KR102382398B1 - 듀플렉스 스테인레스 강 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, TRIP 효과를 이용한 고성형성 및 균형잡힌 내공식지수와 함께 고내식성을 갖는 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강에 관한 것이다. 듀플렉스 스테인레스 강은 0.04 중량% 미만의 탄소, 0.2 ~ 0.8 중량% 의 규소, 2.0 중량% 미만의 망간, 16.5 ~ 19.5 중량% 의 크롬, 3.0 ~ 4.7 중량% 의 니켈, 1.5 ~ 4.0 중량% 의 몰리브덴, 3.5 중량% 미만의 텅스텐, 1 중량% 미만의 구리, 0.13 ~ 0.26 중량% 의 질소를 함유하고, 나머지는 철 및, 스테인레스 강들에서 발생되는 불가피한 불순물들이다.

Description

듀플렉스 스테인레스 강{DUPLEX STAINLESS STEEL}
본 발명은 TRIP (변태 유기 소성) 효과에 의한 고성형성 및 고내식성 및 최적화된 내공식지수 (PRE) 를 갖는 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강에 관한 것이다.
변태 유기 소성 (TRIP) 효과는 부과된 응력 또는 변형율의 결과로서 소성 변형 동안에 준안정 잔류 오스테나이트의 마텐자이트로의 변태를 가리킨다. 이 특성은 TRIP 효과를 갖는 스테인레스 강들이, 뛰어난 강도를 유지하면서, 고성형성을 갖는 것을 허용한다.
WO 특허 출원 2011/135170 로부터, 0.05 중량% 미만의 C, 0.2 ~ 0.7 중량% 의 Si, 2 ~ 5 중량% 의 Mn, 19 ~ 20.5 중량% 의 Cr, 0.8 ~ 1.35 중량% 의 Ni, 0.6 중량% 미만의 Mo, 1 중량% 미만의 Cu, 0.16 ~ 0.24 중량% 의 N 을 함유하고, 나머지는 철 및 불가피한 불순물인, 양호한 성형성 및 고연신율을 갖는 페라이트-오스테나이트계 스테인레스 강을 제조하기 위한 방법이 공지된다. WO 특허 출원 2011/135170 의 스테인레스 강은, 스테인레스 강의 마이크로조직이 열처리 조건에서 45 ~ 75 % 오스테나이트를 함유하고, 나머지 마이크로조직이 페라이트이도록 열처리된다. 또한, 스테인레스 강의 측정된 Md30 온도는 스테인레스 강의 성형성의 향상을 위한 TRIP 효과를 이용하기 위해서 0 내지 50 ℃ 에서 조절된다.
추가로, WO 특허 출원 2013/034804 로부터, 0.04 중량% 미만의 C, 0.7 중량% 미만의 Si, 2.5 중량% 미만의 Mn, 18.5 ~ 22.5 중량% 의 Cr, 0.8 ~ 4.5 중량% 의 Ni, 0.6 ~ 1.4 중량% 의 Mo, 1 중량% 미만의 Cu, 0.10 ~ 0.24 중량% 의 N 를 함유하고, 나머지는 철 및, 스테인레스 강들에서 발생되는 불가피한 불순물들인, TRIP 효과를 활용하는 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강이 공지된다. 황은 0.010 중량% 미만, 바람직하게는 0.005 중량% 미만으로 제한되고, 인의 함량은 0.040 중량% 미만이고, 황 및 인의 합계 (S+P) 는 0.04 중량% 미만이고, 전체 산소 함량은 100 ppm 미만이다. 듀플렉스 스테인레스 강은 선택적으로 다음의 첨가된 하나 이상의 원소를 함유한다: 알루미늄의 함량은 0.04 중량% 미만으로 최대화되고, 바람직하게는 최대는 0.03 중량% 미만이다. 또한, 붕소, 칼슘 및 세륨은 적은 양들로 선택적으로 첨가되고; 붕소 및 칼슘에 대한 바람직한 함량들은 0.003 중량% 미만이고, 세륨에 대한 바람직한 함량은 0.1 중량% 미만이다. 선택적으로, 코발트는 니켈에 대한 부분 대체를 위해서 1 중량% 이하로 첨가될 수 있고, 텅스텐은 몰리브덴에 대한 부분 대체로서 0.5 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 니오븀, 티타늄 및 바나듐을 함유하는 그룹의 하나 이상이 상기 발명의 듀플렉스 스테인레스 강에 선택적으로 첨가될 수 있고, 니오븀 및 티타늄의 함량들은 0.1 중량% 이하로 제한되고 바나듐 함량은 0.2 중량% 이하로 제한된다.
