KR102277730B1 - Stainless steel including boron with excellent hot ductility and tensile property and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
보론 첨가를 통하여 중성자 차폐 성능 확보가 가능하면서, 코발트 첨가에 의해 과공정 보라이드 석출물 생성을 억제하여 열간가공성 및 인장 특성을 향상시킨 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강은 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 2.0 중량% 이하, 실리콘(Si) : 1.0 중량% 이하, 크롬(Cr) : 18 ~ 20 중량%, 니켈(Ni) : 12 ~ 15 중량%, 보론(B) : 0.20 ~ 2.75 중량%, 코발트(Co) : 3 ~ 10 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.With respect to boron-containing stainless steel with excellent hot workability and tensile properties, which can secure neutron shielding performance through boron addition and improve hot workability and tensile properties by suppressing the formation of hypereutectic boride precipitates by adding cobalt, and a method for manufacturing the same start
The boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to the present invention has carbon (C): 0.15 wt% or less, manganese (Mn): 2.0 wt% or less, silicon (Si): 1.0 wt% or less, chromium (Cr) : 18 to 20% by weight, nickel (Ni): 12 to 15% by weight, boron (B): 0.20 to 2.75% by weight, cobalt (Co): 3 to 10% by weight, and remaining iron (Fe) and unavoidable impurities characterized in that
Description
본 발명은 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보론 첨가를 통하여 중성자 차폐 성능 확보가 가능하면서, 코발트 첨가에 의해 과공정(Hyper-eutectic) 보라이드 석출물 생성을 억제하여 열간가공성 및 인장 특성을 향상시킨 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to boron-containing stainless steel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to suppress the formation of hyper-eutectic boride precipitates by adding cobalt while ensuring neutron shielding performance through boron addition. The present invention relates to a boron-containing stainless steel excellent in hot workability and tensile properties with improved workability and tensile properties, and a method for manufacturing the same.
붕소 함유 스테인리스강은 중성자 차폐 성능이 우수하면서 내식성도 우수하기 때문에 원자력 발전소에서 사용된 핵연료를 저장하기 위한 핵연료 저장 용기에 사용되고 있다.Since boron-containing stainless steel has excellent neutron shielding performance and corrosion resistance, it is used in nuclear fuel storage containers for storing nuclear fuel used in nuclear power plants.
이러한 붕소 함유 스테인리스강은, 금상학적으로 보면, 오스테나이트와 보라이드[(Cr, Fe)2B]의 공정형 합금이고, 보라이드 자체가 무른(부서지기 쉬운) 것에 더하여, 보라이드와 오스테나이트 상의 계면에서의 강도 차이가 커서 균열이 전파되기 쉽기 때문에 열간 가공성이 나쁘다는 문제가 있었다.Such boron-containing stainless steel is a eutectic alloy of austenite and boride [(Cr, Fe) 2 B] from a financial point of view, and in addition to brittleness (brittle) boride itself, boride and austenite There was a problem in that the hot workability was poor because the difference in strength at the interface of the phases was large and cracks easily propagated.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0074218호(2013.07.04. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법이 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0074218 (published on Jul. 4, 2013), which describes an austenitic stainless steel having excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same.
본 발명의 목적은 보론 첨가를 통하여 중성자 차폐 성능 확보가 가능하면서, 코발트 첨가에 의해 과공정 보라이드 석출물 생성을 억제하여 열간가공성 및 인장 특성을 향상시킨 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to ensure neutron shielding performance through boron addition, while suppressing the formation of hypereutectic boride precipitates by adding cobalt to improve hot workability and tensile properties. To provide a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강은 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 2.0 중량% 이하, 실리콘(Si) : 1.0 중량% 이하, 크롬(Cr) : 18 ~ 20 중량%, 니켈(Ni) : 12 ~ 15 중량%, 보론(B) : 0.20 ~ 2.75 중량%, 코발트(Co) : 3 ~ 10 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is carbon (C): 0.15 wt% or less, manganese (Mn): 2.0 wt% or less, silicon (Si): 1.0 wt% or less, chromium (Cr): 18 to 20 wt%, nickel (Ni): 12 to 15 wt%, boron (B): 0.20 to 2.75 wt%, cobalt (Co): 3 to 10 wt% and the rest It is characterized in that it contains iron (Fe) and unavoidable impurities.
상기 스테인리스강은 황(S) : 0.04 중량% 이하, 인(P) : 0.06 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.The stainless steel may further contain one or more of sulfur (S): 0.04 wt% or less, phosphorus (P): 0.06 wt% or less, and nitrogen (N): 0.01 wt% or less.
