KR20180069605A - 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강 및 그 제조방법 - Google Patents

크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크랙 발생이 저감되고, 강도가 우수한 듀플렉스(duplex) 스테인리스 강과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH DUPLEX STAINLESS STEEL REDUCED CRACKING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 크랙 발생이 저감되고, 강도가 우수한 듀플렉스(duplex) 스테인리스 강과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
스테인리스 강은 크롬(Cr)을 18%이상 함유하여 내부식성이 우수한 강재를 뜻하며, 화학 성분이나 금속학적 조직에 따라 오스테나이트계, 페라이트계, 석출강화계, 마르텐사이트계, 듀플렉스계로 분류된다.
그 중 듀플렉스계의 스테인리스 강은 금속학적으로 조직이 오스테나이트와 페라이트 2개의 상이 대략적으로 50:50의 부피 분율로 구성되어 있는 강이다. 듀플렉스계의 스테인리스 강은 일반적으로 오스테나이트계에 비해 2배 이상의 우수한 항복강도를 보유하는 특성을 갖고 있다.
한편, 스테인리스 강의 등급은 내식성에 의해 결정될 수 있다. 내식성 강화 원소, 예를 들면 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 질소 등의 원소 함량이 증가할수록 스테인리스 강의 내식성이 향상되며, 그에 따라 상위 등급으로 분류된다.
스테인리스 강의 성분 농도에 따른 내식성, 특히 염소 분위기에서의 공식 저항성은 내공식 당량지수(= %Cr + 3.3*(Mo + 0.5*W) + 30*N)로 수치화할 수 있다. 스테인리스 강의 내공식 당량지수가 30~40 사이인 경우 일반 등급, 40~50인 경우 슈퍼 등급, 50 이상인 경우를 초내식 등급으로 구분하고 있다. 대표적인 초내식 스테인리스 강으로는 내공식 당량지수가 52인 오스테나이트계 UNS S32050 (22Cr-20Ni-6Mo-0.2N) 합금이 있다. 그러나 UNS S32050은 낮은 강도 특성으로 인해, 응력 부식 균열에는 취약하다는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여, 특허문헌 1에서는 내공식 당량지수가 51(27Cr-7Ni-3.3W-2.5Mo)이며, UNS S32050 대비 항복강도가 200MPa 이상 높아 응력 부식 균열이 우수한 초내식 듀플렉스 스테인리스 강을 개시하고 있다.
한편, 질소는 스테인리스 강에 첨가될 경우, 소재 표층부 산화 피막의 안정도를 향상시킴으로써 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 고용강화 효과에 의해 강도가 향상된다는 장점이 있으며, 경제적이기 때문에 최근 고농도의 질소를 함유한 스테인리스 강의 개발이 점점 증가하고 있으며, 목표 질소 농도 또한 높아지고 있는 실정이다.
그러나, 고질소 고내식 스테인리스 강을 제조하는 과정에 있어서, 가장 큰 어려움은 소재 내부에 형성된 질소 기공에 의한 결함이다. 형성된 내부 질소 기공은 장시간 숙열 공정을 실시해도 제거되기 어려울 뿐만 아니라, 이후 압연 공정을 진행할 경우 터짐이나 크랙이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 질소 기공이 잔존하는 부분까지 연마를 실시할 수 있으나, 정도가 불확실한 소재를 연마하는 것은 경제적으로 손실이 큰 방법이다.
또한, 내부 질소 기공을 억제하기 위해서는 용강 내 질소 농돌르 저감시키는 방법이 있으나, 용강내 질소 농도가 낮아질 경우, 잉여 질소량이 감소하기 때문에 질소 가스에 의해 기공 발생이 감소할 수는 있으나, 고질소화를 통해 얻고자 했던 고강도화와 고내식성화를 확보할 수 없다.
