KR20130133030A

KR20130133030A - 2상 스테인리스강

Info

Publication number: KR20130133030A
Application number: KR1020137026245A
Authority: KR
Inventors: 신노스케 구리하라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-12-05
Also published as: JP5088455B2; SG193359A1; CN103429776B; US9512509B2; US20140003989A1; BR112013022812B1; JPWO2012121232A1; CA2828195A1; BR112013022812A2; EP2684974A1; EP2684974B1; WO2012121232A1; CA2828195C; ES2632008T3; KR101539520B1; CN103429776A; EP2684974A4

Abstract

질량%로, C：0.03% 이하, Si：0.3% 이하, Mn：3.0% 이하, P：0.040% 이하, S：0.008% 이하, Cu：0.2~2.0%, Ni：5.0~6.5%, Cr：23.0~27.0%, Mo：2.5~3.5%, W：1.5~4.0% 및 N：0.24~0.40%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며, σ상 감수성 지수 X(=2.2Si＋0.5Cu＋2.0Ni＋Cr＋4.2Mo＋0.2W)가 52.0 이하이고, 강도 지수 Y(=Cr＋1.5Mo＋10N＋3.5W)가 40.5 이상이며, 내공식성 지수 PREW(=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N)가 40 이상인 2상 스테인리스강. 이 2상 스테인리스강은, 내식성 및 내취화 균열성이 뛰어나다.

Description

2상 스테인리스강{DUPLEX STAINLESS STEEL SHEET}

본 발명은, 페라이트상과 오스테나이트상으로 이루어지는 2상 스테인리스강에 관한 것이다.

2상 스테인리스강은, 내식성 및 용접성이 뛰어나고, 페라이트계 스테인리스강 또는 오스테나이트계 스테인리스강에 비해, 특히, 내(耐)해수 부식성 및 강도가 뛰어나다. 따라서, 재료의 박육화(薄肉化)를 용이하게 행할 수 있고, 경제성을 가지는 공업 재료로서 옛부터 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 고Cr－고Mo 2상 스테인리스강은, 뛰어난 내식성 및 강도를 가지기 때문에, 라인 파이프, 열교환기용 부품, 석유·화학 공업용의 프로세스 강관·배관, 유정관 등, 여러가지 분야에 적용되고 있다. 최근, 유정용의 엄빌리컬 튜브 등에서는, 유정의 심해화 및 재료의 박육화에 수반하여 더욱 고강도 재료가 요구된다. 그러나, 2상 스테인리스강 중의 Cr 및 Mo의 함유량이 높을수록, 800~1000℃ 정도의 온도역에 있어서 단단하며 취약한 금속간 화합물(σ상, χ상)이 석출되기 쉬워진다. 이는, 하기의 이유에 의한다.

즉, 2상 스테인리스강의 중실 빌릿은, 강괴를 열간 단조 또는 열간 압연하여 얻은 장척(長尺)의 강편을 방랭한 후, 이 강편에 절단, 절삭 등의 기계 가공이 실시되어 제조된다. 고Cr－고Mo 2상 스테인리스강은, 특히 방랭시에 σ상이 석출되어, 소재가 현저하게 경화되기 때문에, 균열이 발생하기 쉽고, 각종의 가공시에 절단 및 절삭이 어려워진다. 따라서, 극력 σ상의 석출을 억제하는 것이 제조상 바람직하고, 종래, Cr 및 Mo의 함유량의 저감, 열처리 조건의 변경, 냉각 조건의 변경 등 여러가지 제안이 이루어져 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 조직 안정 지수 PSI(=3Si＋Cr＋3.3Mo)를 40 이하로 한 2상 스테인리스강이 제안되어 있다. 특허 문헌 1에서는, 2상 스테인리스강의 통상의 열간 가공시의 가열 조건, 열처리 조건 및 용접 조건에서 σ상 등이 생성되지 않는다고 되어 있다.

특허 문헌 2에서는, 2상 스테인리스강을 1110℃ 이상으로 가열한 후, 열간 가공을 실시해 이음매 없는 강관을 제조하는 방법에 있어서, 최종 압연 종료 후에 800＋5Cr＋25Mo＋15W≤T(℃)≤1150을 만족하는 온도 범위까지 재가열한 후, 급랭 처리하는 2상 스테인리스강의 제조 방법이 제안되어 있다. 특허 문헌 2에서는, σ상의 석출없이, 뛰어난 내식성을 가지며, 또한 고강도 2상 스테인리스 강관을 제조할 수 있다고 되어 있다.

