KR20080038217A - 2상 스테인리스 강 - Google Patents

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KR20080038217A
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시게오 후쿠모토
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닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
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Abstract

본 발명은 해수 담수화용 펌프 재료, 설비기기, 케미컬 탱크용 재료로서 적합한 염화물 환경에서의 내식성과 충격 특성이 우수한 2상 스테인리스 강을 제공함으로써, 질량%로 C: 0.06% 이하, Si: 0.05 내지 3.0%, Mn: 0.1 내지 6.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.010% 이하, N: 1.0 내지 10.0%, Cr: 18 내지 30%, Mo: 5.0% 이하, Cu: 3.0% 이하, N: 0.10 내지 0.40%, Al: 0.001 내지 0.08% 이하, Ti: 0.003 내지 0.05%, Mg: 0.0001 내지 0.0030%, O: 0.010% 이하를 함유하고, N의 활량계수 fN과 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: fN×Ti×N가 0.00004%2 이상이며, Ti 함유량과 N 함유량의 곱: Ti×N가 0.008%2 이하인 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스 강이다.
Figure P1020087006096
2상 스테인리스 강, 오스테나이트, 페라이트, 내식성, 충격 특성

Description

2상 스테인리스 강{TWO-PHASE STAINLESS STEEL}
본 발명은 염화물 환경을 비롯한 부식 환경에서 사용되는 내식성이 우수한 2상 스테인리스 강에 관한 것으로, 특히 본 발명 강에서는 응고 조직이 미세하게 제어됨으로써 주강(鑄鋼) 또는 두꺼운 단조강 또는 열간 압연 강재로서 양호한 기계 특성을 제공할 수 있는 2상 스테인리스 강에 관한 것이다. 예를 들면 해수 담수화용 펌프 재료, 설비기기, 케미컬 탱크용 재료로서 본 발명 강을 사용할 수 있다.
2상 스테인리스 강은 일반적으로 취성 파괴를 일으키지 않는 것으로 알려진 오스테나이트상에 추가하여 페라이트상을 가지고 있기 때문에, 인성은 오스테나이트계 스테인리스 강에 비하여 일반적으로 떨어진다.
인성의 저하 요인으로서는 페라이트상의 양(量) 이외에도 페라이트상의 응고 조직의 크기도 영향을 미친다. 즉, 인성은 일반적으로 조직이 미세화되어 있을수록 향상되지만, 2상 스테인리스 강은 페라이트 단상(單相)으로 응고되고, 그 응고 조직은 일반적으로 조대(粗大)한 페라이트상과 그 입계 및 입내에 미세하게 석출되는 오스테나이트상으로 구성되기 때문에, 특히 주조품이나 후판 제품 등에서는 해당 조대 페라이트상의 영향이 그대로 최종 제품에까지 미치게 된다.
응고 조직을 미세화하는 방법으로는 주조 중의 주물편에 대하여 전자 교반을 실시하여 주조 온도의 과열도 △T를 작게 제어하는 등의 방법이 알려져 있으나, 이 방법들은 대규모 설비를 필요로 하거나, 싱크마크가 생기게 할 문제가 있다. 이것에 대하여 응고 핵으로서 TiN을 이용하는 방법이 있는데, 상기 문제는 적기는 하지만, 비금속 개재물의 도입에 따른 인성의 저하를 초래할 우려가 있기 때문에, 응고 조직 미세화에 의한 효과와 비금속 개재물 도입에 의한 폐해를 상세하게 검토할 필요가 있다.
본 발명자들은 TiN의 δ철에 대한 핵 작용을 이용한 방법에 관한 것으로, 일본특허 제3624732호 공보, 일본 특허 제3624804호 공보, 일본 특허 제3446667호 공보, 일본 특허 제3458831호 공보, 일본 공개 특허 공보 2002-69592호, 일본 공개 특허 공보 2006-117991호 및 일본 공개 특허 공보 평1-100248호에 개시되어 있다.
여기서 처음 4건의 특허는 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이고, 다음의 2건의 특허는 고δ 페라이트를 함유하는 오스테나이트계 스테인리스 강에 관한 것이며, 마지막 1건의 특허는 2상 스테인리스 강에 관한 것이다.
이 중에서, 특히 일본 공개 특허 공보 2002-69592호, 일본 공개 특허 공보 평1-100248호의 발명은 본원 발명과 마찬가지로 2상 스테인리스 강을 포함하는 발명에 관한 것이지만, 두 발명 모두 열간 가공성 향상을 의도한 것으로, 인성에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않다.