따라서, 고질소 초내식 듀플렉스 스테인리스 강을 제조함에 있어서, 질소 고용도를 향상시킴과 동시에, 내부 질소 기공이 발생하지 않아, 터짐이나 크랙의 발생을 저감할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2015-0074691호
본 발명의 일 측면은 스트립 질소 고용도를 높여, 질소에 의한 기공 발생량을 저감시켜, 크랙의 발생을 저감시키고, 질소에 의한 고용 강화로 인해 강도가 우수한 듀플렉스 스테인리스 강과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 태양은 중량%로, C: 0.05% 이하(0%는 제외), Si: 1.0% 이하(0%는 제외), Mn: 2.0% 이하(0%는 제외), Cu: 2.0% 이하(0%는 제외), Cr: 24.5~32.5%, Mo: 2.0~4.0%, W: 2.5~4.5%, Ni: 6.0~10.0%, N: 0.25~0.45%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
강 스트립 단면의 기공이 면적분율로 1% 미만인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 태양은 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 스트립을 얻는 단계;
상기 스트립을 열간 압연하여 열연재을 얻는 단계;
상기 열연재를 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 열연재를 냉각하고 권취하는 단계;를 포함하고,
상기 스트립을 얻는 단계에서 1200~1400℃의 온도 구간에서의 냉각속도는 40℃/s 이상인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 초고내식성과 고강도를 갖는 동시에, 내부 질소 기공이 저감되어 터짐이나 크랙이 발생이 저감된 듀플렉스 스테인리스 강과 이를 제조하는 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 쌍롤식 박판 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래예로 제조된 잉곳에서 단면 내부에 기공이 발생한 것을 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 중 발명예 3의 단면을 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
본 발명자들은 초내식 스테인리스 강을 제조하는 과정에 있어서 질소 기공의 형성과 그로 인한 결함 및 크랙 발생의 문제점을 해결하기 위하여 깊이 연구하였다. 듀플렉스 스테인리스 강을 제조하기 위한 응고 과정은, 액체 상태인 용강에서 페라이트 구간을 지나 페라이트와 오스테나이트 이상 구간으로 이루어지는데, 페라이트는 질소 고용도가 낮기 때문에, 페라이트 구간에 장시간 머무를 경우에 잉여 질소가 기공을 형성하여, 결함을 야기하는 것을 확인하였다.
이를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 스트립 내의 질소 고용도가 낮아지는 온도 구간을 회피하도록 용강의 응고 과정에서 급속 냉각을 행함으로써, 질소 기공의 발생을 저감할 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다. 그러나, 슬라브 또는 잉곳을 제조하는 통상의 주조 공정을 행하게 되면, 슬라브 또는 잉곳의 두께가 200㎜ 이상으로 크기 때문에, 소재 전 두께방향, 폭방향으로 균일한 응고속도를 기대할 수 없고, 거대한 소재로 인해 냉각속도가 매우 느리기 때문에, 상기 온도 구간을 회피할 수 없음을 인지하였다.
이에 본 발명에서는 상기 연속주조 방법의 한계를 극복하기 위해서, 쌍롤식 박판 제조 공정을 이용하고 제조방법을 정밀하게 제어함으로써, 질소 기공에 의한 크랙 발생을 저감하고, 높은 강도를 확보할 수 있는 초고내식 듀플렉스 스테인리스 강을 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성한 것이다.
이하, 본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강에 대해서 상세히 설명한다. 먼저, 상기 스테인리스 강의 조성에 대해서 상세히 설명한다. 특별한 사정이 없는 한, 강 성분에 대한 분율은 중량%임을 의미한다.
본 발명의 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, C: 0.05% 이하(0%는 제외), Si: 1.0% 이하(0%는 제외), Mn: 2.0% 이하(0%는 제외), Cu: 2.0% 이하(0%는 제외), Cr: 24.5~32.5%, Mo: 2.0~4.0%, W: 2.5~4.5%, Ni: 6.0~10.0%, N: 0.25~0.45%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
C: 0.05% 이하(0%는 제외)
탄소(C)는 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. C 함량이 0.05% 초과인 경우에는 오스테나이트-페라이트상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 부식 저항성을 감소시킬 수 있다. 따라서, C 함량은 0.05% 이하(0%는 제외)인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01~0.05%, 보다 더 바람직하게는 0.03~0.04%일 수 있다.
