KR102494720B1 - Low alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of weld zone - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강을 개시한다.
개시되는 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강의 일 실시예에 따르면, 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0 내지 2.0%, Cr: 18 내지 24%, Ni: 1 내지 4%, Mo: 0.5 내지 1.0%, Cu: 1 내지 3%, N: 0.15 내지 0.25%, Zr: 0.1% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하고, 압연방향과 평행하고, 강재 표면과 수직인 면을 투과전자현미경으로 관찰했을 때, 관찰면적 200㎛2 내에 종횡비 5 이상의 막대(rod)형 M2X 석출물의 면적률이 1.5% 이하일 수 있다.
Disclosed herein is a low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness.
According to one embodiment of the disclosed low-alloy duplex stainless steel with improved impact toughness, in weight percent, C: 0.05% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 18 to 24%, Ni: 1 to 4%, Mo: 0.5 to 1.0%, Cu: 1 to 3%, N: 0.15 to 0.25%, Zr: 0.1% or less and the remainder including Fe and unavoidable impurities, parallel to the rolling direction, When a surface perpendicular to the steel surface is observed with a transmission electron microscope, the area ratio of rod-shaped M 2 X precipitates having an aspect ratio of 5 or more within an observation area of 200 μm 2 may be 1.5% or less.

Description

용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강 {Low alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of weld zone}Low alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of weld zone}

본 발명은 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것이다. The present invention relates to a low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness.

듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트상과 페라이트상의 두 가지 상을 가지고, 고강도, 고내식 특성으로 인하여 석유화학, 담수설비, 펌프 및 케미컬 탱크 재료 등에 사용되고 있다. 또한, 듀플렉스 스테인리스강은 일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 Ni 함량이 낮기 때문에 비용이 저렴하고, 원료가격에 대한 변동이 상대적으로 적은 재료로서 주목을 받고 있다. Duplex stainless steel has two phases, an austenite phase and a ferrite phase, and is used in petrochemicals, desalination facilities, pumps, and chemical tank materials due to its high strength and high corrosion resistance. In addition, since duplex stainless steel generally has a lower Ni content than austenitic stainless steel, it is attracting attention as a material with low cost and relatively little fluctuation in raw material prices.

최근에는 기존 듀플렉스 스테인리스강인 ASTM A240에 규격화되어 있는 S32205(대표 성분: 22Cr-5Ni-3Mo-0.16N) 대비 Ni 및 Mo 함량이 더 낮은 저합금 듀플렉스 스테인리스강을 개발하여 비용을 더욱 저감시키고자 하고 있다. 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 STS304와 유사한 수준의 내식성을 가지면서도 항복강도가 더 높기 때문에 수문, 담수설비 부재, 건자재 등의 용도로 사용되고 있으며, 그 대표적인 예로 ASTM A240에 규격화된 S32101(대표성분: 22Cr-1.5Ni-5Mn-0.22N)이 있다.Recently, compared to S32205 (representative component: 22Cr-5Ni-3Mo-0.16N) standardized in ASTM A240, the existing duplex stainless steel, low-alloy duplex stainless steel with lower Ni and Mo content is being developed to further reduce costs. . Low-alloy duplex stainless steel has a similar level of corrosion resistance to STS304 but higher yield strength, so it is used for sluice gates, desalination equipment members, and construction materials. 1.5Ni-5Mn-0.22N).

저합금 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트상 안정화 원소인 Ni 함량을 저감하면서도 오스테나이트상과 페라이트상의 비율을 각각 40 내지 60%로 유지해야 된다. 이에 따라, Ni 대체하여 오스테나이트상을 안정화시킬 수 있는 Mn 또는 N 성분을 적극 활용해야 하며, 제강기술의 발달로 용강 중 질소 첨가가 용이해짐에 따라 0.15중량% 이상의 고질소 성분계를 갖는 저합금 듀플렉스 스테인리스강이 개발되고 있다. In the low-alloy duplex stainless steel, the ratio of the austenite phase and the ferrite phase should be maintained at 40 to 60%, respectively, while reducing the Ni content, which is an austenite phase stabilizing element. Accordingly, it is necessary to actively utilize Mn or N components that can replace Ni and stabilize the austenite phase, and as the addition of nitrogen in molten steel has become easier with the development of steelmaking technology, low-alloy duplexes with a high nitrogen component system of 0.15% by weight or more Stainless steel is being developed.

그러나, 고질소 성분계는 용접 후 냉각하는 과정에서 용접 열영향부(welding heat affected zone, HAZ)에 과도한 질화물을 석출시켜 충격인성을 저하시키는 원인으로 작용하는 문제가 있다. 특히, 용접 생산성 향상을 위하여 입열량을 증대시킨 대입열 용접조건 하에서는 용접 열영향부에서 Cr 질화물 석출이 더욱 조장되기 때문에, Cr 질화물 석출을 억제하여 열영향부 충격인성을 향상시키는 것이 필요하다.However, the high nitrogen component system has a problem in that it acts as a cause of deteriorating impact toughness by depositing excessive nitrides in a welding heat affected zone (HAZ) during a cooling process after welding. In particular, since precipitation of Cr nitride is further promoted in the heat-affected zone under high heat input welding conditions in which heat input is increased to improve welding productivity, it is necessary to suppress precipitation of Cr nitride to improve impact toughness of the heat-affected zone.

한국 공개특허공보 제10-2016-0077370호(공개일자: 2016년07월04일)Korean Patent Publication No. 10-2016-0077370 (published on July 4, 2016)

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 대입열 용접 조건 하에서 용접부 충격인성 저하 및 내식성 저하를 억제하여 용접 생산성을 향상시킬 수 있는 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness that can improve welding productivity by suppressing the decrease in impact toughness and corrosion resistance of the weld under high heat input welding conditions.

상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0 내지 2.0%, Cr: 18 내지 24%, Ni: 1 내지 4%, Mo: 0.5 내지 1.0%, Cu: 1 내지 3%, N: 0.15 내지 0.25%, Zr: 0.1% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하고, 압연방향과 평행하고, 강재 표면과 수직인 면을 투과전자현미경으로 관찰했을 때, 관찰면적 200㎛2 내에 종횡비 5 이상의 막대(rod)형 M2X 석출물의 면적률이 1.5% 이하일 수 있다. As a means for achieving the above object, the low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness according to an embodiment of the present invention contains, by weight, C: 0.05% or less, Si: 1.0% or less, and Mn: 1.0 to 2.0%. , Cr: 18 to 24%, Ni: 1 to 4%, Mo: 0.5 to 1.0%, Cu: 1 to 3%, N: 0.15 to 0.25%, Zr: 0.1% or less, and the rest is Fe and unavoidable impurities Including, when the surface parallel to the rolling direction and perpendicular to the steel surface is observed with a transmission electron microscope, the area ratio of rod-shaped M 2 X precipitates with an aspect ratio of 5 or more within an observation area of 200 μm 2 is 1.5% or less can

또한, 본 발명에 따른 각 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 하기 식 (1)로 표현되는 fCr이 0.001 이하일 수 있다.In addition, the low-alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of each welded part according to the present invention may have f Cr represented by the following formula (1) of 0.001 or less.

(1) fCr = [%Cr]/%Cr(1) f Cr = [%Cr]/%Cr

상기 식 (1)에서, [%Cr]은 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%를 의미하며, %Cr은 모재 평균 Cr중량%를 의미한다.In the above formula (1), [%Cr] means the Cr weight% contained in the precipitate when the residue is extracted from the precipitate in the steel material, and %Cr means the average Cr weight% of the base material.

또한, 본 발명에 따른 각 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 용접으로 용융된 영역의 응고 시 하기 식 (2)로 표현되는 오스테나이트상의 생성 속도(Vα→γ)가 0.24 이상일 수 있다. In addition, the low-alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of each weld according to the present invention may have an austenite phase formation rate (V α→γ ) of 0.24 or more, expressed by the following formula (2), during solidification of the molten region by welding. there is.

