KR20070107166A

KR20070107166A - 오스테나이트계 스테인레스강

Info

Publication number: KR20070107166A
Application number: KR1020077022019A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 오카다; 마사아끼 이가라시; 가즈히로 오가와; 야스타카 노구치
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-11-06
Also published as: DK1867743T3; CA2603681A1; US20080089803A1; EP1867743B1; CA2603681C; EP1867743A4; DK1867743T5; CN101151394A; US7731895B2; EP1867743B9; WO2006106944A1; EP1867743A1; JPWO2006106944A1; JP4803174B2; KR100931448B1; CN100577844C

Abstract

크리프 강도가 높고, 또한 크리프 연성 및 용접성, 나아가서는 열간 가공성도 개선된 오스테나이트계 스테인레스강이다. 이 강은, 질량％로, C:0.05∼0.15％, Si:2％ 이하, Mn:0.1∼3％, P:0.05∼0.30％, S:0.03％ 이하, Cr:15∼28％, Ni:8∼55％, Cu:0∼3.0％, Ti:0.05∼0.6％, REM:0.001∼0.5％, sol.Al:0.001∼0.1％ 및 N:0.03％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 이 강은, 또한 W, Mo, B, Nb, V, Co, Zr, Hf, Ta, Ca 및 Mg 중에서 선택한 1종 이상을 포함해도 된다. 또, REM으로서는 Nd를 이용하는 것이 바람직하다.

Description

오스테나이트계 스테인레스강{AUSTENITIC STAINLESS STEEL}

본 발명은, 발전용 보일러나 화학 공업용 플랜트 등에 있어서, 관(管)으로서, 또 내열 내압 부재의 강판, 봉강, 단강품 등으로서 이용되는 고온 강도가 우수한 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

종래, 고온 환경 하에서 사용되는 보일러나 화학 플랜트 등에 있어서는, 장치용 재료로서 JIS의 SUS304H, SUS316H, SUS321H, SUS347H, SUS310S 등의 오스테나이트계 스테인레스강이 사용되어 왔다. 그러나, 최근, 이러한 고온 환경 하에서의 장치의 사용 조건이 현저히 가혹해지고, 그에 수반하여 사용 재료에 대한 요구 성능이 엄격해져, 종래 이용되어 온 오스테나이트계 스테인레스강으로는 고온 강도가 현저히 부족한 상황이 되고 있다.

오스테나이트계 스테인레스강의 고온 강도, 특히 크리프 강도의 개선에는, 탄화물의 석출이 유효하고, M₂₃C₆, 혹은 TiC, NbC 등의 탄화물에 의한 강화 작용이 이용되고 있다. 또, Cu 첨가에 의한 크리프 강도의 향상도 이용되고 있다. 그것은, 크리프 중에 미세 석출하는 Cu상이 크리프 강도를 높이는데 기여하기 때문이다.

한편, 본래 불순물 원소인 P는, M₂₃C₆탄화물의 미세화에 기여하고 크리프 강도에 기여하는 것이 알려져 있으며, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되는 발명에서는, P를 첨가함으로써 크리프 강도의 향상을 도모하고 있다. 그렇지만, P 첨가량의 증가는 용접성 및 크리프 연성을 열화시키기 때문에, 그 첨가량은 제한을 받는다. 그 때문에, P 첨가에 의한 강화는, 충분히 활용되고 있다고는 말하기 어렵다.

(특허문헌 1)일본국 특개소62-243742호 공보

특허문헌 2에는, 0.06％를 넘어 0.20％까지의 P를 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강이 개시되어 있다. 그러나, 그 강은, 내고온 염해성의 개선을 목표로 하여 개발된 것이다. 그 때문에, 2.0％를 넘어 4.0％까지라는 다량의 Si를 함유하고 있다. 이러한 다량의 Si는, σ상의 석출을 촉진시키고, 인성(靭性) 및 연성(延性)의 악화를 초래한다.

(특허문헌 2)일본국 특개평7-118810호 공보

본 발명의 제1의 목적은, 크리프 강도가 높고, 또한 크리프 연성 및 용접성도 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제2의 목적은, 상기의 특성에 추가하여 또한 열간 가공성도 개선된 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 고온 강도를 높일 수 있도록 P의 함유량을 높인 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서, 미량 원소의 첨가에 의해 크리프 연성, 용접성 및 열간 가공성의 개선을 도모하였다.