상기 코발트(Co)는 3.5 ~ 4.5 중량%로 첨가된 것이 보다 바람직하다.It is more preferable that the cobalt (Co) is added in an amount of 3.5 to 4.5 wt%.
또한, 상기 스테인리스강은 720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)을 갖는다.In addition, the stainless steel has a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
상기 스테인리스강은 과공정 보라이드 석출물의 분율이 스테인리스강 전체 부피의 1vol% 이하를 갖는다.The stainless steel has a fraction of hypereutectic boride precipitates of 1 vol% or less of the total volume of the stainless steel.
[여기서, 상기 과공정 보라이드 석출물은 (Fe, Cr)2B 석출물이다.] [Here, the hypereutectic boride precipitate is (Fe, Cr) 2 B precipitate.]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 2.0 중량% 이하, 실리콘(Si) : 1.0 중량% 이하, 크롬(Cr) : 18 ~ 20 중량%, 니켈(Ni) : 12 ~ 15 중량%, 보론(B) : 0.20 ~ 2.75 중량%, 코발트(Co) : 3 ~ 10 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 주조하는 단계; (b) 상기 주조된 강을 열간 및 냉간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 냉간 압연된 강을 소둔 열처리 및 산세하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) carbon (C): 0.15 wt% or less, manganese (Mn): 2.0 wt% or less, Silicon (Si): 1.0 wt% or less, Chromium (Cr): 18 to 20 wt%, Nickel (Ni): 12 to 15 wt%, Boron (B): 0.20 to 2.75 wt%, Cobalt (Co): 3 to Casting molten steel containing 10% by weight and the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities; (b) hot and cold rolling the cast steel; and (c) annealing and pickling the cold rolled steel.
상기 (a) 단계에서, 상기 강에는 황(S) : 0.04 중량% 이하, 인(P) : 0.06 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.In step (a), the steel may further contain one or more of sulfur (S): 0.04 wt% or less, phosphorus (P): 0.06 wt% or less, and nitrogen (N): 0.01 wt% or less .
상기 (a) 단계 이후, 과공정 보라이드 석출물의 분율이 스테인리스강 전체 부피의 1vol% 이하를 갖는다.After step (a), the fraction of hypereutectic boride precipitates has 1 vol% or less of the total volume of the stainless steel.
[여기서, 상기 과공정 보라이드 석출물은 (Fe, Cr)2B 석출물이다.] [Here, the hypereutectic boride precipitate is (Fe, Cr) 2 B precipitate.]
또한, 상기 (c) 단계 이후, 상기 스테인리스강은 720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)을 갖는다.In addition, after step (c), the stainless steel has a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
본 발명에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법은 보론 첨가를 통하여 중성자 차폐 성능 확보가 가능하면서, 코발트 첨가에 의해 과공정 보라이드 석출물 생성을 억제하여 열간가공성 및 인장 특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties and a method for manufacturing the same can secure neutron shielding performance through boron addition, and suppress the formation of hypereutectic boride precipitates by adding cobalt, resulting in hot workability and tensile properties can improve
이 결과, 본 발명에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법은 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물의 분율이 전체 부피의 1vol% 이하로 생성되어 열간가공성을 향상시킬 수 있으며, 720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)의 확보로 고강도 및 고인성을 동시에 확보할 수 있게 된다.As a result, in the boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to the present invention and the method for manufacturing the same, the fraction of hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitates is produced at 1 vol% or less of the total volume, thereby improving hot workability. It is possible to secure high strength and high toughness at the same time by securing a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
도 1은 실시예 2 및 비교예 4에 따른 시편을 나타낸 SEM 사진.
도 2는 실시예 3 및 비교예 5에 따른 시편을 나타낸 SEM 사진.
도 3은 실시예 4 및 비교예 6에 따른 시편을 나타낸 SEM 사진.
도 4는 비교예 3 및 실시예 2에 따른 시편에 대한 상 평형도.
도 5는 17Cr-12Ni 성분계에서 보론 및 코발트의 첨가량 변화에 따른 상분포를 나타낸 그래프.
도 6은 20Cr-12Ni 성분계에서 보론 및 코발트의 첨가량 변화에 따른 상분포를 나타낸 그래프.1 is a SEM photograph showing a specimen according to Example 2 and Comparative Example 4.
2 is an SEM photograph showing the specimens according to Example 3 and Comparative Example 5;
3 is a SEM photograph showing the specimens according to Example 4 and Comparative Example 6.
