr이 우선적으로 산화되어, Cr2O3가 형성된다. 이 때문에, 강 표면의 산소 분압이 국소적으로 저하된다. 이것에 의해, Al은 내부 산화하지 않고, 표면 근방에 있어서 균일한 Al2O3 피막으로서 형성된다. 그 후, Cr2O3로서 사용되고 있던 산소가 Al2O3에 거두어지게 된다. 그리고, 열처리 공정 종료 시점에서는 Al2O3만의 보호 피막이 형성되어 있다. Cr은, 고온 침탄 환경하에서도 마찬가지로, TEE 효과를 갖는다. 즉, Cr은, 고온 침탄 환경하에서도 Al2O3 피막의 균일한 형성을 촉진한다. 그 때문에, 균일한 Al2O3 피막을 형성하기 위해서는, 일정 이상의 Cr을 함유시킬 필요가 있다.
따라서, 고온 침탄 환경하에서의 Cr 탄화물의 생성을 억제하고, Al2O3 피막의 형성을 촉진하기 위해서, 본 발명에서는, Cr 함유량을 10~22% 미만으로 한다.
(C) 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서, 표층에 있어서의 Cr 농도와 표층에 있어서의 Al 농도의 비를, 표층 이외의 Cr 농도와 표층 이외의 Al 농도의 비보다 알맞게 작게 하는 것이 유효하다. 즉, 오스테나이트계 스테인리스강이 식 (1)을 만족하면, 고온 침탄 환경 중에서의 내침탄성이 높아진다.
0.40≤(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)≤0.80 (1)
여기서, 식 (1) 중의 CCr′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Al 농도(질량%)가 대입된다. 또한, CCr에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Al 농도(질량%)가 대입된다.
F1=(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)라고 정의한다. F1이 0.40 이상이면, 고온 침탄 환경에 있어서, 강 표면에서 Cr에 의한 TEE 효과가 충분히 얻어진다. 이 경우, Al2O3 피막의 형성이 촉진된다. F1이 0.80 이하이면, 고온 침탄 환경에 있어서, 강 표면의 Cr 탄화물의 형성이 억제된다. 이 때문에, 균일한 Al2O3 피막이 형성된다. 그 결과, 내침탄성이 높아진다.
(D) 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성이 0.0005% 이상의 칼슘(Ca) 및 0.0005% 이상의 마그네슘(Mg)을 함유하면, 열간 가공성이 높아진다. 한편, 이들 원소의 함유량이 너무 높은 경우, 오스테나이트계 스테인리스강의 고온에서의 인성(靭性) 및 연성이 저하되고, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, Ca：0.0005~0.05%, 및, Mg：0.0005~0.05%를 함유시킨다.
이상의 지견에 의거하여 완성한 본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 스테인리스강은, 질량%로, C：0.03~0.25% 미만, Si：0.01~2.0%, Mn：2.0% 이하, P：0.04% 이하, S：0.01% 이하, Cr：10~22% 미만, Ni：30.0% 초과~40.0%, Al：2.5% 초과~4.5% 미만, Nb：0.01~3.5%, N：0.03% 이하, Ca：0.0005~0.05%, Mg：0.0005~0.05%, Ti：0~0.2% 미만, Mo：0~0.5%, W：0~0.5%, Cu：0~0.5%, V：0~0.2%, 및, B：0~0.01%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고, 식 (1)을 만족한다.
0.40≤(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)≤0.80 (1)
여기서, 식 (1) 중의 CCr′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Al 농도(질량%)가 대입된다. 또한, CCr에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Al 농도(질량%)가 대입된다.
상기 화학 조성은, Ti：0.005~0.2% 미만, Mo：0.01~0.5%, W：0.01~0.5%, Cu：0.005~0.5%, V：0.005~0.2%, 및, B：0.0001~0.01로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
이하, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강에 대해 상세하게 서술한다. 원소에 관한 「%」는, 특별히 언급이 없는 한, 질량%를 의미한다.
［화학 조성］
본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은, 다음의 원소를 함유한다.
C：0.03~0.25% 미만
탄소(C)는 주로 Cr과 결합하여 강 중에 Cr 탄화물을 형성하고, 고온 침탄 환경에서의 사용시에 있어서의 크리프 강도를 높인다. C 함유량이 너무 낮으면, 이 효과를 얻을 수 없다. 한편, C 함유량이 너무 높으면, 강의 주조 후의 응고 조직 중에 조대한 공정 탄화물을 다수 형성하고, 강의 인성을 저하시킨다. 따라서, C 함유량은 0.03~0.25% 미만이다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.05%이며, 보다 바람직하게는 0.08%이다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.23%이며, 보다 바람직하게는 0.20%이다.
