KR20010087264A - 가공성 및 내식성이 우수한 재황화처리된 오스테나이트스테인레스 강 - Google Patents

가공성 및 내식성이 우수한 재황화처리된 오스테나이트스테인레스 강 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 가공성과 개선된 내식성을 가지는 재황화된 스테인레스 강에 관한 것으로서, CrMnS 개재물과 결합된, 회장석- (anorthite- ) 및/또는 의사-규회석- (pseudo-wollastonite-) 및/또는 겔레나이트- (gehlennite-) 형태의 라임 알루미노실리케이트 개재물을 성분중에 포함하고, 그 알루미노실리케이트 개재물의 크롬의 함량은 30 % 내지 70 % 이다.

Description

가공성 및 내식성이 우수한 재황화처리된 오스테나이트 스테인레스 강{RESULPHURIZED AUSTENITIC STAINLESS STEEL WITH HIGH MACHINABILITY AND HAVING AN IMPROVED CORROSION RESISTANCE}
본 발명은 높은 가공성을 가지며 내식성이 개선된 재황화된 (resulphurized) 스테인레스 강에 관한 것으로서, 특히 초고속 가공 및 나사 가공 (screw machining) 분야에 사용되는 강에 관한 것이다.
유럽 특허 제 403 332 호에는 가공성이 개선된 재황화된 강이 개시되어 있다. 그 공보에는, 가공성 개선을 위해, 0.15 % 미만의 탄소, 2 % 미만의 규소, 2 % 미만의 망간, 3 % 미만의 몰리브덴, 7 내지 12 % 의 니켈 및 15 내지 25 % 의크롬의 일반적인 조성을 가지는 강에, 0.2 내지 0.6 의 Ca/O 비를 만족시키고 각각 30 ×10-4% 및 70 ×10-4% 이상 함유되는 칼슘 및 산소가 결합된 황을 0.1 내지 0.4 % 첨가하는 것이 기재되어 있다.
그 공보에서, 목적은, 망간과 적은 량의 크롬을 이용하여 망간 크롬 황화물((Mn, Cr)S)를 형성하는 것이며, 개재물(inclusion) 형태의 그 황화물은 가공 작업중에 절삭 공구의 고체 윤활성을 생성시킨다.
황이 내식성에 바람직하지 못한 영향을 미친다는 것 또한 기재되어 있다. 그럼에도 불구하고, 망간 황화물의 개재물을 포함하는 재황화된 강으로 라임 알루미노실리케이트 산화물로 이루어진 개재물을 도입한다. 망간 황화물의 개재물과 종종 결합되어, 이러한 산화물들은 내식성을 해치지 않는다.
그러한 강은 종래의 절삭 속도 즉, 500 m/min 미만의 선삭 속도에서는 양호한 가공성을 나타낸다. 그 강은 망간 황화물의 개재물과 함께 라임 알루미노실리케이트 형태의 산화물로 이루어진 관련 개재물을 포함한다. 이러한 개재물 자체는 황화물 개재물 보다 더 크고 보다 잘 변형된다.
그에 따라, 소위 절삭 공구의 고체 윤활성 효과가 개선된다. 그러나, 전술한 공보에 개시된 강은 재황화된 강과 관련한 단점 즉, 낮은 내식성, 특히 공식에 대한 낮은 내식성을 갖는다.
프랑스 특허 제 95/04140 호에는, 한편으로는 선삭 속도가 700 m/min 이상이 될 수 있는 초고속 가공 분야에 이용될 수 있고, 다른 한편으로는 통상의 재황화된 스테인레스 강으로 부터 얻을 수 있는 생산성 보다 30 % 높은 생산성을 가지는 나사 가공 분야에 이용될 수 있는 가공성이 개선된 강이 개시되어 있다.
고속도 가공 및 나사 가공 분야에서 특히 이용될 수 있는 가공성이 개선된 재황화된 스테인레스 강은, 중력 % 로 : 0.1 % 미만의 탄소; 2 % 미만의 규소; 2 % 미만의 망간; 7 내지 12 % 의 니켈; 15 내지 25 % 의 크롬; 0.10 내지 0.55 %의 황; 1 내지 5 % 의 구리; 35 ×10-4% 이상의 칼슘; 및 70 ×10-4% 이상의 산소를 포함하고, 산소 함량에 대한 칼슘 함량의 비는 0.2 내지 0.6 인 것을 특징으로 한다.
