KR20180074332A - 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법 - Google Patents

연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180074332A
KR20180074332A KR1020160178315A KR20160178315A KR20180074332A KR 20180074332 A KR20180074332 A KR 20180074332A KR 1020160178315 A KR1020160178315 A KR 1020160178315A KR 20160178315 A KR20160178315 A KR 20160178315A KR 20180074332 A KR20180074332 A KR 20180074332A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stainless steel
elongation
duplex stainless
ferrite
modified
Prior art date
Application number
KR1020160178315A
Other languages
English (en)
Inventor
전종진
김학
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020160178315A priority Critical patent/KR20180074332A/ko
Publication of KR20180074332A publication Critical patent/KR20180074332A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 오스테나이트 및 페라이트의 2상 미세조직으로 구성되며, 하기 식 (1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50%이며, 하기 식 (2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃이다.
FF(%) = -293-2332*C+16.1*Si+49.2*Mn+8.47*Cr-44.2N-7.14*Cu ------ 식 (1)
MM(℃) = 551-[462*(C+N)/(1-0.01*FF)]-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*Cu ------ 식 (2)

Description

연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법{LEAN DUPLEX STAINLESS STEEL WITH IMPROVED ELONGATION AND IMPACT TOUGHNESS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 오스테나이트 및 페라이트의 2상 미세조직을 가지는 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가공성과 내식성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강은 철(Fe)을 소지금속으로 하여, 크롬(Cr), 니켈(Ni)을 주요한 원료로 함유하고 있으며, 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu) 등의 기타 원소들을 첨가하여 각종 용도에 맞도록 다양한 강종으로 개발되고 있다.
내식성 및 가공성이 우수한 300계 스테인리스강은 고가의 원료인 Ni, Mo 등을 포함하고 있는바, 이에 대한 대체 방안으로 400계 스테인리스강이 논의되기도 하였으나, 성형성이 300계 스테인리스강에 미치지 못한다는 문제점이 존재한다. 성형량이 많은 열/냉연재 보다는 상대적으로 성형이 적은 후판에서는 사용환경에 따라 400계 수준의 내식성으로도 적용이 가능하나, 400계 스테인리스강이 가진 열위한 충격특성 및 용접부 열화 등으로 인해 후판으로서의 사용에 많은 제약이 따른다.
한편, 오스테나이트 상과 페라이트 상이 혼합된 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트계 및 페라이트계가 가지는 모든 장점을 가지고 있으며, 현재까지 다양한 종류의 듀플렉스 스테인리스강이 개발되어 있다.
미국등록특허 제6096441호(2000.8.1)에는 "저니켈 고 인장 연신율을 갖는 페라이트-오스테나이트계 스테인리스강"이 개시되어 있다. 이는 철을 소지금속으로 하여, C: 0.04% 이하, Si: 0.4 ~ 1.2%, Mn: 2 ~ 4% 이하, Ni: 0.1 ~ 1.0%, Cr: 18 ~ 22%, Cu: 0.05 ~ 4.0%, S: 0.03% 이하, P: 0.1% 이하, N: 0.1 ~ 0.3%, Mo: 3.0% 이하 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 오스테나이트 및 페라이트의 2상으로 이루어지고, 그 중 오스테나이트상이 30~70%를 차지하되, Creq=Cr(%)+Mo(%)+1.5Si(%), Nieq=Ni(%)+0.33Cu(%)+0.5Mn(%)+30C(%)+30N(%)로 정의되는 수학식에서 Creq/Nieq 2.3~2.75 범위이며, IM=551-805(C+N)(%)--8.52Si(%)--8.57Mn(%)--12.51Cr(%)--36Ni(%)--34.5Cu(%)--14Mo(%)로 정의되는 수학식에서 IM은 40 ~ 115 범위인 것을 특징으로 한다.
한편, 고내식 환경에서 사용되는 가장 널리 사용되는 듀플렉스 스테인리스 강 중 하나는 22%Cr, 5.5%Ni, 3%Mo, 0.16%N 성분을 갖는 AL2205(UNS S31803 또는 S32205)가 있다.
상기의 강들은 다양한 부식 환경에서 우수한 내부식성을 제공하는바, AISI 304, 316 등의 오스테나이트계 보다 우수한 내부식성을 갖는다.
