KR20120009528A

KR20120009528A - 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강

Info

Publication number: KR20120009528A
Application number: KR1020120006369A
Authority: KR
Inventors: 지영준
Original assignee: (주)지앤지텍
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-02-01

Abstract

본 발명은 내식성이 향상된 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강에 관한 것으로서, C: 0 초과 0.10 중량% 이하, Si: 0 초과 1.00 중량% 이하, Mn: 0 초과 1.25 중량% 이하, P: 0 초과 0.060 중량% 이하, S: 0.15 초과 0.20 중량% 이하, Ni: 0 초과 0.60 중량% 이하, Cr: 12.00 내지 14.00 중량%, 및 Mo: 0 초과 0.60 중량% 이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되며, 마르텐사이트상인 금속 조직을 갖는 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강을 제공한다.

Description

고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강{High Strength Martensite Type Free Cutting Stainless Steel}

본 발명은 내식성이 향상된 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강에 관한 것이다.

쾌삭강(快削鋼, free cutting steel)은 강도를 너무 떨어뜨리지 않고 절삭하기 쉽도록 개량한 강(鋼)을 말한다. 스테인레스강 중 쾌삭강으로서는 SAE(Society of Automotive Engineers) grade로 type 416(이하 "SUS 416"이라 한다)인 마르텐사이트(martensite)계 스테인레스강이 사용된다. SUS 416은 다른 스테인레스강에 비하여 추가로 황(S)을 포함하여 기계 가공을 용이하게 한다.

SUS 416은 일반적으로 약 0.3 중량%의 황을 함유하고 있다. SUS 416 내의 S는 주로 망간(Mn)과 결합하여 MnS 등의 비금속 개재물로 철강 중에 분산되어 절삭 시에 파쇄되기 쉬워지므로 강의 피삭성이 향상된다. 이러한 SUS 416은 프린터 등의 샤프트, 절삭 도구, 기계 부품, 석유 정제 장치, 펌프 샤프트 등에 사용된다.

그러나, SUS 416에 포함된 황은 가격을 증가시킨다. 또한, SUS 416에 포함된 황은 내식성을 저하시킨다. 또한, SUS 416으로부터 황 또는 황 화합물(예를 들면, 황화수소(H₂S), 이산화황(SO₂))이 기체로 방출될 수 있다. 그리고, SUS 416은 경화를 위한 담금질(quenching)이나 내부 응력을 제거하기 위한 뜨임(tempering) 등의 처리가 필요할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 황 함유량을 절감하고 염가이며 내식성을 향상시키고 담금질, 뜨임의 열처리를 생략할 수 있는 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, C: 0.10 중량% 이하, Si: 1.00 중량% 이하, Mn: 1.25 중량% 이하, P: 0.060 중량% 이하, S: 0.15 초과 0.20 중량% 이하, Ni: 0.60 중량% 이하, Cr: 12.00 내지 14.00 중량%, 및 Mo: 0.60 중량% 이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되며, 마르텐사이트상인 금속 조직을 갖는 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강을 제공한다.

상술한 본 발명에 따른 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강은 황 함유량이 절감되고 염가이며 내식성이 향상되고 담금질, 뜨임의 열처리를 생략할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 기술한다. 본 발명의 추가적인 구성 및 효과는 이하에서 보다 상세하게 기술될 것이다.

본 발명에 따른 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강은 C: 0 초과 0.10 중량% 이하, Si: 0 초과 1.00 중량% 이하, Mn: 0 초과 1.25 중량% 이하, P: 0 초과 0.060 중량% 이하, S: 0.15 초과 0.20 중량% 이하, Ni: 0 초과 0.60 중량% 이하, Cr: 12.00 내지 14.00 중량%, 및 Mo: 0 초과 0.60 중량% 이하를 포함한다. 나머지 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성된다. 금속 조직은 마르텐사이트(martensite)상을 갖는다.

탄소(C)는 오스테나이트(austenite)상 형성 원소이고 고온에서 페라이트(ferrite)상을 억제하며 마르텐사이트상의 고용 경화에 효과적이다. 그러나, C의 함량이 너무 높은 경우 내식성을 감소시킨다. 그리하여 본 발명에서 C 함량을 0.10 중량% 이하로 제한한다.

규소(Si)는 탈산을 위한 원소로서 필요하다. 그러나, Si의 함량이 너무 높은 경우 내식성의 열화를 초래한다. 그리하여 본 발명에서 Si 함량을 1.00 중량% 이하로 제한한다.

