KR20090092316A

KR20090092316A - 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료

Info

Publication number: KR20090092316A
Application number: KR1020097014369A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 오스키; 가즈히로 오가와; 히로카즈 오카다; 마사아키 이가라시
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-08-31
Also published as: WO2008087807A1; CN101583733A; CA2674091C; JP5218065B2; JPWO2008087807A1; US20100062279A1; KR101118904B1; CA2674091A1; EP2119802A4; EP2119802A1; US8137613B2; EP2119802B1

Abstract

모재 및 용접 금속이, 질량%로, C：0.3% 이하, Si：2% 이하, Mn : 0.01∼3.0%, P：0.04%를 넘고 0.3% 이하, S：0.03% 이하, Cr：12∼30%, Ni : 6∼55%, 희토류 원소：0.2%를 넘고 0.6% 이하, sol.Al：0.001∼3% 및 N：0.3% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한, 「(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)＜1.388」의 식을 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트는, P함유량이 많고, 완전 오스테나이트 응고함에도 불구하고, 내용접 응고 균열성이 뛰어나다. 이 때문에, 용접 시공이 요구되는 용도에 폭넓게 적용할 수 있다. 또한, 상기의 식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%에서의 함유량을 나타낸다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료{AUSTENITIC STAINLESS STEEL WELDED JOINT AND AUSTENITIC STAINLESS STEEL WELDING MATERIAL}

본 발명은, 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료에 관한 것이다. 상세하게는, 강관, 강판 등으로서, 고온 강도와 내식성이 요구되는 용도에 폭넓게 적용할 수 있는 것은 물론, 0.04%를 넘는 높은 양의 P를 포함함에도 불구하고 뛰어난 내용접 응고 균열성도 가지는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료에 관한 것이다.

오스테나이트계 스테인리스강은, 예를 들면, JIS G 4304(2005)에 규정된 SUS304나 SUS316, SUS310S 등과 같이, Cr 및 Ni를 주요 원소로 한 내식성이 뛰어난 재료이다.

그러나, 어떠한 오스테나이트계 스테인리스강에도 구성 원소의 함유량에는 제한이 설정되어 있고, 특히 불순물 원소인 P는 일반적으로 0.045% 이하로 규제되어 있는 것이 현 상황이다. 또한, 그 용접에 이용하는 용접 재료로서, 예를 들면 JIS G 4316(1991)에서는, 오스테나이트계의 용접용 스테인리스강 선재(線材)의 P는 더욱 낮은 0.030% 이하로 규제되어 있다.

한편, 본래 불순물 원소인 P를 고농도로 함유시키면, M₂₃C₆ 탄화물의 미세화에 의한 석출 경화에 기여하여, 크리프 강도가 향상되는 것이 알려져 있다.

이 때문에, 예를 들면, 특허 문헌 1∼3에, 높은 농도로 P를 함유시킨 기술이 제안되어 있다.

즉, 특허 문헌 1에, P를 0.05∼0.40% 함유시켜, P의 석출 경화 촉진 작용에 의해 현저하게 고온 강도를 높인 「밸브용 내열강의 개량」이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에, C의 함유량을 0.01% 이하로 한 극저탄소의 오스테나이트 스테인리스강에 0.03∼0.08%의 P를 함유시킨 「크리프 강도가 뛰어난 오스테나이트 스테인리스강」이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에, P를 0.05∼0.30% 함유시킨 고온 강도가 뛰어난 「오스테나이트계 스테인리스강」이 개시되어 있다.

이와 같이, P를 고농도로 함유시키면, M₂₃C₆ 탄화물의 미세화에 기여하여 크리프 강도를 높일 수 있다.

그러나, 특히, SUS310S와 같은 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서의 P함유량의 증가는, 용접성의 저하를 초래한다. 즉, 특히 용접 응고 과정의 종료기에 가까운, 주로 결정 입계(粒界)에 막상태의 액상이 존재하는 단계에 있어서, 응고 수축 또는 열 수축에 의해 가해지는 변형이 용접 금속의 변형능 이상으로 된 경우에 생기는 균열(이하, 「용접 응고 균열」이라고 한다)의 발생을 현저하게 증가시켜 버린다.

이 때문에, 다량의 P함유는, 특히, 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강의 경우에는, 용접성이라고 하는 관점에서의 제한을 받게 되어, 예를 들면, 비특허 문헌 1에 있어서, P의 함유량은 현저하게 제한해야 하는 것이 나타나 있다.

특허 문헌 1에 개시된 기술은, 배기 밸브나 스톱 밸브판 등의 용도에는 적합하지만, P를 다량으로 함유시킴에 의한 용접 응고 균열 감수성의 현저한 증대에 관해서는 어떠한 배려도 이루어져 있지 않다. 따라서, 용접을 필요로 하는 강재로서의 사용은 매우 곤란하고, 특히, 완전 오스테나이트 응고하는 것과 같은 오스테나이트계 스테인리스 강재로서 이용하는 것은 불가능했다.

또한, 특허 문헌 2에는, 용접성을 손상시키지 않기 위해 P의 함유량의 상한을 0.08%로 하는 것이 기재되어 있을 뿐이고, 초정(primary crystal) 오스테나이트 응고 특히 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강의 용접 응고 균열 감수성의 저감에 대해서 배려해야 하는 것은 전혀 기재되어 있지 않다. 따라서, 특허 문헌 2에서 개시된 오스테나이트 스테인리스강을, 특히, 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스 강재로서 이용하는 것은 불가능했다.

특허 문헌 3에서 개시된 기술은, 명백하게, 강관, 강판, 봉강, 주조강품, 단강(鍛鋼)품 등으로서, 고온 강도와 내식성이 요구되는 용도에 폭넓게 적용할 수 있는 것이다. 그러나, 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서의 고 P화에 수반하는 용접 응고 균열에 대한 검토는 충분히 이루어져 있지 않다. 따라서, 특허 문헌 3에 개시된 오스테나이트계 스테인리스강을, 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스 강재로서 이용한 경우, 반드시 뛰어난 내용접 응고 균열성을 확보할 수 있는 것은 아니었다.

