KR20060056885A

KR20060056885A - 2상 스테인리스강 합금 및 그 용도

Info

Publication number: KR20060056885A
Application number: KR1020057016309A
Authority: KR
Inventors: 안데르스 린드
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2003-03-02
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2006-05-25
Also published as: SE0300573L; CA2522352C; SE0300573D0; CN1756855A; EA200501405A1; AU2004217573A1; CA2522352A1; WO2004079028A1; US20060196582A1; MXPA05009319A; NO20056228L; CN100510147C; BRPI0408001A; US7892366B2; SE527175C2; EA009438B1; JP2006519314A; EP1639146A1; NO342396B1

Abstract

본 발명은 스테인리스강 합금, 구체적으로는 페라이트-오스테나이트 매트릭스를 가지며 큰 내식성 및 양호한 조직안정성을 갖는 2상 스테인리스강 합금, 특히

페라이트 함량이 40 ∼ 65 %이고, 잘 균형잡힌 조성을 가지며, 큰 극한강도 및 양호한 연성 등의 양호한 기계적 특성과 큰 내식성을 갖고, 특히 와이어라인 용도에서의 강화 와이어와 같은 와이어와 같은 기름 및 가스 탐사용으로 매우 적합한 2상 스테인리스강에 관한 것이다. 이들 목적은 본 발명에 따르면, 중량%로, C : 0 ∼ 0.03 %, Si : 최대 0.5 %, Mn : 0 ∼ 3.0 %, Cr : 24.0 ∼ 30.0 %, Ni : 4.9 ∼ 10.0 %, Mo : 3.0 ∼ 5.0 %, N : 0.28 ∼ 0.5 %, S : 최대 0.010 %, Co : 0 ∼ 3.5 %, W : 0 ∼ 3.0 %, Cu : 0 ∼ 2.0 %, Ru : 0 ∼ 0.3 %, Al : 0 ∼ 0.03 %, Ca : 0 ∼ 0.010 % 를 함유하고, 잔부는 Fe, 불가피한 불순물로 되어 있는 2상 스테인리스강 합금에 의해 달성된다.

2상 스테인리스강 합금

Description

2상 스테인리스강 합금 및 그 용도{DUPLEX STAINLESS STEEL ALLOY AND USE THEREOF}

본 발명은 스테인리스강 합금, 구체적으로는 페라이트-오스테나이트 매트릭스를 갖고, 염화물 함유 환경에 대한 큰 내식성, 고온에서의 사용성, 양호한 조직안정성 및 열간가공성, 큰 내식성 및 극한강도, 양호한 연성과 강도 등의 양호한 기계적 특성을 가지며, 슬릭라인 (slickline), 와이어라인 및 검층 (well-logging) 케이블을 위한 와이어, 로프 및 라인과 같은 기름 및 가스 탐사시의 와이어용으로 특히 적합한 2상 스테인리스강 합금에 관한 것이다.

기름 및 가스와 같은 천연자원이 더 적어지고 그 질이 떨어짐에 따라 천연자원에 대한 접근이 더 제한되어, 새로운 자원 또는 추출과 그 후속 공정 (운송과 원료의 제조 등), 자원의 유지 및 측정 작업에 드는 매우 큰 비용으로 인해 지금까지 개발되지 않은 자원을 발굴하는데 많은 노력이 기울여지고 있다.

깊은 바다의 해저면에서의 기름 및 가스 탐사는 확립된 기술이다. 원천 (source) 으로의 그리고 원천으로부터의 장비와 상품의 운송 및 신호와 에너지의 전달은 해수면에서 조작된다. 이러한 경우 깊은 바다 속에서 운송거리는 10,000 미터까지 할 수 있다. 스테인리스강으로 이루어진 와이어, 로프 또는 케이블이 기름 및 가스의 근해 (offshore) 탐사용으로 많이 사용되고 있다.