망간(Mn)은 오스테나이트상의 안정성을 지배하는 원소이다. 그러나, Mn의 함량이 너무 높은 경우 마르텐사이트상의 유도가 방해된다. 그리하여 본 발명에서 Mn 함량을 1.25 중량% 이하로 제한한다.

인(P)은 황(S)과 함께 쾌삭성을 향상시키기 위해 사용된다. 그러나, P의 함량이 너무 높은 경우 내식성을 감소시킨다. 본 발명에서 P의 함량은 SUS 416과 동일하게 0.060 중량% 이하로 제한한다.

황(S)은 쾌삭성을 향상시키기 위해 사용된다. 그러나, S는 내식성 및 열간 가공성을 저하시킨다. 본 발명에서 S의 함량은 0.15 초과 0.20 중량% 이하이다.

니켈(Ni)은 내식성을 향상시키기 위해 사용된다. 본 발명에서 Ni의 함량은 SUS 416과 동일하게 0.60 중량% 이하로 제한한다.

크롬(Cr)은 산화에 대한 저항력을 증가시키기 위해 사용되고, 스테인레스강은 최소 10.5 중량%의 Cr을 함유한다. 본 발명에서 Cr의 함량은 SUS 416과 동일하게 12.00 내지 14.00 중량%이다.

몰리브덴(Mo)은 특히 S를 포함하는 환경에서 균열을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명에서 Mo의 함량은 0.60 중량% 이하이다.

상술한 성분들을 포함하는 강철재는 용제화 처리되고, 용제화 처리된 강철재는 냉간 가공된다. 냉간 가공된 강철재는 마르텐사이트상을 갖는다. 본 발명에 따른 스테인레스강은 냉간 가공에 의해 고강도가 되고, 담금질, 뜨임 등의 열처리가 생략 가능하다.

<실시예>

표 1은 시험한 실시예의 화학적 조성값과 SUS 416의 화학적 조성값을 나타낸다. 표 1에서 단위는 중량%이다.

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo
실시예	0.088	0.39	1.13	0.058	0.193	0.25	12.30	0.03
SUS416	0.100	0.48	1.10	0.040	0.330	0.23	12.35	0.03

표 1의 실시예와 SUS 416을 동일한 감면률(26%)로 지름 6mm로 냉간 인발 처리하였다. 이들의 기계적 성질은 표 2와 같다.

	내력(N/mm²)	인장강도(N/mm²)	연신률(%)	조임율(%)	경도(HBW)
실시예	723	756	22	61	242
SUS416	749	775	19	54	254

표 2를 보면, 실시예에 따른 스테인레스강은 SUS 416에 비해 내력, 인장강도, 경도가 약간 낮은 값을 가지지만 양자는 거의 동등한 기계적 성질을 갖는 것을 볼 수 있다.

표 1의 실시예와 SUS 416의 내식 성능을 살펴보기 위하여, 5% H₂SO₄ 용액, 25℃와 5% HCl 용액, 25℃에서 부식 시험을 하였고, 그 결과는 표 3과 같다. 표 3에서 단위는 g/m²?h이다.

	5% H₂SO₄, 25℃	5% HCl, 25℃
실시예	150	176
SUS416	165	195

표 3을 보면, 실시예에 따른 스테인레스강은 SUS 416에 비해 내식성이 우수한 것을 볼 수 있다.

다음으로, 표 1의 실시예와 SUS 416의 피삭성을 시험하였다. 비교를 위하여 SUS 303에 대하여도 피삭성을 시험하였다. 피삭성 시험은 피절삭 가공시 절삭 공구의 마모량을 통해 시험하였다. Φ3mm의 드릴을 이용하여 전체 천공 길이가 1m가 되도록 천공을 한 후, Φ3mm의 드릴의 날끝 마모 길이를 측정하였다. 마모 길이가 짧을수록 우수한 피삭성을 갖는다. 그 결과는 다음의 표 4와 같다.

	드릴 날끝 마모 길이(mm)
실시예	0.52
SUS416	0.50
SUS303	0.94

표 4를 보면, 실시예에 따른 스테인레스강의 피삭성은 SUS 416과 거의 유사하고 SUS 303에 비하여는 뛰어난 것을 볼 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims

C: 0 초과 0.10 중량% 이하, Si: 0 초과 1.00 중량% 이하, Mn: 0 초과 1.25 중량% 이하, P: 0 초과 0.060 중량% 이하, S: 0.15 초과 0.20 중량% 이하, Ni: 0 초과 0.60 중량% 이하, Cr: 12.00 내지 14.00 중량%, 및 Mo: 0 초과 0.60 중량% 이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되며, 마르텐사이트상인 금속 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강.