또한, 페라이트계 스테인리스 강에 관한 처음 4건의 특허는 냉간 가공성과 함께 인성의 향상도 시도하고 있으나, 2상 스테인리스 강에 관한 정량값을 명확히 한 것은 아니다.
결국, 2상 스테인리스 강에 관하여, 본 발명자가 목적으로 하고 있는 주강, 후판 제품의 인성을 향상시키기 위한 구현 방법에 대하여 명시한 문헌은 없다.
본 발명은 2상 스테인리스 후(厚)강재의 충격 특성을 향상시키는 것을 목적으로 하며, 이 강재의 화학 조성으로서 최적인 Ti, N 함유량 그리고 Mg 함유량의 제어 방법을 밝혀냄으로써 내식성이 우수한 2상의 스테인리스 강을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 N를 0.10% 이상 함유하는 2상 스테인리스 강에 있어서 Ti 및 Mg 첨가의 용제 실험, 내화물 또는 슬래그로부터 Mg을 환원하는 정련 실험에 의하여 잉곳을 제작하고, 이 잉곳의 응고 조직의 관찰과 잉곳을 열간 압연하여 얻은 후강판의 충격 특성 평가를 반복한 결과, 본 발명을 완성하였다.
그 특징은 인성 향상을 위하여 응고 조직을 미세화하도록 TiN을 석출할 필요가 있지만, TiN이 너무 많으면 반대로 인성을 해치고, 또한 석출의 하한은 N의 활량계수, Ti 함유량, N의 함유량과의 곱: fN×Ti×N으로 규정되고, 상한은 Ti 함유량, N 함유량과의 곱: Ti×N으로 규정되고, 그 상한과 하한 조건 사이의 범위 내에서만 본 발명의 목적이 달성된다고 하는 것이다.
즉, 본 발명의 요지로 하는 것은 다음과 같다.
(1) 질량%로, C: 0.06% 이하, Si: 0.05 내지 3.0%, Mn: 0.1 내지 6.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.010% 이하, Ni: 1.0 내지 10.0%, Cr: 18 내지 30%, Mo: 5.0% 이하, Cu: 3.0% 이하, N: 0.10 내지 0.40%, Al: 0.001 내지 0.08%, Ti: 0.003 내지 0.05%, Mg: 0.0001 내지 0.0030%, O: 0.010% 이하를 함유하고, 또한 (1) 식으로 나타내는 fN과 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: fN×Ti×N이 0.00004%2 이상이며, 또한 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: Ti×N이 0.008%2 이하이고, 필요에 따라서 V: 0.05 내지 1.0%, Nb: 0.01 내지 0.20%, W: 0.05 내지 3.0%, Co: 0.05 내지 1.0% 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스 강이고,
(2) 또한, 질량%로, C: 0.06% 이하, Si: 0.05 내지 3.0%, Mn: 0.1 내지 6.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.0020% 이하, Ni: 1.0 내지 10.0%, Cr: 18 내지 30%, Mo: 5.0% 이하, Cu: 3.0% 이하, N: 0.10 내지 0.40%, Al: 0.010 내지 0.08%, Ti: 0.003 내지 0.05%, Mg: 0.0001 내지 0.0030%, O: 0.007% 이하를 함유하고, 또한 (1)식으로 나타내는 fN과 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: fN×Ti×N이 0.00004%2 이상이며, 또한 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: Ti×N이 0.008%2 이하이고, 또한 B: 0.0005 내지 0.0050%, Ca: 0.0005 내지 0.0050%, REM: 0.005 내지 0.10% 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간 가공성이 우수한 2상 스테인리스 강으로서, 필요에 따라서 V: 0.05 내지 1.0%, Nb: 0.01 내지 0.20%, W: 0.05 내지 3.0%, Co: 0.05 내지 1.0% 중에서 1종 또는 2종 이상을 추가적으로 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 가공성이 우수한 2상 스테인리스 강이다.
여기서 fN은 아래 (1) 식을 만족하는 수치이다.
log10fN=0.046×Cr-0.02×Mn-0.011×Mo+0.048×Si+0.007×Ni+0.009×Cu (1)
각 원소는 그 함유량 (%)을 나타낸다.