(2) Vα→γ = [%γ1100℃]/(T1 - 1100℃)(2) V α→γ = [%γ 1100℃ ]/(T 1 - 1100℃)

상기 식 (2)에서, [%γ1100℃]는 1100℃에서 오스테나이트상 면적분율을 의미하며, T1은 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도를 의미한다.In Equation (2), [%γ 1100 °C ] means the area fraction of the austenite phase at 1100 °C, and T 1 means the temperature at which the formation of the austenite phase begins.

또한, 본 발명에 따른 각 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 하기 식 (3)으로 표현되는 PCIV가 120 이상일 수 있다. In addition, the low-alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of each welded part according to the present invention may have a PCIV of 120 or more represented by the following formula (3).

(3) PCIV = -30.3 + 3.87*[%γ] + 247*Vα→γ - 68326*fCr (3) PCIV = -30.3 + 3.87*[%γ] + 247*V α→γ - 68326*f Cr

상기 식 (3)에서, [%γ]는 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율을 의미한다. Vα→γ은 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 생성 속도로 다음의 식으로 도출되며, Vα→γ = [%γ1100℃]/(T1 - 1100℃), [%γ1100℃]는 1100℃에서 오스테나이트상 면적분율을 의미하고, T1은 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도를 의미한다. fCr은 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%을 모재 평균 Cr중량%으로 나눈 값을 의미한다.In the above formula (3), [%γ] means the area fraction of the austenite phase in the weld heat-affected zone. V α→γ is the rate of formation of the austenite phase during solidification of the molten region by welding and is derived from the following formula, V α→γ = [%γ 1100℃ ]/(T 1 - 1100℃), [%γ 1100 ℃ ] means the area fraction of the austenite phase at 1100 ℃, T 1 means the temperature at which the formation of the austenite phase begins. f Cr means the value obtained by dividing the Cr weight % contained in the precipitate by the average Cr weight % of the base metal when the precipitate in the steel material is extracted.

또한, 본 발명에 따른 각 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 용접 열영향부의 오스테나이트상 면적분율이 45 내지 54%일 수 있다. Further, in the low-alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of each welded part according to the present invention, the area fraction of the austenite phase in the weld heat-affected zone may be 45 to 54%.

또한, 본 발명에 따른 각 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J/cm2 이상일 수 있다.In addition, the low-alloy duplex stainless steel with improved impact toughness of each welded part according to the present invention may have a room temperature Charpy impact value of 120 J/cm 2 or more in the weld heat-affected zone.

또한, 본 발명에 따른 각 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 임계공식온도가 25℃ 이상일 수 있다. In addition, the low-alloy duplex stainless steel having improved impact toughness of each welded part according to the present invention may have a critical pitting temperature of 25° C. or higher.

본 발명에 따르면 대입열 용접 조건 하에서 용접 열영향부의 충격인성 저하를 억제하여 용접 생산성의 향상을 도모할 수 있으며, Ni, Mo 등의 고가의 합금원소 함량을 저감하여 원가가 상대적으로 저렴한 저합금 듀플렉스 스테인리스강을 제공할 수 있다. 구체적으로, M2X 석출물의 분포, 강재의 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%을 모재 평균 Cr중량%로 나눈 비(fCr), 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 생성 속도(Vα→γ) 및 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율을 제어하여 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve welding productivity by suppressing the decrease in impact toughness of the heat-affected zone under high heat input welding conditions, and to reduce the content of expensive alloy elements such as Ni and Mo, so that the cost is relatively low-alloy duplex. Stainless steel can be provided. Specifically, the distribution of M 2 X precipitates, the ratio (f Cr ) of dividing the weight % of Cr contained in the precipitates by the average weight % of the parent material when the precipitates of steel materials are extracted from the residue (f Cr ), the austenite phase during solidification of the region melted by welding It is possible to provide a low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness by controlling the formation rate (V α→γ ) and the area fraction of the austenite phase in the heat-affected zone of the weld.

본 발명에 따르면 적절한 합금설계를 통하여 개선된 용접부의 충격인성과 충분한 내식성을 동시에 확보할 수 있는 저합금 듀플렉스 스테인리스강을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a low-alloy duplex stainless steel that can simultaneously secure improved impact toughness and sufficient corrosion resistance of a welded part through an appropriate alloy design.

본 발명에 따른 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 용접부 충격인성이 우수하고, 충분한 내식성을 가지며, STS304 또는 STS316L 대비 원료비용이 저렴하므로, 담수설비, 식음료 설비, 수문 등의 다양한 산업설비용 소재로 적용 가능하다. The low-alloy duplex stainless steel according to the present invention has excellent weld impact toughness, sufficient corrosion resistance, and low raw material cost compared to STS304 or STS316L, so it can be applied as a material for various industrial facilities such as desalination facilities, food and beverage facilities, and sluice gates. .

도 1은 용접 열영향부에서 실제로 측정된 상온 샤르피 충격값 대비 PCIV로 예상된 샤르피 충격값을 도시한 그래프이다. 1 is a graph showing a Charpy impact value predicted by PCIV compared to a room temperature Charpy impact value actually measured in a weld heat-affected zone.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Preferred embodiments of the present invention are described below. However, the embodiments of the present invention can be modified in many different forms, and the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific examples. Therefore, for example, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly requires them to be singular. In addition, the terms "include" or "have" used in this application are used to clearly indicate that the features, steps, functions, components, or combinations thereof described in the specification exist, but other features It should be noted that it is not intended to be used to preliminarily exclude the presence of any steps, functions, components, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be regarded as having the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, certain terms should not be interpreted in an overly idealistic or formal sense unless clearly defined herein. For example, in this specification, a singular expression includes a plurality of expressions unless there is a clear exception from the context.

또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.In addition, "about", "substantially", etc. in this specification are used at or in the sense of or close to the value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and are accurate to aid in understanding the present invention. or absolute numbers are used to prevent unfair use by unscrupulous infringers of the stated disclosure.

또한, 본 명세서의 "대입열 용접(high heat input welding)"이란 용접 입열량이 높은 용접이라고 정의할 수 있으며, 기존에 사용하던 용접기법보다 입열량이 높은 용접기법을 통상적으로 지칭한다. "대입열 용접조건"이란 일반 용접에 비해 높은 입열량을 갖는 용접조건을 의미하며, 예를 들면 용접 입열량이 약 3.5MJ/m 이상의 용접조건을 의미할 수 있다. In addition, "high heat input welding" in the present specification may be defined as welding having a high welding heat input, and generally refers to a welding technique having a higher heat input than conventional welding techniques. "High heat input welding condition" means a welding condition having a higher heat input than normal welding, and may mean, for example, a welding condition with a welding heat input of about 3.5 MJ/m or more.

또한, 본 명세서에서 대입열 용접조건 하에서도 개선된 충격인성을 확보할 수 있다는 기재의 의미는 일반적인 용접조건에 비하여 입열량이 높아 용접부 충격인성이 저조될 가능성이 상대적으로 높은 대입열 용접조건 하에서도 개선된 충격인성을 확보할 수 있다는 효과를 강조하는 것이며, 일반적인 용접조건 하에서도 개선된 충격인성을 확보할 수 있다는 점을 유의할 필요가 있다. In addition, in this specification, the meaning of the description that improved impact toughness can be secured even under high heat input welding conditions is that the heat input is high compared to general welding conditions, even under high heat input welding conditions where the possibility of lowering the impact toughness of the weld is relatively high. It is to emphasize the effect that improved impact toughness can be secured, and it is necessary to note that improved impact toughness can be secured even under general welding conditions.

