KR20120076392A

KR20120076392A - 내알칼리성이 뛰어난 2상 스테인리스강

Info

Publication number: KR20120076392A
Application number: KR1020127014473A
Authority: KR
Inventors: 히데야 가미나카; 준이치 히구치; 요시아키 야마데; 슈우지 요시다; 준코 이마무라
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-07-09
Also published as: JP5018863B2; WO2011059030A1; US20120244031A1; CA2779891A1; US8603263B2; KR101464840B1; EP2500444A4; EP2500444A1; JP2011105973A; CN102712971B; CN102712971A; CA2779891C

Abstract

본 발명은, 내알칼리성, 특히 고온 농후 알칼리 용액에 대한 내식성, 및 용접성이 뛰어난 2상 스테인리스강으로서, 질량%로, C：0.03% 이하, Si：0.5% 이하, Mn：2.0% 이하, P：0.04% 이하, S：0.003% 이하, Cr：25.0% 이상 28.0% 미만, Ni：6.0% 이상 10.0% 이하, Mo：0.2% 이상 3.5% 이하, N：0.5% 미만, 및 W：3.0% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 2상 스테인리스강을 제공한다.

Description

내알칼리성이 뛰어난 2상 스테인리스강{DUPLEX STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT ALKALI RESISTANCE}

본 발명은, 내알칼리성, 특히 고온 농후 알칼리 용액에 대한 내식성이 뛰어난 2상 스테인리스강에 관한 것이다.

여러 가지의 화학 플랜트의 구성 재료에는, 충분한 강도와 함께 뛰어난 내식성이 요구된다. 요구되는 내식성에 있어서의 구체적인 요구 특성은 그 플랜트에 의해 다양하고, 내산성이 요구되는 경우도 있다면, 내알칼리성이 요구되는 경우도 있다.

내알칼리성의 일례로서, 소다 전해 플랜트에 사용되는 재료는, 고온 농후 알칼리 환경에 견디는 것이 요구된다.

그러한 재료로서, 순Ti, Ti 합금, 순Ni 등이 예시되지만, 이들은 모두 고가의 금속이며, 대규모 플랜트에 적용하는 것은 현실적이지 않다. 이 때문에, 상대적으로 염가의 스테인리스가 사용되는 일이 많다. 그러나, 그 내식성은 상기의 금속에 비하면 충분하지 않다. 그래서, 이러한 플랜트에 있어서는, 빈번하게 부재의 교환을 행하면서 조업하는 수단이 채용되고 있다. 그런데, 이 교환 작업은 생산성의 저하나 제품 코스트의 상승을 가져오기 때문에, 내식성이 뛰어난 스테인리스가 요구되고 있었다.

고온 농후 알칼리 환경에 적용할 수 있는 스테인리스강은, 고Cr 함유량의 페라이트계 스테인리스이며(예를 들면 비특허 문헌 1 및 2 참조.), 그러한 스테인리스강으로서 SUS447J1(30Cr-3Mo)이 예시된다. 그러나 30질량% 정도의 고함유량으로 Cr을 포함하는 스테인리스강은 제조가 어렵기 때문에, 입수성이 나쁘다. 또, 입수할 수 있었다고 해도 플랜트 설비를 제조하는 경우에 있어서의 가공성이 떨어진다. 이 때문에, 특히 용접부에 있어서의 내식성의 열화가 현저하다. 이러한 문제점을 갖고 있기 때문에, 보급되어 있지 않은 것이 현상이다.

고온 농후 알칼리 환경에서도 비교적 마일드한 조건에서는, 내식성에 대한 요구가 완만하기 때문에 가공성이 뛰어난 재료를 이용할 수 있다. 그래서, 이 조건에서는 2상 스테인리스의 일부가 사용되는 일이 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는 SUS329J4L이 적합하다는 기술이 있다. 그러나, 이 재료는 고온 농후 알칼리 환경에 있어서 충분한 내식성을 갖는다고는 할 수 없다.

특허 제3620256호 공보

일본 금속 학회지 제43권 제6호　527－531페이지 일본 금속 학회지 제44권 제5호　582－585페이지

본 발명은, 내알칼리성, 특히 고온 농후 알칼리 용액에 대한 내식성이 뛰어난 2상 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제의 해결하기 위해서 제공되는 본 발명의 한 형태는, 질량%로, C：0.03% 이하, Si：0.5% 이하, Mn：2.0% 이하, P：0.04% 이하, S：0.003% 이하, Cr：25.0% 이상 28.0% 미만, Ni：6.0% 이상 10.0% 이하, Mo：0.2% 이상 3.5% 이하, N：0.5% 미만, 및 W：3.0% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 내알칼리성 용도로 이용되는 2상 스테인리스강이다.

