KR20130034044A

KR20130034044A - 향상된 절삭성을 갖는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강

Info

Publication number: KR20130034044A
Application number: KR1020137003293A
Authority: KR
Inventors: 제롬 ?띠에르; 아멜리에 파니샤; 니꼴라 레노도; 크리스토쁘 부르쟁; 에릭 쇼보; 마르끄 망텔
Original assignee: 위지떼끄; 아르셀러미탈 인베스티가시온 와이 데살롤로 에스엘
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-04-04
Also published as: US20170121789A1; CA2804320C; AU2011275610A1; BR112013000264A2; US9587286B2; WO2012004464A1; CA2804320A1; BR112013000264B1; US9797025B2; JP5972870B2; DK2591134T3; CN103069031A; CN106119737A; SI2591134T1; AU2011275610B2; EP2591134A1; JP2013535567A; ES2534930T3; EP2591134B1; WO2012004473A1

Abstract

본 발명은, 중량% 로, 0.01 % ≤ C ≤ 0.10 %, 20.0 % ≤ Cr ≤ 24.0 %, 1.0 % ≤ Ni ≤ 3.0 %, 0.12 % ≤ N ≤ 0.20 %, 0.5 % ≤ Mn ≤ 2.0 %, 1.6 % ≤ Cu ≤ 3.0 %, 0.05 % ≤ Mo ≤ 1.0 %, W ≤ 0.15 %, 0.05 % ≤ Mo + W/2 ≤ 1.0 %, 0.2 % ≤ Si ≤ 1.5 %, Al ≤ 0.05 %, V ≤ 0.5 %, Nb ≤ 0.5 %, Ti ≤ 0.5 %, B ≤ 0.003 %, Co ≤ 0.5 %, REM ≤ 0.1 %, Ca ≤ 0.03 %, Mg ≤ 0.1 %, Se ≤ 0.005 %, O ≤ 0.01 %, S ≤ 0.030 %, P ≤ 0.040 % 를 포함하는 조성을 갖는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강으로서, 잔부가 철 및 제조시 발생하는 불순물이며, 미세구조가 오스테나이트 및 35 ~ 65 부피% 페라이트인 오스테나이트-페라이트 스테인리스강에 관한 것이다. 상기 조성은 다음의 관계: 40 ≤ IF ≤ 65 (여기서, IF = 10%Cr + 5.1%Mo + 1.4%Mn + 24.3%Si + 35%Nb + 71.5%Ti - 595.4%C - 245.1%N - 9.3%Ni - 3.3%Cu - 99.8), IRCGCU ≥ 32.0 여기서, IRCGCU = %Cr + 3.3%Mo + 2%Cu + 16%N + 2.6%Ni - 0.7%Mn), 0 ≤ IU ≤ 6.0 (여기서, IU = 3%Ni + %Cu + %Mn - 100%C - 25%N - 2(%Cr + %Si) - 6%Mo + 45) 을 또한 만족시킨다. 또한, 본 발명은 상기 강의 시트, 스트립, 코일, 바아, 와이어, 프로파일 섹션, 단조 부품, 및 성형 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

향상된 절삭성을 갖는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강{AUSTENITIC-FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING IMPROVED MACHINABILITY}

본 발명은 오스테나이트-페라이트 스테인리스강, 더 정확하게는 재료 제조 (화학, 석유화학, 종이, 오프쇼어 (offshore)) 또는 에너지 생성 설비 (이들로 한정되지 않음) 를 위한 구조 요소 제조용 오스테나이트-페라이트 스테인리스강에 관한 것이다.

이 강은, 성형 와이어 (용접된 그리드 등) 로부터 제조되는 부품, 프로파일 (스트레이너 등), 차축 (axles) 등을 포함하여, 이전의 산업에서 또는 식량 농업 산업과 같은 많은 용도에서 4301 타입의 스테인리스강을 대체하는데 더 일반적으로 사용될 수 있다. 몰딩된 부품 및 단조된 부품을 또한 제조할 수 있다.

이러한 목적을 위해, 1.4301 및 1.4307 타입의 스테인리스강 그레이드가 익숙한데, 이들의 미세구조는 어닐링된 상태에서 본질적으로 오스테나이트이고; 냉간가공된 상태에서, 가변 비율의 가공경화된 마텐자이트를 또한 함유할 수 있다. 그러나, 이들 강에는 다량의 니켈이 첨가되고, 그 비용은 일반적으로 비싸다. 더욱이, 이들 그레이드는, 이들이 어닐링된 상태에서 약한 인장 특성, 특히 항복 강도에 있어서 약한 인장 특성 및 응력 부식에 대한 그리 높지 않은 내성을 가지므로, 특정 용도에 대한 기술적 관점에서 문제가 있을 수 있다. 마지막으로, 이들 오스테나이트 그레이드는 높은 열전도계수를 가지며, 이는 이들이 콘크리트 구조용 강화물로서 사용되는 때 양호한 단열을 막는다는 것을 의미한다.

더 최근에는, 저합금 오스테나이트-페라이트 그레이드가 소개되고 1.4162 로 명명되었는데, 이는 낮은 함량의 니켈 (3 % 미만) 을 함유하고 몰리브덴을 함유하지 않지만, 희망하는 오스테나이트 함량을 보존하면서 이 그레이드의 낮은 니켈 레벨을 만회하기 위해 높은 함량의 질소를 함유한다. 그러면, 질소 함량을 가능하게는 0.200 % 초과로 첨가할 수 있기 위해서는, 높은 함량의 망간을 첨가하는 것이 필요하다. 그렇지만, 그러한 질소 레벨에서는, 연속 주조 블룸 (bloom) 에서 길이방향 오목부 (depression) 의 형성이 관찰되는데, 이러한 오목부는 압연된 바아 (bar) 에 표면 결함을 야기하며, 이는 어떤 경우에는 문제가 될 수 있다. 따라서, 그러한 그레이드의 제조는 이러한 불량한 주조성으로 인해 특히 곤란하게 된다. 더욱이, 이 그레이드는 불량한 절삭성 (machinability) 을 갖는다.