또한, 본 명세서에서 "용접 열영향부"란 용접열에 의해 금속조직이나 성질에 변화를 받은 강재의 영역을 의미하며, 용접열에 의해 온도가 상승한 지점으로부터 용접열에 의해 온도가 상승하지 않은 상온인 지점까지의 영역을 총칭한다. 본 명세서에서 "용접부"란 용접금속 및 용접 열영향부를 포함하는 부분의 영역을 의미한다. In addition, in this specification, "welding heat-affected zone" means a region of a steel material whose metal structure or properties are changed by welding heat, from the point where the temperature rises due to welding heat to the point where the temperature does not rise due to welding heat and is at room temperature. covers the area of In this specification, the term "welded portion" refers to a region of a portion including a weld metal and a weld heat-affected zone.

저합금 듀플렉스 스테인리스강의 용접 열영향부 충격인성을 향상시키기 위해서는 용접 열영향부에서 석출되는 Cr 질화물을 감소시키는 것이 중요하다. 듀플렉스 스테인리스강은 용접으로 용융된 영역의 응고 시 페라이트 단상으로 응고가 시작되어 오스테나이트상으로 변태되며, 최종적으로 각 상이 40 내지 60%의 면적분율을 가진다. 페라이트상은 체심입방형 결정구조를 가지기 때문에 침입형 원소인 질소에 대한 고용도가 오스테나이트상에 비하여 낮다. 따라서 응고 초기 페라이트 단상 구간에서 질소가 과포화된 상태가 되며, 과포화된 질소는 Cr과 반응하여 500 내지 600℃ 범위의 온도에서 Cr 질화물을 형성, 석출하게 된다. 이렇게 석출된 Cr 질화물은 종횡비(aspect ratio) 5 이상의 막대(rod)형태를 가지며, 군집 형태로 석출되어 충격인성을 저하시킨다. In order to improve the weld heat-affected zone impact toughness of low-alloy duplex stainless steel, it is important to reduce Cr nitride precipitated in the weld heat-affected zone. Duplex stainless steel begins to solidify into a ferrite single phase during solidification of the molten region by welding and transforms into an austenite phase, and finally each phase has an area fraction of 40 to 60%. Since the ferrite phase has a body-centered cubic crystal structure, the solubility of nitrogen, an interstitial element, is lower than that of the austenite phase. Therefore, nitrogen becomes supersaturated in the ferrite single-phase section in the initial stage of solidification, and the supersaturated nitrogen reacts with Cr to form and precipitate Cr nitride at a temperature in the range of 500 to 600 ° C. Cr nitride precipitated in this way has a rod shape with an aspect ratio of 5 or more, and is precipitated in a cluster form to reduce impact toughness.

따라서, 강재의 미세조직 내 군집형태의 Cr 질화물의 석출량이 적도록 제어하면 충격인성의 저하를 방지할 수 있다. 이에 착안하여 본 발명의 연구자들은 압연방향과 평행하고, 강재 표면과 수직인 면을 투과전자현미경으로 관찰했을 때, 관찰면적 200㎛2 내에 종횡비 5 이상의 막대형 M2X 석출물의 면적률이 1.5% 이하가 되도록 제어하면 대입열 용접조건에서도 양호한 충격인성 확보가 가능한 것을 확인하였다. 여기서, M2X 석출물은 금속원자(M)와 침입형원소(X)가 화학양론적으로 2:1의 비율로 결합하고 있는 화합물을 의미하며, 일 예를 들면 Cr 질화물(Cr2N)이 있다.Therefore, if the amount of precipitation of Cr nitrides in the form of clusters in the microstructure of the steel is controlled to be small, it is possible to prevent a decrease in impact toughness. Focusing on this, the researchers of the present invention observed a surface parallel to the rolling direction and perpendicular to the steel surface with a transmission electron microscope, and the area ratio of rod-shaped M 2 X precipitates with an aspect ratio of 5 or more was 1.5% within an observation area of 200 μm 2 It was confirmed that good impact toughness can be secured even under high heat input welding conditions when controlled so as to be as follows. Here, the M 2 X precipitate refers to a compound in which a metal atom (M) and an interstitial element (X) are stoichiometrically bonded at a ratio of 2:1, and for example, Cr nitride (Cr 2 N) is there is.

또한, 듀플렉스 스테인리스강의 합금성분에 따라 용접 열영향부에는 다양한 종류의 석출물이 존재할 수 있으나, Ti, Nb, V 등 석출물 형성이 용이한 합금원소를 포함하지 않는 한, 대부분의 석출물은 Cr을 포함하는 석출물로 존재하게 된다. 이에 착안한 본 발명의 일 예에 따르면 다음의 저합금 듀플렉스 스테인리스강의 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%을 모재 평균 Cr중량%로 나눈 비 (fCr)값이 0.001 이하인 경우에도 대입열 용접조건에서도 양호한 충격인성 확보가 가능하다. In addition, various types of precipitates may exist in the heat-affected zone of welding depending on the alloy components of the duplex stainless steel, but most of the precipitates are Cr-containing, unless alloying elements such as Ti, Nb, and V are easily formed. It exists as a precipitate. According to an example of the present invention focusing on this, when the precipitates of the following low-alloy duplex stainless steel are extracted, the ratio (f Cr ) of dividing the Cr weight % contained in the precipitate by the average Cr weight % of the base material is substituted even when the value is 0.001 or less. It is possible to secure good impact toughness even under heat welding conditions.

(1) fCr = [%Cr]/%Cr(1) f Cr = [%Cr]/%Cr

상기 식 (1)에서, [%Cr]은 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%를 의미하며, %Cr은 모재 평균 Cr중량%를 의미한다.In the above formula (1), [%Cr] means the Cr weight% contained in the precipitate when the residue is extracted from the precipitate in the steel material, and %Cr means the average Cr weight% of the base material.

용접 열영향부의 충격인성을 저하시키는 Cr 질화물의 생성을 억제하는 방안으로서, 용접으로 용융된 영역이 응고하여 형성되는 페라이트상 내에 과포화된 질소를 감소시켜 Cr 질화물을 형성하는 질소의 함량을 낮추는 방안이 있다. 본 발명의 발명자들은 오스테나이트상은 면심입방형 결정구조를 가지기 때문에 질소에 대한 고용도가 페라이트상에 비해 큰 점에 착안하여 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ)를 증가시키면 페라이트상에 과포화된 질소를 줄일 수 있는 것을 확인하였다. As a method of suppressing the generation of Cr nitride that lowers the impact toughness of the weld heat-affected zone, a method of reducing the content of nitrogen forming Cr nitride by reducing supersaturated nitrogen in the ferrite phase formed by solidification of the molten region by welding is there is. The inventors of the present invention paid attention to the fact that the austenite phase has a face-centered cubic crystal structure, so the solid solubility for nitrogen is greater than that of the ferrite phase, and the formation rate of the austenite phase (V α→γ ) during solidification of the molten region by welding It was confirmed that the supersaturated nitrogen in the ferrite phase can be reduced by increasing .

그러나, 실험적으로 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ)를 측정하기는 어렵기 때문에, 열역학적인 계산을 통해 Vα→γ를 도출하였다. 열역학적 계산에는 Thermo-Calc 소프트웨어를 사용하였으며, 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도(T1)과 그때의 오스테나이트상 면적분율 0.0%에서 1100℃에서의 오스테나이트상 면적분율 간 평균 기울기를 다음과 같이 계산하여 도출하였다.However, since it is difficult to measure the austenite phase formation rate (V α→γ ) experimentally, V α→γ was derived through thermodynamic calculation. Thermo-Calc software was used for thermodynamic calculation, and the average slope between the temperature at which the austenite phase starts to form (T 1 ) and the austenite phase area fraction at 0.0% at 1100 ° C is as follows: It was derived by calculation.