<특허 문헌 1> 일본국 특허공표 소 37－17113호 공보

<특허 문헌 2> 일본국 특허공개 소 62-267454호 공보

<특허 문헌 3> WO2006/106944호 공보

<비특허 문헌 1> Y.Arata, F.Matsuda and S.Katayama：Transactions of JWRI, Vo1. 6-1(1977)pp105-116

<발명이 해결하려고 하는 과제>

본 발명의 목적은, P함유량이 높고, 또한, 완전 오스테나이트 응고함에도 불구하고, 용접성, 그 중에서도 내용접 응고 균열성이 뛰어난 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트와 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료를 제공하는 것에 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자 들은, 종래 크리프 강도의 향상 등 철강 재료의 특성에 좋은 영향을 미치는 것이 알려져 있음에도 불구하고, 용접 응고 균열 감수성을 현저하게 증대시키기 때문에 그 함유량이 억제되고 있던 P를 높은 농도로 포함하고, 또한 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강에 대해서, 용접 응고 균열을 방지하여 양호한 용접성을 구비시키는 것을 목적으로 다양한 검토를 실시했다.

또한, 용접 응고 균열은, 전술과 같이, 용접 응고 중의 덴드라이트(dendrite)간에 잔존하는 액상이 저온역까지 막상태로 잔존하는 경우에, 부가되는 응력에 견디지 못하고 생기는 균열이다.

그리고, P함유량의 증가에 의해 용접 응고 균열 감수성이 증대하는, 즉, 용접 응고 균열의 발생이 많아지는 것은, P가 응고 중의 액상에 현저하게 농화(濃化)하여 액상의 응고 완료 온도를 크게 저하시키기 때문에, 액상이 보다 저온역까지 잔존하는 것에 기인하는 것이다.

이 때문에, 불순물 원소로서 포함되는 P에 기인하는 용접 응고 균열의 발생 저감을 위한 연구가 다양하게 행해지고 있지만, P는 오스테나이트 중에는 거의 고용하지 않으므로, 초정 오스테나이트 응고하는 경우는 물론이거니와, 완전 오스테나이트로 응고하는 경우에 이르러 용접 응고 균열 감수성을 현저하게 증대시켜 버린다.

이 때문에, 특히 완전 오스테나이트 응고하는 스테인리스강에서는 P함유량에 대한 규제가 설정되어 있고, 예를 들면, 상기 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강의 대표 강종인 JIS G 4304(2005)에 규정된 SUS310S에서는, P의 함유량은 0.045% 이하로 제한되고, 그 용접에 이용되는 용접 재료는 용접 응고 균열을 배려하여, JIS G 4316(1991)에서는 더욱 낮은 0.030% 이하로 제한되어 있는 것이 실상이다.

그러나, 전술과 같이, P는 크리프 강도 등을 향상시키는 원소로서 알려져 있으므로, 완전 오스테나이트 응고하는 스테인리스강에 대해서 응고 균열 감수성의 저감이 가능해지는 경우, 예를 들면 고온 환경 하에서 사용되는 보일러나 화학 플랜트의 소재로서 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강의 현저한 고기능화, 즉 뛰어난 고온 강도 및 조직 안정성 등의 확보에 크게 기여할 수 있다고 생각된다.

여기서, 본 발명자 들은, P를 높은 농도로 포함하고, 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강의 용접 응고 균열 감수성 저감의 가능성에 대해서 조사를 행했다.

먼저, 본 발명자 들은, 용접 응고 중에 오스테나이트에 고용하지 않기 위해 액상 중에 현저하게 농화한 P를 인화물(燐化物)로서 고정하고, 이를 액상 중에서 정출(晶出)시키면, 비록 가장 응고 균열 감수성이 높은 완전 오스테나이트 응고하는 경우라도, 응고 균열 감수성에 큰 영향을 미치는 액상을 조기에 소실시킬 수 있다고 생각하고, P와의 친화력이 크고 P를 고정화하는 능력이 높은 원소에 대해서 검토했다.

그 결과, 희토류 원소(이하, 「REM」이라고도 한다)가 P와의 친화력이 큰 원소인 것, 즉, P 고정화능이 매우 높은 원소라는 지견을 얻을 수 있었다.

또한, 「REM」은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이다.

여기서 본 발명자 들은, 다음에, 인화물의 정출을 고려한 미크로 편석 계산 모델을 작성하고, P의 응고 균열 감수성에 대한 악영향을 무해화하기 위해서 필요한 REM의 함유량을 예측했다.

그 결과, REM의 함유량이 0.2%를 넘고 0.6% 이하의 범위이면, 액상의 조기 정출이 촉진되어, 응고 균열 감수성을 저감하는 것이 가능해지는 경우가 있는 것이 판명되었다.

또한, 상기 REM의 함유량은, REM 중의 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 가리킨다.

여기서 또한, 본 발명자 들은, 실제로 P를 질량%로, 0.1% 함유하는 다양한 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강을 제작하고, REM의 함유량을 변화시킨 경우의 용접 응고 균열 감수성에 대해서 상세한 조사를 행했다.

그 결과, P의 영향을 포함한 하기의 (1)식 또는 (2)식을 만족시킴으로써 완전 오스테나이트 응고하도록 성분 설계된 고 P의 오스테나이트계 스테인리스강의 경우에는, 수치 계산에 의해 예측된 「0.2%를 넘고 0.6%이하」라는 적정량의 REM을 함유하면, 완전 오스테나이트 응고 하에서, 0.1%라는 높은 양의 P를 함유하는 경우에도 용접 응고 균열의 발생을 억제할 수 있는 것이 판명되었다.

