KR102321299B1 - 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단면부의 내식성을 향상시킨 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법{AUSTENITIC STAINLESS STEEL PLATE HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
슈퍼 오스테나이트 스테인리스강과 같은 고합금 스테인리스 강은 우수한 강도 및 내식성을 바탕으로 해수를 취급하는 산업 및 SOx와 같은 환경 오염물질을 배출하는 산업 등 열악한 부식환경에 노출되는 산업 구조물에 주로 사용되고 있다.
스테인리스강의 부식에는 전면 부식(General Corrosion), 공식(Pitting Corrosion) 및 틈 부식(Crevice Corrosion) 등의 현상이 있다. 특히, 전술한 해수 및 환경 오염물질을 사용하는 산업환경에서 발생하는 부식은 Cl- 이온에 의한 공식 혹은 틈 부식이 주요한 문제점으로 대두되고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 노출되는 부식 환경이 가혹화됨에 따라, 소재의 부식 저항성을 대표하는 PREN(Pitting Resistance Equivalent Number)값이 높은 소재를 사용하고 있고, 대표적인 소재로서 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강이 있다.
PREN = Cr + 3.3(Mo + 1/2W) +16N ……………식(1)
상기 식 (1)에서 볼 수 있듯이, 내식성에는 Cr, Mo, W, N과 같은 원소가 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 원소 중, Cr, Mo, W 등과 같은 원소는 철강 제조공정의 연주 공정 중에 중심부를 따라서 편석이 쉽게 발생하는 원소에 해당한다. 이와 같은 편석은 슬라브 상태뿐만 아니라, 압연 후에도 제거되지 않고 남아 있고, 이러한 Cr, Mo, W 등과 같은 원소의 편석은 최종 제품 상태에서 소재 두께방향 중심부에 시그마상 등과 같은 금속간 화합물을 잔존시켜서(슈퍼 오스테나이트 스테인리스강), 소재 단면부의 내식성을 저하시키는 원인이 된다.
대부분의 소재는 부식 환경에서 단면부가 노출되는 경우가 많지 않으나, 구조물의 설계에 따라 소재 단면부가 노출되는 경우도 있다. 이러한 경우, 소재의 표면부 내식성은 높으나, 결국 단면부 내식성이 저하되어, 원 소재의 내식 특성을 제대로 발휘하지 못하고, 조기에 부식이 발생하는 문제점이 있다. 물론, 원 소재 상태에서 두께 중심부 성분 편석을 저감하는 것은 연주 과정 중의 급속 냉각 등의 방법이 있으나, 이는 추가적인 대형 설비의 설치가 필요하고, 이러한 급속 냉각의 방법을 사용한다 하더라도, 슬라브의 두께가 두꺼워질수록 이러한 기술로 극복하는 데 한계가 있다.
한국 공개공보 제1998-052517호
본 발명의 일 측면은 단면부의 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판을 준비하는 단계;
상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 절단하여 단면부를 형성하는 단계; 및
상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키거나, 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 단계를 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판 및
상기 스테인리스 강판의 단면부 상에 구비되는 응고부를 포함하고,
상기 응고부는 Ni을 55% 이상 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 오스테나이트계 스테인리스 강판 일 단부에 구비되어, 상기 강판의 일 단부의 외부 노출을 차단하고, Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 응고부를 제공한다.
본 발명에 의하면, 단면부의 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강에 있어서, 시그마상과 주변 매트릭스 간의 경계를 따라서 발생된 부식을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강관의 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시킨 경우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강관의 단면부에 레이저 빔을 사용하여 용융 및 응고시킨 경우를 나타낸다.
오스테나이트계 스테인리스 강판은 내식성이 우수한 장점이 있는데, 특히 Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강의 강판은 내식성이 매우 우수하여, 발전소 복수기 튜브, 판형 열교환기 등의 소재로서 널리 사용되고 있다.
그런데, 이러한 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판에 대해 단면부가 노출되는 형태로 구조물을 설계하여 부식환경에서 사용하는 경우, 표면부의 내식성은 높으나 단면부의 내식성이 저하되어 조기 부식의 문제가 발생하였다.