(2) Vα→γ = [%γ1100℃]/(T1 - 1100℃)(2) V α→γ = [%γ 1100℃ ]/(T 1 - 1100℃)

상기 식 (2)에서, [%γ1100℃]는 1100℃에서 오스테나이트상 면적분율을 의미하며, T1은 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도를 의미한다. 1100℃를 기준으로 오스테나이트 형성속도를 도출한 이유는 열역학 계산 상 1100℃까지는 오스테나이트상 면적분율이 선형적으로 증가하는 구간이며, 실험적으로 1100℃를 초과하는 온도에서는 시간에 따른 상분율의 변화가 미미하여 오스테나이트상이 안정된 온도라고 판단되기 때문이다. In Equation (2), [%γ 1100 °C ] means the area fraction of the austenite phase at 1100 °C, and T 1 means the temperature at which the formation of the austenite phase begins. The reason why the austenite formation rate was derived based on 1100 ° C is that the area fraction of the austenite phase increases linearly up to 1100 ° C in thermodynamic calculations, and the phase fraction changes with time at temperatures exceeding 1100 ° C experimentally This is because it is judged that the austenite phase is at a stable temperature because is insignificant.

또한, 오스테나이트상은 결정학적 특성에 의하여 페라이트상 보다 충격인성이 우수하며, 온도가 낮아짐에 따라 연성천이구간이 나타나지 않으므로, 오스테나이트상의 면적분율이 증가할수록 충격인성이 개선되는 경향이 있다. 본 발명의 일 예에 따른 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 용접 열영향부의 오스테나이트상 면적분율이 45 내지 54%일 수 있다. In addition, the austenite phase has better impact toughness than the ferrite phase due to its crystallographic characteristics, and since the ductile transition region does not appear as the temperature decreases, the impact toughness tends to improve as the area fraction of the austenite phase increases. In the low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness according to one embodiment of the present invention, the area fraction of the austenite phase in the weld heat-affected zone may be 45 to 54%.

본 발명의 발명자들은 대입열 용접조건 하에서 보다 개선된 용접부 충격인성을 확보하기 위하여 용접부 충격인성을 개선할 수 있는 상술한 fCr, Vα→γ, 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율을 조합하여 용접 열영향부의 상온 충격인성을 평가할 수 있는 파라미터 PCIV를 도출하였다. The inventors of the present invention have developed the above-mentioned f Cr , V α→γ , and the area fraction of the austenite phase in the heat-affected zone of the weld, which can improve the impact toughness of the weld zone in order to secure more improved impact toughness of the weld zone under high heat input welding conditions. In combination, the parameter PCIV that can evaluate the room temperature impact toughness of the weld heat-affected zone was derived.

(3) PCIV = -30.3 + 3.87*[%γ] + 247*Vα→γ - 68326*fCr (3) PCIV = -30.3 + 3.87*[%γ] + 247*V α→γ - 68326*f Cr

상기 식 (3)에서, [%γ]는 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율을 의미한다. Vα→γ은 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 생성 속도로 상술한 식 (2)로 도출된다. fCr은 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%을 모재 평균 Cr중량%으로 나눈 값으로 상술한 식 (1)로 도출된다. In the above formula (3), [%γ] means the area fraction of the austenite phase in the weld heat-affected zone. V α→γ is the rate of formation of the austenite phase during solidification of the region melted by welding and is derived from the above-described equation (2). f Cr is a value obtained by dividing the Cr weight % contained in the precipitate by the average Cr weight % of the base material when residue is extracted from the precipitate in the steel material, and is derived from the above-described equation (1).

PCIV는 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값을 보다 정밀하게 예상하여 목적하는 충격인성을 확보하기 위한 파라미터이다. 첨부된 도 1을 참조하면 용접 열영향부에서 실제로 측정된 상온 샤르피 충격값과 PCIV로 예상된 샤르피 충격값이 정비례하여 정합함을 알 수 있다. 본 발명에서는 PCIV가 120 이상이 되도록 제어하여 충분한 충격인성을 확보한다. PCIV is a parameter for securing the desired impact toughness by more precisely estimating the room temperature Charpy impact value of the weld heat-affected zone. Referring to FIG. 1, it can be seen that the room temperature Charpy impact value actually measured in the weld heat-affected zone and the Charpy impact value predicted by PCIV match in direct proportion. In the present invention, PCIV is controlled to be 120 or more to secure sufficient impact toughness.

본 발명에서 용접부 충격인성을 개선하기 위한 수단으로 설명한 M2X 석출물의 분포, fCr, Vα→γ, 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율 및 PCIV는 독립적인 수단으로 서로 종속하는 관계 아님을 유의할 필요가 있다. 또한, 용접부 충격인성을 개선하기 위하여 전술한 수단들은 각각 또는 조합되어 적용될 수 있다. 일 예를 들면 M2X 석출물의 분포를 제어하고, fCr 값을 제어하는 것으로 충격인성의 개선을 도모할 수 있으며, 다른 일 예를 들면 Vα→γ과 용접 열영향부에서의 오스테나이트 면적분율을 제어하여 충격인성의 개선을 도모할 수 있다. The distribution of M 2 X precipitates, f Cr , V α→γ , the area fraction of austenite phase in the weld heat-affected zone, and PCIV, which are described as means for improving the impact toughness of the weld zone in the present invention, are independent means and depend on each other. It should be noted that no In addition, in order to improve the weld impact toughness, the above-mentioned means may be applied individually or in combination. For example, it is possible to improve the impact toughness by controlling the distribution of M 2 X precipitates and controlling the f Cr value, and for another example, V α→γ and the austenite area in the weld heat affected zone. The impact toughness can be improved by controlling the fraction.

본 발명의 일 예에 따른 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0 내지 2.0%, Cr: 18 내지 24%, Ni: 1 내지 4%, Mo: 0.5 내지 1.0%, Cu: 1 내지 3%, N: 0.15 내지 0.25%, Zr: 0.1% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함할 수 있다. Low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness according to an example of the present invention, by weight, C: 0.05% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 18 to 24%, Ni : 1 to 4%, Mo: 0.5 to 1.0%, Cu: 1 to 3%, N: 0.15 to 0.25%, Zr: 0.1% or less, and the rest may include Fe and unavoidable impurities.

이하, 본 발명에 따른 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강의 합금성분의 함량범위에 대해서 설명한다. Hereinafter, the content range of the alloy components of the low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness according to the present invention will be described.

C의 함량은 0.05중량% 이하일 수 있다. The content of C may be 0.05% by weight or less.

C는 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이나, C함량이 과다하면 페라이트-오스테나이트 상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 부식 저항성을 감소시킨다. 충분한 내식성을 확보하기 위해 본 발명에서 C의 함량은 0.05중량% 이하로 제한된다. 내식성 향상 측면에서 본 발명에서 C의 함량은 바람직하게는 0.03중량% 이하일 수 있다. C is an effective element for increasing material strength by solid solution strengthening, but if the C content is excessive, it is easily combined with carbide-forming elements such as Cr, which are effective for corrosion resistance at the ferrite-austenite phase boundary, and reduces the corrosion resistance by lowering the Cr content around the grain boundary. let it In order to ensure sufficient corrosion resistance, the content of C is limited to 0.05% by weight or less in the present invention. In terms of improving corrosion resistance, the content of C in the present invention may be preferably 0.03% by weight or less.

Si의 함량은 1.0중량% 이하일 수 있다. The content of Si may be 1.0% by weight or less.

Si는 페라이트상 안정화원소로 작용하며, 탈산 목적을 위하여 첨가된다. 다만, Si은 과다첨가 되면 충격인성과 관련된 기계적 특성을 저하시키므로 본 발명에서 Si의 함량은 1.0중량% 이하로 제한된다. Si acts as a stabilizing element in the ferrite phase and is added for deoxidation purposes. However, since excessive addition of Si deteriorates mechanical properties related to impact toughness, the content of Si is limited to 1.0% by weight or less in the present invention.

