KR20140014280A - 오스테나이트계 스테인레스강 및 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법 - Google Patents

오스테나이트계 스테인레스강 및 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법 Download PDF

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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

고온 강도와, 우수한 내질산 부식성을 가지는 오스테나이트계 스테인레스강을 제공한다. 본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은, 질량%로, C： 0.050% 이하, Si： 0.01~1.00%, Mn： 1.75~2.50%, P： 0.050% 이하, S： 0.0100% 이하, Ni： 20.00~24.00%, Cr： 23.00~27.00%, Mo： 1.80~3.20%, 및, N： 0.110~0.180%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며, JIS G0551(2005)에 의거하는 결정립의 입도 번호가 6.0 이상이며, σ상의 면적율이 0.1% 이하이다.

Description

오스테나이트계 스테인레스강 및 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING AUSTENITIC STAINLESS STEEL AND AUSTENITIC STAINLESS STEEL MATERIAL}
본 발명은, 오스테나이트계 스테인레스강 및 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법에 관한 것이며, 더 상세한 것은, 화학 플랜트 등의 부식 환경에 이용되는 오스테나이트계 스테인레스강 및 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법에 관한 것이다.
화학 플랜트에 이용되는 강재는, 강도와 함께, 우수한 내식성이 요구된다. 화학 플랜트의 하나인 요소 플랜트에서는 특히, 고온 강도 및 내질산 부식성이 요구된다. 요소 플랜트에 있어서, 요소는 일반적으로, 이하의 방법으로 제조된다. 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스를 160~230℃의 고온역에서 130kg/cm2 이상의 고압력에 의해 응축한다. 이 때, 합성 반응에 의해 요소가 생성된다. 상기 서술한 대로, 요소는, 고온 고압 하에서 제조되기 때문에, 요소 플랜트에 이용되는 강재는, 우수한 고온 강도가 요구된다.
상기 서술한 요소의 제조 공정에서는 또한, 암모니아 카바메이트로 불리는 중간 물질이 생성된다. 암모니아 카바메이트의 부식성은 매우 강하다. 암모니아 카바메이트에 의한 부식은, 질산에 의한 부식과 상관하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 요소 플랜트용 강재는, 고온 강도뿐만이 아니라, 우수한 내질산 부식성도 요구된다.
JIS 규격의 SUS316, SUS317 등으로 대표되는 오스테나이트계 스테인레스강은, 우수한 내식성을 가진다. 그 때문에, 이러한 오스테나이트계 스테인레스강은, 플랜트용 강재로서 이용된다.
이러한 오스테나이트계 스테인레스강의 강도 및 내식성을 더 개선하는 것을 목적으로, 이하의 기술이 제안되고 있다.
일본국 특허공개 평10-88289호 공보(특허 문헌 1)는, 강도 및 내식성이 우수한, Cr-Mn계 오스테나이트강을 제안한다. 특허 문헌 1에서는, Cr-Mn계 오스테나이트강의 결정립을 초미세화하여, 평균 결정입경을 1μm 이하로 한다. 이것에 의해, 고강도 및 우수한 내식성을 가지는 Cr-Mn계 오스테나이트강이 얻어진다고 특허 문헌 1에는 기재되어 있다.
일본국 특허공개 평6-256911호 공보(특허 문헌 2)는, 냉간 가공 후에 있어서도 우수한 내질산 부식성을 가지는 오스테나이트 스테인레스강을 제안한다. 특허 문헌 2에서는, 강 중의 Ni, Mn, C, N, Si 및 Cr함유량을 제어한다. 이것에 의해, 냉간 가공 후의 가공 유기 변태에 의한 마르텐사이트 생성이 억제되어, 우수한 내질산 부식성이 얻어진다고 특허 문헌 2에는 기재되어 있다.