4 is a phase balance diagram for specimens according to Comparative Examples 3 and 2;
5 is a graph showing the phase distribution according to the change in the addition amount of boron and cobalt in the 17Cr-12Ni component system.
6 is a graph showing the phase distribution according to the change in the addition amount of boron and cobalt in the 20Cr-12Ni component system.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be embodied in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a boron-containing stainless steel excellent in hot workability and tensile properties according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail as follows.
열간가공성hot workability 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 and boron-containing stainless steel with excellent tensile properties
본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강은 720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)을 갖는 것을 목표로 한다.The boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to an embodiment of the present invention aims to have a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강은 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 2.0 중량% 이하, 실리콘(Si) : 1.0 중량% 이하, 크롬(Cr) : 18 ~ 20 중량%, 니켈(Ni) : 12 ~ 15 중량%, 보론(B) : 0.20 ~ 2.75 중량%, 코발트(Co) : 3 ~ 10 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함한다.To this end, the boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to an embodiment of the present invention has carbon (C): 0.15 wt% or less, manganese (Mn): 2.0 wt% or less, silicon (Si): 1.0 wt% Hereinafter, chromium (Cr): 18 to 20% by weight, nickel (Ni): 12 to 15% by weight, boron (B): 0.20 to 2.75% by weight, cobalt (Co): 3 to 10% by weight and the remaining iron (Fe) ) and unavoidable impurities.
또한, 상기 스테인리스강은 황(S) : 0.04 중량% 이하, 인(P) : 0.06 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.In addition, the stainless steel may further contain one or more of sulfur (S): 0.04 wt% or less, phosphorus (P): 0.06 wt% or less, and nitrogen (N): 0.01 wt% or less.
이때, 상기 코발트(Co)는 3.5 ~ 4.5 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.At this time, it is more preferable that the cobalt (Co) is added in an amount of 3.5 to 4.5 wt%.
또한, 상기 스테인리스강은 과공정 보라이드 석출물의 분율이 스테인리스강 전체 부피의 1vol% 이하를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the stainless steel preferably has a fraction of hypereutectic boride precipitates of 1 vol% or less of the total volume of the stainless steel.
[여기서, 상기 과공정 보라이드 석출물은 (Fe, Cr)2B 석출물이다.] [Here, the hypereutectic boride precipitate is (Fe, Cr) 2 B precipitate.]
이하, 본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the role and content of each component included in the boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to an embodiment of the present invention will be described as follows.
탄소(C)carbon (C)
탄소(C)는 고용강화에 의해 강도를 증가시키기 위해 유효한 원소이다.Carbon (C) is an effective element for increasing strength by solid solution strengthening.
상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.15 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 첨가량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 강도 증가 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 탄소(C)의 첨가량이 0.15 중량%를 초과하여 과다 첨가되면, 내식성에 유효한 크롬(Cr)과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 크롬(Cr) 함량을 낮추어 내식성을 감소시킨다.The carbon (C) is preferably added in a content ratio of 0.15 wt% or less, more preferably 0.05 to 0.15 wt%, based on the total weight of the stainless steel according to the present invention. When the amount of carbon (C) added is less than 0.05 wt%, it is difficult to properly exhibit the effect of increasing the strength. Conversely, when the amount of carbon (C) added exceeds 0.15 wt%, it is easily combined with a carbide-forming element such as chromium (Cr) effective for corrosion resistance, thereby lowering the chromium (Cr) content around the grain boundaries, thereby reducing corrosion resistance.
망간(Mn)Manganese (Mn)
망간(Mn)은 용강 중의 산소 농도를 저하시키는 탈산 원소이고 정련상 필요한 성분이다. Manganese (Mn) is a deoxidizing element that lowers the oxygen concentration in molten steel and is a necessary component for refining.
상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 2.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 망간(Mn)의 첨가량이 2.0 중량%를 초과할 경우에는 내식성을 저하시켜, 유도 방사능의 잔류가 많아진다.The manganese (Mn) is preferably added in a content ratio of 2.0 wt% or less, more preferably 0.5 to 2.0 wt%, based on the total weight of the stainless steel according to the present invention. However, when the addition amount of manganese (Mn) exceeds 2.0% by weight, the corrosion resistance is lowered, the residual of the induced radioactivity increases.
실리콘(silicon( SiSi ))
실리콘(Si)은 망간(Mn)과 동일하게 용강 중의 산소 농도를 저하시키기 위해 첨가되는 탈산 원소이다. 또한, 실리콘(Si)은 산화물로 형성될 경우 내식성을 향상시키는 역할을 한다.Like manganese (Mn), silicon (Si) is a deoxidizing element added to lower the oxygen concentration in molten steel. In addition, when silicon (Si) is formed of an oxide, it serves to improve corrosion resistance.