따라서, 소재의 단면부가 부식 환경에 노출되어 사용되는 경우에 대한 소재 단면부의 내식성 개선을 위한 추가적인 개선 기술이 필요한 실정이나, 이러한 기술은 아직 없었다.
이에, 본 발명자들은 전술한 소재 단면부의 내식성 개선을 위해 예의 검토한 결과, 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께방향으로 절단한 단면부를 용융 및 응고시킴으로써, 단면부의 내식성을 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
우선, 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강에 있어서, 절단되는 단면부의 내식성 저하의 원인은 다음과 같이 추정된다.
슈퍼 오스테나이트 스테인리스강은 기본적으로 공식(Pitting Corrosion)에 대한 저항성을 높이기 위해, 소재의 Cr, Mo, N 등의 함량이 높고, 이 중에서도 특히 Cr, Mo 함량이 높아짐에 따라 연주 과정에서 슬라브 중심부에 Cr, Mo 편석이 발생하게 된다.
이와 같은, Cr, Mo 편석에 의해 중심부에 수%의 시그마상과 같은 금속간 화합물을 생성하게 되고, 이러한 금속간 화합물은 재가열, 압연 및 열처리 과정에서도 잔존하여 최종 제품의 두께 방향으로 중심부에 잔존하게 된다. 시그마상은 Cr과 Mo 등으로 이루어진 금속간 화합물로서, 시그마상이 형성되면 주변에 Cr, Mo 결핍층의 생성 혹은 주변 성분과의 갈바닉 부식 현상으로 인해, 시그마상과 매트릭스(Matrix)간의 경계를 따라서 부식이 발생한다. 이렇게 시그마상과 주변 매트릭스 간의 경계를 따라 발생된 부식을 촬영한 사진을 도 1에 나타내었다.
따라서, 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강의 제조 과정 중에 발생하는 Cr, Mo 편석에 의해, 슈퍼 오스테나이트 스테인리스 강은 두께 방향으로 중심부의 내식성이 표면부에 비해 떨어지는 문제를 근본적으로 가지고 있다고 볼 수 있다.
이에, 본 발명자들은, 이러한 소재를 두께 방향으로 절단하여 형성되는 단면부가 부식 환경에 노출될 경우, 이러한 문제점으로 인해 발생하는 내식성의 저하를 방지하기 위해 단면부를 용융 및 응고하는 기술을 적용한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면은, 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판을 준비하는 단계;
상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 절단하여 단면부를 형성하는 단계; 및
상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키거나, 단면 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 단계를 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 다른 원소를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판의 합금 성분 및 그 조성 범위에 대해서는 전술한 Cr, Ni, Mo의 함량 외에는 특별히 한정하지 않는다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40%, Mo: 3~8%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 중량%로, C: 0.2% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 19~28%, Ni: 17~40%, Mo: 3~8%, N: 0.15~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 중량%로, C: 0.2% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.003% 이하(0%를 포함), Cr: 19~28%, Ni: 17~40%, Mo: 3~8%, N: 0.15~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 중량%로, C: 0.2% 이하(0%는 제외), Si: 0.8% 이하(0%는 제외), Mn: 1% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.003% 이하(0%를 포함), Cr: 19~28%, Ni: 17~40%, Mo: 3~8%, N: 0.15~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 중량%로, C: 0.2% 이하(0%는 제외), Si: 0.8% 이하(0%는 제외), Mn: 1% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하, S: 0.003% 이하, Cr: 19~28%, Ni: 17~40%, Mo: 3~8%, N: 0.15~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판의 조성으로는 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 추가의 원소를 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 선택적인 원소로서 W: 3% 이하 및 Cu: 4% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 절단하여 단면부를 형성하는 단계에 있어서, 상기 절단은 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께 방향으로 절단하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 두께 방향으로 절단한다는 것은 반드시 강판 표면과 절단 방향의 각도가 수직인 경우만을 의미하는 것이 아니라, 강판 표면과 절단 방향의 각도가 수직인 경우뿐만 아니라, 이에 더하여 강판 표면과 절단 방향의 강도가 90°이내인 경우도 포함한다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 두께 방향으로 절단은, 강판 표면과 절단 방향의 각도가 90° 이하인 것을 의미할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 두께 방향으로 절단하는 것은 강판 표면에 대하여 수직 방향에서 절단하는 경우도 포함하고, 강판 표면에 대하여 사선 방향에서 절단하는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 측면은, 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판을 준비하는 단계;
상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 절단하여 단면부를 형성하는 단계; 및
상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키거나, 단면 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 단계를 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께 방향으로 절단하여 형성된 단면부를 용융 및 응고하는 방법으로는, 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키는 방법이나, 단면 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 방법을 적용할 수 있다.