페라이트계 또는 페라이트-마텐자이트계로 불리는 스테인리스강 그레이드가 또한 알려져 있는데, 그 미세구조는, 표준 EN10088 의 그레이드 1.4017 와 같이, 규정된 범위의 열처리의 경우 페라이트 및 마텐자이트로 구성된다. 일반적으로 20 % 미만의 크롬 함량을 갖는 이 그레이드는, 높은 기계적 인장 특성을 갖지만, 만족스러운 내식성을 갖지 않는다.

본 발명의 목적은, 니켈 및 몰리브덴과 같은 값비싼 합금 원소를 과도하게 첨가함이 없이,

- 양호한 주조성,

- 양호한 기계적 특성, 그리고 특히 어닐링된 상태에서 또는 용해되어 놓인 상태에서 400 ㎫ 초과 또는 심지어 450 ㎫ 초과의 항복 강도 한계, 및 두꺼운 두께의 플레이트 및 바아에서의 양호한 충격 강도, 바람직하게는 20 ℃ 에서 100 J 초과 그리고 -46 ℃ 에서 20 J 초과의 충격 강도,

- 높은 일반 부식 내성, 및

- 양호한 절삭성

을 갖는 유용한 스테인리스강을 제조함으로써 종래 기술의 강 및 제조 방법의 단점을 해결하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 제 1 대상은, 중량% 로,

0.01 % ≤ C ≤ 0.10 %

20.0 % ≤ Cr ≤ 24.0 %

1.0 % ≤ Ni ≤ 3.0 %

0.12 % ≤ N ≤ 0.20 %

0.5 % ≤ Mn ≤ 2.0 %

1.6 % ≤ Cu ≤ 3.0 %

0.05 % ≤ Mo ≤ 1.0 %

W ≤ 0.15 %

0.05 % ≤ Mo + W/2 ≤ 1.0 %

0.2 % ≤ Si ≤ 1.5 %

Al ≤ 0.05 %

V ≤ 0.5 %

Nb ≤ 0.5 %

Ti ≤ 0.5 %

B ≤ 0.003 %

Co ≤ 0.5 %

REM ≤ 0.1 %

Ca ≤ 0.03 %

Mg ≤ 0.1 %

Se ≤ 0.005 %

O ≤ 0.01 %

S ≤ 0.030 %

P ≤ 0.040 %

를 포함하는 조성을 갖고,

잔부가 철 및 제조시 발생하는 불순물이며,

미세구조가 오스테나이트 및 35 ~ 65 부피% 페라이트, 바람직하게는 35 ~ 55 부피% 페라이트로 이루어지고,

상기 조성은 다음의 관계:

40 ≤ IF ≤ 65, 바람직하게는 45 ≤ IF ≤ 55

여기서, IF = 10%Cr + 5.1%Mo + 1.4%Mn + 24.3%Si + 35%Nb + 71.5%Ti - 595.4%C - 245.1%N - 9.3%Ni - 3.3%Cu - 99.8, 및

IRCGCU ≥ 32.0, 바람직하게는 IRCGCU ≥ 34.0

여기서, IRCGCU = %Cr + 3.3%Mo + 2%Cu + 16%N + 2.6%Ni - 0.7%Mn, 및

0 ≤ IU ≤ 6.0

여기서, IU = 3%Ni + %Cu + %Mn - 100%C - 25%N - 2(%Cr + %Si) - 6%Mo + 45

를 또한 만족시키는, 오스테나이트-페라이트 스테인리스강이다.

바람직한 실시형태의 단독 또는 조합에서, 본 발명에 따른 강은

― 0.12 ~ 0.18 중량% 의 질소 함량,

― 2.0 ~ 2.8 중량% 의 구리 함량,

― 0.5 중량% 미만의 몰리브덴 함량,

― 0.05 중량% 미만의 탄소 함량

을 갖는다.

본 발명의 제 2 대상은,

― 본 발명에 따른 조성을 갖는 강의 잉곳 또는 슬래브를 제공하는 단계,

― 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에서 상기 잉곳 또는 상기 슬래브를 열간 압연하여, 플레이트, 밴드 (band) 또는 코일을 획득하는 단계

에 의한, 본 발명에 따른 강의 플레이트, 밴드, 또는 열간 압연 코일의 제조 방법에 의해 구성된다.

하나의 특별한 실시형태에서, 본 발명에 따른 강의 열간 압연 플레이트의 제조 방법은,

― 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에서 상기 잉곳 또는 상기 슬래브를 열간 압연하여, 이른바 4절 플레이트 (quarto plate) 를 획득하는 단계, 그리고 나서,

― 900 ~ 1,100 ℃ 의 온도에서 열처리를 행하는 단계, 및

― 상기 플레이트를 공기 중에서 퀀칭 (quenching) 함으로써 냉각하는 단계로 구성된다.

다른 특별한 실시형태에서, 본 발명에 따른 강의 열간 압연 바아 또는 와이어의 제조 방법은,

― 본 발명에 따른 조성을 갖는 강의 연속 주조 잉곳 또는 슬래브를 제공하는 단계,

― 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도로부터 상기 잉곳 또는 상기 슬래브를 열간 압연하여, 공기 중에서 냉각되는 바아 또는 수중에서 냉각되는 와이어 코일을 획득하는 단계, 그 후에, 선택적으로,

― 900 ~ 1,100 ℃ 의 온도에서 열처리를 행하는 단계, 및

― 상기 바아 또는 상기 코일을 퀀칭에 의해 냉각하는 단계로 구성된다.