본 발명자는, P의 함유량이 많은 오스테나이트계 스테인레스강의 크리프 연성을 개선하는 원소에 관해 여러 가지 검토를 거듭하였다. 그 결과, 극미량의 REM, 그 중에서도 Nd의 첨가가 비약적으로 크리프 연성을 향상시키고, 뿐만 아니라 용접성 및 열간 가공성의 개선에도 유효하다는 것을 발견하였다.

또, P와 함께 Ti를 복합 첨가하면, 탄화물의 미세화 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 크리프 중에 인화물의 석출이 발생하여, 크리프 강도가 향상되는 것이 확인되었다.

또한 크리프 강도의 향상을 목표로 하여 Cu 첨가의 영향을 검토하였다. 그 결과, Cu 함유량이 3.0％를 넘으면, REM, 특히 Nd의 첨가에 의한 연성 개선 효과는 거의 소실되어 버린다는 것이 밝혀졌다.

본 발명은, 상기의 지견을 기초로 하여 이루어진 것으로, 그 요지는, 하기 (1)에서 (4)까지의 오스테나이트계 스테인레스강에 있다.

(1)질량％로, C:0.05∼0.15％, Si:2％ 이하, Mn:0.1∼3％, P:0.05∼0.30％, S:0.03％ 이하, Cr:15∼28％, Ni:8∼55％, Cu:0∼3.0％, Ti:0.05∼0.6％, REM: O.001∼0.5％, sol.Al:0.001∼0.1％, N:0.03％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 오스테나이트계 스테인레스강.

(2)Fe의 일부를 대신하여, 질량％로, 또한 Mo:0.05∼5％, W:0.05∼10％, 단 Mo＋(W／2)는 5％ 이하, B:0.0005∼0.05％, Nb:0.05∼0.8％, V=0.02∼1.5％, Co: 0.05∼5％, Zr:0.0005∼0.2％, Hf:0.0005∼1％ 및 Ta:0.01∼8％ 중 1종 이상을 함유하는 상기 (1)에 기재된 오스테나이트계 스테인레스강.

(3)Fe의 일부를 대신하여, 질량％로, 또한 Mg:0.0005∼0.05％ 및 Ca:0.0005∼0.05％의 일방 또는 양방을 함유하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 오스테나이트계 스테인레스강.

(4)REM이 Nd인 상기 (1)에서 (3)까지 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 스테인레스강.

또한, REM은, rare earth element의 약어로, 15종의 란타노이드(lanthanoid) 원소에 Sc 및 Y를 더한 17종의 원소의 총칭이다.

본 발명의 스테인레스강은, 강관, 강판, 봉강, 주강품, 단강품 등으로서, 고온 강도와 내식성이 요구되는 용도에 폭넓게 적용할 수 있다.

이하에 성분 범위의 한정 이유를 서술한다. 성분 함유량에 관한 ％는 「질량％」이다.

C:0.05∼0.15％

C는, 고온 환경 하에서 사용될 때에 필요한 인장 강도 및 크리프 강도를 확보하기 위해 유효하면서도 중요한 원소이다. 본 발명 강에 대해 그 함유량을 0.05％ 이상으로 하지 않으면 상기의 효과가 발휘되지 않아, 목표의 고온 강도를 얻을 수 없다. 그러나, 0.15％를 넘는 양을 함유시키더라도, 용체화 상태에서의 미고용 탄화물량이 증가하는 것만으로, 고온 강도의 향상에 기여하지 않게 된다. 또, 인성 등의 기계적 성질이나 용접성을 열화시킨다. 따라서, C 함유량은 0.05∼0.15％ 로 하였다. 보다 바람직한 상한은 0.13％이다. 더욱 바람직한 상한은 0.12％이다.

Si:2％ 이하

Si는, 탈산 원소로서 첨가되고, 또, 내산화성 및 내수증기 산화성 등을 높이는데 유효한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서는 0.1％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 2％를 넘으면, σ상 등의 금속간 화합물상의 석출을 촉진하고, 고온에서의 조직 안정성의 열화에 기인한 인성이나 연성의 저하를 일으킨다. 또, 용접성이나 열간 가공성도 저하한다. 따라서 Si 함유량은 2％ 이하로 하였다. 바람직한 것은 1％ 이하이다.

