KR19980021576A - 시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강 - Google Patents

시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강 Download PDF

Info

Publication number
KR19980021576A
KR19980021576A KR1019960040477A KR19960040477A KR19980021576A KR 19980021576 A KR19980021576 A KR 19980021576A KR 1019960040477 A KR1019960040477 A KR 1019960040477A KR 19960040477 A KR19960040477 A KR 19960040477A KR 19980021576 A KR19980021576 A KR 19980021576A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
less
stainless steel
sigma phase
weight
Prior art date
Application number
KR1019960040477A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100215727B1 (ko
Inventor
박용수
김영식
김순태
박회상
Original Assignee
박용수
김영식
김순태
박회상
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박용수, 김영식, 김순태, 박회상 filed Critical 박용수
Priority to KR1019960040477A priority Critical patent/KR100215727B1/ko
Publication of KR19980021576A publication Critical patent/KR19980021576A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100215727B1 publication Critical patent/KR100215727B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

본 발명은 듀플렉스 스테인리스강의 특성 변화에 가장 큰 영향을 미치는 시그마상의 형성을 억제할 수 있는, 중량%로, Cr : 19.0에서 30.0%, Mo : 5.0% 이하, W : 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 5.0에서 8.5%, C : 0.1% 이하, Nm : 3.0% 이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 없는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.I. = 중량% Cr + 3.3중량% Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강을 제공한다.