Si：0.01~2.0%
실리콘(Si)은 강을 탈산한다. 다른 원소로 탈산을 충분히 실시할 수 있는 경우, Si의 함유량은 가능한 한 적어도 된다. 한편, Si 함유량이 너무 높으면, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.01~2.0%이다. Si 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이며, 더욱 바람직하게는 0.03%이다. Si 함유량의 바람직한 상한은 1.0%이다.
Mn：2.0% 이하
망간(Mn)은 불가피하게 함유된다. Mn은 강 중에 포함되는 S과 결합하여 MnS를 형성하여, 강의 열간 가공성을 높인다. 그러나, Mn 함유량이 너무 높으면, 강이 너무 딱딱해져, 열간 가공성 및 용접성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 2.0% 이하이다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.2%이다. Mn 함유량의 바람직한 상한은 1.2%이다.
P：0.04% 이하
인(P)은 불순물이다. P은 강의 용접성 및 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, P 함유량은 0.04% 이하이다. P 함유량의 바람직한 상한은 0.03%이다. P 함유량은 되도록 낮은 편이 바람직하다. P 함유량의 하한은 예를 들면, 0.0005%이다.
S：0.01% 이하
황(S)은 불순물이다. S은 강의 용접성 및 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.01% 이하이다. S 함유량의 바람직한 상한은 0.008%이다. S 함유량은 되도록 낮은 편이 바람직하다. S 함유량의 하한은 예를 들면, 0.001%이다.
Cr：10~22% 미만
크롬(Cr)은, 상술한 TEE 효과에 의해, 열처리 공정 중 및 고온 침탄 환경하에서 Al2O3 피막의 형성을 촉진한다. Cr은 또한, 강 중의 C와 결합하여 강 중에 Cr 탄화물을 형성하고, 크리프 강도를 높인다. Cr 함유량이 너무 낮으면, 이러한 효과를 얻을 수 없다. 한편, Cr 함유량이 너무 높으면, 고온 침탄 환경하에서, Cr은 분위기 가스(탄화수소 가스) 유래의 C와 결합하여, 강 표면에 Cr 탄화물을 형성한다. 강 표면에 Cr 탄화물이 형성되면 강 표면의 Cr이 국소적으로 결핍한다. 이 때문에 TEE 효과가 저하되고, 균일한 Al2O3 피막이 형성되지 않는다. Cr 함유량이 너무 높으면 또한, 강 표면의 Cr 탄화물이 균일한 Al2O3 피막의 형성을 물리적으로 저해한다. 따라서, Cr 함유량은 10~22% 미만이다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 11%이며, 더욱 바람직하게는 12%이다. Cr 함유량의 바람직한 상한은 21%이며, 더욱 바람직하게는 20%이다. 본 명세서에 있어서, Cr 탄화물은, 강 중에 형성되는 Cr 탄화물과, 강 표면에 형성되는 Cr 탄화물로 나누어진다. 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 강 중에 Cr 탄화물을 형성시키고, 강 표면의 Cr 탄화물은 억제한다.
Ni：30.0% 초과~40.0%
니켈(Ni)은, 오스테나이트를 안정화시키고, 크리프 강도를 높인다. Ni은 또한, 강의 내침탄성을 높인다. Ni 함유량이 너무 낮으면, 이러한 효과를 얻을 수 없다. 한편, Ni 함유량이 너무 높으면, 이러한 효과가 포화할 뿐만 아니라, 원료 비용이 높아진다. 따라서, Ni 함유량은 30.0% 초과~40.0%이다. Ni 함유량의 바람직한 하한은 31.0%이며, 더욱 바람직하게는 32.0%이다. Ni 함유량의 바람직한 상한은 39.0%이며, 더욱 바람직하게는 38.0%이다.
Al：2.5% 초과~4.5% 미만
알루미늄(Al)은, 열처리 공정 중 및 고온 침탄 환경하에서 강 표면에 Al2O3 피막을 형성하여, 강의 내침탄성을 높인다. 특히 본 발명에서 상정하고 있는 고온 침탄 환경에 있어서는, 종래 이용되고 있는 Cr2O3 피막과 비교하여, Al2O3 피막은 열역학적으로 안정적이다. Al 함유량이 너무 낮으면, 이러한 효과를 얻을 수 없다. 한편, Al 함유량이 너무 높으면, 조직 안정성이 저하되고, 크리프 강도가 현저하게 저하된다. 따라서, Al 함유량은 2.5% 초과~4.5% 미만이다. Al 함유량의 바람직한 하한은 2.55%이며, 더욱 바람직하게는 2.6%이다. Al 함유량의 바람직한 상한은 4.2%이며, 더욱 바람직하게는 4.0%이다. 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서, Al 함유량은, 강재 중에 함유하는 모든 Al량을 의미한다.