그러나, 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 Ni, Mo 등의 고가 원소를 포함하고 있는바, 제조 비용이 상승될 뿐만 아니라 Ni, Mo 등을 소비함에 따라 타 강종과의 가격 경쟁력이 떨어지는 단점이 존재한다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 듀플렉스 스테인리스강 중에서도 Ni 및 Mo 등의 고가 합금 원소를 배제하고, 이들 원소를 대신하여 저 원가의 합금원소를 첨가함으로써 합금 비용의 장점을 더욱 향상시킨 린 듀플렉스(lean duplex) 스테인리스강에 대한 관심이 증대되고 있다.
린 듀플렉스 스테인리스강은 종래 오스테나이트계 스테인리스강으로 대별되는 304, 316강과 동등한 내식성을 확보하면서 Ni 함량이 적어 경제적이면서도 고강도 확보가 용이하여 내식성을 요하는 담수 설비, 펄프, 제지, 화학설비 등 산업 설비용 강재로 각광받고 있다.
이러한 린 듀플렉스강은 예를 들어, ASTMA240에 규격화되어 있는 S32304(대표성분 23Cr-4Ni-0.13N), ASTMA240에 규격화되어 있는 S32101(대표성분 21Cr-1.5Ni-5Mn-0.22N) 등이 있다.
린 듀플렉스강은 고가 원소를 배제하여 제조 원가를 절감하면서도 304, 304L 및 316강 대비 동등 이상 수준의 내식성을 확보하고 있으나, 때에 따라서는 사용환경 대비 린 듀플렉스강의 내식성이 오버스펙인 경우도 있으며, 400계 수준의 내식성을 가지는 듀플렉스강의 요구가 발생하기도 한다.
이러한 요구에 상응한 강종은 현재 개발되어 있지 않으며, 400계 스테인리스강은 구조적인 요인으로 DBTT 특성이 낮아 충격특성이 매우 취약하며, 용접 HAZ부 조직의 조대화로 인해 후판으로서의 사용이 어려운 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 기존의 린 듀플렉스강 성분에서 단순히 Cr, Ni 성분을 저감시켜 내식성을 낮추고자 할 경우, 상온에서의 오스테나이트 상 안정성이 저하되어 냉각과정에서 오스테나이트 상이 마르텐사이트 상으로 변태되는 현상이 발생한다. 즉, 20% Cr 이하에서는 페라이트 상, 오스테나이트 상의 2상 조직을 갖는 듀플렉스강 조직을 구현하기가 어려우며, 냉각과정에서 형성된 마르테사이트 상은 소재의 연신율 저하시켜 조관 프로세스와 같은 가공이 불가능한 문제를 야기시킨다.
그러나, 400계 수준의 가공성을 요구하는 환경에 적용하기 위해서는 연신율의 추가 개선이 필요하며, 저온 환경에 노출될 경우 가공 중 마르텐사이트 변태에 의해 충격인성이 급격히 저하되는 문제가 발생한다.
미국등록특허 제6096441호(2000.8.1.)
본 발명의 실시예들은 듀플렉스 스테인리스강의 성분계 중 Ni, Mo 등 고가 합금원소의 함량을 최소화하고 Cr, N, Cu 성분 제어를 통하여 오스테나이트 및 페라이트의 2상 미세조직을 가지는 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상온에서의 오스테나이트 상 안정성을 부여하여 연신율을 확보하며, 동시에 저온 충격 특성을 확보할 수 있는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 오스테나이트 및 페라이트의 2상 미세조직으로 구성되며, 하기 식 (1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50%이며, 하기 식 (2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃이다.
FF(%) = -293-2332*C+16.1*Si+49.2*Mn+8.47*Cr-44.2N-7.14*Cu ------ 식 (1)
MM(℃) = 551-[462*(C+N)/(1-0.01*FF)]-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*Cu ------ 식 (2)
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Ni: 0.05% 이하를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 연신율 및 샤르피 충격값의 곱이 2,500 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 항복 강도(YS)는 500MPa 이상이며, 연신율은 45% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 20℃의 샤르피 충격값은 50J/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조 방법은, 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50%이며, 하기 식 (2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃인 듀플렉스 스테인리스강 슬라브를 열간 압연하는 단계 및 열연 강판을 1,050 내지 1,150℃의 온도에서 소둔 열처리 및 수냉하는 단계를 포함한다.