우선, 본 발명의 일 측면에 따른 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키는 방법을 도 2에 나타내었다.
구체적으로, 도 2(a)는 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강(11)을 나타내고, 도 2(b)는 이러한 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강(11)에 대하여 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시킨 단면부(12)를 나타낸다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이종 금속을 오버레이할 때에는 용융 및 응고시키는 재료로서 본 발명의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판과 동종의 재료를 사용해도 되고, 이종의 재료를 사용해도 된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키는 방법으로는 본 발명의 목적을 해하지 않는 한 특별히 한정하지 않으나, 일반적으로 용접 기술에서 사용되는 방법을 적용할 수 있다. 즉, 아크 용접의 방법과 같이 아크 용융 및 응고법을 사용할 수 있고, 예를 들면, 용접 기술에서 일반적으로 사용되는 기술인 가스 텅스텐아크용접(Gas Tungsten Arc Welding; GTAW), 플럭스코어드 아크용접(Flux Cored Arc Welding; FCAW), 가스메탈 아크용접(Gas Metal Arc Welding; GMAW) 등을 사용할 수 있다. 이 때, 용접 기술의 방법만을 동일하게 사용 가능한 것이고, 본 발명에서는 두 개의 대상을 서로 접합하는 것이 아니라, 단면부만을 용융시킨 후 응고하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판의 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고할 때에는 상기 이종 금속으로서 Ni계 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이종 금속은 Ni을 55% 이상 포함하는 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이종 금속은 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 외에, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 추가의 원소를 더 포함할 수 있고, 예를 들면, 선택적인 원소로서 C, Si, Mn, Nb 및 Fe로 이루어진 군에서 선택되는 이종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이종 금속은 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하(0%를 포함), Si: 0.8% 이하(0%를 포함), Mn: 1% 이하(0%를 포함), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이종 금속은 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하(0%를 포함), Si: 0.8% 이하(0%를 포함), Mn: 1% 이하(0%를 포함), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이종 금속은 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 고 Ni계 성분을 단면부에 오버레이하여 용융 및 응고함으로써, 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판의 응고부 내 Cr, Mo 편석을 억제하여 시그마상의 형성을 막을 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고함으로써, 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께방향으로 절단하여 형성된 단면부 상에는 상기 이종 금속으로 형성되는 용융 및 응고부(이하, 응고부라고도 함)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 단면부 상에 응고부가 구비된다는 것은, 전술한 이종 금속을 사용하여 용융 및 응고시키면서 상기 단면부의 표면 상에 응고부가 형성되는 것을 의미한다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고하는 것은 단면부 상에, 단면부의 표면으로부터 1~10㎜(보다 바람직하게는 1~5㎜)의 두께로 응고부가 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고하는 것은 이종 금속을 사용하는 것이므로, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판의 표면으로부터 돌출되도록 1~5㎜의 두께로 전술한 응고부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고하는 것은 저입열의 열량으로 상기 단면부의 표면으로부터 1~10㎜(보다 바람직하게는 1~5㎜)의 두께 범위로 Ni계 용착 금속을 형성시키는 것이 소재 단면부의 시그마상의 노출에 의한 내식성 저하를 방지할 수 있으므로 바람직하다. 