(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)＜1.388…(1)

(Cr＋1.5×Si＋2×Nb＋Ti＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋Cu＋5×P)＜1.388…(2)

여기서 (1)식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

본 발명은, 상기의 지견에 의거하여 완성된 것으로, 그 요지는, 하기 (1) 및 (2)에 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트, 및 (3) 및 (4)에 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료에 있다.

(1) 모재 및 용접 금속이, 질량%로, C：0.3% 이하, Si：2% 이하, Mn：0.01∼3.0%, P：0.04%를 넘고 0.3% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 12∼30%, Ni：6∼55%, 희토류 원소 : 0.2%를 넘고 0.6% 이하, sol. Al：0.001∼3% 및 N：0.3% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트.

(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)＜1.388…(1)

여기서 (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

(2) Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, 하기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고, 또한 하기 (2)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트.

여기서 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

제1군 : Mo : 5% 이하, W：10% 이하이고 또한 Mo＋(W/2) : 5% 이하, Ti : 3%이하, Nb : 1.5% 이하, Ta : 8% 이하, V : 1.5% 이하, Zr : 1% 이하, Hf：1% 이하, B：0.03% 이하, Cu：3% 이하 및 Co：5% 이하의 1종 또는 2종 이상

제2군：Ca：0.05% 이하 및 Mg : O.05% 이하의 1종 또는 2종

(3) 질량%로, C：0.3% 이하, Si：2% 이하, Mn：0.01∼3.0%, P : 0.04%를 넘고 0.3% 이하, S：0.03% 이하, Cr : 12∼30%, Ni : 6∼55%, 희토류 원소：0.2%를 넘고 0.6% 이하, so1. Al : 0.001∼3% 및 N：0.3% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료.

(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)＜1.388…(1)

(4) Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, 하기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고, 또한 하기 (2)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 청구항 3에 기재의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료.

(Cr＋1.5×Si＋2×Nb＋Ti＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋Cu＋5×P)＜1.388 …(2)

제1군：Mo：5% 이하, W：10%이하이고 또한 Mo＋(W/2)：5% 이하, Ti : 3% 이하, Nb：1.5% 이하, Ta：8% 이하, V : 1.5% 이하, Zr：1% 이하, Hf：1% 이하, B : O.03% 이하, Cu：3% 이하 및 Co：5% 이하의 1종 또는 2종 이상,

제2군 : Ca：0.05% 이하 및 Mg：0.05% 이하의 1종 또는 2종.

이하, 상기 (1) 및 (2)에 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트, 및 (3) 및 (4)에 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료에 관한 발명을, 각각, 「본 발명 (1)」∼「본 발명 (4)」라고 한다. 또한, 총칭하여 「본 발명」이라고 하는 경우가 있다.

본 발명에서 말하는 「희토류 원소(REM)」는, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 REM 중의 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 가리킨다.

<발명의 효과>

본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트는, P함유량이 많고, 또한 완전 오스테나이트 응고함에도 불구하고, 용접 응고 균열의 발생을 억제할 수 있으므로, 용접 시공이 요구되는 용도에 폭넓게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료는, 상기의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트를 제작하는데 최적이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 용접 재료에 있어서의 성분 원소의 한정 이유에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량의 「%」표시는 「질량%」를 의미한다.

C：0.3 %이하

C는, 오스테나이트를 안정화시키는 원소이며, 인장 강도나 크리프 강도를 높이는 작용도 가진다. 그러나, C의 함유량이 과잉으로 되고, 특히, 0.3%를 넘으면, 용접 응고 균열 감수성이 증대함과 더불어 내식성의 현저한 열화를 초래한다. 따라서, C의 함유량을 0.3% 이하로 했다.

C의 상기한 오스테나이트의 안정화 작용과 인장 강도나 크리프 강도를 높이는 작용을 확보하기 위해서는, 그 함유량의 하한은 0.05%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 뛰어난 내식성이 요구되는 경우, C의 함유량을 저감함으로써 내입계 부식성을 높일 수 있고, 높은 온도 영역에서도 사용 가능해지므로, 고온 영역에서 사용되고 또한 높은 내식성이 요구되는 경우에는 C의 함유량의 상한은 저감시키는 쪽이 바람직하다.

따라서, 오스테나이트의 안정화, 인장 강도나 크리프 강도의 확보, 양호한 내식성의 확보라는 관점에서의 C의 바람직한 함유량은 0.06%를 넘고 0.25% 이하이고, 나아가 바람직한 함유량은 0.07∼0.15%이다.

Si：2% 이하

Si는, 오스테나이트계 스테인리스강의 용제 시에 탈산 작용을 가지고, 또한 내산화성 및 내수증기 산화성 등을 높이는데 유효한 원소이다. 상기의 효과를 얻기 위해서는, Si는 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 과잉으로 되고, 특히, 2%를 넘으면, 용접 응고 균열 감수성을 현저하게 증대시키고, Si가 페라이트를 안정화시키는 원소이므로 안정되게 완전 오스테나이트 응고시켜 오스테나이트 단상 조직으로 하는 것은 곤란해진다. 따라서, Si의 함유량은 2%이하로 했다. 또한, Si의 바람직한 함유량은 1% 이하이다.

Mn：0.01∼3%

Mn은, 오스테나이트를 안정화시키는 원소임과 더불어, 오스테나이트계 스테인리스강 중에 불순물로서 포함되는 S에 의한 열간 가공 취성의 억제 이외, 용제 시의 탈산 효과에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mn은 0.01% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 그 함유량이 3%를 넘으면, σ상 등의 금속간 화합물 상의 석출을 조장하고, 고온 환경 하에서 사용한 경우에는, 고온에 있어서의 조직 안정성의 열화에 기인한 인성(靭性)이나 연성(延性)의 저하를 일으킨다. 따라서, Mn의 함유량은 0.01∼3%로 했다. 또한, Mn의 함유량은 0.05∼2%이면 보다 바람직하고, 0.1∼1.5%이면 더욱 바람직하다.