상기의 2상 스테인리스강은 또한 다음의 특징의 적어도 1개를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

?2상 스테인리스강 중의 페라이트량이, 40질량% 이상이다.

?2상 스테인리스강에 있어서의 표면과 표면으로부터 0.5㎜의 깊이의 사이의 영역(표면부)에 존재하는 페라이트상의 수가, 15 이상이다.

?2상 스테인리스강이 압연된 것이며, 그 압연 길이 방향 단면(스테인리스강의 두께 방향과 압연 길이 방향을 포함하는 단면)의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경이 350㎛ 이하이다.

본 발명에 의해, 소다 전해 등으로 대표되는 고온 농후 알칼리 환경에 있어서, 뛰어난 내구성을 갖는 2상 스테인리스강이 제공된다. 또한, 본 발명에 관련된 스테인리스강은 용접 등의 시공의 면에서 큰 문제(용접부의 과도한 경화 등)를 일으키기 어렵다. 이 때문에, 본 발명에 관련된 스테인리스강으로 이루어지는 강재(이음매무관, 용접관 등의 관재；박, 박판, 후판 등의 판재；괴재(塊材)；및 봉재；및 이들의 강재가 2차 가공(절삭, 굽힘, 천공, 용접 등)된 것이 예시된다.)는, 고온 농후 알칼리 환경을 갖는 화학 플랜트 등에 적합하게 적용할 수 있다. 이러한 용도에 있어서의 구체적인 부품을 예시하면, 배관, 용기, 밸브, 및 메쉬, 및 이들의 지지 구조물을 들 수 있다.

도 1은 실시예 1의 시험 강판에 있어서의, 페라이트량에 대한 부식 감량의 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 시험 강판에 있어서의, 페라이트상수에 대한 부식 감량의 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 시험 강판에 있어서의, 압연 길이 방향 단면의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경에 대한 부식 감량의 의존성을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 내알칼리성이 뛰어난 2상 스테인리스강에 대해 이하에 설명한다.

1. 화학 조성

본 발명에 관련된 2상 스테인리스강은, C：0.03% 이하, Si：0.5% 이하, Mn：2.0% 이하, P：0.04% 이하, S：0.003% 이하, Cr：25.0% 이상 28.0% 미만, Ni：6.0% 이상 10.0% 이하, Mo：0.2% 이상 3.5% 이하, N：0.5% 미만, 및 W：3.0% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는다.

이하에 각 원소에 대해 자세하게 설명한다. 또한, 강성분의 함유량에 대한 「%」는 질량%를 의미한다.

C：0.03% 이하

C는 오스테나이트 생성 원소이며, 강도를 향상시키는데 유효한 원소이다. 그러나, C를 과도하게 함유하는 경우에는, 가공성 및 내식성에 영향을 미치는 각종 탄화물이 석출되어 버린다. 그래서, 이 탄화물의 생성을 억제하기 위해서, C의 함유량을 0.03% 이하로 한다. 바람직한 C 함유량은 0.020% 이하이다.

Si：0.5% 이하

Si는, 양산강에 있어서는 Al과 같이 유효한 탈산 원소이지만, 과도하게 함유하는 경우에는 내식성이 저하하거나, 성형성이 저하하거나 하는 경향을 나타낸다. 따라서, 강 중의 Si 함유량은 0.5% 이하로 한다. Si 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 0.01% 미만에서는 탈산이 불충분해지는 것이 염려된다. 바람직한 Si 함유량의 범위는 0.05% 이상 0.3% 이하이다.

Mn：2.0% 이하

Mn은 유효한 오스테나이트상 안정화 원소이며, Mn 함유량이 2.0% 이하이면, 함유시키면 시킬수록 오스테나이트층은 보다 안정화된다. 그러나, Mn 함유량이 2.0%를 초과해도, Mn 함유량을 증가시킨 것에 대응하는 만큼 오스테나이트층의 안정성은 증가하지 않는다. 오히려, 과도하게 함유시키면 내식성의 저하를 가져오는 것이 염려된다. 따라서, Mn은 2.0% 이하의 범위에서 함유시킨다. 오스테나이트상의 안정화 효과를 경제성 높게 얻는 관점으로부터, Mn 함유량의 범위는 0.3% 이상 1.7% 이하로 하는 것이 바람직하다.