Nb：0.01~3.5%
니오븀(Nb)은, 석출강화상이 되는 금속간 화합물(라베스상 및 Ni3Nb상)을 형성하고, 결정입계 및 결정립 내를 석출강화하여, 강의 크리프 강도를 높인다. 한편, Nb 함유량이 너무 높으면, 금속간 화합물이 과잉되게 생성되고, 강의 인성이 저하된다. Nb 함유량이 너무 높으면 또한, 장시간 시효 후의 인성도 저하된다. 따라서, Nb 함유량은 0.01~3.5%이다. Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이다. Nb 함유량의 바람직한 상한은 3.2% 미만이며, 더욱 바람직하게는 3.0%이다.
N：0.03% 이하
질소(N)는 오스테나이트를 안정화하고, 불가피하게 함유된다. 한편, N 함유량이 너무 높으면, 열처리 후에도 미고용(未固溶)으로 잔존하는 조대한 질화물 및/또는 탄질화물이 생성된다. 조대한 질화물 및/또는 탄질화물은 강의 인성을 저하시킨다. 따라서, N 함유량은 0.03% 이하이다. 바람직한 N 함유량의 상한은 0.01%이다. N 함유량의 하한은 예를 들면, 0.0005%이다.
Ca：0.0005~0.05%
칼슘(Ca)은, S을 황화물로서 고정하고, 열간 가공성을 높인다. 한편, Ca 함유량이 너무 높으면, 인성 및 연성이 저하된다. 그 때문에, 열간 가공성이 저하된다. Ca 함유량이 너무 높으면 또한, 청정성이 저하된다. 따라서, Ca 함유량은 0.0005~0.05%이다. Ca의 바람직한 하한은 0.0006%이며, 더욱 바람직하게는 0.0008%이다. Ca 함유량의 바람직한 상한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.008%이다.
Mg：0.0005~0.05%
마그네슘(Mg)은, S을 황화물로서 고정하고, 강의 열간 가공성을 높인다. 한편, Mg 함유량이 너무 높으면, 인성 및 연성이 저하된다. 그 때문에, 열간 가공성이 저하된다. Mg 함유량이 너무 높으면 또한, 청정성이 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 0.0005~0.05%이다. Mg의 바람직한 하한은 0.0006%이며, 더욱 바람직하게는 0.0008%이다. Mg 함유량의 바람직한 상한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.008%이다.
본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 여기서, 불순물이란, 오스테나이트계 스테인리스강을 공업적으로 제조할 때, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것이며, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
［임의 원소에 대해］
상술한 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은 또한, Fe의 일부를 대신하여, Ti을 함유해도 된다.
Ti：0~0.2% 미만
티타늄(Ti)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Ti은, 석출강화상이 되는 금속간 화합물(라베스상 및 Ni3Ti상)을 형성하고, 석출강화에 의해 크리프 강도를 높인다. 한편, Ti 함유량이 너무 높으면, 금속간 화합물이 과잉되게 생성되고, 고온 연성 및 열간 가공성이 저하된다. Ti 함유량이 너무 높으면 또한, 장시간 시효 후의 인성이 저하된다. 따라서, Ti 함유량은 0~0.2% 미만이다. Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.005%이며, 더욱 바람직하게는, 0.01%이다. Ti 함유량의 바람직한 상한은 0.15%이며, 더욱 바람직하게는, 0.1%이다.
상술한 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은 또한, Fe의 일부를 대신하여, Mo 및 W으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종을 함유해도 된다. 이들 원소는 모두 임의 원소이며, 강의 크리프 강도를 높인다.
Mo：0~0.5%
몰리브덴(Mo)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Mo은, 모상(母相)인 오스테나이트에 고용(固溶)된다. 고용된 Mo은, 고용 강화에 의해 크리프 강도를 높인다. 한편, Mo 함유량이 너무 높으면, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Mo 함유량은 0~0.5%이다. Mo 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다. Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.4%이며, 더욱 바람직하게는 0.3%이다.
W：0~0.5%
텅스텐(W)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, W은, 모상인 오스테나이트에 고용된다. 고용된 W은, 고용 강화에 의해 크리프 강도를 높인다. 한편, W 함유량이 너무 높으면, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, W 함유량은 0~0.5%이다. W 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다. W 함유량의 바람직한 상한은 0.4%이며, 더욱 바람직하게는 0.3%이다.
상술한 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은 또한, Fe의 일부를 대신하여, Cu를 함유해도 된다.
Cu：0~0.5%
구리(Cu)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Cu는 오스테나이트를 안정화한다. Cu는 또한, 석출강화에 의해 강의 강도를 높인다. 한편, Cu 함유량이 너무 높으면, 강의 연성 및 열간 가공성이 저하된다. 따라서, Cu 함유량은 0~0.5%이다. Cu 함유량의 바람직한 하한은 0.005%이며, 더욱 바람직하게는 0.01%이다. Cu 함유량의 바람직한 상한은 0.3%이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이다.