WO 특허 출원 2013/034804 에 따르면, 내공식지수 (PRE) 는 양호한 내식성을 제공하도록 최적화되었고, 27 ~ 29.5 의 범위에 있다. 임계 공식 온도 (CPT) 는 20 ~ 33 ℃ 의 범위, 바람직하게는 23 ~ 31 ℃ 의 범위에 있다. 오스테나이트상에서 TRIP (변태 유기 소성) 효과는, 양호한 성형성을 보장하기 위해서 0 ~ 90 ℃, 바람직하게는 10 ~ 70 ℃ 의 범위에서 측정된 Md30 온도에 따라서 유지된다. 상기 발명의 듀플렉스 스테인레스 강의 마이크로구조에서 오스테나이트상의 비율은, TRIP 효과를 위한 양호한 조건들을 생성하기 위해서, 열처리 조건에서 45 ~ 75 체적%, 유리하게는 55 ~ 65 체적% 이고, 나머지는 페라이트이다. 열처리는 상이한 열처리 방법들, 예를 들어 용체화 어닐링 (solution annealing), 고주파 유도 어닐링 또는 국부 어닐링을 이용하여 900 내지 1200 ℃, 바람직하게는 950 내지 1150 ℃ 의 온도 범위에서 실시될 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서 설명된 듀플렉스 스테인레스 강들의 특성들을 향상시키는 것이고, 그리고 높은 내공식지수 (PRE) 를 갖는 TRIP 효과를 이용하고 따라서 우수한 내식성을 제공하는 새로운 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강을 달성하는 것이다. 본 발명의 본질적인 특징들이 첨부된 청구항들에 포함된다.
본 발명에 따라, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강은 0.04 중량% 미만의 C, 0.2 ~ 0.8 중량% 의 Si, 2.0 중량% 미만의 Mn, 16.5 ~ 19.5 중량% 의 Cr, 3.0 ~ 4.7 중량% 의 Ni, 1.0 ~ 4.0 중량% 의 Mo, 3.5 중량% 미만의 W, 1 중량% 미만의 Cu, 0.13 ~ 0.26 중량% 의 N 를 함유하고, 나머지는 철 및, 스테인레스 강들에서 발생되는 불가피한 불순물들이다. 황은 0.010 중량% 미만, 바람직하게는 0.005 중량% 미만으로 제한되고, 인의 함량은 0.040 중량% 미만이고, 황 및 인의 합계 (S+P) 는 0.04 중량% 미만이고, 전체 산소 함량은 100 ppm 미만이다.
본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강은 선택적으로 다음의 첨가된 하나 이상의 원소를 함유한다: 알루미늄의 함량은 0.04 중량% 미만으로 최대화되고, 바람직하게는 최대는 0.03 중량% 미만이다. 또한, 붕소, 칼슘 및 세륨은 적은 양들로 선택적으로 첨가되고; 붕소 및 칼슘에 대한 바람직한 함량들은 0.004 중량% 미만이고, 세륨에 대한 바람직한 함량은 0.1 중량% 미만이다. 선택적으로, 코발트는 니켈에 대한 부분 대체를 위해서 1 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 또한, 니오븀, 티타늄 및 바나듐을 함유하는 그룹의 하나 이상이 본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강에 선택적으로 첨가될 수 있고, 니오븀 및 티타늄의 함량들은 0.1 중량% 이하로 제한되고 바나듐 함량은 0.2 중량% 이하로 제한된다.
본 발명의 스테인레스 강에 따라, 내공식지수 (PRE) 는 양호한 내식성을 제공하도록 최적화되었고, 30 ~ 36 의 범위에 있다. 임계 공식 온도 (CPT) 는 30 ~ 45 ℃ 의 범위에 있다. 오스테나이트상에서 TRIP (변태 유기 소성) 효과는, 양호한 성형성을 보장하기 위해서 -30 ~ 90 ℃, 바람직하게는 10 ~ 60 ℃ 의 범위에서 측정된 Md30 온도에 따라서 유지된다. TRIP 효과에 대한 오스테나이트 안정성에 대한 척도인 Md30-온도는, 0.3 진변형율이 오스테나이트의 마텐자이트로의 50 % 의 변태를 생성할 때의 온도로서 정의된다. 본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강의 마이크로구조에서 오스테나이트상의 비율은, TRIP 효과를 위한 양호한 조건들을 생성하기 위해서, 열처리 조건에서 45 ~ 80 체적%, 유리하게는 55 ~ 70 체적% 이고, 나머지는 페라이트이다. 열처리는 상이한 열처리 방법들, 예를 들어 용체화 어닐링, 고주파 유도 어닐링 또는 국부 어닐링을 이용하여 900 내지 1200 ℃, 바람직하게는 950 내지 1150 ℃ 의 온도 범위에서 실시될 수 있다.