도 1은 Ti 및 Mg 복합 첨가에 의한 50 ㎏ 강괴 횡단면 매크로 조직 미세화의 예이며, a)는 Mg을 첨가하지 않은 경우, b)는 Mg을 첨가한 경우를 나타낸다.
도 2는 Mg을 함유시킨 2상 스테인리스 주강의 페라이트 결정립 직경과 fN×Ti×N의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 25%Cr-5%Ni-0.3%Mo-1.5%Cu-0.22%N계 2상 스테인리스 Mg 첨가 강의 후강판(Mg 함유량이 약 0.001%)에 있어서의 Ti×N 함유량과 충격 특성의 관계를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 실시 상태
이하에, 본 발명에서 규정하는 2상 스테인리스 강의 강 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다.
C는 스테인리스 강의 내식성을 확보하기 위하여, 0.06% 이하의 함유량으로 제한한다. 0.06%를 초과하여 함유시키면 Cr 탄화물이 생성되어 내식성, 인성이 열화된다.
Si은 탈산을 위하여 0.05% 이상 첨가한다. 그러나, 3.0%를 초과하여 첨가하 면 인성이 열화된다. 그 때문에, 상한을 3.0%로 한정한다. 바람직한 범위는 0.2 내지 1.5%이다.
Mn은 탈산을 위하여 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 6.0%를 초과하여 첨가하면 내식성 및 인성이 열화된다. 그 때문에, 상한을 6.0%로 한정한다. 바람직한 범위는 0.2 내지 2.0%이다.
P은 열간 가공성 및 인성을 열화시키기 때문에 0.05% 이하로 한정한다. 바람직하기로는 0.03% 이하이다.
S은 열간 가공성, 인성 및 내식성도 열화시키기 때문에, 0.010% 이하로 한정한다. 바람직하기로는 0.0020% 이하이다.
Ni은 오스테나이트 조직을 안정화시키고, 각종 산에 대한 내식성, 그리고 인성을 개선하기 때문에 1.0% 이상 함유시킨다. 한편, 고가의 합금이기 때문에, 비용의 관점에서 10.0% 이하의 함유량으로 제한한다.
Cr은 기본적인 내식성을 확보하기 위하여 18% 이상 함유시킨다. 한편, 30%를 초과하여 함유시키면 금속간화합물이 석출되기 쉬워져서 인성을 저해한다. 이 때문에 Cr의 함유량을 18% 이상 30% 이하로 한다.
Mo은 스테인리스 강의 내식성을 부가적으로 높이는 매우 유효한 원소로서, 본 발명강에서는 5.0% 이하의 범위로 함유시킨다. 한편 매우 고가의 원소이고, 또한 Cr과 함께 금속간화합물의 석출을 촉진하는 원소이기 때문에 그 상한을 5.0% 이하로 규정하였다. 바람직한 함유량은 0.5 내지 3.0%이다.
Cu는 스테인리스 강의 산에 대한 내식성을 부가적으로 높이는 원소로서, 이 러한 목적에서 3.0% 이하의 범위로 함유시킨다. 3.0%를 초과하여 함유시키면, 고용도(固溶度)를 초과하여εCu가 석출되어 취화가 일어나므로 상한을 3.0%로 하였다. 바람직한 함유량은 0.3 내지 2.0%이다.
N는 오스테나이트상에 고용되어 강도, 내식성을 높이는 유효한 원소이다. 이 때문에 0.10% 이상 함유시킨다. 고용 한도는 Cr 함유량에 따라서 높아지지만, 0.40%를 초과하여 함유시키면 Cr 질화물을 석출하여 인성을 저해하기 때문에 함유량의 상한을 0.40%로 하였다. 바람직한 함유량은 0.10 내지 0.35%이다.
Al은 강의 탈산을 위한 중요한 원소로서, 강 중의 산소를 저감하기 위하여 Si과 함께 함유시킨다. Si 함유량이 0.3%를 초과하는 경우에는 첨가하지 않아도 되는 경우도 있지만, 산소량의 저감은 인성 확보를 위하여 필수이기 때문에 0.001% 이상을 함유시킬 필요가 있다. 한편, Al은 N와의 친화력이 비교적 큰 원소로서, 너무 많이 첨가하면 AlN을 생성하여 스테인리스 강의 인성을 저해한다. 그 첨가량의 정도는 N 함유량에도 의존하지만, Al이 0.08%를 넘으면 인성의 저하가 현저해지기 때문에, 그 함유량의 상한을 0.08%로 하였다. 바람직하기로는 0.05% 이하이다.