구체적으로, 1㎜ 미만의 두께로 응고부를 형성하면, 전술한 단면부 시그마상 노출 억제의 효과를 발휘하기 어렵고, 10㎜를 초과하는 두께로 응고부를 형성하면, 용융 및 응고 시의 형상 변형을 유발하여 구조물의 형성이 어려워질 수 있을 뿐만 아니라, 이후 가공이 어려워질 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판에 있어서, 이음부 용접에서 사용될 수 있는 용접 재료를 본 발명의 전술한 단면부를 오버레이하는 이종 금속으로서 사용할 수 있고, 이에 따라 응고부의 높이가 약 1~10㎜(보다 바람직하게는 1~5㎜) 범위가 되도록 단면부에 용융 및 응고시킬 수 있다. 한편, 이 때 상기 용착 금속의 높이는 부식 환경에 따라 조정 가능하다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융할 때의 입열량은 10 kJ/cm 이하의 저입열인 방법을 적용하는 것이 바람직하다. 상기 입열량이 10 kJ/cm 이하인 방법을 적용함으로써, 응고부 주변에 2차 석출을 야기시키는 것을 방지함에 따라 내식성을 확보할 수 있고, 또한 응고부의 변형을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스 강판의 단면부에 대한 내식성을 향상시키는 방법으로는, 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 방법이 있고, 이러한 방법을 도 3에 나타내었다.
구체적으로, 도 3(a)는 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강(21)을 나타내고, 도 3(b)는 이러한 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강(21)에 대하여 레이저 빔(22)을 사용하여 용융 및 응고시킨 단면부(23)를 나타낸다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 방법은, 레이저 빔을 사용하여 상기 단면부의 중심부(즉, 단면부 표면에 대한 두께방향으로의 중심부를 의미한다)를 용융하여 응고시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시킬 때에는 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판의 단면부의 중앙을 레이저 빔을 활용하여 스테인리스 강판 자체를 용융시킬 수 있다. 한편, 이러한 레이저 빔에 의해 용융시킬 때, 용융 깊이는 1~10㎜ 범위일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고함으로써, 단면부 표면으로부터 강판 방향으로 1~10㎜ 깊이로 응고부(용융 후 응고되어 형성된 재응고부)가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저에 의해 용융 및 응고 시, 용융 깊이를 1㎜ 이상으로 함으로써 응고부를 용융함에 따른 내식성 향상의 효과를 확보할 수 있어 바람직하고, 레이저에 의한 용융 및 응고할 때의 그 용융 깊이를 10㎜ 이하로 함으로써 소재 변형을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고할 때, 레이저 출력과 속도 등은 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 제한없이 사용 가능하고, 용융 폭은 단면부의 중심부 편석대 폭을 감안하여 적절히 결정할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고하는 것은 슈퍼 오스테나이트계 강판을 두께 방향으로 절단하여 형성된 단면부를 레이저 빔에 의해 용융시킴으로써, 편석대의 시그마상을 용융시켜 재고용시키거나, 혹은 두께 방향으로 중심부를 용융시킨 후 급속 냉각시켜서 화학 성분의 편석을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 빔을 사용하여 슈퍼 오스테나이트 스테인리스 강판의 단면부를 용융 및 응고하는 경우에는 전술한 레이저 빔에 의한 단면부 자체를 용융하는 것만으로도, 레이저 빔을 사용한 용융 및 응고 시의 특성인 급열 및 급냉의 열사이클로 인해, 냉각 중에 추가적인 시그마상의 생성을 억제시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판 및
상기 스테인리스 강판의 단면부 상에 구비되는 응고부를 포함하고,
상기 응고부는 Ni을 55% 이상 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제공한다.