일본국 특허공표 2005-509751호 공보(특허 문헌 3)는, 우수한 내식성을 가지는 초오스테나이트 스테인레스강을 제안한다. 특허 문헌 3에서는, Cr, Ni, Mo, Mn과 함께, Cu를 함유한다. 이들 원소를 적당량 함유함으로써, 우수한 내식성이 얻어진다고 특허 문헌 3에는 기재되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1~3에 개시된 오스테나이트계 스테인레스강에서는, 내질산 부식성을 유지하면서, 충분한 고온 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 높은 고온 강도와, 우수한 내질산 부식성을 가지는 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은, 질량%로, C： 0.050% 이하, Si： 0.01~1.00%, Mn： 1.75~2.50%, P： 0.050% 이하, S： 0.0100% 이하, Ni： 20.00~24.00%, Cr： 23.00~27.00%, Mo： 1.80~3.20%, 및, N： 0.110~0.180%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며, JIS G0551(2005)에 의거하는 결정립의 입도 번호가 6.0 이상이며, 강 중의 σ상의 면적율이 0.1% 이하이다.
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은, 높은 고온 강도와, 우수한 내질산 부식성을 가진다.
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은, Fe의 일부 대신에, Ca： 0.0100% 이하, Mg： 0.0100% 이하, 및, 희토류 원소(REM)： 0.200% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 더 함유해도 된다.
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법은, 질량%로, C： 0.050% 이하, Si： 0.01~1.00%, Mn： 1.75~2.50%, P： 0.050% 이하, S： 0.0100% 이하, Ni： 20.00~24.00%, Cr： 23.00~27.00%, Mo： 1.80~3.20%, 및, N： 0.110~0.180%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 소재를 준비하는 공정과, 소재를 열간 가공하여 강재를 제조하는 공정과, 강재에 대해, 1050~1100℃의 용체화 온도로 용체화 처리를 실시하는 공정을 구비한다.
본 발명에 의한 제조 방법에 의해 제조된 오스테나이트계 스테인레스 강재는, 높은 고온 강도와, 우수한 내질산 부식성을 가진다.
이하, 본 발명의 실시의 형태를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 원소의 함유량의 「%」는, 질량%를 의미한다.
본 발명자는, 오스테나이트계 스테인레스강의 고온 강도 및 내질산 부식성에 관한 검토를 행했다. 그 결과, 본 발명자는, 이하의 지견을 얻었다.
(A) 높은 고온 강도를 얻기 위해서, Mn을 1.75% 이상 함유한다. Mn은 강에 고용되어, 강의 고온 강도를 높인다. 또한, Mn이 함유되어도, 강의 내질산 부식성은 저하되기 어렵다. 따라서, 높은 고온 강도 및 우수한 내질산 부식성을 얻기 위해서, Mn은 유효하다.
(B) 결정립이 미세화되면, 오스테나이트계 스테인레스강의 고온 강도 및 내질산 부식성이 높아진다. 구체적으로는, JIS G0551(2005)에 의거하는 결정립의 입도 번호가 6.0 이상이면, 우수한 고온 강도 및 내질산 부식성이 얻어진다. 또한, 본 명세서에 있어서, JIS 규격의 말미에 기재되는 괄호 내에는, 개정년이 기재된다.
(C) 시그마상(이하, σ상이라고 한다)은, 내질산 부식성을 저하시킨다. 따라서, 우수한 내질산 부식성을 얻기 위해서는, σ상의 생성을 억제하지 않으면 안 된다. Cr 및 Mo는, Mn과 마찬가지로, 강에 고용되어 강의 고온 강도를 높인다. 그러나, Cr 및 Mo는 σ상의 생성을 촉진한다. 따라서, 본 발명에서는, Cr함유량 및 Mo함유량을 억제한다. 구체적으로는, Cr함유량의 상한을 27.00%로 하고, Mo함유량의 상한을 3.20%로 한다.