마이크로구조에서 상이한 원소들의 효과들은 다음에 설명되고, 원소의 함량들은 중량% 로 설명된다:
탄소 (C) 는 오스테나이트상에 파티션되고, 오스테나이트 안정성에 대한 강한 영향을 준다. 탄소는 0.04 % 이하로 첨가될 수 있으나, 더 높은 레벨들은 내식성에 해로운 영향을 준다.
질소 (N) 는 듀플렉스 스테인레스 강들에서 중요한 오스테나이트 안정제이고, 탄소와 같이 질소는 마텐자이트에 대항한 안정성을 증가시킨다. 또한, 질소는 강도, 변형 경화 및 내식성을 증가시킨다. Md30 온도에 대한 일반 실험 식들은 질소 및 탄소가 오스테나이트 안정성에 대한 동일한 강한 영향을 준다는 점을 나타낸다. 질소는 내식성에 부정적 영향을 주지 않으면서 탄소보다 더 큰 정도로 스테인레스 강들에 첨가될 수 있기 때문에, 0.13 내지 0.26 % 의 질소 함량들은 본 발명의 스테인레스 강들에서 효과적이다. 최적의 특성 프로파일을 위해서, 0.16 ~ 0.25 % 의 질소 함량이 바람직하다.
규소 (Si) 는 주로 용광로에서 산소제거 목적을 위해서 스테인레스 강들에 첨가되고 0.2 % 미만이지 말아야 한다. 규소는 듀플렉스 스테인레스 강들의 페라이트상을 안정화시키나, 현재의 식들에서 보여지는 것보다 마텐자이트 형성에 대항하여 오스테나이트 안정성에 더 강한 안정화 효과를 준다. 이 이유 때문에, 규소는 0.8 %, 바람직하게는 0.5 % 로 최대화된다.
망간 (Mn) 은 스테인레스 강에서 오스테나이트 상을 안정화하고 질소의 용해도를 높이는 중요한 첨가물이다. 망간은 비싼 니켈을 부분적으로 대체하고 스테인레스 강을 정확한 상 평형에 도달시킨다. 높은 레벨의 함량은 내식성을 감소시킨다. 망간은 변형 마텐자이트에 대항한 오스테나이트 안정성에 큰 영향을 주고, 따라서 망간 함량은 주의 깊게 다루어져야 한다. 망간의 범위는 2.0 % 미만, 바람직하게는 1.0 % 미만이어야 한다.
크롬 (Cr) 은 강을 내식성있게 만드는 주요 첨가물이다. 페라이트 안정제인 크롬은 또한 오스테나이트상과 페라이트상 사이에 적합한 상 균형을 생성하는 주요 첨가물이다. 이 기능들을 초래하기 위해서, 크롬 레벨은 적어도 16.5 % 이어야 한다. 또, 크롬은 마텐자이트 형성에 대한 저항성을 강하게 증가시키고, 따라서 TRIP 효과를 감소시킨다. 이러한 목적을 위해서, 최대 함량은 19.5 % 이어야 한다. 바람직하게는 크롬 함량은 16.5 ~ 18.8 % 이다.
니켈 (Ni) 은 오스테나이트상을 안정화시키기 위한 그리고 양호한 연성을 위한 필수적 합금 원소이고, 적어도 3.0 % 가 본 발명의 스테인레스 강에 첨가되어야 한다. 마텐자이트 형성에 대항하는 오스테나이트 안정성에 큰 영향을 주는 니켈은 좁은 범위 내에서 존재해야 한다. 또한, 니켈의 높은 비용 및 가격 변동 때문에 니켈은 본 발명의 스테인레스 강들에서 4.7 %, 바람직하게는 4.5 % 로 최대화되어야 한다.