특허 문헌 3에서는, 페라이트량 및 PRE값을 소정 범위로 한 2상 스테인리스강이 제안되어 있다. 특허 문헌 3에서는, 이에 의해, 내해수성이 뛰어난 2상 스테인리스강이 얻어진다고 보고 있다. 특허 문헌 4에서는, Mo함유량을 저감시켜 σ상의 생성을 억제하고, 페라이트량 및 PREW값을 소정 범위로 한 2상 스테인리스강이 제안되어 있다. 특허 문헌 4에서는, 이에 의해, 온간 가공성, 내간극 부식성 및 조직 안정성이 뛰어난 2상 스테인리스강이 얻어진다고 보고 있다.

특허 문헌 5 및 6에서는, 페라이트량 및 오스테나이트상과 페라이트상 각각의 PREW값 및 비를 소정 범위로 한 2상 스테인리스강이 제안되어 있다. 특허 문헌 5 및 6에서는 모두, 이에 의해, 내식성 및 조직 안정성이 양호한 2상 스테인리스강이 얻어진다고 보고 있다.

일본국 특허 공개평 5－132741호 공보 일본국 특허 공개평 9－241746호 공보 일본국 특허 공표 2002－529599호 공보 일본국 특허 공표 2003－503596호 공보 일본국 특허 공표 2005－501969호 공보 일본국 특허 공표 2005－501970호 공보

이와 같이, 내식성 향상 원소인 Cr 및 Mo의 함유량을 저감시키면, 2상 스테인리스강로서의 내식성 및 강도를 해친다. 한편, Cr 및 Mo함유량을 높인 강에서는, 열간 단조 또는 열간 압연 후의 냉각시, 용접시, 열간 굽힘 가공시 등에, σ상이 석출되기 쉽다. 그 경향은, 특히 빌릿 등의 대형 강재에 있어서 현저해진다. 이로 인해, 종래 기술과 같은 강의 화학 조성, 조직 상태, 더욱이 열처리 조건 등을 관리하는 것만으로는 σ상의 석출을 억제할 수 없다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 2상 스테인리스강으로서의 내식성을 해치는 일 없이, 고강도화 할 수 있고, σ상 석출을 억제함으로써, 빌릿 방랭시 또는 용접시 등의 열이력에 의한 균열을 억제할 수 있으며, 게다가 각종 가공 공정에 있어서 뛰어난 절삭성을 발휘하는 2상 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 각 원소의 σ상 감수성에 미치는 영향, 즉, 각종의 2상 스테인리스강에 대해 빌릿 방랭시 및 용접시의 열이력을 모의한 시효 처리(900℃×600초) 후의 충격값을 조사하여, σ상 노즈와 빌릿 방랭시의 냉각 곡선에 대해 열심히 검토를 거듭했다. 그 결과, σ상 감수성에 영향을 주는 원소인 Si, Cu, Ni, Cr, Mo 및 W에 의해 종합적으로 표시되는 σ상 감수성 지수 X가 소정의 조건을 만족하도록 성분 조정하는 것이 유효한 것을 찾아냈다.

본 발명자들은, 또, 각 원소의 강도에 미치는 영향을 검토한 결과, 고강도화에 기여하는 원소인 Cr, Mo, W 및 N에 의해 표시되는 강도 지수 Y가 소정의 조건을 만족하도록 성분 조정하는 것이 유효한 것을 찾아냈다. 상기 지수 X와 Y의 소정의 조건을 동시에 만족함으로써 σ상 석출을 억제한 고강도 2상 스테인리스강을 제공할 수 있다.

본 발명은, 이러한 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 하기의 (a) 및 (b)의 2상 스테인리스강을 요지로 하고 있다.

(a) 질량%로, C：0.03% 이하, Si：0.3% 이하, Mn：3.0% 이하, P：0.040% 이하, S：0.008% 이하, Cu：0.2~2.0%, Ni：5.0~6.5%, Cr：23.0~27.0%, Mo：2.5~3.5%, W：1.5~4.0% 및 N：0.24~0.40%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며,

하기 (1)식으로 표시되는 σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하이고,

하기 (2)식으로 표시되는 강도 지수 Y가 40.5 이상이며, 또한

하기 (3)식으로 표시되는 내공식성 지수 PREW가 40 이상인 2상 스테인리스강.

X=2.2Si＋0.5Cu＋2.0Ni＋Cr＋4.2Mo＋0.2W···(1)

Y=Cr＋1.5Mo＋10N＋3.5W···(2)

PREW=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N···(3)

단, (1)식, (2)식 및 (3)식 중의 각 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

(b) Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, Ca：0.02% 이하, Mg：0.02% 이하, B：0.02% 이하 및 희토류 원소：0.2% 이하로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 상기 (a)의 2상 스테인리스강.

본 발명에 의하면, σ상의 석출이 억제되므로, 빌릿 방랭시의 균열을 억제할 수 있고, 게다가, 각종 가공 공정에 있어서 뛰어난 절삭성을 발휘하는 2상 스테인리스강을 제공할 수 있다.

도 1은 σ상 감수성 지수 X와 900℃에서 600sec 시효 후의 충격값의 관계를 나타내는 도.
도 2는 충격값 평가에 의해 추정한 σ상 노즈와, 외경 180mm 중실 빌릿 공랭시의 냉각 곡선을 나타내는 도.
도 3은 빌릿 외경과, 방랭시에 σ상의 석출이 억제되는 빌릿 표면으로부터의 최대 깊이의 관계를 나타낸 도.
도 4는 강도 지수 Y와 0.2%내력 YS의 관계를 나타내는 도 .

C：0.03% 이하

C는, 오스테나이트상을 안정화하는데 유효하다. 그러나, 그 함유량이 과잉인 경우, 탄화물이 석출되기 쉬워지고, 내식성이 열화한다. 따라서, C의 함유량은 0.03% 이하로 한다. 바람직한 상한은 0.02%이다.

Si：0.3% 이하

Si는, 강의 탈산에 유효하다. 그러나, 그 함유량이 과잉인 경우, σ상의 생성을 촉진하는 원소이다. 이로 인해, Si의 함유량은 0.3% 이하로 한다. 바람직한 상한은 0.25%이다. 상기의 효과는 미량에서도 발휘되지만, 특히, Si를 탈산제로서 이용하는 경우에는 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Mn：3.0% 이하

Mn은, 용제시의 탈황 및 탈산에 유효함과 더불어, 오스테나이트상의 안정화에 유효하다. Mn은, 또한 열간 가공성의 향상에 기여하는 원소이기도 하다. 또, Mn에는 N의 용해도를 크게 하는 작용도 있다. 그러나, 그 함유량이 과잉인 경우, 내식성을 열화시킨다. 따라서, Mn의 함유량은 3% 이하로 한다. 바람직한 상한은 2.5%이다. 상기의 효과는 미량에서도 발휘되지만, 특히, Mn을 탈황 또는 탈산을 위해 함유시키는 경우에는, 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

P：0.040% 이하

P는, 강 중에 불가피적으로 혼입하는 불순물 원소인데, 그 함유량이 과잉인 경우, 내식성 및 인성의 열화가 현저해진다. 따라서, P의 함유량은 0.040% 이하로 제한한다. 바람직한 상한은 0.030%이다.

S：0.008% 이하

S는, P와 마찬가지로, 강 중에 불가피적으로 혼입하는 불순물 원소이며, 강의 열간 가공성을 열화시킨다. 또, 황화물은 공식의 발생 기점이 되어 내공식성을 열화시킨다. 이로 인해, 그 함유량은 적은 편이 좋고, 0.008% 이하이면 실용상 특별히 문제되지 않는다. 바람직한 상한은 0.005%이다.

Cu：0.2~2.0%

Cu는, 환원성의 낮다고 여겨지는 저pH환경, 예를 들어, H₂SO₄ 또는 황화수소 환경에서의 내식성 향상에 특히 유효하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cu를 0.2% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 그 함유량이 과잉인 경우, 열간 가공성을 열화시킴과 더불어, σ상의 생성을 촉진한다. 이로 인해, Cu함유량은, 2.0% 이하로 한다. 바람직한 하한은 0.3%이며, 보다 바람직한 하한은 0.4%이다. 한편, 바람직한 상한은 1.5%이며, 보다 바람직한 상한은 0.8%이다.