이른바 와이어라인은 오늘날 일반적으로, 나선형으로 신장된 강선의 단일 또는 여러 층으로 전체가 피복되어 있는 여러 개의 전기적으로 절연된 리드 (lead) 또는 광섬유케이블과 같은 케이블을 포함하도록 제조된다. 강 등급은, 주로, 특히 기름 및 가스 탐사에서 유효한 조건하에서 적합한 내식성과 강도, 극한강도 및 연성에 대한 요구에 의해 결정된다.

기름 및 가스 산업에서, 특히 슬릭라인, 와이어라인 또는 웰보어 로깅 케이블 (wellbore logging cable) 로서 사용될 때, 그리고 이른바 풀리 휠에의 반복된 코일링 (coiling) 과 운송 용도의 경우, 상기 사용은 주로 반복 사용으로 인한 피로에 대한 저항으로 인해 제한된다. 상기 재료의 사용 가능성은 사용되는 와이어 재료의 극한강도의 구역 내로 제한된다. 일반적으로 냉간 변형의 정도는 연성에 관해 최적화된다. 그러나, 특히 오스테나이트 재료는 실제 요구를 충족시키지 못한다.

최근, 내식성 금속재료가 사용되는 환경이 더 많아짐에 따라, 재료의 기계적 특성뿐만 아니라 내식성에 대한 요구도 증가하였다. 예를 들어, 상기 용도로 사용되는 페라이트 강, 니켈계 합금 또는 다른 고합금 강과 같이 지금까지 사용된 강 합금의 대용으로 개발된 2상 강 합금도 위와 같은 요구되는 재료의 특성이 발전하였다. 폴리우레탄과 같은 플라스틱재료의 주위 격리가 손상되고 반복되는 코일링 동안 매우 빨리 사용할 수 없게 되어, 스트링, 로프 또는 라인이 큰 기계적 특성과 강한 부식 환경에 노출되는 경우 큰 내식성이 요구된다. 따라서, 최근 의 개발들은 강화 와이어를 최외각 층으로서 사용하는 것을 목표로 하고 있다.

또한, 어느 정도의 냉간 변형을 위해 현재의 기술로 얻어지는 것보다 훨씬 더 큰 강도에 대한 바램도 있다.

현재 사용되고 있는 2상 합금의 단점은, 제조시 또는 뒤이은 가공시 특히 열처리 후에 강 중에 시그마 상과 같은 경질 및 취성의 금속간 석출이 존재한다는 것이다. 이로 인해, 더 안 좋은 가공성과 최종적으로 더 안 좋은 내식성을 가지며 크랙 전파가 일어날 수 있는 경질의 재료가 된다.

2상 스테인리스강의 내식성을 더욱 향상시키기 위해서는, 재료의 조직 안정성 또는 가공성을 손상시키기 않으면서 페라이트와 오스테나이트 상 모두에서 PRE 수를 증가시켜야 한다. 유효 합금 성분에 관해 두 상의 분석이 동일하지 않다면, 하나의 상이 노듈러 또는 틈새 부식에 민감해질 것이다. 따라서, 합금의 내식성은 부식에 더 민감한 상에 의해 좌우되고, 조직 안정성은 가장 많이 합금된 상에 의해 좌우된다.

본 발명의 목적은 큰 내식성과 큰 충격강도, 양호한 연성 및 강도와 같은 양호한 기계적 특성을 갖는 2상 스테인리스 강 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 슬릭라인, 와이어라인 및 검층 케이블을 위한 와이어, 로프 및 라인과 같은 기름 및 가스 탐사시 와이어용으로 특히 적합한 2상 스테인리스 강 합금을 제공하는 것이다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 페라이트-오스테나이트 매트릭스를 갖고, 염화물 함유 환경에 대한 큰 내식성, 고온에서의 사용성, 양호한 조직안정성 및 열간가공성을 갖는 2상 스테인리스 강 합금을 제공하는 것이다.

다량의 합금 원소를 갖는 본 발명의 재료는 양호한 가공성을 나타내며, 따라서, 와이어 제조에 사용되기에 매우 적합하다.