상술한 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은 또한, Fe의 일부를 대신하여, V을 함유해도 된다.
V：0~0.2%
바나듐(V)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, V은 Ti과 마찬가지로 금속간 화합물을 형성하고, 강의 크리프 강도를 높인다. 한편, V 함유량이 너무 높으면, 강 중의 금속간 화합물의 체적률이 과잉되게 높아져, 열간 가공성이 저하된다. 따라서, V 함유량은 0~0.2%이다. V 함유량의 바람직한 하한은 0.005%이며, 더욱 바람직하게는 0.01%이다. V 함유량의 바람직한 상한은 0.15%이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이다.
상술한 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은 또한, Fe의 일부를 대신하여, B를 함유해도 된다.
B：0~0.01%
붕소(B)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, B는 입계에 편석하고, 입계에서의 금속간 화합물의 석출을 촉진한다. 이것에 의해, 강의 크리프 강도를 높인다. 한편, B 함유량이 너무 높으면, 강의 용접성 및 열간 가공성이 저하된다. 따라서, B 함유량은 0~0.01%이다. B 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이며, 더욱 바람직하게는 0.0005%이다. B 함유량의 바람직한 상한은 0.008%이며, 더욱 바람직하게는 0.006%이다.
［식 (1)에 대해］
본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강은 또한, 식 (1)을 만족한다.
0.40≤(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)≤0.80 (1)
여기서, 식 (1) 중의 CCr′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Al 농도(질량%)가 대입된다. 또한, CCr에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Al 농도(질량%)가 대입된다.
본 명세서에 있어서, 오스테나이트계 스테인리스강의 표층이란, 오스테나이트계 스테인리스강의 표면으로부터 2μm 깊이까지의 범위를 의미한다. 표면으로부터 2μm 깊이란, 모재의 표면으로부터 2μm 깊이를 의미한다. 오스테나이트계 스테인리스강이 표면에 Al2O3 피막을 구비하는 경우는, 모재의 표면으로부터 2μm 깊이란, 탈 스케일 처리에 의해 Al2O3 피막을 제거한 후의 모재의 표면으로부터 2μm 깊이를 의미한다. 즉, 식 (1) 중의 CCr′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표면(오스테나이트계 스테인리스강이 표면에 Al2O3 피막을 구비하는 경우는, 탈 스케일 처리에 의해 Al2O3 피막을 제거한 후의 모재의 표면)으로부터 2μm 깊이까지의 범위에 있어서의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. 식 (1) 중의 CAl′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표면(오스테나이트계 스테인리스강이 표면에 Al2O3 피막을 구비하는 경우는, 탈 스케일 처리에 의해 Al2O3 피막을 제거한 후의 모재의 표면)으로부터 2μm 깊이까지의 범위에 있어서의 Al 농도(질량%)가 대입된다. 또한, 표층 이외의 Cr 농도(질량%)란, 표층 이외의 영역의 모재의 평균 Cr 농도(질량%)를 의미한다. 표층 이외의 Al 농도(질량%)란, 표층 이외의 영역의 모재의 평균 Al 농도(질량%)를 의미한다.
식 (1)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 표층의 Cr 농도와 표층의 Al 농도의 비가, 모재의 Cr 농도와 모재의 Al 농도의 비보다 알맞게 작다. 이 경우, 상술과 같이, Al2O3 피막의 형성이 촉진된다. 그 결과, 고온 침탄 환경에 있어서, 내침탄성이 높아진다.
F1=(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)라고 정의한다. F1은 Cr 거동의 지표이다.
F1이 0.80을 넘으면, 표층의 Cr 농도와 표층의 Al 농도의 비가, 모재의 Cr 농도와 모재의 Al 농도의 비보다 너무 크다. 즉, 표층의 Cr 농도 CCr′가 너무 높다. 이 경우, 고온 침탄 환경에 있어서 강 표면에 Cr 탄화물이 형성되어, 균일한 Al2O3 피막의 형성이 물리적으로 저해된다.
F1이 0.40 미만이면, 표층의 Cr 농도와 표층의 Al 농도의 비가, 모재의 Cr 농도와 모재의 Al 농도의 비보다 너무 작다. 즉, 표층의 Cr 농도 CCr′가 너무 작다. 이 경우, 고온 침탄 환경에 있어서 Cr의 TEE 효과를 얻을 수 없다. 이 때문에, 강 표면에 균일한 Al2O3 피막이 형성되지 않는다.
따라서, F1은, 0.40~0.80이다. F1의 바람직한 하한은, 0.42이며, 더욱 바람직하게는 0.44이다. F1의 바람직한 상한은, 0.79이며, 더욱 바람직하게는 0.78이다.