(D) σ상의 생성을 억제하고, 또한, 높은 고온 강도를 얻기 위해서, 용체화 처리에 있어서의 용체화 온도를 1050~1100℃로 한다. 용체화 온도가 1050℃ 미만이면, σ상이 생성된다. 구체적으로는, 강 중에 있어서의 σ상의 면적율이 0.1%를 넘는다. 그 결과, 내질산 부식성이 저하된다. 한편, 용체화 온도가 1100℃를 넘으면, 고온 강도가 저하된다. 상기 (A) 및 (C)에 의거하여 화학 조성을 조정하고, 또한, 용체화 온도를 1050~1100℃로 하면, 제조된 오스테나이트계 스테인레스강의 고온 강도 및 내질산 부식성은 높아진다. 구체적으로는, 230℃에 있어서의 항복 강도가 220MPa 이상이 되고, JIS G0573(1999)에 준거한 65% 질산 부식 시험에 있어서의 부식도가 0.085g/m2/h 이하가 된다.
이상의 지견에 의거하여, 본 발명자는 본 발명을 완성했다. 이하, 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강에 대해서 설명한다.
[화학 조성]
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은, 이하의 화학 조성을 가진다.
C： 0.050% 이하
탄소(C)는, Cr과 결합하여 Cr탄화물을 형성한다. Cr탄화물은 결정입계에 석출되어, 강의 고온 강도를 높인다. 한편, C가 과잉하게 함유되면, 결정입계 근방에 Cr결핍층이 형성된다. Cr결핍층은, 강의 내질산 부식성을 저하시킨다. 따라서, C함유량은, 0.050% 이하이다. C함유량의 하한은 특별히 설치하지 않지만, 0.002% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. 바람직한 C함유량의 상한은, 0.050% 미만이며, 더 바람직하게는 0.030%이다. 더 바람직한 C함유량의 하한은 0.010%이다.
Si： 0.01~1.00%
규소(Si)는 강을 탈산시킨다. Si는 또한, 강의 내산화성을 높인다. 한편, Si가 과잉하게 함유되면, Si는 결정입계에 편석한다. 편석한 Si가, 염화물을 포함하는 연소 슬래그와 반응함으로써, 입계 부식이 발생한다. Si가 과잉하게 함유되면 또한, 연성 등의 강의 기계적 성질이 저하된다. 따라서, Si함유량은, 0.01~1.00%이다. 바람직한 Si함유량의 하한은, 0.01% 보다 높고, 더 바람직하게는 0.10%이며, 더 바람직하게는 0.20%이다. 바람직한 Si함유량의 상한은, 1.00% 미만이며, 더 바람직하게는 0.40%이며, 더 바람직하게는 0.30%이다.
Mn： 1.75~2.50%
망간(Mn)은, 강에 고용되어, 강의 고온 강도를 높인다. 또한, Mn이 함유되어도, 강의 내질산 부식성은 저하되기 어렵다. 따라서, Mn은, 강의 내질산 부식성을 유지하면서, 고온 강도를 높이는데 유효하다. Mn은 또한, 강을 탈산시킨다. Mn은 또한, 오스테나이트 형성 원소이며, 매트릭스 중의 오스테나이트상을 안정화시킨다. Mn은 또한, 강 중의 S와 결합하여 MnS를 형성하고, 강의 열간 가공성을 높인다. 한편, Mn이 과잉하게 함유되면, 강의 가공성 및 용접성이 저하된다. 따라서, Mn함유량은, 1.75~2.50%이다. 바람직한 Mn함유량의 하한은, 1.75% 보다 높고, 더 바람직하게는 1.85%이며, 더 바람직하게는 1.90%이다. 바람직한 Mn함유량의 상한은, 2.50% 미만이며, 더 바람직하게는 2.30%이며, 더 바람직하게는 2.00%이다.
P： 0.050% 이하
인(P)은 불순물이다. P는, 강의 용접성 및 가공성을 저하시킨다. 따라서, P함유량은 적은 것이 바람직하다. P함유량은, 0.050% 이하이다. 바람직한 P함유량의 상한은, 0.050% 미만이며, 더 바람직하게는 0.020% 이하이며, 더 바람직하게는 0.015% 이하이다.
S： 0.0100% 이하
(유황) S는 불순물이다. S는, 강의 용접성 및 가공성을 저하시킨다. 따라서, S함유량은 적은 것이 바람직하다. S함유량은, 0.0100% 이하이다. 바람직한 S함유량의 상한은, 0.0100% 보다 낮고, 더 바람직하게는 0.0020%이며, 더 바람직하게는 0.0012%이다.