본 발명의 합금은, 슬릭라인용의 절연 와이어로서, 그리고 동일한 또는 다른 직경을 갖는 여러 개의 와이어가 함께 묶여 있는 이른바 편선 와이어 (braided wire) 로서 유리하게 사용될 수 있다.

이러한 목적은, 중량%로,

C 0 초과 최대 0.03 %

Si 최대 0.5 %

Mn 0 ∼ 3.0 %

Cr 24.0 ∼ 30.0 %

Ni 4.9 ∼ 10.0 %

Mo 3.0 ∼ 5.0 %

N 0.2 ∼ 0.5 %

B 0 ∼ 0.0030 %

S 최대 0.010 %

Co 0 ∼ 3.5 %

W 0 ∼ 3.0 %

Cu 0 ∼ 2.0 %

Ru 0 ∼ 0.3 %

Al 0 ∼ 0.03 %

Ca 0 ∼ 0.010 %

를 함유하고, 잔부가 Fe, 불가피한 불순물 및 첨가제로 되어 있는 본 발명의 합금에 의해 달성된다.

도 1 은 2상 강 SAF 2507, SAF 2906 과 비교하여 "그린 데스" 용액에서의 수정 ASTM G48C 시험에서 얻은 CPT 값을 보여준다.

도 2 는 2상 강 SAF 2507 및 SAF 2906 과 비교하여 "그린 데스" 용액에서의 수정 ASTM G48C 시험을 통해 얻은 CPT 값을 보여준다.

도 3 은 온도 75 ℃, 2% HCl 에서 중량손실의 평균값 (㎜/년) 을 보여준다.

도 4 는 SAF 2205 합금의 항복점과 충격강도에 대한 데이터를 보여준다.

도 5 는 본 발명에 따른 합금의 항복점과 충격강도에 대한 데이터를 보여준다.

많은 양의 합금 원소를 함유하는 본 발명의 합금이 상기 요구를 만족시킨다는 사실이 밝혀졌다.

본 발명에 있어 합금 원소의 중요성

탄소는 오스테나이트와 페라이트 모두에 제한된 용해도를 갖고 있다. 제한된 용해도로 인해 탄화크롬이 석출할 위험이 있고, 따라서 그 함량은 0.03 중량% 이하, 바람직하게는 0.02 중량% 이하이어야 된다.

규소는 강 제조에서 탈산제로서 사용되고, 제조 및 용접하는 동안 유동성을 증가시킨다. 그러나, Si 의 양이 너무 많아지면, 바람직하지 않은 금속간 상의 석출이 야기되므로, 그 함량은 최대 0.5 중량%, 바람직하게는 최대 0.3 중량%로 제한되어야 한다.

망간은 N 용해도를 증가시키기 위해 첨가된다. 그러나, Mn 은 실제 합금에서의 N 용해도에 미치는 효과가 제한적임이 밝혀졌다. 용해도에 더 큰 효과를 미치는 것은 다른 원소들이다. 또한, 높은 황 함량과 함께 사용되는 Mn 은 점부식 (point corrosion) 의 개시점으로서 작용하는 황화망간을 생성시킬 수 있다. 따라서, Mn 함량은 0 ∼ 3.0 중량%, 바람직하게는 0.5 ∼ 1.2 중량% 내의 값으로 제한되어야 한다.

크롬은 대부분의 부식에 대한 내식성을 증가시키는데 매우 유효한 원소이다. 또한, Cr 함량이 높은 경우, 재료에서의 질소의 용해도가 매우 양호해진다. 따라서, 내식성을 향상시키기 위해 Cr 함량을 가능한 높게 유지하는 것이 바람직하다. 매우 큰 내식성을 얻기 위해서는, Cr 함량은 적어도 24.0 중량%, 바람직하게는 26.5 ∼ 29.0 중량% 이어야 한다. 그러나, Cr 함량이 큰 경우 금속간 석출의 경향이 증가하므로, Cr 함량은 최대 30.0 중량%로 제한되어야 한다.