상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 1.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 1.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 실리콘(Si)의 첨가량이 1.0 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 용접성과 열간 가공성을 저하시키는 문제가 있다.The silicon (Si) is preferably added in a content ratio of 1.0 wt% or less, more preferably 0.1 to 1.0 wt%, based on the total weight of the stainless steel according to the present invention. However, when a large amount of silicon (Si) is added in excess of 1.0 wt %, there is a problem in that weldability and hot workability are deteriorated.
크롬(chrome( CrCr ))
크롬(Cr)은 스테인리스강의 필수 성분으로, 스테인리스강의 표면 내식성을 확보하기 위해서 필요한 부동태 피막의 형성에 유효한 원소이다.Chromium (Cr) is an essential component of stainless steel, and is an effective element for the formation of a passivation film required to secure the surface corrosion resistance of stainless steel.
상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 18 ~ 20 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 첨가량이 18 중량% 미만일 경우에는 내열성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 크롬(Cr)의 첨가량이 20 중량%를 초과하여 과대 첨가될 경우에는 페라이트상 생성원소이므로 과다한 δ-페라이트 상이 잔존하여 열간가공성을 저하시키는 문제가 있다.The chromium (Cr) is preferably added in a content ratio of 18 to 20% by weight of the total weight of the stainless steel according to the present invention. When the amount of chromium (Cr) added is less than 18% by weight, it may be difficult to secure heat resistance. Conversely, when the amount of chromium (Cr) is excessively added exceeding 20% by weight, since it is a ferrite phase generating element, an excessive δ-ferrite phase remains, thereby deteriorating hot workability.
니켈(nickel( NiNi ))
니켈(Ni)은 크롬과 함께 스테인리스강의 필수 성분으로, 오스테나이트 상을 안정화시키는 원소이다.Nickel (Ni) is an essential component of stainless steel along with chromium, and is an element that stabilizes the austenite phase.
상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 12 ~ 15 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 첨가량이 12 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 니켈(Ni)의 첨가량이 15 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 그 효과가 포화되기 때문에 고비용이 되어 버림과 함께, 강의 액상선 온도의 저하를 초래하여 주조시에 수축공 결함 등을 발생시키는 원인이 된다.The nickel (Ni) is preferably added in a content ratio of 12 to 15% by weight of the total weight of the stainless steel according to the present invention. When the addition amount of nickel (Ni) is less than 12 wt%, it is difficult to properly exhibit the above effect. Conversely, when nickel (Ni) is added in excess of 15% by weight, the effect is saturated, so the cost is high, and the liquidus temperature of the steel is lowered, thereby preventing shrinkage pore defects during casting. cause it to occur.
보론(B)Boron (B)
보론(B)은 중성자 차폐 성능을 향상시키기 위해서 필요 불가결한 원소이다.Boron (B) is an essential element in order to improve the neutron shielding performance.
상기 보론(B)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.20 ~ 2.75 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론(B)의 첨가량이 0.20 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 불충분하여 중성자 차폐 성능이 제대로 발현되지 못하는 문제가 있다. 반대로, 보론(B)의 첨가량이 2.75 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 보라이드{(Cr, Fe)2B} 석출물의 과다 생성으로 주조시에 균열을 일으키거나, 강도, 내마모성, 열간 가공성 등을 저하시키는 문제가 있다.The boron (B) is preferably added in a content ratio of 0.20 to 2.75% by weight of the total weight of the stainless steel according to the present invention. When the amount of boron (B) added is less than 0.20% by weight, the amount of boron (B) added is insufficient, so that the neutron shielding performance cannot be properly expressed. Conversely, when the amount of boron (B) added exceeds 2.75% by weight, it may cause cracks during casting due to excessive generation of boride {(Cr, Fe) 2 B} precipitates, strength, wear resistance, and hot workability. There is a problem of lowering the back.
코발트(Co) Cobalt (Co)
코발트(Co)는 주조 과정에서 보라이드 석출물의 생성을 억제하여 열간 가공성 및 인장 특성을 향상시키는 역할을 한다.Cobalt (Co) serves to improve hot workability and tensile properties by suppressing the formation of boride precipitates during the casting process.