Mn의 함량은 1.0 내지 2.0중량%일 수 있다. The content of Mn may be 1.0 to 2.0% by weight.

Mn은 용탕 유동도를 조절하기 위해 함유되며, 고가의 Ni를 대체하기 위한 오스테나이트상 안정화 원소로서 첨가된다. 또한, 적정량의 Mn은 열간 가공성을 향상시킬 수 있어 본 발명에서 Mn은 1.0중량% 이상 첨가된다. 그러나, Mn 함량이 과다하면 강 중의 S와 결합하여 MnS를 형성하여 내식성을 저하시킬 우려가 있으며, 열간 가공성도 오히려 저하될 수 있으므로 본 발명에서 Mn의 함량은 2.0중량% 이하로 제한된다. Mn is contained to control the fluidity of the molten metal and is added as an austenite phase stabilizing element to replace expensive Ni. In addition, an appropriate amount of Mn can improve hot workability, so Mn is added in an amount of 1.0% by weight or more in the present invention. However, if the Mn content is excessive, corrosion resistance may be deteriorated by forming MnS by combining with S in the steel, and hot workability may also deteriorate.

Cr의 함량은 18 내지 24중량%일 수 있다. The content of Cr may be 18 to 24% by weight.

Cr은 Mo와 함께 페라이트 안정화원소로 듀플렉스 스테인리스 강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라, 내식성 확보를 위한 필수 원소이다. Cr함량이 증가하면 내식성이 향상되나, 오스테나이트 상분율 유지를 위하여 고가의 Ni 함량도 함께 비례하여 첨가되어야 하는 단점이 있다. 이를 고려하여 듀플렉스 스테인리스강의 바람직한 상분율을 유지하면서 적정한 내식성 수준을 확보하기 위해서 본 발명에서 Cr의 함량은 18 내지 24중량%로 제한된다. 상술한 측면에서 Cr의 함량은 바람직하게는 19 내지 23중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 20 내지 22중량%일 수 있다. Cr, along with Mo, is a ferrite stabilizing element that not only plays a major role in securing the ferrite phase of duplex stainless steel, but is also an essential element for securing corrosion resistance. Corrosion resistance is improved when the Cr content is increased, but there is a disadvantage in that the expensive Ni content must be added in proportion to maintain the austenite phase fraction. In consideration of this, in order to secure an appropriate level of corrosion resistance while maintaining a desirable phase fraction of duplex stainless steel, the content of Cr is limited to 18 to 24% by weight in the present invention. In view of the above, the content of Cr may be preferably 19 to 23% by weight, more preferably 20 to 22% by weight.

Ni의 함량은 1 내지 4중량%일 수 있다. The content of Ni may be 1 to 4% by weight.

Ni은 Mn 및 N와 함께 오스테나이트상 안정화 원소로 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 상분율 확보에 주된 역할을 한다. 원가절감을 위하여 가격이 비싼 Ni을 대체하여 다른 오스테나이트상 형성 원소인 Mn과 N의 함량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 과도한 Ni 함량 감소는 오스테나이트 상분율 확보를 위해 Mn 및 N를 과다첨가하게 되어 오히려 내식성 및 열간가공성을 저하시킬 우려가 있거나, 페라이트상 안정화 원소인 Cr 및 Mo를 적게 첨가하게 되어 내식성 확보가 곤란하다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ni의 함량은 1 내지 4중량%로 제한된다. 원가 절감을 위하여 Ni의 함량은 바람직하게는 1 내지 3중량%일 수 있다. Ni, together with Mn and N, plays a major role in securing the austenite phase fraction of duplex stainless steel as an austenite phase stabilizing element. In order to reduce cost, the content of Mn and N, which are other austenite phase forming elements, can be increased by replacing expensive Ni. However, an excessive reduction in Ni content may result in excessive addition of Mn and N to secure the austenite phase fraction, resulting in a decrease in corrosion resistance and hot workability, or low addition of Cr and Mo, which are ferrite phase stabilization elements, resulting in poor corrosion resistance. It is difficult. Considering this, the content of Ni in the present invention is limited to 1 to 4% by weight. For cost reduction, the content of Ni may be preferably 1 to 3% by weight.

Mo의 함량은 0.5 내지 1.0중량%일 수 있다.The content of Mo may be 0.5 to 1.0% by weight.

Mo은 Cr과 같이 페라이트상 안정화 원소인 동시에 강력한 부식저항성 향상 원소로 본 발명에서 0.5중량% 이상으로 첨가된다. 그러나, Mo은 매우 고가의 원소이고, 함량이 과다하면 열처리 시 쉽게 시그마상을 형성하여 충격인성 및 내식성을 저하시키는 단점이 있어 본 발명에서 1.0중량% 이하로 첨가된다. 페라이트상 상분율 확보 및 내식성 확보를 위하여 Mo의 함량은 바람직하게는 0.6중량% 이상일 수 있다. 시그마상 형성 억제, 원가 절감을 위하여 Mo의 함량은 바람직하게는 0.7중량% 이하일 수 있다. Mo, like Cr, is a ferrite phase stabilizing element and at the same time a strong corrosion resistance improving element, is added in an amount of 0.5% by weight or more in the present invention. However, Mo is a very expensive element, and if the content is excessive, it easily forms a sigma phase during heat treatment to reduce impact toughness and corrosion resistance. In order to secure the phase fraction of the ferrite phase and secure corrosion resistance, the content of Mo may be preferably 0.6% by weight or more. In order to suppress sigma phase formation and reduce cost, the content of Mo may be preferably 0.7% by weight or less.

Cu의 함량은 1 내지 3중량%일 수 있다. The content of Cu may be 1 to 3% by weight.

Cu는 오스테나이트상 안정화 원소로서, 강재를 냉간변형할 때 마르텐사이트 상으로의 상변태를 억제시키며, 황산 분위기에서의 내식성을 향상시키므로 본 발명에서 Cu는 1중량% 이상으로 첨가된다. 그러나, Cu는 염소 분위기에서 공식저항성을 감소시키고, 과다 첨가 시 열간 가공성을 저하시킬 우려가 있으므로 본 발명에서 Cu 함량은 3중량% 이하로 관리된다. Cu is an austenitic phase stabilizing element, which suppresses the phase transformation to martensite phase when steel is cold-formed and improves corrosion resistance in a sulfuric acid atmosphere, so Cu is added in an amount of 1% by weight or more in the present invention. However, since Cu reduces pitting resistance in a chlorine atmosphere and may deteriorate hot workability when excessively added, the Cu content is managed to 3% by weight or less in the present invention.

N의 함량은 0.15 내지 0.25중량%일 수 있다.The content of N may be 0.15 to 0.25% by weight.

듀플렉스 스테인리스강에서 N은 Ni와 함께 오스테나이트상의 안정화에 크게 기여하는 원소 중의 하나이며, N 함량이 너무 적으면 오스테나이트 상분율 확보를 위해 Cr 및 Mo를 적게 첨가하여야 되어 용접부 강도 및 상 안정성 확보가 곤란하다. 또한, N 함량 증가는 부수적으로 강재의 내식성 및 강도를 향상시킬 수 있으므로 본 발명에서 N은 0.15중량% 이상으로 첨가된다. 그러나, N의 함량이 과다하면 열간 가공성을 저하시켜 실수율을 저하시킬 우려가 있으므로 본 발명에서 N은 0.25중량% 이하로 첨가된다. 실수율 향상 측면에서 N은 바람직하게는 0.20중량% 이하로 관리될 수 있다. In duplex stainless steel, N is one of the elements that greatly contributes to the stabilization of the austenite phase along with Ni. If the N content is too small, a small amount of Cr and Mo must be added to secure the austenite phase fraction, resulting in weld strength and phase stability. It is difficult. In addition, since an increase in N content can incidentally improve corrosion resistance and strength of steel, N is added in an amount of 0.15% by weight or more in the present invention. However, if the content of N is excessive, hot workability may be deteriorated to reduce the real yield, so in the present invention, N is added in an amount of 0.25% by weight or less. In terms of improving the real rate, N may be preferably managed to 0.20% by weight or less.