니켈은 오스테나이트 안정화 원소로서 사용되고, 바람직한 페라이트 함량을 얻도록 적절한 양으로 첨가되어야 한다. 40 ∼ 65 부피% 페라이트의 경우 오스테아니트와 페라이트 상 사이에 바람직한 관계를 얻기 위해서는, 니켈을 4.9 ∼ 10.0 중량%, 바람직하게는 4.9 ∼ 9.0 중량% 그리고 특히 6.0 ∼ 9.0 중량% 첨가할 필요가 있다.

몰리브덴은 염화물 환경 그리고 바람직하게는 환원성 산에서 내식성을 향상시키는 유효한 원소이다. 만약 매우 큰 Mo 함량과 매우 큰 Cr 함량이 함께 사용되면, 금속간 석출의 양이 증가할 수 있다. 그러므로, Mo 함량은 3.0 ∼ 5.0 중량%, 바람직하게는 3.6 ∼ 4.9 중량%, 보다 구체적으로는 4.4 ∼ 4.9 중량% 이어야 한다.

질소는 재료의 내식성, 조직 안정성 및 강도를 증가시키는 매우 유효한 원소이다. 또한, 질소의 양이 많아지면, 용접 후 오스테나이트의 재생이 증가하여 양호한 특성을 지닌 양호한 용접 접합부가 얻어진다. 질소의 우수한 효과를 얻기 위해서, 그 함량은 적어도 0.28 중량% 이어야 한다. N 함량이 크면, 용융물에서의 N의 과잉 용해도로 인해 다공성이 증가할 수 있다. 이러한 이유로, N 함량은 최대 0.5 중량%로 제한되어야 하고, 바람직하게는 N 은 0.35 ∼ 0.45 중량%의 양으로 첨가되어야 한다. Cr 및 N 의 양이 너무 크면, Cr₂N 의 석출이 발생하게 되는데, 이러한 석출은 특히 열처리 동안, 예컨대 용접시 재료 특성을 손상시키기 때문에 회피되어야 한다.

붕소는 재료의 열간 가공성을 증가시키기 위해 첨가된다. 만약 붕소 함량이 너무 크면, 용접성 및 내식성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 붕소 함량은 0 초과 0.0030 중량%이하로 존재해야 한다.

황은 용이하게 용해되는 황화물을 형성함으로써 내식성에 부정적으로 영향을 미친다. 이로써 열간 가공성이 손상되므로, 황 함량은 최대 0.010 중량%로 제한되어야 한다.

코발트는 주로 조직 안정성 및 내식성을 향상시키기 위해 첨가된다. Co 는 오스테니아트 안정화제이다. 그 효과를 얻기 위해서는, 0.5 중량% 이상, 바람직하게는 1.0 중량% 이상으로 합금에 첨가되어야 한다. 코발트는 비교적 값비싼 원소이기 때문에, 코발트 첨가량은 최대 3.5 중량%로 제한되어야 한다.

텅스텐은 점부식 및 틈새부식에 대한 내식성을 증가시킨다. Cr 및 Mo 양이 많은 경우 텅스텐을 너무 많이 첨가하면, 금속간 석출의 위험이 증가한다. 본 발명에 있어서 텅스텐 함량은 0 ∼ 3.0 중량%, 바람직하게는 0 ∼ 1.8 중량%의 범위 내이어야 한다.

구리는 황산과 같은 산 환경에서의 전면부식에 대한 내식성을 향상시키기 위해 첨가된다. Cu 는 또한 조직 안정성에 영향을 미친다. 그러나, Cu 의 양이 커지면, 고용도가 지나치게 된다. 그러므로, Cu 함량은 최대 2 중량%, 바람직하게는 0.1 ∼ 1.5 중량%로 제한되어야 한다.