특별한 실시형태에서, 본 발명에 따른 방법은 이하의 특징들을 단독으로 또는 조합으로 더 포함한다:

― 냉각의 종료시에, 상기 바아의 냉간 인발 또는 상기 와이어의 와이어 인발을 행하는 단계,

― 본 발명에 따라 획득된 열간 압연 바아의 냉간 프로파일링 (cold profiling) 을 행하는 단계,

― 본 발명에 따라 획득된 열간 압연 바아를 절단하여 빌렛 (billets) 으로 만든 후, 1,100 ℃ ~ 1,280 ℃ 에서 상기 빌렛을 단조하는 단계.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 단지 일례로서 주어지는 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 드러날 것이다.

본 발명에 따른 이상계 (duplex) 스테인리스강은 이하에서 규정되는 성분들을 함유한다.

그레이드의 탄소 함량은 0.01 중량% ~ 0.10 중량% 이고, 바람직하게는 0.05 중량% 미만이다. 실제로, 이 원소의 함량이 너무 높으면, 용접부의 열 영향부 (heat-affected zone) 에서 크롬 탄화물의 석출 위험이 증가함으로써, 국부 부식 내성이 감소한다.

그레이드의 크롬 함량은, 304 또는 304L 타입의 그레이드로 획득되는 것과 적어도 동등한 것인 양호한 내식성을 획득하기 위해 20.0 중량% ~ 24.0 중량%, 바람직하게는 21.5 중량% ~ 24 중량% 이다.

그레이드의 니켈 함량은 1.0 ~ 3.0 중량% 이고, 바람직하게는 2.8 중량% 이하이다. 이 오스테나이트-형성 원소는, 부식 공동 (corrosion cavities) 의 형성에 대한 양호한 저항성을 획득하기 위해 첨가된다. 또한, 이를 첨가하는 것은, 충격 강도와 연성 (ductility) 사이의 양호한 절충을 획득하는데 도움이 된다. 실제로, 충격 강도 전이 곡선을 낮은 온도를 향해 이동시키는 것은 흥미로운데, 이는 충격 강도 특성이 중요한 대형 바아 또는 두꺼운 4절 플레이트의 제조에 특히 유리하다. 높은 가격으로 인해, 함량을 3.0 % 로 제한한다.

본 발명에 따른 강에서 니켈 함량이 제한되므로, 900 ℃ ~ 1,100 ℃ 사이의 열처리 후에 적절한 오스테나이트 함량을 획득하기 위해, 다른 오스테나이트-형성 원소를 특히 다량 첨가하고 페라이트-형성 원소의 함량을 제한하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

따라서, 그레이드의 질소 함량은 0.12 % ~ 0.20 %, 바람직하게는 0.12 % ~ 0.18 % 이고, 이는 일반적으로, 질소가 제조 프로세스 동안 강에 첨가된다는 것을 의미한다. 이 오스테나이트-형성 원소는 응력 하에서 양호한 내식성에 적절한 오스테나이트의 비율을 함유하는 2상 페라이트/오스테나이트 강의 생성에 우선 참여하지만, 높은 기계적 특성의 획득에도 또한 참여한다. 또한, 용접부의 열 영향부에서의 페라이트의 형성을 제한하는 것을 가능하게 하고, 이로써 이 용접부에서의 취화 위험이 회피된다. 0.16 % 초과의 질소의 경우, 연속 주조 블룸에서 결함이 나타나기 시작하기 때문에, 질소의 최대 함량을 제한한다. 이 결함은 길이방향 오목부로 구성되고, 이 길이방향 오목부는 압연 바아에 표면 결함을 발생시켜, 특정 경우에 문제가 될 수 있다. 0.18 % 초과에서, 길이방향 오목부는 매우 뚜렷하고, 질소의 최대량의 초과와 관련된 블로우홀 (blowholes) 이 또한 관찰되며, 이는 이 그레이드의 구조에 용해되어 남을 수 있다.

그레이드의 망간 함량은 0.5 중량% ~ 2.0 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% ~ 1.9 중량%, 더 바람직하게는 0.5 ~ 1.8 중량% 이다. 이는 오스테나이트-형성 원소이지만, 단지 1,150 ℃ 미만에서만이다. 더 높은 온도에서는, 냉각시 오스테나이트의 형성을 지연시키고, 용접부의 열 영향부에서 페라이트의 과도한 형성을 야기하여, 열 영향부의 충격 강도를 매우 낮게 만든다. 더욱이, 망간이 그레이드에 2.0 % 초과의 양으로 존재하면, 그레이드의 제조와 정련 (refining) 중에 문제를 야기하는데, 망간이 레이들 (ladles) 에 사용된 특정 내화물을 공격하여, 이 값비싼 요소의 더욱 빈번한 교체가 요구되고 따라서 프로세스의 더욱 빈번한 중단이 요구되기 때문이다. 더욱이, 그레이드를 상기 조성까지 올리는데 보통 사용되는 페로망간의 첨가는 인과 셀레늄의 주목할만한 함량을 포함하는데, 이들은 강에 도입하기에 바람직하지 않고, 그레이드의 정련 중에 제거하기 어렵다. 또한, 망간은 탈탄의 가능성을 제한함으로써 이러한 정련을 방해한다. 망간은 프로세스의 더 하류에서 문제를 또한 야기하는데, 그 이유는 황화망간 (MnS) 및 산화된 개재물의 형성으로 인해 그레이드의 내식성을 감소시키기 때문이다. 망간을 바람직하게는 1.9 중량% 미만으로, 더 바람직하게는 1.8 중량% 미만으로, 보다 더 바람직하게는 1.6 중량% 미만으로 제한하는데, 그 이유는, 테스트 결과, 그 함량이 감소되는 때 가단성 (forgeability) 및 더 일반적으로 열간 변형능 (hot transformation ability) 이 향상되었기 때문이다. 특히, 함량이 2.0 % 초과하는 때, 그레이드를 열간 압연에 부적합하게 만드는 크랙의 형성이 관찰되었다.