Ni： 20.00~24.00%
니켈(Ni)은, 오스테나이트 형성 원소이며, 매트릭스 중의 오스테나이트상을 안정화시킨다. Ni는 또한, 강의 고온 강도 및 내질산 부식성을 높인다. 한편, Ni가 과잉하게 함유되면, N의 고용한계가 감소하여 강도의 저하 및 질화물 석출에 의해 강의 내질산 부식성을 오히려 저하시킨다. 따라서, Ni함유량은, 20.00~24.00%이다. 바람직한 Ni함유량의 하한은, 20.00% 보다 높고, 더 바람직하게는 21.00%이며, 더 바람직하게는 22.00%이다. 바람직한 Ni함유량의 상한은, 24.00% 미만이며, 더 바람직하게는 23.00%이며, 더 바람직하게는 22.75%이다.
Cr： 23.00~27.00%
크롬(Cr)은 강의 내질산 부식성을 높인다. Cr은 또한, 강에 고용되어 강의 고온 강도를 높인다. 한편, Cr이 과잉하게 함유되면, 강 중에 σ상이 석출되어, 강의 내질산 부식성이 저하된다. σ상은 또한, 강의 용접성 및 가공성을 저하시킨다. 따라서, Cr함유량은, 23.00~27.00%이다. 바람직한 Cr함유량의 하한은, 23.00% 보다 높고, 더 바람직하게는 24.00%이며, 더 바람직하게는 24.50%이다. 바람직한 Cr함유량의 상한은, 27.00% 미만이며, 더 바람직하게는 26.00%이며, 더 바람직하게는 25.50%이다.
Mo： 1.80~3.20%
몰리브덴(Mo)은, 강의 내질산 부식성을 높인다. Mo는 또한, 강에 고용되어 강의 고온 강도를 높인다. 한편, Mo가 과잉하게 함유되면, 강 중에 σ상이 석출되어, 강의 내질산 부식성이 저하된다. σ상은 또한, 강의 용접성 및 가공성을 저하시킨다. 따라서, Mo함유량은, 1.80~3.20%이다. 바람직한 Mo함유량의 하한은, 1.80% 보다 높고, 더 바람직하게는 1.90%이며, 더 바람직하게는 2.00%이다. 바람직한 Mo함유량의 상한은, 3.20% 미만이며, 더 바람직하게는 2.80%이며, 더 바람직하게는 2.50%이다.
N： 0.110~0.180%
질소(N)는, 오스테나이트 형성 원소이며, 매트릭스 중의 오스테나이트상을 안정화시킨다. 질소는 또한, 미세한 질화물을 형성하고 결정립을 미세화하여, 강의 고온 강도를 높인다. 또, 표면 피막을 안정화시키는 효과도 있어 내질산 부식성을 높인다. 한편, N이 과잉하게 함유되면, 질화물이 과잉하게 생성되어, 강의 열간 가공성이 저하되고, 또한, 내질산 부식성이 저하된다. 따라서, N함유량은, 0.110~0.180%이다. 바람직한 N함유량의 하한은, 0.110% 보다 높고, 더 바람직하게는 0.120% 보다 높고, 더 바람직하게는 0.130%이다. 바람직한 N함유량의 상한은, 0.180% 미만이며, 더 바람직하게는 0.170%이며, 더 바람직하게는 0.160%이다.
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 불순물은, 강의 원료로서 이용되는 광석이나 스크랩, 혹은 제조 과정의 환경 등으로부터 혼입되는 원소를 말한다.
[결정입도]
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서의 JIS G0551(2005)에 의거하여 약 20%의 질산 수용액을 이용하여 부식시켜 측정한 결정립의 입도 번호는, 6.0 이상이다. 입도 번호가 6.0 이상이면, 오스테나이트계 스테인레스강은, 내질산 부식성을 유지하면서, 우수한 고온 강도를 가진다.
[시그마상 면적율]
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강에서는 또한, 강 중의 시그마상(이하, σ상이라고 한다)의 면적율이 0.1% 이하이다. 여기서, σ상의 면적율은, 이하의 방법에 의해 산출된다.