루테늄은 내식성을 증가시키기 위해 합금에 첨가된다. 그러나, 루테늄은 매우 값비싼 원소이기 때문에, 그 함량은 최대 0.3 중량%, 바람직하게는 0 초과 0.1 중량%이하로 제한되어야 한다.

알루미늄 및 칼슘은 강 제조시 탈산제로서 사용된다. Al 의 양은 질화물 형성을 제한하기 위해 최대 0.03 중량%로 제한되어야 한다. Ca 는 고온 연성에 긍정적인 영향을 미치지만, Ca 함량은 바람직하지 않은 양의 슬래그를 회피하기 위해 0.01 중량%로 제한되어야 한다.

양호한 기계적 특성과 내식성 및 양호한 용접성을 얻기 위해 페라이트 함량이 중요하다. 내식성 및 용접성 측면에서 우수한 특성을 얻기 위해 40 ∼ 65 %의 페라이트 함량이 바람직하다. 페라이트 함량이 더 커지면, 저온 충격 인성과 수소취화에 대한 저항성이 손상될 위험이 있다. 그러므로, 페라이트 함량은 40 ∼ 65 부피%, 바람직하게는 42 ∼ 65 부피%, 가장 바람직하게는 45 ∼ 55 부피%이다.

하기의 실시예에서, 각종 합금 원소가 상기한 특성들에 미치는 영향을 보여주는 다수의 시험 차지 (test charge) 에 대한 분석이 개시되어 있다. 차지 605182 는 기준 분석을 나타내고, 따라서 본 발명의 범위에 포함되지 않는다. 또한, 다른 모든 차지는 본 발명을 제한하는 것이 아니고, 청구범위에 따른 본 발명을 보여주는 차지의 예를 나타내는 것이다. 주어진 PRE 값은 명확히 규정되지는 않았지만 PREW 식에 따라 산출된 값을 가리킨다.

< 실시예 1 >

본 실시예에 따른 시험 차지는 열간 단조로 둥근 바아로 만들어진 170 kg 의 잉곳을 실험실 주조하여 제조되었다. 그리고나서, 이것을 바아 형태 (둥근 바아 및 판형 바아) 로 열간 압출하고, 시험 재료를 이 둥근 바아로부터 샘플링하였다. 냉간 압연하기 전에 판형 바아를 열처리한 후 추가적인 시험재료를 샘플링하였다. 재료 기술적 측면에서, 이 공정은 대량 제조의 대표적인 예로 생각된 다. 표 1 은 시험 차지의 분석을 보여준다.

조직 안정성을 조사하기 위해 모든 차지에서 시편을 채취한 후, 900 ∼ 1150 ℃ 에서 50 ℃ 마다 열처리하고 각각 공냉 및 수냉시켰다. 가장 낮은 온도에서 금속간 상이 얻어졌다. 금속간 상이 무시될 수 있는 가장 낮은 온도는 광학현미경으로 관찰하여 결정되었다. 그리고 나서, 각 차지로부터 얻은 새로운 시편을 상기 온도에서 5분 동안 열처리한 후, 상기 시료를 실온까지 일정한 냉각속도 (-140 ℃/min) 로 냉각시켰다.

1 % FeCl₃, 1 % CuCl₂, 11 % H₂SO₄, 1.2 % HCl 로 이루어진 이른바 "그린 데스(green-death)" 용액 내에서 등급을 매김으로써 모든 차지의 점부식 특성을 시험하였다. 이 시험 과정은 ASTM G48C 에 따른 점부식 시험에 대응하지만, 좀더 공격적인 "그린 데스" 용액에서 수행된다. 또한, 몇몇 차지는 ASTM G48C 에 따라 시험되었다 (차지 당 2회 시험). 또한, 3 % NaCl 에서의 전기화학적 시험 (차지 당 6회 시험) 을 실시하였다. 모든 합금 분석과 오스테나이트 및 페라이트의 경우에 있어서 PREW 값 ( Cr + 3.3 ( Mo + 0.5 W ) + 16 N ) 과 같이, 모든 시험으로부터 얻은 임계 점부식 온도 (CPT) 의 형태의 결과를 표 2 에 나타내었다. α 는 페라이트에 관한 것이고, γ 는 오스테나이트에 관한 것이다.