P：0.04% 이하

강 중의 P 함유량은 0.04% 이하로 한다. 본 발명에 관련된 강에 있어서는, P는 S와 함께 가장 유해한 불순물이다. 낮으면 낮을 수록 바람직하다.

S：0.003% 이하

강 중의 S 함유량은 0.003% 이하로 한다. 본 발명에 관련된 강에 있어서 S는 P와 함께 가장 유해한 불순물이기 때문에, S 함유량은 낮으면 낮을수록 바람직하다. 강 중의 공존 원소의 종류 및 그들의 함유량 및 S 함유량에 따라, Mn계 황화물, Cr계 황화물, Fe계 황화물, 이들의 복합 황화물, 및 산화물과의 복합 비금속 개재물 등의 비금속 개재물로서 강 중의 S는 대부분이 석출된다. 이들 S를 포함하는 비금속 개재물은 모두, 정도의 차이는 있지만 부식의 기점으로서 작용한다. 이 때문에, 부동태 피막의 유지 및 강재의 부식 억제 기능의 유지에 있어서 S는 유해하다. 통상의 양산강에 있어서의 S 함유량은, 0.005% 초과 0.008% 이하이지만, 상기의 유해한 영향을 방지하기 위해서, 본 발명에 관련된 강에서는 S 함유량을 0.003% 이하로 저감한다. 바람직한 S 함유량은 0.002% 이하이며, 가장 바람직한 S 함유량은 0.001% 미만이며, 낮으면 낮을 수록 좋다. 또한, 공업적 양산 레벨로 0.001% 미만으로 하는 것은, 현상의 정련 기술로서 하면 제조 코스트의 상승도 적고, 용이하게 달성할 수 있다.

Cr：25.0% 이상 28.0% 미만

Cr은, 부동태 피막에 있어서의 주된 구성 원소의 하나이기 때문에, 내식성을 확보하는데 있어서 중요한 원소이다. Cr 함유량이 과도하게 적은 경우에는 내식성이 저하한다. 따라서, 그 함유량은 25.0% 이상으로 한다. 한편, Cr은 페라이트 생성 원소이기 때문에, Cr 함유량이 28.0% 이상이 되면, 다른 합금 성분을 어떻게 조정해도, 오스테나이트상이 불안정해지고, 이 때문에 2상 조직을 안정적으로 얻는 것이 곤란해진다. 또, 용접열에 의한 영향을 받기 쉬워지고 용접부의 경도가 과도하게 높아지는, 열간 가공에 있어서 페라이트 입자의 불균일 변형에 의한 지링이 발생하는 등의 문제를 일으키는 것이 염려된다. 따라서, Cr 함유량은 25.0% 이상 28.0% 미만으로 한다. 바람직한 Cr 함유량은 26.0% 이상 28.0% 미만이다.

Ni：6.0% 이상 10.0% 이하

Ni는 오스테나이트 생성 원소이다. 내알칼리성이 뛰어나고, 또한 가공성이 뛰어난 2상 조직을 안정적으로 얻기 위해서 Ni 함유량을 6.0% 이상으로 한다. 단, 과도하게 Ni를 함유시키면 제조가 곤란해지고, 또한 고온 농후 알칼리에 대한 내성이 오히려 저하한다. 따라서, Ni 함유량의 상한은 10.0%로 한다. 바람직한 Ni 함유량의 범위는 6.0% 이상 9. 5% 이하이다.

N：0.5% 미만

N은 오스테나이트 형성 원소로서, 오스테나이트상 밸런스 조정에 유효하다. 또, N은 내식성을 향상시키는 것에도 기여한다. 그러나, 과도하게 N을 함유시키면, 용접시에 기포가 발생하거나 질화물이 발생하거나 함으로써, 가공성이 열화하는 것이 염려된다. 따라서, N 함유량은 0.5% 미만으로 한다. 하한은 특별히 한정되지 않는다. N을 함유시킨 것에 의해 얻어지는 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점으로부터, N 함유량을 0.30% 초과로 하는 것이 바람직하다.

Mo：0.2% 이상 3. 5% 이하

Mo는 페라이트 생성 원소이며, 2상 스테인리스강에서는 내식성, 특히 내공식성을 개선하는 합금 성분이다. 따라서, Mo 함유량은 0.2% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 Mo를 함유시키면, 시그마상 등의 금속간 화합물의 석출 회피가 곤란해진다. 금속간 화합물이 석출되면 강의 취화가 표면화되고, 그 결과, 생산이 곤란해지는, 용접부에 있어서 내식성이 현저하게 저하하는 등의 문제를 일으키는 것이 염려된다. 따라서, Mo 함유량의 상한을 3.5% 이하로 한다. 바람직한 Mo 함유량의 범위는 0.5% 이상 3.0% 이하이다.