Mn:0.1∼3％

Mn은, Si와 마찬가지로 용강의 탈산 작용을 가짐과 동시에, 강 중에 불가피 적으로 함유되는 S를 황화물로서 고착하여, 열간 가공성을 개선한다. 그 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.1％ 이상의 함유가 필요하다. 그러나, 그 함유량이 3％를 넘으면, σ상 등의 금속간 화합물상의 석출을 조장하여, 조직 안정성, 고온 강도, 기계적 성질이 열화된다. 따라서 MN 함유량은 0.1∼3％로 하였다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.2 및 2％이다. 더욱 바람직한 상한은 1.5％이다.

P:0.05∼0.30％

P는, 탄화물의 미세 석출이나 Ti 및 Fe의 인화물을 석출시키고, 본 발명 강의 크리프 강도를 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.05％ 이상의 함유가 필요하다. 통상, P의 첨가는 크리프 연성이나 용접성 및 열간 가공성의 열화를 수반 하는 것이지만, 본 발명 강에서는 REM의 첨가에 의해 상기의 특성의 열화를 억제하고 있다. 그러나, P를 과잉되게 첨가한 경우에는 REM 첨가의 효과, 특히 Nd 첨가의 효과가 소실되기 때문에, 그 함유량은 0.3％ 이하로 할 필요가 있다. 따라서, P 함유량은 0.05∼0.3％가 적정하다. 보다 바람직한 하한과 상한은 각각 0.06％ 및 0.25％, 더욱 바람직한 하한은 0.08％를 넘는 양이며, 또, 더욱 바람직한 상한은 0.20％이다.

S:0.03％ 이하

S는, 강 중에 불가피적 불순물로서 함유되고, 열간 가공성을 현저히 저하시키기 때문에, O.03％ 이하로 한다. 그 함유량은 적을수록 좋다.

Cr:15∼28％

Cr은, 내산화성, 내수증기 산화성, 내고온 부식성 등을 확보하는 중요한 원소로, 또한 Cr계 탄화물을 형성하여 강도를 높이는 데에도 기여한다. 그 때문에 15％ 이상 함유시킨다. Cr 함유량이 많을수록 내식성은 향상되지만, 그 함유량이 28％를 넘으면 오스테나이트 조직이 불안정해지고 σ상 등의 금속간 화합물이나α―Cr상을 생성하기 쉬워, 인성이나 고온 강도도 손실된다. 따라서 Cr 함유량은 15∼28％로 해야 한다. 또한, 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 16％ 및 25％이다. 더욱 바람직한 하한은 17％이고, 또, 더욱 바람직한 상한은 23％이다.

Ni:8∼55％

Ni는, 안정된 오스테나이트 조직을 확보하기 위해 필수의 원소이다. 그 필요 최소 함유량은, 강 중에 포함되는 Cr, Mo, W, Nb 등의 페라이트 생성 원소나 C, N 등의 오스테나이트 생성 원소의 함유량에 의해 정해진다. 본 발명 강에는 15％ 이상의 Cr을 함유시킬 필요가 있지만, 이 Cr 양에 대해 Ni가 8％ 미만이면 오스테나이트 단상 조직으로 하는 것이 곤란하다. 또, 고온에서의 장시간의 사용에 수반하여 오스테나이트 조직이 불안정해지고, σ상 등의 취화상 석출에 기인하여 고온 강도나 인성이 현저히 열화되어, 내열 내압 부재로서의 사용에 견딜 수 없다. 또, 55％를 넘는 함유량으로 하더라도, 그 효과는 포화되어 경제성이 손실된다. 따라서, Ni 함유량은 8∼55％로 한다. 보다 바람직한 상한은 25％, 더욱 바람직한 상한은 15％이다.

Cu:0∼3.0％

Cu는, 본 발명 강의 고온에서의 사용중에 미세한 Cu상으로서 오스테나이트 모상(母相)에 정합 석출하고, 크리프 강도를 큰 폭으로 향상시키는 원소의 하나이다. 따라서, 이러한 효과를 얻고자 하는 경우에는, Cu를 함유시킬 수 있다. 그러나, Cu 함유량이 과잉이 되면, 열간 가공성 및 크리프 연성을 열화시킨다. 본 발명 강에서는, Cu 함유량이 3.0％를 넘었을 경우, 후술하는 REM의 첨가에 의한 크리프 연성 개선 효과가 감소한다. 따라서, 본 발명 강의 Cu 함유량은 0∼3.0％로 한다. 보다 바람직한 상한은 2.0％, 더욱 바람직한 상한은 0.9％이다. 또한, 본 발명에서는 Cu는 함유시키지 않아도 되지만, 크리프 강도 향상 효과를 얻기 위해 함유시키는 경우는, 함유량의 하한을 0.01％로 하는 것이 바람직하다.