상기 코발트(Co)는 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 3 ~ 10 중량%, 보다 바람직하게는 3.5 ~ 4.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 코발트(Co)의 첨가량이 3 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 열간 가공성 및 인장 특성 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 코발트(Co)의 첨가량이 10 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 니켈, 보론 등에 비하여 상대적으로 고가인 코발트 첨가량의 증가로 스테인리스강의 제조 단가를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.The cobalt (Co) is preferably added in a content ratio of 3 to 10% by weight, more preferably 3.5 to 4.5% by weight, based on the total weight of the stainless steel according to the present invention. When the amount of cobalt (Co) added is less than 3% by weight, it may be difficult to properly exhibit the effect of improving hot workability and tensile properties because the amount is insignificant. Conversely, when the amount of cobalt (Co) added exceeds 10% by weight, the increase in the amount of cobalt, which is relatively expensive compared to nickel, boron, etc., may act as a factor to increase the manufacturing cost of stainless steel without further increasing the effect. can't
황(S)Sulfur (S)
황(S)은 열간 가공성을 저하시키는 성분이기 때문에 최대한 적게 첨가되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 황(S)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.04 중량% 이하로 제한하였다.Since sulfur (S) is a component that reduces hot workability, it is preferable to add as little as possible. Therefore, the sulfur (S) is limited to 0.04% by weight or less of the total weight of the stainless steel according to the present invention.
인(P)Phosphorus (P)
인(P)은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로서, 산세시 입계부식을 일으키거나 열간가공성을 저해시킨다. 따라서, 인(P)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.06 중량% 이하로 제한하였다.Phosphorus (P) is an unavoidable impurity contained in steel, which causes intergranular corrosion during pickling or inhibits hot workability. Therefore, phosphorus (P) is limited to 0.06% by weight or less of the total weight of the stainless steel according to the present invention.
질소(N)Nitrogen (N)
질소(N)는 오스테나이트 안정화 원소이며, 고온 강도와 내식성을 동시에 향상시키는 원소이다. 다만, 질소(N)의 첨가량이 0.01 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, 상기 질소(N)는 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.01 중량% 이하로 제한하였다.Nitrogen (N) is an austenite stabilizing element, and is an element that simultaneously improves high-temperature strength and corrosion resistance. However, when the amount of nitrogen (N) is excessively added in excess of 0.01 wt%, the hot workability is deteriorated. Therefore, the nitrogen (N) is limited to 0.01 wt% or less of the total weight of the stainless steel according to the present invention.
열간가공성hot workability 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법 and method for producing boron-containing stainless steel with excellent tensile properties
본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 2.0 중량% 이하, 실리콘(Si) : 1.0 중량% 이하, 크롬(Cr) : 18 ~ 20 중량%, 니켈(Ni) : 12 ~ 15 중량%, 보론(B) : 0.20 ~ 2.75 중량%, 코발트(Co) : 3 ~ 10 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 주조하는 단계; (b) 상기 주조된 강을 열간 및 냉간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 냉간 압연된 강을 소둔 열처리 및 산세하는 단계;를 포함할 수 있다.The method for manufacturing boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to an embodiment of the present invention is (a) carbon (C): 0.15 wt% or less, manganese (Mn): 2.0 wt% or less, silicon (Si): 1.0 Weight % or less, chromium (Cr): 18 to 20 wt%, nickel (Ni): 12 to 15 wt%, boron (B): 0.20 to 2.75 wt%, cobalt (Co): 3 to 10 wt% and the remainder of iron Casting molten steel containing (Fe) and unavoidable impurities; (b) hot and cold rolling the cast steel; and (c) annealing and pickling the cold rolled steel.
상기 (a) 단계에서, 상기 강에는 황(S) : 0.04 중량% 이하, 인(P) : 0.06 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.In step (a), the steel may further contain one or more of sulfur (S): 0.04 wt% or less, phosphorus (P): 0.06 wt% or less, and nitrogen (N): 0.01 wt% or less .
상기 (c) 단계에서, 냉간압연 이후 소둔 처리하는 과정에 있어서, 소둔 온도는 잔류 응력 해소, 결정립 미세화 그리고 미세한 탄질화물 석출에 크게 영향을 미친다.In the step (c), in the annealing process after cold rolling, the annealing temperature greatly affects residual stress relief, crystal grain refinement, and fine carbonitride precipitation.
본 단계에서, 소둔 온도는 900 ~ 1,100℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 소둔 온도가 900℃ 미만일 경우에는 조대한 탄화물이 생성되어 조직이 불균일해질 수 있다. 반대로, 소둔 온도가 1,100℃를 초과할 경우에는 결정립이 극단적으로 조대화될 수 있다.In this step, the annealing temperature is preferably carried out under the conditions of 900 ~ 1,100 ℃. When the annealing temperature is less than 900° C., coarse carbides may be generated and the structure may become non-uniform. Conversely, when the annealing temperature exceeds 1,100° C., the grains may be extremely coarse.