Si: 1.0% 이하(0%는 제외)
실리콘(Si)은 페라이트 안정화 원소로 작용하는 원소이지만, 과다할 경우 금속간화합물 석출을 조장한다. 따라서, 따라서, Si 함량은 1.0% 이하(0%는 제외)인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01~1.0%, 보다 더 바람직하게는 0.3~0.7%일 수 있다.
Mn: 2.0% 이하(0%는 제외)
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로 작용하며, 값비싼 Ni 을 대체하여 듀플렉스 스테인리스강의 상분율을 확보하기 위한 용도로 첨가된다. 그러나, Mn 함량이 과도하면 MnS 등의 개재물을 형성하여 내식성을 저하시키기 때문에 Mn 함량은 2.0% 이하(0%는 제외)인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01~2.0%, 보다 더 바람직하게는 0.8~1.4% 일 수 있다.
Cu: 2.0% 이하(0%는 제외)
구리(Cu)는 Mn과 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이며, 황산 분위기에서의 내식성을 향상시킨다. 그러나, 염소 분위기에서의 공식저항성을 감소시키고 열간가공성을 저하시키기 때문에 Cu 함량은 2.0% 이하(0%는 제외)인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01~2.0%, 보다 더 바람직하게는 0.8~1.4% 일 수 있다.
Cr: 24.5~32.5%, Mo: 2.0~4.0% 및 W: 2.5~4.5%
크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)은 페라이트상 안정화 원소로 듀플렉스 스테인리스강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라 고내식성 확보를 위한 필수 기본 원소들이다. 하지만, 함량을 증가시키면 내식성이 증가하나 오스테나이트-페라이트상 분율의 유지를 위하여 오스테나이트상 안정화 원소들의 함량을 함께 증가시키는 경우 원가 상승 및 열간가공성 저하라는 단점이 발생하기 때문에 각 원소에 대하여 다음과 같이 함량 범위를 한정한다.
크롬(Cr)은 듀플렉스 스테인리스강의 내식성 향상 원소 중 가장 많이 함유되어 기본이 되는 원소이면서도 상대적으로 열간가공성 열화에 비교적 적은 영향을 미친다. 그래서, Mo 및 W 함량을 고려하여 부식 저항성 확보 및 판재 생산을 위한 석출물의 제어가 가능하도록 그 함량 범위를 24.5~32.5%로 제한한다.
몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)는 Cr 보다 더욱 강력한 내식성 향상 원소들이다. Mo 보다 2배 무거운 W은 원자비로 계산 시 내식성 향상에 Mo과 동일한 효과를 보인다고 알려져 있으나, 단독으로 함유하고 있는 것보다 Mo와 복합적으로 함유하고 있을 때 상승효과를 보이므로, 내식성 향상 효과를 극대화 시키기 위해서는 복합 첨가가 필수적이다. 내공식당량지수를 고려하여 Mo 함량을 2.0~4.0%로, W 함량을 2.5~4.5%로 제한한다.
Ni: 6.0~10.0% 및 N: 0.25~0.45%
니켈(Ni) 및 질소(N)는 오스테나이트상 안정화 원소로 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트상 확보에 주된 역할을 하며, 합금 성분에 따라 내식성을 향상시키거나 가공성 및 내식성을 열화시킬 수 있기 때문에, 내해수 부식 저항성 확보를 기본으로 한 Cr, Mo, W 첨가량을 고려하여 페라이트상 부피 분율이 30~65% 되게 각 원소에 대하여 다음과 같이 함량 범위를 한정한다.
니켈(Ni)은 오스테나이트상 안정화 원소 중 가장 강력한 원소로 듀플렉스 스테인리스강의 상분율 균형을 위한 주된 역할뿐만 아니라 전면 부식성 향상의 장점이 있다. Ni 함량의 증가는 원료 가격의 상승과 직결되므로 최소화할 필요가 있다. 그래서 내공식당량지수 50 이상을 만족하는 범위 내에서 Ni 함량의 범위를 6.0~10.0%로 제한한다.