P：0.04%를 넘고 0.3% 이하

P는, 용접 응고 균열 감수성을 현저하게 증대시키는 원소로서 알려져 있고, 특히 완전 오스테나이트 응고하는 경우에는 그 영향은 보다 현저하게 된다. 이 때문에, 종래, P의 함유량에는 규제가 설정되었지만, 0.04%를 넘고 P를 함유시키면 탄화물의 미세 석출에 기여하고, 예를 들면 고온 환경 하에서 사용하는 경우의 크리프 강도를 향상시키는 등, 재료의 특성을 향상시키는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 후술하는 양의 REM을 함유시킴으로써, 완전 오스테나이트 응고 하에 있어서의 용접 응고 균열 감수성 증대에 미치는 P의 악영향을 배제하고 있지만, P의 함유량이 너무 과잉으로 되고, 특히, 0.3%를 넘으면, 크리프 연성의 저하 등의 악영향을 피할 수 없다.

따라서, P의 함유량을 0.04%를 넘고 0.3% 이하로 했다. 또한, P의 바람직한 함유량은 0.05%를 넘고 0.25% 이하이며, 더욱 바람직한 함유량은 0.08%를 넘고 0.2% 이하이다.

S：0.03% 이하

S는, 오스테나이트계 스테인리스강을 용제할 때에 원료 등에서 혼입해 오는 불순물 원소이며, 그 함유량이 많아지면, 내식성의 저하를 초래함과 더불어, 열간 가공성과 용접성도 열화시키고, 특히, S의 함유량이 0.03%를 넘으면, 내식성의 저하, 열간 가공성과 용접성의 열화가 현저해진다. 따라서, S의 함유량은 0.03% 이하로 했다. 또한, S의 함유량은 가능한한 저감시키는 것이 바람직하기 때문에, 0.01%이하로 하면 더욱 바람직하고, 0.005% 이하로 하면 매우 바람직하다.

Cr：12∼30%

Cr은, 오스테나이트계 스테인리스강의 표면에 얇은 산화피막을 형성함으로써, 내산화성, 내수증기 산화성, 내고온 부식성 등을 확보시키기 위한 필수 원소이다. 상기한 효과를 얻기 위해서는, Cr의 함유량은 12% 이상으로 할 필요가 있다. 또한, Cr의 함유량이 많을수록 내식성은 향상되는데, Cr이 페라이트를 안정화시키는 원소이므로, 그 함유량이 30%를 넘으면, 오스테나이트 조직이 불안정하게 되어 σ상 등의 금속간 화합물이나 α-Cr상을 생성하기 쉬워지므로, 인성이나 고온 강도의 열화가 발생한다. 따라서, Cr의 함유량은 12∼30%로 했다. 또한, Cr의 바람직한 함유량은 15∼28%이며, 더욱 바람직한 함유량은 18∼26%이다.

Ni：6∼55%

Ni는, 안정된 오스테나이트 조직을 확보하기 위해서 필수의 원소이고, 그 필요 최소 함유량은, 오스테나이트계 스테인리스강 중에 포함되는 Cr, Mo, W, Nb 등의 페라이트 생성 원소나 Mn, C, N 등의 오스테나이트 생성 원소의 함유량에 따라서 정해진다.

본 발명에서는 12% 이상의 Cr을 함유시킬 필요가 있고, 이 Cr량에 대해서 Ni의 함유량이 6% 미만인 경우에는, 완전 오스테나이트 응고시켜 오스테나이트 단상 조직으로 하는 것이 곤란해진다. 한편, Ni의 함유량이 55%를 넘는 경우, 오스테나이트에 고용하기 어려운 P의 액상 중으로의 농화가 현저해지므로, 용접 응고 균열 감수성의 증대를 초래한다. 따라서, Ni의 함유량은 6∼55%로 했다. 또한, Ni의 바람직한 함유량은 10∼40%이고, 더욱 바람직한 함유량은 15%를 넘고 30% 이하이다.

REM：0.2%를 넘고 0.6% 이하

REM은, 본 발명에 있어서 가장 중요한 원소의 하나이다. REM은 P와의 친화력이 크기 때문에, 지금까지 규제되었던 양을 넘는 P를 함유하는 경우에도, 용접 응고 중에 액상중으로 농화한 P와 결합되어 인화물로서 정출하고, 액상의 조기 소실을 촉진함으로써 용접 응고 균열 감수성을 현저하게 저감하는 것이 가능해진다.

이미 기술한 P의 함유량 범위 내에서, 상기한 REM의 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.2%를 넘는 양의 REM을 함유시키는 것이 필요하다. 한편, REM의 함유량이 0.6%를 넘으면, REM 인화물의 정출에 의한 액상의 조기 소실 효과가 현저하게 저하하여, 오히려 용접 응고 균열 감수성이 커지고, 추가하여, REM 인화물의 정출량이 증가하므로 열간 가공성의 현저한 저하를 초래한다.

따라서, REM의 함유량을 0.2%를 넘고 0.6% 이하로 했다. 또한, REM의 바람직한 함유량은 0.3%를 넘고 0.6% 이하이다.

sol. Al : O.001∼3%

Al은, 오스테나이트계 스테인리스강의 용제 시에 탈산 작용을 가진다. 이 효과를 발휘시키기 위해서는 Al을 sol. Al(「산 가용성 Al」)로서 0.001% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, sol. Al로서의 Al의 함유량이 3%를 넘으면, 고온에서의 사용 중에 σ상 등의 금속간 화합물의 석출을 촉진하여, 인성이나 연성, 고온 강도를 저하시킨다. 따라서, sol. Al의 함유량은 0.001∼3%로 했다. 또한, sol.Al의 함유량은 0.005∼2%이면 보다 바람직하고, 0.01∼1%이면 더욱 바람직하다.