상기의 과정에 의해 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강은 보론 첨가를 통하여 중성자 차폐 성능 확보가 가능하면서, 코발트 첨가에 의해 과공정 보라이드 석출물 생성을 억제하여 열간가공성 및 인장 특성을 향상시킬 수 있다.The boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties according to the embodiment of the present invention produced by the above process can secure neutron shielding performance through boron addition, and suppress the formation of hypereutectic boride precipitates by adding cobalt Thus, hot workability and tensile properties can be improved.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강은 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물의 분율이 전체 부피의 1vol% 이하로 생성되어 열간가공성을 향상시킬 수 있으며, 720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)의 확보로 고강도 및 고인성을 동시에 확보할 수 있게 된다.As a result, in the boron-containing stainless steel with excellent hot workability and tensile properties produced by the method according to the embodiment of the present invention, the fraction of hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitates is less than 1 vol% of the total volume, so that hot workability is achieved. high strength and high toughness can be simultaneously secured by securing a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by those skilled in the art.
1. 시편 제조1. Specimen Preparation
표 1 및 표 2에 기재된 화학성분을 갖는 잉곳을 진공유도용해로에서 제조한 후, 잉곳을 열간 및 냉간 압연을 수행한 후, 1,000℃의 온도에서 소둔 처리한 후, 산세를 수행하여 실시예 1 ~ 16 및 비교예 1 ~ 8에 따른 시편을 제조하였다.After preparing an ingot having the chemical composition shown in Tables 1 and 2 in a vacuum induction melting furnace, hot and cold rolling of the ingot was performed, and then annealed at a temperature of 1,000 ° C. Specimens according to 16 and Comparative Examples 1 to 8 were prepared.
[표 1] (단위 : 중량%)[Table 1] (Unit: wt%)
[표 2] (단위 : 중량%)[Table 2] (Unit: wt%)
2. 기계적 물성 평가2. Evaluation of mechanical properties
표 3은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 6에 따른 시편에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 1은 실시예 2 및 비교예 4에 따른 시편을 나타낸 SEM 사진이고, 도 2는 실시예 3 및 비교예 5에 따른 시편을 나타낸 SEM 사진이며, 도 3은 실시예 4 및 비교예 6에 따른 시편을 나타낸 SEM 사진이다.Table 3 shows the results of evaluation of mechanical properties of the specimens according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6. In addition, FIG. 1 is an SEM photograph showing the specimens according to Example 2 and Comparative Example 4, FIG. 2 is an SEM photograph showing the specimens according to Examples 3 and 5, and FIG. 3 is Example 4 and Comparative Example 6 It is an SEM photograph showing the specimen according to
[표 3][Table 3]
표 1 및 표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따른 시편은 목표값에 해당하는 720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.As shown in Tables 1 and 3, it can be seen that the specimens according to Examples 1 to 4 satisfy both the tensile strength (TS) of 720 MPa or more and the elongation (EL) of 4% or more corresponding to the target values.
반면, 비교예 1 ~ 3, 비교예 5 ~ 6은 연신율은 목표값을 만족하였으나, 인장강도가 목표값에 미달하였다.On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 to 6, the elongation rate satisfies the target value, but the tensile strength did not reach the target value.
또한, 비교예 4에 따른 시편은 실시예 2에 따른 시편과 보론이 비슷한 함량으로 첨가되었으나, 코발트의 미첨가로 인하여 실시예 2에 비하여 인장강도가 확연히 낮으면서도 연신율이 급격히 저하된 것을 알 수 있다.In addition, the specimen according to Comparative Example 4 was added with a similar content of boron to the specimen according to Example 2, but due to the non-addition of cobalt, the tensile strength was significantly lower than that of Example 2 and the elongation was sharply decreased. It can be seen that .
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 2 ~ 4에 따른 시편은 코발트 첨가로 인하여 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물의 생성이 억제되어 비교예 4 ~ 6에 따른 시편에 비하여 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물이 확연하게 감소한 것을 확인할 수 있다.1 to 3, the specimens according to Examples 2 to 4 suppressed the generation of hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitates due to the addition of cobalt, so that compared to the specimens according to Comparative Examples 4 to 6 It can be seen that eutectic (Fe, Cr) 2 B precipitates are significantly reduced.