FF(%) = -293-2332*C+16.1*Si+49.2*Mn+8.47*Cr-44.2N-7.14*Cu ------ 식 (1)
MM(℃) = 551-[462*(C+N)/(1-0.01*FF)]-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*Cu ------ 식 (2)
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열연 강판을 10 내지 60분 동안 소둔 열처리할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 듀플렉스 스테인리스강의 성분계 중 Cr, Ni, Mo 등의 합금 성분을 최소화 또는 배제하여 자원을 절약할 수 있고 듀플렉스 스테인리스강의 제조 원가를 최소화할 수 있다.
또한, Cr, Si, N, Cu 성분제어를 통하여 상온에서의 오스테나이트 상 안정성을 높임으로써 40% 이상의 연신율을 확보할 수 있으며, 저온 충격 특성이 우수하여 304강보다 낮은 등급의 후판 용도로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 응력-연신율의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강 조성에 따른 Modified Md30 및 연신율의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강 조성에 따른 Modified Md30 및 연신율*충격에너지의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 페라이트 상분율 및 연신율*충격에너지의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강 조성에 따른 Modified Md30 및 페라이트 상분율의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
C: 0.1% 이하(0 제외)
C는 오스테나이트상 형성 원소로 고용 강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. C는 오스테나이트상 안정성에 기여하기 위하여서는 미량 첨가되어야 된다. 그러나, C는 과다 첨가시, 소재 제조시 중심부에 편석 및 조대한 탄화물을 형성하여, 후공정인 열간압연-소둔-냉간압연-냉연소둔 공정에 악영향을 끼치고, 페라이트-오스테나이트 상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 내부식성을 감소시키기 때문에, 내식성을 극대화하기 위해서는 0.1% 이하의 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
Si : 2.5 내지 4.0%
Si는 탈산효과를 위하여 일부 첨가되며, 페라이트상 형성 원소로 소둔 열처리시 페라이트에 농화되는 원소이다. 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 Cr의 함량이 기존의 린 듀플렉스 스테인리스강보다 낮아, 적정한 페라이트 상분율 확보를 위하여 2.5% 내지 4.0% 첨가함이 바람직하다. 그러나, Si을 4.0% 초과로 첨가하는 경우, 페라이트상의 경도를 급격히 증가시켜서 가공성 및 충격특성이 저하시키게 된다.
Mn: 4.0 내지 8.0%
Mn은 용탕 유동도 조절, 탈산제 및 질소 고용도를 증가시키는 원소로서, 오스테나이트 형성 원소이다. Mn은 고가의 Ni을 대체하여 첨가된다. Mn이 4.0% 미만인 경우, 상온에서 오스테나이트 안정성이 저하되어 냉각과정에서 마르텐사이트로 변태되어 2상 조직을 유지하기 어렵다. Mn이 8.0% 초과인 경우, 오스테나이트 상분율 과다로 상분율 제어가 어려워진다. 따라서, Mn의 함량을 4.0 내지 8.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr : 14.5 내지 16.5%
Cr은 Si와 함께 페라이트상 안정화 원소로서 2상 스테인리스강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라, 내식성 확보를 위한 필수 원소이다. 함량을 증가시키면 내식성이 증가하나 상분율 유지를 위하여 고가의 Ni이나 기타 오스테나이트상 형성원소의 함량을 증가시켜야 한다.
Cr은 듀플렉스 스테인리스강의 제조 원가 절감 측면에서 최소화하며, 기존의 린 듀플렉스 스테인리스강 성분 범위에서 벗어나도록 16.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그러나, 듀플렉스 스테인리스강의 내식성 확보를 위해 14.5% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다.
N: 0.10 내지 0.15%
N는 듀플렉스 스테인리스강에서 Ni과 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소로, 소둔 열처리시 오스테나이트 상에 농화되는 원소 중의 하나이다. 소둔 열처리 시 고상에서의 확산 속도가 빨라서 대부분 오스테나이트상에 농화가 발생하는 원소 중의 하나이다.
따라서, N의 함량을 증가시킴으로써, 부수적으로 내식성 향상 및 강도 향상을 꾀할 수 있으나, 첨가된 Mn의 함량에 따라 N의 고용도가 변화될 수 있으므로, 그 함량 조절이 필요하다.