질소(N)은 염소 분위기에서의 내식성 향상뿐만 아니라 듀플렉스 스테인리스강의 장점인 고강도화를 꾀할 수 있는 유용한 원소이다. 그러나 N 함량이 너무 높으면 열간가공성을 감소시켜 실수율을 저하시킨다. 따라서 N 함량은 내공식당량지수 확보를 위한 Cr, Mo 및 W 함량을 고려하여 0.25~0.45%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강은 하기 관계식 1로 정의되는 내공식당량지수가 50 이상인 것이 바람직하다.
[관계식 1]
내공식당량지수 = Cr+3.3*(Mo+0.5*W)+30*N
(상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임)
스테인리스강의 성분 농도에 따른 내식성, 특히 염소 분위기에서의 공식 저항성은 상기 내공식당량지수로 수치화할 수 있으며, 내공식당량지수가 50 이상인 경우를 초내식 등급으로 구분하고 있기 때문이다.
이하, 본 발명의 초내식 듀플렉스 스테인리스강의 미세조직에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 스테인리스강의 미세조직은 면적분율로 35~70%의 오스테나이트, 30~65%의 페라이트를 포함하는 것이 바람직하며, 5% 이하의 금속간 화합물을 포함할 수 있다.
오스테나이트 및 페라이트 분율의 수치범위는 듀플렉스 스테인리스강의 범위에 해당하는 것이며, 본 발명의 미세조직의 특징은 금속간 화합물이 5% 이하인 것에 있다. 본 발명에서 금속간 화합물이란 내식성을 강화하는 합금원소인 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 등을 다량 함유하는 상을 의미한다. 상기 금속간 화합물은 면적분율 측정시 1%의 상분율이 석출할 경우 충격인성이 양호한 상태 대비 50% 감소하기 때문에 소재의 크랙과 파단을 야기할 수 있다. 따라서, 상기 금속간 화합물이 5% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 한편, 금속간 화합물이 적을수록 크랙 및 파단을 억제하는데 유리하기 때문에 특별히 그 하한을 한정하지 않으며 0%를 포함한다.
본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강은 스트립 소재 단면적에서 질소 기공이 차지하는 비율이 면적분율로 1% 미만인 것이 바람직하다. 상기 기공이 차지하는 비율은 소재의 단면을 관찰하여, 전체 단면적 대비, 질소 기공이 차지하고 있는 면적분율로 측정한다. 상기 질소 기공이 많게 되면, 크랙이 발생할 수 있으므로, 크랙 발생을 최소화하기 위해서는 상기 질소 기공이 차지하는 면적이 1% 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강은 항복강도 800MPa 이상의 고강도를 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 초내식 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 초내식 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법은 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 스트립을 얻는 단계; 상기 스트립을 열간 압연하여 열연재을 얻는 단계; 상기 열연재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 열연재를 권취하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 스트립을 얻는 단계에 대해 설명한다.
반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 1500℃ 이상의 용강을 주입하여 스트립을 얻는다.
예를 들어, 도 1과 같이 래들(1)에 수용된 용강이 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(5) 양 끝단부에 설치된 에지댐(6)의 사이, 즉, 한쌍의 주조롤(5)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 쌍롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 메니스커스 쉴드(7)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙을 빠져나오면서 스트립이 제조된다.
본 발명에서는 상기 스트립을 제조하는 과정에서 1200~1400℃의 온도 구간에서의 냉각속도를 40℃/s 이상으로 행하는 것이 바람직하다. 페라이트는 질소의 고용도가 낮기 때문에 페라이트 구간에 장시간 머무를 경우에는 잉여 질소가 기체를 형성하여, 기공을 형성한다. 따라서, 질소 고용도가 낮을 온도 구간인 1200~1400℃의 온도 구간을 빠른 냉각 속도로 냉각하여, 질소 기공의 발생량을 억제할 수 있다.