오스테나이트계 스테인레스 강재의 임의의 개소로부터 미크로 관찰용의 시료를 채취한다. 채취된 시료의 표면을 기계 연마하여 에칭한다. 에칭된 시료 표면에 있어서, 광학 현미경으로 20점×20점의 합계 400점의 격자가 설치된 400배의 렌즈를 이용하여 임의의 6시야를 관찰한다. 각 시야의 관찰 영역은 225μm2이다. 각 시야에 있어서의 격자점 상에 존재하는 σ상의 수를 카운트하여, 6시야의 총 격자점(2400점)으로 나눈 값을, σ상의 면적율(단위는 %)로 정의한다.
본 발명에 있어서, 강 중의 σ상의 면적율은, 0.1% 이하이다. 그 때문에, 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은, 우수한 내질산 부식성을 가진다. 상기 서술한 화학 조성을 가지는 강을 후술하는 제조 방법에 의해 제조하면, σ상의 면적율이 0.1% 이하가 된다. 바람직한 σ상의 면적율은 0.05% 미만이며, 더 바람직하게는 0.01% 이하이다.
이상의 구성을 가지는 본 발명의 오스테나이트계 스테인레스강은, 우수한 고온 강도 및 내질산 부식성을 가진다. 구체적으로는, 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강의 230℃에 있어서의 고온 강도는 220MPa 이상이다. 여기서 말하는 항복 강도는, 0.2% 내력으로 정의된다. 또한, JIS G0573(1999)에 준거한 65% 질산 부식 시험(휴이 시험)에 의해 얻어지는 부식도는 0.085g/m2/h 이하이다.
바람직하게는 상기 서술한 화학 조성에 있어서, C 및 N의 총 함유량은, 0.145% 이상이다. 이 경우, 오스테나이트계 스테인레스강의 고온 강도가 더 높아진다.
[선택 원소]
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강은 또한, Ca, Mg, 및 희토류 원소(REM)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유한다. 이들 원소는 모두, 강의 열간 가공성을 높인다.
Ca 0.0100% 이하
칼슘(Ca)은, 선택 원소이다. Ca는, 강의 열간 가공성을 높인다. 한편, Ca가 과잉하게 함유되면, 강의 청정도가 저하된다. 그 때문에, 강의 내질산 부식성 및 인성이 저하되고, 강의 기계적 성질이 저하된다. 따라서, Ca함유량은 0.0100% 이하이다. Ca함유량이 0.0005% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. 바람직한 Ca함유량의 상한은, 0.0100% 미만이며, 더 바람직하게는 0.0050%이다.
Mg： 0.0100% 이하
마그네슘(Mg)은, 선택 원소이다. Mg는, 강의 열간 가공성을 높인다. 한편, Mg가 과잉하게 함유되면, 강의 청정도가 저하된다. 그 때문에, 강의 내질산 부식성 및 인성이 저하되고, 강의 기계적 성질이 저하된다. 따라서, Mg함유량은 0.0100% 이하이다. Mg함유량이 0.0005% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. 바람직한 Mg함유량의 상한은, 0.0100% 미만이며, 더 바람직하게는 0.0050%이다.
희토류 원소(REM)： 0.200% 이하
희토류 원소(REM)는 선택 원소이다. REM은 S와의 친화력이 높다. 그 때문에 REM은, 강의 열간 가공성을 높인다. 그러나, REM이 과잉하게 함유되면, 강의 청정도가 저하된다. 그 때문에, 강의 내질산 부식성 및 인성이 저하되고, 강의 기계적 성질이 저하된다. 따라서, REM 함유량은 0.200% 이하이다. REM 함유량이 0.001% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. 바람직한 REM 함유량의 상한은, 0.150% 미만이며, 더 바람직하게는 0.100%이다.
REM은, 주기율표 중의 원자 번호 57의 란탄(La)부터 원자 번호 71의 루테튬(Lu)에, 이트륨(Y) 및 스칸듐(Sc)을 더한 17원소의 총칭이다. REM의 함유량은, 이들 1종 또는 2종 이상의 원소의 총 함유량을 의미한다.