비록, 높은 구리 함량으로 인해 가공성과 관련한 특성들이 개선되었지만, 이러한 재황화된 강의 내식성은 여전히 보통 수준이다.
황 함량에 맞춰진 망간 함량으로 인해 망간 황화물을 칼슘으로 대체하기가 매우 어렵다는 것과, 또한 전성(展性)과 그에 따른 절삭 중의 유효성이 개선된다는 것을 발견했다.
본 발명의 목적은, 가공성 개선을 위해 황을 함유하고, 내식성 특히 내공식성(耐孔蝕性)을 상당히 개선하는 특정 개재물을 포함하는, 강을 제공하는 것이다.
본 발명의 강은 재황화된 강의 가공성 수준과, 황 함유량이 낮은 강과 유사한 정도의 내식성을 조화시킬 수 있다.
본 발명은 높은 가공성과 개선된 내식성을 가지는 재황화된 스테인레스 강에 관한 것으로서, CrMnS 개재물과 결합된, 회장석- (anorthite- ) 및/또는 의사-규회석- (pseudo-wollastonite-) 및/또는 겔레나이트- (gehlennite-) 형태의 라임알루미노실리케이트 개재물을 성분중에 포함하고, 그 알루미노실리케이트 개재물의 크롬 함량은 30 % 내지 70 % 이다.
본 발명의 일 실시예에서, 강은 높은 가공성과 개선된 내식성을 가지는 재황화된 스테인레스 강이며, 중량 % 로서,
0.01 % ≤탄소 ≤0.1 %;
0.01 % ≤규소 ≤2.0 %;
0.01 % ≤망간 ≤0.5 %;
10 % ≤크롬 ≤25 %;
7 % ≤니켈 ≤12 %;
0.15 % ≤ 황 ≤0.45 %;
0.01 % ≤몰리브덴 ≤3.00 %;
0.5 % ≤구리 ≤3.5 %;
0.01 % ≤질소 ≤0.1 %;
0.0020 % ≤알루미늄 ≤0.0100 %;
0.0005 % ≤ 인 ≤0.050 %;
30 ×10-4% ≤칼슘 ≤200 ×10-4%;
70 ×10-4% ≤산소 ≤300 ×10-4%;
0.20 ≤칼슘/산소 ≤0.60,
잔부는 철 및 정련에서의 불가피 잔류 원소로 이루어진 조성을 가지며,
CrMnS 개재물과 결합된, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태의 라임 알루미노실리케이트 개재물을 포함하고, 그 개재물의 크롬 함량은 30 % 내지 70 % 이며;
- 중량 % 로 3 ×10-4% 미만의 붕소를 추가로 포함하고;
- 중량 % 로 0.01 내지 0.3 % 의 바나듐을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 범위를 도시한 Fe-Cr-S 다이어그램.
도 2 는 본 발명에 따른 라임 알루미노실리케이트의 바람직한 범위를 도시한 Ca-Si-Al 다이어그램.
도 3a, 3b, 3c 및 4 는 비교 강 (A 및 B)과 대비하여 본 발명에 따른 강(C)의 공식(孔蝕) 및 틈새부식 특성 곡선을 도시한 그래프.
본 발명을 제한하지 않는 실시예로서 주어진 이하의 설명 및 첨부도면에 의해 본 발명을 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.
부품은 오스테나이트 스테인레스 강으로 이루어진 긴 제품으로 부터, 일반적으로 가공에 의해, 얻어진다. 이러한 강은 낮은 열전도성 및 높은 가공 경화능 이라는 단점을 가지며, 일부 영역의 경도를 높여 결과적으로, 가공중에 절삭 공구의 빠른 열화(劣化)를 초래한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 가장 일반적인 해결책은 많은 양의 황을 강의 조성에 도입하는 것이다.