일반적인 연속주조 방법을 이용하는 경우에는 슬라브의 두께가 200mm 이상으로 두껍기 때문에 전 두께범위의 온도제어가 용이하지 않다. 연속주조 방법에서는 냉각을 제어하여 극표층부는 질소 기공이 발생하지 않았을지라도 극표층부 직하에서는 질소 기공이 다량 발생함에 따라 크랙이 발생한다. 이에 더 이상의 후공정 진행이 불가능하다. 그러나, 쌍롤식 박판 제조 공정을 이용하는 경우에는 두께가 얇은 스트립을 생산할 수 있어 전 두께 범위의 온도 제어가 용이하고, 냉각 공정에서도 전 두께 범위에서 냉각속도를 균일하게 하면서 1200~1400℃ 구간을 빠르게 냉각할 수 있다.
상기 냉각속도를 제어하기 위한 방안은 특별히 한정하지 않으며, 용강의 온도, 주조롤의 회전속도, 주조로 사이에 작용하는 힘 등을 제어함으로써 확보할 수 있다. 일예로, 스트립이 생성되는 주조롤 직하에서의 온도를 측정하고, 주조롤의 회전속도를 제어하여, 상기 온도구간에서의 냉각속도를 조절할 수 있다.
이때, 스트립의 두께가 5mm 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
용강이 주조롤 사이를 통과하여 스트립을 형성한 직후의 온도는 스트립의 두께와 연관이 있으며, 제조된 스트립의 두께가 두꺼울수록 균일한 급속 냉각이 곤란하기 때문에 상기 5㎜를 넘지 않은 것이 바람직하다.
상기 용강의 온도는 1500℃ 이상이 것이 바람직하다. 상기 용강의 온도를 1500℃ 이상으로 하면, 급속 응고 효과를 극대화할 수 있고, 응고가 완료된 후의 스트립 온도를 1200℃ 이하가 되도록 하여, 질소 기공 발생 구간을 회피함으로써 질소 기공에 의한 크랙이 없는 스트립의 생산에 유리하다.
이때, 상기 용강은 상술한 스테인리스강의 합금조성을 가질 수 있다.
상기 스트립을 열간 압연하여 압연재를 얻는다.
열간 압연은 통상적인 조건에 따라서 행하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다. 예를 들어, 20~40%의 압하율로 3초 이내에 행할 수 있다.
이때, 상기 열간 압연 전에 상기 스트립의 온도가 1000℃ 이상을 유지하도록 가열 또는 보열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 스트립의 두께 제어만으로는 온도 제어가 불충분한 경우가 발생하거나, 스트립 생산 후 열간압연까지 온도가 1000℃ 미만으로 하락하는 경우가 발생할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.
상기 열간 압연을 행한 후 냉각 및 귄취를 행한다.
상기 냉각과 권취는 통상적인 조건에 따라서 행하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다.
이때, 냉각속도는 열연재의 두께, 냉각수 적용 여부, 냉각수를 적용할 경우 비수량 등에 의해 통상의 기술자가 제어할 수 있다. 동일한 냉각수 분사조건일지라도 열연재의 두께가 두꺼우면 냉각 속도가 느려지고, 반대로 열연재의 두께가 얇으면 냉각속도가 증가한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1에 나타낸 성분조성(단위는 중량%이고, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 갖는 용강을 도 1에 도시된 쌍롤식 박판 제조 공정을 이용하여, 하기 표 2의 조건으로 스테인리스강을 제조하였다. 다만, 종래예의 경우 연속주조 공정을 이용하여 스테인리스 강의 잉곳을 제조하였다.
하기 표 2에서 냉각속도는 측정한 용강의 온도와 응고가 종료된 후 냉각대에 진입하기 전에 측정한 스트립의 온도의 차이로부터 계산된 값이다. 구체적으로, 도 1의 A지점인 턴디쉬의 온도는 대략 1500~1560℃ 수준이고, 주조롤을 통과하여, 압연 전인 B 지점의 온도는 약 100~1200℃ 이므로, 주조롤에 의해 주조되면서부터의 온도차이로부터 상기 냉각속도를 측정한 것이다.
제조된 스테인리스 강에 대해서, 응고가 종료된 후 페라이트의 분율과 질소 농도를 측정하였다. 한편, 질소 기공 발생은 소재의 단면적을 관찰했을 때, 기공이 차지하는 면적분율을 측정하였으며, 면적분율이 1% 미만인 경우에는 질소 기공이 없음(X), 1% 이상인 경우에는 질소 기공이 있음(○)으로 표기하였다. 한편, 항복강도는 ASTM-A370 규격에 따라 가공한 후, 인장시험 조건(상온 변형속도 20㎜/min)으로 수행하였다.