Ca, Mg, 및 REM의 2종 이상이 함유되는 경우, 바람직하게는 Ca, Mg, 및 REM의 총 함유량은 0.0150% 이하이다. 이 경우, 강의 내질산 부식성을 유지하면서, 우수한 열간 가공성이 얻어진다.
[제조 방법]
본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법의 일례를 설명한다.
상기 서술한 화학 조성을 가지는 용강을 용광로 또는 전로 용해에 의해 제조한다. 제조된 용강에 대해 필요에 따라서 주지의 탈가스 처리를 실시한다.
다음에, 용강으로부터 소재를 제조한다. 구체적으로는, 용강을 연속 주조법에 의해 주조재로 한다. 주조재란 예를 들어 슬래브나 블룸이나 빌릿이다. 또는, 용강을 조괴법에 의해 잉곳으로 한다. 본 명세서에서 말하는 소재란, 예를 들어, 상기 서술한 주조재 또는 잉곳이다. 다음에, 제조된 소재(주조재 또는 잉곳)를 주지의 방법에 의해 열간 가공하고, 오스테나이트계 스테인레스 강재로 한다. 오스테나이트계 스테인레스 강재는 예를 들어, 강관(이음매없는 관 또는 용접 강관), 강판, 봉강, 선재, 단강 등이다. 열간 가공은 예를 들어, 천공 압연, 열간 압연, 열간 단조 등이다. 열간 가공 후의 오스테나이트계 스테인레스 강재에 대해, 냉간 압연, 냉간 추신 등의 냉간 가공을 실시해도 된다.
제조된 오스테나이트계 스테인레스 강재에 대해 용체화 처리를 실시한다. 용체화 처리의 온도(용체화 온도)는, 1050~1100℃이다. 용체화 온도가 1050℃ 미만이면, σ상이 생성되어, 강 중의 σ상의 면적율이 0.1%를 넘는다. 한편, 용체화 온도가 1100℃를 넘으면, 결정립이 조대화되어, 입도 번호가 6.0 미만이 된다. 용체화 온도가 1050~1100℃이면, 결정립의 입도 번호가 6.0 이상이며, 또한, σ상의 면적율이 0.1% 이하가 된다.
용체화 온도에서의 바람직한 유지(균열) 시간은, 1분~10분이다. 더 바람직하게는 균열시간의 상한은 5분이다. 용체화 처리에서는, 강을 용체화 온도로 소정 시간 유지한 후, 급냉한다.
이상의 공정에 의해, 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인레스강이 제조된다.
<실시예>
복수 종류의 오스테나이트계 스테인레스 강재를 제조하고, 각 강재의 고온 강도 및 내질산 부식성을 조사했다.
[조사 방법]
표 1에 나타내는 화학 조성을 가지는 마크 1~12의 오스테나이트계 스테인레스강을 고주파 가열 진공노에서 용해하여, 잉곳을 제조했다.
Figure pct00001
표 1 중의 각 원소 기호란(C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo, N, Ca, REM)에는, 각 마크의 강 중의 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 기입되어 있다. 각 마크의 화학 조성의 표 1에 기재된 원소 이외의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 표 중의 「-」은, 대응하는 원소 함유량이 불순물 레벨인 것을 나타낸다.
마크 1~3, 6, 7 및 12의 화학 조성은, 본 발명의 범위 내였다. 한편, 마크 4 및 5의 Mn함유량은, 본 발명의 Mn함유량의 하한 미만이었다. 마크 8의 Ni함유량은 본 발명의 Ni함유량의 하한 미만이며, 마크 9의 Ni함유량은 본 발명의 Ni함유량의 상한을 넘었다. 마크 10의 N함유량의 하한은 본 발명의 N함유량의 하한 미만이며, 마크 11의 N함유량은 본 발명의 N함유량의 상한을 넘었다.
제조된 각 잉곳을, 열간 단조하고, 열간 압연하여 중간재를 제조했다. 또한, 중간재를 냉간 압연하여, 두께 30mm의 오스테나이트계 스테인레스 강판을 제조했다.