Ni：5.0~6.5%

Ni는, 오스테나이트를 안정화하기 위해 필수인 성분이다. Ni함유량이 과소인 경우, 페라이트량이 너무 많아져, 2상 스테인리스강로서의 특징이 없어진다. 또, 페라이트 중으로의 N의 고용도가 작고, 질화물이 석출되기 쉬워져 내식성이 열화한다. 이로 인해, Ni는, 5.0% 이상 함유시킨다. 한편, Ni함유량이 과잉인 경우, σ상의 석출이 용이해져 인성이 열화한다. 따라서, Ni함유량은, 6.5% 이하로 한다. 바람직한 하한은, 5.3%이다. 한편, 바람직한 상한은, 6.0%이다.

Cr：23.0~27.0%

Cr은, 내식성 및 강도를 확보하기 위해 필수인 기본 성분이다. 그 함유량이 과소인 경우, 이른바 슈퍼 2상 스테인리스강이라 할 수 있을 만큼의 내식성이 얻어지지 않는다. 따라서, Cr은 23.0% 이상 함유시킨다. 한편, Cr의 함유량이 과잉인 경우, σ상의 석출이 현저해져, 내식성의 저하와 더불어, 열간 가공성의 저하 및 용접성의 열화를 부른다. 따라서, Cr함유량은 27.0% 이하로 한다. 바람직한 하한은, 25.0%이다. 바람직한 상한은, 26.0%이다.

Mo：2.5~3.5%

Mo는, Cr과 마찬가지로, 내식성의 향상, 특히 내공식성 및 내간극 부식성의 향상에 유효하다. 또, 고강도화에도 유효하다. 이로 인해, Mo를 2.5% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 그 함유량이 과잉인 경우, σ상이 석출되기 쉬워진다. 이로 인해, Mo함유량은 3.5% 이하로 한다. Mo함유량은, 2.7% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, Mo함유량은 3.2% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 것은 3.0% 미만이다.

W：1.5~4.0%

W는, Mo에 비해, σ상 등의 금속간 화합물의 생성이 적고, 내식성, 특히 내공식성 및 내간극 부식성을 향상시키는 원소이다. 또, 고강도화에도 유효하다. W를 적당량 함유시키면, Cr 및 Mo 또는 N의 함유량을 늘리지 않고 높은 내식성을 확보할 수 있다. 그러나, W를 과잉으로 함유시켜도 내식성의 향상 효과는 포화한다. 따라서, W의 함유량은 1.5~4.0%로 한다. 바람직한 하한은 1.8%이며, 보다 바람직한 것은 2.0이다. 바람직한 상한은, 3.8%이다.

N：0.24~0.40%

N은, 강력한 오스테나이트 생성 원소이며, 2상 스테인리스강의 열적 안정성 및 내식성의 향상과 고강도화에 유효하다. 페라이트상과 오스테나이트상의 밸런스를 적정한 것으로 하기 위해, 페라이트 생성 원소인 Cr 및 Mo의 함유량의 관계에서 n을 적당량 함유시킬 필요가 있다. N은, Cr, Mo 및 W와 마찬가지로 합금의 내식성을 향상시키는 효과도 가진다. 이로 인해, n을 0.24% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 그 함유량이 과잉이 되면, 블로홀의 발생에 의한 결함, 용접시의 열영향에 의한 질화물 생성 등에 의해 강의 인성 및 내식성을 열화시킨다. 따라서, N의 함유량은 0.40% 이하로 한다. N함유량은 0.30%를 초과하는 것이 바람직하고, 더 바람직한 것은 0.32% 초과하는 경우이다.

본 발명에 따른 2상 스테인리스강 중 하나는, 상기의 각 원소를 상기 각각 기재한 범위 내로 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것이다. 불순물이란, 2상 스테인리스강을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 여러 가지의 요인에 의해 혼입하는 성분으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 2상 스테인리스강 중 다른 하나는, 상기의 각 원소에 더해, 질량%로, Ca：0.02% 이하, Mg：0.02% 이하, B：0.02% 이하 및 희토류 원소：0.2% 이하로부터 선택되는 1종 이상을 함유시킨 것이다.