Ti:O.05∼0.6％

Ti는, 탄화물을 형성하여 고온 강도 향상에 기여한다. 본 발명 강에 있어서 는 P와의 복합 첨가에 의해 인화물로서 석출하고, 또한 크리프 강도의 향상에도 기여한다. 그 함유량이 0.05% 미만에서는 충분한 효과를 얻을 수 없고, 0.6％를 넘으면 용접성이나 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서, Ti 함유량은 0.05∼0.6％가 적정하다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.06％ 및 0.5％이다.

sol.Al:001∼0.1％

본 발명 강에 있어서 함유량을 문제삼는 Al은 sol.Al(산가용성 Al)이다. Al은, 용강의 탈산제로서 첨가되는 원소로, 그 효과를 발휘시키기 위해서는 sol.Al로서 0.001％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 그러나, 그 함유량이 0.1％를 넘으면, 고온에서의 사용중에 σ상 등의 금속간 화합물 석출을 촉진하고, 인성이나 연성, 고온 강도를 저하시킨다. 따라서, sol.Al 함유량의 적정 범위는 0.001∼0.1％로 한다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.005％ 및 0.05％이다. 더욱 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.01％ 및 0.03％이다.

N:0.03％ 이하

Ti를 함유하고 있는 본 발명 강에 있어서는, N의 함유량이 0.03％를 넘으면 고온에서 TiN이 석출하고, 이것이 조대(粗大)한 미고용 질화물로서 강 중에 잔존하여 열간 가공성 및 냉간 가공성을 저하시킨다. 따라서, N 함유량은 0.03％ 이하로 해야 한다. N의 함유량은 적을수록 바람직하고, 보다 바람직한 것은 0.02％ 이하, 더욱 바람직한 것은 0.015％ 이하이다.

REM:0.001∼0.5％

본 발명 강에 있어서, REM은 중요한 원소의 하나이다. REM를 첨가함으로써 고농도의 P 첨가에 의해 열화된 크리프 연성, 용접성 및 열간 가공성을 회복시킬 수 있다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 그러나, 그 함유량이 0.5％를 넘으면 산화물 등의 개재물을 증가시킨다. 따라서, REM의 함유량의 적정 범위는 0.001∼0.5％이다. 또한, 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.005％ 및 0.2％이며, 더욱 바람직한 상한은 0.1％ 미만이다.

REM 중의 원소는, 단독으로 첨가해도 되고, 미시 메탈(mish metal)과 같은 혼합물로서 첨가해도 된다. REM 중에서 특히 바람직한 것은 Nd이다.

본 발명 강의 하나는, 상기의 성분 외에, 잔부가 Fe와 불순물로 이루어진 오스테나이트계 스테인레스강이다. 본 발명 강의 또 다른 하나는, 고온 강도를 한층 더 향상시키기 위해, Mo, W, B, Nb, V, Co, Zr, Hf 및 Ta 중에서 선택한 1종 이상을 포함하는 오스테나이트계 스테인레스강이다. 이하, 이들 성분에 대해 설명한다.

Mo:0.05∼5％, W:0.05∼10％, 단 Mo＋(W／2)으로 5％ 이하

Mo 및 W는, 본 발명 강의 필수 성분은 아니다. 그러나, 이들은, 고온 강도 및 크리프 강도의 향상에 유효한 원소이기 때문에, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 단독 첨가의 경우, 함유량은 각각 0.05％이상으로 한다. 복합 첨가하는 경우는, 합계하여 0.05％ 이상으로 하는 것이 좋다. 그러나 Mo는 5％, W는 10％를 넘으면 강도 향상 효과는 포화됨과 동시에 σ상 등의 금속간 화합물의 생성을 초래하여, 조직 안정성 및 열간 가공성이 열화된다. 따라서 첨가하는 경우의 상한은, Mo 단독으로 5％, W 단독으로 10％, Mo와 W를 복합 첨가하는 경우는, Mo＋(W／2)로 5％ 이하로 하는 것이 좋다. 또한, W는 페라이트 형성 원소이기 때문에, 오스테나이트 조직의 안정화를 위해서는, W의 함유량은, 4％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.