혹은, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 오스테나이트계 스테인리스 강판 일 단부에 구비되어, 상기 강판의 일 단부의 외부 노출을 차단하고, Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 응고부를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단면부는 전술한 오스테나이트계 스테인리스 강판을 절단하여 형성되는 단면부를 의미하고, 보다 바람직하게는 상기 절단은 두께 방향으로 절단함으로써 형성되는 단면부를 의미할 수 있다. 한편, 상기 절단의 의미는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법에 대한 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스 강판이 두께방향으로 절단된 단면부를 구비한다는 것은, 오스테나이트계 스테인리스 강판의 두께방향으로 절단된 단면부를 강판의 말단으로서 가진다는 것을 의미하고, 즉 강판의 양말단 중 적어도 하나의 말단이 두께방향으로 절단된 단면부라는 것을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 단면부 상에 이종 금속을 오버레이 하여 용융한 후 응고시킴으로써, 응고되어 형성된 응고부를 구비할 수 있고, 이를 통해 오스테나이트계 스테인리스 강판의 단면부 내식성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni을 55% 이상 포함하는 재료로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 외에, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 추가의 원소를 더 포함할 수 있고, 예를 들면, 선택적인 원소로서 C, Si, Mn, Nb 및 Fe로 이루어진 군에서 선택되는 이종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하(0%를 포함), Si: 0.8% 이하(0%를 포함), Mn: 1% 이하(0%를 포함), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하(0%를 포함), Si: 0.8% 이하(0%를 포함), Mn: 1% 이하(0%를 포함), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 오버레이될 때 사용되는 이종 금속인 Ni계 재료뿐만 아니라, 용융 및 응고 과정에서 불가피하게 포함될 수 있는 오스테나이트계 스테인리스 강판으로부터 유래되는 성분을 포함할 수도 있고, 다만 이는 그 함량이 소량이므로 전술한 기타 불가피한 불순물에 해당할 수 있다.
혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 Ni을 55% 이상 포함하는 재료를 사용하여 응고부를 형성함으로써, 응고부 내 Cr, Mo 편석을 억제하여 시그마상의 형성을 막을 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따른 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판의 단면부에서의 내식성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부는 상기 단면부의 표면으로부터 1~10㎜의 두께로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 단면부의 표면으로부터 1~5㎜의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 응고부을 1㎜ 이상의 두께로 형성함으로써 단면부 내식성 향상의 효과를 확보할 수 있고, 상기 응고부를 10㎜ 이하의 두께로 형성함으로써 응고부의 변형을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다. 구체적으로, 상기 응고부를 1~10㎜의 범위로 조정함으로써 Ni계 용착 금속을 형성시키는 것이 소재 단면부의 시그마상의 노출에 의한 내식성 저하 방지를 위해서 중요하다. 따라서, 1㎜ 미만의 범위로 응고부를 형성하면, 전술한 단면부 시그마상 노출 억제의 효과를 발휘하기 어렵고, 10㎜를 초과하는 범위로 응고부를 형성하면, 용융 및 응고 시 형상의 변형을 유발하여 구조물의 형성이 어려워질 수 있을 뿐만 아니라, 이후 가공이 어려워질 수 있어 바람직하지 않다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
슈퍼 오스테나이트 스테인리스강으로서 하기 표 1에 기재된 강종을 대상으로 하여, 각 강종에 대해 두께방향으로 절단하여 단면부를 형성하였다.
이렇게 형성된 소재 단면부를 노출한 시험편과, 상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키거나, 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시킨 시험편에 대하여, 내식성을 평가한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
한편, 하기 표 1 중, 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키는 방법은 이종 금속 재료로서 인코넬(Inconel) 625 와이어를 사용하여 입열량이 약 5kJ/cm인 GTAW 방법을 실시하였다. 또한, 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 방법은 6kW급 출력을 갖는 CO2 레이저 빔을 사용하여 1m/min의 속도로 실시하여 단면부를 용융 및 어닐링하였다.
또한, ASTM G48A 방법으로서, 특정 온도의 6% FeCl3 용액에 침지시간 24시간으로 하여 시험편을 침지하였다. 이후, 침지 전후 무게 감량을 측정하고, 표면 피팅 발생 유무를 관찰하여 피팅 발생 여부를 관찰하였고, 피팅이 발생하지 않을 경우, 5℃ 단위로 온도를 올려가면서 평가하여 피팅이 최초로 발생하는 온도를 CPT로 규정하여 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 상기 방법으로 단면부의 피팅의 발생 여부를 관찰하였고 하기와 같은 기준으로 내식성을 평가하여 표 2에 나타내었다.