Ti은 극미량으로 산화물, 질화물, 황화물을 형성하여 강의 결정립을 미세화하는 원소로서, 본 발명강에서는 적극적으로 함유시키는 원소이다. 특히, N 함유량이 많은 본 발명강에 있어서는 TiN을 생성하여 δFe의 핵으로서 작용하여 페라이트 입경을 미세화한다. 이러한 목적으로는 아래에서 설명하는 Mg의 함유와 함께 0.003% 이상의 함유가 필요하다. 한편, 0.05%를 초과하여 함유시키면 N 함유량이 가장 적은 경우에도 조대한 TiN이 생성되어 강의 인성을 저해하게 된다. 이 때문에 그 함유량을 0.003 내지 0.05%로 정하였다. 강의 응고 조직이 미세화되어 있기만 하면 Ti의 함유량은 적을수록 충격 특성 확보에 좋으며, 매우 적합한 함유율은 0.003 내지 0.020%, 더 좋기로는 0.003 내지 0.010%이다.
Mg은 강 중에 고용되는 동시에 MgO 또는 MgO·Al2O3와 같은 산화물로 존재하고, TiN이 석출되기 위한 핵으로서 작용하는 동시에, Mg의 산화물 자체가 δFe의 핵 작용을 갖는 것도 생각할 수 있다. 따라서, Mg 원소는 Ti, N 함유량이 적은 경우에, 응고 조직을 미세화하는데 필수적인 원소이며, 이를 위하여 함유시킨다. Mg을 함유시키기 위하여는 금속 Mg 원료를 용강 중에 또는 주형에 첨가하여도 좋고, 내화물이나 슬러그로부터 환원하여 함유시켜도 좋다. MgO·Al2O3는 산불용성이며, 이것을 함유하는 강의 산가용성 Mg 함유량과 전체 Mg 함유량은 다른 값을 나타내지 만, 여기에서는 상기 산화물이 응고 조직 미세화에 작용을 하는 것을 감안하여 전체 Mg 분석에 의하여 함유량을 구하였다. 응고 조직을 미세화하기 위하여 필요한 Mg 함유량은 Ti 함유량에도 의존하지만, 적어도 0.0001%가 필요하였다. 한편 다량으로 함유시키면, 경질인 비금속 개재물이 증가함으로써 인성을 저해한다. 이 때문에 0.0030%를 함유량의 상한으로 하였다. Mg의 함유량은 강의 응고 조직이 미세화하기만 하면 적을수록 바람직하지만, 응고 조직 미세화 실현의 안정성을 함께 고려하면 매우 적합한 함유량은 0.0003 내지 0.0015%이다.
fN과 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: fN×Ti×N은 δFe가 정출하기 전에 TiN을 석출시킬 수 있는 지 여부에 따라서 그 하한이 결정된다. 여기서, fN은 N의 활량계 수이고, 강의 조성에 따라서 (1) 식의 관계를 만족하는 것이다. (1)식 중에 정해진 원소의 함유량에 관한 계수는 일본 학술 진흥회 제19위 추천값으로부터 취한 N의 활량에 관한 상호작용 조(助)계수이다. 본 발명강에서는 Ti 함유량이 매우 적기 때문에, Ti에 의한 N 활량 보정항은 무시하고, 2상 스테인리스 강에 함유되는 Cr, Ni, Cu, Mn, Mo, Si에 의한 영향을 고려한 (1) 식을 사용하였다.
본 발명자들은 Ti 함량이 0.05% 이하의 소량의 범위에서 N를 0.1% 이상 함유하는 2상 스테인리스 강에 대하여 Mg를 0.0001 내지 0.0030% 함유시켜 응고 조직의 미세화 조건을 탐색 연구하였다. 그 결과, Mg 함유 2상 스테인리스 강에 있어서, 페라이트 결정립경을 미세화할 수 있는 fN×Ti×N의 하한이 0.00004%2인 것이 판명되어, 0.00004%2로 정하였다. (도 1, 2 참조)
한편, 강의 인성에 대하여 비금속 개재물의 크기와 양이 모두 영향을 미친다. 후강판의 인성에 미치는 Ti, N 함량의 영향을 본 발명자들이 검토한 결과, Ti×N이 클수록 인성을 저해한다고 하는 데이터를 얻었기 때문에(도 3 참조), Ti 함유량과 N 함유량의 곱: Ti×N를 0.008%2 이하로 정하였다.