오스테나이트-형성 원소인 구리는 1.6 ~ 3.0 중량%, 바람직하게는 2.0 ~ 2.8 중량%, 더 바람직하게는 2.2 ~ 2.8 중량% 의 함량으로 존재한다. 구리는 희망하는 2상 오스테나이트-페라이트 구조의 획득에 참여하여, 그레이드의 질소 레벨을 너무 많이 증가시킬 필요없이 더 양호한 일반 부식 내성의 획득을 가능하게 한다. 또한, 고용체의 구리는 환원성 산 환경 (reducing acid environment) 에서의 내식성을 향상시킨다. 1.6 % 미만에서, 희망하는 2상 구조를 갖는데 필요한 질소 레벨은 너무 커지기 시작하여, 위에서 언급한 바와 같이, 연속 주조 블룸의 표면 품질 문제를 막을 수 없다. 3.0 % 초과에서는, 200 ℃ 초과에서 오랜 (1 년 이상의) 사용 중에 국부 부식 내성을 감소시킬 수 있고 충격 강도를 감소시키는 구리 편석 및/또는 석출이 발생할 위험이 시작된다.

페라이트-형성 원소인 몰리브덴은 0.05 ~ 1.0 %, 또는 심지어 0.05 ~ 0.5 중량% 의 함량으로 그레이드에 존재하는 원소인 반면, 텅스텐은 0.15 중량% 미만의 함량으로 첨가될 수 있는 선택적인 원소이다. 그렇지만, 텅스텐을 첨가하지 않는 것이 더 바람직하고, 비용 때문에, 텅스텐의 함량을 잔류 0.05 중량% 로 제한한다.

또한, 이들 두 원소의 함량은, 합 Mo+W/2 이 1.0 중량% 미만, 바람직하게는 0.5 중량% 미만, 더 바람직하게는 0.4 중량% 미만, 특히 바람직하게는 0.3 중량% 미만이 되도록 한다. 실제로, 본 발명자는 이 두 원소뿐만 아니라 그 합을 나타낸 값 미만으로 유지함으로써 어떠한 취성의 금속간 석출이 관찰되지 않는다는 것을 발견하였고, 이는 열처리 후 또는 고온 상태에서의 가공 후 공기 중에서 플레이트 및 밴드의 냉각을 허용함으로써 강 플레이트 또는 밴드의 제조 프로세스를 특별히 제한하지 않게 한다. 또한, 이들 원소를 청구되는 제한값 내로 제어함으로써, 그레이드의 용접성이 향상된다는 것이 관찰되었다.

페라이트-형성 원소인 규소는 0.2 중량% ~ 1.5 중량%, 바람직하게는 1.0 중량% 미만의 함량으로 존재한다. 규소는 제조 프로세스 동안 강 욕 (steel bath) 의 양호한 탈산 (deoxidation) 을 보장하기 위해 첨가되지만, 그 함량은, 열간 압연 후의 불량한 질의 퀀칭의 경우에 시그마 상이 형성될 위험 때문에 제한된다.

페라이트-형성 원소인 알루미늄은, 낮은 융점을 갖는 알루미늄산칼슘 개재물을 획득하기 위해, 0.05 중량% 미만, 바람직하게는 0.005 중량% ~ 0.040 중량% 의 함량으로 그레이드에 첨가될 수 있는 선택적인 원소이다. 질화 알루미늄의 과도한 형성을 막기 위해, 알루미늄의 최대 함량을 제한한다.

페라이트-형성 원소인 바나듐은, 강의 내공식성 (pit corrosion resistance) 을 향상시키기 위해, 0.02 중량% ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% 미만의 양으로 그레이드에 존재할 수 있는 선택적인 원소이다. 또한, 크롬의 첨가 동안 기여하게 되는 잔류 원소로서 존재할 수 있다.

페라이트-형성 원소인 니오브는 0.001 중량% ~ 0.5 중량% 의 양으로 그레이드에 존재할 수 있는 선택적인 원소이다. 니오브는, NbN 타입의 미세한 질화 니오브 또는 NbCrN (Z 상) 타입의 질화 니오브 크롬의 형성 덕분에, 양호한 칩 파괴를 통해 그레이드의 절삭성 및 인장 강도를 향상시킨다. 조대한 질화 니오브의 형성을 제한하기 위해, 니오브의 함량을 제한한다.

페라이트-형성 원소인 티타늄은 0.001 중량% ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.001 중량% ~ 0.3 중량%의 양으로 그레이드에 존재할 수 있는 선택적인 원소이다. 티타늄은, 미세한 질화 티타늄의 형성 덕분에, 양호한 칩 파괴에 의해 그레이드의 절삭성 및 기계적 강도를 향상시킨다. 특히 용강 (molten steel) 에서 형성되는 질화 티타늄의 클러스터의 형성을 피하기 위해, 티타늄의 함량을 제한한다.

붕소는, 열간 변형을 향상시키기 위해, 0.0001 중량% ~ 0.003 중량% 의 양으로 본 발명에 따른 그레이드에 존재할 수 있는 선택적인 원소이다.

오스테나이트-형성 원소인 코발트는 0.02 중량% ~ 0.5 중량% 의 양으로 그레이드에 존재할 수 있는 선택적인 원소이다. 이는 원료에 의해 도입되는 잔류 원소이다. 주로, 핵 시설에서의 피이스 (pieces) 의 방사 (irradiation) 후에 야기할 수 있는 유지 문제 때문에, 코발트를 제한한다.

회토류 원소 (REM 이라고 함) 는 0.1 중량% 의 양으로 그레이드에 존재할 수 있는 선택적인 원소이다. 특히 세륨 및 란탄을 언급할 수 있다. 회토류 원소는 원하지 않는 인터메탈라이드 (intermetallides) 를 형성하기 쉽기 때문에, 회토류 원소의 함량을 제한한다.

또한, 산화물 개재물의 특성을 제어하고 절삭성을 향상시키기 위해, 칼슘이 0.0001 ~ 0.03 중량%, 바람직하게는 0.0005 중량% 초과의 양으로 본 발명에 따른 그레이드에 포함될 수 있다. 칼슘은 황과 결합하여 내식성 특성을 열화시키는 황화칼슘을 형성하기 쉬우므로, 이 원소의 함량을 제한한다.

황화물 및 산화물의 특성을 개질하기 위해, 0.1 % 의 최종 함량의 양으로 마그네슘을 첨가할 수 있다.

셀레늄은, 내식성에 악영향을 미치므로, 0.005 중량% 미만으로 유지되는 것이 바람직하다. 이 원소는 일반적으로, 페로망간 잉곳의 불순물로서 그레이드에 도입된다.

산소 함량은, 용접부의 충격 강도 및 가단성을 향상시키기 위해, 0.01 중량% 로 제한되는 것이 바람직하다.

황은 0.030 중량% 미만, 바람직하게는 0.003 중량% 미만의 함량으로 유지된다. 위에서 언급한 바와 같이, 이 원소는 망간 또는 칼슘과 황화물을 형성하므로, 그 존재는 내식성에 해롭다. 이는 불순물인 것으로 생각된다.

인은 0.040 중량% 미만의 함량으로 유지되고 불순물인 것으로 생각된다.

조성의 잔부는 철과 불순물로 이루어진다. 위에서 이미 언급한 것 외에, 특히 지르코늄, 주석, 비소, 납 또는 비스무트를 언급할 수 있다. 주석은, 용접 문제를 방지하기 위해, 0.100 중량% 미만, 바람직하게는 0.030 중량% 미만의 함량으로 존재할 수 있다. 비소는 0.030 중량% 미만, 바람직하게는 0.020 중량% 미만의 함량으로 존재할 수 있다. 납은 0.002 중량% 미만, 바람직하게는 0.0010 중량% 미만의 함량으로 존재할 수 있다. 비스무트는 0.0002 중량% 미만, 바람직하게는 0.00005 중량% 미만의 함량으로 존재할 수 있다. 지르코늄은 0.02 % 의 양으로 존재할 수 있다.

본 발명에 따른 강의 미세구조는, 어닐링된 상태에서, 오스테나이트 및 페라이트로 구성되는데, 1,050 ℃ 에서의 1 시간의 처리 후에, 35 ~ 65 부피% 의 페라이트, 더 특히 바람직하게는 45 ~ 55 부피% 의 페라이트의 비율을 갖는다.

본 발명자는 다음 식이 1,050 ℃ 에서 페라이트의 함량을 적절히 감안한다는 것을 또한 발견하였다:

IF = 10%Cr + 5.1%Mo + 1.4%Mn + 24.3%Si + 35%Nb + 71.5%Ti - 595.4%C - 245.1%N - 9.3%Ni - 3.3%Cu - 99.8

따라서, 1,050 ℃ 에서 35 ~ 65 % 의 페라이트 비율을 획득하기 위해, 지수 IF 는 40 ~ 65 이어야 한다.

어닐링된 상태에서, 미소구조는 기계적 특성에 해로울 수 있는 다른 상 (시그마 상, 다른 인터메탈라이드 상 등) 을 함유하지 않는다. 냉간가공된 상태에서, 오스테나이트의 비율은, 가해진 냉간 변형의 양 및 변형의 유효 온도에 따라, 마텐자이트로 변환될 수 있다.

또한, 본 발명자는, 크롬, 몰리브덴, 구리, 질소, 니켈 및 망간의 중량% 가 다음의 관계를 만족할 때, 해당 그레이드가 양호한 일반 부식 내성을 갖는다는 것을 발견하였다:

IRCGU ≥32.0, 바람직하게는 ≥ 34.0

여기서, IRCGU = %Cr + 3.3%Mo + 2%Cu + 16%N + 2.6%Ni - 0.7%Mn.

마지막으로, 본 발명자는, 니켈, 구리, 망간, 탄소, 질소, 크롬, 규소 및 몰리브덴의 중량% 가 다음의 관계를 만족할 때, 해당 그레이드가 양호한 절삭성을 갖는다는 것을 확인하였다:

0 ≤ IU ≤ 6.0

여기서, IU = 3%Ni + %Cu +%Mn - 100%C - 25%N - 2(%Cr + %Si) - 6%Mo + 45.

일반적으로 말하면, 본 발명에 따른 강은 슬래브 또는 잉곳으로부터, 4절 플레이트로 알려져 있는 열간 압연 플레이트의 형태로, 또한 열간 압연 밴드의 형태로 생산 및 제조될 수 있고, 또한 열간 압연 밴드로부터 냉간 압연 밴드의 형태로 생산 및 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 강은 바아나 와이어 로드로, 또는 프로파일이나 단조된 피이스로 열간 압연될 수 있고; 그리고 나서 이들 제품은 단조에 의해 열간 변형되거나 인발된 바아나 프로파일로 냉간 변형되거나 인발된 와이어로 변형될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 강은 몰딩에 의해 가공될 수 있고, 그 후 열처리가 행해지거나 또는 행해지지 않는다.

최고의 가능한 성능을 획득하기 위해, 바람직하게는, 우선 본 발명에 따른 조성을 갖는 잉곳, 슬래브 또는 블룸을 입수하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 방법을 이용한다.

이 잉곳, 슬래브 또는 블룸은 일반적으로, 전기로에서 원료를 용해한 후 탈탄이 이루어진 AOD 또는 VOD 타입을 진공 재용해함으로써 획득된다. 그리고 나서, 바닥이 없는 잉곳 몰드에서의 연속 주조에 의해, 잉곳 형태의 또는 슬래브나 블룸 형태로 그레이드를 부을 수 있다. 또한, 특히 대향 회전 롤들 사이의 연속 주조에 의해, 직접 얇은 슬래브 형태로 그레이드를 붓는 것을 고려할 수 있다.

잉곳 또는 슬래브 또는 블룸의 입수 후, 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에 도달하도록 재가열하는 것을 선택적으로 행할 수 있지만, 연속 주조로부터 슬래브가 도달하는 때에 주조 열로 직접 슬래브를 가공하는 것도 또한 가능하다.

그리고, 플레이트를 제조하는 경우에는, 슬래브 또는 잉곳을 열간 압연하여, 일반적으로 5 ~ 100 ㎜ 의 두께를 갖는 이른바 4절 플레이트를 획득한다. 이 단계에서 일반적으로 사용되는 감소율 (reduction rates) 은 3 % 와 30 % 사이에서 변한다. 그리고 나서, 이 플레이트는, 900 ~ 1,100 ℃ 의 온도에서 재가열함으로써 이 단계에서 형성된 석출물을 다시 용해시키는 열처리를 거친 후, 냉각된다.

본 발명에 따른 방법은 공기 중에서의 퀀칭에 의한 냉각을 필요로 하는데, 이는 이러한 타입의 그레이드에서 사용되던 전통적인 냉각 (이는 물에 의한 더 빠른 냉각임) 에 비해 수행하기 더 용이하다. 그렇지만, 물에서의 냉각이 바람직하다면, 물에서의 냉각을 행하는 것도 가능하다.

공기 중에서의 이러한 느린 냉각은, 특히 본 발명에 따른 조성의 니켈과 몰리브덴의 제한된 함량 덕분에 가능하게 되는데, 사용 특성에 해로운 금속간 상의 석출이 발생하지 않기 때문이다. 이 냉각은 특히 0.1 ~ 2.7 ℃/s 의 속도로 행해질 수 있다.

냉간 압연의 종료시에, 4절 플레이트는, 이 상태에서 운반하길 원한다면, 평탄화, 크로핑 (cropping) 및 산세 (pickling) 될 수 있다.

또한, 이 날 (bare) 강은 핫 스트립 밀에서 두께 3 ~ 10 ㎜ 로 압연될 수 있다.

잉곳 또는 블룸으로부터 기다란 제품을 제조하는 경우, 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에서 다중케이지 압연 스탠드의 하나 이상의 히트 (heats) 에서, 홈 롤 (grooved rolls) 에서, 열간 압연하여, 바아 또는 압연된 와이어 또는 와이어 로드 코일을 획득할 수 있다. 압연 제품의 내부 건전성 (internal soundness) 을 보장하기 위해, 시작 블룸과 최종 제품 사이의 단면 비는 바람직하게는 3 초과이다.

바아를 제조한 때에는, 바아는 압연의 종료시에 단순히 공기 중에 놓아둠으로써 냉각된다.

압연된 와이어를 제조한 때에는, 압연된 와이어는, 압연 밀의 출구에서 물 탱크 내에서 코일에서 퀀칭함으로써, 또는 850 ℃ ~ 1,100 ℃ 의 온도에서 용해로를 통해 컨베이어에서 전달된 후 컨베이어에서 나올 때 차례로 수중 퀀칭함으로써 냉각될 수 있다.

구조의 재결정화 및 약간 더 낮은 인장 강도 특성을 달성하고자 한다면, 압연 히트에서 이미 처리된 이러한 바아 또는 코일에, 900 ℃ ~ 1,100 ℃ 의 노 (furnace) 에서의 다른 열처리가 선택적으로 행해질 수 있다.

이 바아 또는 이 와이어 코일의 냉각의 종료시에, 제품의 최종 용도에 따라 다양한 열간 또는 냉간 성형 처리를 행할 수 있다. 따라서, 냉각의 종료시에 바아의 냉간 인발 또는 와이어의 인발을 행할 수 있다.

또한, 열간 압연된 바아를 냉간 프로파일링하거나, 또는 바아를 절단하여 빌렛으로 만들고 빌렛을 단조한 후에 피이스를 제조할 수 있다.

예

다양한 멜트를 제조한 후, 상이한 직경과 특성을 갖는 바아로 변형시켰다.

기계적 특성

표준 NFEN 10002-1 에 의해, 인장 강도 (Rp₀ _.2, R_m) 를 결정하였다. 표준 NFEN 10045 에 따라 상이한 온도에서 충격 강도 (KV) 를 결정하였다.

선삭 테스트

Kistler 힘 측정판 (force plate) 가 구비되고 최대 5800 rpm 으로 작동하는 28 kW 선반 RAMO RTN30 에서, 선삭 테스트를 행하였다. 모든 테스트는 건식으로 행해졌다. 사용된 기준 팁은, 이상계 스테인리스강에 최적이라고 생각되는 팁 STELLRAM SP0819 CNMG120408E-4E 이었다.

이 테스트에 의해, 그레이드의 절삭성의 레벨에 대한 2 개의 특성 값을 결정할 수 있다:

― m/min 로 표현되는 선회 속도 (turning speed) (VB₁₅ _/0.15) (VB₁₅ _/0.15 가 높을수록, 절삭성이 양호해짐),

― 칩 파괴 구역 (chip breakage zone) (ZFC) (ZFC 가 커질수록, 절삭성이 양호해짐).

1. VB ₁₅ _/0. ₁₅ 의 결정

상기 테스트는 15 분의 유효 기계가공 동안 0.15 ㎜ 의 플랭크 마모를 발생시키는 선회 속도를 찾는 것으로 구성된다. 코팅된 탄화물 팁으로 정기적인 선회 패스 (pass) 로 테스트를 행하였다. 설정된 파라미터는 다음과 같다:

― 패스 깊이 (a_p) = 1.5 ㎜

― 이송 (f) = 0.25 ㎜/회전.

이 테스트 동안, 카메라에 연결된 광학 시스템에 의해 ×32 배율로 플랭크 마모를 측정하였다. 이 측정은 마모된 구역의 겉보기 길이 (apparent length) 의 비로서 마모된 구역의 표면이다. 0.45 ㎜ (VB 값의 3 배) 를 초과하는 노칭 (notching) 이 나타나거나 또는 0.15 ㎜ 의 플랭크 마모가 달성되기 전에 팁 고장이 발생하는 경우, 0.45 ㎜ 의 플랭크 마모 또는 15 분 내의 팁 고장이 없는 최대 속도를 결정하고, 이 값보다 VB_15/0.15 이 더 크다는 결론으로서 나타낸다.

본 발명의 내용에서, 전술한 조건 하에서 측정되는 220 m/min 미만의 VB_15/0.15 값은 본 발명에 부합하지 않는다고 생각된다.

2. ZFC 의 결정

ZFC 값을 결정하기 전에, 최소 절삭 속도 (Vc_min) 를 정의할 필요가 있다.

2.1) Vc _min 의 평가

증가하는 속도의 선회 패스에 의해 Vc_min 을 결정한다. 매우 낮은 절삭 속도 (Vc) (40 m/min) 로 시작하여, 패스의 과정 동안 Vb₁₅ _/0.15 보다 더 큰 속도로 정기적으로 증가시킨다. 힘 (Kc) 을 기록하면, 직접 곡선 Kc = f(Vc) 이 그려진다.

절삭 조건은 다음과 같다:

― 패스 깊이 (a_p) = 1.5 ㎜

― 이송 (f) = 0.25 ㎜/회전

― VB₁₅ _/0. ₁₅ 의 조건 하에서 하나의 선회 패스에서 파괴된 공구.

획득된 곡선은 대부분의 경우에 단조 감소한다. Vc_min 값은 곡선의 변곡점에 해당하는 값이다.

2.2) ZFC 의 평가

Vc_min 의 120 % 와 동일한 속도에서, 절삭 조건을 변화시키면서 일정한 속도의 6 초 기계가공의 테스트를 행한다. 따라서, 이송 (0.05 ㎜/회전의 스텝 (step) 당 0.1 ㎜/회전 으로부터 0.4 ㎜/회전 까지) 및 패스 깊이 (0.5 ㎜ 의 스텝당 0.5 ㎜ 로부터 4 ㎜ 까지) 의 표를 훑는다.

f-a_p 의 56 개의 조합의 각각에 대해, 획득된 칩을 평가하고, "C.O.M. 선삭" ISO 3685 의 표준으로 미리 규정된 칩 형태와 비교한다. ZFC 는 칩이 잘 파괴되는 f 및 a_p 의 조건을 함께 갖는 표의 구역이고, 만족스러운 조건들의 개수를 카운팅함으로써 정량화된다.

본 발명의 내용에서, 전술한 조건 하에서 측정된 15 미만의 ZFC 값은 본 발명에 부합하지 않는다고 생각된다.

부식 테스트

23 ℃, 2 mol/ℓ의 황산 매체에서 ㎂/㎠ 로 주어지는, 용해의 임계 전류 또는 활동도를 결정하였다. 먼저 900 초 동안 랜덤 전위 측정을 행하고, 다음으로, -750 mV/ECS 로부터 +1 V/ECS 까지 10 mV/min 의 속도로 전위역학 곡선을 플롯한다. 그렇게 얻어진 분극 (polarization) 곡선에서임계 전류는 부동태 영역 전에 나타나는 피크의 최대 전류에 해당한다.

이하의 표는 테스트된 조성 및 획득된 제품에 대한 결과와 특성을 요약한 것이다.

특히, 비교 그레이드 6 ~ 8 및 12 에서는 연속 주조 블룸에 길이방향 오목부가 형성된 반면, 본 발명에 따른 그레이드 1 ~ 5 에서는 길이방향 오목부가 없었음을 알 수 있고, 따라서 이는 본 발명에 따른 그레이드의 양호한 주조성을 보여준다.

더욱이, 본 발명에 따른 테스트의 항복 강도 한계가, 예컨대 비교 그레이드 9 에서 관찰되는 것과 달리, 450 ㎫ 보다 훨씬 더 높다.

20 ℃ 에서의 두꺼운 두께의 플레이트 및 바아에서의 충격 강도 값은, -46 ℃ 에서처럼, 유사하게 만족스럽고, 예컨대 비교 그레이드 6 및 7 의 충격 강도 값보다 특히 더 양호하다.

또한, 본 발명에 따른 그레이드는 모두, 절삭 속도와 칩 파괴 구역이라는 양 측면에서 양호한 절삭성을 보여준다. 반면, IU 지수가 음의 값인 비교 그레이드 6, 7, 11 및 12 는 만족스러운 절삭 속도를 보이지 않는 한편, 6.0 보다 더 큰 IU 지수를 갖는 비교 그레이드 10 은 충분하지 않은 칩 파괴 구역을 갖는다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 그레이드의 일반 부식 내성은 매우 만족스럽고, 비교 그레이드 8 의 일반 부식 내성보다 특히 더 양호하다.

따라서, 본 발명에 따른 그레이드만이 추구하는 특성, 즉 양호한 주조성, 어닐링된 상태에서 또는 용해된 상태에서 400 ㎫ 초과 또는 심지어 450 ㎫ 초과의 항복 강도 한계, 두꺼운 두께의 플레이트 및 바아에서의 양호한 충격 강도, 바람직하게는 20 ℃ 에서 100 J 초과 그리고 -46 ℃ 에서 20 J 초과의 충격 강도, 높은 일반 부식 내성, 및 양호한 절삭성을 전부 갖는 것임을 알 수 있다.

Claims

중량% 로,
0.01 % ≤ C ≤ 0.10 %
20.0 % ≤ Cr ≤ 24.0 %
1.0 % ≤ Ni ≤ 3.0 %
0.12 % ≤ N ≤ 0.20 %
0.5 % ≤ Mn ≤ 2.0 %
1.6 % ≤ Cu ≤ 3.0 %
0.05 % ≤ Mo ≤ 1.0 %
W ≤ 0.15 %
0.05 % ≤ Mo + W/2 ≤ 1.0 %
0.2 % ≤ Si ≤ 1.5 %
Al ≤ 0.05 %
V ≤ 0.5 %
Nb ≤ 0.5 %
Ti ≤ 0.5 %
B ≤ 0.003 %
Co ≤ 0.5 %
REM ≤ 0.1 %
Ca ≤ 0.03 %
Mg ≤ 0.1 %
Se ≤ 0.005 %
O ≤ 0.01 %
S ≤ 0.030 %
P ≤ 0.040 %
를 포함하는 조성을 갖고,
잔부가 철 및 제조시 발생하는 불순물이며,
미세구조가 오스테나이트 및 35 ~ 65 부피% 페라이트로 이루어지고,
상기 조성은 다음의 관계:
40 ≤ IF ≤ 65
여기서, IF = 10%Cr + 5.1%Mo + 1.4%Mn + 24.3%Si + 35%Nb + 71.5%Ti - 595.4%C - 245.1%N - 9.3%Ni - 3.3%Cu - 99.8, 및
IRCGCU ≥ 32.0
여기서, IRCGCU = %Cr + 3.3%Mo + 2%Cu + 16%N + 2.6%Ni - 0.7%Mn, 및
0 ≤ IU ≤ 6.0
여기서, IU = 3%Ni + %Cu + %Mn - 100%C - 25%N - 2(%Cr + %Si) - 6%Mo + 45
를 또한 만족시키는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항에 있어서,
IRCGCU ≥ 34.0
인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
페라이트의 비율이 35 ~ 55 부피% 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
45 ≤ IF ≤ 55
인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
질소 함량이 0.12 ~ 0.18 중량% 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
구리 함량이 2.0 ~ 2.8 중량% 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
몰리브덴 함량이 0.5 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 함량이 0.05 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 오스테나이트-페라이트 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 열간 압연 강의 플레이트, 밴드 또는 코일을 제조하는 방법으로서,
― 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 조성을 갖는 강의 잉곳 또는 슬래브를 제공하는 단계,
― 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에서 상기 잉곳 또는 상기 슬래브를 열간 압연하여, 플레이트, 밴드 또는 코일을 획득하는 단계를 포함하는 열간 압연 강의 플레이트, 밴드 또는 코일을 제조하는 방법.
제 9 항에 따른 강의 열간 압연 플레이트의 제조 방법으로서,
― 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에서 상기 잉곳 또는 상기 슬래브를 열간 압연하여, 이른바 4절 플레이트 (quarto plate) 를 획득하는 단계, 그리고 나서,
― 900 ~ 1,100 ℃ 의 온도에서 열처리를 행하는 단계, 및
― 상기 플레이트를 공기 중에서 퀀칭 (quenching) 함으로써 냉각하는 단계를 포함하는 강의 열간 압연 플레이트의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 강의 열간 압연 바아 또는 와이어의 제조 방법으로서,
― 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 조성을 갖는 강의 연속 주조 잉곳 또는 블룸 (bloom) 을 제공하는 단계,
― 1,150 ~ 1,280 ℃ 의 온도에서 상기 잉곳 또는 상기 블룸을 열간 압연하여, 공기 중에서 냉각되는 바아 또는 수중에서 냉각되는 와이어 코일을 획득하는 단계를 포함하고,
그 후에, 선택적으로,
― 900 ~ 1,100 ℃ 의 온도에서 열처리를 행하는 단계, 및
― 상기 바아 또는 상기 코일을 퀀칭에 의해 냉각하는 단계를 포함하는 강의 열간 압연 바아 또는 와이어의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 냉각의 종료시에, 상기 바아의 냉간 인발 또는 상기 와이어의 와이어 인발을 행하는 것을 특징으로 하는 강의 열간 압연 바아 또는 와이어의 제조 방법.
강 프로파일의 제조 방법으로서,
제 11 항의 방법에 의해 획득되는 열간 압연 바아를 냉간 프로파일링 (cold profiling) 하는 것을 특징으로 하는 강 프로파일의 제조 방법.
단조 강 피이스의 제조 방법으로서,
제 11 항의 방법에 따라 획득되는 열간 압연 바아를 절단하여 빌렛 (billets) 으로 만든 후, 1,100 ℃ ~ 1,280 ℃ 에서 상기 빌렛의 단조를 행하는 것을 특징으로 하는 단조 강 피이스의 제조 방법.