Description

시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강
본 발명은 고내식성 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고내식성 듀플렉스 스테인리스강의 제조(주조, 열간압연 또는 용접 등)시에 생성되는 취약한 시그마상의 형성을 억제시키면서 고내식성을 나타내는 듀플렉스 스테인리스강에 관한 것이다.
듀플렉스(duplex, 이하 ‘2상’이라 함) 스테인리스강은 13% 이상의 크롬을 함유하고 있으며, 금속조직학적으로 오스테나이트상과 페라이트상이 공존하는 스테인리스강으로 정의할 수 있다. 2상 스테인리스강은 내식성 재료로 널리 사용되고 있는 오스테나이트계 스테인리스강보다 니켈의 함량이 작아서 가격이 저렴하고 강도가 우수하며 응력 부식 균열에 대한 저항성이 우수한 특징을 보이고 있다. 현재는 내식성면에서도 크롬과 몰리브데늄을 다량 첨가하여 내식성을 크게 향상시킨 초내식성 2상 스테인리스강들이 개발되고 있다.
그러나, 이러한 우수한 내식성에도 불구하고 사용상 제한이 있는 것은 2상 스테인리스강이 열역학적으로 작은 온도 구간에서만 페라이트상과 오스테나이트상의 2상이 안정하다는 것이다. 즉, 용접이나 열간 가공 등이 행해져서 재료에 열이 가해지면 페라이트상이 분해되어 고유의 우수한 내식성과 기계적인 성질이 치명적인 영향을 받게 된다. 특히 현재 널리 상용화된 초내식성 2상 스테인리스강의 경우는 크롬과 몰리브데늄이 다량 첨가되어 있기 때문에 고온의 열을 가할 경우 페라이트상의 분해가 촉진된다. 페라이트상의 분해가 오스테나이트상보다 빨리 일어나는 이유는 크롬과 몰리브데늄 등의 확산 속도가 오스테나이트상의 면심입방격자(fcc) 구조에서보다는 페라이트상의 체심입방격자(bcc) 구조에서 약 100배 정도 더 빠르기 때문이다.
2상 스테인리스강에서 생성될 수 있는 석출물과 합금 원소의 관계는 다음과 같다. (1) 시그마(σ)상 : 시그마상은 단위 격자 당 40개의 원자를 갖는 복잡한 구조이며 여러 조성 범위를 가지고 있다. 2상 스테인리스강에서는 일반적으로 600℃ - 1,000℃ 사이에서 나타난다. 시그마상은 매우 경하고 취약하기 때문에 연성과 인성을 크게 저하시키는 해로운 상으로 알려져 있고 내식성도 저하시킨다.
2상 스테인리스강에서는 몰리브데늄이 특히 시그마상의 형성을 촉진시키는 원소이며 크롬은 TTT곡선에서 코(nose)를 앞으로 전진시키는 효과가 있다. 시그마상의 성분은 크롬, 몰리브데늄, 규소 등이 농축되어 있다. 니켈은 석출속도를 증가시키나 시그마상의 부피 분율을 낮추는 것으로 알려져 있다. 이러한 니켈의 효과는 간접적인것으로서 고온에서의 델타 페라이트의 양을 감소시키므로써 시그마상의 석출을 촉진시키는 원소인 크롬과 몰리브데늄 등을 페라이트상내에 농축시키기 때문으로 보인다. 이와 같이 시그마상의 석출은 합금원소 및 열처리 이력에 크게 의존하고 있으며 또한 시그마상의 석출은 내식성을 저하시키기 때문에 시그마상 석출 억제는 2상 스테인리스강에 있어서 가장 중요한 과제이다.
(2) 카이(κ)상 : 시그마상에 비하여 부피 분율이 작기 때문에 시그마상보다는 덜 해로운 상으로 알려져 있다. 그러나, 카이상도 시그마상과 같이 취약하고 경한 상으로서 약 700℃ - 900℃ 사이에서 석출되며 체심입방격자(bcc)를 갖는다. 카이상은 시그마상에 비하면 몰리브데늄 함량이 많은 것이 특징이다. 이처럼 몰리브데늄의 농축이 심하기 때문에 카이상이 석출될 경우 내식성이 크게 저하되며 인성과 연성을 저 하시킨다.
(3) 오스테나이트 Ⅱ(γ2)상 : 고온에서 수냉하여 안정화된 2상 조직에서 페라이트함량은 평형 상태의 페라이트 함량보다 많기 때문에 넓은 온도 범위에서 페라이트가 분해되어 오스테나이트상으로 변태된다. 이렇게 생성된 오스테나이트상을 오스테나이트 Ⅱ상이라 한다. 페라이트에서 시그마상과 오스테나이트 Ⅱ상으로 변태하는 공석 반응은 빠른 확산을 바탕으로하여 페라이트/오스테나이트 계면에서 이루어지는데 이 때 시그마상을 공석 생성물로 남기게 된다. 이러한 반응은 약 700℃ - 900℃ 사이에서 일어나는데 페라이트 내의 크롬과 몰리브데늄 함량이 크게 감소하게 된다.
(4) 질화물(Cr2N) : 질소 첨가가 많을수록 약 700℃ - 900℃ 사이에서 크롬 질화물의 형성이 용이해진다. 석출 시간에 대하여는 논란의 여지가 있으나 경우에 따라서는 소둔 온도에서 수냉하는 과정에서 생성되기도 한다. 높은 온도에서는 페라이트상내의 질소의 고용도가 크지만 온도 저하에 따라서 용해도가 급격히 감소되므로 페라이트상 내에 석출할 수 있는 확률이 높다고 할 수 있다. Cr2N이 기계적 성질과 내식성에 미치는 영향을 시그마상과 분리하는 것은 매우 어려운데 왜냐하면 시그마상 이 Cr2N이 함께 존재하기 때문이다.
(4) 탄화물(M7C3, M23C6) : M7C3는 950℃ - 1,050℃에서 안정하며, M23C6는 950℃ 이하에서 안정한 상이다. 이러한 탄화물은 오스테나이트/페라이트 경계에서 우선적으로 석출하며 페라이트/페라이트 또는 오스테나이트/오스테나이트 입계에서도 석출된다. 탄화물의 경우,2상 스테인리스강의 특성에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 알려져 있는데 이는 탄소 함량이 낮기 때문이다.