W：3.0% 이하

W는, Mo와 같이 내식성을 개선하는 효과가 있다. W를 함유시킴으로써 얻어지는 효과를 안정적으로 얻는 관점으로부터, 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 과도하게 Mo를 함유시키면, 가공성이 열화하는, 용접열에 의한 영향을 받기 쉬워지고 용접부의 경도가 과도하게 높아지는 등의 문제를 일으키는 것이 염려된다. 따라서, Mo 함유량의 상한을 3.0%로 한다. 내식성과 가공성을 고도로 양립시키는 관점으로부터, W 함유량과 Mo 함유량의 합계 함유량을 1.0% 이상 5.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기의 원소 이외는, Fe 및 불순물이다. 여기서, 불순물이란, 강의 생산에 있어서 불가피적으로 혼입하는 원소를 의미한다. 그러한 불순물을 예시하면 Al, O 등을 들 수 있다. 이들의 함유량의 범위를 일례로서 나타내면, Al(산가용성 Al)：0.025% 이하, O(강 중 전산소 농도)：0.010% 이하이다.

2. 금속 조직

본 발명에 관련된 스테인리스강은 2상 스테인리스강이기 때문에, 페라이트상과 오스테나이트상으로 이루어진다. 알칼리 환경화에 있어서는, 오스테나이트상이 페라이트상에 우선하여 부식하기 때문에, 내알칼리성, 특히 고온 농후 알칼리 용액에 대한 내식성을 높이는 관점으로부터는, 오스테나이트상의 함유량(단위：질량%)이 적고 페라이트상의 함유량(단위：질량%, 본 발명에 있어서 「페라이트량」이라고도 한다.)이 많은 것이 바람직하다. 페라이트량이 과도하게 적은 경우에는, 오스테나이트상이 부식함으로써, 잔류하는 페라이트상이 탈락하여 대규모 부식이 발생해 버린다. 따라서, 페라이트량은 40질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한 바람직한 페라이트량은 43질량% 이상이다. 또한, 페라이트량은 공지의 측정 장치를 이용하여 측정하면 된다.

뛰어난 내식성을 얻는 관점으로부터, 2상 스테인리스강에 있어서의 표면과 표면으로부터 0.5㎜의 깊이의 사이의 영역(본 발명에 있어서 「표면부」라고도 한다.)에 존재하는 페라이트상의 수(본 발명에 있어서 「페라이트상수」라고도 한다.)가, 15 이상인 것이 바람직하다. 이 페라이트상수의 측정 방법을, 스테인리스 강판의 경우를 예로서 설명한다.

스테인리스 강판의 두께 방향과 압연 길이 방향을 포함하는 절단면을 얻을 수 있도록 스테인리스 강판을 절단한다. 또한, 본 발명에 있어서, 압연 공정을 포함하는 가공이 실시됨으로써 얻어지는 스테인리스강에 있어서의 두께 방향과 압연 길이 방향을 포함하는 단면을 「압연 길이 방향 단면」이라고도 한다. 얻어진 압연 길이 방향 단면을 갖는 스테인리스 강판을 더 절단하여, 표면부에 있어서의 압연 길이 방향 단면을 포함하는 관찰 시료를 얻는다. 얻어진 관찰 시료를 수지에 묻는 등의 사전 처리를 행하고, 또한 공지의 방법으로 표면부에 있어서의 압연 길이 방향 단면을 연마 및 에칭하여, 이 면을 관찰 가능하게 한다(이하, 이 관찰 가능하게 된 표면부에 있어서의 압연 길이 방향 단면을 「관찰면」이라고 한다.). 이 관찰면에 있어서의, 강판의 표면의 임의의 1점을 측정 개시점으로서 선택한다. 그 측정 개시점으로부터, 강판의 두께 방향으로 0.5㎜ 중심측으로 이동한 점을 측정 종료점으로 한다. 측정 개시점과 측정 종료점을 잇는 선을 계측선으로서 설정하고, 이 계측선이 횡단하는 페라이트상의 수를 페라이트상수로서 측정한다. 이 페라이트상수가 15 이상인지의 여부를, 강판이 뛰어난 내식성을 갖는지의 여부의 판단 기준으로 한다.