또한, 본 발명에 따른 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 선택적으로 Zr이 첨가될 수 있다. In addition, Zr may be optionally added to the low-alloy duplex stainless steel having improved weld impact toughness according to the present invention.

Zr의 함량은 0.1중량% 이하일 수 있다. The content of Zr may be 0.1% by weight or less.

Zr은 강의 강도를 향상시킬 수 있는 합금원소이며, 다른 석출물을 형성하지 않고 Cr 질화물의 석출을 억제한다. 본 발명에서 이러한 효과를 위하여 Zr은 선택적으로 첨가될 수 있다. 다만, 첨가되는 Zr의 함량이 0.1중량%를 초과하면 그 효과가 포화되며, 합금비용만을 증가시켜 바람직하지 않다. Zr is an alloying element capable of improving the strength of steel, and suppresses precipitation of Cr nitride without forming other precipitates. For this effect in the present invention, Zr may be optionally added. However, if the content of added Zr exceeds 0.1% by weight, the effect is saturated and only increases the alloy cost, which is not preferable.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in a normal manufacturing process, this cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, not all of them are specifically mentioned in this specification.

상술한 바에 따라 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 일 예에 따르면 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J/cm2 이상일 수 있다. According to an example, the low-alloy duplex stainless steel having improved weld impact toughness as described above may have a Charpy impact value of 120 J/cm 2 or more at room temperature in a weld heat-affected zone.

또한, 본 발명에 따른 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 적절한 합금설계를 통하여 충분한 내식성을 확보할 수 있다. 일 예에 따르면 임계공식온도가 25℃ 이상일 수 있다. In addition, the low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness according to the present invention can secure sufficient corrosion resistance through an appropriate alloy design. According to one example, the critical pitting temperature may be 25°C or higher.

본 발명에 따른 저합금 듀플렉스 스테인리스강은 용접부 충격인성이 우수하고, 충분한 내식성을 가지며, STS304 또는 STS316L 대비 원료비용이 저렴하므로, 담수설비, 식음료 설비, 수문 등의 다양한 산업설비용 소재로 적용 가능하다. The low-alloy duplex stainless steel according to the present invention has excellent weld impact toughness, sufficient corrosion resistance, and low raw material cost compared to STS304 or STS316L, so it can be applied as a material for various industrial facilities such as desalination facilities, food and beverage facilities, and sluice gates. .

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 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it should be noted that the following examples are only for illustrating the present invention in more detail, and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.

{실시예}{Example}

하기 표 1에 기재된 화학 조성을 가지는 강을 진공유도용해로에서 용해한 후, 열간압연을 수행한 후, 용체화 열처리를 1100 내지 1200℃ 구간에서 수행하여 두께 15㎜의 열간압연 판재로 제조하였다. After melting the steel having the chemical composition shown in Table 1 in a vacuum induction melting furnace, hot rolling was performed, and then solution heat treatment was performed in the range of 1100 to 1200 ° C. to prepare a hot-rolled sheet material having a thickness of 15 mm.

합금조성 (중량%)Alloy composition (% by weight) CC SiSi MnMn CrCr NiNi MoMo CuCu NN ZrZr 발명예1Invention example 1 0.0220.022 0.510.51 1.481.48 21.021.0 2.512.51 0.710.71 1.511.51 0.170.17 -- 발명예2Invention example 2 0.0200.020 0.490.49 1.531.53 21.021.0 2.572.57 0.750.75 1.001.00 0.160.16 -- 발명예3Invention example 3 0.0180.018 0.500.50 1.501.50 20.920.9 1.961.96 0.630.63 2.982.98 0.170.17 -- 발명예4Invention example 4 0.0300.030 0.760.76 1.781.78 20.520.5 2.002.00 0.600.60 2.002.00 0.190.19 0.010.01 발명예5Invention Example 5 0.0350.035 0.500.50 1.561.56 19.519.5 2.052.05 0.60.6 1.981.98 0.170.17 -- 발명예6Example 6 0.0210.021 0.480.48 1.691.69 20.120.1 2.132.13 0.710.71 2.342.34 0.180.18 -- 발명예7Example 7 0.0200.020 0.560.56 1.711.71 22.422.4 2.512.51 0.680.68 2.052.05 0.170.17 0.060.06 비교예1Comparative Example 1 0.0290.029 0.580.58 1.821.82 21.421.4 2.122.12 0.590.59 0.590.59 0.180.18 -- 비교예2Comparative Example 2 0.0190.019 0.500.50 4.904.90 21.021.0 1.971.97 0.810.81 0.980.98 0.170.17 -- 비교예3Comparative Example 3 0.0180.018 0.510.51 1.441.44 21.121.1 1.541.54 0.600.60 1.001.00 0.150.15 -- 비교예4Comparative Example 4 0.0320.032 0.620.62 2.562.56 20.520.5 2.002.00 0.580.58 1.521.52 0.180.18 -- 비교예7Comparative Example 7 0.0320.032 0.660.66 0.850.85 21.321.3 2.132.13 0.620.62 1.521.52 0.170.17 -- 비교예8Comparative Example 8 0.0250.025 0.580.58 0.920.92 21.521.5 2.202.20 0.640.64 2.212.21 0.180.18 -- 비교예9Comparative Example 9 0.0260.026 0.530.53 1.571.57 20.920.9 2.242.24 0.120.12 2.002.00 0.180.18 -- 비교예10Comparative Example 10 0.0330.033 0.650.65 1.841.84 22.122.1 2.052.05 0.320.32 1.981.98 0.190.19 -- 비교예11Comparative Example 11 0.0360.036 0.640.64 1.891.89 21.821.8 0.900.90 0.630.63 1.541.54 0.170.17 -- 비교예12Comparative Example 12 0.0280.028 0.710.71 1.811.81 21.521.5 2.002.00 0.610.61 2.332.33 0.280.28 --

용접특성을 평가하기 위하여 용접 열싸이클 모사시험을 수행하였다. 용접 열싸이클 시험은 다음의 방법으로 수행되었다. 시편을 130℃/s의 승온속도로 1350℃까지 가열하여 5초간 유지한 후, 10℃/s의 느린 냉각속도로 500℃까지 냉각하고, 500℃ 이하에서 상온까지는 급냉을 하도록 실험하였다. 여기서, 냉각속도 10℃/s는 용접 입열량이 통상의 조건보다 큰 대입열 용접 조건을 상정하여 실험한 것이다.A welding heat cycle simulation test was performed to evaluate the welding characteristics. The welding heat cycle test was performed in the following way. The specimen was heated to 1350 ° C at a heating rate of 130 ° C / s and maintained for 5 seconds, then cooled to 500 ° C at a slow cooling rate of 10 ° C / s, and rapidly cooled from 500 ° C or less to room temperature. Here, the cooling rate of 10°C/s is an experiment assuming a high heat input welding condition in which the welding heat input is greater than the normal condition.

하기 표 2에는 제조된 각 발명예, 비교예의 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ), 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율([%γ]), 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%을 모재 평균 Cr중량%으로 나눈 값(fCr), 석출물 면적율(%), 임계공식온도(℃) 및 용접 열영향부 상온 샤르피 충격값(J)을 나타내었다. Table 2 below shows the formation rate of austenite phase (V α→γ ), area fraction of austenite phase in the weld heat-affected zone ([%γ]), When residues are extracted from precipitates in steel materials, the Cr weight % contained in the precipitates divided by the average Cr weight % of the parent material (f Cr ), the precipitate area ratio (%), the critical pitting temperature (℃), and the Charpy impact value at room temperature in the heat-affected zone of welding (J) is shown.

용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ)는 열역학 계산 소프트웨어인 Thermo-Calc를 이용하여 계산하였으며, 전술한 바와 같이 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도(T1)과 그때의 오스테나이트상 면적분율(0.0%)에서 1100℃에서의 오스테나이트상 면적분율 간 평균 기울기를 다음과 같이 계산하여 도출하였다. The formation rate of the austenite phase (V α→γ ) during solidification of the molten region by welding was calculated using Thermo-Calc, a thermodynamic calculation software. As described above, the temperature at which the austenite phase starts to form (T 1 ) The average slope between the area fractions of the austenite phase at 1100 ° C. from the area fraction of the austenite phase at that time (0.0%) was calculated and derived as follows.

Vα→γ = [%γ1100℃]/(T1 - 1100℃)V α→γ = [%γ 1100℃ ]/(T 1 - 1100℃)

용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율([%γ])은 용접 열싸이클 모사시험 후 페라이트 스코프를 이용하여 시편의 단면에 대하여 5회 측정 후 평균값을 취하였다.The area fraction of the austenite phase ([%γ]) in the weld heat-affected zone was measured 5 times for the cross section of the specimen using a ferrite scope after the welding heat cycle simulation test, and the average value was taken.

fCr값은 용접 열싸이클 모사시험 후 다음의 방법으로 계산하였다. 시편을 잔사추출하여 지름 10㎛ 이상의 석출물을 추출한 뒤, ICP 분석을 통해 석출물에 포함된 Cr의 함량(중량%)을 각각 측정하였다. 측정된 석출물의 Cr중량%을 모재의 평균 Cr중량%으로 나누어 구하였다.The f Cr value was calculated by the following method after welding thermal cycle simulation test. After extracting a precipitate having a diameter of 10 μm or more by extracting the residue from the specimen, the content (wt%) of Cr contained in the precipitate was measured through ICP analysis. It was obtained by dividing the Cr weight% of the measured precipitate by the average Cr weight% of the base material.

석출물 면적율(%)은 용접 열싸이클 모사시험 후 다음의 방법으로 측정하였다. 압연방향과 평행하고, 강재 표면과 수직인 면을 관찰면으로 시편 단면 가공한 다음, 단면을 투과전자현미경으로 관찰하였다. 관찰면적 200㎛2 내에 종횡비 5 이상의 막대(rod)형 M2X 석출물의 면적률을 이미지 분석 프로그램을 통하여 분석하였다. The precipitate area ratio (%) was measured by the following method after a welding thermal cycle simulation test. The cross-section of the specimen was processed as an observation surface parallel to the rolling direction and perpendicular to the steel surface, and then the cross-section was observed with a transmission electron microscope. The area ratio of rod-shaped M 2 X precipitates having an aspect ratio of 5 or more within an observation area of 200 μm 2 was analyzed through an image analysis program.

임계공식온도(℃)는 용접 열싸이클 모사시험 후 ASTM G150 규격에 의거하여 1M NaCl 용액에 시편의 표면을 노출시킨 다음, 700mV 전압에서 0℃부터 1℃/s로 용액의 온도를 높이면서 전류밀도를 측정하였을 때, 100㎂/㎠ 이상의 전류밀도가 60초 동안 유지되는 온도를 측정하였다.The critical pitting temperature (℃) was determined by exposing the surface of the specimen to 1M NaCl solution in accordance with ASTM G150 standard after a welding thermal cycle simulation test, then increasing the temperature of the solution from 0 ℃ to 1 ℃ / s at a voltage of 700mV. Current density When measuring , the temperature at which a current density of 100 ㎂/cm 2 or more was maintained for 60 seconds was measured.

용접 열영향부 상온 샤르피 충격값(J)은 노치의 방향이 압연방향과 평행하도록 시편을 기계가공한 다음, 25 내지 30℃의 상온에서 샤르피 충격시험을 수행하여 측정하였다. The Charpy impact value (J) of the welding heat-affected zone at room temperature was measured by machining the specimen so that the direction of the notch is parallel to the rolling direction, and then performing a Charpy impact test at room temperature of 25 to 30 °C.

실시예Example Vα→γ
(%/℃)
V α→γ
(%/℃)
[%γ]
(%)
[%γ]
(%)
fCr f Cr 석출물
면적률
(%)
precipitate
area ratio
(%)
임계
공식
온도
(℃)
threshold
official
temperature
(℃)
용접 열영향부
상온 샤르피 충격값
(J)
weld heat affected zone
room temperature charpy impact value
(J)
발명예1Invention example 1 0.270.27 46.046.0 0.000720.00072 0.370.37 31.231.2 176176 발명예2Invention example 2 0.260.26 46.746.7 0.000710.00071 0.420.42 27.527.5 179179 발명예3Invention Example 3 0.280.28 47.547.5 0.000910.00091 0.810.81 25.225.2 181181 발명예4Invention example 4 0.330.33 50.650.6 0.000490.00049 0.170.17 28.328.3 197197 발명예5Invention Example 5 0.300.30 48.448.4 0.000510.00051 0.230.23 27.627.6 191191 발명예6Example 6 0.320.32 48.648.6 0.000560.00056 0.260.26 28.128.1 190190 발명예7Example 7 0.300.30 47.547.5 0.000400.00040 0.200.20 27.927.9 185185 비교예1Comparative Example 1 0.200.20 42.442.4 0.001030.00103 1.641.64 28.028.0 6161 비교예2Comparative Example 2 0.240.24 47.047.0 0.000480.00048 0.140.14 23.123.1 199199 비교예3Comparative Example 3 0.200.20 30.230.2 0.001180.00118 2.542.54 27.027.0 6161 비교예4Comparative Example 4 0.240.24 46.146.1 0.000840.00084 0.820.82 24.024.0 145145 비교예7Comparative Example 7 0.220.22 43.243.2 0.001020.00102 1.531.53 26.326.3 115115 비교예8Comparative Example 8 0.230.23 43.243.2 0.001090.00109 1.531.53 27.127.1 109109 비교예9Comparative Example 9 0.260.26 46.546.5 0.000990.00099 0.760.76 22.422.4 181181 비교예10Comparative Example 10 0.270.27 46.346.3 0.000900.00090 0.710.71 22.622.6 184184 비교예11Comparative Example 11 0.210.21 35.135.1 0.001490.00149 3.513.51 23.323.3 6363 비교예12Comparative Example 12 0.280.28 45.845.8 0.001640.00164 2.112.11 25.125.1 8686

표 1, 2를 참조하면 본 발명이 한정하는 합금조성, 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ), 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율, fCr 값, 석출물 면적율을 만족하는 발명예 1 내지 7은 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J 이상으로 충격인성이 향상되었다. 또한, 임계공식온도가 25 내지 35℃로 충분한 내식성도 확보하였다. Referring to Tables 1 and 2, the alloy composition defined by the present invention, the formation rate of the austenite phase during solidification of the molten region by welding (V α→γ ), the area fraction of the austenite phase in the heat-affected zone of welding, f Cr value , the room temperature Charpy impact value of the welding heat-affected zone was 120J or more, and the impact toughness was improved. In addition, sufficient corrosion resistance was secured with a critical pitting temperature of 25 to 35 °C.

반면, 비교예 1, 3, 7, 8, 11은 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ)가 0.24%/℃보다 낮아 페라이트 내에 질소가 과포화되었다. 그 결과, Cr 질화물이 과다해졌으며, 석출물 면적률이 1.5%를 초과하였다. 그 결과, 용접 열영향부의 충격인성이 저하되었으며, 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J 미만이었다. On the other hand, in Comparative Examples 1, 3, 7, 8, and 11, the austenite phase formation rate (V α→γ ) during solidification of the welded molten region was lower than 0.24%/° C., resulting in nitrogen supersaturation in ferrite. As a result, Cr nitride was excessive, and the precipitate area ratio exceeded 1.5%. As a result, the impact toughness of the welded heat-affected zone was lowered, and the room temperature Charpy impact value of the welded heat-affected zone was less than 120 J.