모든 차지에 대해 실온 (RT), 100 ℃ 및 200 ℃ 에서의 강도와 실온 (RT) 에서의 충격강도를 측정하고 3회 시험의 평균값으로서 나타내었다.

직경 20 ㎜ 의 압출 바아로부터 인장시험편 (DR-5C50) 을 제조하고, 표 2 에 따라 20분 동안 열처리한 후, 공기 또는 물 속에서 냉각시켰다 (605195, 605197, 605184). 이 조사의 결과를 표 3 에 나타내었다. 인장강도시험의 결과로부터, 크롬, 질소 및 텅스텐의 함량이 재료의 인장강도에 크게 영향을 미침을 알 수 있다. 605153 을 제외한 모든 차지는 실온 (RT) 에서의 인장시험에서 25 % 증가의 요건을 만족시킨다.

< 실시예 2 >

다음의 실시예에서, 적절한 분석을 위해 만들어진 또다른 시험 차지에 대한 분석이 주어진다. 이들 차지는, 실시예 1 의 결과에 나타난 양호한 조직 안정성 및 우수한 내식성을 갖는 상기 차지의 특성과는 크게 다른 것이다. 표 4 의 모든 차지는 본 발명에 따른 분석에 포함되고, 여기서 차지 1 ∼ 8 은 통계적 시험 계획의 일부이고, 차지 e ∼ n 은 본 발명의 범위에 속하는 다른 시험 합금이다.

다수의 시험 차지가 열간 단조로 원통형 로드로 만들어진 270 kg 의 잉곳을 주조하여 제조되었다. 이 차지를 압출하여 바아로 만들고, 그 바아로부터 시험편을 채취하였다. 그리고 나서, 이들 시험편을 판형 바아로 냉간압연하기 전에 가열한 후, 다른 시험편을 채취하였다. 표 4 는 이들 시험 차지의 조성을 보여준다.

마이크로 프로브 분석에 의해 페라이트 및 오스테나이트 상에서의 합금 원소의 분포를 조사하였고, 그 결과를 표 5 에 나타내었다.

등급을 매기기 위한 "그린 데스" 용액 (1 % FeCl₃, 1 % CuCl₂, 11 % H₂SO₄, 1.2 % HCl) 으로 모든 차지의 점부식 특성을 시험하였다.

시험 과정은 6 % FeCl₃ 보다 더 공격적인 용액, 이른바 "그린 데스" 용액을 사용한다는 점을 제외하고는 ASTM G48C 에 따른 점부식 시험과 동일하다. 또한 이슬점 시험 전에 등급을 매기기 위해 일반적인 부식 시험을 2 % HCl 에서 실시했다(차지장 2회 시험). 모든 시험의 결과를 표 6, 도 2 및 도 3 에 나타내었다. 시험된 모든 차지는 그린 데스 용액 내에서 SAF 2507 보다 더 양호한 특성을 갖는다. 모든 차지에 있어 PRE 오스테나이트/PRE 페라이트 비는 0.9 ∼ 1.15, 바람직하게는 0.9 ∼ 1.05 의 규정된 범위 내에 있고, 동시에 오스테나이트와 페라이트의 경우 PRE 는 44 를 초과하고 대부분의 차지의 경우에도 PRE 는 또한 44 를 초과한다. 일부 차지는 한계 총 PRE 50 에 이른다. 1.5 % 코발트가 합금된 차지 605251 은, 크롬함량이 더 적음에도 불구하고 "그린 데스" 용액에서 0.6 % 코발트가 합금된 차지 605250 과 거의 동등하게 양호한 특성을 나타냄은 매우 흥미롭다. 이는, 차지 605251 이 상용의 초 2상 합금의 경우보다 더 큰 약 48 의 PRE 값을 갖고, 동시에 1010 ℃ 이하의 T-max σ값은 실시예 1 에서의 표 2 의 값에 기초한 양호한 조직 안정성을 나타내기 때문에, 매우 놀랍고 흥미롭다.

조직 안정성을 보다 상세히 조사하기 위해서, 시험편을 1080 ℃, 1100 ℃ 및 1150 ℃ 에서 20분간 어닐링한 후 수냉하였다.

광학현미경으로 관찰하여, 금속간 상의 양이 무시될 수 있는 온도를 결정하였다. 1080 ℃ 에서 어닐링하고 수냉한 후 차지의 조직을 비교하여, 어느 차지가 바람직하지 않은 시그마 상을 더 많이 함유하는지 판단하였다. 그 결과를 표 8 에 나타내었다. 조직제어 결과, 차지 605249, 605251, 605252, 605253, 605254, 605255, 605259, 605260, 605266 및 605267 이 바람직하지 않은 시그마 상을 갖지 않음이 나타났다. 또한, 1.5 % 코발트가 합금된 차지 605249 는 시그마 상이 없는 반면, 0.6 % 코발트가 합금된 차지 605250 은 약간의 시그마 상을 포함하고 있다. 이들 두 차지 모두는 29 중량%에 가까운 높은 크롬 함량과 4.25 중량%에 가까운 몰리브덴 함량을 갖는다. 시그마 상의 함량에 대해 차지 605249, 605250, 605251 및 605252 의 분석을 비교해보면, 이 경우 조직 안정성에 관해 적절한 재료의 조성 범위가 매우 좁다는 것이 명백해진다. 또한, 많은 양의 시그마 상을 포함하는 차지 605263 에 비해 차지 605268 은 소량의 시그마 상만을 포함한다. 이들 두 차지 사이의 본질적인 차이점은 차지 605268 에 구리가 첨가되어 있다는 것이다. 차지 605266 및 605267 에는 크롬 함량이 높지만 시그마 상이 없고, 차지 605267 에는 구리가 합금되어 있다. 또한, 1.0 중량% 텅스텐을 함유하는 차지 605262 및 605263 은 많은 양의 시그마 상을 갖는 조직을 갖는 반면, 1.0 중량% 텅스텐을 또한 포함하지만 차지 605262 및 605263 보다 질소 함량이 더 많은 차지 605269 는 상당히 더 적은 양의 시그마 상을 갖는 것이 흥미롭다. 따라서, 이러한 많은 양의 원소 (예컨대 크롬 및 몰리브덴) 에 있어서 양호한 조직 특성을 얻기 위해 다양한 합금 원소의 양을 잘 균형잡는 것이 요구된다.

< 실시예 3 >

와이어라인용 와이어에 대한 응력은 표 9 에서 볼 수 있는 것처럼 주로 3개의 성분으로 이루어진다: 식 (1) 에 따른 와이어의 사하중 (dead load), 식 (2) 에 따른 충격 하중, 식 (3) 에 따른 공급장치의 각종 지지 휠에 의해 야기되는 응력, 그리고 식 (4) 에 따라 부분 장력의 총합으로서 표현되는 총 장력. 하기한 것처럼 각종 장력의 표현으로부터 알 수 있듯이, 장력/극한강도가 더 커지면 더 작은 공급 휠을 사용할 수 있고 또한 단위 면적당 더 큰 하중이 가해질 수 있다.

	야기된 장력의 표현
(1) 와이어의 사하중	σ₁=ρgl/2; ρ= 재료의 밀도, g = 중력 가속도, l = 드릴구멍 내에 있는 와이어의 자유 길이
(2) 부가 하중	σ₂= F/A; F = 부가 하중, A = 와이어 단면적
(3) 지지 휠	σ₃= dE/R; d = 와이어 직경, E = 탄성계수 R = 지지휠 직경
(4) 총합	σ = σ₁ + σ₂ + σ₃

긴 와이어는 슬릭라인과 같은 의도하는 용도에서 30,000 피트의 길이를 가질 수 있고, 그 와이어에는 상당한 사하중이 가해질 것이다. 이러한 사하중은 일반적으로 와이어에 하중을 더 가하게 되는 곡률이 다른 휠에 의해 전달된다. 휠의 곡률반경이 작아질수록, 와이어에 가해지는 굽힘 하중은 더 커진다. 또한, 와이어의 직경이 작아지면, 더 많은 양으로 감길 수 있다.

본 발명의 합금은 와이어라인이 사용되는 환경에서의 내식성이 매우 크다.

본 발명에 따라 주어진 감소의 경우 종래 합금에 비해 합금의 강도가 더 커진다. 따라서, 2.08 ㎜ (0.082 인치) 의 치수를 갖는 제품을 생산하여 다음의 자료를 얻었다:

차지 : 456904

최종 치수 : 2.08 ㎜

탄성계수 : 195266 N/㎜²

Rm : 1858 N/㎜², 파단하중 (breaking load) : 6344 N = 1426 lbf

시그마 상은 없음

연성 : 수용가능함.

표 10 은 종래 사용된 합금과 비교하여 본 발명에 따른 합금의 강도와 파단하중을 보여준다.

이들 특성으로 인해, 본 발명의 합금은 O & G 산업에서 와이어라인, 슬릭라인 또는 제어 케이블용으로 매우 적합하다.

본 발명은 다음의 특성을 모두 갖는다:

· 큰 내식성

· 냉간 가공 후는 물론 열간 가공 조건에서 큰 강도

· 양호한 연성

· 제어된 온도 조건이 유지되면, 금속간 상의 석출 위험이 최소화되고, 조직 안정성이 양호함.

· 양호한 열간 가공성.

Claims

중량%로,

C 0 초과 최대 0.03 %

Si 최대 0.5 %

Mn 0 ∼ 3.0 %

Cr 24.0 ∼ 30.0 %

Ni 4.9 ∼ 10.0 %

Mo 3.0 ∼ 5.0 %

N 0.2 ∼ 0.5 %

B 0 ∼ 0.0030 %

S 최대 0.010 %

Co 0 ∼ 3.5 %

W 0 ∼ 3.0 %

Cu 0 ∼ 2.0 %

Ru 0 ∼ 0.3 %

Al 0 ∼ 0.03 %

Ca 0 ∼ 0.010 %

를 함유하고, 잔부는 Fe, 불가피한 불순물 및 첨가제이고, 페라이트 함량이 40 ∼ 65 부피%이고, 냉간 가공 후는 물론 열간 가공 조건에서도 큰 강도를 가지 며, 양호한 연성, 제어된 온도 조건이 유지되면 금속간 상의 석출 위험이 최소화되고 또한 양호한 조직 안정성이 얻어지며, 양호한 열간 가공성을 갖는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항에 있어서, 크롬 함량은 26.5 ∼ 29.0 중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 크롬 함량은 26.5 ∼ 29.0 중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 니켈 함량은 5.0 ∼ 8.0 중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 몰리브덴 함량은 3.6 ∼ 4.7 중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 질소 함량은 0.35 ∼ 0.45 중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 루테늄 함량은 0 ∼ 0.3 중 량%, 바람직하게는 0 초과 0.1 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 코발트 함량은 0.5 ∼ 3.5 중량%, 바람직하게는 0 초과 0.1 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 구리 함량은 0.5 ∼ 2.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ∼ 1.5 중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트-오스테나이트 2상 스테인리스강 합금.
염화물 함유 환경, 특히 해수 환경에서 이른바 슬릭라인 (slickline), 와이어라인 및 검층 (well-logging) 케이블을 위한 와이어, 로프 및 라인과 같은 기름 및 가스 탐사시의 와이어용으로 사용되는, 제 1 항에 따른 합금의 용도.