B:0.0005∼0.05％

B는, 탄질화물 중에, 또는 B 단체(單體)로 입계(粒界)에 존재하고, 고온 사용중에 있어서의 탄질화물의 미세 분산 석출을 촉진하고, 입계 강화에 의한 입계 미끄럼의 억제에 의해 고온 강도 및 크리프 강도를 개선한다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.0005％ 이상의 함유가 필요하지만, 0.05％를 넘으면 용접성이 열화된다. 따라서 첨가하는 경우의 B 함유량의 적정 범위는 0.0005∼0.05％이다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.001％ 및 0.01％이다. 더욱 바람직한 상한은 0.005％이다.

Nb:0.05∼0.8％

Nb도 Ti와 마찬가지로 탄질화물을 형성하여, 크리프 파단 강도를 향상시킨다. 그 함유량이 0.05％ 미만으로는 충분한 효과를 얻을 수 없고, 0.8％를 넘으면 용접성이나 미고용 질화물의 증가에 따른 기계적 성질의 열화에 더하여 열간 가공성, 특히 1200℃ 이상에서의 고온 연성이 현저히 저하한다. 따라서, Nb 함유량은 0.05∼0.8％이 적정하다. 보다 바람직한 상한은 0.6％이다.

V:0.02∼1.5％

V는, 탄화물을 형성하고, 고온 강도 및 크리프 강도의 향상에 유효한 원소이다. 첨가하는 경우, 그 함유량이 0.02％ 미만에서는 효과가 없고, 1.5％를 넘으면 내고온 부식성이 열화되고, 또 취화상 석출에 기인하여 연성 및 인성이 열화된다. 따라서, V함유량은 0.02∼1.5％가 적정하다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.04％ 및 1％이다.

Co:0.05∼5％

Co는, Ni와 마찬가지로 오스테나이트 조직을 안정되게 하고, 크리프 강도 향상에도 기여한다. 그 함유량이 0.05％ 미만에서는 효과가 없고, 5％를 넘으면 효과가 포화되어, 경제성도 저하한다. 따라서, 첨가하는 경우의 Co 함유량은 0.05∼5％로 해야 한다.

Zr:0.0005∼0.2％

Zr는, 입계 강화에 기여하고 고온 강도 및 크리프 강도를 향상시킨다. 또한, S를 고착하여 열간 가공성을 개선하는 효과도 갖는다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.0005％ 이상의 함유가 필요하지만, 0.2％를 넘으면 연성, 인성 등의 기계적 성질이 열화된다. 따라서, 첨가하는 경우의 Zr 함유량은 0.0005∼0.2％가 적정하다. 또한, 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.01％ 및 0.1％, 더욱 바람직한 상한은 0.05％이다.

Hf:0.0005∼1％

Hf는, 주로 입계 강화에 기여하고, 크리프 강도를 향상시킨다. 그 함유량이 0.0005％ 미만에서는 효과가 없다. 한편, 그 함유량이 1％를 넘으면 가공성 및 용접성이 손실된다. 따라서, Zr를 첨가하는 경우는, 그 함유량은 0.0005∼1％가 적정하다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.01％ 및 0.8％, 더욱 바람직한 하 한과 상한은, 각각 0.02％ 및 0.5％이다.

Ta:0.01∼8％

Ta는, 탄질화물을 형성함과 동시에 고용 강화 원소로서 고온 강도, 크리프 강도를 향상시킨다. 그 함유량이 0.01％ 미만인 경우는에는 효과가 없다. 한편, Ta의 함유량이 8％를 넘으면 가공성 및 기계적 성질이 손실된다. 따라서, Ta를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.01∼8％로 해야 한다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.1％ 및 7％, 더욱 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.5％ 및 6％이다.

본 발명 강의 또 다른 하나는, 상기의 성분에 더하여 또한 Ca 및 Mg의 일방 또는 양방을 포함하는 오스테나이트계 스테인레스강이다. Ca 및 Mg는, 이하에 서술하는 바와 같이, 본 발명 강의 열간 가공성 향상을 개선한다.