Ca, Mg, B 및 희토류 원소는 모두, 불순물의 S가 결정 입계에 편석하는 것을 억제하여, 열간 가공성을 향상시키는 원소이므로, 본 발명에 따른 2상 스테인리스강에 함유시켜도 된다. 그러나, 이들의 함유량이 과잉인 경우, 강 중에 공식의 기점이 되는 황화물, 산화물, 탄화물 및 질화물이 많이 생성되어, 내식성이 열화한다. 따라서, 이들 원소로부터 선택되는 일종 이상을 함유시키는 경우에는, Ca, Mg 및 B에 대해서는 0.02% 이하, 희토류 원소에 대해서는 0.2% 이하의 범위로 함유시키는 것이 바람직하다. 열간 가공성 향상의 효과가 현저한 것은, Ca, Mg 및 B에 대해서는 각각 0.0003% 이상 함유시킨 경우, 희토류 원소에 대해서는 0.01% 이상 함유시킨 경우이다. 상기의 Ca, Mg, B 및 희토류 원소는, 그 중 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유시킬 수 있다. 이들 원소의 2종 이상을 함유시키는 경우에는, 그 합계 함유량은 0.25% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 희토류 원소는, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, 이들 원소로부터 선택되는 일종 이상을 함유시킬 수 있다. 또한, REM의 함유량은 상기 원소의 합계량을 의미한다.

σ상 감수성 지수 X：52.0 이하

상기의 화학 성분 중, Si, Cu, Ni, Cr, Mo 및 W의 각 원소는, σ상을 생성하기 쉬운 원소이기 때문에, 각각의 함유량을 소정의 범위로 함과 더불어, 하기 (1)식으로 표시되는 σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하인 것이 필요하다. σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하가 되도록 화학 조성을 조정함으로써, 900℃에서 600sec 시효 후의 충격값(JIS Z 2242：2005)이 20J/cm² 이상으로 하기 쉬워지고, 뛰어난 내취화 균열성이 얻어진다. σ상 감수성 지수 X는, 51.0 이하로 하는 것이 바람직하다.

X=2.2Si＋0.5Cu＋2.0Ni＋Cr＋4.2Mo＋0.2W···(1)

단, (1)식 중의 각 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

강도 지수 Y：40.5 이상

상기의 화학 성분 중, Cr, Mo, W 및 N의 각 원소는, 고강도화에 기여하는 고용 강화형의 원소이기 때문에, 각각의 함유량을 소정의 범위로 함과 더불어, 하기 (2)식으로 표시되는 강도 지수 Y를 40.5 이상으로 할 필요가 있다. 강도 지수 Y가 40.5 이상이 되도록 화학 조성을 조정함으로써, 0.2%내력 YS가 620MPa가 되어, 고강도화를 달성할 수 있다. 강도 지수 Y는, 충분한 고강도화 효과를 얻기 위해 41.5 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Y=Cr＋1.5Mo＋10N＋3.5W···(2)

단, (2)식 중의 각 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

내공식성 지수 PREW：40 이상

상기의 화학 성분 중, Cr, Mo, W 및 N의 각 원소에 대해서는, 각각의 함유량을 소정의 범위로 함과 더불어, 본 발명의 2상 스테인리스강의 내식성, 특히 내해수 부식성을 개선하기 위해서는, 하기 (3)식으로 표시되는 내공식성 지수 PREW가 40 이상인 것이 필요하다. 내공식성 지수 PREW는, 일반적으로는 35 이상이 되도록 조정되지만, 본 발명의 2상 스테인리스강에서는 Cr, Mo 및 N의 함유량을 높여 PREW를 40 이상으로 한다. 이에 의해, 현저하게 뛰어난 내식성을 얻을 수 있다.

PREW=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N···(3)

단, (3)식 중의 각 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.

실시예 1

표 1에 기재하는 화학 조성을 가지는 2상 스테인리스강을 VIM 용해로에서 10kg 용제하고, 이 주편을 1250℃에서 2시간 유지한 후, 열간 단조를 행해, 두께 30mm의 판재를 제작했다. 이어서, 얻어진 판재에 1110℃로, 30min의 용체화 열처리를 실시한 후, 물 담금질를 실시했다.

σ상 감수성은, 900℃, 600sec 시효 후의 충격값으로 평가했다. 즉, 용체화 열처리 후의 판재로부터 채취한 V노치 시험편을 시효한 후, JIS Z 2242(2005)에 따라 충격값을 측정했다. 또, 내식성(내해수 부식성)은, 용체화 열처리 후의 판재에 공식 시험을 실시하여 임계공식 발생 온도 CPT를 측정했다. 공식 시험은, ASTM G48에 규정되어 있는 염화 제2철에 의한 공식 시험 방법에 따랐다. 또 강도는, 용체화 열처리 후의 판재로부터 JIS Z 2201(1998)의 10호 시험편을 채취하여, 상온에서의 인장 시험을 행했다. 이들의 결과를 표 2에 기재한다.