제조된 강판에 대해, 표 1에 나타내는 용체화 온도로 용체화 처리를 실시했다. 용체화 온도에서의 유지 시간은, 마크 모두 3분이었다. 유지 시간 경과 후, 강판을 급냉(수냉)했다.
[σ상 면적율]
제조된 각 마크의 강판의 임의의 개소로부터 미크로 시험 관찰용의 시료를 채취했다. 채취된 시료의 표면을 기계 연마하여 에칭했다. 에칭된 시료 표면에 있어서, 광학 현미경으로 20점×20점의 합계 400점의 격자가 설치된 400배의 렌즈를 이용하여 임의의 6시야를 관찰했다. 각 시야의 영역은 225μm2였다. 각 시야에 있어서의 격자점 상에 존재하는 σ상의 수를 카운트했다. σ상의 총 카운트수를 6시야의 총 격자 점수(2400점)로 나눈 값을, σ상의 면적율(단위는 %)로 했다.
[결정입도의 현미경 시험]
제조된 각 마크의 강판으로부터 시험편을 채취했다. 시험편을 이용하여, JIS G0551(2005)에 준거한 결정입도의 현미경 시험을 실시하고, 각 마크의 오스테나이트 결정립의 결정입도 번호를 구했다.
[고온 강도 시험]
제조된 각 마크의 강판으로부터, 평행부의 외경이 6mm인 환봉 시험편을 채취했다. 채취된 환봉 시험편을 이용하여, JIS G0567(1998)에 준거한 고온 인장 시험을 실시하고, 각 마크의 항복 강도(MPa)를 구했다. 시험 온도는 230℃이었다. 또, 0.2% 내력을 항복 강도로 정의했다.
[65% 질산 부식 시험]
JIS G0573(1999)에 준거한 65% 질산 부식 시험(휴이 시험)을 실시하고, 각 마크의 강판의 내질산 부식성을 조사했다. 구체적으로는, 각 마크의 강판으로부터 40mm×10mm×2mm의 시험편을 채취했다. 시험편의 표면적은 1000mm2였다. 또한, 질산의 농도가 65질량%인 시험 용액을 준비했다. 비등한 시험 용액 내에 시험편을 48시간 침지했다(1회째 침지 시험). 시험 종료 후, 새로운 시험 용액을 준비하고, 2번째의 침지 시험을 실시했다. 구체적으로는, 1회째 침지 시험에 이용한 시험 용액으로부터 시료를 취출하여, 시험편을 2번째의 침지 시험용의 시험 용액에 48시간 침지했다. 이상과 같은 침지 시험을 5회(제1회째~제5회째까지) 반복했다.
각 침지 시험(제1회째~제5회째)의 전후로, 시험편의 질량을 측정하여, 차분(질량 감량)을 구했다. 질량 감량에 의거하여, 각 침지 시험마다, 시험편의 단위면적당 단위시간에서의 질량 감량(이하, 단위 질량 감량이라고 함, 단위는 g/m2/h)을 구했다. 구한 5회(제1회째~제5회째)의 단위 질량 감량의 평균값을, 부식도(g/m2/h)로 정의했다.
[시험 결과]
시험 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
표 2를 참조하여, 마크 1~3의 화학 조성은 본 발명의 화학 조성의 범위 내이며, 용체화 온도도 1050~1100℃의 범위 내였다. 따라서, 마크 1~3의 오스테나이트계 스테인레스 강판의 σ상 면적율은 0.1% 이하이며, 또한, 입도 번호는 6.0 이상이었다. 그 때문에, 마크 1~3의 고온 강도는 220MPa 이상이며, 부식도는 0.085g/m2/h 이하였다.
한편, 마크 4의 Mn함유량은, 본 발명의 Mn함유량의 하한 미만이며, 또한, 용체화 온도가 1100℃를 넘었다. 그 때문에, 마크 4의 입도 번호는 6.0 미만이며, 고온 강도는 220MPa 미만이었다.