이때, 비교예 4 ~ 6에 따른 시편은 코발트가 미첨가되어 조대한 사이즈의 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물이 다량 석출되어 있는 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be seen that, in the specimens according to Comparative Examples 4 to 6, cobalt was not added and a large amount of hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitates of coarse size were precipitated.
한편, 표 4는 실시예 5 ~ 16 및 비교예 7 ~ 8에 따른 시편에 대한 과공정 보라이드 석출물 분율에 대한 결과를 나타낸 것이다. 이때, 과공정 보라이드 석물출 분율은 1257℃ 조건에서 열역학 계산에 의해 산출하여 나타내었다.Meanwhile, Table 4 shows the results of the hypereutectic boride precipitate fraction for the specimens according to Examples 5 to 16 and Comparative Examples 7 to 8. At this time, the hypereutectic boride precipitation fraction was calculated and shown by thermodynamic calculation under the condition of 1257°C.
[표 4][Table 4]
표 2 및 표 4에 도시된 바와 같이, 실시예 5 ~ 16에 따른 시편은 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물 분율이 1vol% 이하를 만족하는 것을 확인할 수 있다.As shown in Tables 2 and 4, in the specimens according to Examples 5 to 16, it can be confirmed that the hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitate fraction satisfies 1 vol% or less.
반면, 비교예 7에 따른 시편은 코발트 첨가량이 1wt%로 소량 첨가되는데 기인하여 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물의 억제 효과가 제대로 발휘되지 못하여 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물 분율이 1vol%를 초과하는 것을 확인하였다.On the other hand, in the specimen according to Comparative Example 7, the inhibitory effect of hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitates was not properly exhibited due to the small amount of cobalt added at 1 wt%, and the hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitate fraction was decreased. It was confirmed that it exceeds 1 vol%.
또한, 비교예 8에 따른 시편은 보론 첨가량이 2.80wt%로 과도하게 첨가되는데 기인하여 코발트 첨가량이 10wt%로 다량 첨가되었음에도 불구하고, 과공정 (Fe, Cr)2B 석출물 분율이 목표값을 초과한 것을 확인할 수 있다.In addition, in the specimen according to Comparative Example 8, despite the large amount of cobalt added as 10 wt% due to the excessive amount of boron added at 2.80 wt%, the hypereutectic (Fe, Cr) 2 B precipitate fraction exceeded the target value. you can check what you did.
한편, 도 4는 비교예 3 및 실시예 2에 따른 시편에 대한 상 평형도를 나타낸 것이다.Meanwhile, FIG. 4 shows the phase balance diagrams for the specimens according to Comparative Examples 3 and 2.
도 4에 도시된 바와 같이, 비교예 3에 따른 시편에 비하여 실시예 2에 따른 시편의 경우, 보론 함유 스테인리스강에 코발트를 더 첨가되어 공융점(eutectic point)이 우측으로 이동함에 따라 냉각중 초정 오스테나이트(proeutectic austenite)의 분율 증가로 연신율을 향상시킬 수 있게 된다.As shown in FIG. 4 , in the case of the specimen according to Example 2 compared to the specimen according to Comparative Example 3, more cobalt was added to the boron-containing stainless steel so that the eutectic point moved to the right during cooling. It is possible to improve the elongation by increasing the fraction of austenite (proeutectic austenite).
도 5는 17Cr-12Ni 성분계에서 보론 및 코발트의 첨가량 변화에 따른 상분포를 나타낸 그래프이고, 도 6은 20Cr-12Ni 성분계에서 보론 및 코발트의 첨가량 변화에 따른 상분포를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the phase distribution according to the change in the addition amount of boron and cobalt in the 17Cr-12Ni component system, and FIG. 6 is a graph showing the phase distribution according to the change in the addition amount of boron and cobalt in the 20Cr-12Ni component system.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 1257℃ 조건에서 보론 및 코발트의 첨가량에 따른 상분포를 나타낸 것으로, 코발트의 첨가량이 증가할수록 액상 영역(Liquid Area)이 늘어나고, 반대로 액상 + 초정 보라이드 영역(Liquid + M2B)이 감소한다.5 and 6, the phase distribution according to the amount of boron and cobalt added at 1257° C. is shown. As the amount of cobalt increases, the liquid area increases, and vice versa, the liquid + superinformation boride area. (Liquid + M 2 B) decreases.
일 예로, 보론이 2.5wt%로 첨가되고, 코발트가 10wt% 및 2wt%로 첨가되는 것으로 선을 그어보면, 코발트가 10wt%로 첨가되는 경우보다 코발트가 2wt%로 첨가되는 경우가 과공정 보라이드(M2B) 함량이 늘어나게 된다.For example, if boron is added at 2.5wt% and cobalt is added at 10wt% and 2wt% by drawing a line, the case where cobalt is added at 2wt% is more eutectic than when cobalt is added at 10wt%. (M 2 B) content is increased.