N：0.3% 이하

N은, 오스테나이트를 안정화시키는 원소이며, 크리프 강도를 높이는 작용을 가진다. 그러나, N의 함유량이 과잉으로 되면 열간 가공성 및 냉간 가공성의 저하를 초래하고, 특히, 0.3%를 넘으면, 열간 가공성 및 냉간 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, N의 함유량을 0.3% 이하로 했다. 또한, N의 바람직한 함유량은 0.1% 이하이고, 더욱 바람직한 함유량은 0.03% 이하이다.

(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)의 값 : 1.388 미만

상술한 범위의 C로부터 N까지의 원소를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강은, 「(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)」의 값이 1.388미만이면, 즉 (1)식을 만족하면, 완전 오스테나이트 응고하여 오스테나이트 단상 조직으로 되는 경우에도 용접 응고 균열을 확실하고 안정되게 억제할 수 있다.

상기의 이유로부터, 본 발명 (1)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트는, 모재 및 용접 금속이, 상술한 범위의 C로부터 N까지의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 상기 (1)식을 만족하는 것으로 규정했다.

동일한 이유로, 본 발명 (3)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료는, 상술한 범위의 C로부터 N까지의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 상기 (1)식을 만족하는 것으로 규정했다.

또한, 본 발명 (1)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트는, 그 모재 및 용접 금속의 Fe의 일부를 대신하고, 또한, 본 발명 (3)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료는, 그 Fe의 일부를 대신하여, 각각, 필요에 따라서 또한, 하기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유시킬 수 있다.

제1군：Mo：5% 이하, W：10% 이하이고 또한 Mo＋(W/2) : 5% 이하, Ti : 3% 이하, Nb：1.5% 이하, Ta：8% 이하, V：1.5% 이하, Zr：1% 이하, Hf : 1% 이하, B：0.03% 이하, Cu：3% 이하 및 Co：5% 이하의 1종 또는 2종 이상,

제2군：Ca：0.05% 이하 및 Mg : 0.05% 이하의 1종 또는 2종.

즉, 상기 제1군 및 제2군의 그룹 중 원소의 1종 또는 2종 이상을 임의 원소로서 함유시켜도 된다.

이하, 상기의 임의 원소에 관해서 설명한다.

제1군：Mo：5% 이하, W：10% 이하이고 또한 Mo＋(W/2)：5% 이하, Ti：3% 이하, Nb：1.5% 이하, Ta：8% 이하, V：1.5% 이하, Zr：1% 이하, Hf：1% 이하, B：0.03% 이하, Cu：3% 이하 및 Co：5% 이하의 1종 또는 2종 이상

제1군의 원소인 Mo, W, Ti, Nb, Ta, V, Zr, Hf, B,. Cu 및 Co는, 고온 강도를 높이는 작용을 가지므로, 이 효과를 얻기 위해서 상기의 원소를 함유시켜도 된다. 이하, 제1군의 원소에 대해 상세하게 설명한다.

Mo：5% 이하, W : 10% 이하이고 또한 Mo＋(W/2) : 5% 이하

Mo 및 W는, 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. Mo에는, 내공식성(耐孔食性)을 높이는 작용도 있다. 상기의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Mo와 W를 각각 단독으로 함유시키는 경우, 함유량은 각각 0.05% 이상으로 하고, 양 원소를 복합하여 함유시키는 경우는 Mo＋(W/2)에서 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 단독으로 함유시키는 경우, Mo 및 W를 각각, 5% 및 10%를 넘어 함유시켜도, 또한, 복합하여 함유시키는 경우, Mo＋(W/2)에서 5%를 넘는 Mo와 W를 함유시켜도, 상기의 효과가 포화하여 비용이 커지는데다, Mo 및 W가 페라이트를 안정화시키는 원소이므로, σ상 등의 금속간 화합물의 생성을 유발하여, 조직 안정성 및 열간 가공성의 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Mo 및 W의 함유량은, Mo：5% 이하, W : 10%이하이고 또한 Mo＋(W/2)：5% 이하로 했다. Mo와 W를 각각 단독으로 함유시키는 경우의 함유량은, Mo는 0.05∼5%, 또한, W는 0.05∼10%로 하는 것이 바람직하고, 한편, 양 원소를 복합하여 함유시키는 경우의 함유량은, Mo＋(W/2)에서 0.05∼5%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상술과 같이, Mo 및 W는 페라이트 형성 원소이므로, 오스테나이트 조직의 안정화를 위해서는, Mo와 W를 각각 단독으로 함유시키는 경우의 함유량은, Mo는 0.05% 이상 4% 미만, 또한, W는 0.05% 이상 4% 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Ti : 3% 이하

Ti는, 탄화물 형성 원소이며, 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. Ti에는, C를 고정하여 입계 내식성을 높이는 작용도 있다. 이들 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ti의 함유량은 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti의 함유량이 3%를 넘으면, 인성을 비롯한 기계적 성질의 큰 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ti의 함유량은, 3% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Ti의 함유량은, 0.005∼3%로 하는 것이 바람직하고, 0.01∼2%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Ti의 함유량은, 0.05∼1%이면 매우 바람직하다.

Nb：1.5% 이하

Nb는, 탄화물 형성 원소이며, 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. Nb에는, C를 고정하여 입계 내식성을 높이는 작용도 있다. 이러한 효과를 확실히 얻기 위해서는, Nb의 함유량은 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Nb의 함유량이 1.5%를 넘으면, 인성을 비롯한 기계적 성질의 큰 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Nb의 함유량은, 1.5% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Nb의 함유량은, 0.05∼1.5%로 하는 것이 바람직하고, 0.05∼1%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Nb의 함유량은, 0.05∼0.6%이면 매우 바람직하다.