강종 C Si Mn Cr Ni Cu Mo W N 내공식 당량지수
1 0.035 0.5 1.07 27.5 6.8 1.19 2.47 3.25 0.45 54.51
2 0.030 0.6 1.06 27.5 6.93 1.00 2.50 3.28 0.40 53.16
3 0.021 0.45 1.19 28.9 6.50 1.02 2.25 3.23 0.36 52.49
내공식당량지수는 Cr+3.3*(Mo+0.5*W)+30*N의 관계식 1로 얻어진 것이다.
강종 구분 두께(㎜) 응고속도
(℃/s)		 페라이트 분율(%) 질소 농도(%) 질소 기공 항복강도
(Mpa)
3 종래예 150 0.3 - 0.33 ○ 674
1 발명예1 4 49 32 0.45 × 921
1 발명예2 4 48 39 0.45 × 939
2 발명예3 3 44 37 0.40 × 885
2 발명예4 3 43 45 0.40 × 890
2 발명예5 3 42 48 0.40 × 889
3 발명예6 3 44 53 0.36 × 850
3 발명예7 3 43 60 0.36 × 859
3 발명예8 3 42 58 0.36 × 853
종래예의 경우 일반 연속주조 공정을 이용하여 잉곳으로서, 도 2에 나타난 바와 같이, 소재 단면에 질소 기공이 다발하였다.
반면, 본 발명의 조건에 의한 발명예에서는 질소 기공에 의한 결함이 없는 양호한 스트립이 얻어질 뿐만 아니라, 높은 항복강도를 확보할 수 있었다. 특히, 도 3은 발명예 3에 의해 제조된 듀플렉스 스테인리스 강의 단면을 관찰한 사진으로서, 스트립 내부에 질소 가스에 의한 기공이 존재하지 않음을 나타낸 것이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 래들 2: 턴디시 3: 침지노즐
4: 섬프 5: 주조롤 6: 에지댐
7: 메니스커스 실드 8: 인라인 열간압연 9: 냉각 장치
10: 권취기
A: 턴디쉬 용강 온도 측정 위치
B: 응고 후 스트립 온도 측정 위치

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.05% 이하(0%는 제외), Si: 1.0% 이하(0%는 제외), Mn: 2.0% 이하(0%는 제외), Cu: 2.0% 이하(0%는 제외), Cr: 24.5~32.5%, Mo: 2.0~4.0%, W: 2.5~4.5%, Ni: 6.0~10.0%, N: 0.25~0.45%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    강 스트립 단면의 기공이 면적분율로 1% 미만인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테인리스 강은 하기 관계식 1로 정의되는 내공식당량지수가 50 이상인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강.
    [관계식 1]
    내공식당량지수 = Cr+3.3*(Mo+0.5*W)+30*N
    (상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테인리스 강의 미세조직은 면적분율로 35~70%의 오스테나이트, 30~65%의 페라이트를 포함하는 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강.
  4. 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 스트립을 얻는 단계;
    상기 스트립을 열간 압연하여 열연재을 얻는 단계;
    상기 열연재를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 열연재를 냉각하고 권취하는 단계;를 포함하고,
    상기 스트립을 얻는 단계에서 1200~1400℃의 온도 구간에서의 냉각속도는 40℃/s 이상인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 용강의 온도는 1500℃ 이상인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 스트립의 두께는 5㎜ 이하인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강의 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 용강은 중량%로, C: 0.05% 이하(0%는 제외), Si: 1.0% 이하(0%는 제외), Mn: 2.0% 이하(0%는 제외), Cu: 2.0% 이하(0%는 제외), Cr: 24.5~32.5%, Mo: 2.0~4.0%, W: 2.5~4.5%, Ni: 6.0~10.0%, N: 0.25~0.45%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강의 제조방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 열간 압연 전의 스트립 온도는 1000~1200℃인 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강의 제조방법.
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