0는 비금속 개재물의 대표인 산화물을 구성하는 중요한 원소로서, 과잉으로 함유하면 인성을 저해한다. 또한 조대한 클러스터상 산화물이 생성되면 표면 스크래치의 원인이 된다. 이 때문에 그 함유량의 상한을 0.010%로 정하였다. 바람직하기로는 0.005% 이하이다.
이어서, 본 발명의 청구항 2에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.
V, Nb, W은 2상 스테인리스 강의 내식성을 부가적으로 높이기 위하여 선택적으로 첨가되는 원소이다.
V은 내식성을 높일 목적으로 0.05% 이상 함유시키지만, 1.0%를 초과하여 함유시키면 조대한 V계 탄질화물이 생성되어 인성이 열화된다. 그 때문에 상한을 1.0%로 한정한다. 첨가하는 경우의 바람직한 함유량은 0.1 내지 0.5%의 범위이다.
Nb은 내식성을 높이기 위하여 0.01% 이상 함유시킨다. 한편, Nb은 V보다 강력하게 탄화물, 질화물을 생성하기 쉬운 원소로서 결정립 성장을 억제하고, 강재를 강화하는 작용도 한다. 따라서, 과잉으로 첨가하면 인성을 저해하게 되기 때문에, 그 함유량의 상한을 0.20%로 하였다. 첨가하는 경우의 바람직한 함유율 범위는 0.05% 내지 0.15%이다.
W은 Mo과 마찬가지로 스테인리스 강의 내식성을 부가적으로 향상시키는 원소로서, Nb, V에 비하여 고용도가 크다. 본 발명강에 있어서 내식성을 높일 목적으로 0.05 내지 3.0%를 함유시킨다.
Co는 강의 내식성과 인성을 높이는데 유효한 원소로서, 선택적으로 첨가된다. 그 함유량이 0.05% 미만이면 효과가 적고, 1.0%를 초과하여 함유시키면 효과가 포화되며, 고가의 원소로서 비용에 알맞는 효과가 발휘되지 않게 된다. 그 때문에 첨가하는 경우의 함유량을 0.05 내지 1.0%로 하였다.
또한, 열간 가공성을 향상시키기 위하여, 본 발명의 청구항 3에 기재된 원소 중 S과 Al 및 B, Ca, Mg, REM을 아래와 같이 한정한다.
S은 열간 가공성에 유해한 원소로서, 2상 스테인리스 강의 열간 압연을 양호한 수율로 제조하려면, S 함량을 0.0020% 이하로 할 필요가 있다. 이 때문에, 본 청구항에서는 그 상한을 0.0020%로 한다.
Al은 강의 탈산에 추가하여 탈황과 관련하여서도 필요한 원소이며, 0.010% 이상 함유시킬 필요가 있다. 상한은 청구항 1과 마찬가지로 0.080%이다.
B, Ca, REM은 모두 강의 열간 가공성을 개선하는 원소로서, 이러한 목적으로 1종 또는 2종 이상 첨가된다. B, Ca, REM 모두 과잉으로 첨가하면 반대로 열간 가공성 및 인성이 저하되기 때문에 그 함유량의 상한 및 하한을 다음과 같이 정하였다. B와 Ca에 대하여는 0.0005 내지 0.0050%, REM에 대하여는 0.005 내지 0.10%이다. 여기서, REM은 La과 Ce 등의 란타노이드계 희토류 원소의 함유량의 총합으로 한다.
이하에 실시예에 대하여 기재한다. 표 1에 공시강의 화학 조성을 나타낸다. 또한, 표 1에 기재되어 있는 성분 이외에는 Fe 및 불가피한 불순물 원소이다. 또한, 표 1에 나타낸 성분에 대하여 함유량이 기재되어 있지 않은 부분은 불순물 수준인 것을 나타낸다. 또한, 표 중의 REM은 란타노이드계 희토류 원소를 의미하고, 함유량은 그들 원소의 합계를 나타낸다.