구리 (Cu) 는, 많은 양의 원료들이 이 원소를 함유하는 스테인레스 스크랩의 형태일 때, 대부분의 스테인레스 강들에서 0.1 ~ 0.5 % 의 잔류물로서 주로 존재한다. 구리는 오스테나이트상의 약한 안정제이나, 마텐자이트 형성에 대한 저항성에 대해 강한 영향을 주고, 본 발명의 스테인레스 강들의 성형성의 평가에서 고려되어야 한다. 1.0 % 이하의 의도적인 첨가가 있을 수 있으나, 바람직하게는 구리의 함량은 0.7 % 이하, 보다 바람직하게는 0.5 % 이하이다.
몰리브덴 (Mo) 은 부식 저항성을 증가시키기 위해서 첨가될 수 있는 페라이트 안정제이고, 따라서 몰리브덴은 적어도 1.0 %, 바람직하게는 적어도 1.5 % 의 함량을 가질 것이다. 또한, 몰리브덴은 크롬과 마찬가지로 마텐자이트 형성에 대한 저항성을 강하게 증가시키고, TRIP 효과를 감소시킨다. 그러므로, 몰리브덴은 4.0 % 초과로 첨가될 수 없다.
텅스텐 (W) 은 몰리브덴과 유사한 특성들을 갖고, 때때로 몰리브덴을 대체할 수 있다. 하지만, 텅스텐과 몰리브덴은 시그마상 석출을 촉진하고, 식 (Mo+0.5W) 에 따른 몰리브덴과 텅스텐 함량의 합계는 4.0 % 미만, 바람직하게는 2.2 ~ 3.8 % 이어야 하고, 시그마상과 카이상의 촉진은 기술적으로 관련 있는 프로세스들에서 처리될 수 있다. 텅스텐의 가장 큰 영향은, 적층 결함 에너지가 전위 활주, 쌍결정 또는 마텐자이트 형성에 관하여 변형 반응을 제어하기 때문에, 합금의 적층 결함 에너지에 대한 효과에 결과적으로 관련될 수 있는 TRIP 효과에 매우 긍정적인 효과이다. 이러한 목적을 위해, 텅스텐은 3.5% 이하로 제한되어야 하지만, 텅스텐이 몰리브덴을 대체하기 위해 사용될 경우 바람직하게는 적어도 1.0 % 이다.
붕소 (B), 칼슘 (Ca) 및 세륨 (Ce) 은 적은 양들로 듀플렉스 강들에 첨가되어 열간 가공성을 향상시키나, 너무 높은 함량들은 다른 특성들을 열화시키기 때문에, 너무 높은 함량들로 첨가되지 않는다. 본 발명의 스테인레스 강에서 붕소 및 칼슘에 대한 바람직한 함량들은 0.004 중량% 미만이고, 세륨에 대한 바람직한 함량은 0.1 중량% 미만이다.
듀플렉스 강들에서 황 (S) 은 열간 가공성을 악화시키고, 공식 저항성에 부정적으로 영향을 주는 황화물 함유물들을 형성할 수 있다. 황의 함량은 따라서 0.010 중량% 미만으로, 바람직하게는 0.005 중량% 미만으로 한정되어야 한다.
인 (P) 은 열간 가공성을 열화시키고, 공식 저항성에 부정적으로 영향을 주는 인화물 입자들 또는 필름들을 형성할 수 있다. 따라서, 인의 함량은 0.040 중량% 미만으로 한정되어야 하고, 그래서 황 및 인의 합계 (S+P) 함량들은 0.04 중량% 미만이다.
다른 잔존 원소들과 함께 산소 (O) 는 열간 연성에 부정적 영향을 준다. 산화물 함유물의 존재는 함유물의 타입에 의존해서 내식성 (공식) 을 감소시킬 수도 있다. 또한, 높은 산소의 함량은 충격 인성을 감소시킨다. 황과 유사한 방식으로, 산소는 용탕 (weld pool) 의 표면 에너지를 변경함으로써 용입을 향상시킨다. 본 발명의 스테인레스 강에 대해서, 제안가능한 최대 산소 레벨은 100 ppm 미만이다. 금속 파우더의 경우에 있어서, 최대 산소 함량은 250 ppm 이하일 수 있다.
알루미늄 (Al) 은 높은 질소 함량과 함께 본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강에서 낮은 레벨로 유지되어야 하며, 이는 이 2 가지 원소들이 결합하고, 충격 인성을 열화시킬 알루미늄 질화물들을 형성하기 때문이다. 알루미늄 함량은 0.04 중량% 미만으로 제한되고, 바람직하게는 0.03 중량% 미만으로 제한된다.
코발트 (Co) 는 자매 원소인 니켈과 유사한 야금 거동을 갖고, 코발트는 강 및 합금 제조에서 상당히 유사한 방식으로 처리될 수도 있다. 코발트는 상승된 온도들에서 입자 성장을 억제하고, 경도 및 고온 강도의 유지를 상당히 향상시킨다. 코발트는 내침식부식성 및 변형 경화성을 증가시킨다. 코발트는 슈퍼 듀플렉스 스테인레스 강들에서 시그마상 형성의 위험을 감소시킨다. 코발트의 함량은 1.0 중량% 이하로 제한된다.
"마이크로-합금" 원소들, 즉 티타늄 (Ti), 바나듐 (V) 및 니오븀 (Nb) 은, 이들이 낮은 농도들에서도, 종종 탄소 강에서 유리한 효과에 의해 강의 특성을 상당히 변경하나, 듀플렉스 스테인레스 강들의 경우에, 이들이 또한 원하지 않는 특성 변화들, 예를 들어 감소된 충격 특성들, 더 높은 표면 결함 레벨들 및, 주조 및 열간 압연 동안의 감소된 연성에 기여하기 때문에, 이렇게 이름 지어진 첨가제들의 그룹에 속한다. 이 효과들 중 많은 효과들은 현대 듀플렉스 스테인레스 강들의 경우에 탄소 및 특히 질소에 대한 이들의 강한 친화력에 의존된다. 본 발명에 있어서, 니오븀 및 티타늄은 0.1 % 의 최대 레벨에 제한되는 반면, 바나듐은 덜 해롭고 0.2 % 미만이어야 한다.
본 발명은 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1 은 본 발명의 테스트된 합금들 중에서 원소 함량 Si+Cr 과 원소 함량 Cu+Mo+0.5W 사이의 최소 Md30 온도, 최대 Md30 온도 및 PRE 값들의 종속성을 도시한다.
도 2 는 도 1 에 따른 본 발명의 테스트된 합금들 중에서 원소 함량 Si+Cr 과 원소 함량 Cu+Mo+0.5W 사이의 최소 Md30 온도, 최대 Md30 온도 및 PRE 값들의 종속성에 대한 C+N 및 Mn+Ni 의 일정한 값들을 갖는 예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 테스트된 합금들 중에서 원소 함량 C+N 과 원소 함량 Mn+Ni 사이의 최소 Md30 온도, 최대 Md30 온도 및 PRE 값들의 종속성을 도시한다.
도 4 는 도 3 에 따른 본 발명의 테스트된 합금들 중에서 원소 함량 C+N 과 원소 함량 Mn+Ni 사이의 최소 Md30 온도, 최대 Md30 온도 및 PRE 값들의 종속성에 대한 Si+Cr 및 Cu+Mo+0.5W 의 일정한 값들을 갖는 예를 도시한다.
원소들의 효과들에 기초하여, 본 발명에 따른 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강이 화학 조성들 (표 1 에 이름 지어진 바와 같은 A 내지 P) 을 구비한다. 또한, 표 1 은 R 과 같이 이름 지어진 WO 특허 출원 2011/135170 및 Q 와 같이 이름 지어진 WO 특허 출원 2013/034804 의 참조 듀플렉스 스테인레스 강에 대한 화학 조성을 포함하며, 표 1 의 모든 함량들은 중량% 이다.
Figure 112016084936719-pct00001
합금들 (A-P) 은 1 kg 의 실험실 규모의 진공 유도로에서 1.5 mm 두께까지 단조 및 냉간 압연된 작은 슬래브들로 제조되었다.
참조 합금들 (Q 및 R) 은, 변하는 최종 치수들을 갖는 코일 형태로 열간 압연 및 냉간 압연이 이어지는 100 톤 제조 규모로 제조되었다.
표 1 의 값들을 비교하면, 본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강들의 크롬, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐의 함량들은 참조 스테인레스 강들 (Q 및 R) 과 상당히 상이하다.
특성들, 즉 Md30 온도, 임계 공식 온도 (CPT) 및 PRE 에 대한 값들은 표 1 의 화학 조성들에 대해서 결정되고, 결과들은 다음의 표 2 에 제공된다.
표 2 의 오스테나이트상의 예측되는 Md30 온도 (Md30 Nohara) 는, 1050 ℃ 의 온도에서 어닐링될 때 오스테나이트계 스테인레스 강들에 대해 성립된 Nohara 식 (1) 을 이용해서 계산되었다.
Md30 = 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-68Nb (1)
표 2 의 실제 측정된 Md30 온도들 (Md30 측정됨) 은 상이한 온도들에서 인장 샘플들을 0.30 진변형률로 잡아당김으로써 그리고 Satmagan 장치로 변태된 마텐자이트의 분율을 측정함으로써 성립되었다. Satmagan 은, 강자성 상의 분율이 포화된 자기장에 샘플을 배치함으로써, 그리고 샘플에 의해서 유도된 자기력 및 중력을 비교함으로써 결정되는 자기 밸런스이다.
표 2 에서 계산된 Md30 온도들 (Md30 calc) 은 최적의 수학적 제한조건에 따라 얻어졌다.
임계 공식 온도 (CPT) 는 ASTM G150 테스트에 따라서 1M 염화나트륨 (NaCl) 용액에서 측정되고, 이 임계 공식 온도 (CPT) 미만에서, 공식은 가능하지 않으며, 단지 수동적 거동이 보인다.
내공식지수 (PRE) 는 식 (2) 을 이용하여 계산된다:
PRE = %Cr+3.3*(%Mo+0.5%W)+30*%N-%Mn (2)
또한, 중량% 로 C+N, Cr+Si, Cu+Mo+0.5W 및 Mn+Ni 에 대한 원소 함량들의 합계들은 표 2 에서 표 1 의 합금들에 대해서 계산된다. C+N 및 Mn+Ni 합계들은 오스테나이트 안정제들을 나타내는 한편, Si+Cr 합계는 페라이트 안정제들을 나타내고, Cu+Mo+0.5W 합계는 마텐자이트 형성에 대한 저항성을 갖는 원소들을 나타낸다.
Figure 112016084936719-pct00002
표 2 의 값들을 비교하면, 30 ~ 36 의 범위를 갖는 PRE 값은 참조 듀플렉스 스테인레스 강 (Q 및 R) 의 PRE 값보다 훨씬 더 크고, 이는 합금들 (A ~ P) 의 내부식성이 더 큰 것을 의미한다. 임계 공식 온도 (CPT) 는 34 ~ 45 ℃ 의 범위에 있고, 이는 참조 듀플렉스 스테인레스 강 (Q 및 R) 에 대한 그리고 추가로 EN 1.4401 및 유사한 등급들과 같은 오스테나이트계 스테인레스 강들에 대한 CPT 보다 훨씬 더 크다.
Nohara 식 (1) 을 이용한 예측된 Md30 온도들은 표 2 상에서 합금들에 대한 측정된 Md30 온도들과 본질적으로 상이하다. 또한, 표 2 로부터, 계산된 Md30 온도들은 측정된 Md30 온도들과 잘 일치하고, 따라서 계산을 위해서 이용된 최적화의 수학적 제한조건이 본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강들에 대해서 매우 적합하다는 것이 알려진다.
본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강에 대한 중량% 로 C+N, Si+Cr, Mn+Ni 및 Cu+Mo+0.5W 에 대한 원소 함량들의 합계들은 한편으로는 C+N 과 Mn+Ni 사이 그리고 다른 한편으로는 Si+Cr 과 Cu+Mo+0.5W 사이의 종속성을 성립시키는 최적화의 수학적 제한사항에서 이용되었다. 최적화의 수학적 제한사항에 따라서, Cu+Mo+0.5W 및 Si+Cr 합계들, Mn+Ni 및 C+N 합계들 각각은 도 1 내지 도 4 의 좌표의 x 및 y 축을 형성하고, 최소 및 최대 PRE 값들 (30 < PRE < 36) 에 대한 선형 종속 및 최소 및 최대 Md30 온도 (10 < Md30 < 60) 값들에 대한 선형 종속이 정의된다.
도 1 에 따라, 본 발명의 듀플렉스 스테인레스 강이 1050 ℃ 의 온도에서 어닐링되었을 때 Si+Cr 및 Cu+Mo+0.5W 를 위한 화학 조성 윈도우가 C+N 에 대한 0.16 ~ 0.29 의 바람직한 범위 및 Mn+Ni 에 대한 3.0 ~ 5.5 의 바람직한 범위로 성립된다. 또한, 도 1 에서, Si+Cr 합계가 본 발명의 스테인레스 강에 따라 16.5 < Si+Cr < 20.2 으로 제한된다는 것이 알려진다.
도 1 에서 영역 (a', b', c', d', e', f' 및 g') 의 프레임 내에 놓여 있는 화학 조성 윈도우는 표 3 에서 다음의 라벨링된 좌표 위치들로 정의된다.
Figure 112016084936719-pct00003
도 2 는, C+N 에 대한 0.257 의 일정한 값 및 Mn+Ni 에 대한 4.28 의 일정한 값이 도 1 에서 C+N 및 Mn+Ni 에 대한 범위들 대신에 모든 지점들에서 이용될 때의 도 1 의 하나의 화학 조성 예시 윈도우를 도시한다. 도 1 에서와 같이 도 2 에서 동일한 제한들이 Si+Cr 의 합계에 주어진다. 도 2 에서 영역 (a, b, c, d, e, f 및 g) 의 프레임 내에 놓여 있는 화학 조성 윈도우는 표 4 에서 다음의 라벨링된 좌표 위치들로 정의된다.
Figure 112016084936719-pct00004
도 3 은, 듀플렉스 스테인레스 강이 1050 ℃ 의 온도에서 어닐링되었을 때, Cr+Si 에 대한 16.9 ~ 19.5 의 바람직한 조성 범위 및 Cu+Mo+0.5W 에 대한 2.0 ~ 4.0 의 바람직한 조성 범위를 갖는 C+N 및 Mn+Ni 에 대한 화학 조성 윈도우를 도시한다. 또한, 본 발명에 따라, C+N 합계는 0.13 < C+N < 0.30 에 제한되고, Mn+Ni 합계는 3.0 < Mn+Ni < 6.7 에 제한된다. 도 3 에서 영역 (p', q', r' 및 s') 의 프레임 내에 놓여 있는 화학 조성 윈도우는 표 5 에서 다음의 라벨링된 좌표 위치들로 정의된다.
Figure 112016084936719-pct00005
본 발명의 원소 함량들에 대한 바람직한 범위들에 의한 C+N 및 Mn+Ni 에 대한 제한들의 효과는, 도 3 의 화학 조성 윈도우가 단지 C+N 및 Mn+Ni 의 최소 및 최대 합계들에 대한 제한들에 의해서 부분적으로 제한된다는 것이다.
도 4 는, Cr+Si 에 대한 18.5 의 일정한 값 및 Cu+Mo+0.5W 에 대한 3.27 의 일정한 값을 갖고, 또한 0.13 < C+N < 0.30 및 3.0 < Mn+Ni 의 제한을 갖는 도 3 의 하나의 화학 조성 예시 윈도우를 도시한다. 도 4 에서 영역 (p, q, r, s, t, u 및 v) 의 프레임 내에 놓여 있는 화학 조성 윈도우는 표 6 의 다음의 라벨링된 좌표 위치들로 정의된다.
Figure 112016084936719-pct00006
위의 참조 재료 (Q 및 R) 뿐만 아니라 본 발명의 합금들 (A ~ P) 은 종방향으로의 A50, A5 및 Ag 에 대한 연신율 값들, 인장 강도 (Rm) 뿐만 아니라 항복 강도들 (Rp0 .2 및 Rp1 .0) 을 결정함으로써 더욱 테스트되었다. 표 7 은 참조 듀플렉스 스테인레스 강들 (Q 및 R) 에 대한 각각의 값들뿐만 아니라 본 발명의 합금들 (A ~ P) 에 대한 테스트들의 결과들을 담고 있다.
Figure 112016084936719-pct00007
표 7 의 결과들은, 합금들 (A ~ P) 에 대한 항복 강도 값들 (Rp0 .2 및 Rp1 .0) 이 참조 듀플렉스 스테인레스 강들 (Q 및 R) 에 대한 각각의 값들보다 더 작고, 인장 강도 값 (Rm) 은 참조 듀플렉스 스테인레스 강들 (Q 및 R) 과 유사하다는 점을 보인다. 합금들 (A ~ P) 의 연신율 값들 (A50, A5 및 Ag) 은 참조 스테인레스 강들 (Q 및 R) 에 대한 각각의 값들보다 더 작다. 본 발명에 따른 합금들 (A ~ P) 이 실험실 규모로 제조되고 참조 듀플렉스 스테인레스 강들 (Q 및 R) 은 제조 규모로 제조되기 때문에, 표 7 의 강도 값들은 서로 직접적으로 비교할 수 없다.
본 발명의 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강은 잉곳들, 슬래브들, 블룸들, 빌렛들 및, 플레이트들, 시트들, 스트립들, 코일들과 같은 편평한 제품들, 및, 바들, 로드들, 와이어들, 프로파일들 및 형강들, 심리스 및 용접된 튜브 및/또는 파이프들과 같은 긴 제품들로서 제조될 수 있다. 또한, 금속 분말, 성형된 형강들 및 프로파일들과 같은 추가의 제품들이 제조될 수 있다.