황은, 강내에 존재하는 망간과 함께, 조성중에 약 0 % 내지 20 % 의 적은 양의 크롬을 포함하는 망간 황화물을 형성하며, 이는 칩(chip) 절단에 바람직한 영향을 미치고 절삭 공구의 수명을 연장시킨다.
그러나, 이러한 형태의 황 및 망간 황하물은 내식성을 저하시킨다. 또한, 일반적으로, 재황화된 강은 절삭 공구를 마모시키는 크로마이트(Cr, Mn, Al, Ti)O,알루미나(AlMg)O, 실리케이트(SiMn)O 형태의 경질(hard) 개재물을 포함한다.
강은 부품의 사용분야에 따라 선택된다.
따라서, 부식성 매개체내에서 사용되는 경우에, 저-황 강 즉, 조성중에 0.035 % 미만의 황을 포함하는 강이 사용될 것이며, 이 경우 크로마이트 형태와 같은 경질(硬質) 개재물을 라임 알루미노실리케이트 형태와 같은 전성(展性) 산화물로 대체함으로서 가공성을 약 20 % 까지 제한적으로 개선할 수 있다. 어떠한 경우에도, 가공성 정도는, 약 25 % 미만으로 재황화된 등급의 가공성 보다 훨씬 낮을 것이다.
매개체의 부식성 정도가 크지 않다면, 0.15 내지 0.45 % 의 많은 양의 황을 첨가함으로써 재황화된 강을 사용하여, 낮은 크롬 함량 즉, 약 20 % 미만의 크롬 함량을 가지는 많은 수의 망간 황화물을 얻을 수 있으며, 그 황화물은 칩 절단을 용이하게 하고 절삭 공구의 수명을 증대시켜, 부품 생산시에 생산성을 상당히 높일 수 있게 한다. 이러한 강의 보통인 마모 거동은 크롬으로 상당량이 대체되지 않은 망간 황화물의 낮은 내식성 특히, 낮은 내공식성(耐孔蝕性)과 관련된 것이다. 또한, 경질 개재물을 전성(展性) 산화물로 대체하는 것은 부식 거동의 개선 없이 강의 가공성을 개선하며, 그 부식 거동은 황을 포함하지 않는 강과 비교하여 보통 정도이다.
본 발명에 따른 강은 높은 가공성 및 개선된 내식성을 가지는 재황화된 스테인렌스 강에 관한 것으로서, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태이고, CrMnS 혼합물의 개재물과 결합된, 라임 알루미노실리케이트 개재물을 성분중에 포함하고, 그 개재물의 크롬의 함량은 30 % 내지 70 % 이다.
라임 알루미노실리케이트 개재물을 보충하는 개재물로서의 크롬 황화물을 포함하고 내식성을 제공하는 혼합물은, 용융중에 철 조성내의 망간 함량을 가능한한 줄임으로써, 환원된다. 망간 함량은 0.5 % 또는 그 미만이 되도록 선택된다.
상기 해결책은, 용융중에, 크롬이 매우 풍부한 황화물을 얻는 것을 포함하며, 그 크롬 함량은 조성의 30 내지 70 중량 % 이다. 황화물로 인해, 0.15 내지 0.45 % 의 황을 포함하는 재황화된 강이 재황화되지 않은 강 즉, 0.035 % 미만의 황을 포함하는 강의 경우와 유사한 일반적인 부식, 틈새 부식, 공식 및 염무(salt fog)내에서의 부식 거동을 나타낸다는 것을 본 발명의 발명자들이 발견했다. 또한, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태이고 크롬 및 전성 산화물의 대부분의 양을 포함하는 이러한 황화물의 조합된 작용에 의해, 황화물이 적은 양의 크롬 즉, 0 내지 20 중량 % 의 크롬을 조성중에 포함하는 망간 황화물인 종래의 재황화된 강과 유사한 칩 절단의 기준에서의 가공성 정도, 절삭 조건 및 공구 수명 정도를 유지할 수 있다.
비록 라임 알루미노실리케이트 개재물의 기능이 가공성과 관련한 고체 윤활 기능이지만, 그 변형성으로 인해 이러한 개재물들은 변환중에 양호한 정합성 (cohesion)을 재료에 제공한다. 따라서, 크로마이트(Cr, Mn, Al, Ti)O, 알루미나 (AlMg)O, 실리케이트(SiMn)O 형태의 종래의 경질 산화물에 존재하고 부식 개시를 유발하는 매트릭스/개재물 간의 정합성을 잃은 지역들이 제거된다.