Mg 및 Ca:각각 0.0005∼0.05％

Mg 및 Ca는, 열간 가공성을 저해하는 S를 황화물로서 고착하여 열간 가공성을 개선한다. 각각의 함유량이 0.0005％ 미만에서는 효과가 없다. 한편, 각각 0.05％를 넘는 함유량의 Mg 및 Ca는, 강질을 방해하여, 오히려 열간 가공성이나 연성을 저하시킨다. 따라서, 첨가하는 경우의 Mg 및 Ca의 함유량은, 각각 0.0005∼0.05％로 하는 것이 좋다. 보다 바람직한 하한과 상한은, 각각 0.001％ 및 0.02％이다. 더욱 바람직한 상한은 0.01％이다.

본 발명 강을 제조하는 경우는, 이하의 방법에 따르는 것이 권장된다.

우선, 상기의 화학 조성의 강괴를 통상의 스테인레스강의 용제 및 주조 방법으로 제조한다. 얻어진 강괴를 주조 상태로, 또는 단조(鍛造)나 분괴(分塊) 압연 으로 비렛으로 한 후, 열간 압연 등의 열간 가공을 행한다. 열간 가공 전의 가열 온도는 1160℃ 이상, 1250℃ 이하가 바람직하다. 열간 가공 종료 온도는 1150℃ 이상이 바람직하다. 또, 가공 종료 후는, 조대한 탄질화물의 석출을 억제하기 위해, 적어도 500℃까지는 0.25℃/초 이상의 극력히 빠른 냉각 속도로 냉각시키는 것이 좋다.

열간 가공 후, 최종 열처리를 행해도 되고, 또, 필요에 따라 냉간 가공을 가해도 된다. 냉간 가공 전에는 도중 열처리에 의해 탄질화물을 고용시켜 둘 필요가 있으며, 열간 가공 전의 가열 온도 또는 열간 가공 종료 온도가 낮은 편 이상의 온도로 이 도중 열처리를 행하는 것이 좋다.

냉간 가공에서는 10％ 이상의 변형을 가하는 것이 바람직하고, 2회 이상의 냉간 가공을 실시해도 된다. 최종 제품의 열처리는, 1170∼1300℃의 범위에서, 열간 가공 종료 온도 또는 상술한, 도중 열처리 온도에서 10℃ 이상 높은 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 조대한 탄질화물의 석출을 억제하기 위해 최종 열처리 후에도 0.25℃/초 이상의 극력히 빠른 냉각 속도로 냉각하는 것이 좋다.

(실시예)

표 1에 나타낸 화학 조성의 강을 고주파 진공 용해로에서 용제하고, 외경 120㎜의 30㎏ 잉곳으로 하였다. 표 중의 No.1∼19의 강은 본 발명 강, A∼F는 비교 강이다.

얻어진 잉곳을 열간 단조하여 두께 40㎜의 판재로 하고, 고온 연성을 평가하기 위한 환봉 인장 시험편(직경 10㎜, 길이 130㎜)을 기계 가공에 의해 제작하였 다. 또한 열간 단조에 의해 두께 15㎜의 판재로 하고, 연화 열처리의 후, 두께 10 ㎜까지 냉간 압연하여, 1150℃에서 15분 유지한 후, 수냉하였다.

상기의 판재로부터 기계 가공에 의해 크리프 시험편 및 바레스트레인 시험편을 제작하였다. 크리프 시험편의 형상은 직경 6㎜, 표점간 거리 30㎜의 환봉 시험편, 바레스트레인 시험편은 두께 4㎜, 폭 100㎜, 길이 100㎜의 판 형상 시험편이다.

고온에서의 연성의 평가를 위해, 상기의 고온 연성 평가용 시험편을 이용하여, 1220℃로 가열하여 3분간 유지하고, 변형 속도 5/s의 고속 인장 시험을 행하고, 시험 후의 파단면으로부터 압축률을 구하였다. 해당 온도에서 압축률 60％ 이상이면 열간 압출 등의 열간 가공에 특별히 큰 문제가 발생하지 않는 것이 판명되어 있다. 따라서, 압축률 60％ 이상의 강을 양호한 열간 가공성을 갖는 강으로 하였다.

상기의 크리프 파단 시험편을 이용하여, 700℃의 대기중에서 응력 147㎫의 조건으로 크리프 파단 시험을 실시하고, 파단 수명과 파단 압축을 구하여, 파단 수명으로부터 크리프 강도를, 파단 압축으로부터 크리프 연성을, 각각 평가하였다.