Ta：8% 이하

Ta도 탄화물 형성 원소이며, 고온 강도의 향상에 유효하다. Ta에는, C를 고정하여 입계 내식성을 높이는 작용도 있다. 이들 효과를 확실히 얻기 위해서는, Ta의 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ta의 함유량이 8%를 넘으면, 인성을 비롯한 기계적 성질의 큰 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ta의 함유량은, 8% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Ta의 함유량은, 0.01∼8%로 하는 것이 바람직하고, 0.01∼7%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Ta의 함유량은, 0.05∼6%이면 매우 바람직하다.

V：1.5% 이하

V는, 탄화물 형성 원소이며, 고온 강도의 향상에 유효하다. V에도, C를 고정하여 입계 내식성을 높이는 작용도 있다. 이러한 효과를 확실히 얻기 위해서는, V의 함유량은 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, V의 함유량이 1.5%를 넘으면, 인성을 비롯한 기계적 성질의 큰 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 V의 함유량은, 1.5% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 V의 함유량은, 0.02∼1.5%로 하는 것이 바람직하고, 0.04∼1%이면 더욱 바람직하다.

Zr：1% 이하

Zr은, 주로 입계 강화에 기여하여, 고온 강도를 향상시킨다. 이 효과를 확실히 얻기 위해서는, Zr의 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Zr의 함유량이 1%를 넘으면, 기계적 성질이나 용접성의 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Zr의 함유량은, 1% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Zr의 함유량은, 0.0005∼1%로 하는 것이 바람직하고, 0.01∼0.8%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Zr의 함유량은, 0.02∼0.5%이면 매우 바람직하다.

Hf：1% 이하

Hf도 주로 입계 강화에 기여하여, 고온 강도를 향상시킨다. 이 효과를 확실히 얻기 위해서는, Hf의 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Hf의 함유량이 1%를 넘으면, 기계적 성질이나 용접성의 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Hf의 함유량은, 1% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Hf의 함유량은 0.0005∼1%로 하는 것이 바람직하고, 0.01∼0.8%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Hf의 함유량은, 0.02∼0.5%이면 매우 바람직하다.

B：0.03% 이하

B는, 탄질화물 중에 존재하여 고온에서의 사용 중에 있어서의 탄질화물의 미세 분산 석출을 촉진함과 더불어, B단체로 입계에 존재하여 입계를 강화하여 입계 슬라이드를 억제함으로써, 고온 강도를 높임과 더불어 크리프 강도를 개선한다. 이러한 효과를 확실히 얻기 위해서는, B의 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, B의 함유량이 0.03%를 넘으면, 용접성의 열화를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 B의 함유량은, 0.03% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 B의 함유량은, 0.0005∼0.03%로 하는 것이 바람직하고, 0.001∼0.01%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 B의 함유량은, 0.001∼0.005%이면 매우 바람직하다.

Cu : 3% 이하

Cu는, 오스테나이트를 안정화하고, 또한 고온에서의 사용 중에 미세한 Cu상으로서 오스테나이트 모상에 정합 석출하고, 고온 강도를 대폭 향상시키는 작용을 가진다. 상기의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Cu의 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu의 함유량이 많아지고, 특히 3%를 넘으면, 열간 가공성, 용접성 및 크리프 연성의 저하를 초래한다. 따라서, 예를 들면, 원료 비용의 면에서 Ni를 대신하여 오스테나이트를 안정화시키거나 한층 큰 고온 강도를 확보하는 것을 목적으로 하여 함유시키는 경우의 Cu의 함유량은, 3% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Cu의 함유량은, 0.01∼3%로 하는 것이 바람직하다. 함유 시키는 경우의 Cu 함유량의 상한은, 2%이면 보다 바람직하고, 0.9%이면 매우 바람직하다.

Co : 5% 이하

Co는, Ni나 Cu와 마찬가지로 오스테나이트 조직을 안정화하고, 고온 강도를 높이는 작용을 가진다. 이 효과를 확실히 얻기 위해서는, Co의 함유량은 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Co의 함유량이 5%를 넘어도 상기의 효과는 포화하고, 경제성이 저하할 뿐이다. 따라서, 함유시키는 경우의 Co의 함유량은, 5% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Co의 함유량은, 0.05∼5%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 Mo, W, Ti, Nb, Ta, V, Zr, Hf, B, Cu 및 Co는, 그 중의 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유시킬 수 있다.

제2군의 원소인 Ca 및 Mg는 열간 가공성을 높이는 작용을 가지므로, 이 효과를 얻기 위해서 상기의 원소를 함유시켜도 된다. 이하, 제2군의 원소에 대해서 상세하게 설명한다.

Ca : O.05% 이하

Ca는, 열간 가공성을 높이는 작용을 가진다. 이 효과를 확실히 얻기 위해서는, Ca의 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ca의 함유량이 0.05%를 넘으면, 산화물계 개재물을 형성하여 오히려 열간 가공성이 저하하고, 연성의 열화도 발생한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ca의 함유량은, 0.05% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Ca의 함유량은, 0.0005∼0.05%로 하는 것이 바람직하고, 0.001∼0.02%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Ca의 함유량은, 0.001∼0.01%이면 매우 바람직하다.

Mg：0.05% 이하

Mg도 열간 가공성을 높이는 작용을 가진다. 이 효과를 확실히 얻기 위해서는, Mg의 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mg의 함유량이 0.05%를 넘으면, 산화물계 개재물을 형성하여 오히려 열간 가공성이 저하하고, 연성의 열화도 생긴다. 따라서, 함유시키는 경우의 Mg의 함유량은, 0.05% 이하로 했다. 또한, 함유시키는 경우의 Mg의 함유량은, 0.0005∼0.05%로 하는 것이 바람직하고, 0.001∼0.02%이면 더욱 바람직하다. 함유시키는 경우의 Mg의 함유량은, 0.001∼0.01%이면 매우 바람직하다.

또한, 상기의 Ca 및 Mg는, 그 중의 어느 1종만, 또는 2종의 복합으로 함유시킬 수 있다.

(Cr＋1.5×Si＋2×Nb＋Ti＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋Cu＋5×P)의 값：1.388미만

상기 본 발명 (1)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트의 모재 및 용접 금속의 Fe의 일부를 대신하여, 또한, 본 발명 (3)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료의 Fe의 일부를 대신하여, 상기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 오스테나이트계 스테인리스강은, 「(Cr＋1.5×Si＋2×Nb＋Ti＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋Cu＋5×P)」의 값이 1.388미만이면, 즉 (2)식을 만족하면, 완전 오스테나이트 응고하여 오스테나이트 단상 조직으로 되는 경우에도, 용접 응고 균열을 확실하고 또한 안정되게 억제할 수 있다.

상기의 이유로부터, 본 발명 (2)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 본 발명 (4)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료는, 본 발명(1)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트 및 본 발명 (3)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료의 Fe의 일부를 대신하여, 상기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하고, 또한 상기(2)식을 만족하는 것으로 규정했다.

본 발명 (1) 및 본 발명 (2)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트는, TIG 용접, MIG 용접 등의 다양한 용접 방법으로 제작할 수 있다.

또한, 상기의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트의 제작에 이용하는 용접 재료로는, 채용하는 용접 방법과 용접 조건에 따라, 상기의 용접 금속의 조성이 얻어지는 조성의 것을 선택하면 좋다.

TIG 용접을 채용하는 경우에는, 용접 재료의 조성은 실질적으로 용접 금속의 조성과 동일하면 되므로, 예를 들면, 본 발명 (1)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트의 제작에 이용하는 용접 재료로는 본 발명 (3)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한, 본 발명 (2)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트의 제작에 이용하는 용접 재료로는 본 발명 (4)에 관한 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

표 1에 나타내는 화학 조성을 가지는 오스테나이트계 스테인리스강인 강 1∼9 및 강 A∼E를 고주파 가열 진공 노(爐)를 이용하여 용해한 후, 잉곳으로 주조했다.

표 1중의 강 1∼9는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이다. 한편, 표 1 중의 강 A∼E는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 비교예의 강이다.

<표 1>

얻어진 각 잉곳을 통상의 방법으로 열간 단조한 후, 1200℃에서 고용화 열처리를 실시하고, 맞닿음부 1.5mm의 60°V 홈(groove) 가공이 실시된 두께 12mm, 폭 50mm 및 길이 150mm의 구속 용접 균열 시험용 시험편, 및, 두께 4mm, 폭 100mm 및 길이 100mm의 트랜스균열발생저항(trans-varestraint) 시험편을 제작했다.

또한, 강 C 및 강 D는, 본 발명에서 규정하는 값을 넘는 과잉의 Nd를 포함하기 때문에 열간 가공성이 낮고, 열간 단조 시에 다수의 균열을 일으켜 시험편을 채취할 수 없었다. 이는 Nd의 함유량이 과잉이므로, 다량의 NdP가 조기에 너무 많이 정출되어, 액상의 조기 소실 효과를 얻지 못하고, 반대로 응고 균열 감수성이 증대했으므로, 또는 NdP가 정출하지 않고 Nd 단독의 편석도 중첩함으로써, 고액 공존 온도 범위가 현저하게 증대해버려 응고 균열 감수성이 증대했기 때문이라고 생각된다. 그리고, 상기의 열간 단조 시에 발생한 균열은, 저융점 입계의 융해, 즉, P의 현저한 입계 편석에 기인한 응고 균열이며, 용접 시험에 제공할 것도 없이 응고 균열 감수성이 현저하게 높다고 생각되어, 실용강으로서 적용하는 것은 곤란하다.

상기와 같이 하여 얻은 각 오스테나이트계 스테인리스강의 구속 용접 균열 시험용 시험편을 이용하여, 주위를 구속 용접했다. 또한, 미리 각 오스테나이트계 스테인리스강의 모재로부터 제작한 외경 1.2mm의 용접 재료(용접 와이어)를 사용하여, 용접 전류 165A, 용접 전압 15V, 용접 속도 10cm/min의 조건에서 TIG 용접에 의해 맞닿음 부분에 대해서 필러 용접을 행했다.

표 2에, 구속 용접 균열 시험편의 용접 비드 길이에 대한 응고 균열 발생율의 측정 결과를 나타낸다. 여기서, 용접 금속의 화학 조성은, TIG 용접의 경우 희석은 거의 생기지 않으므로, 모재와 동일하다.

또한, 상술과 같이, 강 C 및 강 D는, 열간 단조 시에 균열을 일으켜 시험편을 채취할 수 없었다. 이 때문에, 구속 용접 균열 시험을 실시할 수 없었기 때문에, 표 2의 「구속 용접 균열 시험에서의 비드 표면 균열율」란은 「－」로 표기했다.

<표 2>

또한, 각 오스테나이트계 스테인리스강의 응고 균열 감수성을 보다 상세하게 평가하기 위해서, 상기의 트랜스균열발생저항 시험편을 이용하여, 용접 전류 100A, 용접 전압 15V, 용접 속도 15cm/min, 부가 변형 2%의 조건에서 트랜스균열발생저항 시험을 행하여, 최대 균열 길이를 측정했다.

또한, 완전 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강인 SUS310S의 용접 금속의 트랜스균열발생저항 시험에 의해 평가된 최대 균열 길이는 1mm이하이다. 따라서, 트랜스균열발생저항 시험에 의해 평가된 최대 균열 길이가 1mm이하인 오스테나이트계 스테인리스강은 뛰어난 내응고 균열성을 가지고 있다고 생각된다.