상술한 표층의 Cr 농도 CCr′및 표층의 Al 농도 CAl′는 다음의 방법으로 구해진다. 오스테나이트계 스테인리스강을 표면에 대해서 수직으로 절단한다. 절단한 오스테나이트계 스테인리스강의 표면(오스테나이트계 스테인리스강이 표면에 Al2O3 피막을 구비하는 경우는, 탈 스케일 처리에 의해 Al2O3 피막을 제거한 후의 모재의 표면)으로부터 2μm 깊이까지의 범위에 있어서, 임의의 5점(측정점)을 선택한다. 각 측정점의 Cr 농도 및 Al 농도를 EDX(에너지 분산형 X선 분광)에 의해 측정한다. 측정한 값을 평균하여 구한 값을 CCr′(%) 및 CAl′(%)라고 정의한다.
오스테나이트계 스테인리스강이 표면에 Al2O3 피막을 구비하는 경우는, 탈 스케일 처리를 한 후에, 표층의 Cr 농도 CCr′및 표층의 Al 농도 CAl′를 측정한다. 오스테나이트계 스테인리스강을 탈 스케일하는 조건은, JIS Z 2290(2004)에 준거한다.
상술한 표층 이외의 Cr 농도 CCr 및 표층 이외의 Al 농도 CAl의 분석은, 주지의 성분 분석법에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는, 다음의 방법으로 구한다. 오스테나이트계 스테인리스강을, 길이 방향(강관이면 축방향)에 대해서 수직으로 절단하여 측정면을 준비한다. 측정면의 두꺼운 중앙부를, 드릴을 이용하여 천공 가공한다. 천공 가공에 의해 절분을 생성하고, 절분을 채취한다. 동일한 측정면의 4곳으로부터 절분을 채취한다. 오스테나이트계 스테인리스강이 강관인 경우, 45°피치로 4곳으로부터 절분을 채취한다. 채취된 절분에 대해서 ICP－OES(Inductiｖely Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry)를 실시하고, 화학 조성의 원소 분석을 실시한다. ICP－OES에 의한 분석의 순서는, JIS G 1258(2007)에 준거한다. 4곳의 측정치의 평균을, 표층 이외의 Cr 농도 CCr(%) 및 표층 이외의 Al 농도 CAl(%)로 한다.
본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강은, 후술하는 열처리 공정 후에 있어서, 표면에 Al2O3 피막을 구비한다. 따라서, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강은, 표면에 Al2O3 피막을 갖는 경우가 있다. 그러나, Al2O3 피막은, 열처리 공정 후의 산세 처리 또는 숏 피닝 등의 주지의 방법으로 제거할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강은, 표면의 Al2O3 피막이 제거되어 있는 상태의 경우도 있다.
［결정입경］
바람직하게는, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강의 결정입경은 30~80μm이다. 결정입경이 30μm 이상이면, 강의 크리프 강도가 더욱 높아진다. 결정입경이 80μm 이하이면, Al의 입계 확산이 촉진되어, Al2O3 피막의 형성이 더욱 촉진된다. 결정입경은, JIS G 0551(2013)에 규정하는 결정입도의 현미경 시험 방법에 의해서 구한다.
본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내스테인리스강의 형상은, 특별히 한정되지 않는다. 오스테나이트계 내스테인리스강은 예를 들면, 강관이다. 오스테나이트계 스테인리스 강관은, 화학 플랜트용 반응관으로서 사용된다. 오스테나이트계 스테인리스강은, 판재, 봉재, 선재 등이어도 된다.
［제조 방법］
본 실시 형태의 오스테나이트계 내스테인리스강의 제조 방법의 일례로서, 강관의 제조 방법을 설명한다.
［준비 공정］
상술한 화학 조성을 갖는 용강을 제조한다. 용강에 대해서, 필요에 따라서 주지의 탈 가스 처리를 실시한다. 용강을 이용하고, 주조에 의해 소재를 제조한다. 소재는, 조괴법에 의한 잉곳이어도 되고, 연속 주조법에 의한 슬래브나 블룸, 빌릿 등의 주물편이어도 된다. 또한, 원심 주조법에 의해, 관형상의 주조체를 제조해도 된다.
［열간 단조 공정］
제조된 소재에 대해서 열간 단조를 실시하여 원기둥 소재를 제조해도 된다. 열간 단조를 실시하면, 준비 공정에서 제조한 용강의 내부 조직을, 응고 조직으로부터 균질한 정립(整粒) 조직으로 변화시킬 수 있다. 열간 단조의 온도는 예를 들면, 900~1200℃이다.
［열간 가공 공정］
준비 공정에서 제조된 소재, 또는 열간 단조된 소재(원기둥 소재)에 대해서 열간 가공을 실시하고, 강소관을 제조한다. 예를 들면, 기계 가공에 의해 원기둥 소재 중심으로 관통 구멍을 형성한다. 관통 구멍이 형성된 원기둥 소재에 대해서 열간 압출을 실시하고, 강소관을 제조한다. 열간 압출의 가공 온도는 예를 들면, 900~1200℃이다. 원기둥 소재를 천공 압연(만네스만법 등)하여 강소관을 제조해도 된다.
［냉간 가공 공정］
열간 가공 후의 강소관에 대해서 냉간 가공을 실시하고, 중간재를 제조한다. 냉간 가공은 예를 들면, 냉간 인발(引拔) 등이다. 냉간 가공 공정에 있어서 강 표면에 변형을 부여하면, Al 및 Cr 등의 원소가 강 표면으로 이동하기 쉬워진다. 이 경우, TEE 효과가 충분히 얻어진다. 이것에 의해, 강 표층의 Cr이 알맞게 결핍하고, 식 (1)을 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다. 냉간 가공의 가공률이 너무 낮으면, 이 효과를 얻을 수 없다. 냉간 가공의 가공률의 상한은 특별히 설정하지 않지만, 가공률이 너무 높은 냉간 가공은, 현실적으로 실시가 곤란하다. 따라서, 냉간 가공의 가공률은 10~90%이다.
［열처리 공정］
제조된 중간재에 대해서, 대기 분위기에서 열처리를 실시한다. 대기 분위기에서의 열처리에 의해, 강 표면에 균일한 Al2O3 피막이 형성된다. 이 때, TEE 효과에 의해 강 표층의 Cr이 알맞게 결핍한다. 그 결과, 식 (1)을 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.
열처리 온도는 900~1100℃ 미만이며, 열처리 시간은 3.0~30.0분이다.
열처리 온도가 900℃ 미만, 또는 열처리 시간이 3.0분 미만이면, TEE 효과를 충분히 얻을 수 없다. 이 경우, 강 표층의 Cr 농도 CCr′가 너무 높아져, 식 (1)을 만족하지 않는다. 이 때문에, 고온 침탄 환경하에서, 강 표면에 Cr 탄화물이 형성되어, 균일한 Al2O3 피막이 충분히 형성되지 않는다. 그 결과, 내침탄성이 저하된다. 따라서, 열처리 온도는 900℃ 이상이고, 또한, 열처리 시간은 3.0분 이상이다. 열처리 온도가 900℃ 이상이고, 또한, 열처리 시간이 3.0분 이상이면 또한, 결정립이 30μm 이상이 된다.
한편, 열처리 온도가 1100℃ 이상이면, 강 표면에 Cr2O3를 주체로 하는 스케일이 과잉되게 형성된다. 이 때문에, 강 표층의 Cr이 과잉되게 결핍한다. 이 경우, 강 표층의 Cr 농도 CCr′가, 너무 낮아져, 식 (1)을 만족하지 않는다. 그 때문에, 고온 침탄 환경하에서 Cr의 TEE 효과가 저하되고, 균일한 Al2O3 피막이 충분히 형성되지 않는다. 그 결과, 내침탄성이 저하된다. 또한, 열처리 시간이 30.0분을 넘으면, 강 표면에 Al2O3를 주체로 하는 스케일이 과잉되게 형성된다. 이 때문에, 강 표층의 Al이 과잉되게 결핍한다. 이 경우, 강 표층의 Al 농도 CAl′가, 너무 낮아져 식 (1)을 만족하지 않는다. 그 때문에, 고온 침탄 환경하에서 균일한 Al2O3 피막이 충분히 형성되지 않는다. 그 결과, 내침탄성이 저하된다. 따라서, 열처리 온도는 1100℃ 미만이고, 또한, 열처리 시간은 30.0분 이하이다. 열처리 온도가 1100℃ 미만이고, 또한, 열처리 시간이 30.0분 이하이면 또한, 결정립이 80μm 이하가 된다.
열처리 온도가 900~1100℃ 미만, 열처리 시간이 3.0~30.0분이면, TEE 효과가 충분하게, 또한 적절하게 얻어지고, 식 (1)을 만족하는 화학 조성을 갖는 강이 얻어진다. 그 결과, 고온 침탄 환경하에서의 내침탄성이 높아진다.
열처리 후의 중간재에 대해서, 표면에 형성한 스케일의 제거를 목적으로서 산세 처리를 행해도 된다. 산세에는 예를 들면, 질산과 염산의 혼산 용액을 이용한다. 산세 시간은 예를 들면, 30분~60분이다.
또한, 산세 처리 후의 중간재에 대해서, 강 표면의 스케일 제거 및 강 표면으로의 변형 부여를 목적으로서, 강 표면에 숏 가공을 실시해도 된다. 숏 가공에 있어서의 숏 입자의 소재, 형상, 및 처리 조건은 지정하지 않지만, 강 표면의 스케일의 박리, 또는 강 표면으로의 변형의 부여에 충분한 소재, 형상, 및 처리 조건으로 한다. 스케일이란 예를 들면, Al2O3이다. 산세 처리 및 숏 가공 등의 주지의 방법에 의해, Al2O3 피막을 제거할 수 있다.
이상의 제조 방법에 의해, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강이 제조된다. 또한, 상기에서는 강관의 제조 방법에 대해 설명하였다. 그러나, 동일한 제조 방법(준비 공정, 열간 단조 공정, 열간 가공 공정, 냉간 가공 공정, 열처리 공정)에 의해, 판재, 봉재, 선재 등을 제조해도 된다. 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강은, 강관에 적용하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 바람직하게는, 본 실시 형태의 오스테나이트계 스테인리스강은, 오스테나이트계 스테인리스 강관이다.
실시예
［제조 방법］
표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 용강을, 진공 용해로를 이용하여 제조하였다.
[표 1]
Figure 112019008264598-pct00001
상기 용강을 이용하여, 외경 120mm의 원기둥형의 잉곳(30kg)을 제조하였다. 잉곳에 대해서 열간 단조 및 열간 압연을 실시하였다. 열간 압연 후, 표 2에 나타내는 조건에서 냉간 압연을 실시하고, 두께 15mm의 중간재를 제조하였다. 얻어진 중간재로부터, 기계 가공에 의해 8mm×20mm×30mm의 판재를, 각 강종 2장씩 제조하였다. 판재에 대해서 표 2에 나타내는 온도 및 시간으로, 열처리를 실시하였다. 열처리 후, 판재를 수냉하고, 시험용의 강판을 제조하였다.
[표 2]
Figure 112019008264598-pct00002
［오스테나이트 결정입경의 측정］
각 시험 번호의 강판의 압연 방향과 수직인 단면의 중앙부로부터 현미경 관찰용의 시험편을 제작하였다. 시험편의 표면 중, 상기 단면에 상당하는 표면(관찰면이라고 한다)을 이용하고, ASTM E 112에 규정되는 현미경 시험 방법을 실시하여, 결정입경을 측정하였다. 구체적으로는, 관찰면을 기계 연마 후, 부식액을 이용하여 부식하고, 관찰면의 결정입계를 출현시켰다. 부식한 표면상의 10시야에 있어서, 각 시야의 평균 결정입경을 구하였다. 각 시야의 면적은, 약 0.75mm2이다.
［표층의 Cr 농도 CCr′및 표층의 Al 농도 CAl′측정］
각 시험 번호의 강판에 대해서, JIS Z 2290(2004)에 준거하는 조건에서 탈 스케일 처리를 실시하였다. 탈 스케일 처리 후의 강판을 압연 방향에 대해서 수직으로 절단하고, 표면을 포함하는 샘플을 채취하였다. 샘플을 수지에 매입(埋入)하고, 표면 근방의 단면을 포함하는 관찰면을 연마하였다. 연마 후의 관찰면에 대해서, 상술한 방법을 이용하여 표층(표면으로부터 2μm 깊이까지의 범위)의 Cr 농도 CCr′및 Al 농도 CAl′를 구하였다.
［표층 이외의 Cr 농도 CCr 및 표층 이외의 Al 농도 CAl 측정］
상술한 방법에 의해, 표층 이외의 Cr 농도 CCr 및 표층 이외의 Al 농도 CAl을 구하였다.
［침탄 시험］
각 시험 번호의 강판을, H2－CH4－CO2 분위기에서 1100℃×96시간 유지하였다. 침탄 후의 강판 표면을 ＃600 연마지로 건식 손연마하여, 표면의 스케일 등을 제거하였다. 강판 표면으로부터 0.5mm 피치로 4층 분의 분석 절분을 채취하였다. 얻어진 분석 절분에 대해서, 고주파 연소 적외 흡수법으로 C 농도를 측정하였다. 측정 결과로부터, 강에 원래부터 함유되어 있는 C 농도를 빼서, C 농도 증가량으로 하였다. 4층 분의 C 농도 증가량의 평균을, 침입 C량으로 하였다.
［고온 인장 시험］
제조된 잉곳에 대해서, 두꺼운 중앙부로부터, 직경이 10mm이며 길이가 130mm인 원기둥형의 인장 시험편을 잘라냈다. 각 인장 시험편에 대해서, 인장 속도(변형 속도) 10/s로 인장 시험을 실시하고, 열간 가공성을 평가하였다. 본 발명에 있어서는, 인장 시험 후의 수축이, 900℃에 있어서, 60% 이상을 합격(○), 60% 미만을 불합격(×)으로 하였다.