다시 말해, 코발트의 첨가량이 증가할수록 액상 + 초정 보라이드 영역(Liquid + M2B)이 줄어들게 되고, 이 결과 코발트 첨가량이 증가할수록 과공정 보라이드의 분율이 감소하여 연신율이 향상된다.In other words, as the amount of cobalt added increases, the liquid + superfine boride region (Liquid + M 2 B) decreases, and as a result, as the amount of cobalt increases, the fraction of hypereutectic boride decreases, thereby improving elongation.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.
Claims (9)
Carbon (C): 0.03 to 0.15 wt%, Manganese (Mn): 0.5 to 2.0 wt%, Silicon (Si): 0.1 to 1.0 wt%, Chromium (Cr): 18 to 20 wt%, Nickel (Ni): 12 ~ 15% by weight, boron (B): 0.20 to 2.75% by weight, cobalt (Co): 3 to 10% by weight and the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities, boron-containing stainless steel with excellent hot workability and tensile properties.
상기 스테인리스강은
황(S) : 0.04 중량% 이하, 인(P) : 0.06 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강.
According to claim 1,
The stainless steel is
Sulfur (S): 0.04 wt% or less, phosphorus (P): 0.06 wt% or less, and nitrogen (N): 0.01 wt% or less Contained stainless steel.
상기 코발트(Co)는
3.5 ~ 4.5 중량%로 첨가된 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강.
According to claim 1,
The cobalt (Co) is
Boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties, characterized in that it is added in an amount of 3.5 to 4.5 wt%.
상기 스테인리스강은
720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강.
According to claim 1,
The stainless steel is
A boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties, characterized in that it has a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
상기 스테인리스강은
과공정 보라이드 석출물의 분율이 스테인리스강 전체 부피의 1vol% 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강.
[여기서, 상기 보라이드 석출물은 (Fe, Cr)2B 석출물이다.]
According to claim 1,
The stainless steel is
A boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties, characterized in that the fraction of hypereutectic boride precipitates is 1 vol% or less of the total volume of the stainless steel.
[Here, the boride precipitate is (Fe, Cr) 2 B precipitate.]
(b) 상기 주조된 강을 열간 및 냉간 압연하는 단계; 및
(c) 상기 냉간 압연된 강을 소둔 열처리 및 산세하는 단계;
를 포함하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법.
(a) Carbon (C): 0.03 to 0.15 wt%, Manganese (Mn): 0.5 to 2.0 wt%, Silicon (Si): 0.1 to 1.0 wt%, Chromium (Cr): 18 to 20 wt%, Nickel (Ni) ): 12 to 15% by weight, boron (B): 0.20 to 2.75% by weight, cobalt (Co): casting molten steel containing 3 to 10% by weight and the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities;
(b) hot and cold rolling the cast steel; and
(c) annealing and pickling the cold rolled steel;
A method for producing boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties, comprising:
상기 (a) 단계에서,
상기 강에는
황(S) : 0.04 중량% 이하, 인(P) : 0.06 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법.
7. The method of claim 6,
In step (a),
In the river
Sulfur (S): 0.04 wt% or less, phosphorus (P): 0.06 wt% or less, and nitrogen (N): 0.01 wt% or less A method for making a stainless steel containing stainless steel.
상기 (a) 단계 이후,
과공정 보라이드 석출물의 분율이 스테인리스강 전체 부피의 1vol% 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법.
[여기서, 상기 보라이드 석출물은 (Fe, Cr)2B 석출물이다.]
7. The method of claim 6,
After step (a),
A method for producing boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties, characterized in that the fraction of hypereutectic boride precipitates is 1 vol% or less of the total volume of the stainless steel.
[Here, the boride precipitate is (Fe, Cr) 2 B precipitate.]
상기 (c) 단계 이후,
상기 스테인리스강은
720MPa 이상의 인장강도(TS) 및 4% 이상의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 하는 열간가공성 및 인장 특성이 우수한 보론 함유 스테인리스강 제조 방법.7. The method of claim 6,
After step (c),
The stainless steel is
A method for producing boron-containing stainless steel having excellent hot workability and tensile properties, characterized in that it has a tensile strength (TS) of 720 MPa or more and an elongation (EL) of 4% or more.
Priority Applications (2)
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