본 발명의 Mn 함량 범위에서 N의 함량이 0.15%를 초과하면, 질소 고용도 초과에 의하여, 주조시 블로우 홀(blow hole) 및 핀 홀(pin hole) 등이 발생하여, 제품의 표면 결함 및 압연도중 에지 크랙(edge crack)이 유발되는 문제점이 있다. 따라서, 질소(N)의 함량을 0.10 내지 0.15%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cu: 2.0 내지 4.0%
Cu는 Mn, Ni 및 N와 함께 오스테나이트상 안정화 원소이다. 충분한 오스테나이트 상을 확보하기 위하여 Cu 함량을 2.0% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu 함량이 4.0% 초과이면 열간 취성에 의해 제품 가공이 어려워지는바, Cu 함량은 2.0 내지 4.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강은 Ni: 0.05% 이하를 더 포함할 수 있다.
Ni은 듀플렉스 스테인리스강에서 N와 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소이다. Ni의 양이 0.05% 초과인 경우, 고가 금속인 Ni의 함량이 증가하여 제조 원가가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트 및 페라이트의 2상 미세조직으로 구성된다.
본 발명에서 언급되는 오스테나이트 및 페라이트 조직이란 페라이트상과 오스테나이트상이 대부분의 조직을 차지하는 것을 의미하고, 스테인리스강이 페라이트상과 오스테나이트상으로만 형성되는 것을 의미하지 않는다. 예를 들어, 페라이트상과 오스테나이트상이 대부분의 조직을 차지한다는 것은 스테인리스강을 형성하는 조직 중 페라이트상과 오스테나이트상의 합이 90% 이상을 차지한다는 의미이고, 페라이트상과 오스테나이트상을 제외한 나머지는 오스테나이트상이 변태된 마르텐사이트상이 차지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강은 하기 식(1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50% 일 수 있다.
FF(%) = -293-2332*C+16.1*Si+49.2*Mn+8.47*Cr-44.2N-7.14*Cu ------ 식 (1)
상기 페라이트 예측분율이 50% 초과인 경우 저온 충격 특성이 저하되는 문제점이 있으며, 35% 미만인 경우 Md30 값이 높아져 연신율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 린 듀플렉스 스테인리스강은 하기 식(2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃ 일 수 있다.
MM(℃) = 551-[462*(C+N)/(1-0.01*FF)]-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*Cu ------ 식 (2)
예를 들어, 오스테나이트 상이 소둔 열처리 이후, 냉각 과정에서 마르텐사이트 상으로 변태하거나, 가공 중 마르텐사이트 상으로의 급격한 변태하는 경우, 상기 식(2)에 따른 수정 Md30이 70℃를 초과하여, 린 듀플렉스 스테인리스강의 연신율이 40% 미만 수준으로 가공성이 매우 취약해진다.
예를 들어, 상기 스테인리스강의 연신율 및 샤르피 충격값의 곱이 2,500 이상일 수 있다. 이는 본 발명에서 목적하는 연신율 및 충격 특성을 동시에 달성하기 위한 것으로 이들의 곱이 2,500 미만인 경우에는 연신율이 45% 미만으로 가공성이 열위하거나, 샤르피 충격값이 50J/cm2 미만으로 충격 특성이 열위한 문제점이 있다.
예를 들어, 상기 스테인리스강의 항복 강도(YS)는 500MPa 이상이며, 연신율은 45% 이상 일 수 있다. 또한, 상기 스테인리스강의 20℃의 샤르피 충격값은 50J/cm2 이상 일 수 있다. 따라서, 충분한 연신율 및 충격 인성을 확보할 수 있어 구조용 강으로서의 적용이 용이하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조 방법은, 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50%이며, 하기 식 (2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃인 듀플렉스 스테인리스강 슬라브를 열간 압연하고, 열연 강판을 1,050 내지 1,150℃의 온도에서 소둔 열처리 및 수냉하여 린 듀플렉스 스테인리스강을 제조한다.
상기 조성의 린 듀플렉스 스테인리스강 슬라브는 통상의 방법으로 후판 압연할 수 있이며, 열연 강판은 두께가 5 내지 20mm 일 수 있다.
예를 들어, 상기 열연 강판은 10 내지 60분 동안 소둔 열처리된다.
상기 성분계 및 열처리 조건 하에서 미세조직이 냉각과정 중 마르텐사이트 상 변태가 발생하지 않고 페라이트 상 및 오스테나이트 상의 2상 조직이 유지되어 페라이트 상 분율이 35 내지 50%를 유지하며 수정 Md30이 30 내지 70℃의 값을 가질 수 있다.
이하 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
발명강 및 비교강
하기 표 1의 각 발명강들 및 비교강들에 따른 성분계를 포함하는 린 듀플렉스 스테인리스강 슬라브들을 제조한 후, 후판 압연 하여 10mmt의 후판 압연 시편들을 제조하였다.