일반적으로 부식에 대한 저항성을 향상시킬수 있는 방안은 기존의 합금에 다량의 첨가원소를 증가시키는 것이다. 즉 내식성을 향상시킬 수 있는 크롬, 몰리브덴늄등의 원소를 다량 첨가하여 내식성의 향상을 이루는 것이다. 그러나 이러한 방법을 통해서 다량 첨가된 이러한 원소들은 시그마상과 같은 매우 취약한 금속간화합물생성이 촉진되는 문제점이 나타나고 있다. 그러므로 매우 높은 내식성을 나타내고있는 대표적인 2상 스테인리스강들은 두꺼운 주물이나 판재를 생산할때 시그마상의 생성으로 제작이 어려운 문제점이 있다.
상기 시그마상의 생성을 억제하기 위하여 2상 스테인리스강의 열처리시에는 급냉이 필수적이다. 이것은 2상 스테인리스강이 열처리 온도로부터 냉각될때 시그마상 석출온도를 통과하며 이 온도 구역에서의 냉각 속도가 부족하다면 시그마상이 석출하기 때문이다. 이와 같이 냉각과정에서 시그마상이 석출하면 매우 취약해지고 내식성도 크게 저하된다.
따라서, 시그마상 석출을 억제시키기 위한 종래의 기술로는 열처리시 냉각과정을 제어하여 시그마상을 억제하려는 것들이 제공되어져 왔다.
일본특허출원공개 평 5-271776에 따르면 2상 스테인리스강을 열처리할때 시그마상석출 냉각 속도를 초과한 속도로 시그마상 석출 온도 구역 미만까지 급냉하고 다시 그 후에 시그마상 석출 온도 구역 아래로 200℃이상 내려 5분간 유지하는 방법을 통하여 시그마상의 석출을 억제시키고 있다.
또한, 일본특허공보 소62-6615는 2상 스테인리스강이 주조를 통하여 기계부품으로 제조되는 경우에 시그마상을 억제시킬 수 있는 방법을 제공한다.
즉, 2상 스테인리스강으로 이루어진 기계부품의 제조 시에 통상적으로는 사형에 용강을 주입하여 응고시킨 후에 상온까지 방치하는 방법으로 제품을 만들고 있다. 그러나 시그마상이 석출하기 쉬운 2상 스테인리스강으로 주물을 제조할때에는 주조후에 상온까지 냉각되는 과정 중에 페라이트상의 일부가 시그마 + 오스테나이트로 변태하여 시그마상에 의한 취화 현상이 나타나고 있다. 이러한 시그마상의 석출을 억제시키기 위하여, 상기 종래의 기술은 2상 스테인리스강 용강을 사형 또는 금형등에 주입한 뒤 응고시킨 주조품이 1000℃ 이하로 냉각되지 않은 온도에서 주형을 제거하고 급냉하는 방법을 채택하고 있다.
상술한 바와 같이, 2상 스테인리스강에서 시그마상과 같은 석출물이 형성되는 경우 재료의 기계적 성질 중 충격인성 및 충격강도를 크게 저하시킨다. 그런데, 이러한 석출물은 제품 두께가 얇은 경우에는 상술한 열처리공정 등에서 쉽게 제거가 가능하지만 제품의 두께가 두꺼울 때에는 용이하게 제거하기가 어렵기 때문에 시그마상억제가 곤란해진다. 특히, 주물품일 경우에는 대부분의 제품이 두께가 두꺼운 형태로 사용되기 때문에 2상 스테인리스강 주물품에 있어서는 시그마상의 억제의 필요성이 더욱 절실한 것이다.
따라서, 본 발명은 상술한 2상 스테인리스강에 있어서, 그 특성 변화에 가장 큰 영향을 미치는 시그마상의 형성을 억제하기 위해, 상술한 종래 기술과 같이 열처리시 냉각과정의 제어를 통하지 아니하고 시그마상 형성을 유발시키는 합금 성분 등의 성분조절을 통해서 그 특유의 고내식성을 유지하면서 기지 조직을 오스테나이트 및 페라이트의 2상으로 조절한 새로운 조성과 물성의 합금을 제공하고자 한다.
도1은 시그마상 형성지수와 내식성의 관계를 나타낸다.
도2는 발명합금의 Cr, Mo 함량과 시그마 형성지수 사이의 관계를 나타낸다.
도3은 본 발명 합금과 비교 합금의 시효 열처리에 따른 시그마상 형성 여부를 나타내는 것으로 X-선 회절 분석의 결과이다.
본 발명은 중량%로, Cr : 19.0% 이상 24.0% 미만, Mo : 3.0에서 5.0%, W : 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 5.0에서 8.5%, C : 0.1% 이하, Mn : 3.0% 이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 없는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.I. = 중량%Cr + 3.3중량% Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강을 제공한다.
또한, 본 발명은 중량%로, Cr : 24.0% 이상 27.0% 미만, Mo : 2.0% 이상 3.0% 미만, W : 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 5.0에서 8.5%, C : 0.1% 이하, Mn : 3.0% 이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 엾는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.I. = 중량%Cr + 3.3중량%Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강을 제공한다.
또한, 본 발명은 중량%로, Cr : 27.0에서 30.0%, Mo : 2.0% 미만, W : 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 5.0에서 8.5%, C : 0.1% 이하, Mn : 3.0%이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 없는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.I. = 중량%Cr + 3.3중량% Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강을 제공한다.
이하의 본 발명의 명세서(도면포함)상에 나타나는 퍼센트는 중량%이다.
2상 스테인리스강의 제조 공정에서 시그마상의 형성을 억제하기 위해서는 일반적으로 시그마상의 형성을 촉진시키는 크롬과 몰리브데늄 함량을 저하시키면 가능하다.그러나, 이처럼 크롬과 몰리브데늄 함량을 낮추면 시그마상의 형성은 억제되지만 내식성이 크게 저하되는 문제점을 야기시킨다. 따라서, 본 발명에서는 내식성을 저하시키지 않으면서 시그마상의 형성이 억제되는 조건을 구하였다. 다음 식은 시그마상형성지수(Sigma Formation Index)로써 이 값이 35 이하이면 경하고 취약한 시그마상의 형성을 억제할 수 있다. 도 1은 본 발명의 합금(○)과 비교예의 합금(×)의 시그마상 형성지수를 공식 저항 지수(PREW)와 함께 작성한 그래프로 시그마상 형성지수가 35를 초과하는 경우에 시그마상이 생성되어 검출되고 소둔재 및 시효재의 내식성이 저하하고 있음을 보여준다. 그러나, 시그마상 형성 지수가 35 이하인 경우에는 시그마상이 검출되지 않고 소둔재 및 시효재의 내식성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 도 2는 발명합금에 있어서, Cr, Mo 함량과 시그마상 형성지수를 나타낸 그림으로 발명합금의 Cr, Mo량을 시그마상 형성지수 35 이하로 조절하였음을 보여주고 있다.
S.F.I. = %Cr + 3.3%Mo ------------------ [1]
2상 스테인리스강의 내식성을 가장 크게 좌우하는 것은 오스테나이트와 페라이트 2상간의 원소 분배이며, 두 상간의 부식 저항성이 거의 같아 균형을 이루어야만이 우수한 내식성을 나타낸다. 만약 한 상의 부식 저항성이 작으면 그 상에서 부식이 발생되고 이는 2상 스테인리스강의 미세 조직적 특징상 수 많은 양극과 음극으로 이루어진 전지가 형성되어 전체적으로 부식 속도가 증가하게 된다.
일반적인 2상 스테인리스강의 내식성은 페라이트상에 비해 공식 저항성이 떨어지는 오스테나이트상의 내식성에 의존한다. 그러나, 공식저항지수[Pitting Resistance Equivalent, PRE (PREN = %Cr + 3.3%Mo + 30%N 또는 PREW = %Cr + 3.3(%Cr + 0.5%W) + 30%N)]가 45 이상이 되는 초내식성 2상 스테인리스강은 이와다르다. 초내식성 스테인리스강은 기존의 2상 스테인리스강에 비하여 크롬, 몰리브데늄, 질소 등을 상향 첨가하여 내식성을 크게 향상시키고 있다. 그런데, 상향 첨가된 질소는 거의 오스테나이트상에 고용되어 오스테나이트상의 내식성을 크게 향상시킨다. 따라서, 크롬과 몰리부데늄에 의하여 높은 내식성을 유지하는 페라이트상과 부식 저항성의 균형을 이루어 전체적인 내식성의 향상을 가져온 것이다. 이 경우,공식의 개시점이 오스테나이트상의 내식성 향상에 의해 α/γ의 계면이며 경우에 따라서는 페라이트상이 될 수도 있다.
이러한 두 상간의 원소 분배는 열처리 조건이나 합금의 페라이트/오스테나이트의 상율에 의해서 변화될 수 있다. 만약 열처리 온도가 높아지면 페라이트상이 안정화되어 그 양이 많아져 페라이트상 안정화 원소인 크롬, 몰리브데늄의 농도를 묽게 한다. 따라서, 내식성을 크롬과 몰리브데늄의 농축에 의존하는 페라이트상의 내식성을 떨어뜨리고, 결국 전체적인 내식성의 저하가 일어나게 된다. 그러므로 적당한 온도에서의 소둔 열처리가 요구된다. 페라이트상의 함량이 줄어들면, 페라이트상내의 크롬과 몰리브데늄의 양이 증가하고, 상대적으로 오스테나이트상 안정화 원소들의 농도가 묽어지게 된다. 그러므로, 오스테나이트의 내식성의 저하가 일어나게 되어 전체적인 내식성의 저하가 일어나게 되는 것이다.
2상 스테인리스강에 있어서 상의 분율을 조성하는 원소로는 니켈이 널리 사용되었지만, 본 발명에서는 이 역할을 니켈과 질소로 하였다. 이는 니켈에 의하여 상율을 조절하게 되면 페라이트상의 분율이 줄어들수록 크롬과 몰리브데늄이 농축되어 페라이트상의 분해를 촉진시키기 때문이다. 질소의 첨가는 크롬과 몰리브데늄의 분배계수를 1에 가깝게 해준다. 이는 페라이트상 내에 크롬과 몰리브데늄의 농도를 묽게 하여 시그마상의 생성을 억제할 수 있다.
2상 스테인리스강에 있어서 페라이트상과 오스테나이트상의 분율은 내식성에 큰 영향을 미친다. 상분율의 조정은 열처리 온도 변화에 의해서도 어느 정도 가능하지만 고질소의 경우는 온도에 따라 그렇게 심하게 영향을 받지 않는다. 따라서, 주조 당시에의 합금 성분에 의한 상분율이 중요하게 된다. 그러나, 실제 3원계 이상의 합금에서는 상태도를 제작하기 어렵기 때문에 븐 발명에서는 크롬 당량(Creq)과 니켈 당량(Nieq)의 비로써 상분율을 제어한다. 본 발명에서 사용한 당량식은 다음과 같으며, 앞의 시그마상 형성 지수와 함께 당량비를 조절하면 시그마상의 형성이 억제되면서 내식성이 우수한 2상 스테인리스강을 제조할 수 있다. 본 발명에서 구한 우수한 내식성을 보이는 당량비는 1.85 - 2.15이다. 또한 상분율로 보면 30 - 50% 페라이트 함량의 범위에서 내식성 및 시효특성이 우수하며 최적의 상분율은 35 - 40%이다.
Creq= Cr + 2Si + 1.5Mo + 0.75W +5V + 5.5Al + 1.75Nb +1.5Ti ----[2]
Nieq= Ni + 0.5Mn + 30C + 0.3Cu + 25N + Co ---------------------------[3]
본 발명은 상술한 새로운 발견을 근거로하여 완성되었으며, 본 발명의 2상 스테인리스강의 화학조성의 범위가 한정되는 이유가 이하에서 설명될 것이다.
C : 0.20% 이하, 탄소는 오스테나이트상을 안정화시키는 대표적인 원소로서 기계적 강도 유지에 매우 중요하다. 그러나 다량 첨가할 경우 탄화물 등이 석출하게 되어 부식 저항성을 약화시킬 수 있으므로 0.20% 이하로 제한하여야 하며 시효시 내식성의 측면에서 0.04%이하가 바람직하다.
Ni : 4.0에서 9.5%, 니켈은 오스테나이트 안정화 원소로서 내식성의 측면에서 유용한 원소이므로 적어도 3% 이상을 함유할 필요가 있다. 크롬 당량과 니켈 당량 관계를 고려하여 첨가하여야 하며 상비율과의 관계 및 가격의 저렴화를 고려하여 4.0에서 9.5%로 제한된다.
Cr : 19.0에서 30.0%, 스테인리스강의 내식성 유지에 가장 중요하고 기븐이 되는 원소이며 최소한의 내식성을 위해서는 12% 이상이 필요하나, 본 발명의 합금에서는 오스테나이트-페라이트 2상 조직을 얻어야 하기 때문에 크롬 당량과 니켈 당량을 고려하여 19% 이상의 크롬을 함유하여야 한다. 그러나, 본 발명에서는 크롬 함량올 크게 3개의 군으로 나누었으며 상비율, 기계적 성질 및 가격을 고려하여 상한치를 30.0%로 제한된다.
Mo : 5.0% 이하, 몰리브데늄은 크롬과 함께 본 발명 합금의 내식성 유지에 중요한 원소로서 페라이트상을 안정화시키는 작용을 한다. 소둔 상태에서는 기계적 성질 및 내식성의 측면에서 매우 유용하지만, 시효 열처리, 열간 압연 또는 용접 등을 행할 경우에 악영향을 주는 시그마상을 생성시키는 대표적인 원소이므로 크롬 당량과 니켈 당량 그리고 내식성 및 상안정성의 측면에서 그 양이 5.0% 이하로 제한된다.
W : 6.5% 이하, 텅스텐은 페라이트 안정화 원소로서 내식성에 미치는 효과는 몰리브데늄보다 약 50% 정도 작으나 유사한 경향을 갖는다. 크롬과 몰리브데늄 함량에 따라서 그 양을 조절하여야 하며, 다량 첨가시 유해한 금속간 화합물의 생성을 촉진시킬 수 있으므로 상안정성, 기계적 성질 및 내식성의 측면에서 6.5% 이하로 제한된다.
Si : 3% 이하, 규소는 페라이트 조직을 안정화시키는 원소로서 용해 정련시 탈산 효과가 있고 내산화성을 증가시키는 원소이나 3% 이상 첨가되면 강의 인성과 연성이 저하된다. 내식성의 측면에서는 1.5% 이하가 바람직하며 내산성을 위해서 다량 첨가할 수 있다. Mn : 3% 이하, 망간은 오스테나이트 조직을 안정화시키는 원소이며, 질소의 고용량을 증가시키는 원소이다. 질소 함량을 증가시켜 내식성을 향상시키고자 할 때 적정한 양의 망간은 필수적인 원소이다. 또한 강 중의 황과 화합하여 황화망간을 생성시켜 열간 취성의 발생을 방지하고 용해 정련시 탈산효과가 있지만 다량 첨가시 내식성이 저하하므로 그 상한이 3% 이하로 제한된다.
N : 0.5% 이하, 질소는 공식에 대한 저항성을 향상시키는 유용한 원소이며, 그 효과는 크롬의 약 30배 이상이다. 강력한 오스테나이트 안정화 원소로서 내식성의 측면에서 가장 중요한 원소 중 하나 이다. 몰리브데늄과 동시에 존재하면 상승 효과에 의하여 내식성을 크게 향상 시킨다. 입계 부식 저항성의 향상을 목적으로 탄소를 저하시킬 때 질소를 첨가하여 기계적 성질의 보상을 얻을 수 있다. 탄소, 크롬, 니켈, 몰리브데늄 및 텅스텐 등과의 균형과 오스테나이트-페라이트 상비율을 고려하여 첨가하여야 하며 내식성의 측면에서 0.15% 이상이. 바람직하며 다량 첨가시 압연성 등이 다소 저하될 수 있으므로 주의를 용한다.
Cu : 3% 이하, 구리는 내산성을 크게 향상시키는 효과가 있으며, 오스테나이트 안정화 원소로서 기지 조직을 강화시켜 강도를 향상시킨다. 상비율과 크롬, 몰리브데늄 등의 원소와의 적정한 비율이 맞지 않으면 공식에 대한 저항성을 약화시킬 수 있다.
이하에서 본 발명의 효과가 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이나 후술하는 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
시편의 제조
본 발명에 의한 합금은 질소의 영향이 고려된 크롬 당량과 니켈 당량을 식[2] 및 식[3]에 의거하여 계산하고 조성을 결정한 뒤, 순수한 상업용 품위를 갖는 전해철(순도 99.9%), 크롬(순도 99.9%), 몰리브데늄(순도 99.8%), 니켈(순도 99.9%), 텅스텐(순도99.5%), 구리(순도 99.9%), Fe-Si, Fe-Cr-N을 주재료로하여 고주파 유도로를 이용하여 질소 가스 분위기하에서 마그네시아 도가니에서 용해하였다. 그 뒤 충분히 예열된 4각 금형에 용탕을 주입하여 15kg의 잉고트를 각각 2개씩 제조하였다. 2개의 잉고트 중에서 하나는 주조재에 대한 실험에 사용하였고 나머지 하나는 열간 압연을 행한 뒤 평가하였다. 열연용 잉고트는 연삭 또는 기계 가공을 행하여 적정한 크기로 잉고트를 가공한 뒤, 1,250℃에서 소킹(soaking)하고,6mm 두께까지 열간 압연을 행하였다. 열처리 공정은 1,100℃ -1,200℃ 사이의 온도 구간이었으며, 최적의 특성을 보이는 열처리 조건은 주조재의 경우에는 1,175℃이며, 압연재는 1,125℃이었다.
이렇게 제작된 시편으로 다음의 시험을 행하였다. 표 1은 본 발명에 의한 합금 및 비교예에 의한 합금의 화학 성분을 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명에 의한 합금(1908) 및 비교예에 의한 합금(100,102)의 압연재를 750℃, 850℃, 950℃에서 각각 30분간씩 시효한 뒤 X-선 회절기를 이용하여 분석을 행한 결과이다. 그림에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 합금에서는 시효한 뒤에 시그마상의 형성을 X-선 회절분석으로 확인할 수 없었으나 비교예에 의한 합금들은 매우 심하게 시그마상이 생성되었음을 확인하였다. 본 발명에 의한 합금 및 비교예에 의한 합금의 시그마상 형성 유무에 대한 결과를 표 2에 요약하여 놓았다.
표 1. 본 발명 합금과 비교 합금의 성분표
표 2-1. 발명 합금과 비교 합금의 시효 열처리에 따른 시그마상 형성 유무
(실험 방법 : X-선 회절 분석)
비고 : X(시그마상 검출 안됨), 0(시그마상 검출됨)
표2-2. 발명합금과 비교합금의 시효열처리에 따른 시그마상형성 유무
(실험 방법 : X-선 회절 분석)
비고 : X(시그마상 검출 안됨), 0(시그마상 검출됨)
실시예 2
상기와 같은 방법으로 제조한 본 발명의 합금과 비교 합금에 대하여 열간 압연을 행할 때 열간 균열의 발생 유무에 대하여 표 3에 나타내었다. 본 발명 합금은 모두 열간 균열이 발생되지 않았으나, 비교 합금은 매우 심한 균열이 발생하였다.
표 3. 열간 압연에 따른 에지 균열 발생 유무
공식 저항성을 평가하기 위하여 6% FeCl3용액 중에서 침지 시험을 실시하였다. 시험 방법은 ASTM G48A법에 근거하여, 50℃에서 24시간 동안 침지한 뒤 무게 감량을 구하였다. 무게 감량이 없을 경우에 용액의 온도를 50℃씩 상승시키면서 무게 감량의 누적 합계가 10mg을 초과하는 온도를 임계 공식 온도(CPT, Critical Pitting Temperature)로 결정하였다. 본 발명 합금은 모두 85℃ 이상의 임계 공식 온도를 보이고 있으나 비교 합금은 이보다 낮은 85℃ 이하의 임계 공식 온도를 보이고 있다. 표 4에 그 결과를 요약하여 놓았다.
표 4. 발명 합금과 비교 합금의 임계 공식 온도(6% FeCl3, ASTM G48A) 및 무게 감량
포텐시오스타트를 이용하여 탈기한 80℃의 3.5% NaC1 용액과 탈기한 80℃의 22% NaC1 용액 그리고 탈기한 70℃의 0.5N HC1 + 1N NaC1 용액 중에서 양극 분극 시험을 행하였다. 시험 조건은 분극 속도가 1 mV/sec였으며, 시험 후 시편 표면을 광학 현미경으로 관찰하여 공식의 발생 유무를 확인하였다. 그 결과를 표 5에 정리하였다. 표에서 알 수 있듯이, 본 발명 합금은 공식이 발생되지 않았으나, 비교 합금은 공식이 발생하고 있다.
표 5. 발명 합금 및 비교 합금의 여러 환경에서의 공식 전위
본 발명의 합금과 비교 합금에 대하여 850℃에서 10분간씩 열처리를 행하였다. 그 뒤 입계 부식 속도, 공식 시험 그리고 양극 분극 시험에 따른 공식 발생 유무와 임계 공식 온도를 구하였다. 입계 부식 속도는 65% HNO3용액을 비등 상태로 유지하면서 72시간 동안 실험하여 구하였다(ASTM A262 Practice C). 공식 시험은 ASTMG48A에 의거하여 6% FeC13용액 중에서 24시간 동안 행하였으며 50℃에서 무게 감량이 10mg을 초과하지 않으면 5℃씩 용액의 온도를 상승시키면서 누적된 무게 감량이 10mg을 초과하는 온도를 임계 공식 온도로 정하였다. 양극 분극 시험은 0.5NHC1 + 1N NaC1 혼합 용액을 50℃로 유지하면서 1mV/sec의 분극 속도로 분극 시험을 행하고 공식의 발생 유무를 확인한 다음, 공식이 발생되지 않은 시편은 다시 온도를 5℃씩 상승시키면서 공식이 발생되는 온도를 임계 공식 온도로 정하였다. 표 6은 본 발명 합금과 비교 합금에 대한 실험 결과이다. 비교 합금에 비하여 본 발명합금의 내식성이 매우 우수함을 알 수 있다.
표 6. 시효 열처리를 행한 발명 합금과 비교 합금의 부식 속도
본 발명은 듀플렉스 스테인리스강의 고유의 특성인 고내식성을 유지하면서 조성의 조정을 통한 시그마상의 제어를 가능하게 하므로 제품의 두께가 두꺼운 경우 열처리를 통한 방법으로는 그 제어가 곤란하였던 시그마상의 용이한 제어를 가능하게 한다.

Claims (15)

  1. 중량%로, Cr : 19.0% 이상 24.0% 미만, Mo : 3.0에서 5.0%, W : 3.0에서 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 5.0에서 8.5%, C : 0.1% 이하, Mn : 3.0% 이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 없는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.l. = 중량%Cr + 3.3중량%Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  2. 제 1 항에 있어서, 중량%로, Cu : 3.0% 이하로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 Cr 및 Mo의 조성이 중량%로, Cr : 21에서 24%, Mo : 3.5에서 4.5%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 W의 조성이 중량%로, W : 3.5에서 4.0%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스덱인리스강.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 N 및 Ni의 조성이 중량%, N : 0.28에서 0.35%, Ni : 5.5에서 7.5%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  6. 중량%로, Cr : 24.0% 이상 27.0% 미만, Mo : 2.0% 이상 3.0% 미만, W : 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 4.0에서 8.5%, C : 0.1% 이하, Mn : 3.0% 이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 없는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.I. = 중량%Cr + 3.3중량%Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  7. 제 6 항에 있어서, 중량%로, Cu : 3.0% 이하로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 Cr 및 Mo의 조성이 중량%로, Cr : 24에서 26%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀풀렉스 스테인리스강.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 W의 조성이 중량%로, W : 4.0에서 6.5%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 N 및 Ni의 조성이 중량%, N : 0.28에서 0.32%, Ni : 7.0에서 9.0%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  11. 중량%로, Cr : 27.0에서 30.0%, Mo : 2.0% 미만, W : 6.5% 이하, N : 0.2에서 0.45%, Si : 3.0% 이하, Ni : 4.0에서 9.0%, C : 0.1% 이하, Mn : 3.0% 이하 그리고 나머지는 철과 피할 수 없는 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 Mo의 조성으로부터 다음 식, S.F.I. = 중량%Cr + 3.3중량%Mo으로 정의되는 S.F.I.가 30≤S.F.I.≤36인 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  12. 제 11 항에 있어서, 중량%로, Cu : 3.0% 이하로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 Cr 및 Mo의 조성이 중량%로, Cr : 27에서 29%, Mo : 1.5 이상 2.0% 미만으로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테 인리스강.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 W의 조성이 중량%로, W : 3.0에서 5.0%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 N 및 Ni의 조성이 중량%, N : 0.3에서 0.35%, Ni : 6.5에서 8.5%로 이루어지는 시그마상이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강.
KR1019960040477A 1996-09-18 1996-09-18 시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강 KR100215727B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960040477A KR100215727B1 (ko) 1996-09-18 1996-09-18 시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960040477A KR100215727B1 (ko) 1996-09-18 1996-09-18 시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980021576A true KR19980021576A (ko) 1998-06-25
KR100215727B1 KR100215727B1 (ko) 1999-08-16

Family

ID=19474130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019960040477A KR100215727B1 (ko) 1996-09-18 1996-09-18 시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100215727B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101356946B1 (ko) * 2012-03-27 2014-01-29 주식회사 포스코 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법
WO2021045371A1 (ko) * 2019-09-04 2021-03-11 주식회사 포스코 충격인성 및 열간가공성이 우수한 고내식 오스테나이트계 스테인리스강

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8043446B2 (en) * 2001-04-27 2011-10-25 Research Institute Of Industrial Science And Technology High manganese duplex stainless steel having superior hot workabilities and method manufacturing thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101356946B1 (ko) * 2012-03-27 2014-01-29 주식회사 포스코 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법
WO2021045371A1 (ko) * 2019-09-04 2021-03-11 주식회사 포스코 충격인성 및 열간가공성이 우수한 고내식 오스테나이트계 스테인리스강

Also Published As

Publication number Publication date
KR100215727B1 (ko) 1999-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4834292B2 (ja) 金属間化合物の形成が抑制された耐食性、耐脆化性、鋳造性及び熱間加工性に優れたスーパー二相ステンレス鋼
KR101226335B1 (ko) 오스테나이트계 강 및 강철 제품
JP2009503257A (ja) 耐食性・冷間成形性・切削性高強度マルテンサイト系ステンレス鋼
GB2075549A (en) Ferritic stainless steel having good corrosion resistance
CN114250421B (zh) 焊后抗晶间腐蚀和点蚀性能优于316l的高氮奥氏体不锈钢及制造方法
JPS59162254A (ja) 加工性に優れたＦｅ基合金材料
US9816163B2 (en) Cost-effective ferritic stainless steel
US4798634A (en) Corrosion resistant wrought stainless steel alloys having intermediate strength and good machinability
KR20010083939A (ko) Ｃｒ-Ｍｎ-Ｎｉ-Ｃｕ 오스테나이트 스테인레스강
JP2022064692A (ja) オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
US5824264A (en) High-temperature stainless steel and method for its production
KR100215727B1 (ko) 시그마상 형성이 억제된 고내식성 듀플렉스 스테인리스강
JP7223210B2 (ja) 耐疲労特性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼板
JPH0830253B2 (ja) 加工性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼
JPH0717946B2 (ja) 耐濃硫酸腐食性に優れた二相ステンレス鋼の製造方法
JPH0555215B2 (ko)
WO1987004731A1 (en) Corrosion resistant stainless steel alloys having intermediate strength and good machinability
JP2970432B2 (ja) 高温用ステンレス鋼とその製造方法
JP3779043B2 (ja) 二相ステンレス鋼
WO2022049796A1 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP2537679B2 (ja) 高強度ステンレス鋼およびその鋼材とその製造方法
KR970001326B1 (ko) 몰리브덴 최소 저함량 및 텅스텐 고함량의 고기능 이상 스테인레스강
WO2023153184A1 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
WO2023153185A1 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
WO2022138194A1 (ja) 耐疲労特性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120524

Year of fee payment: 14

LAPS Lapse due to unpaid annual fee