Figure 112008018069893-PCT00001
이 강들은 실험실의 50 ㎏ 진공 유도로에 의해 Mg0 도가니 중에서 용제되었다. Ti, Mg를 첨가하여 강 중의 함유량을 제어하는 동시에, 일부의 강의 용제에 있어서는 CaO-MgO-Al2O3-CaF2계 플럭스를 투입하여 탈산과 탈황을 촉진하였다. 플럭스의 염기도, Mg0 함유량, 강의 Al 함량을 변경함으로써 내화물, 플럭스 중의 Mg0를 환원하여 강 중의 Mg 함유량을 변경하였다.
이러한 방식으로 용제한 강을 두께가 약 100 ㎜의 편평 강괴로, 또는 2분 주조하여 두께 약 70 ㎜의 강괴로 제조하였다.
상기 강괴로부터 횡단면 매크로 조직을 관찰하였다. 매크로 조직은 표층부가 주상정인 것(도 1-a)과 전면이 미세한 등축정인 것(도 1-b)으로 구분할 수 있다. 전면 등축정 응고한 것은 모두 페라이트 입경이 1 ㎜ 전후인 미세한 조직(도 1-b, 도 2)을 나타내고 있었다. 페라이트상 비율을 이 매크로 시료에 대하여 페라이트 미터에 의하여 측정한 결과, 30 내지 70%의 범위였다. 또한, 강의 조성에 따라서 1000 내지 1100℃로 용체화 열처리를 실시한 후, 중심부로부터 JIS 4호 2 ㎜ V 노치가 형성된 풀 사이즈 샤르피 시험편을 각 10 내지 14개 채취하여 실온 부근 20℃ 간격으로 충격시험을 실시하여 천이 온도를 측정하였다. 또한, 고온 연성을 평가하기 위하여, 직경 8 ㎜의 평활 환봉 시험편을 강괴 표층부로부터 채취하고, 써모레스터 시험기로 고온 인장 시험을 실시하였다. 시험편을 1200℃로 30초간 가열한 후, 시험 온도로 식힌 후에 30초 보정(保定)후 20 ㎜/s의 크로스 헤드 속도로 인장 파단하여, 단면 수축율(=드로잉)을 구하였다. 시험 온도 900℃에서 가장 낮은 드로잉을 나타내기 때문에, 이 온도에서의 드로잉으로 결과를 평가하였다.
상기 강괴의 본체 부분으로부터 열간 압연용 소재를 가공하고, 성분계에 따라서 1100 내지 1250℃의 온도로 1 내지 2시간 가열한 후, 마무리 온도 950 내지 850℃의 조건으로 압연하여 12 ㎜ 두께의 열간 압연 강판을 얻었다. 또한, 압연 직후의 강재 온도가 800℃ 이상인 상태로부터 200℃ 이하까지 스프레이 냉각을 실시하였다. 최종 용체화 열처리는 1000 내지 1100℃×20분 균열 후 수냉 조건으로 실시하였다.
이상의 제조 조건으로 얻은 후강판에 대하여 JIS 4호 V 노치 샤르피 시험편을 압연 직각 방향으로부터 각 3개씩 잘라내어, 파괴가 압연 방향으로 전파되도록 V 노치를 가공하고, 최대 에너지 500 J 사양의 시험기로 0℃에서의 충격값을 측정하였다.
이상의 평가에 의하여 얻은 강괴의 매크로 조직, 강괴의 충격 천이 온도, 900℃에 있어서의 드로잉과 후강판의 0℃에 있어서의 압연 직각 방향의 충격값을 표 2에 나타내었다. 매크로 조직 항목에 표시된 「○」는 전면 등축정 조직,「×」은 표층부에 주상정이 생성된 조직을 나타낸다. 본 발명강에서는 모두「○」의 조직을 나타내었다. 충격 천이 온도는 에너지 천이 온도를 나타내고, 본 발명 강괴에서는 모두 0℃ 이하의 양호한 값을 나타내었다. 또한 열간 가공성을 개선한 청구항 3, 4에 관한 강에서는 900℃의 드로잉이 모두 70% 이상을 나타내는 동시에, 청구항 1, 2 중 에서 플럭스를 사용하여 탈황 정련을 실시한 No. 4, 5, 7, 8의 강에서도 70% 이상의 값을 나타내었다. 후강판의 충격값은 본 발명강에서는 대략 300 J/㎠ 이상의 높은 값을 나타낸다. 이 중에서 S이 0.005%를 초과하는 No. 2, Cr이 28%를 초과하는 No. 15는 예외적으로 300 J/㎠ 미만의 충격값을 나타내고 있지만, 이것은 S, Cr의 충격 특성에 대한 악영향이 응고 조직 미세화에 의한 효과를 약간 웃돌았기 때문이라고 생각된다. 그러나 어느 경우에나 250 J/㎠ 이상의 양호한 값을 나타내고 있다.