용접성을 평가하는 바레스트레인(varestrain) 시험은, TIG법으로 입열(入熱) 19kJ/㎝, 부가 변형량 1.5％에서 행하여, 전(全)균열 길이로부터 용접성을 평가하였다.

상기 각 시험의 결과를 표 2에 나타낸다.

비교 강 A, B 및 C에서는 P의 함유량을 변화시키고 있다. 보일러의 열교환에 이용되는 스테인레스 강관에서는, 예를 들면 JIS G3463으로 규정되고 있도록, P는 0.040％ 이하로 제한되어 있다. 따라서, 비교 강 A가 일반적인 스테인레스강의 P 함유량에 상당한다. 표 2에 나타내는 바와 같이, P 첨가량의 증가에 따라 크리프 파단 수명은 향상되지만, 파단 압축, 용접성 및 고온 연성이 현저히 저하한다.

본 발명 강인 No.1∼4 및 No.19의 강은, 비교 강 B 및 C와 마찬가지로 P를 첨가하여 크리프 파단 수명이 향상시킨 강이다. 이들 강에서는 Nd, 또는 La 및 Ce의 첨가에 의해, 비교 강에 보여지는 크리프 연성, 용접성 및 고온 연성의 저하는 전혀 볼 수 없으며, 크리프 연성에 있어서는 반대로 P 함유량이 일반적인 레벨인 비교 강 A보다 향상되어 있다.

비교 강 D는, Ti 무첨가로 본 발명 강의 강 기호 2와 동등한 P 및 Nd를 함유시키고 있지만, Ti의 첨가가 없기 때문에 크리프 특성이 떨어진다. 강 기호 5 및 6은, 또한 Cu를 첨가하여 크리프 강도를 높인 것이다. 비교 강 E는, 3.0％를 넘는 Cu를 함유하는 것이지만, 여기에 보여지는 바와 같이 과잉의 Cu를 첨가하면 Nd 첨가에 의한 크리프 연성, 용접성 및 고온 연성의 개선 효과가 소실된다. 이것으로부터도 Cu 함유량은 3.0％ 이하로 할 필요가 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명 강은, 전술한 바와 같이, W, Mo, B, Nb, V, Co, Zr, Hf, Ta, Mg 및 Ca 중의 1종 이상을 더 함유할 수 있다. 강 기호 7∼18에 나타내는 바와 같이, 이들 원소의 첨가로 고온 연성이나 크리프 파단 강도가 한층 개선된다.

본 발명의 오스테나이트계 스테인레스강은, P와 REM, 특히 Nd가 복합 첨가되어 있음에 따라, 큰 고온 강도를 가질 뿐만 아니라, 열간 가공성이 현저히 개선된 강이다. 나아가서는 고온 장시간 측의 인성 향상도 달성되고 있다.

본 발명의 강은, 650℃∼700℃ 이상의 고온 하에서 사용되는 내열 내압 부재로서 적합하다. 이 강을 이용한 플랜트에서는, 조업의 고효율화가 가능하므로, 그 플랜트에서 제조되는 제품의 제조 비용의 삭감도 가능해진다.

Claims

질량％로, C:0.05∼0.15％, Si:2％ 이하, Mn:0.1∼3％, P:0.05∼0.30％, S:0.03％ 이하, Cr:15∼28％, Ni:8∼55％, Cu:0∼3.0％, Ti:0.05∼0.6％, REM:0.001∼0.5％, sol.Al:0.001∼0.1％, N:0.03％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 오스테나이트계 스테인레스강.
청구항 1에 있어서,

Fe의 일부를 대신하여, 질량％로, 또한 Mo:0.05∼5％, W:0.05∼10％, 단 Mo＋(W／2)는 5％ 이하, B:0.0005∼0.05％, Nb:0.05∼0.8％, V:0.02∼1.5％, Co:0.05∼5％, Zr:0.0005∼0.2％, Hf:0.0005∼1％ 및 Ta:0.01∼8％ 중 1종 이상을 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

Fe의 일부를 대신하여, 질량％로, 또한 Mg:0.0005∼0.05％ 및 Ca:0.0005∼0.05％의 일방 또는 쌍방을 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

REM이 Nd인 오스테나이트계 스테인레스강.