마크 5의 Mn함유량은 본 발명의 Mn함유량의 하한 미만이었다. 그 때문에, 마크 5의 고온 강도는 220MPa 미만이었다.
마크 6의 화학 조성은 본 발명의 화학 조성의 범위 내였지만, 용체화 온도가 1100℃를 넘었다. 그 때문에, 마크 6의 입도 번호는 6.0 미만이며, 고온 강도는 220MPa 미만이었다.
마크 7 및 12의 화학 조성은 본 발명의 화학 조성의 범위 내였지만, 용체화 온도가 1050℃ 미만이었다. 그 때문에, σ상 면적율이 0.1%를 넘었다. 그 결과, 부식도가 0.085g/m2/h를 넘었다.
마크 8의 Ni함유량은, 본 발명의 Ni함유량의 하한 미만이었다. 그 때문에, 고온 강도가 220MPa 미만이며, 부식도가 0.085g/m2/h를 넘었다.
마크 9의 Ni함유량은, 본 발명의 Ni함유량의 상한을 넘었다. 그 때문에, 부식도가 0.085g/m2/h를 넘었다.
마크 10의 N함유량은, 본 발명의 N함유량의 하한 미만이었다. 그 때문에, 입도 번호가 6.0 미만이었다. 따라서, 고온 강도는 220MPa 미만이며, 부식도가 0.085g/m2/h를 넘었다.
마크 11의 N함유량은, 본 발명의 N함유량의 상한을 넘었다. 그 때문에, 부식도가 0.085g/m2/h를 넘었다.
또한, 마크 1~3, 7 및 12를 참조하여, σ상 면적율은, 용체화 온도가 상승함에 따라, 현저하게 저하했다. 그리고, 용체화 온도가 1050℃ 이상인 경우, σ상 면적율은 0.1% 이하가 되었다.
이상, 본 발명의 실시의 형태를 설명했지만, 상기 서술한 실시의 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상기 서술한 실시의 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상기 서술한 실시의 형태를 적절히 변형하여 실시하는 것이 가능하다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은, 고온 강도 및 내질산 부식성이 요구되는 강재에 널리 적용할 수 있으며, 예를 들어, 화학 플랜트용 강재에 적용할 수 있다. 본 발명은, 특별히, 요소 플랜트용 강재에 적합하다.

Claims (5)

  1. 질량%로,
    C： 0.050% 이하,
    Si： 0.01~1.00%,
    Mn： 1.75~2.50%,
    P： 0.050% 이하,
    S： 0.0100% 이하,
    Ni： 20.00~24.00%,
    Cr： 23.00~27.00%,
    Mo： 1.80~3.20%, 및,
    N： 0.110~0.180%,
    를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며,
    JIS G0551(2005)에 의거하는 결정립의 입도 번호가 6.0 이상이며,
    σ상의 면적율이 0.1% 이하인, 오스테나이트계 스테인레스강.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Fe의 일부 대신에,
    Ca： 0.0100% 이하,
    Mg： 0.0100% 이하, 및,
    희토류 원소(REM)： 0.200% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 오스테나이트계 스테인레스강.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    230℃에 있어서의 항복 강도가 220MPa 이상이며, JIS G0573(1999)에 준거한 65% 질산 부식 시험에 있어서의 부식도가 0.085g/m2/h 이하인, 오스테나이트계 스테인레스강.
  4. 질량%로, C： 0.050% 이하, Si： 0.01~1.00%, Mn： 1.75~2.50%, P： 0.050% 이하, S： 0.0100% 이하, Ni： 20.00~24.00%, Cr： 23.00~27.00%, Mo： 1.80~3.20%, 및, N： 0.110~0.180%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 소재를 준비하는 공정과,
    상기 소재를 열간 가공하여 강재를 제조하는 공정과,
    상기 강재에 대해, 1050~1100℃의 용체화 온도로 용체화 처리를 실시하는 공정을 구비하는, 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 소재는, 상기 Fe의 일부 대신에, Ca： 0.0100% 이하, Mg： 0.0100% 이하, 및, 희토류 원소(REM)： 0.200% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 오스테나이트계 스테인레스 강재의 제조 방법.
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