[표 1]

[표 2]

도 1은, 표 1 및 2에 기재하는 실시예에 대해, (1)식으로 표시되는 σ상 감수성 지수 X와 900℃에서 600sec 시효 후의 충격값의 관계를 나타내는 도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, σ상 감수성 지수 X가 낮을수록 충격값이 높고, σ상의 석출이 억제된다. 특히, σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하가 되도록 성분 조정함으로써, σ상의 석출이 현격히 억제된다. 이와 같이, σ상 감수성 지수 X는, σ상의 석출량의 평가, 더 나아가서는 빌릿 방랭시의 균열 감수성의 평가방법으로서 유용하다.

도 2는, 본 발명예 6 및 비교예 10의 2상 스테인리스강에 대해, 충격값 평가에 의해 추정한 σ상 노즈와, 외경 180mm 중실 빌릿 공랭시의 냉각 곡선을 나타내는 도이다. (a)가 비교예 9의 경우, (b)가 본 발명예 6의 경우이다.

또한, 시효 후의 충격값이 18J/cm²이면, σ상 석출에 의한 실용적인 영향은 적기 때문에, σ상 노즈는 충격값 18J/cm² 전후로 구별했다. 다음에, 빌릿 방랭시의 표면부 및 중앙부의 냉각 속도를 하기식에 의해 표시되는 전열 계산식에 의해 산출하고, 냉각 곡선을 도 2 중에 플롯했다.

Δr；빌릿 중심으로부터의 위치(m)

ρ；밀도 7900(kg/m³)

Cp；비열 500(J/kg/K)

T；빌릿 온도(℃)

t；방랭 개시로부터의 시간(s)

λ；열전도도 14(W/m/K)(열간 단조 후(마무리 온도 900℃)의 외경 180φ빌릿방랭시의 외표면 실측 온도값으로부터 보정한 값)

T_∞；온도의 경계 조건 300(℃)(본 계산은, 공랭 후의 빌릿 표면 온도가 300℃가 될 때까지 산출)

C；계수 원기둥형상의 경우 0.55

ΔT；경계 조건 T_∞와의 온도차(℃)

L；빌릿 길이 3(m)

냉각 개시 온도；1150℃

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명예 6에서는, 본 발명에서 규정한 σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하이고, σ상 석출이 큰폭으로 억제되며, 비교예 10에 비해 σ상 노즈가 장시간측에 시프트하고 있다. 비교예 10에서는, 빌릿 표면부, 중앙부 모두, 냉각 곡선이 σ상 노즈에 걸리고, 방랭시에 σ상이 석출하는 것을 알았다. 한편, 본 발명예 6에서는, 냉각 속도가 늦은 빌릿 중앙부에 있어서도, 냉각 곡선이 σ상 노즈에 걸리지 않고, σ상 석출이 억제되는 것을 알았다. 이와 같이, σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하가 되도록 성분 조정함으로써, 빌릿 방랭시의 σ상 석출이 촉진되며, 내취화 균열성, 즉 빌릿의 균열을 억제할 수 있어, 각종 가공에 있어서의 절삭성을 향상시킬 수 있다.

상기 서술의 σ상 석출 억제 효과를 더욱 검증하기 위해, 외경 180mm에 더해, 외경 205mm, 외경 245mm 및 외경 285mm의 빌릿에 관해, 상기의 전열 계산식을 이용하여, 표면으로부터의 깊이마다 냉각 곡선을 산출하고, 각각의 냉각소 곡선에 대해, 본 발명예 5의 σ상 노즈와의 관계로부터, σ상 억제 가능한 깊이를 조사했다.

도 3은, 빌릿 외경과, 방랭시에 σ상 석출이 억제되는 빌릿 표면으로부터의 최대 깊이의 관계를 나타낸 도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 빌릿의 외경이 285mm까지 커지면, 표면에도 σ상이 석출되어 버리지만, 외경 245mm의 빌릿이면, 표면으로부터 약 1/10r(r은 빌릿의 반경) 정도의 깊이까지는, σ상 석출이 억제된다. 또, 외경 205mm의 빌릿이면, 표면으로부터 약 1/4r 정도의 깊이까지는, σ상 석출이 억제된다. 이와 같이 외경이 커지면, σ상 석출의 억제 효과가 미치는 깊이가 얕아지지만, 외경 180mm를 초과하는 빌릿에 있어서도, 절삭성을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.