하기 표 1에서는, 본 발명의 대상 강종인 저원가 린 듀플렉스 스테인리스 강의 조성을 나타내었다. 특히, 여기서 Mn은 5.6 내지 6.5%의 범위 내에서 고정하고, Cr, N, Cu의 함량에 변화를 주어 제조하였다.
C Si Mn Cr N Cu
발명강 1 0.048 3.03 6 15 0.11 2.98
발명강 2 0.049 2.99 6 16.02 0.11 3.01
비교강 1 0.045 2.98 6.01 13.95 0.05 0
비교강 2 0.047 3.03 5.92 13.8 0.098 0
비교강 3 0.054 2.98 6.04 13.85 0.138 0
비교강 4 0.05 4 6.01 14.2 0.091 0
비교강 5 0.054 2.93 6.1 13.98 0.11 1.03
비교강 6 0.051 3 6.07 14.03 0.109 2.02
비교강 7 0.05 3 6.1 14 0.1 3
비교강 8 0.049 2.95 5.98 17.06 0.11 3.03
이후, 상기 후판 압연 시편들을 소둔 온도 1,100℃로 30분간 유지하고 수냉 한 후, 재질을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
페라이트 예측분율(FF (%))과 수정 Md30(MM (℃)) 값은 상기 표 1의 조성 및 식 (1), (2)을 참조하여 계산하였다.
페라이트 분율(%) FF (%) MM (℃)
발명강 1 40.55 39.96 61.03
발명강 2 46.64 45.41 33.57
비교강 1 62.21 61.68 169.26
비교강 2 50.38 50.00 152.14
비교강 3 38.01 37.43 143.15
비교강 4 67.24 66.74 75.10
비교강 5 35.24 34.56 137.46
비교강 6 34.31 34.61 110.40
비교강 7 32.13 31.56 93.93
비교강 8 52.39 52.45 -0.64
또한, 인장특성 및 충격 특성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.
연신율 관련하여, 압연방향으로 ASTM sub-size 인장시편을 채취하여 인장시험시의 온도는 상온으로 규정하고 변형속도를 20mm/min로 하여, 인장시험을 수행하였다. 샤르피 충격값은 ASTM E23 규격에 따른 샤르피 충격 시험을 통하여 측정하였다.
YS (MPa) TS (MPa) 연신율 (%) 샤르피 충격값 (J/cm2, 20℃) 연신율*충격값
발명강 1 529 942 45 57.6 2,592
발명강 2 567 803 51 52.6 2,683
비교강 1 472 1062 25 28.8 720
비교강 2 473 1195 27 35.6 961
비교강 3 495 1253 28 40.6 1,137
비교강 4 597 1012 35 1.4 49
비교강 5 493 1194 29 45.2 1,311
비교강 6 528 1157 33 60.4 1,993
비교강 7 517 1101 38 63.9 2,428
비교강 8 554 751 41 41.8 1,714
상기 표 3을 기초로 도 1 내지 5에 이들을 도시화하였다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 응력-연신율의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 발명강 1, 2 그리고 비교강 1 내지 3 및 비교강 7의 응력-연신율의 관계를 나타내었으며, 이에 따라, 발명강들의 연신율을 45% 이상으로 확보할 수 있으며, 항복 강도(YS)를 500MPa 이상으로 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강 조성에 따른 Modified Md30 및 연신율의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, Modified Md30 값과 연신율과 상관관계에 있어서, 이 중 Modified Md30 값이 30 내지 70℃의 범위에서 45% 이상의 연신율을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강 조성에 따른 Modified Md30 및 연신율*충격에너지의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, Modified Md30 값과 연신율 및 샤르피 충격값의 곱과 상관관계에 있어서, 이 중 Modified Md30 값이 30 내지 70℃의 범위에서 연신율 및 샤르피 충격값의 곱을 2,500 이상으로 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 페라이트 상분율 및 연신율*충격에너지의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 페라이트 상분율과 연신율 및 샤르피 충격값의 곱과 상관관계에 있어서, 이 중 페라이트 상분율이 40 내지 50%의 범위에서 연신율 및 샤르피 충격값의 곱을 2,500 이상으로 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강 조성에 따른 Modified Md30 및 페라이트 상분율의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 페라이트 상분율과 Modified Md30 값과 상관관계에 있어서, 이 중 Modified Md30 값이 30 내지 70℃의 범위에서 페라이트 상분율을 40 내지 50%를 확보할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 오스테나이트 및 페라이트의 2상 미세조직으로 구성되며, 하기 식 (1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50%이며, 하기 식 (2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃인 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강.