구체적으로는, 전자 현미경을 이용하여, 이 관찰면을 예를 들면 관찰 배율 400배로 두께 방향으로 연속적으로 관찰하고, 얻어진 복수의 관찰 화상을 연결하여 표면부의 단면을 포함하는 화상을 준비한다. 이 화상에 대해서 임의의 측정 개시점을 설정하여, 상기의 방법에 의해 페라이트상수를 구하면 된다. 또한, 1관찰면에 있어서 측정 개시점을 복수 설정하고, 그 관찰면으로부터 복수의 페라이트상수를 구하고, 그 평균을 구해도 된다. 측정 결과의 신뢰성을 더 높이는 관점으로부터, 1관찰면당 5개 이상의 다른 계측선을 설정하고, 이들 계측선에 대해서 5개 이상의 페라이트상수를 구하고, 최소치 및 최대치를 삭제한 3개 이상의 페라이트상수에 대해서 산술 평균치를 구해도 된다.

또, 오스테나이트상이 작은 쪽이, 오스테나이트상이 부식했을 때의 페라이트상에 주는 영향이 적다. 따라서, 오스테나이트상의 형상은, 스테인리스 강판의 압연 길이 방향 단면에 있어서 관찰되는 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경으로서 350㎛ 이하인 것이 바람직하다. 스테인리스강의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경의 계측 방법은 특별히 한정되지 않는다. 스테인리스 강판에 대한 계측 방법의 일례를 들면, 다음과 같다. 상기의 방법으로 얻은 압연 길이 방향 단면에 대한 관찰면의 일부를, 전자 현미경을 이용하여, 예를 들면 배율 200배로 관찰하고, 1관찰 시야에 있어서 적어도 5개 이상의 오스테나이트 입자에 대해서 장축 입경을 측정한다. 측정된 5개 이상의 장축 데이터 중, 최소치와 최대치를 제외한 데이터(3개 이상)에 대해서 산술 평균치를 구하고, 이것을 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경으로 한다. 평균 장축 입경의 데이터의 신뢰성을 더 높이는 관점으로부터, 하나의 강판에 대해서 복수의 압연 길이 방향 단면을 준비하고, 이들 압연 길이 방향 단면으로부터 얻은 관찰면을 관찰함으로써 평균 장축 입경의 계측 결과를 복수 얻고, 또한 이것들을 산술 평균하여, 그 강판의 평균 장축 입경으로 해도 된다.

3. 제조 방법

본 발명에 관련된 스테인리스강은, 상기의 조성 상의 특징을 갖고 있으면, 스테인리스강의 제조 방법으로서 일반적으로 행해지는 제조 방법을 실시함으로써, 뛰어난 내알칼리성, 특히 고온 농후 알칼리 용액에 대한 내식성이 뛰어남과 더불어 용접성에도 뛰어난(용접시의 가열에 의해도 과도하게 경화하지 않는다) 2상 스테인리스강으로서 얻을 수 있다. 단, 다음에 기재되는 제조 방법을 채용하면, 상기의 금속 조직 상의 바람직한 특징을 갖는 스테인리스 강판을 안정적으로 얻는 것이 실현된다.

(1)용제

특별히 한정되지 않는다. 공지 기술에 기초하여, 예를 들면 진공 유도 용해로 등을 이용하여, 재료를 용해하고, 원하는 강 조성을 갖는 스테인리스강을 용제하면 된다.

(2)단조

용제된 스테인리스강의 용강으로 이루어지는 강 소재에 대해 단조를 행한다. 이 강 소재는 용제 과정으로부터 직접 얻어 단조에 제공해도 되고, 용제된 스테인리스강을 일단 소정의 형상으로 냉각하고, 그 후 가열하여 단조에 제공해도 되다. 단조 온도는 1200℃ 초과로 하는 것이, 생성되는 스테인리스 강판 중의 페라이트상의 체적율을 높이는 관점으로부터 바람직하다.

단조의 가공도는 특별히 한정되지 않는다. 가공도가 크고, 또한 가공이 등방적으로 행해지는 경우에는, 오스테나이트상의 형상이 작고, 또한 등입자 형상이 되기 때문에, 압연 길이 방향 단면의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경이 350㎛ 이하가 되기 쉽고, 바람직하다.

(3)열간 압연

열간 압연의 가열 온도를 높이는, 구체적으로는 1200℃ 초과로 하는 것이, 페라이트상의 체적율을 높이는 관점으로부터 바람직하다.

압연의 방향에 관해서, 최초의 히트(1히트째)에 있어서, 마무리시(압연 공정 완료시)에 스테인리스강의 폭이 되는 방향이 주된 연신 방향이 되도록 스테인리스강을 압연하고, 그 후는 스테인리스강을 90도 회전시켜 압연하는 압연 방법(이하, 이 방법을 「1히트째 크로스 압연」이라고도 한다.)을 채용하는 것이 바람직하다. 마무리시에 폭이 되는 방향으로도 압연 가공을 더하기 때문에, 마무리 후의 오스테나이트 입자의 장축 입경을 짧게 할 수 있다.

마무리 압연 전의 재가열 온도는, 페라이트상의 체적율을 높이는 관점으로부터 1100℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(4)냉간 압연, 용체화 처리

필요에 따라서, 열간 압연 후의 강판에 대해서 냉간 압연을 행해도 된다. 냉간 압연에 있어서 재결정 온도 이하로 가공을 행함으로써, 강판 중에 가공 왜곡을 줄 수 있다. 이 냉간 압연에 의해 더해진 가공 왜곡이 그 후의 용체화 처리 공정에서 재결정의 핵이 되고, 결정립을 미세화하는 것이 가능하고, 결과적으로 오스테나이트 장축 입경을 짧게 할 수 있다.

용체화 처리의 조건은 특별히 한정되지 않지만, 페라이트상의 체적율을 높이는 관점으로부터, 처리 온도를 높이는 것이 바람직하다.

실시예

［실시예 1］

강 조성이 내식성 및 용접성(경도 변화)에 주는 영향에 대해서 조사한 결과를 이하에 나타낸다.

진공 유도 용해로에 의해 표 1에 나타내는 조성(단위：질량%, 잔부：Fe 및 불가피적 불순물)의 스테인리스강을 150㎏ 용제하고, 1250℃로 가열 후, 열간 단조에 의해 80㎜ 두께의 잉곳으로 가공했다. 계속해서, 3히트의 열간 압연(1히트째 크로스 압연 없음)을 실시하여 두께 10㎜의 강판으로 했다. 또한, 열간 압연 가공 중에 강재 온도가 950℃ 이하가 된 경우에는 1150℃까지 재가열했다. 그 후, 용체화 처리 열처리(1120℃에서 25분간 가열 후, 수랭)를 실시하고, 소정 치수의 시험편을 잘라 내고 부식 시험?용접성 시험 등을 실시했다.

또한, 표 1 중에 있어서의 「*」가 첨부된 값은, 본 발명에 관련된 화학 조성으로부터 벗어나 있는 것을 의미한다.

표 1에 기재되는 조성의 강재 외에, SUS316L의 15㎜ 후재(厚材) 및 SUS329J4L의 10㎜ 후재를 종래 재료로서 시중으로부터 입수하고, 이들에 대해서도 비교의 목적으로 시험을 행했다.

시험 1(부식 시험)

용체화 처리 후의 강판으로부터, 폭 10㎜×길이 40㎜×두께 3㎜의 시험편을 잘라내고, 번수 600번의 연마지를 이용하여, 그 표면 전면의 습식 연마를 행했다. 170℃로 유지된 시험용 부식액(조성：48% NaOH)이 들어가 있는 오토클레이브에 연마 후의 시험편을 투입하고, 76시간 방치함으로써 부식 시험을 행했다.

76시간 경과 후의 시험편의 중량을 측정하고, 시험 전의 중량과의 대비에 기초하여 얻어진 단위 면적?시간당의 감량을 부식 감량(단위：g/㎡?hr)으로 했다. 시판의 SUS447J1에 있어서의 감량보다 우수한 경우에 양호하다고 판단했다.

시험 2(용접성 시험)

용체화 열처리 후의 강판으로부터, 폭 25㎜×길이 40㎜×두께 12㎜의 시험편을 잘라냈다. 이 시험편의 비커스 경도를 측정한 후, 용접 열영향부 상당의 열처리(800℃에서 30분 가열 후, 수랭)를 행했다. 열처리 후의 시험편에 대해서도 비커스 경도를 측정하고, 용접 열영향부에 의한 경도 변화량(ΔHｖ)을 구했다.

상기의 평가 결과를, 시판의 강으로부터 얻은 시험편에 대한 평가 결과와 함께 표 2에 나타낸다.

표 2에 있어서, 내식성에 대해서는, 부식 감량이 2.0g/㎡?hr 이하인 경우에 합격으로 했다. 또, 경도 상승에 대해서는, ΔHｖ(경도 변화량)가 100 이하인 경우에 합격으로 했다.

또한, 시험 No. 17에 있어서의 「가공성 불량」이란, 3히트째의 압연으로 엣지 균열이 발생하고, 5히트의 압연이 필요했었기 때문에 본 발명 외로 했다.

이하 실시예에 대해 설명한다.

본 발명 범위의 강 조성을 갖는 시험편은, 부식 감량이 2.0g/㎡?hr 이하인 양호한 농후 알칼리 내식성을 갖고 있었다. 또, 용접성 시험 결과에 대해서도, 경도 변화량(ΔHｖ)은 100 이하였다. 또한, 경도 상승의 주된 원인은 용접 열영향에 따른 σ상 생성에 의한 것이며, 취화 등의 원인이 된다. 본 발명 범위에서는 경도 상승이 작고 용접성이 양호라고 할 수 있다.

실시예 1의 결과에 대해 더 설명한다.

(1)Mo 함유량

No. 18은 본 발명 범위를 초과하는 함유량을 갖기 때문에, 용접 열영향부 상당의 열처리에 의해 다량의 σ상을 생성한다. 이 때문에, 가열된 부분은 딱딱해지고 취화가 발생한다. No. 1은 Mo 함유량이 상한 근방이기 때문에, 용접성 시험 후의 경도 상승이 91과 100에 가까운 상승을 나타낸다. 페라이트상을 안정 생성시키기 위해서, No. 2와 같이 0.2질량% 이상의 함유가 필요하다.

(2)W의 함유량

No. 19는 W 함유량의 상한을 초과한 재료이다. 이 재료는 W를 많이 포함하기 때문에 내농후 알칼리 내식성이 뛰어나지만, 용접성 시험 후의 경도 상승이 100을 초과하여, 용접성에 문제가 있는 것을 알 수 있다. 용접성의 관점으로부터 W 함유량은 3.0질량% 이하인 것이 바람직하다.

(3)Mn 함유량

Mn은, 그 함유량이 2.0 질량%를 초과하면 내식성의 열화를 초래한다. No. 22는 부식 감량이 2.0g/㎡?hr을 초과한다. 한편 No. 12와 같이 상한을 초과하지 않는 경우에는, 부식 감량이 2.0g/㎡?hr 이하가 된다.

(4)Ni 함유량

Ni는 오스테나이트상 생성에 필요한 원소이다. 그러나 2상 스테인리스의 경우에는, Ni를 다량으로 함유하면, 내고온 농후 알칼리 내성이 열화한다. 이 때문에 Ni 함유량의 상한은 10.0질량%가 된다. 10.0질량%를 초과한 No. 15는 부식 감량이 크다.

(5)Cr 함유량

Cr은 페라이트 생성 원소임과 더불어, 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 함유량이 25.0질량% 미만에서는 고온 농후 알칼리와 같이 격렬한 부식 환경에서 견딜 수 있는 내식성을 부여할 수 없다. 바람직하게는 26.0질량% 이상이다. 한편, Cr에는 σ상 석출을 촉진하는 효과도 갖기 때문에, Cr 함유량이 28.0질량% 이상이 되면 용접 등의 열영향부에는 σ상이 석출되어 내식성을 열화시킨다. Cr량이 상한을 초과하는 No. 17은 뛰어난 내식성을 나타내지만, 용접성 시험에 있어서의 경도 상승이 큰 문제가 있다. Cr 함유량의 하한 미만인 No. 16은 고온 농후 알칼리 환경에 있어서의 부식 감량이 2.0 g/㎡?hr을 초과하고 있다.

(6)N 함유량

N은 오스테나이트 생성 촉진 원소이며, 내식성 향상에 기여하는 원소이다. 그러나 다량으로 포함하는 재료는 용접시에 기포가 발생하고, 또 질화물이 생성되기 때문에 용접부의 경도가 상승한다. 따라서, N 함유량은 0.5% 미만으로 한다. 0.5% 미만을 초과하는 No. 20은 용접성이 불량이다.

(7)보다 바람직한 범위

강 조성이 Cr：26.0% 이상이고 27.95% 이하, Mo：0.5~3.0%, Mo＋W：1.0% 이상 5.0% 이하, Mn：1.7% 이하 및 Ni：6.0% 이상 9.5% 이하라고 하는 특징을 갖는 재료(No. 3, No. 4, No. 5, No. 7, No. 8, No. 9, No. 10 및 No. 11)은 부식 감량이 1.0 g/㎡?hr 이하 또한 경도의 상승(ΔHｖ)이 50 이하인 양호한 특성을 나타낸다.

［실시예 2］

스테인리스 강판에 있어서의 페라이트량, 페라이트상수 및 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경의 영향을 명확하게 하기 위해서 이하의 실시예를 실시했다.

진공 유도 용해로에 의해 표 1에 나타내는 No. 5의 조성을 갖는 스테인리스강을 150㎏ 용제하고, 모잉곳재로 했다. 이 잉곳을 기초로 이후의 가공 공정을 여러 가지 변화시킴으로써, 여러 가지의 조직의 재료를 시작했다.

표 3에 각각의 강판의 제조 방법을 기재한다. 또한, 실시예 1에 있어서의 공시 강판은 표 3의 A의 방법에 의해 제조되었다.

얻어진 강판(시험 번호 No. 5 및 23~32)에 대해서, 다음의 평가를 행했다.

(1)페라이트량

피셔?인스트루먼트(주)제　FERITSCOPE　MP30E-S를 이용하여, 각 시험용의 강판의 페라이트량을 측정했다.

(2)페라이트상수

스테인리스 강판을 그 압연 길이 방향 단면이 얻어지도록 절단했다. 얻어진 압연 길이 방향 단면을 갖는 스테인리스 강판을 또 절단하여, 표면부에 있어서의 압연 길이 방향 단면을 포함하는 관찰 시료를 얻었다. 이 관찰 시료를 수지에 묻는 사전 처리를 행하고, 또한 연마 및 에칭함으로써, 표면부에 있어서의 압연 길이 방향 단면을 포함하는 관찰면을 준비했다. 전자 현미경을 이용하여, 이 관찰면을 관찰 배율 400배로 두께 방향으로 연속적으로 관찰하고, 얻어진 복수의 관찰 화상을 연결하여 표면부를 포함하는 화상을 준비했다. 이 화상에 있어서의, 강판의 표면의 임의의 점을 측정 개시점으로서 선택하고, 이 측정 개시점으로부터, 강판의 두께 방향으로 0.5㎜ 중심측으로 이동한 점을 측정 종료점으로 했다. 측정 개시점과 측정 종료점을 잇는 선을 계측선으로서 설정하고, 이 계측선에 의해 횡단되는 페라이트상의 수를 페라이트상수로서 측정했다. 1시험 강판마다 10개의 상이한 계측선을 설정하여 이 페라이트상수의 측정을 행하고, 얻어진 10의 페라이트상수 중, 최대치와 최소치를 제외한 8개에 대한 산술 평균치를, 그 강판의 페라이트상수로 했다.

(3)평균 장축 입경

상기의 방법으로 얻은 압연 길이 방향 단면에 대한 관찰면의 일부를, 전자 현미경을 이용하여, 관찰 배율 200배로 관찰하고, 1관찰 시야에 있어서 적어도 5개 이상의 오스테나이트 입자의 장축 입경을 측정했다. 측정된 5개 이상의 장축 데이터 중, 최소치와 최대치를 제외한 데이터(3개 이상)에 대해 산술 평균치를 구했다. 하나의 시험 강판에 대해 압연 길이 방향 단면을 9개소 준비하고, 이들 압연 길이 방향 단면에 대한 관찰면을 관찰함으로써, 상기의 장축 입경의 산술 평균치를 얻었다. 얻어진 복수의 산술 평균치를 더 산술 평균하여 그 강판의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경으로 했다.

(4)부식 감량

실시예 1에 기재되는 방법으로 각 시험 강판에 대해서 부식 감량의 측정을 행했다.

상기 평가의 결과를 표 4에 나타낸다. 또, 페라이트량, 페라이트상수, 및 압연 길이 방향 단면의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경에 대한 부식 감량의 의존성을, 각각 도 1, 2 및 3에 나타낸다.

페라이트량이 40질량% 이상, 페라이트상수가 15 이상, 오스테나이트 평균 장축 입경이 350㎛ 이하이면, 부식 감량이 대체로 1.1 이하가 되고 뛰어난 특성이 된다.

Claims

질량%로, C：0.03% 이하, Si：0.5% 이하, Mn：2.0% 이하, P：0.04% 이하, S：0.003% 이하, Cr：25.0% 이상 28.0% 미만, Ni：6.0% 이상 10.0% 이하, Mo：0.2% 이상 3.5% 이하, N：0.5% 미만, 및 W：3.0% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 내알칼리성 용도로 이용되는 2상 스테인리스강.
청구항 1에 있어서,
상기 2상 스테인리스강 중의 페라이트량이, 40질량% 이상인 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스강.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 2상 스테인리스강에 있어서의 표면과 표면으로부터 0.5㎜의 깊이의 사이의 영역에 존재하는 페라이트상의 수가, 15 이상인 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스강.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2상 스테인리스강이 압연된 것이며, 그 압연 길이 방향 단면의 오스테나이트 입자의 평균 장축 입경이 350㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스강.