비교예 2, 4는 오스테나이트상 안정화원소인 Mn의 함량이 2.0중량%를 초과하여 충분한 오스테나이트상의 형성속도(Vα→γ)나 오스테나이트상 면적분율을 확보할 수 있어 충격인성은 양호하였다. 그러나, Mn의 함량이 과다하여 임계공식온도가 25℃ 미만으로 내식성이 저하되는 문제가 있었다. In Comparative Examples 2 and 4, the content of Mn, an austenite phase stabilizing element, exceeded 2.0% by weight, so that a sufficient austenite phase formation rate (V α → γ ) and austenite phase area fraction could be secured, so the impact toughness was good. . However, there is a problem in that the corrosion resistance is lowered due to the excessive Mn content and the critical pitting temperature is less than 25 ° C.

비교예 7, 8은 Mn의 함량이 1.0중량% 미만으로 지나치게 적게 첨가되어 오스테나이트상 면적분율을 충분히 확보하지 못하였다. 그 결과, 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J 미만으로 충격인성이 열위하였다. In Comparative Examples 7 and 8, the Mn content was less than 1.0% by weight, so that the area fraction of the austenite phase was not sufficiently secured. As a result, the normal temperature Charpy impact value of the welded heat-affected zone was less than 120 J, and the impact toughness was poor.

비교예 9, 10은 Mo의 함량이 0.5중량% 미만으로 지나치게 적게 첨가되어 내식성이 열위해졌다. In Comparative Examples 9 and 10, the content of Mo was added too little, less than 0.5% by weight, and the corrosion resistance was inferior.

비교예 11은 Ni의 함량이 1중량% 미만으로 지나치게 적게 첨가되어 충분한 오스테나이트상의 형성속도 및 오스테나이트상 면적률을 확보할 수 없었다. 그 결과, 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J 미만으로 충격인성이 열위하였다. Comparative Example 11 had an excessively small amount of Ni, less than 1% by weight, so that sufficient austenite phase formation rate and austenite phase area ratio could not be secured. As a result, the normal temperature Charpy impact value of the welded heat-affected zone was less than 120 J, and the impact toughness was poor.

비교예 12는 N의 함량이 0.25중량%를 초과하여 Cr 질화물이 과도하게 석출되어 fCr 값이 0.001를 초과하였다. 그 결과, 용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J 미만으로 충격인성이 열위하였다. In Comparative Example 12, the fCr value exceeded 0.001 because the N content exceeded 0.25% by weight and Cr nitride was excessively precipitated. As a result, the normal temperature Charpy impact value of the welded heat-affected zone was less than 120 J, and the impact toughness was poor.

삭제delete

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In the foregoing, exemplary embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art within the scope that does not deviate from the concept and scope of the claims described below. It will be appreciated that many changes and modifications are possible.

Claims (7)

중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0 내지 2.0%, Cr: 18 내지 24%, Ni: 1 내지 4%, Mo: 0.5 내지 1.0%, Cu: 1 내지 3%, N: 0.15 내지 0.25%, Zr: 0.1% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하고,
압연방향과 평행하고, 강재 표면과 수직인 면을 투과전자현미경으로 관찰했을 때, 관찰면적 200㎛2 내에 종횡비 5 이상의 막대(rod)형 M2X 석출물의 면적률이 1.5% 이하이고,
용접으로 용융된 영역의 응고 시 하기 식 (2)로 표현되는 오스테나이트상의 생성 속도(Vα→γ)가 0.26 이상 0.33 이하이며,
임계공식온도가 25 이상인 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강:
(2) Vα→γ = [%γ1100℃]/(T1 - 1100℃)
(상기 식 (2)에서, [%γ1100℃]는 1100℃에서 오스테나이트상 면적분율을 의미하며, T1은 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도를 의미한다).
In weight percent, C: 0.05% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 18 to 24%, Ni: 1 to 4%, Mo: 0.5 to 1.0%, Cu: 1 to 3% , N: 0.15 to 0.25%, Zr: 0.1% or less and the remainder including Fe and unavoidable impurities,
When a plane parallel to the rolling direction and perpendicular to the steel surface is observed with a transmission electron microscope, the area ratio of rod-shaped M 2 X precipitates having an aspect ratio of 5 or more within an observation area of 200 μm 2 is 1.5% or less,
The rate of formation of the austenite phase (V α → γ ) expressed by the following formula (2) during solidification of the region melted by welding is 0.26 or more and 0.33 or less,
Low-alloy duplex stainless steels with improved weld impact toughness with a critical pitting temperature above 25:
(2) V α→γ = [%γ 1100℃ ]/(T 1 - 1100℃)
(In the above formula (2), [%γ 1100 ° C ] means the area fraction of the austenite phase at 1100 ° C, and T 1 means the temperature at which the formation of the austenite phase begins).
제1항에 있어서,
하기 식 (1)로 표현되는 fCr이 0.001 이하인 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강:
(1) fCr = [%Cr]/%Cr
(상기 식 (1)에서, [%Cr]은 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%를 의미하며, %Cr은 모재 평균 Cr중량%를 의미한다).
According to claim 1,
Low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness having f Cr of 0.001 or less, represented by the following formula (1):
(1) f Cr = [%Cr]/%Cr
(In the above formula (1), [%Cr] means the Cr weight% contained in the precipitate when the precipitate in the steel material is extracted, and %Cr means the average Cr weight% of the base material).
삭제delete 제1항에 있어서,
하기 식 (3)으로 표현되는 PCIV가 120 이상인 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강:
(3) PCIV = -30.3 + 3.87*[%γ] + 247*Vα→γ - 68326*fCr
(상기 식 (3)에서, [%γ]는 용접 열영향부에서의 오스테나이트상 면적분율을 의미한다; Vα→γ은 용접으로 용융된 영역의 응고 시 오스테나이트상의 생성 속도로 다음의 식으로 도출되며, Vα→γ = [%γ1100℃]/(T1 - 1100℃), [%γ1100℃]는 1100℃에서 오스테나이트상 면적분율을 의미하고, T1은 오스테나이트상의 형성이 시작되는 온도를 의미한다; fCr은 강재 내 석출물을 잔사추출했을 때 석출물에 포함되는 Cr중량%을 모재 평균 Cr중량%으로 나눈 값을 의미한다).
According to claim 1,
Low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness having a PCIV of 120 or more, expressed by the following formula (3):
(3) PCIV = -30.3 + 3.87*[%γ] + 247*V α→γ - 68326*f Cr
(In the above equation (3), [%γ] means the area fraction of the austenite phase in the weld heat-affected zone; V α→γ is the rate of formation of the austenite phase during solidification of the molten region by welding. , V α → γ = [%γ 1100 ° C ]/(T 1 - 1100 ° C), [% γ 1100 ° C ] means the area fraction of the austenite phase at 1100 ° C, and T 1 is the formation of the austenite phase means the temperature at which this starts; f Cr means the value obtained by dividing the Cr weight % contained in the precipitate by the average Cr weight % of the base metal when the precipitate in the steel is extracted from the residue).
제1항에 있어서,
용접 열영향부의 오스테나이트상 면적분율이 45 내지 54%인 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강.
According to claim 1,
A low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness in which the area fraction of the austenite phase in the weld heat-affected zone is 45 to 54%.
제1항에 있어서,
용접 열영향부의 상온 샤르피 충격값이 120J 이상인 용접부 충격인성이 개선된 저합금 듀플렉스 스테인리스강.
According to claim 1,
Low-alloy duplex stainless steel with improved weld impact toughness with a Charpy impact value of 120J or more at room temperature in the weld heat-affected zone.
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