    FF(%) = -293-2332*C+16.1*Si+49.2*Mn+8.47*Cr-44.2N-7.14*Cu ------ 식 (1)
    MM(℃) = 551-[462*(C+N)/(1-0.01*FF)]-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*Cu ------ 식 (2)
  2. 제1항에 있어서,
    Ni: 0.05% 이하를 더 포함하는 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 연신율 및 샤르피 충격값의 곱이 2,500 이상인 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 항복 강도(YS)는 500MPa 이상이며, 연신율은 45% 이상인 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 20℃의 샤르피 충격값은 50J/cm2 이상인 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강.
  6. 중량%로, C: 0.1% 이하(0 제외), Si: 2.5 내지 4.0%, Mn: 4.0 내지 8.0%, Cr: 14.5 내지 16.5%, N: 0.10 내지 0.15%, Cu: 2.0 내지 4.0%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)에 따른 페라이트 예측분율(Ferrite fraction, FF(%))이 35 내지 50%이며, 하기 식 (2)에 따른 수정 Md30(Modified Md30, MM(℃))이 30 내지 70℃인 듀플렉스 스테인리스강 슬라브를 열간 압연하는 단계; 및
    열연 강판을 1,050 내지 1,150℃의 온도에서 소둔 열처리 및 수냉하는 단계를 포함하는 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조 방법.
    FF(%) = -293-2332*C+16.1*Si+49.2*Mn+8.47*Cr-44.2N-7.14*Cu ------ 식 (1)
    MM(℃) = 551-[462*(C+N)/(1-0.01*FF)]-9.2*Si-8.1*Mn-13.7*Cr-29*Cu ------ 식 (2)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열연 강판을 10 내지 60분 동안 소둔 열처리하는 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조 방법.


KR1020160178315A 2016-12-23 2016-12-23 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법 KR20180074332A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160178315A KR20180074332A (ko) 2016-12-23 2016-12-23 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160178315A KR20180074332A (ko) 2016-12-23 2016-12-23 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180074332A true KR20180074332A (ko) 2018-07-03

Family

ID=62918422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160178315A KR20180074332A (ko) 2016-12-23 2016-12-23 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180074332A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2172573B1 (en) Martensitic stainless-steel seamless pipe for oil well pipe and process for producing the same
KR101379079B1 (ko) 린 듀플렉스 스테인리스강
EP2520684A2 (en) Austenite steel material having superior ductility
EP2215280B1 (en) High tensile steel for deep drawing and manufacturing method thereof
CN113549827A (zh) 一种低温韧性优异的fh690级海工钢及其制造方法
KR101903181B1 (ko) 내식성 및 성형성이 우수한 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법
KR20150046418A (ko) 고강도 및 고연성 강판 및 그 제조방법
KR20150074697A (ko) 저 니켈 함유 스테인리스강
US11952649B2 (en) High-strength stainless steel
CN109930083B (zh) 低镍低铬不锈钢以及其制造方法
JP5100144B2 (ja) バネ用鋼板およびそれを用いたバネ材並びにそれらの製造法
KR101844573B1 (ko) 열간가공성이 우수한 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법
KR20190066734A (ko) 내식성이 우수한 고경도 오스테나이트계 스테인리스강
KR20190077724A (ko) 절곡성이 향상된 린 듀플렉스강 및 그 제조방법
KR20180018908A (ko) 니켈 저감형 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법
KR20180074332A (ko) 연신율 및 충격 인성이 개선된 린 듀플렉스 스테인리스강 및 이의 제조 방법
US20180363112A1 (en) Lean duplex stainless steel and method of manufacturing the same
KR101482343B1 (ko) 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법
JP2019501286A (ja) 耐食性および加工性が向上したリーン二相ステンレス鋼およびその製造方法
KR101379139B1 (ko) 고강도와 연성이 우수한 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법
KR101820526B1 (ko) 굽힘 가공성이 우수한 린 듀플렉스 스테인리스강
KR101379076B1 (ko) 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법
KR101379063B1 (ko) 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법
KR20150073381A (ko) 내응력부식성이 우수한 2상 스테인리스강
KR101668533B1 (ko) 표면 품질이 우수한 듀플렉스 스테인리스강

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment