KR102154389B1 - 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102154389B1
KR102154389B1 KR1020180014191A KR20180014191A KR102154389B1 KR 102154389 B1 KR102154389 B1 KR 102154389B1 KR 1020180014191 A KR1020180014191 A KR 1020180014191A KR 20180014191 A KR20180014191 A KR 20180014191A KR 102154389 B1 KR102154389 B1 KR 102154389B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat treatment
stainless steel
duplex stainless
super duplex
corrosion resistance
Prior art date
Application number
KR1020180014191A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190094717A (ko
Inventor
정원섭
신병현
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020180014191A priority Critical patent/KR102154389B1/ko
Publication of KR20190094717A publication Critical patent/KR20190094717A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102154389B1 publication Critical patent/KR102154389B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

본 발명은 고용화 열처리단계를 수행하기 전에 균질화 열처리단계를 거침으로써, 오스테나이트 조직의 형상을 구형으로 제어하고 분포를 균일하게 하여 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강판을, 1275℃ 내지 1325℃에서 열처리하여 오스테나이트 조직을 균질화하는 균질화 열처리단계; 및 균질화된 상기 강판을 열처리한 후 급랭하여 고용화하는 고용화 열처리단계;를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법 {Super duplex stainless steel with improved corrosion resistance and manufacturing method thereof}
본 발명은 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고용화 열처리단계를 수행하기 전에 균질화 열처리단계를 거침으로써, 오스테나이트 조직의 형상을 구형으로 제어하고 분포를 균일하게 하여 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 기계적 특성 및 내식성이 매우 우수하여 화학플랜트, 케미컬탱크, 담수화플랜트, 그리고 해수펌프 등에 사용되고 있다. 특히, 해수와 일차적으로 접촉되는 부품에 사용되는 경우, 높은 항복강도 및 고내식성이 요구된다.
이러한, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트 조직과 오스테나이트 조직이 동등한 비율로 구성된 조직특성을 가지며, 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 강도가 높고, 염소 이온에 대한 공식(Pitting Corrosion) 및 응력 부식균열에 대한 저항성이 우수한 장점을 가지고 있다.
통상적으로 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 오스테나이트 상과 페라이트 상의 균형을 제어하여 우수한 내식성을 확보 및 판재 제조시 발생할 수 있는 결함 등을 억제할 수 있는 열간 가공성의 향상이 또한 중요한 과제이다.
종래의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 주조공정(Cast process), 단조공정(Forging process), 인발공정(Drawing process) 및 고용화 열처리공정(Solution annealing process) 총 4단계의 공정을 거쳐 제조된다. 그러나 종래의 방법으로 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직은, 주조공정 후에 불균일하게 형성되기 시작하고, 단조공정 및 인발공정을 거치면서 더욱 불균일하게 형성되며, 고용화 열처리공정이 진행되어도 불균일한 조직상태가 유지되는 문제점이 있었다(도 1 참조).
상기 종래의 방법으로 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 가공이 완료된 시점까지 불균일한 오스테나이트 조직을 포함한다. 도 2를 참조하여 이를 자세히 살펴보면, 종래의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직은 오스테나이트 상의 결핍구역(a) 및 오스테나이트 상의 밀집구역(b)이 발생하게 되고, 이 불균일한 오스테나이트 상의 표면적은 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 강도, 연성 및 내식성을 저하하는 요소로 작용하며, 특히 공식의 발생을 촉진시킨다. 이렇듯 종래의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트 조직의 형상이 불균일하여서 내식성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 균일하게 제어하여 내식성을 향상시키는 기술이 필요한 실정이다.
KR 10-1735003 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직을 균일하게 제어하여 내식성을 향상시킬 수 있는 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강판을, 1275℃ 내지 1325℃에서 열처리하여 오스테나이트 조직을 균질화하는 균질화 열처리단계; 및 균질화된 상기 강판을 열처리한 후 급랭하여 고용화하는 고용화 열처리단계;를 포함하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 상기 균질화 열처리단계에서 상기 오스테나이트 조직의 형상은 구형으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 임계공식온도(CPT; Critical pitting termperature)는 80℃ 내지 90℃인 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것이다.
또한, 하기의 식 1에 따른 내공식성 지수(PREN; Pitting resistance equivalent number)가 40 이상인 것을 특징으로 한다.
(식 1) PREN = Cr + 3.3(Mo + 0.5W) + 16N
상기 식 1의 Cr, Mo, W, N은 각 원소의 중량% 함량.
또한, 중량%로, (Mo+W) 함량은 3.81 내지 3.82 범위에 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법은 강판을 1275℃ 내지 1325℃에서 열처리한 후, 연속적으로 고용화함으로써, 오스테나이트 조직의 비율을 감소시키는 것은 물론 오스테나이트 조직의 형상을 구형으로 제어하고 분포를 균일하게 하여 내식성을 보다 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 제조방법에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직의 불균일한 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 종래의 제조방법의 고용화 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 종래의 제조방법의 고용화 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 상분율 및 PRE를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 균질화 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 균질화 열처리 및 고용화 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 상분율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 2차상 석출량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 임계공식온도(Critical pitting temperature, CPT)를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 전기화학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 물리적 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강판을, 1275℃ 내지 1325℃에서 열처리하여 오스테나이트 조직을 균질화하는 균질화 열처리단계; 및 균질화된 상기 강판을 열처리한 후 급랭하여 고용화하는 고용화 열처리단계를 포함한다.
본 발명의 강판에 포함된 각 성분들을 살펴보면 아래와 같다.
크롬(Cr)은 대부분의 부식에 대한 내식성을 증가시키는데 매우 유효한 원소이다. 내식성을 향상시키기 위해 크롬 함량을 25중량% 첨가하는 것이 바람직하며, 25중량%를 초과하는 경우 금속간 석출의 경향이 증가하는 문제가 발생한다.
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로서 사용되고, 바람직한 페라이트 함량을 얻도록 적절한 양으로 첨가되어야 한다. 오스테나이트와 페라이트 상의 적절한 비율을 위하여 6.8중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo)은 염화물 환경 특히, 환원성 산에서 내식성을 향상시키는 원소이다. 몰리브덴과 크롬이 상술한 범위의 함량보다 더 많이 첨가되면 금속간 석출량이 증가할 수 있으므로, 몰리브덴은 3.75 내지 3.85중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로서 사용되고, 바람직한 페라이트 함량을 얻도록 적절한 양으로 첨가되어야 한다. 오스테나이트와 페라이트 상의 적절한 비율을 위하여 0.79중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
질소(N)는 재료의 내식성, 조직 안정성 및 강도를 증가시키는 매우 유효한 원소이다. 질소의 함량이 많아지면 용접 후 오스테나이트의 재생이 증가하여 양호한 특성을 지닌 양호한 용접 접합부를 얻을 수 있으나, 질소와 크롬의 함량이 동시에 높은 경우 질화크롬이 석출될 수 있으므로, 질소의 우수한 효과를 얻기 위해서는 0.27중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
구리(Cu)는 황산과 같은 산 환경에서의 일반적인 내식성을 향상시키는 원소로, 조직 안정성에도 영향을 미친다. 구리의 함량이 높으면 고용도가 지나치게 증가하는 문제가 발생하므로, 0.18중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
텅스텐(W)은 점부식 및 틈새부식에 대한 내식성을 증가시키는 원소이다. 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐의 함량이 지나치게 높으면 금속간 석출량이 증가할 수 있으므로, 0.01 내지 0.02중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 중량%로 (Mo+W) 함량은 3.81 내지 3.82 범위에 포함될 수 있다. 내식성 및 열간가공성을 향상시키기 위해 첨가되는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)이 다량 첨가되는 경우, 고온에서 카이(χ)상 및 시그마(σ) 상과 같은 2차상이 석출되어 충격특성 및 내식성이 저하되는 문제를 야기시키기 때문이다.
균질화 열처리단계는 1275℃ 내지 1325℃에서 30분 내지 60분 동안 상기 강판을 열처리함으로써, 종래의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직이 불균일하게 형성되어 내식성이 저하되는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 오스테나이트 조직의 균일화를 도모할 수 있다. 바람직하게는 균질화 열처리단계의 열처리 온도는 1285℃ 내지 1320℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1295℃ 내지 1310℃일 수 있다.
상기와 같은 온도 및 시간의 조건에서 균질화 열처리를 수행함으로써, 상기 오스테나이트 조직은 구형으로 제어되며, 이를 통해 표면에너지가 감소하여 보다 더 안정적인 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 얻을 수 있는 장점이 있다.
즉, 목표온도를 1275℃ 내지 1325℃로 선정한 것은 열처리 도중 2차상이 석출되는 것을 방지할 수 있고, 오스테나이트 조직의 불균일한 형상 및 분포를 제어하여서 구형으로 균일하게 분포될 수 있는 온도임을 측정하였고, 또한 최적의 시간을 도출하였다.
또한, 고용화 열처리단계는 1000 내지 1100℃에서 균질화된 강판을 열처리한 후, 5℃ 이하의 물에서 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 급랭시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명은 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 임계공식온도(CPT; Critical pitting termperature)는 80℃ 내지 90℃인 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것이다.
그리고 중량%로, (Mo+W) 함량은 3.81 내지 3.82 범위에 포함될 수 있다.
이때, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 성분 및 (Mo+W) 함량에 대한 설명은 상기 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법에서 설명한 바와 동일하다.
또한, 상기 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 하기의 식 1에 따른 내공식성 지수(PREN; Pitting resistance equivalent number)가 40 이상인 것을 특징으로 하며, 하기 식 1의 Cr, Mo, W, N은 각 원소의 중량% 함량을 의미한다.
(식 1) PREN = Cr + 3.3(Mo + 0.5W) + 16N
본 발명의 따른 실시예에서는 상기 목적을 달성하기 위하여 하기 표 1의 성분을 갖는 강판을 사용하였으며, 상기 강판의 열처리 전 물리적 특성은 표 2에 나타내었다.
성분 C N Mn Ni Cr Mo Cu W Fe
중량% 0.014 0.27 0.79 6.8 25.0 3.8 0.18 0.02 Bal
0.2% Proof Stress (N/mm2) [ksi] minimum 550[7.98]
Ultimate Tensile Strength (N/mm2) [ksi] minimum 760 ~ 800[116]
Elongation (%) minimum 20 ~ 25
Hardness (HBN) 270 max
Reduction of Cross Section Area (%) 45
Charpy V-notch Impact at ambient Temp (J) [ft.lb] 80min [59min]
Charpy V-notch Impact at -46℃ (J) [ft.lb] 45av, 35min [33av, 25.8min]
1. (비교예) 종래의 제조방법에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강
본 발명에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강과의 비교를 위해 종래의 제조방법에 따라 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 먼저 살펴보기로 한다.
도 1은 종래의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 제조방법에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직의 불균일한 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 종래의 제조방법의 고용화 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 설명하기 위한 도면이며, 도 3b는 종래의 제조방법의 고용화 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 상분율 및 PRE를 나타낸 그래프로서, (a)는 상분율을 나타낸 그래프이고, (b)는 PRE(Pitting Resistance Equivalent value)를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 종래의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 주조공정, 단조공정, 인발공정 및 고용화 열처리공정 총 4단계의 공정을 거쳐 제조된다. 구체적으로 살펴보면, 강판의 오스테나이트 조직은 주조공정을 거친후 후 불균일하게 형성되기 시작하고, 단조공정과 인발공정을 거치면서 더욱 불균일하게 형성되며, 이후 고용화 열처리공정이 진행되어도 계속 불균일한 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다.
상기 종래의 방법으로 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 가공이 완료된 시점까지 불균일한 오스테나이트 조직을 포함한다.
도 2의 (a)로 표시된 구역은 오스테나이트 조직의 결핍구역이고, (b)로 표시된 구역은 오스테나이트 조직의 밀집구역이다. 이렇게 불균일한 오스테나이트 조직은 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 내식성을 저하하는 요소로 작용하고, 특히 공식의 발생을 촉진하며, 이는 소재의 파괴를 야기하는 원인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 기존의 열처리화 열처리공정에서 온도를 상승시켜도 조직의 분율에만 영향을 미칠 뿐, 오스테나이트 조직의 형상 및 분포는 불균일한 상태를 계속 유지하고 있는 것을 확인하였다(도 3a 및 도 3b 참고).
2. (실시예) 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강
(1) 균질화 열처리 조건의 선정
도 4는 본 발명의 균질화 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 균질화 열처리 및 고용화 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 1200℃에서 강판을 열처리하여 오스테나이트 조직을 균질화한 결과, 전반적으로 열처리하기 전보다 미세한 오스테나이트 조직이 형성되었다. 외부에는 10㎛ 이하의 폭이 좁은 오스테나이트 조직 및 조대한 오스테나이트 조직이 잔류하였으며, 내부에는 노란색으로 표시한 바와 같이 편석이 부분적으로 발생하였다.
또한, 1300℃에서 강판을 열처리하여 오스테나이트 조직을 균질화한 결과, 전반적으로 오스테나이트 조직의 균질화가 이루어져 균일한 분포를 나타내었다. 외부에는 10 내지 15㎛, 내부에는 10 내지 30㎛의 직경을 가지는 구형의 오스테나이트 조직이 형성됨을 확인할 수 있었다.
즉, 강판의 표면에너지를 감소시켜 보다 더 안정적인 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 제조하기 위해, 1300℃에서 강판을 균질화 열처리하여 오스테나이트 조직의 형상을 구형으로 제어하는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ 및 1300℃에서 균질화 열처리 단계를 거친 강판의 조직(a) 및 균질화된 후 1100℃에서 고용화 열처리 단계를 거친 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 조직(b)을 비교할 수 있으며, 이를 통해 적합한 균질화 열처리 조건 및 고용화 열처리 조건을 선정할 수 있다.
그 결과 1200℃ 및 1300℃에서 균질화 열처리 단계를 거친 후, 1100℃에서 고용화 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직이 구형으로 형성되며 균일한 분포를 나타내기 시작하였고, 특히 1300℃에서 균질화 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 조직이 더욱 조밀하고 균일한 분포를 나타내었다.
이에 따라, 오스테나이트 조직의 형상 및 분포를 제어하기 위하여 1200℃ 내지 1300℃에서 균질화 열처리를 수행하는 것이 바람직하며, 특히 1300℃에서 균질화 열처리를 한 후 1100℃에서 고용화 열처리를 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
(2) 균질화 열처리가 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 상분율에 미치는 영향
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 균질화 열처리 온도별 상분율을 나타낸 그래프로서, (a)는 오스테나이트 조직의 비율, (b)는 페라이트 조직의 비율을 나타낸 그래프이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 2차상 석출량을 나타낸 그래프이다.
이때, ASTM E 1245에 의거하여 오스테나이트 조직과 페라이트 조직의 상분율을 측정하였다.
도 6을 참조하면, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 1100℃ 미만의 온도에서 균질화 열처리하였을 때 오스테나이트 조직의 비율이 높았으나, 1100℃에서 오스테나이트 조직과 페라이트 조직의 비율이 동일하였고, 1100℃를 초과하면서 오스테나이트 조직보다 페라이트 조직의 비율이 증가하였다.
또한, 도 7을 참조하면, 열처리를 하지 않은 강판의 경우 18.8%의 2차상이 석출되었으나, 1300℃에서 균질화 열처리된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 경우 2차상의 생성이 억제되어 석출량이 0.6%로 현저히 감소하였으며, 이는 2차상이 거의 석출되지 않는 것으로 봐도 무방한 수치이다.
즉, 1300℃에서 균질화 열처리함으로써, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 페라이트 조직의 분율을 증가시키고, 2차상의 생성을 억제하여서 내식성을 향상시킬 수 있다.
(3) 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 임계공식온도
도 8은 본 발명의 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 임계공식온도(Critical pitting temperature, CPT)를 나타낸 그래프이다.
임계공식온도는 해수에서 공식이 안정적으로 발생하는 온도를 의미하며, 이 값이 클수록 공식이 성장하는 온도가 상승한다. 즉 임계공식온도는 내식성을 나타내는 지표로 사용된다.
본 발명의 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 임계공식온도를 측정하기 위해, 18mmㅧ10mmㅧ10mm의 크기를 갖는 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 시편을 이용하였으며, ASTM G 5-150에 따라 내식성을 평가하였다. 구체적인 실험 조건은 하기 표 3에 나타내었다.
Test on the surface 1cm2
Parameters temperature
Starting temperature 0~3℃


CPT 셀 구성

 Pt mesh(CE)
SCE(RE)
Specimen(WE)
Thermocouple
Heating pad
Potential 700mVSCE
Temperature increasing 1℃/min
Electrolyte 1M NaCl
도 8을 참조하면, 열처리를 하지 않은 강판의 CPT는 59.6℃로 측정되었고, 종래의 제조방법과 같이 1100℃에서 고용화 열처리된 시편의 CPT는 71.6℃로 측정되었으며, 본 발명의 제조방법과 같이 1300℃에서 균질화 열처리된 다음 1100℃에서 고용화 열처리된 시편의 CPT는 87.3℃로 측정되었다.
즉, 고용화 열처리를 수행하기 전 균질화 열처리 단계를 통하여 시편의 CPT가 증가하였으므로, 내식성이 향상된 것을 알 수 있다.
(4) 열처리 조건에 따른 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 특성 확인
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 전기화학적 특성을 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 물리적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, (A)구역에서 시편의 전기적 특성을 살펴보면, 1300℃에서 균질화 열처리된 시편의 포텐셜이 가장 높고 전류 밀도는 가장 낮은 것으로 나타났다. (B)구역에서 시편의 전기적 특성을 살펴보면, 1300℃에서 균질화 열처리된 후 1100℃에서 고용화 열처리된 시편의 포텐셜이 가장 높고 밀도는 가장 낮은 것으로 나타났다.
도 10을 참조하여 열처리 조건에 따른 시편의 인장전단강도를 살펴보면, 열처리를 하지 않은 시편은 약 780MPa, 1300℃에서 균질화 열처리된 시편은 약 800MPa, 1300℃에서 균질화 열처리된 후 1100℃에서 고용화 열처리된 시편은 약 830MPa로 측정되었다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따라 균질화 열처리 및 고용화 열처리를 순차적으로 수행함으로써, 인장전단강도 약 830MPa의 높은 물리적 특성을 가지는 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 제조할 수 있다.
아울러, 도 10을 참조하여 열처리 조건에 따른 시편의 연신율을 살펴보고자 한다. 연신율은 인장시험 시 재료가 늘어나는 비율로서, 늘어난 길이를 퍼센트로 나타낸 양이며, ASTM M420 등의 규격에 의해 측정될 수 있다. 열처리 조건에 따른 시편의 연신율을 살펴본 결과, 열처리를 하지 않은 시편은 30%, 1300℃에서 균질화 열처리된 시편은 26%, 1300℃에서 균질화 열처리된 후 1100℃에서 고용화 열처리된 시편은 28%로 측정되었다. 즉, 열처리를 하지 않은 시편이 상대적으로 오스테나이트 분율이 가장 높아 연신율이 가장 높게 측정되었고, 본 발명의 일실시예에 따라 1300℃에서 균질화 열처리된 후 1100℃에서 고용화 열처리된 시편은 페라이트 조직의 분율 증가 및 오스테나이트 조직의 분율 감소로 인해 연신율이 다소 감소한 것으로 판단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 1275℃ 내지 1325℃에서 균질화 열처리단계를 거친 다음, 고용화 열처리 단계를 연속적으로 수행하여, 오스테나이트 조직의 형상을 구형으로 제어하고 분포를 균일하게 함으로써, 약 830MPa의 인장전단강도 및 28% 연신율 뿐만 아니라 우수한 내식성을 확보할 수 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, W/Mo의 중량% 비율이 0.003 내지 0.005인 강판을, 1275℃ 내지 1325℃에서 열처리하여 오스테나이트 조직을 구형으로 균질화하는 균질화 열처리단계; 및
    균질화된 상기 강판을 열처리한 후 급랭하여 고용화하는 고용화 열처리단계;를 포함하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 중량%로, Cr 25.0%, Ni 6.8%, Mo 3.75% 내지 3.85%, Mn 0.79%, N 0.27%, Cu 0.18%, C 0.014%, W 0.01% 내지 0.02%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    W/Mo의 중량% 비율이 0.003 내지 0.005이며,
    페라이트 조직의 비율이 오스테나이트 조직의 비율보다 높거나 같고,
    임계공식온도(CPT; Critical pitting termperature)는 80℃ 내지 90℃인 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강.
  4. 제3항에 있어서,
    하기의 식 1에 따른 내공식성 지수(PREN; Pitting resistance equivalent number)가 40 이상인 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강.
    (식 1) PREN = Cr + 3.3(Mo + 0.5W) + 16N
    상기 식 1의 Cr, Mo, W, N은 각 원소의 중량% 함량.
  5. 제3항에 있어서,
    중량%로, (Mo+W) 함량은 3.81 내지 3.82 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강.
KR1020180014191A 2018-02-05 2018-02-05 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법 KR102154389B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180014191A KR102154389B1 (ko) 2018-02-05 2018-02-05 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180014191A KR102154389B1 (ko) 2018-02-05 2018-02-05 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190094717A KR20190094717A (ko) 2019-08-14
KR102154389B1 true KR102154389B1 (ko) 2020-09-09

Family

ID=67621961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180014191A KR102154389B1 (ko) 2018-02-05 2018-02-05 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102154389B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220073658A (ko) 2020-11-25 2022-06-03 주식회사 티니코 Ti-Ni-Ag 형상기억합금 와이어 및 그 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101615453B1 (ko) 2014-12-19 2016-04-25 주식회사 포스코 항복강도가 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100460346B1 (ko) * 2002-03-25 2004-12-08 이인성 금속간상의 형성이 억제된 내식성, 내취화성, 주조성 및열간가공성이 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강
KR101554787B1 (ko) * 2013-12-24 2015-09-21 주식회사 포스코 내식성 및 열가공성이 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강
KR101735003B1 (ko) 2015-12-23 2017-05-15 주식회사 포스코 내식성이 향상된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101615453B1 (ko) 2014-12-19 2016-04-25 주식회사 포스코 항복강도가 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220073658A (ko) 2020-11-25 2022-06-03 주식회사 티니코 Ti-Ni-Ag 형상기억합금 와이어 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190094717A (ko) 2019-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5820889B2 (ja) 極低温靭性に優れた高強度鋼材及びその製造方法
EP3239340A1 (en) Super duplex stainless steel having excellent yield strength and impact toughness and manufacturing method therefor
KR102292016B1 (ko) 균일하게 분포하는 나노 크기의 석출물을 다량 함유한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법
KR102154389B1 (ko) 내식성이 향상된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법
KR101374825B1 (ko) 극저온에서 기계적 성능이 우수한 Ｆｅ-Ｍｎ-Ｃ계 ＴＷＩＰ 강 및 그 제조 방법
CN113166901B (zh) 蠕变强度优异的铬钼钢板及其制备方法
KR102198924B1 (ko) 고엔트로피 합금 및 그 제조방법
KR101325317B1 (ko) 수소지연파괴 저항성이 우수한 선재와 그 제조방법 및 이를 이용한 고강도 볼트와 그 제조방법
KR102120699B1 (ko) 인성 및 부식피로특성이 향상된 스프링용 선재, 강선 및 이들의 제조방법
JP2022064692A (ja) オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
KR101639889B1 (ko) 티타늄 함유 고온 구조용 강 및 그의 제조방법
JP4043754B2 (ja) 遅れ破壊特性に優れた高強度ｐｃ鋼棒
KR20130053621A (ko) 극후물 오스테나이트계 스테인리스강 및 그의 제조방법
KR101301617B1 (ko) 고강도 고인성 소재 및 이를 이용한 타워 플랜지 제조방법
KR102246704B1 (ko) 상응하는 방식에서 온도-처리된 강 중간 제품 및 망간강 중간 제품의 온도-처리 방법
KR102411794B1 (ko) 기계적 물성이 우수한 Ti 함유 저방사 강재 및 그 제조방법
KR101091511B1 (ko) 강도와 인연성이 우수한 비조질 강선재의 제조방법 및 그로부터 제조된 비조질 강선재
KR102448744B1 (ko) 내수소취성이 개선된 고질소 오스테나이트계 스테인리스강
KR102222244B1 (ko) 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법
KR101615453B1 (ko) 항복강도가 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조방법
KR20140032061A (ko) 후열처리를 이용한 2상 스테인리스강 제조 방법
KR101505261B1 (ko) 강재 및 그 제조 방법
KR101455458B1 (ko) 강재 및 그 제조 방법
JPH0827517A (ja) 降伏強度と靭性の優れた９％Ｎｉ鋼の熱処理法
JPS6156268A (ja) 高靭性高張力鋼およびその製造法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction