KR20130105721A - 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재, 클래드재로서 2상 스테인리스강을 구비하는 클래드 강판 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재, 클래드재로서 2상 스테인리스강을 구비하는 클래드 강판 및 그들의 제조 방법 Download PDF

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KR20130105721A
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신지 츠게
유우스케 오이카와
요이치 야마모토
하루히코 가지무라
가즈히코 이시다
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닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
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Abstract

본 발명의 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재는, 질량%로, C : 0.03% 이하, Si : 0.05 내지 1.0%, Mn : 0.5 내지 7.0%, P : 0.05% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 0.1 내지 5.0%, Cr : 18.0 내지 25.0%, N : 0.05 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고, 열간 압연에 의해 제조되어, 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 960℃ 이하이며, 용체화 열처리를 실시한 열연 강재보다도 항복 강도가 50MPa 이상 높고, 열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되지 않는다. 또한, 본 발명의 클래드 강판은, 클래드재로서, 2상 스테인리스강을 구비하고, 2상 스테인리스강이 상기 조성을 갖고, 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 800 내지 970℃인 것이다.

Description

합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재, 클래드재로서 2상 스테인리스강을 구비하는 클래드 강판 및 그들의 제조 방법 {ALLOYING ELEMENT-SAVING HOT ROLLED DUPLEX STAINLESS STEEL MATERIAL, CLAD STEEL SHEET HAVING DUPLEX STAINLESS STEEL AS MATING MATERIAL THEREFOR, AND PRODUCTION METHOD FOR SAME}
본 발명은 용체화 열처리가 실시되지 않고, 저렴한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재, 클래드재로서 상기 2상 스테인리스강을 구비하는 클래드 강판 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 해수 담수화 기기, 수송선의 탱크류, 각종 용기 등으로서 사용 가능한 고강도 2상 스테인리스 열연 강재, 클래드재로서 2상 스테인리스강을 구비하는 클래드 강판 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은, 2011년 1월 27일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-15091호 및 2011년 3월 2일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-44735호를 기초로 하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
2상 스테인리스강은, Cr, Mo, Ni, N을 다량으로 함유하고, 금속간 화합물, 질화물이 석출되기 쉽다.
이로 인해 1000℃ 이상의 용체화 열처리를 실시하여 석출물을 고용시키고, 이에 의해 2상 스테인리스강을 열간 압연 강재로서 제조하고 있었다. 또한, 클래드재로서 2상 스테인리스강을 구비하는 클래드 강판을 제조할 때에는, 이하의 기술이 적용되고 있었다.
1000℃ 이상의 높은 온도의 열처리에 의해 기계 특성을 확보할 수 있도록 화학 조성을 궁리하여 탄소강을 제작하고, 이 탄소강을 모재로서 사용하는 기술(특허 문헌 1 등).
열간 압연 조건을 제어함으로써 열처리를 생략하여 2상 스테인리스 클래드 강판을 제조하는 기술(특허 문헌 2 등).
열간 압연 중에 재가열하여 클래드재 중의 석출을 억제하는 기술(특허 문헌 3 등).
그러나 최근 들어, Ni, Mo 등의 함유량을 절감한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강이 개발되어, 금속간 화합물의 석출 감수성이 크게 저하된 실용강이 사용되는 데 이르렀다.
이들 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강의 재질에 대하여, 주로 영향을 미치는 석출물은 크롬 질화물이다. 크롬 질화물은, Cr과 N이 결합된 석출물이며, 2상 스테인리스강에 있어서는, 입방정의 CrN 또는 육방정의 Cr2N이, 페라이트 입자 내 또는 페라이트 입계에 석출되는 경우가 많다. 이들 크롬 질화물이 생성되면, 충격 특성이 저하되는 동시에, 석출과 함께 생성되는 크롬 결핍층에 의해 내식성이 저하된다.
본 발명자들은, 크롬 질화물의 석출과 성분 조성과의 관계를 밝히고, 성분 조성을 제어하여 크롬 질화물의 석출을 억제한다고 하는 사고 방식을 기초로 하여, 재질 설계를 행하였다. 이에 의해, 내식성이나 충격 특성이 양호한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강 종류를 발명하여, 개시하고 있다(특허 문헌 4). 특히, Mn 함유량을 늘림으로써, 크롬 질화물의 석출을 억제하고 있으며, 이 방법을, 새로운 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강의 성분 설계에 반영시키고 있다. 그리고 이러한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강은, 비용이 낮고 내식성 등의 특성면에서도 우수하므로, 이미 각 분야에 있어서 사용되고 있다.
합금 원소 절감형 2상 스테인리스강에는, 열연 강판으로서의 용도도 기대되고 있다. 열연 강판은, 냉간 압연을 실시하지 않으므로 일반적으로 판 두께가 두꺼우며, 특히 강도나 인성이 요구되는 용도로 사용되고 있다. 예를 들어, 해수 담수화 기기, 수송선의 탱크류 등을 들 수 있으며, 종래 그 대부분의 용도로는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되어 왔다.
그러나 2상 스테인리스강은, 일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강보다도 강도가 높으며, 필요 강도를 유지하면서 박육화할 수 있다고 하는 장점이 있다. 또한, 비싼 원소의 사용량도 적기 때문에 비용도 낮다. 이들의 이유로 인해, 상기 용도의 일부로 이미 2상 스테인리스 열연 강재가 사용되고 있다.
한편, 2상 스테인리스 열연 강재를 사용할 때에 문제가 되는 것이, 인성이다. 즉, 2상 스테인리스강은, 일반적으로 취성 파괴를 일으키지 않게 되는 오스테나이트상과 함께 페라이트상을 갖는다. 이로 인해, 2상 스테인리스강은 충격 인성에 있어서 페라이트계 스테인리스강과 같이 연성-취성 천이를 나타내고, 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 인성이 부족하다.
이 문제에 대해서는, 종래부터 많은 연구가 이루어져 있다. 본 발명자들도, 특허 문헌 5에 있어서 2상 스테인리스 열연 강판의 강 조직과 인성의 관계를 밝히고, 화학 조성과 열처리 방법을 제어함으로써 인성을 개선할 수 있는 것을 개시하고 있다.
또한, 본 발명자들은, 상기한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 클래드 강판의 클래드재로 적용하는 것에 대하여 새롭게 착안하여, 연구 개발을 실시하였다. 클래드 강판에서는, 클래드재로서 사용되는 스테인리스강에 내식성을 부여하고, 모재에 강도·인성과 용접성을 부여하고 있다. 이로 인해, 클래드 강판은 복합적인 특성을 경제적으로 얻을 수 있는 열연 강재이다.
클래드 강판은, 클래드재로서의 스테인리스강과 모재가 구조적으로 접합되는 부위에 사용되고, 일반적으로 판 두께가 두꺼우며, 특히 강도나 인성이 요구되는 용도로 사용되고 있다. 예를 들어, 해수 담수화 기기, 수송선의 탱크류 등을 들 수 있으며, 종래 대부분의 용도로는 클래드재로서 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되어 왔다.
그러나 이들 용도의 스테인리스강이, 저렴한 2상 스테인리스강으로 변경되는 추세(경향)가 진행되고 있고, 클래드재로서 2상 스테인리스강을 구비하고, 나아가 저렴한 클래드 강판의 요구가 높아지고 있다.
그런데, 특허 문헌 5에 기재된 종래의 2상 스테인리스 열연 강판이나 클래드 강판의 제조 공정에서는, 용체화 열처리를 빼놓을 수 없다. 상기한 바와 같이 2상 스테인리스강에 있어서 내식성을 저하시키는 금속간 화합물이나 크롬 질화물에 의한 문제 및 인성의 문제를 해소하기 위해서, 용체화 열처리가 필요하다. 특히, 본 발명이 대상으로 하는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강은, 열간 가공의 온도 영역에서 질화물이 석출되기 쉬운 성질을 가지고 있으며, 열간 압연을 종료한 상태에서 크롬 질화물이 강재 중에 분산된다. 이에 의해 충격 특성이나 내식성이 저하된다.
합금 원소 절감형 2상 스테인리스강의 제조 공정에 있어서, 용체화 열처리를 실시함으로써, 크롬 질화물을 소실시키는 것이 가능하다. 그러나 용체화 열처리를 실시하면 강도가 약해져 버리므로, 상기 열연 강판의 용도에 있어서 바람직하지 않은 처리라고도 할 수 있다. 마찬가지로, 클래드 강판의 제조 공정에 있어서, 용체화 열처리를 실시함으로써, 클래드재 중의 크롬 질화물을 소실시키는 것이 가능하다. 그러나 1000℃ 이상의 용체화 열처리를 실시하면 모재의 인성이 저하되어 버리므로, 상기 클래드 강판의 용도에 있어서 바람직하지 않은 처리이다.
또한, 가일층의 비용 저감에 대한 요구나, 최근의 사용 에너지 삭감의 요구로부터도, 용체화 열처리를 생략하여 제조 비용이나 제조에 필요로 하는 에너지를 줄이는 것이 요망되고 있다.
일본 특허 공개 평7-292445호 공보 일본 특허 공고 평4-22677호 공보 일본 특허 공고 평6-36993호 공보 국제 공개 제WO2009-119895호 일본 특허 공개 제2010-84220호 공보
본 발명은 열간 압연된 상태인 채로도 강도, 충격 특성, 내식성을 유지하는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열간 압연 강재 및 용체화 열처리가 생략되어, 저렴하면서도 사용 에너지가 적어 환경면에서도 뛰어난 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 모재의 인성과 클래드재의 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강의 내식성을 겸비하는 클래드 강판 및 용체화 열처리가 생략되어 사용 에너지가 적고 환경면에서도 뛰어난 저렴한 클래드 강판의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재에 관한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강의 제조 방법에 있어서 용체화 열처리를 생략하고, 열연 강재의 화학 조성, 열간 가공 조건, 크롬 질화물의 석출량 등을 포함하는 금속 조직의 상태, 강재의 충격 특성 및 내식성 등에 대한 지식을 얻는 것이 필요하다고 생각되어, 이하의 실험을 행하였다.
열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표로서, 새롭게 크롬 질화물 석출 온도(TN)를 설정하였다. 이 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 다른 강재를 사용하여, 열간 압연의 가열 온도를 1150 내지 1250℃의 범위로 조정하고, 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)와, 열간 압연 종료 후의 가속 냉각 개시 온도(TC)를 각각 변경하였다. 이에 의해, 판 두께 6㎜ 내지 35㎜의 열간 압연 강재를 얻었다. 그리고 얻어진 열연 강재 및 용체화 열처리가 실시된 강재에 대해서, 강도, 충격 특성, 내식성을 평가하였다.
이상의 실험을 통하여, 용체화 열처리가 실시되지 않고 저렴한 본 발명의 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 완성에 이르렀다.
상기 클래드 강판에 관한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 클래드 강판의 제조 과정 중, 모재와 클래드재를 열간 압연으로 접합하는 공정에 있어서, 클래드재인 2상 스테인리스강 중에 크롬 질화물이 석출되지 않으면, 후속 공정인 용체화 열처리를 생략해도 내식성이 손상되지 않는다고 생각하였다.
따라서, 클래드 강판의 클래드재로서, 열간 압연 온도를 저하시켜도 높은 내식성을 유지할 수 있는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 사용함으로써, 해결책을 발견하는 것을 생각하였다.
그리고 이러한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 얻기 위해서는, 제조 공정에 있어서 용체화 열처리를 생략하고, 열연 강재의 화학 조성, 열간 가공 조건, 크롬 질화물의 석출량 등을 포함하는 금속 조직의 상태, 강재의 충격 특성 및 내식성 등에 대한 지식을 얻는 것이 필요하다고 생각되어, 이하의 실험을 행하였다.
열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표로서, 새롭게 크롬 질화물 석출 온도(TN)를 설정하였다. 이 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 다른 강재를 사용하여, 열간 압연의 가열 온도를 1150 내지 1250℃의 범위로 조정하고, 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)와, 열간 압연 종료 후의 가속 냉각 개시 온도(TC)를 각각 변경하였다. 이에 의해, 판 두께 10㎜로부터 35㎜의 열간 압연 강재를 얻었다. 그리고 얻어진 열연 강재 및 용체화 열처리를 실시한 강재에 대해서, 강도, 충격 특성, 내식성을 평가하였다.
계속해서, 상기한 실험에서 얻은 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 클래드 클래드재로서 사용하고, 이 클래드재의 두께를 3㎜로 하고, 클래드 강판의 두께를 10㎜ 내지 35㎜로 한 클래드 강판을 열간 압연에 의해 얻었다. 그리고 강도, 충격 특성, 내식성을 평가하였다.
이상의 실험을 통하여, 클래드재로서 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 구비하고, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 본 발명의 클래드 강판의 완성에 이르렀다.
본 발명의 요지를 이하에 나타낸다.
(1) 질량%로, C : 0.03% 이하, Si : 0.05 내지 1.0%, Mn : 0.5 내지 7.0%, P : 0.05% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 0.1 내지 5.0%, Cr : 18.0 내지 25.0%, N : 0.05 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고, 열간 압연에 의해 제조되어, 상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 960℃ 이하이며, 용체화 열처리를 실시한 열연 강재보다도 항복 강도가 50MPa 이상 높고, 상기 열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
(2) 질량%로, C : 0.03% 이하, Si : 0.05 내지 1.0%, Mn : 0.5 내지 7.0%, P : 0.05% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 0.1 내지 5.0%, Cr : 18.0 내지 25.0%, N : 0.05 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고, 또한 V : 0.05 내지 0.5%, Nb : 0.01 내지 0.20% 및 Ti : 0.003 내지 0.05%로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고, 열간 압연에 의해 제조되어, 상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 제2 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN2)가 960℃ 이하이며, 용체화 열처리를 실시한 열연 강재보다도 항복 강도가 50MPa 이상 높고, 상기 열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
(3) 또한, Mo : 1.5% 이하, Cu : 2.0% 이하, W : 1.0% 이하 및 Co : 2.0% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
(4) 또한, B : 0.0050% 이하, Ca : 0.0050% 이하, Mg : 0.0030% 이하 및 REM : 0.10% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 강편을 열간 압연하고, 계속해서 냉각하고, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (1)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고, 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (2)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고, 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법.
TF≥TN-30 … (1)
TF≥TN2-30 … (2)
(6) 판 두께가 20㎜ 초과이며, 상기 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (3)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (4)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 이에 의해, 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법.
TN-200≤TC≤TN＋50(단, TF≥TC) … (3)
TN2-200≤TC≤TN2＋50(단, TF≥TC) … (4)
(7) 모재 강판과, 상기 모재 강판의 2개의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 열간 압연에 의해 접합된 클래드재의 강판을 구비하고, 상기 클래드재가 2상 스테인리스강을 포함하여 이루어지고, 상기 2상 스테인리스강이, 질량%로, C : 0.03% 이하, Si : 0.05 내지 1.0%, Mn : 0.5 내지 7.0%, P : 0.05% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 0.1 내지 5.0%, Cr : 18.0 내지 25.0%, N : 0.05 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 800 내지 970℃인 것을 특징으로 하는 클래드 강판.
(8) 모재 강판과, 상기 모재 강판의 2개의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 열간 압연에 의해 접합된 클래드재의 강판을 구비하고, 상기 클래드재가 2상 스테인리스강을 포함하여 이루어지고, 상기 2상 스테인리스강이, 질량%로, C : 0.03% 이하, Si : 0.05 내지 1.0%, Mn : 0.5 내지 7.0%, P : 0.05% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 0.1 내지 5.0%, Cr : 18.0 내지 25.0%, N : 0.05 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고, 또한 V : 0.05 내지 0.5%, Nb : 0.01 내지 0.20% 및 Ti : 0.003 내지 0.05%로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 제2 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN2)가 800 내지 970℃인 것을 특징으로 하는 클래드 강판.
(9) 상기 2상 스테인리스강이, 또한 Mo : 1.5% 이하, Cu : 2.0% 이하, W : 1.0% 이하 및 Co : 2.0% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 클래드 강판.
(10) 상기 2상 스테인리스강이, 또한 B : 0.0050% 이하, Ca : 0.0050% 이하, Mg : 0.0030% 이하 및 REM : 0.10% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 클래드 강판.
(11) 모재 강판과, 상기 (7) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 화학 성분을 갖는 클래드재의 강판을 열간 압연으로 접합하고, 계속해서 냉각하고, 상기 클래드재가 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (1)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고, 상기 클래드재가 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (2)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고, 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 클래드 강판의 제조 방법.
TF≥TN-100 … (1)
TF≥TN2-100 … (2)
(12) 상기 클래드재가 상기 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (3)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 상기 클래드재가 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (4)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 이에 의해, 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (11)에 기재된 2상 스테인리스강을 클래드재로 하는 클래드 강판의 제조 방법.
TC≥TN-250(단, TF≥TC) … (3)
TC≥TN2-250(단, TF≥TC) … (4)
본 발명의 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 일 형태는, 종래의 강재보다도 박육화하여, 해수 담수화 기기, 수송선의 탱크류, 각종 용기 등에 사용할 수 있다. 나아가, 저렴하게 제조할 수 있고, 또한 제조에 사용하는 에너지가 적다.
본 발명의 클래드 강판의 일 형태는, 종래의 클래드 강판보다도 합금 원소를 절감하여, 해수 담수화 기기, 수송선의 탱크류, 각종 용기 등에 사용할 수 있다. 나아가, 저렴하게 제조할 수 있고, 또한 제조에 사용하는 에너지가 적다.
따라서, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 일 형태 및 클래드 강판의 일 형태는, 산업면, 환경면에 매우 크게 기여할 수 있다.
(합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재에 관한 제1 실시 형태)
이하에, 함유량을 나타내는 단위"%"는, 질량%이다.
합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제1 실시 형태는, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, N, Al을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어진다.
스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해서, C 함유량은 0.03% 이하로 제한한다. C 함유량이 0.03%를 초과하면, 열간 압연 시에 Cr 탄화물이 생성되어, 내식성, 인성이 열화된다.
Si는, 탈산을 위해 0.05% 이상 첨가한다. 그러나 Si 함유량이 1.0%를 초과하면, 인성이 열화된다. 그로 인해, Si 함유량의 상한을 1.0%로 한정한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.2 내지 0.7%이다.
Mn은, 오스테나이트상을 증가시켜 인성을 개선하는 효과를 갖는다. 또한, 크롬 질화물 석출 온도(TN)를 저하시키는 효과를 갖는다. 이로 인해, 적극적으로 Mn을 첨가하는 것이 바람직하다. 모재 및 용접부의 인성을 위해 Mn을 0.5% 이상 첨가한다. 그러나 Mn 함유량이 7.0%를 초과하면, 내식성 및 인성이 열화된다. 그로 인해, Mn 함유량의 상한을 7.0%로 한정한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.0 내지 6.0%이며, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 5.0%이다.
P는, 원료로부터 불가피하게 혼입되는 원소이며, 열간 가공성 및 인성을 열화시킨다. 이로 인해, P 함유량을 0.05% 이하로 한정한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.03% 이하다.
S는, 원료로부터 불가피하게 혼입되는 원소이며, 열간 가공성, 인성 및 내식성을 열화시킨다. 이로 인해 S 함유량을 0.010% 이하로 한정한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0020% 이하다.
Ni는, 오스테나이트 조직을 안정되게 하여, 각종 산에 대한 내식성, 나아가 인성을 개선하기 위해서, Ni를 0.1% 이상 함유시킨다. Ni 함유량을 늘림으로써, 질화물 석출 온도를 저하시킬 수 있게 된다. 한편, Ni는 고가의 합금이며, 본 실시 형태에서는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 대상으로 하고 있으므로, 비용의 관점에서 Ni 함유량을 5.0% 이하로 제한한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 1.0 내지 4.0%이며, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.0%이다.
기본적인 내식성을 확보하기 위해서, Cr을 18.0% 이상 함유시킨다. 한편, Cr 함유량이 25.0%를 초과하면, 페라이트상 분율이 증가하여, 인성 및 용접부의 내식성을 저해한다. 이로 인해, Cr의 함유량을 18.0% 이상 25.0% 이하로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 19.0 내지 23.0%이다.
N은, 오스테나이트상에 고용하여 강도, 내식성을 높이는 유효한 원소이다. 이로 인해, N을 0.05% 이상 함유시킨다. 고용 한도는 Cr 함유량에 따라서 높아진다. 그러나 본 실시 형태의 강재에 있어서, N 함유량이 0.30%를 초과하면, Cr 질화물이 석출되어 인성 및 내식성을 저해하게 된다. 이로 인해, N 함유량의 상한을 0.30%로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.10 내지 0.25%이다.
Al은, 강의 탈산을 위한 중요한 원소이며, 강 중의 산소를 줄이기 위하여 Si와 아울러 함유시킨다. Si 함유량이 0.3%를 초과할 경우, Al을 첨가하지 않아도 되는 경우도 있다. 그러나 산소량의 저감은 인성 확보를 위하여 필수적이다. 이로 인해 Al을 0.001% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, Al은 N과의 친화력이 비교적 큰 원소이다. 이로 인해, Al을 지나치게 첨가하면, AlN이 생성되고, 스테인리스강의 인성을 저해한다. 인성의 저하 정도는 N 함유량에도 의존하지만, Al이 0.05%를 초과하면 인성의 저하가 현저해진다. 이로 인해, Al 함유량의 상한을 0.05%로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.03% 이하다.
O는, 불가피적 불순물이며, O 함유량의 상한을 특별히 정하지 않는다. 그러나 비금속 개재물의 대표인 산화물을 구성하는 중요한 원소이며, 지나치게 O를 함유하면, 인성을 저해한다. 또한, 조대한 클러스터 형상 산화물이 생성되면, 표면 흠집의 원인이 된다. 따라서, O 함유량은, 바람직하게는 0.010% 이하다.
본 실시 형태의 강재는, 열간 압연에 의해 제조되어, 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 960℃ 이하다.
크롬 질화물 석출 온도(TN)는, 이하에 나타내는 방법에 의해, 실험적으로 구해지는 특성값이다. 우선, 용체화 열처리된 강재에 대하여 800 내지 1000℃로 20분간의 균열 처리를 실시하고, 이어서 5초 이내에 수랭한다. 그리고 실시예에서 상세하게 설명하는 비금속 개재물의 전해 추출 잔사 분석법에 의해, 냉각 후의 강재 중의 크롬 질화물의 석출량(Cr 잔사량)을 구한다. Cr 잔사량이 0.01% 이하가 되는 균열 처리 온도 중, 최저 온도를 크롬 질화물 석출 온도(TN)로 한다.
크롬 질화물 석출 온도(TN)가 낮을수록, 크롬 질화물이 석출하는 온도 영역이 저온측으로 한정된다. 이에 의해, 크롬 질화물의 석출 속도나 석출량이 억제된다. 이로 인해, 열간 압연된 채의 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 상태에서, 충격 특성과 내식성이 유지된다.
여기서, 크롬 질화물 석출 온도(TN)를 구하기 위한 균열 처리 온도를 800 내지 1000℃로 규정하는 이유는, 일반적인 열간 압연의 온도 영역에서의 석출 거동을 파악하기 위해서이다. 본 실시 형태에서는, 일반적으로 행해지는 열간 압연 중에 크롬 질화물을 석출시키지 않도록 하기 위해, 이 균열 처리 온도를 상기 온도 영역으로 규정한다.
또한, 크롬 질화물의 생성 반응이 충분히 평형 상태에 달하는 시간을 고려하여, 균열 처리를 20분간 행한다. 균열 처리의 시간이 20분 미만에서는, 석출량의 변화가 심해 측정값의 재현성이 얻어지기 어렵다. 균열 처리의 시간이 20분 초과에서는, 측정에 장시간을 필요로 한다. 따라서, 크롬 질화물의 생성 반응을 충분히 평형 상태에 도달시켜서 재현성을 확보하는 관점에서, 균열 처리를 20분 초과하여 행해도 상관없다.
균열 처리 후로부터 수랭을 행할 때까지 장시간을 필요로 하면, 서서히 강재 온도가 저하되어 크롬 질화물이 석출되어 버린다. 이 경우, 측정해야 할 균열 처리 온도에서의 크롬 질화물의 양과는 다른 값이 얻어져 버린다. 따라서, 균열 처리 후, 5초 이내에 수랭에 제공하는 것으로 한다.
또한, Cr 잔사량이 0.01% 이하가 되는 온도 중, 최저 온도를 크롬 질화물 석출 온도(TN)로 규정하는 이유는, Cr 잔사량 0.01% 이하가 내식성이나 인성에 악영향을 끼치지 않는 석출량인 것을 실험에 의해 확인한 것에 의한다.
열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재에 대해서, 내식성과 인성을 확보하기 위해서는, TN이 960℃ 이하가 되도록 조성을 조정할 필요가 있는 것이 실험적으로 구해졌다. 따라서, TN이 960℃ 이하가 되도록 성분 조성을 조정할 필요가 있다. TN이 960℃를 초과하면, 열간 압연 중에 크롬 질화물이 석출되어 버려, 공식(孔食) 전위차나 충격 특성이 열화된다. TN은, 바람직하게는 930℃ 이하다.
또한, N 함유량을 저하시킴으로써, TN은 저하된다. 그러나 본 실시 형태의 강재에서는, 내식성을 높이기 위하여 N을 0.05% 이상 함유시키고 있으며, 이 경우에 TN을 800℃ 미만으로 하는 것은 곤란하다. 그로 인해, TN의 하한을 800℃로 하는 것이 바람직하다.
또한, TN을 저하시키기 위해서는 N량의 저감이 유효하지만, N량의 극단적인 저하는, 오스테나이트상 비율의 저하와 용접부의 내식성 저하를 초래한다. 이로 인해, 오스테나이트상의 생성 원소인 Ni, Mn, Cu의 함유량과 N 함유량을 적절하게 조정할 필요가 있다.
본 실시 형태의 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재는, 열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되고 있지 않다. 이 본 실시 형태의 강재의 항복 강도는, 용체화 열처리가 실시된 열연 강재의 항복 강도보다도 50MPa 이상 높다. 일반적으로 용체화 열처리를 행하면, 강도가 저하된다. 본 실시 형태에서는, 열간 압연된 채의 상태에서 왜곡을 잔류시켜, 높은 강도를 얻고 있다. 즉, 용체화 열처리가 실시되고 있지 않으므로, 강도가 저하되지 않도록 하고 있다. 일반적으로 압연의 마무리 온도를 고온으로 하여 용체화 열처리의 온도에 근접하면, 강도는 저하된다. 본 실시 형태의 강재에서는, 후술하는 바와 같이 압연의 마무리 온도를 저하시켜, 강도가 상승할 수 있도록 크롬 질화물의 석출 온도를 저하시키고 있다. 이에 의해, 쉽게 고강도가 얻어진다.
(합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재에 관한 제2 실시 형태)
합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제2 실시 형태는, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, N, Al을 함유하고, 또한 V, Nb, Ti로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어진다.
본 발명자들은, V, Nb, Ti로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 강의 경우에는, 종래 지식과 다른 거동을 나타내는 것을 발견하였다.
즉, 크롬 질화물량이 증가하면 내식성이 악화되는 것이 일반적인 종래 지식이었다. 그러나 V, Nb, Ti를 미량으로 함유할 경우에는, 의외로 크롬 질화물의 석출량이 어느 정도 증가해도 내식성이 향상되는 경향을 갖는 것이 명확해졌다.
상기한 바와 같이 V, Nb, Ti를 미량으로 함유시킬 경우에는, 크롬 질화물의 허용량이 증가한다. 그로 인해, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하는 강재에 대해서는, 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 제2 지표로서 크롬 질화물 석출 온도(TN2)를 새롭게 규정한다. 크롬 질화물 석출 온도(TN2)는, 이하에 나타내는 방법에 의해, 실험적으로 구해진다. 크롬 질화물 석출 온도(TN)의 경우와 마찬가지로, 우선, 용체화 열처리된 강재에 대하여 800 내지 1000℃로 20분간의 균열 처리를 실시하고, 이어서 5초 이내에 수랭한다. 그리고 실시예에서 상세하게 설명하는 비금속 개재물의 전해 추출 잔사 분석법에 의해, 냉각 후의 강재 중의 크롬 질화물의 석출량(Cr 잔사량)을 구한다. 크롬 질화물 석출 온도(TN)의 경우와는 달리, Cr 잔사량이 0.03% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 크롬 질화물 석출 온도(TN2)로 한다.
또한, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제1 실시 형태에서 설명한 크롬 질화물 석출 온도(TN)는, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않는 강재에 있어서의 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표인 것은 물론이다.
합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제2 실시 형태에 있어서는, 이 Cr 질화물량이 완화되어 있고, TN2가 960℃ 이하이면 본 발명의 과제를 해결할 수 있다. TN2는, 바람직하게는 930℃ 이하다. 또한, TN2를 실험적으로 구하는 수단, TN2를 감소시키기 위한 방법은, TN과 마찬가지이다. 또한, TN2에 있어서는, Cr 잔사량이 0.03% 이하가 되는 온도 중 최저 온도로 규정한 이유는, 크롬 질화물의 석출량(Cr 잔사량)이 0.03% 이하인 경우, 크롬 질화물의 석출량이 내식성이나 인성에 악영향을 끼치지 않는 것을 실험에 의해 확인한 것에 의한다.
크롬 질화물의 석출 온도(TN2)는, 크롬 농도 및 질소 농도를 저감함으로써, 감소한다. 그러나 오스테나이트 안정화 원소를 첨가함으로써도 감소시킬 수 있다. 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제2 실시 형태에서는, 크롬보다도 강력한 질화물 생성 원소인 V, Nb, Ti를 미량으로 함유시킴으로써, 크롬 질화물의 석출을 제어하고, 열간 압연 강재의 내식성을 향상시키고 있다.
즉, 본 발명자들의 연구 중에서 이하의 사항이 명확해졌다. 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강 중에 미량의 V, Nb, Ti를 첨가함에 있어서, 크롬의 일부가 V, Nb, Ti로 치환된 질화물이 생성된다. 이에 의해 질화물의 석출 온도가 약간 높아지는 효과가 얻어지지만, 의외로 크롬 질화물의 석출량이 증가해도 내식성이 향상되는 경향을 갖는다. 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제2 실시 형태에서는, 이러한 부가적인 원소를 미량 첨가함으로써 얻어지는 효과도 포함하여 발명으로서 개시하였다.
V가 형성되는 질화물, 탄화물은, 열간 가공 및 강재의 냉각 과정에서 생성되어, 내식성을 높이는 작용을 갖는다. 그 이유로서 충분한 확인은 이루어져 있지 않지만, 700℃ 이하에서의 크롬 질화물의 생성 속도를 억제할 가능성이 고려된다. 이 내식성의 개선을 위하여 V를 0.05% 이상 함유시켜도 된다. V 함유량이 0.5%를 초과하면, 조대한 V계 탄질화물이 생성되고, 인성이 열화된다. 그로 인해, V 함유량의 상한을 0.5%로 한정한다. V를 첨가할 경우, V 함유량은, 바람직하게는 0.1 내지 0.3%이다.
Nb가 형성되는 질화물, 탄화물은, 열간 가공 및 강재의 냉각 과정에서 생성되고, 내식성을 높이는 작용을 갖는다. 그 이유로서 충분한 확인은 이루어져 있지 않지만, 700℃ 이하에서의 크롬 질화물의 생성 속도를 억제할 가능성이 고려된다. 이 내식성의 개선을 위하여 Nb를 0.01% 이상 함유시켜도 된다. 한편, 과잉량의 Nb를 첨가하면, 열간 압연 전의 가열 시에 미고용 석출물로서 석출하게 되어 인성을 저해한다. 이로 인해, Nb 함유량의 상한을 0.20%로 정한다. Nb를 첨가할 경우, Nb 함유량은, 바람직하게는 0.03% 내지 0.10%이다.
Ti는, 극미량으로 산화물, 질화물, 황화물을 형성하고, 강의 응고 및 고온 가열 조직의 결정립을 미세화하는 원소이다. 또한 V, Nb과 마찬가지로, Ti는 크롬 질화물의 크롬의 일부를 치환하는 성질도 갖는다. Ti를 0.003% 이상 함유시킴으로써, Ti의 석출물이 형성된다. 한편, Ti를, 0.05%를 초과하여 2상 스테인리스강에 함유시키면, 조대한 TiN이 생성되어 강의 인성을 저해한다. 이로 인해 Ti 함유량의 상한을 0.05%로 정한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.005 내지 0.020%이다.
또한, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제2 실시 형태에 있어서의 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, N, Al의 함유량 및 그 작용 효과는, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
(합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재에 관한 제1, 제2 실시 형태의 바람직한 형태)
내식성을 부가적으로 높이기 위해, 선택적 원소인 Mo, Cu, W, Co로부터 선택되는 1종류 이상을 더 함유해도 된다.
Mo는, 스테인리스강의 내식성을 부가적으로 높이기 위하여 매우 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 내식성 개선을 위해서는 Mo를 0.2% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편 금속간 화합물의 석출을 촉진하는 원소이며, 열간 압연 시의 석출을 억제하는 관점에서, Mo 함유량의 상한을 1.5%로 한다.
Cu는, 스테인리스강의 산에 대한 내식성을 부가적으로 높이는 원소이며, 또한 인성을 개선하는 작용을 갖는다. 이로 인해 Cu를 0.3% 이상 함유시키는 것이 권장된다. Cu 함유량이 2.0%를 초과하면, 열간 압연 시에 고용도를 초과하여 εCu가 석출되어 취화가 발생한다. 이로 인해, Cu 함유량의 상한을 2.0%로 한다. Cu를 함유시킬 경우, Cu 함유량은, 바람직하게는 0.3 내지 1.5%이다.
W는, Mo와 마찬가지로 스테인리스강의 내식성을 부가적으로 향상시키는 원소이다. 내식성을 높일 목적을 위해서는, W 함유량의 상한값을 1.0%로 한다. W 함유량은, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%이다.
Co는, 강의 인성과 내식성을 높이기 위하여 유효한 원소이며, 선택적으로 첨가된다. Co 함유량은 0.03% 이상이 바람직하다. Co 함유량이 2.0%를 초과하면, 고가인 원소이므로 비용에 걸맞는 효과가 발휘되지 않는다. 이로 인해, Co 함유량의 상한을 2.0%로 정한다. Co를 첨가할 경우, Co 함유량은, 바람직하게는 0.03 내지 1.0%이다.
열간 가공성의 향상을 도모하기 위해서, 필요에 따라서 선택적으로 B, Ca, Mg, REM으로부터 선택되는 1종류 이상을 함유해도 된다.
B, Ca, Mg, REM은, 모두 강의 열간 가공성을 개선하는 원소이며, 그 목적으로 1종류 이상 함유해도 된다. B, Ca, Mg, REM을 지나치게 함유하면, 열간 가공성 및 인성을 저하한다. 이로 인해, B, Ca, Mg, REM의 함유량의 상한을 다음과 같이 정한다.
B 함유량의 상한값과 Ca 함유량의 상한값을 0.0050%로 한다. Mg 함유량의 상한값을 0.0030%로 한다. REM 함유량의 상한값을 0.10%로 한다. 바람직한 함유량은, 각각 B : 0.0005 내지 0.0030%, Ca : 0.0005 내지 0.0030%, Mg : 0.0001 내지 0.0015%, REM : 0.005 내지 0.05%이다. 여기서, REM은 희토류 금속이며, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu로부터 선택되는 1종류 이상이다. REM의 함유량은, 이들의 함유량의 총합이다.
(합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법)
합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법은, 강편을 열간 압연하는 공정과, 이어서 냉각하는 공정을 갖는다. 강편은, 상술한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제1, 제2 실시 형태에 기재된 화학 조성을 갖는다.
열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)는, 열연 강재의 강도를 지배하는 중요한 인자이며, TF가 저하될수록 높은 강도가 얻어진다. 한편, TF가 지나치게 저하되면, 열간 압연 중에 크롬 질화물의 석출량이 증가하고, 인성과 내식성을 손상시키게 된다. 또한, TF가 지나치게 높으면, 용체화 열처리를 실시한 경우와 다르지 않게 되어, 강도가 저하된다. 이로 인해, 용체화 열처리를 생략하는 본 실시 형태의 목적을 달성할 수 없다.
본 발명자들의 실험에 있어서, TF가 크롬 질화물 석출 온도보다 30℃를 초과하여 하회하면, 인성과 내식성의 저하가 한도를 초과하게 되었다. 이로 인해, TF의 하한을 {(크롬 질화물 석출 온도)-30}(℃)로 정한다.
즉, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (1)식을 만족하도록 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정한다. 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (2)식을 만족하도록 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정한다.
TF≥TN-30 … (1)
TF≥TN2-30 … (2)
또한, TF의 상한에 대하여 특별히 정하지 않는다. 그러나 용체화 열처리가 실시된 열연 강재보다도 항복 강도가 50MPa 이상 높고, 또한 열간 압연된 상태인 채이며 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재를 얻기 위해서는, TF를 1000℃ 미만으로 할 필요가 있다. 용체화 열처리의 온도는 강의 조성에 따라 어느 정도 좌우되지만, 본 실시 형태의 조성의 경우, 용체화 열처리는 950 내지 1050℃의 온도로 5분 유지함으로써 실행할 수 있다. 이로 인해, 용체화 열처리가 실시된 종래의 열연 강재는, 1000℃로 5분간의 용체화 열처리를 실시하여 제작한다. 그리고 이 종래의 열연 강재의 항복 강도와 비교한다.
TF로부터 600℃까지의 온도 영역의 냉각 시에는, 크롬 질화물의 석출이 진행된다. 이 석출을 억제하기 위해서는, 강재를 빠르게 냉각할 필요가 있다. 크롬 질화물의 석출 속도는, 크롬 질화물 석출 온도가 높은 강종일수록 커진다. 크롬 질화물 석출 온도를 960℃ 이하로 제한한 본 실시 형태에 있어서, TF로부터 600℃까지의 냉각 시간이 5분을 초과하면, 크롬 질화물의 석출량이 증가되어, 인성과 내식성을 손상시키게 된다.
이로 인해, 본 실시 형태에 따른 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법에 있어서는, 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각한다. 판 두께 20㎜ 이하의 강재이면, 공랭함으로써, 이 제한을 거의 만족시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따른 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법에 있어서, 열간 압연 종료 후의 가속 냉각의 바람직한 형태를 이하에 나타낸다.
열간 압연 종료 후의 가속 냉각은, 압연 종료 후의 강재 중으로의 크롬 질화물 석출을 억제하기 위하여 실시한다. 열간 압연 후의 강재 중으로의 석출은 과냉각 상태에서 진행되지만, 600 내지 800℃의 온도 범위에서 석출 속도가 극대값을 나타낸다. 그 극대값은, 크롬 질화물 석출 온도로부터의 과냉각도에 따라서 증가한다. 이로 인해, 마무리 압연 후에 신속하게 냉각할 필요가 있다.
따라서, 판 두께 20㎜ 초과의 강재에 대해서는, 가속 냉각을 실시하는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 실험 결과를 기초로 하여, 가속 냉각 개시 온도(TC)를 {(크롬 질화물 석출 온도)-200}(℃) 이상으로 하는 것이 바람직하다.
즉, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않고, 판 두께가 20㎜ 초과인 경우, 하기 (3)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시한다. 상기 선택적 성분을 함유하고, 판 두께가 20㎜ 초과인 경우, 하기 (4)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시한다.
TN-200≤TC≤TN＋50(단, TF≥TC) … (3)
TN2-200≤TC≤TN2＋50(단, TF≥TC) … (4)
그리고 판 두께 20㎜ 초과의 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법에 있어서는, 열간 압연 종료 후의 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시함으로써, 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각한다.
또한, 본 실시 형태의 목적은, 어디까지나 TF로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하로 냉각하여 크롬 질화물의 석출을 억제하고, 이에 의해 인성과 내식성이 우수한 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재를 얻는 데 있다. 이로 인해, 판 두께 20㎜ 이하의 강재뿐만 아니라 판 두께 20㎜ 초과의 강재에 대해서도, TF로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하로 냉각할 수 있을 경우에 대해서는, 가속 냉각이 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들어, TF로부터 600℃까지의 온도 범위를 공랭이나 방랭에 의해 5분 이하의 시간으로 냉각할 수 있는 경우, 반드시 가속 냉각을 실시할 필요는 없다. TF로부터의 냉각 도중에 있어서, 또는 TF로부터의 냉각 개시와 함께 가속 냉각을 행하는 취지는, 판 두께 20㎜ 초과의 강재에 대해서는, TF로부터 600℃까지를 5분 이하로 냉각할 수 없는 경우가 있으므로, 이것을 피하기 위하여 최적의 온도인 TC로부터 가속 냉각을 개시하는 것으로 한 것이다.
또한, 가속 냉각 개시 온도(TC)를 극단적으로 높게 하면, 내식성이 저하되는 경우가 있다. 이로 인해, TC의 상한을 {(크롬 질화물 석출 온도)＋50}(℃) 이하로 한다. {(크롬 질화물 석출 온도)-150}(℃)로부터 크롬 질화물 석출 온도까지의 범위에서 TC을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 가속 냉각의 매체는, 물 또는 기수 혼합(기체 및 물의 혼합)으로 행하는 것이, 설비 비용의 관점에서 합리적이다.
(클래드 강판에 관한 제1 실시 형태)
클래드 강판에 관한 제1 실시 형태는, 모재 강판과, 모재 강판의 2개의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 접합된 클래드재의 강판을 구비한다. 클래드재는, 2상 스테인리스강을 포함하여 이루어지고, 2상 스테인리스강은 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, N, Al을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어진다.
스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해서, C 함유량은 0.03% 이하로 제한한다. C 함유량이 0.03%를 초과하면, 열간 압연 시에 Cr 탄화물이 생성되어, 내식성, 인성이 열화된다.
Si는, 탈산을 위해 0.05% 이상 첨가한다. 그러나 Si 함유량이 1.0%를 초과하면, 인성이 열화된다. 그로 인해, Si 함유량의 상한을 1.0%로 한정한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.2 내지 0.7%이다.
Mn은, 오스테나이트상을 증가시켜 인성을 개선하는 효과를 갖는다. 모재 및 용접부의 인성을 위해서, Mn을 0.5% 이상 첨가한다. 또한, 질화물 석출 온도(TN)를 저하시키는 효과를 갖는다. 이로 인해, 적극적으로 Mn을 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 Mn 함유량이 7.0%를 초과하면, 내식성 및 인성이 열화된다. 그로 인해, Mn 함유량의 상한을 7.0%로 한정한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.0 내지 6.0%이며, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 5.0%이다.
P는, 원료로부터 불가피하게 혼입되는 원소이며, 열간 가공성 및 인성을 열화시킨다. 이로 인해, P 함유량을 0.05% 이하로 한정한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.03% 이하다.
S는, 원료로부터 불가피하게 혼입되는 원소이며, 열간 가공성, 인성 및 내식성을 열화시킨다. 이로 인해 S 함유량을 0.010% 이하로 한정한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0020% 이하다.
Ni는, 오스테나이트 조직을 안정되게 하고, 각종 산에 대한 내식성, 나아가 인성을 개선하기 위해서, Ni을 0.1% 이상 함유시킨다. Ni 함유량을 늘림으로써, 질화물 석출 온도를 저하시킬 수 있게 된다. 한편, Ni는 고가의 합금이며, 본 실시 형태에서는 클래드재로서 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 구비하므로, 비용의 관점에서 Ni 함유량을 5.0% 이하로 제한한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 1.0 내지 4.0%이며, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.0%이다.
기본적인 내식성을 확보하기 위해서, Cr을 18.0% 이상 함유시킨다. 한편, Cr 함유량이 25.0%를 초과하면, 페라이트상 분율이 증가하고, 인성 및 용접부의 내식성을 저해한다. 이로 인해, Cr의 함유량을 18.0% 이상 25.0% 이하로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 19.0 내지 23.0%이다.
N은, 오스테나이트상에 고용하여 강도, 내식성을 높이는 유효한 원소이다. 이로 인해, N을 0.05% 이상 함유시킨다. 고용 한도는 Cr 함유량에 따라서 높아진다. 그러나 본 실시 형태의 강재에 있어서, N 함유량이 0.30%를 초과하면, Cr 질화물이 석출되어 인성 및 내식성을 저해하게 된다. 이로 인해, N 함유량의 상한을 0.30%로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.10 내지 0.25%이다.
Al은, 강의 탈산을 위한 중요한 원소이며, 강 중의 산소를 줄이기 위하여 Si와 아울러 함유시킨다. Si 함유량이 0.3%를 초과할 경우, Al을 첨가하지 않아도 되는 경우도 있다. 그러나 산소량의 저감은 인성 확보를 위하여 필수적이다. 이로 인해 Al을 0.001% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, Al은 N과의 친화력이 비교적 큰 원소이다. 이로 인해, Al을 지나치게 첨가하면, AlN이 생성되고, 스테인리스강의 인성을 저해한다. 인성의 저하 정도는 N 함유량에도 의존하지만, Al이 0.05%를 초과하면 인성의 저하가 현저해진다. 이로 인해, Al 함유량의 상한을 0.05%로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.03% 이하다.
O는, 불가피적 불순물이며, O 함유량의 상한을 특별히 정하지 않는다. 그러나 비금속 개재물의 대표인 산화물을 구성하는 중요한 원소이며, 지나치게 O를 함유하면, 인성을 저해한다. 또한, 조대한 클러스터 형상 산화물이 생성되면, 표면 흠집의 원인이 된다. 따라서, O 함유량은, 바람직하게는 0.010% 이하다.
모재 강판과 클래드재의 강판은, 열간 압연에 의해 접합되어, 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 800 내지 970℃이다.
크롬 질화물 석출 온도(TN)는, 이하에 나타내는 방법에 의해, 실험적으로 구해지는 특성값이다. 우선, 용체화 열처리된 강재에 대하여 800 내지 1000℃로 20분간의 균열 처리를 실시하고, 이어서 5초 이내에 수랭한다. 그리고 실시예에서 상세하게 설명하는 비금속 개재물의 전해 추출 잔사 분석법에 의해, 냉각 후의 강재 중의 크롬 질화물의 석출량(Cr 잔사량)을 구한다. Cr 잔사량이 0.01% 이하가 되는 균열 처리 온도 중, 최저 온도를 크롬 질화물 석출 온도(TN)로 한다.
크롬 질화물 석출 온도(TN)가 낮을수록, 크롬 질화물이 석출하는 온도 영역이 저온측으로 한정된다. 이에 의해, 크롬 질화물의 석출 속도나 석출량이 억제된다. 이로 인해, 열간 압연된 채의 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 상태에서, 클래드재의 내식성이 유지된다.
여기서, 균열 처리 온도를 800 내지 1000℃로 규정하는 이유는, 일반적인 열간 압연의 온도 영역이기 때문이다. 본 실시 형태에서는, 일반적으로 행해지는 열간 압연 중에 크롬 질화물을 석출시키지 않도록 하기 위해서, 균열 처리 온도를 상기 온도 영역으로 규정한다.
또한, 크롬 질화물의 생성 반응이 충분히 평형 상태에 달하는 시간을 고려하여, 균열 처리를 20분간 행한다. 균열 처리의 시간이 20분 미만에서는, 석출량의 변화가 심해, 측정값의 재현성이 얻어지기 어렵다. 균열 처리의 시간이 20분 초과에서는, 측정에 장시간을 필요로 한다. 따라서, 크롬 질화물의 생성 반응을 충분히 평형 상태에 도달시켜서 재현성을 확보하는 관점에서, 균열 처리를 20분 초과하여 행해도 상관없다.
균열 처리 후로부터 수랭을 행할 때까지 장시간을 필요로 하면, 서서히 강재 온도가 저하되어서 크롬 질화물이 석출되어 버린다. 이 경우, 측정해야 할 균열 처리 온도에서의 크롬 질화물의 양과는 다른 값이 얻어져 버린다. 따라서, 균열 처리 후, 5초 이내에 수랭에 제공하는 것으로 한다.
또한, Cr 잔사량이 0.01% 이하가 되는 온도 중, 최저 온도를 크롬 질화물 석출 온도(TN)로 규정하는 이유는, Cr 잔사량 0.01% 이하가 내식성이나 인성에 악영향을 끼치지 않는 석출량인 것을 실험에 의해 확인한 것에 따른다.
열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강재에 대해서, 내식성과 인성을 확보하기 위해서는, TN이 970℃ 이하가 되도록 조성을 조정할 필요가 있는 것이 실험적으로 구해졌다. 따라서, TN이 970℃ 이하가 되도록 성분 조성을 조정할 필요가 있다. TN은, 바람직하게는 930℃ 이하다.
또한, N 함유량을 저하시킴으로써, TN은 저하된다. 그러나 본 실시 형태의 강재에서는, 내식성을 높이기 위하여 N을 0.05% 이상 함유시키고 있으며, 이 경우에 TN을 800℃ 미만으로 하는 것은 곤란하다. 그로 인해, TN의 하한을 800℃로 하는 것이 바람직하다.
또한, TN을 저하시키기 위해서는 N량의 저감이 유효하지만, N량의 극단적인 저하는, 오스테나이트상 비율의 저하와 용접부의 내식성 저하를 초래한다. 이로 인해, 오스테나이트상의 생성 원소인 Ni, Mn, Cu의 함유량과 N 함유량을 적절하게 조정할 필요가 있다.
본 실시 형태의 클래드 강판에서는, 클래드재인 2상 스테인리스강의 크롬 질화물 석출 온도를 특정 온도 이하로 한정하고 있다. 따라서, 클래드 강판의 모재는, 특별히 한정되지 않으며, 보통강(탄소강) 및 스테인리스강을 제외한 합금강을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 1종류 이상을 사용할 수 있다. 모재 강판은, 목적 용도에 따라서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
합금강으로서는, 저합금강, 니켈강, 망간강, 크롬몰리브덴강, 고속도강 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않으며, 보통강에 1종류 이상의 원소가 첨가된 강이면 된다.
(클래드 강판에 관한 제2 실시 형태)
클래드 강판에 관한 제2 실시 형태는, 모재 강판과, 모재 강판의 2개의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 접합된 클래드재의 강판을 구비한다. 클래드재는 2상 스테인리스강을 포함하여 이루어지고, 2상 스테인리스강은 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, N, Al을 함유하고, 또한 V, Nb, Ti로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어진다.
본 발명자들은, 클래드재로서 V, Nb, Ti를 함유하는 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 구비할 경우에는, 종래 지식과 다른 거동을 나타내는 것을 발견하였다.
즉, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강 중에 V, Nb, Ti를 미량 함유시킴으로써, 크롬의 일부가 V, Nb, Ti로 치환된 질화물이 생성되어, 크롬 질화물을 늘리는 것을 알 수 있었다. 이것은, 크롬 질화물 석출 온도를 약간 높이는 것을 의미한다. 일반적인 종래 지식으로부터 보면, 크롬 질화물량이 증가하면 내식성이 악화된다고 생각되었다. 그러나 V, Nb, Ti를 미량으로 함유할 경우에는, 의외로 크롬 질화물의 석출량이 증가해도 내식성이 향상되는 경향을 갖는 것이 명확해졌다.
상기한 바와 같이 V, Nb, Ti를 미량으로 함유시킬 경우에는, 크롬 질화물의 허용량이 증가한다. 그로 인해, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하는 강재에 대해서는, 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 제2 지표로서 크롬 질화물 석출 온도(TN2)를 새롭게 규정한다. 크롬 질화물 석출 온도(TN2)는, 이하에 나타내는 방법에 의해, 실험적으로 구해진다. 크롬 질화물 석출 온도(TN)의 경우와 마찬가지로, 우선 용체화 열처리된 강재에 대하여 800 내지 1000℃로 20분간의 균열 처리를 실시하고, 이어서 5초 이내에 수랭한다. 그리고 실시예에서 상세하게 설명하는 비금속 개재물의 전해 추출 잔사 분석법에 의해, 냉각 후의 강재 중의 크롬 질화물의 석출량(Cr 잔사량)을 구한다. 크롬 질화물 석출 온도(TN)의 경우와는 달리, Cr 잔사량이 0.03% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 크롬 질화물 석출 온도(TN2)로 한다.
또한, 클래드 강판의 제1 실시 형태에서 설명한 크롬 질화물 석출 온도(TN)는, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않는 강재에 있어서의 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표인 것은 물론이다.
클래드 강판의 제2 실시 형태에 있어서는, 이 Cr 질화물량이 완화되어 있으며, TN2가 970℃ 이하이면, 본 발명의 과제를 해결할 수 있다. TN2는, 바람직하게는 930℃ 이하다. 또한, TN2를 실험적으로 구하는 수단, TN2의 하한값, TN2를 감소시키기 위한 방법은, TN과 마찬가지이다. 또한, TN2에 있어서는, Cr 잔사량이 0.03% 이하가 되는 온도 중 최저 온도로 규정한 이유는, 크롬 질화물의 석출량(Cr 잔사량)이 0.03% 이하인 경우, 크롬 질화물의 석출량이 내식성이나 인성에 악영향을 끼치지 않는 것을 실험에 의해 확인한 것에 따른다.
V가 형성하는 질화물, 탄화물은, 열간 가공 및 강재의 냉각 과정에서 생성되어, 내식성을 높이는 작용을 갖는다. 그 이유로서 충분한 확인은 이루어져 있지 않지만, 700℃ 이하에서의 크롬 질화물의 생성 속도를 억제할 가능성이 고려된다. 이 내식성의 개선을 위하여 V를 0.05% 이상 함유시켜도 된다. V 함유량이 0.5%를 초과하면, 조대한 V계 탄질화물이 생성되어, 인성이 열화된다. 그로 인해, V 함유량의 상한을 0.5%로 한정한다. V를 첨가할 경우, V 함유량은, 바람직하게는 0.1 내지 0.3%이다.
Nb가 형성하는 질화물, 탄화물은, 열간 가공 및 강재의 냉각 과정에서 생성되어, 내식성을 높이는 작용을 갖는다. 이 이유로서 충분한 확인은 이루어져 있지 않지만, 700℃ 이하에서의 크롬 질화물의 생성 속도를 억제할 가능성이 고려된다. 이 내식성의 개선을 위하여 Nb를 0.01% 이상 함유시켜도 된다. 한편, 과잉량의 Nb를 첨가하면, 열간 압연 전의 가열 시에 미고용 석출물로서 석출하게 되어 인성을 저해한다. 이로 인해, Nb 함유량의 상한을 0.20%로 정한다. Nb를 첨가할 경우, Nb 함유량은, 바람직하게는 0.03% 내지 0.10%이다.
Ti는, 극미량으로 산화물, 질화물, 황화물을 형성하고, 강의 응고 및 고온 가열 조직의 결정립을 미세화하는 원소이다. 또한 V, Nb와 마찬가지로, Ti는 크롬 질화물의 크롬의 일부를 치환하는 성질도 갖는다. Ti를 0.003% 이상 함유시킴으로써, Ti의 석출물이 형성된다. 한편, Ti를, 0.05%를 초과하여 2상 스테인리스강에 함유시키면, 조대한 TiN이 생성되어 강의 인성을 저해한다. 이로 인해 Ti 함유량의 상한을 0.05%로 정한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.005 내지 0.020%이다.
또한, 클래드 강판의 제2 실시 형태에 있어서, 클래드재의 2상 스테인리스강 중의 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, N, Al의 함유량 및 그 작용 효과, 및 모재 강판은, 클래드 강판의 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
(클래드 강판에 관한 제1, 제2 실시 형태의 바람직한 형태)
클래드재의 내식성을 부가적으로 높이기 위해서, 선택적 원소인 Mo, Cu, W, Co로부터 선택되는 1종류 이상을 더 함유해도 된다.
Mo는, 스테인리스강의 내식성을 부가적으로 높이기 위하여 매우 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 내식성 개선을 위해서는 Mo를 0.2% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편 금속간 화합물의 석출을 촉진하는 원소이며, 열간 압연 시의 석출을 억제하는 관점에서, Mo 함유량의 상한을 1.5%로 한다.
Cu는, 스테인리스강의 산에 대한 내식성을 부가적으로 높이는 원소이며, 또한 인성을 개선하는 작용을 갖는다. 이로 인해 Cu를 0.3% 이상 함유시키는 것이 권장된다. Cu 함유량이 2.0%를 초과하면, 열간 압연 시에 고용도를 초과하여 εCu가 석출되어 취화가 발생한다. 이로 인해, Cu 함유량의 상한을 2.0%로 한다. Cu를 함유시키는 경우, Cu 함유량은, 바람직하게는 0.3 내지 1.5%이다.
W는, Mo와 마찬가지로 스테인리스강의 내식성을 부가적으로 향상시키는 원소이다. 내식성을 높이는 목적을 위해서는, W 함유량의 상한값을 1.0%로 한다. W 함유량은, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%이다.
Co는, 강의 인성과 내식성을 높이기 위하여 유효한 원소이며, 선택적으로 첨가된다. Co 함유량은 0.03% 이상이 바람직하다. Co 함유량이 2.0%를 초과하면, 고가의 원소이므로 비용에 걸맞은 효과가 발휘되지 않는다. 이로 인해, Co 함유량의 상한을 2.0%로 정한다. Co를 첨가할 경우, Co 함유량은, 바람직하게는 0.03 내지 1.0%이다.
열간 가공성의 향상을 도모하기 위해서, 필요에 따라 선택적으로 B, Ca, Mg, REM으로부터 선택되는 1종류 이상을 함유해도 된다.
B, Ca, Mg, REM은, 모두 강의 열간 가공성을 개선하는 원소이며, 그 목적으로 1종류 이상 함유해도 된다. B, Ca, Mg, REM을 지나치게 함유하면, 열간 가공성 및 인성을 저하한다. 이로 인해, B, Ca, Mg, REM의 함유량의 상한을 다음과 같이 정한다.
B 함유량의 상한값과 Ca 함유량의 상한값을 0.0050%로 한다. Mg 함유량의 상한값을 0.0030%로 한다. REM 함유량의 상한값을 0.10%로 한다. 바람직한 함유량은, 각각 B : 0.0005 내지 0.0030%, Ca : 0.0005 내지 0.0030%, Mg : 0.0001 내지 0.0015%, REM : 0.005 내지 0.05%이다. 여기서, REM은 희토류 금속이며, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu로부터 선택되는 1종류 이상이다. REM의 함유량은, 이들 함유량의 총합이다.
(클래드 강판의 제조 방법)
클래드 강판의 제조 방법은, 모재 강판과, 클래드재의 강판을 열간 압연으로 접합하는 공정과, 이어서 냉각하는 공정을 갖는다. 클래드재의 강판은, 상술한 클래드 강판의 제1, 제2 실시 형태에 기재된 클래드재의 2상 스테인리스강의 화학 조성을 갖는다.
우선, 소정 두께의 모재와 클래드재의 접합면(주면)을 청소하여 포갠다. 그리고 접합면의 주위를 용접에 의해 접합하고, 모재와 클래드재를 포함하여 이루어지는 슬래브(강편)를 조립한다. 또한, 접합 강도를 높이기 위하여 진공 탈가스, 접합면에 대한 인서트재의 삽입 등이 적절히 실시된다. 이 슬래브에 통상의 열간 압연을 실시하여 모재와 클래드재의 접합면의 전체면을 접합해 클래드 강판이 제조된다.
열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)는, 모재의 강도를 지배하고, TF가 저하될수록 높은 강도가 얻어진다. 또한, TF가 지나치게 저하되면, 열간 압연 중에 클래드재 중의 크롬 질화물의 석출량이 증가하여, 내식성을 손상시키게 된다.
본 발명자들의 실험에 있어서, TF가 크롬 질화물 석출 온도보다 100℃를 초과하여 하회하면, 내식성의 저하가 한도를 초과하게 되었다. 이로 인해, TF의 하한을 {(크롬 질화물 석출 온도)-100}(℃)로 정한다.
즉, 클래드재에 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (1)식을 만족하도록 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정한다. 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (2)식을 만족하도록 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정한다.
TF≥TN-100 … (1)
TF≥TN2-100 … (2)
또한, TF의 상한에 대하여 특별히 정하지 않는다. 그러나 모재의 인성을 얻기 위해서는, TF의 상한을 960℃ 정도로 할 필요가 있다. TF의 상한 온도는, 모재의 조성에 의해 어느 정도 좌우된다.
TF로부터 600℃까지의 온도 영역의 냉각 시에는, 크롬 질화물의 석출이 진행된다. 이 석출을 억제하기 위해서는, 강재를 빠르게 냉각할 필요가 있다. 크롬 질화물의 석출 속도는, 크롬 질화물 석출 온도가 높은 강종일수록 커진다. 크롬 질화물 석출 온도를 970℃ 이하로 제한한 본 실시 형태에 있어서, TF로부터 600℃까지의 냉각 시간이 5분을 초과하면, 크롬 질화물의 석출량이 증가되어, 내식성을 손상시키게 된다. 이로 인해, TF로부터 600℃까지의 냉각 시간을 5분 이하로 정한다.
본 실시 형태에 따른 클래드 강판의 제조 방법에 있어서, 열간 압연 종료 후의 가속 냉각의 바람직한 형태를 이하에 나타낸다.
열간 압연 종료 후의 가속 냉각은, 압연 종료 후의 클래드재 중에 대한 크롬 질화물 석출을 억제하기 위하여 실시한다. 열간 압연 후의 2상 스테인리스강재 중으로의 석출은 과냉각 상태에서 진행하지만, 600 내지 800℃의 온도 범위에서 석출 속도가 극대값을 나타낸다. 그 극대값은, 크롬 질화물 석출 온도로부터의 과냉각도에 따라서 증가한다. 이로 인해, 마무리 압연 후 신속하게 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 판 두께가 20㎜를 초과할 경우, 가속 냉각을 실시하는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 실험 결과를 기초로 하여, 그 가속 냉각 개시 온도(TC)를 {(크롬 질화물 석출 온도)-250}(℃) 이상으로 하는 것이 바람직하다.
즉, 클래드재가, 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (3)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시한다. 클래드재가, 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (4)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시한다.
TC≥TN-250(단, TF≥TC) … (3)
TC≥TN2-250(단, TF≥TC) … (4)
또한, {(크롬 질화물 석출 온도)-150}(℃)로부터 크롬 질화물 석출 온도까지의 범위에서 TC를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 이 가속 냉각은, 동시에 모재의 강도를 높이는 작용도 갖는다.
또한, 가속 냉각의 매체는 물 또는 기수 혼합(기체 및 물의 혼합)으로 행하는 것이 설비 비용의 관점에서 합리적이다.
<실시예>
이하에 실시예에 대하여 기재한다.
(제1 실시예)
표 1 및 표 2(표 1의 연속)에 시험용 강의 화학 조성을 나타낸다.
또한, 표 1, 2에 나타낸 화학 조성에 있어서, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물이다. REM은 란타노이드계 희토류 원소를 의미하고, REM의 함유량은 그들 원소의 합계를 나타내고 있다. 또한, O는 불가피적 불순물이다.
표 중의 크롬 질화물 석출 온도(TN, TN2)는, 이하의 순서에 의해 구하였다.
(1) 10㎜ 두께의 시험용 강을 후술하는 조건으로 용체화 열처리한다.
(2) 800 내지 1000℃의 임의의 온도로 20분간 균열 처리를 행하고, 그 후 5초 이내에 수랭을 행한다.
(3) 냉각 후의 시험용 강의 표층을 #500의 에머리 페이퍼에 의해 습식 연마한다.
(4) 3g의 시료를 분취하고, 비수용액(3% 말레산＋1% 테트라메틸암모늄 클로라이드＋잔량부 메탄올) 중에서 전해(100mV 정전압)하여 매트릭스를 용해한다.
(5) 0.2㎛ 구멍 지름의 필터로 잔사(=석출물)를 여과하고, 석출물을 추출한다.
(6) 잔사의 화학 조성을 분석하고, 그 크롬 함유량을 구한다. 이 잔사 중의 크롬 함유량을 크롬 질화물의 석출량의 지표로 한다.
(7) 상기 (2)의 균열 처리의 온도를 여러 가지 변화시켜서 시료를 제작하고, 전해 후의 잔사 중의 크롬 함유량을 측정한다. 잔사 중의 크롬 함유량이 0.01% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 TN으로 한다. 또한, V, Ti, Nb 중 어느 1종류 이상을 함유할 경우에는, 크롬 함유량이 0.03% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 TN2로 한다.
두께가 140㎜인 강편을 열간 압연의 소재로 하였다.
이하의 순서로 열간 압연을 행하였다. 1150 내지 1250℃의 소정 온도로 가열하고, 계속해서 실험실의 2단 압연기에 의해, 압하를 반복하였다. 780 내지 1080℃로 최종 마무리 압연을 실시하고, 최종 판 두께가 6 내지 35㎜가 되도록 압연하였다.
이 열연 강재를 절반으로 나누어, 한쪽의 강재에 용체화 열처리를 실시하였다. 용체화 열처리는 이하의 순서로 행하였다. 우선 1000℃로 설정한 열처리로에 강재를 삽입하고, 열처리로 내에서 강재를 5분간(균열 시간) 가열하였다. 계속해서, 강재를 추출하고(취출하고), 그 후, 상온까지 수랭을 실시하였다.
열연 강재의 인장 시험은, 이하의 순서로 행하였다. 판 두께가 6㎜인 재료에 대해서는, ASTM13B 형상의 판 형상 시험편을 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 채취하였다. 판 두께가 10㎜인 재료에 대해서는, 평행부가 8㎜ 지름인 환봉 인장 시험편을 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 채취하였다. 판 두께가 20, 30, 또는 35㎜인 재료에 대해서는, 10㎜ 지름의 환봉 인장 시험편을 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 채취하였다. 또한, 판 두께 30 또는 35㎜의 재료에 대해서는, 판 두께 1/4부를 중심으로 하여 채취하였다. 용체화 열처리를 실시 전후에서의 항복 강도차를 표 3, 4에 나타냈다.
열연 강재의 공식 전위 측정은, 이하의 순서로 행하였다. 용체화 열처리를 실시하기 전의 강재 및 용체화 열처리를 실시한 후의 강재에 대해서, 강재의 표피(표층) 아래 1㎜의 면에 대하여 JIS G0577에 정해진 방법에 의해 전류 밀도가 100μA/㎠에 대응하는 전위(VC'100)를 4회 측정하고, 평균값을 구하였다. 용체화 열처리를 실시하기 전의 강재의 전위(VC'100)의 평균값과, 용체화 열처리를 실시한 후의 강재의 전위(VC'100)의 평균값의 차를 표 3, 4에 나타냈다.
열연 강재의 충격 인성은, 이하의 순서로 행하였다. 2㎜V 기계 가공 노치를 압연 방향으로 가공한 JIS4호 샤르피 시험편을 각 3개 채취하였다. 또한, 파면이 압연 방향으로 평행하게 전파되도록 시험편을 채취하였다.
판 두께 6㎜의 강재는, 1/2 크기의 샤르피 시험편에 의해 평가하였다. 판 두께 10㎜의 강재는, 3/4 크기의 샤르피 시험편에 의해 평가하였다. 판 두께 20㎜의 강재는, 판 두께 중앙부의 풀 사이즈의 샤르피 시험편에 의해 평가하였다. 판 두께 30㎜ 및 35㎜의 강재는, 판 두께 1/4부를 중심으로 하여 채취한 풀 사이즈의 샤르피 시험편에 의해 평가하였다.
시험 온도를 -20℃로 하고, 최대 에너지 500J 사양의 시험기에 의해 충격 시험을 각 3개의 샤르피 시험편에 대하여 실시하였다. 표 3, 4에, 3개의 충격값의 평균값(J/㎠)의 결과를 나타냈다.
표 1, 2에 나타낸 강을, TF(열간 압연 최종 마무리 온도)를 930℃로 하여 판 두께 10㎜로 마무리 압연하고, 계속해서 공랭하여 열연 강재를 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 열연 강재의 특성을 표 3의 실시예에 나타낸다. 또한, 표 3의 항목 "조성"에 있어서, 부호 α는 모든 원소의 함유량이, 실시 형태에서 규정된 범위를 만족하는 강재인 것을 나타낸다. 부호 β는, 어느 하나의 원소의 함유량이, 실시 형태에서 규정된 범위를 만족하지 않는 강재인 것을 나타낸다.
표 3의 실시예의 제조 조건 및 측정 조건의 상세를 이하에 나타낸다.
판 두께 : 10㎜, 압연 마무리 온도(TF) : 930℃, 열간 압연 후의 냉각 수단 : 공랭.
용체화 열처리 조건 : 1000℃로 5분간 가열(균열)하고, 계속해서 수랭을 행하였다.
항복 강도차 : 평행부가 8㎜ 지름의 환봉 인장 시험편을 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 채취하였다. 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 강재 0.2% 내력과, 용체화 열처리가 실시된 강재의 0.2% 내력과의 차를 구하였다.
공식 전위차 : 농도가 1kM/㎥인 NaCl 수용액(1리터 중에 NaCl을 약 59g 함유하는 수용액) 중에 있어서, 30℃에서 전류 밀도가 100μA/㎠에 대응하는 전위(VC'100)를 4회 측정하여, 평균값을 구하였다. 용체화 열처리를 실시하기 전의 강재 전위의 평균값과, 용체화 열처리를 실시한 후의 강재 전위의 평균값의 차를 구하였다.
충격 특성 : 3/4 크기의 샤르피 시험편을 제작하고, 2㎜V 기계 가공 노치를 압연 방향으로 가공하였다. 계속해서, 각 3개의 샤르피 시험편에 대하여 -20℃에서의 충격값을 측정하여, 평균값을 구하였다.
표 3의 실시예에 있어서, 크롬 질화물 석출 온도가 960℃ 이하인 강재는, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 상태에서, 용체화 열처리재와의 강도차가 50MPa 이상이며, 공식 전위가 0.05V 이하의 저하량에 머문다. 또한 -20℃에서의 충격값이 50J/㎠ 이상을 나타낸다. 이와 같이 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제1, 제2 실시 형태는, 강도, 내식성, 충격 특성이 우수한 것이 명확하다.
표 1, 2에 나타낸 강의 일부를 사용하여, 다양한 열간 압연 조건으로 6 내지 35㎜의 판 두께의 열연 강재를 제조하였다. 이렇게 해서 얻어진 열연 강재의 강도, 내식성, 충격 특성을 평가한 결과를 표 4의 실시예에 나타낸다. 또한, 표 4에 있어서, TC는 가속 냉각의 개시 온도를 나타낸다.
본 발명의 예에서는, 용체화 열처리재와의 강도차가 50MPa 이상이며, 공식 전위가 0.05V 이하의 저하량에 머문다. 또한 -20℃에서의 충격값이 50J/㎠ 이상을 나타낸다. 이와 같이 본 실시 형태에 개시된 조건으로 제조된 본 발명의 예의 열연 강재는, 강도, 내식성, 충격 특성이 우수한 것이 명확하다.
또한, 제1-42 비교예에서는, TF가 용체화 처리 온도를 초과하는 매우 높은 온도였다. 이로 인해 강도가 낮아 원하는 강도에 도달하고 있지 않다.
이상의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시 형태에 의해, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 고강도 2상 스테인리스 열연 강재가 얻어지는 것이 명확해졌다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
(제2 실시예)
표 5 및 표 6(표 5의 연속)에 클래드재의 화학 조성을 나타낸다.
또한, 표 5, 6에 나타낸 화학 조성에 있어서, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물이다. REM은 란타노이드계 희토류 원소를 의미하고, REM의 함유량은 그들 원소의 합계를 나타내고 있다. 또한, O는 불가피적 불순물이다.
표 중의 크롬 질화물 석출 온도(TN, TN2)는, 이하의 순서로 구하였다.
(1) 10㎜ 두께의 시험용 강을 후술하는 조건으로 용체화 열처리한다.
(2) 800 내지 1000℃의 임의의 온도로 20분간 균열 처리를 행하고, 그 후 5초 이내에 수랭을 행한다.
(3) 냉각 후의 시험용 강의 표층을 #500의 에머리 페이퍼에 의해 습식 연마한다.
(4) 3g의 시료를 분취하고, 비수용액(3% 말레산＋1% 테트라메틸암모늄 클로라이드＋잔량부 메탄올) 중에서 전해(100mV 정전압)하여 매트릭스를 용해한다.
(5) 0.2㎛ 구멍 지름의 필터로 잔사(=석출물)를 여과하여, 석출물을 추출한다.
(6) 잔사의 화학 조성을 분석하고, 그 크롬 함유량을 구한다. 이 잔사 중의 크롬 함유량을 크롬 질화물의 석출량의 지표로 한다.
(7) 상기 (2)의 균열 처리의 온도를 다양하게 변화시켜서 시료를 제작하고, 전해 후의 잔사 중의 크롬 함유량을 측정한다. 잔사 중의 크롬 함유량이 0.01% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 TN으로 한다. 또한, V, Ti, Nb 중 어느 1종류 이상을 함유할 경우에는, 크롬 함유량이 0.03% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 TN2로 한다.
클래드 강판은, 이하의 방법에 의해 제작하였다. 표 5, 6에 나타낸 화학 조성의 2상 스테인리스강을 클래드재로서 사용하였다. 모재로서, C : 0.16%, Si : 0.21%, Mn : 0.63%, P : 0.018%, S : 0.006%, Ni : 0.01%, Cr : 0.04%, Cu : 0.02%, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물의 조성을 갖는 소정 두께의 SS400 강을 사용하였다. 모재와 클래드재의 접합면(주면)을 포개어, 접합면 주위를 용접에 의해 접합하고, 두께 130㎜의 슬래브(강편)를 조립하였다. 이 슬래브를 열간 압연용의 소재로서 사용하였다.
열간 압연을 이하의 방법에 의해 행하였다. 클래드재측을 하면으로 하여 1150 내지 1220℃의 소정의 온도로 가열하였다. 계속해서, 실험실의 2단 압연기에 의해 열간 압연을 행하고, 클래드 강판을 제작하였다. 열간 압연에서는, 10 내지 15회의 압하를 반복하고, 최종 판 두께가 10 내지 35㎜가 되도록 760 내지 1000℃로 마무리 압연을 실시하였다. 그리고 강판을 냉각 베드로 이송하여, 방랭 또는 수랭을 행하였다. 이와 같이 하여 클래드재의 두께가 3㎜인 압연 클래드 강판을 얻었다. 그리고 이 강판의 일부에 대하여 1000℃로 용체화 열처리를 실시하고, 공식 전위 측정용 시료를 제작하였다.
클래드재의 공식 전위 측정은, 이하의 순서로 행하였다. 용체화 열처리를 실시하기 전의 강재(클래드재) 및 용체화 열처리를 실시한 후의 강재(클래드재)에 대해서, 강재의 표피(표층) 아래 1㎜의 면에 대하여 JIS G0577에 정해진 방법에 의해 전류 밀도가 100μA/㎠에 대응하는 전위(VC'100)를 4회 측정하여, 평균값을 구하였다. 용체화 열처리를 실시하기 전의 클래드재의 전위(VC'100)의 평균값과, 용체화 열처리를 실시한 후의 클래드재의 전위(VC'100)의 평균값의 차를 표 7, 8에 나타냈다.
클래드 강판의 인장 시험은, 이하의 순서로 행하였다. JIS Z2201의 1A호 시험편(인장 시험편)을 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 채취하였다. 이 인장 시험편은, 클래드 강판의 주면을 연삭하지 않고 판 형상의 형상으로 가공된 시험편이다. JIS Z2241을 따라서 인장 강도를 측정하였다. 각 3개의 시험편에 대하여 상온에서 인장 시험을 실시하였다. 표 7, 8에 3개의 인장 강도의 평균값(MPa)의 결과를 나타냈다.
클래드 강판의 충격 인성은, 이하의 순서로 행하였다. 2㎜V 기계 가공 노치를 압연 방향으로 가공한 JIS4호 샤르피 시험편을 모재로부터 채취하였다. 또한, 파면이 압연 방향으로 평행하게 전파되도록 시험편을 채취하였다.
판 두께 10㎜의 재료(클래드 강판)에 대해서는, 평행부가 5㎜ 폭의 서브 사이즈의 충격 시험편을 모재로부터 채취하였다. 판 두께 15㎜의 재료(클래드 강판)에 대해서는, 10㎜ 폭의 풀 사이즈의 충격 시험편을 모재로부터 채취하였다. 판 두께 25㎜의 재료(클래드 강판)에 대해서는, 판 두께 중심으로부터 10㎜ 폭의 풀 사이즈의 충격 시험편을 모재로부터 채취하였다. 판 두께 35㎜의 재료(클래드 강판)에 대해서는, 모재측의 판 두께 1/4부를 중심으로 하여 10㎜ 폭의 풀 사이즈의 충격 시험편을 모재로부터 채취하였다.
JIS G2242의 방법에 따라서 각 3개의 샤르피 시험편에 대하여 충격 시험을 실시하였다. 시험 온도를 -20℃로 하고, 최대 에너지 500J 사양의 시험기에 의해, 각 3개의 샤르피 시험편에 대하여 충격 시험을 실시하였다. 표 7, 8에 각 3개의 충격값의 평균값(J/㎠)의 결과를 나타냈다.
표 5, 6에 나타낸 강을 클래드재로서 사용하고, TF(열간 압연 최종 마무리 온도)를 900℃로 하여 판 두께 10㎜로 마무리 압연하고, 계속해서 공랭하여 클래드 강판을 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 클래드 강판의 특성을 표 7의 실시예에 나타낸다. 또한, 표 7의 항목 "조성"에 있어서, 부호 α는, 모든 원소의 함유량이, 실시 형태에서 규정된 범위를 만족하는 강재인 것을 나타낸다. 부호 β는, 어느 하나의 원소의 함유량이, 실시 형태에서 규정된 범위를 만족하지 않는 강재인 것을 나타낸다.
표 7의 실시예의 제조 조건 및 측정 조건의 상세, 및 인장 강도 및 충격 특성의 평가 결과를 이하에 나타낸다.
판 두께 : 10㎜, 압연 마무리 온도(TF) : 930℃, 열간 압연 후의 냉각 수단 : 공랭.
용체화 열처리 조건 : 1000℃로 5분간 가열(균열)하고, 계속해서 수랭을 행하였다.
클래드재의 공식 전위차 : 농도가 1kM/㎥인 NaCl 수용액(1리터 중에 NaCl을 약 59g 함유하는 수용액) 중에 있어서, 30℃에서 전류 밀도가 100μA/㎠에 대응하는 전위(VC'100)를 4회 측정하여, 평균값을 구하였다. 용체화 열처리를 실시하기 전의 클래드재의 전위 평균값과, 용체화 열처리를 실시한 후의 클래드재의 전위 평균값의 차를 구하였다.
모재의 인장 강도 : 두께 6㎜의 판 형상의 인장 시험편을 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 채취하였다. 그리고 JIS Z2241을 따라, 3개의 시험편에 대하여 상온에서 인장 강도를 측정하여, 평균값을 구하였다. 그 결과, 어떠한 실시예도, 인장 강도는 470 내지 490MPa였다.
모재의 충격 특성 : 1/2 크기의 샤르피 시험편을 제작하고, 2㎜V 기계 가공 노치를 압연 방향으로 가공하였다. 계속해서, 각 3개의 샤르피 시험편에 대하여 -20℃에서의 충격값을 측정하여, 평균값을 구하였다. 그 결과, 어떠한 실시예도, 충격 특성은 40 내지 60J/㎠였다.
표 7의 실시예에 있어서, 크롬 질화물 석출 온도가 970℃ 이하인 강재를 클래드재로서 구비하는 클래드 강판은, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 상태에서, 공식 전위차가 0.10V 미만인 저하량에 머문다. 또한, 모재의 인장 강도는, 모두 470 내지 490MPa이며, -20℃에서의 충격값은 40 내지 60J/㎠였다. 이와 같이 클래드 강판의 제1, 제2 실시 형태는, 클래드재의 내식성, 모재의 강도와 충격 특성이 우수한 것이 명확하다.
표 5, 6에 나타낸 클래드재의 일부를 이용하여, 다양한 열간 압연 조건에 의해 10 내지 35㎜의 판 두께의 클래드 강판을 제조하였다. 이렇게 해서 얻어진 클래드 강판의 내식성, 강도·충격 특성을 평가한 결과를 표 8의 실시예에 나타낸다. 또한, 표 8에 있어서, TC는 가속 냉각의 개시 온도를 나타낸다.
본 발명의 예에서는, 클래드재와 용체화 열처리재의 공식 전위차가 0.10V 미만의 저하량에 머문다. 또한, 모재의 인장 강도가 400MPa 이상이며, 또한 -20℃에서의 충격값이 40J/㎠ 이상이다. 이와 같이 본 실시 형태에 개시한 조건으로 제조된 본 발명예의 클래드 강판은, 내식성, 강도·충격 특성이 우수한 것이 명확하다.
또한, 제2-42 비교예에서는, TF가 1000℃의 매우 고온이었다. 이로 인해 모재의 충격값이 낮아 원하는 충격 특성에 도달하고 있지 않다.
이상의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시 형태에 의해, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스강을 클래드재로서 구비하고, 용체화 열처리가 실시되지 않아 저렴한 클래드 강판이 얻어지는 것이 명확해졌다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
<산업상 이용가능성>
본 발명에 의해, 강도가 높고 합금 원소 절감형의 경제적인 고강도 2상 스테인리스 열연 강재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, 내식성과 인성이 양호한 합금 원소 절감형의 경제적인 클래드 강판을 제공할 수 있다. 본 발명의 2상 스테인리스 열연 강재 및 클래드 강판은, 해수 담수화 기기, 수송선의 탱크류, 각종 용기 등으로서 사용할 수 있으므로, 본 발명은 산업에 매우 크게 기여할 수 있다.

Claims (12)

  1. 질량%로,
    C : 0.03% 이하,
    Si : 0.05 내지 1.0%,
    Mn : 0.5 내지 7.0%,
    P : 0.05% 이하,
    S : 0.010% 이하,
    Ni : 0.1 내지 5.0%,
    Cr : 18.0 내지 25.0%,
    N : 0.05 내지 0.30% 및
    Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고,
    열간 압연에 의해 제조되어,
    상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 960℃ 이하이며,
    용체화 열처리를 실시한 열연 강재보다도 항복 강도가 50MPa 이상 높고,
    상기 열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
  2. 질량%로,
    C : 0.03% 이하,
    Si : 0.05 내지 1.0%,
    Mn : 0.5 내지 7.0%,
    P : 0.05% 이하,
    S : 0.010% 이하,
    Ni : 0.1 내지 5.0%,
    Cr : 18.0 내지 25.0%,
    N : 0.05 내지 0.30% 및
    Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고,
    또한,
    V : 0.05 내지 0.5%,
    Nb : 0.01 내지 0.20% 및
    Ti : 0.003 내지 0.05%로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고,
    열간 압연에 의해 제조되어,
    상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 제2 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN2)가 960℃ 이하이며,
    용체화 열처리를 실시한 열연 강재보다도 항복 강도가 50MPa 이상 높고,
    상기 열간 압연된 상태이며, 용체화 열처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 또한
    Mo : 1.5% 이하,
    Cu : 2.0% 이하,
    W : 1.0% 이하 및
    Co : 2.0% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 또한
    B : 0.0050% 이하,
    Ca : 0.0050% 이하,
    Mg : 0.0030% 이하 및
    REM : 0.10% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 강편을 열간 압연하고, 계속해서 냉각하고,
    선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (1)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고, 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (2)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고,
    상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법.
    TF≥TN-30 … (1)
    TF≥TN2-30 … (2)
  6. 제5항에 있어서, 판 두께가 20㎜ 초과이며,
    상기 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (3)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (4)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 이에 의해, 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 합금 원소 절감형 2상 스테인리스 열연 강재의 제조 방법.
    TN-200≤TC≤TN＋50(단, TF≥TC) … (3)
    TN2-200≤TC≤TN2＋50(단, TF≥TC) … (4)
  7. 모재 강판과, 상기 모재 강판의 2개의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 열간 압연에 의해 접합된 클래드재의 강판을 구비하고,
    상기 클래드재가 2상 스테인리스강을 포함하여 이루어지고,
    상기 2상 스테인리스강이,
    질량%로,
    C : 0.03% 이하,
    Si : 0.05 내지 1.0%,
    Mn : 0.5 내지 7.0%,
    P : 0.05% 이하,
    S : 0.010% 이하,
    Ni : 0.1 내지 5.0%,
    Cr : 18.0 내지 25.0%,
    N : 0.05 내지 0.30% 및
    Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고,
    상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 800 내지 970℃인 것을 특징으로 하는, 클래드 강판.
  8. 모재 강판과, 상기 모재 강판의 2개의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 열간 압연에 의해 접합된 클래드재의 강판을 구비하고,
    상기 클래드재가 2상 스테인리스강을 포함하여 이루어지고,
    상기 2상 스테인리스강이,
    질량%로,
    C : 0.03% 이하,
    Si : 0.05 내지 1.0%,
    Mn : 0.5 내지 7.0%,
    P : 0.05% 이하,
    S : 0.010% 이하,
    Ni : 0.1 내지 5.0%,
    Cr : 18.0 내지 25.0%,
    N : 0.05 내지 0.30% 및
    Al : 0.001 내지 0.05%를 함유하고,
    또한,
    V : 0.05 내지 0.5%,
    Nb : 0.01 내지 0.20% 및
    Ti : 0.003 내지 0.05%로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고,
    상기 열간 압연 중에 있어서의 크롬 질화물의 석출에 관한 제2 지표가 되는 크롬 질화물 석출 온도(TN2)가 800 내지 970℃인 것을 특징으로 하는, 클래드 강판.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 2상 스테인리스강이, 또한
    Mo : 1.5% 이하,
    Cu : 2.0% 이하,
    W : 1.0% 이하 및
    Co : 2.0% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 클래드 강판.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2상 스테인리스강이, 또한
    B : 0.0050% 이하,
    Ca : 0.0050% 이하,
    Mg : 0.0030% 이하 및
    REM : 0.10% 이하로부터 선택되는 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 클래드 강판.
  11. 모재 강판과, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 화학 성분을 갖는 클래드재의 강판을 열간 압연으로 접합하고, 계속해서 냉각하고,
    상기 클래드재가 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 하기 (1)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고, 상기 클래드재가 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 하기 (2)식을 만족하도록 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)를 조정하고,
    상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 클래드 강판의 제조 방법.
    TF≥TN-100 … (1)
    TF≥TN2-100 … (2)
  12. 제11항에 있어서, 상기 클래드재가 상기 선택적 성분인 V, Nb, Ti를 함유하지 않을 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (3)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 상기 클래드재가 상기 선택적 성분을 함유할 경우, 상기 열간 압연의 종료 후에 하기 (4)식을 만족하는 가속 냉각 개시 온도(TC)로부터 가속 냉각을 개시하고, 이에 의해, 상기 열간 압연의 최종 마무리 압연 패스의 입구측 온도(TF)로부터 600℃까지의 온도 영역을 5분 이하의 시간으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 2상 스테인리스강을 클래드재로 하는 클래드 강판의 제조 방법.
    TC≥TN-250(단, TF≥TC) … (3)
    TC≥TN2-250(단, TF≥TC) … (4)
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