Claims (17)

  1. TRIP 효과를 이용하는 고성형성 및 균형잡힌 (balanced) 내공식지수 (pitting resistance equivalent) 와 함께 고내식성을 갖는 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강으로서,
    상기 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강은 0.04 중량% 미만의 탄소, 0.2 ~ 0.8 중량% 의 규소, 2.0 중량% 미만의 망간, 16.5 ~ 19.5 중량% 의 크롬, 3.0 ~ 4.7 중량% 의 니켈, 1.5 ~ 4.0 중량% 의 몰리브덴, 3.5 중량% 미만의 텅스텐, 1 중량% 미만의 구리, 0.13 ~ 0.26 중량 % 의 질소를 함유하고, 나머지는 철 및, 스테인레스 강들에서 발생되는 불가피한 불순물들이고,
    상기 내공식지수 (PRE) 는 30 ~ 36 의 범위를 갖고,
    측정된 Md30 온도는 -30 ~ 90 ℃ 의 범위이고,
    임계 공식 온도 (CPT) 는 34 ~ 45 ℃ 인, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
    상기 내공식지수 (PRE) 는 식 (1) 을 이용하여 계산된다:
    PRE = %Cr+3.3*(%Mo+0.5%W)+30*%N-%Mn (1)
  2. 제 1 항에 있어서,
    마이크로구조의 오스테나이트상의 비율은, 900 ~ 1200 ℃, 또는 950 ~ 1150 ℃ 의 온도 범위에서 열 처리될 때, 45 ~ 80 체적%, 또는 55 ~ 70 체적% 이고, 나머지는 페라이트인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    측정된 Md30 온도는 10 ~ 60 ℃ 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 크롬의 함량은 16.5 ~ 18.8 중량% 인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 니켈의 함량은 3.0 ~ 4.5 중량% 인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 망간의 함량은 1.0 중량% 미만인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구리의 함량은 0.7 중량% 이하, 또는 0.5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텅스텐의 함량은 1 ~ 3.5 중량% 인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    식 (Mo+0.5W) 에 따른 상기 몰리브덴 (Mo) 의 함량과 상기 텅스텐 (W) 의 함량의 합계는 4.0 중량% 미만, 또는 2.2 ~ 3.8 중량% 인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소의 함량은 0.16 ~ 0.25 중량% 인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테인레스 강은 선택적으로 하나 이상의 첨가된 원소들: 0.04 중량% 미만의 Al, 또는 0.03 중량% 미만의 Al, 0.004 중량% 미만의 B, 0.004 중량% 미만의 Ca, 0.1 중량% 미만의 Ce, 1 중량% 이하의 Co, 0.1 중량% 이하의 Nb, 0.1 중량% 이하의 Ti, 0.2 중량% 이하의 V 을 함유하는 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  14. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테인레스 강은, 불가피한 불순물들로서, 합계 (S+P) 가 0.04 중량% 미만이도록 0.010 중량% 미만, 또는 0.005 중량% 미만의 S 및 0.040 중량% 미만의 P 을 함유하고, 전체 산소 함량이 100 ppm 미만인 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
  15. 제 1 항에 있어서,
    아래의 도 1 에서 영역 (a', b', c', d', e' 및 f') 의 프레임 내에 놓여 있는 화학 조성 윈도우는 중량% 로 다음의 라벨링된 좌표의 위치들로 정의되는 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
    Figure 112021100763486-pct00008

    도 1
    Figure 112021100763486-pct00014
  16. 제 1 항에 있어서,
    아래의 도 3 의 영역 (p', q', r' 및 s') 의 프레임 내에 놓여 있는 화학 조성 윈도우는 중량% 로 다음의 라벨링된 좌표의 위치들로 정의되는 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
    Figure 112020005861725-pct00009

    도 3
    Figure 112020005861725-pct00015
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강은, 잉곳들, 슬래브들, 블룸들 (blooms), 빌렛들, 플레이트들, 시트들, 스트립들, 코일들, 바들, 로드들, 와이어들, 프로파일들 및 형강 (shapes) 들, 심리스 및 용접된 튜브들 및/또는 파이프들, 금속 분말, 성형된 형강들 및 프로파일들로서 제조되는 것을 특징으로 하는, 듀플렉스 페라이트 오스테나이트계 스테인레스 강.
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