Figure 112008018069893-PCT00002
비교예에서는 Ti과 N를 많이 함유한 경우에 No.B, D와 같이 응고 조직의 미세화는 실현되는 것을 알 수 있으나, 이 경우 강괴의 충격 천이 온도는 높고, 후강판의 충격값도 낮다. 또한, fN×Ti×N이 0.00004%2을 만족하지 않는 경우에는 응고 조직은 미세화되지 않고, 강괴의 충격 천이 온도는 10℃ 이상의 높은 값이 되었다. 또한, 탈산이 부족하여 산소량이 0.010%를 넘은 No. E에서는 Ti와 Mg를 적절히 함유시키고 있어도 강괴의 매크로 조직은 조립(粗粒)이며, 천이 온도도 20℃로 높았다.
표 1 및 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예에 있어서는 강괴의 매크로 조직이 미세화하고, 양호한 충격 천이 온도를 나타내는 동시에, 청구항 3, 4에 관한 강에서는 양호한 고온 연성을 나타내고, 또한 후강판의 충격값도 250 J/㎠ 이상의 양호한 값을 나타내는 것이 분명하다.
이상의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 인성 및 열간 가공성이 양호한 2상 스테인리스 강을 얻을 수 있는 것이 분명하다.
본 발명에 의하여, 염화물 환경에서의 내식성과 지금까지 이상으로 충격 특성이 우수한 2상 스테인리스 강을 제공할 수 있게 되고, 예를 들어 해수 담수화용 펌프 재료, 설비기기, 케미컬 탱크용 재료로서 본 발명강을 사용할 수 있는 등 산업상 기여하는 바가 매우 크다.

Claims (4)

  1. 질량%로, C: 0.06% 이하, Si: 0.05 내지 3.0%, Mn: 0.1 내지 6.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.010% 이하, Ni: 1.0 내지 10.0%, Cr: 18 내지 30%, Mo: 5.0% 이하, Cu: 3.0% 이하, N: 0.10 내지 0.40%, Al: 0.001 내지 0.08%, Ti: 0.003 내지 0.05%, Mg: 0.0001 내지 0.0030%, O: 0.010% 이하를 함유하고, 또한 fN과 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: fN×Ti×N이 0.00004%2 이상이며, 또한 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: Ti×N이 0.008%2 이하이고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스 강.
    여기서, fN은 아래 (1) 식을 만족하는 수치이다.
    log10fN=0.046×Cr-0.02×Mn-0.011×Mo+0.048×Si+0.007×Ni+0.009×Cu (1)
    각 원소는 그 함유량(%)을 나타낸다.
  2. 제 1항에 있어서, V: 0.05 내지 1.0%, Nb: 0.01 내지 0.20%, W: 0.05 내지 3.0%, Co: 0.05 내지 1.0% 중에서 1종 또는 2종 이상을 추가적으로 함유하는 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스 강.
  3. 질량%로, C: 0.06% 이하, Si: 0.05 내지 3.0%, Mn: 0.1 내지 6.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.0020% 이하, Ni: 1.0 내지 10.0%, Cr: 18 내지 30%, Mo: 5.0% 이하, Cu: 3.0% 이하, N: 0.10 내지 0.40%, Al: 0.010 내지 0.08%, Ti: 0.003 내지 0.05%, Mg: 0.0001 내지 0.0030%, O: 0.010% 이하를 함유하고, 또한 fN과 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: fN×Ti×N이 0.00004%2 이상이며, 또한 Ti 함유량과 N 함유량의 곱: Ti×N이 0.008%2 이하이고, 또한 B: 0.0005 내지 0.0050%, Ca: 0.0005 내지 0.0050%, REM: 0.005 내지 0.10% 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간 가공성이 우수한 2상 스테인리스 강.
    여기서 fN은 상기 (1) 식을 만족하는 수치이다.
  4. 제 3항에 있어서, V: 0.05 내지 1.0%, Nb: 0.01 내지 0.20%, W: 0.05 내지 3.0%, Co: 0.05 내지 1.0% 중에서 1종 또는 2종 이상을 추가적으로 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 가공성이 우수한 2상 스테인리스 강.
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