○: 시험 전후 무게 감량이 4g/m2 이상으로서, X20배 현미경으로 표면 피팅 발생이 확인됨
×: 시험 전후 무게 감량이 4g/m2 미만이고, X20배 현미경으로 표면 피팅 발생이 확인되지 않음
비고 슈퍼 오스테나이트 STS 시험편 ASTM G48A* (CPT)
비교예 1 S31254 소재 단면부 노출 50℃
비교예 2 N08367 소재 단면부 노출 55℃
실시예 1 S31254 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고 ＞55℃
실시예 2 N08367 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고 ＞60℃
실시예 3 S31254 레이저 빔으로 용융 및 응고 ＞55℃
실시예 4 N08367 레이저 빔으로 용융 및 응고 ＞60℃
비고 단면부 피팅(pitting) 발생 여부
비교예 1 ○
비교예 2 ○
실시예 1 ×
실시예 2 ×
실시예 3 ×
실시예 4 ×
상기 표 1, 2에서 볼 수 있듯이, 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께 방향으로 절단한 단면부를 노출한 비교예 1, 2의 경우에는 단면부에서 피팅이 발생하여 내식성이 좋지 않음을 확인하였다.
또한, 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께 방향으로 절단한 단면부에 대하여 , 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키거나, 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시킨 실시예 1 내지 4의 경우에는 비교예 1, 2에 비하여, 단면부에서 발생하는 피팅 현상이 사라지는 것을 확인하였고, 따라서 내식성이 보다 향상됨을 확인하였다.
11: 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강
12: 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강에 대하여 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시킨 응고부를 구비한 단면부
21: 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강
22: 레이저 빔
23: 강관 형태의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강에 대하여 레이저 빔을 사용하여 용융 및 응고시킨 응고부를 구비한 단면부

Claims (13)

  1. 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판을 준비하는 단계;
    상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 절단하여 단면부를 형성하는 단계; 및
    상기 단면부에 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키거나, 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 단계를 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이종 금속은 Ni을 55% 이상 포함하는 재료인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 것은 레이저 빔을 사용하여 상기 단면부의 중심부를 용융 및 응고하는 것인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 이종 금속은 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단면부를 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키는 것은 아크 용융 및 응고법을 사용하고, 입열량이 10 kJ/cm 이하인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 단면부를 이종 금속을 오버레이하여 용융 및 응고시키는 것은, 단면부 상에, 단면부의 표면으로부터 1~10㎜의 두께로 용융 및 응고부가 형성되는 것인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 단면부 자체를 레이저에 의해 용융 및 응고시키는 것은 단면부의 중앙을 레이저 빔을 사용하여 용융시킴으로써 용융 깊이가 1~10㎜가 되도록 실시하는 것인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절단은 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판을 두께 방향으로 절단하는 것이고, 상기 절단 시 강판 표면과 절단 방향의 강도가 90° 이하인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오스테나이트계 스테인리스 강판은 중량%로, C: 0.2% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 19~28%, Ni: 17~40%, Mo: 3~8%, N: 0.15~0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
  10. 중량%로, Cr: 19~28%, Ni: 17~40% 및 Mo: 3~8%을 포함하는 오스테나이트계 스테인리스 강판 및
    상기 스테인리스 강판의 단면부 상에 구비되는 응고부를 포함하고,
    상기 응고부는 Ni을 55% 이상 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 응고부는 Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 응고부는 단면부 상에, 단면부의 표면으로부터 1~5㎜의 두께로 형성되는 것인, 단면부 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판.
  13. 오스테나이트계 스테인리스 강판 일 단부에 구비되어, 상기 강판의 일 단부의 외부 노출을 차단하고, Ni: 55~65%, Cr: 20~30%, Mo: 5~15%, C: 0.1% 이하, Si: 0.8% 이하, Mn: 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 응고부.
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