도 4는, 강도 지수 Y와 0.2%내력 YS의 관계를 나타내는 도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 강도 지수가 높을수록 0.2%내력 YS가 높고, 특히 41.5 이상이 되도록 성분 조정함으로써, 더욱 고강도화 효과가 얻어진다. 이와 같이, 강도 지수 Y는, 재료의 강도 평가 방법으로서 유용하다.

표 1 및 표 2에 기재하는 바와 같이, 본 발명예 1~9는, 모두 900℃, 600sec 시효 후의 충격값이 18J/cm² 이상이며, σ상 석출이 큰폭으로 억제되어 있었다. 이로 인해, 빌릿 방랭시의 균열을 억제할 수 있으며, 게다가, 각종 가공에서의 절삭성을 향상시킬 수 있다. 또, 본 발명예 1~9는, 모두 강도 지수 Y가 40.5 이상이며, 0.2%내력 YS가 620MPa 이상으로 고강도화를 달성할 수 있다. 또한, 본 발명예 1~9는, 모두 내공식성 지수 PREW가 40 이상이며, 임계공식 발생 온도 CPT가 70℃ 이상이었다.

한편, 비교예 10~14는, σ상 감수성 지수 X가 52.0을 초과하고, 또 강도 지수 Y가 40.5 미만의 예이다. 특히, 비교예 10은 Ni함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어나고, 비교예 11은, 화학 조성은 본 발명에서 규정되는 범위 내에 있으나, σ상 감수성 지수 X 및 강도 지수 Y가 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어나며, 비교예 12는, Si함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어나고, 비교예 13은, Cu 및 Ni의 함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어난 예이다. 이들 비교예에서는, 모두, 900℃, 600sec 시효 후의 충격값이 낮고, σ상의 석출 억제가 불충분했다. 이로 인해, 빌릿 방랭시에 균열이 발생하는 것이 예상된다. 또, 이들 비교예에서는 0.2%내력 YS가 모두 620MPa 미만이며, 고강도화가 불충분했다. 비교예 14는, 화학 조성 및 σ상 감수성 지수 X는 본 발명에서 규정되는 범위 내에 있으나, 강도 지수 Y가 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어난 예이다. 이 비교예에서는 0.2%내력 YS가 620 MPa 미만으로 고강도화가 불충분했다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 합금에 의하면, 합금의 성분 설계를, PREW를 높임과 더불어, σ상 감수성 지수 X 및 강도 지수 Y가 소정의 조건을 만족하도록 설정함으로써, σ상 석출이 억제되며, 특정 외경의 빌릿 방랭시 또는 용접시의 열이력에 의한 균열 억제, 또 각종 가공에서 난(難)절삭성을 해소할 수 있고, σ상 감수성이 뛰어나며, 내식성이 뛰어나고, 또한 고강도의 2상 스테인리스강을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 합금은, 특히 강도 및 내식성이 요구되는 엄빌리컬 튜브를 비롯한, 라인 파이프, 열교환기용 부품, 석유·화학 공업용의 프로세스 강관·배관이나 유정관 등에 적절하다.

Claims

질량%로, C：0.03% 이하, Si：0.3% 이하, Mn：3.0% 이하, P：0.040% 이하, S：0.008% 이하, Cu：0.2~2.0%, Ni：5.0~6.5%, Cr：23.0~27.0%, Mo：2.5~3.5%, W：1.5~4.0% 및 N：0.24~0.40%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며,
하기 (1)식으로 표시되는 σ상 감수성 지수 X가 52.0 이하이고,
하기 (2)식으로 표시되는 강도 지수 Y가 40.5 이상이며, 또한
하기 (3)식으로 표시되는 내공식성(耐孔食性) 지수 PREW가 40 이상인 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스강.
X=2.2Si＋0.5Cu＋2.0Ni＋Cr＋4.2Mo＋0.2W···(1)
Y=Cr＋1.5Mo＋10N＋3.5W···(2)
PREW=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N···(3)
단, (1)식, (2)식 및 (3)식 중의 각 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.
청구항 1에 있어서,
Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, Ca：0.02% 이하, Mg：0.02% 이하, B：0.02% 이하 및 희토류 원소：0.2% 이하로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스강.