라임 알루미노실리케이트 형태의 개재물을 가지며 크롬을 많이 포함하는 황화 혼합물을 얻기 위해, 본원 발명에 따라 강에 개재물을 도입함으로써, 황화된 크롬 만에 의해서 얻을 수 있는 것 보다 더 높은 정도의 가공성을 얻을 수 있다. 이러한 조합은 매우 양호한 내식성을 제공한다.
본 발명은 특히 오스테나이트 스테인렌스 강 분야에 적용된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 용도의 일 실시예에서, 높은 가공성과 개선된 내식성을 가지는 재황화된 스테인레스 강은 중량 % 로서,
0.01 % ≤탄소 ≤0.1 %;
0.01 % ≤규소 ≤2.0 %;
0.01 % ≤망간 ≤0.5 %;
10 % ≤크롬 ≤25 %;
7 % ≤니켈 ≤12 %;
0.15 % ≤ 황 ≤0.45 %;
0.01 % ≤몰리브덴 ≤3.00 %;
0.5 % ≤구리 ≤3.5 %;
0.01 % ≤질소 ≤0.1 %;
0.0020 % ≤알루미늄 ≤0.0100 %;
0.0005 % ≤ 인 ≤0.050 %;
30 ×10-4% ≤칼슘 ≤200 ×10-4%;
70 ×10-4% ≤산소 ≤300 ×10-4%;
0.20 ≤칼슘/산소 ≤0.60,
잔부는 철 및 정련에서의 불가피 잔류 원소로 이루어진 조성을 가지며,
CrMnS 개재물과 결합된, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태의 라임 알루미노실리케이트 개재물을 포함하고, 그 개재물의 크롬 함량은 30 % 내지 70 % 이다.
표 1 에 나타낸 본 발명에 따른 강의 조성에서, 알루미늄은, 변형가능하고 내식성을 가지기 때문에, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태의 많은 수의 라임 알루미노실리케이트 개재물을 얻기 위한 첨가원소로서 존재한다.
구리는 칩 형성에 필요한 힘을 제한한다. 이러한 성질 때문에, 공구 선단에서의 온도는 그 공구가 견딜 수 있는 정도에서 유지된다. 구리는 가공 경화능을 감소시킨다. 이러한 낮은 가공 경화능으로 인해 특히 표면에서 덜 경질인 인발 막대가 얻어진다.
구리는 강의 특성 개선에 일익을 담당한다.
본 발명에 따른 강은 중량 % 로서 3 ×10-4% 미만의 붕소 및 0.01 내지 0.3 % 의 바나듐을 추가로 조성에 포함할 수 있다.
많은 수의 전성 산화물 및 그와 조합되거나 조합되지 않은 부(rich)-크롬 황화물 개재물의 존재 때문에, 그리고 본 발명의 구리 함량의 존재 때문에, 바람직하게는 나사 가공 분야 또는 소위 고속 가공 분야에 이용될 수 있는 실시예의 재황화된 강은, 한편으로는 아주 높은 절삭 속도로 가공할 수 있게하고, 다른 한편으로는아주 큰 내식성 특히, 내공식성 (耐孔蝕性)을 가질 수 있게 한다.
대상 특성과 관련하여, 크롬이 아주 풍부한(very rich) 황화물의 이점을 확실히 가지면서 산업 주조품을 생산할 수 있다. 재황화된 강의 가공성과 같은 정도의 가공성을 가지면서도, 재황화된 강의 부식 거동과 같은 정도의 부식 거동을 가지게 할 수 있다.
비교 강(A 및 B)의 조성 및 본 발명에 따른 강(C)의 조성을 이하의 표 1 에 나타냈으며, 이들 강들의 기본 조성은: C = 0.05 %; Si = 0.5 %; Ni = 8.6 %; Cr = 18 %; Mo = 0.2 % 이나, 황, 칼슘, 산소 및, 망간의 함량은 각각 다르다.
강 Ca O Ca/O Mn Cu S
(ppm) (ppm) % % %
A 6 85 0.07 1.60 0.5 0.02
B 48 130 0.35 1.60 0.5 0.30
C (본발명) 40 94 0.42 0.25 1.5 0.30
부식 분야와 관련하여, 도 3a, 3b, 3c 에는 비교 강(A,B)과 대비한 본 발명에 따른 강(C)의 공식 및 틈새 부식의 특성 곡선을 도시하였다.
가공성 분야와 관련하여, 고속강으로 만들어진 직경 4 mm 의 드릴을 이용하여 직경 10 mm 의 원통형 막대에 깊이 16 mm 의 구멍을 형성하여 천공(drilling) 실험을 행하였다.
표 2 는 0.1 mm/회전의 진행속도 및 40 m/분의 절삭 속도를 가지는 제 1 절삭 조건하에서 강(A 및 B)과 강(C)의 성능을 나타낸다.
강 성능, 천공 길이(m)
A 0
B > 16
C (본 발명) > 16
표 3 은 0.25 mm/회전의 진행속도 및 25 m/분의 절삭 속도를 가지는 제 2 절삭 조건하에서 강(A 및 B)과 강(C)의 성능을 나타낸다.
강 성능, 천공 길이(m)
A 0
B > 16
C (본 발명) > 16
제시된 해결책은, 황 및 관련 라임 알루미노실리케이트 개재물에 의해 제공되는 최적의 가공성과 황화되지 않은 기본 강의 내식성과 유사한 정도로 높은 내식성을 조화시킬 수 있게 한다. 따라서, 사용자가 특성들 중 어느 하나 또는 다른 것을 선택하여야 하는 문제점을 해결할 수 있다. 이는, 그 강이 사용자로 하여금 내식성 부품을 높은 생산성으로 생산할 수 있게하고, 그에 따라 부품의 생산 비용을 절감할 수 있게 하기 때문이다. 또한, 재황화된 강의 사용자는 부품의 내식성 개선을 위해 크롬 도금과 같은 표면처리를 할 필요가 없다.

Claims (4)

  1. 높은 가공성 및 개선된 내식성을 가지는 재황화된 스테인렌스 강에 있어서, CrMnS 개재물과 결합되며, 크롬의 함량은 30 % 내지 70 % 이고, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태인 라임 알루미노실리케이트 개재물을 조성중에 포함하는 것을 특징으로 하는 재황화된 강.
  2. 제 1 항에 있어서, 중량 % 로서,
    0.01 % ≤탄소 ≤0.1 %;
    0.01 % ≤규소 ≤2.0 %;
    0.01 % ≤망간 ≤0.5 %;
    10 % ≤크롬 ≤25 %;
    7 % ≤니켈 ≤12 %;
    0.15 % ≤ 황 ≤0.45 %;
    0.01 % ≤몰리브덴 ≤3.00 %;
    0.5 % ≤구리 ≤3.5 %;
    0.01 % ≤질소 ≤0.1 %;
    0.0020 % ≤알루미늄 ≤0.0100 %;
    0.0005 % ≤ 인 ≤0.050 %;
    30 ×10-4% ≤칼슘 ≤200 ×10-4%;
    70 ×10-4% ≤산소 ≤300 ×10-4%;
    0.20 ≤칼슘/산소 ≤0.60,
    잔부는 철 및 정련에서의 불가피 잔류 원소로 이루어진 조성을 가지며,
    CrMnS 개재물과 결합되며, 크롬 함량이 30 % 내지 70 % 이고, 회장석- 및/또는 의사-규회석- 및/또는 겔레나이트- 형태인 라임 알루미노실리케이트 개재물을 포함하는 것을 특징으로 하는 재황화된 강.
  3. 제 2 항에 있어서, 중량 % 로 3 ×10-4% 미만의 붕소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재황화된 강.
  4. 제 2 항에 있어서, 중량 % 로 0.01 내지 0.3 % 의 바나듐을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재황화된 강.
KR1020010010728A 2000-03-03 2001-03-02 가공성 및 내식성이 우수한 재황화처리된 오스테나이트스테인레스 강 KR20010087264A (ko)

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