［시험 결과］
시험 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2를 참조하여, 시험 번호 1~시험 번호 12의 화학 조성은 적절하며, 제조 조건도 적절하였기 때문에, F1은 식 (1)을 만족하였다. 그 결과, 침입 C량은 0.4% 이하이며, 뛰어난 내침탄성을 나타냈다. 또한, 고온 인장 시험의 수축값이 60% 이상이며, 뛰어난 열간 가공성을 나타냈다.
한편, 시험 번호 13에서는, 냉간 압연시의 가공률이 너무 낮았다. 그 때문에, F1이 0.35이며, 식 (1)을 만족하지 않았다. 그 결과, 침입 C량이 0.51%이며, 내침탄성이 낮았다.
시험 번호 14에서는, 열처리 온도가 너무 낮았다. 그 때문에, F1이 1.00이며, 식 (1)을 만족하지 않았다. 그 결과, 침입 C량이 0.65%이며, 내침탄성이 낮았다. 시험 번호 14에서는 또한, 결정입경이 21μm였다.
시험 번호 15에서는, 열처리 온도가 너무 높았다. 그 때문에, F1이 0.39이며, 식 (1)을 만족하지 않았다. 그 결과, 침입 C량이 0.58%이며, 내침탄성이 낮았다. 시험 번호 15에서는 또한, 결정입경이 131μm였다.
시험 번호 16에서는, 열처리 시간이 너무 짧았다. 그 때문에, F1이 1.06이며, 식 (1)을 만족하지 않았다. 그 결과, 침입 C량이 0.69%이며, 내침탄성이 낮았다. 시험 번호 16에서는 또한, 결정입경이 22μm였다.
시험 번호 17에서는, 열처리 시간이 너무 길었다. 그 때문에, F1이 0.95이며, 식 (1)을 만족하지 않았다. 그 결과, 침입 C량이 0.54%이며, 내침탄성이 낮았다. 시험 번호 17에서는 또한, 결정입경이 95μm였다.
시험 번호 18에서는, Cr 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, Cr에 의한 TEE 효과가 저하되었다. 그 결과, 침입 C량이 0.75%이며, 내침탄성이 낮았다.
시험 번호 19에서는, Cr 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, Cr 탄화물에 의해서 Al2O3 피막의 형성이 저해되었다. 그 결과, 침입 C량이 0.60%이며, 내침탄성이 낮았다.
시험 번호 20에서는, Al 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, Al2O3 피막이 충분히 형성되지 않았다. 그 결과, 침입 C량이 0.83%이며, 내침탄성이 낮았다.
시험 번호 21에서는, Ni 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, 침입 C량이 0.52%이며, 내침탄성이 낮았다.
시험 번호 22에서는, Mg 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, 수축값이 60% 미만이며, 열간 가공성이 낮았다.
시험 번호 23에서는, Mg 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 수축값이 60% 미만이며, 열간 가공성이 낮았다.
이상, 본 발명의 실시의 형태를 설명하였다. 그러나, 상술한 실시의 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시의 형태로 한정되지 않고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 상술한 실시의 형태를 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은, 탄화수소 가스 분위기 등의, 침탄 및 코킹이 염려되는 고온 침탄 환경에 있어서도 사용할 수 있다. 특히, 에틸렌 제조 플랜트 등의 화학 공업용 플랜트 등에 있어서의 반응관용 강으로서의 용도에 특히 적합하다.

Claims (2)

  1. 질량%로,
    C：0.03~0.25% 미만,
    Si：0.01~2.0%,
    Mn：2.0% 이하,
    P：0.04% 이하,
    S：0.01% 이하,
    Cr：10~22% 미만,
    Ni：30.0% 초과~40.0%,
    Al：2.5% 초과~4.5% 미만,
    Nb：0.01~3.5%,
    N：0.03% 이하,
    Ca：0.0005~0.05%,
    Mg：0.0005~0.05%,
    Ti：0~0.2% 미만,
    Mo：0~0.5%,
    W：0~0.5%,
    Cu：0~0.5%,
    V：0~0.2%, 및,
    B：0~0.01%를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고,
    식 (1)을 만족하는, 오스테나이트계 스테인리스강.
    0.40≤(CCr′／CAl′)/(CCr/CAl)≤0.80 (1)
    여기서, 식 (1) 중의 CCr′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl′에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층에 있어서의 Al 농도(질량%)가 대입된다. 또한, CCr에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Cr 농도(질량%)가 대입된다. CAl에는 오스테나이트계 스테인리스강의 표층 이외의 Al 농도(질량%)가 대입된다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학 조성은,
    Ti：0.005~0.2% 미만,
    Mo：0.01~0.5%,
    W：0.01~0.5%,
    Cu：0.005~0.5%,
    V：0.005~0.2%, 및,
    B：0.0001~0.01%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 오스테나이트계 스테인리스강.
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