표 2에, 트랜스균열발생저항 시험에서의 최대 균열 길이를 함께 나타낸다.

또한, 상술과 같이, 강 C 및 강 D는, 열간 단조 시에 균열을 일으켜 시험편을 채취할 수 없었으므로, 트랜스균열발생저항 시험을 실시할 수 없었다. 이 때문에, 표 2의 「트랜스균열발생저항 시험에서의 최대 균열 길이」란은 「－」로 표기했다.

표 2에서, 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하는 강 1∼9의 경우, 높은 양의 P를 포함하고, 또한, 완전 오스테나이트 응고함에도 불구하고, 적정량의 REM을 포함함과 더불어 식(1) 또는 식(2)를 만족하므로, 트랜스균열발생저항 시험에 의한 최대 균열 길이가 모두 1mm이하이고, 또한 구속 용접 균열 시험에 있어서도 균열이 발생하지 않고, 양호한 용접성을 가지는 것이 명백하다.

이에 대해, 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 비교예의 강 A, 강 B 및 강 E는, 용접성이 떨어진다.

즉, 강 A의 경우, Nd의 함유량이 0.13%로 낮기 때문에, NdP의 정출을 촉진할 수 없다. 따라서, 구속 용접 균열 시험에 있어서의 비드 표면 균열율은 0%이지만, 트랜스균열발생저항 최대 균열 길이는 1mm을 넘는다.

강 B의 경우, Nd의 함유량이 0.035%로 낮고, 또한, 식(2)의 조건을 만족하지 않는다. 이 때문에, NdP의 정출을 촉진할 수 없으므로, 완전 오스테나이트 응고가 아님에도 불구하고, 트랜스균열발생저항 최대 균열 길이는 1mm를 넘고, 또한, 구속 용접 균열 시험에 있어서의 비드 표면 균열율은 100%이며, 비드 전체 길이에 걸쳐 균열이 발생한다.

강 E의 경우, 식(2)의 조건을 만족하고 있는데, P의 함유량이 높음에도 불구하고 Nd를 포함하지 않는다. 이 때문에, 용접 응고 균열 감수성은 현저하게 높고, 트랜스균열발생저항 최대 균열 길이는 1mm를 넘고, 또한, 구속 용접 균열 시험에 있어서의 비드 표면 균열율은 100%이며, 비드 전체 길이에 걸쳐 균열이 발생한다.

또한, 이미 기술한 것처럼, 강 C 및 강 D는, 본 발명에서 규정하는 값을 넘는 과잉의 Nd를 포함하므로 열간 가공성이 낮다. 이는 Nd의 함유량이 과잉이므로 다량의 NdP가 조기에 너무 많이 정출되어, 액상의 조기 소실 효과를 얻을 수 없고, 반대로 응고 균열 감수성이 증대하였으므로, 또는 NdP가 정출하지 않고 Nd 단독의 편석도 중첩함으로써, 고액 공존 온도 범위가 현저하게 증대해버려 응고 균열 감수성이 증대했기 때문이라고 생각되어, 실용강으로서 적용하는 것은 곤란하다.

본 발명의 모재 및 용접 금속으로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트는, P함유량이 많고, 또한, 완전 오스테나이트 응고함에도 불구하고, 뛰어난 내용접 응고 균열성을 가지고 있으므로, 용접 시공이 요구되는 용도에 폭넓게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료는, 상기의 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트를 제작하는데 최적이다.

Claims

모재 및 용접 금속이, 질량%로, C：0.3% 이하, Si：2% 이하, Mn：0.01∼3.0%, P : 0.04%를 넘고 0.3% 이하, S：0.03% 이하, Cr : 12∼30%, Ni：6∼55%, 희토류 원소：0.2%를 넘고 0.6% 이하, sol. Al：0.001∼3% 및 N：0.3% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트.

(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)＜1.388…(1)

여기서 (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.
청구항 1에 있어서,

Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, 하기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고, 또한 하기 (2)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트.

(Cr＋1.5×Si＋2×Nb＋Ti＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋Cu＋5×P)＜1.388…(2)

여기서 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

제1군 : Mo : 5% 이하, W：10% 이하이고 또한 Mo＋(W/2) : 5% 이하, Ti : 3%이하, Nb : 1.5% 이하, Ta : 8% 이하, V : 1.5% 이하, Zr : 1% 이하, Hf：1% 이하, B：0.03% 이하, Cu：3% 이하 및 Co：5% 이하의 1종 또는 2종 이상

제2군：Ca：0.05% 이하 및 Mg : O.05% 이하의 1종 또는 2종
질량%로, C：0.3% 이하, Si：2% 이하, Mn：0.01∼3.0%, P : 0.04%를 넘고 0.3% 이하, S：0.03% 이하, Cr : 12∼30%, Ni : 6∼55%, 희토류 원소：0.2%를 넘고 0.6% 이하, so1. Al : 0.001∼3% 및 N：0.3% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료.

(Cr＋1.5×Si＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋5×P)＜1.388…(1)

여기서 (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.
청구항 3에 있어서,

Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, 하기 제1군 및 제2군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고, 또한 하기 (2)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료.

(Cr＋1.5×Si＋2×Nb＋Ti＋2×P)/(Ni＋0.31×Mn＋22×C＋14.2×N＋Cu＋5×P)＜1.388 …(2)

여기서 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

제1군：Mo：5% 이하, W：10% 이하이고 또한 Mo＋(W/2)：5% 이하, Ti : 3% 이하, Nb：1.5% 이하, Ta：8% 이하, V : 1.5% 이하, Zr：1% 이하, Hf：1% 이하, B : O.03% 이하, Cu：3% 이하 및 Co：5% 이하의 1종 또는 2종 이상

제2군 : Ca：0.05% 이하 및 Mg：0.05% 이하의 1종 또는 2종