KR20180076081A - Heat-resistant steel having high mechanical property and workability - Google Patents

Heat-resistant steel having high mechanical property and workability Download PDF

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KR20180076081A KR1020160180183A KR20160180183A KR20180076081A KR 20180076081 A KR20180076081 A KR 20180076081A KR 1020160180183 A KR1020160180183 A KR 1020160180183A KR 20160180183 A KR20160180183 A KR 20160180183A KR 20180076081 A KR20180076081 A KR 20180076081A
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홍순익
송재숙
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충남대학교산학협력단
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Abstract

Provided is a heat-resistant steel having excellent processability and high temperature characteristics. The heat-resistant steel of the present invention comprises: equal to or more than 0.05 wt% and equal to or less than 0.8 wt% of C; equal to or more than 0.05 wt% and equal to or less than 0.8 wt% of N; equal to or more than 9 wt% and equal to or less than 16 wt% of Mn; equal to or more than 10 wt% and equal to or less than 16 wt% of Cr; at least one of equal to or more than 0.1 wt% and equal to or less than 2 wt% of Nb, more than 0 wt% and equal to and less than 2 wt% of Mo, and equal to or more than 0.01 wt% and equal to or less than 2 wt% of V; and the remainder consisting of Fe and inevitable impurities.

Description

가공성과 고온특성이 우수한 내열강{Heat-resistant steel having high mechanical property and workability} [0001] Heat-resistant steel having high mechanical property and workability [

본 발명은 가공성과 고온특성이 우수한 내열강의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 엔진 부품, 가스터빈 등 고온 분위기에서 사용되는 내열강을 제조함에 있어 고망간(Mn)강에서 나타나는 가공성 및 내식성 저하로 사용 용도가 한정되는 문제점을 극복하고 내식성, 내열성을 향상시키고자 망간(Mn) 함량과 크롬(Cr) 함량을 조절하고 Nb, Mo, V을 2% 이내로 첨가하여 가공성과 고온특성을 겸비하고 우수한 내식성을 갖는 내열강에 관한 것이다.
The present invention relates to the production of heat resistant steels excellent in workability and high temperature characteristics, and more particularly to the production of heat resistant steels for use in high temperature atmospheres such as automobile engine parts and gas turbines, (Mn) content and chromium (Cr) content are controlled and Nb, Mo and V are added within 2% to improve the corrosion resistance and heat resistance. Resistant steel.

일반적으로 요구되는 내열강의 특성으로는 내마모성, 고온 피로강도, 열피로강도, 고온강도 등을 들 수 있으며, 다양한 물리적/기계적 특성을 만족시켜야 할 뿐만 아니라 가공성 및 내식성이 우수하고 가격이 저렴해야 한다. Generally, characteristics of heat resistant steel which are generally required include abrasion resistance, high temperature fatigue strength, thermal fatigue strength and high temperature strength, and it is required not only to satisfy various physical / mechanical characteristics, but also to have excellent processability and corrosion resistance and low cost.

내열성은 고온강도와 함께 고온에서 내산화성을 갖는 것을 의미한다. 내열강은 구성되는 미세구조에 따라 페라이트계, 마르텐사이트계, 오스테나이트계 및 석출경화형으로 분류된다. The heat resistance means that it has high temperature strength and oxidation resistance at high temperature. The heat resisting steel is classified into a ferrite type, a martensite type, an austenite type and a precipitation hardening type depending on the microstructure to be constituted.

자동차 밸브로 사용되는 내열강 소재로 흡기밸브용은 사용온도가 약 350~550℃이기 때문에 실리콘(Si) 함량이 높은 마르텐사이트계 내열강인 STR 3 또는 STR 11등이 사용된다. STR 11은 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)과 같은 탄화물 형성원소를 함유하고 있어 탄화물 석출을 용이하게 하고 실리콘(Si)의 경우 과다 첨가시 내충격성 저하와 탈탄을 촉진하므로 1.5%로 제한하나 니켈(Ni)의 첨가로 인해 1.88%까지 첨가량을 늘려 템퍼링 시 시멘타이트 생성을 지연시키는 효과를 나타낼 수 있게 하였다. Since the temperature for the intake valve is about 350 ~ 550 ℃, STR 3 or STR 11, which is a martensitic heat resistant steel having a high silicon content, is used. STR 11 contains carbide forming elements such as chromium (Cr) and molybdenum (Mo), which facilitates the deposition of carbide. In the case of silicon (Si), it is limited to 1.5% (Ni), the addition amount of up to 1.88% was increased to retard cementite formation during tempering.

배기 밸브용으로는 사용온도가 약 650~850℃이기 때문에 내열성이 우수한 Cr-Mn-Ni-N계 오스테나이트계 내열강인 STR 35가 광범위하게 사용된다. 배기밸브용으로 사용되는 STR 35는 다량의 오스테나이트 안정화 원소를 첨가하여 ?칭을 하여도 상온에서 오스테나이트 조직을 가진다. 그리고 이는 크롬(Cr)계 탄화물을 분산시켜 내열성을 향상시킨 소재로 고가의 합금원소인 니켈(Ni) 대용으로 망간(Mn)을 첨가하나 다량 함유되면 내산화성이 떨어지고 내산화성을 향상시키기 위해 크롬(Cr)을 첨가하면 고온에서 기계적 특성을 저하시키는 시그마(σ)상이 형성되기 쉽고 탄화물 조대화 현상을 초래한다. 따라서 이를 제어하기 위하여 질소(N)을 다량 첨가한 소재이다. 특히 고온 분위기에서 광범위하게 사용되는 내열강은 상온에서 가공이 어렵고 700~950℃ 온도 영역에서 크롬(Cr)계 석출물이 형성되어 가공성을 현저히 저하하기 때문에 고온에서 가공영역이 매우 좁아 열간 가공의 어려움 때문에 가공 수율이 40~60%로 매우 낮아 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
Since the use temperature for the exhaust valve is about 650 to 850 ° C, STR 35, which is a heat resistant steel of Cr-Mn-Ni-N type austenite having excellent heat resistance, is widely used. STR 35, which is used for the exhaust valve, has austenite structure at room temperature even if a large amount of austenite stabilizing element is added. In addition, manganese (Mn) is added in place of nickel (Ni), which is an expensive alloying element, in which chromium (Cr) based carbide is dispersed to improve heat resistance. However, Cr) is apt to form a sigma (sigma) phase which deteriorates the mechanical properties at high temperature and causes carbide coarsening phenomenon. Therefore, a large amount of nitrogen (N) is added to control this. Particularly, heat resistant steel widely used in a high temperature atmosphere is difficult to be processed at room temperature and chromium (Cr) type precipitates are formed at a temperature range of 700 to 950 ° C., and the workability is remarkably decreased. Therefore, The yield is very low, i.e., 40 to 60%, resulting in poor economical efficiency.

일반적으로 탄소강은 다양한 가공열처리 공정을 이용한 상변태 및 가공열처리를 통해 우수한 강도, 연성의 조합을 구현하고 있다. 하지만 내열강은 탄소강과는 달리 열처리에 의한 특성 향상을 기대하기 어렵기 때문에 강의 제반특성 향상을 주로 합금원소 첨가에 의존하고 있다. In general, carbon steel has a combination of excellent strength and ductility through phase transformation and heat treatment using various processing heat treatment processes. However, unlike carbon steel, heat resistant steel is not expected to be improved by heat treatment. Therefore, the improvement of various properties of steel is mainly dependent on the addition of alloying elements.

기존에 연구 또는 발명으로 보고된 내열강은 대부분 중량%로 7~21% 크롬(Cr), 1~4% 니켈(Ni), 1~10% 망간(Mn), 0.1~2% 실리콘(Si), 0~0.2% 몰리브덴(Mo) 및 0.3~0.5%의 탄소(C)와 질소(N)의 복합첨가로 이루어진 합금으로 인장 강도 500~1,000MPa와 연신율 20~40% 수준의 기계적 특성을 구현하고 있다. 이때, 상기 합금원소 중 니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소이며 가공성 향상에도 기여하는 장점이 있어서 전체 수급량의 60% 이상이 내열강의 합금원소로 사용되고 있다. 하지만 상기 니켈(Ni)의 가격은 꾸준히 상승하여 니켈(Ni) 가격이 내열강의 원가를 책정하는 주요 지표로 작용하고 있다. 또한 경제적 측면 이외에 인체 알러지를 유발하며 재활용시 유해가스를 배출하는 등 인체 및 환경친화성에 역행하는 문제점이 제기되고 있는 실정이다. 이The heat-resisting steels which have been reported as research or invention in the prior art generally contain 7 to 21% chromium (Cr), 1 to 4% nickel, 1 to 10% manganese (Mn), 0.1 to 2% silicon (Si) The alloy is composed of 0 to 0.2% molybdenum (Mo) and 0.3 to 0.5% of carbon (C) and nitrogen (N) and has mechanical properties of tensile strength of 500 to 1,000 MPa and elongation of 20 to 40% . At this time, nickel (Ni) among the alloying elements is an austenite stabilizing element and has an advantage of contributing to enhancement of workability, and more than 60% of the total supply amount is used as an alloy element of heat resistant steel. However, the price of nickel (Ni) steadily rises and nickel (Ni) price is a key index for setting the cost of heat resistant steel. In addition to the economic aspect, it causes human allergy and discharges harmful gas when it is recycled. this

에 따라 니켈(Ni)을 함유하는 기존의 내열강이 가지는 여러 문제점을 해결하고자 개발된 새로운 합금으로 Fe-Cr-Mn계 합금과 합금원소로서 질소(N)의 오스테나이트 안정화 특성을 적극 활용하여 제반특성을 향상시킨 고질소 내열강 등이 있다.(N) as an alloy element and the austenite stabilization characteristics of nitrogen (N) as an alloying element as a new alloy developed to solve various problems of conventional heat resistant steel containing nickel (Ni) And high-nitrogen heat-resistant steel.

상기 질소는 강력한 오스테나이트 안정화 원소이며, 고용강화 효과가 크고, 강도증가에 수반된 연성감소가 적고, 부식저항성을 향상시키는 등의 여러 장점이 있다. 종래에는 철강재료 내에 질소를 안정적으로 함유시키기 위한 제조공정상의 어려움 때문에 고질소강의 개발이 활발히 진행되지 못했지만 최근 질소분위기 하에서의 가압 유도 용해, 분말 야금법, 고상 질화법 등 다양한 제조공정기술의 발전에 힘입어 많은 연구개발이 진행되고 있다. 하지만 고질소강의 범용화에 있어 가장 큰 장애요인은 고가의 설비와 복잡한 제조공정이 요구되는 특수한 제조공정을 거처야 한다는 점이다. 따라서 기존에 내열강의 제조에 이용되었던 제조공정 설비를 개조하거나 새로운 설비도입이 불가피하기 때문에 상업화에 여러 문제점이 제기되었다.The nitrogen is a strong austenite stabilizing element and has many advantages such as a large solubility strengthening effect, a decrease in ductility accompanied by an increase in strength, and an improvement in corrosion resistance. Conventionally, the development of high-nitrogen steels has not been actively pursued due to the difficulty in manufacturing steels for stably incorporating nitrogen in steel materials. Recently, the development of various manufacturing process technologies such as pressure induction melting, powder metallurgy and solid- And many research and development are proceeding. However, the biggest obstacle to commercialization of high nitrogen steel is that it requires expensive facilities and special manufacturing processes that require complicated manufacturing processes. Therefore, various problems have been raised in commercialization because it is necessary to remodel the manufacturing process equipment used for manufacturing heat resistant steel or to introduce new equipment.

최근, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 베른스(H. Berns)그룹은 국제특허 PCT/EP/008960에서 니켈(Ni) 함량을 최소로 사용하고 크롬(Cr) 16~21 중량%, 망간(Mn) 16~21 중량%, 몰리브텐(Mo) 0.5~2.0 중량%, 탄소(C) 및 질소(N) 0.8 중량% 이상을 포함하는 오스트나이트계 스테인리스강을 발표한 바 있으나 망간(Mn)의 비율이 높아 공식 저항성 즉 내식성이 낮은 문제가 있다.
Recently, in order to solve such a problem, the H. Berns group has found that the minimum content of nickel (Ni) is used in the international patent PCT / EP / 008960, the content of chromium (Cr) is 16 to 21 wt%, the content of manganese (Mn) in an amount of 0.5 to 2.0 wt%, molybdenum (Mo) of 0.5 to 2.0 wt%, carbon (C) and nitrogen (N) of at least 0.8 wt% There is a problem that the corrosion resistance is low.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 한계를 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 고가의 합금원소 첨가를 극소화하거나 다른 합금원소로 대체하고 가공성을 현저히 높여 소재 제조시 가공 수율이 높아 제조원가 면에서 우위를 점할 수 있는 가공성과 고온특성을 겸비하고 높은 내식성을 보유하는 내열강을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to overcome the above-mentioned limitations of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal alloy which can minimize the addition of expensive alloying elements or replace other alloying elements, The present invention has an object to provide a heat-resistant steel having both high workability and high temperature characteristics and having high corrosion resistance.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
Further, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems which are not mentioned can be understood from the following description in order to clearly understand those skilled in the art to which the present invention belongs .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

중량%로, C: 0.05% 이상 0.8% 이하, N: 0.05% 이상 0.8% 이하, Mn: 9% 이상 16% 미만, Cr: 10% 이상 16% 미만, 그리고 Nb: 0.1% 이상 2%이하, Mo: 0% 초과 2%이하 및 V: 0.01% 이상 2% 이하 중 1종 이상, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 가공성과 고온특성이 우수한 내열강에 관한 것이다.
Mn: not less than 9% and not more than 16%, Cr: not less than 10% and not more than 16%, Nb: not less than 0.1% and not more than 2%, C: not less than 0.05% Mo: more than 0% and not more than 2%, and V: not less than 0.01% and not more than 2%, and the balance Fe and unavoidable impurities.

본 발명에서는 W: 0.01% 이상 0.15% 이하를 추가로 포함함이 바람직하며, 이 경우, Mo: 0.01% 이상 0.15% 이하로 그 함량을 제한하는 것이 보다 바람직하다.
In the present invention, it is preferable to further include not less than 0.01% and not more than 0.15% of W, and more preferably not more than 0.01% and not more than 0.15% of Mo.

상기 내열강은 800℃에서 인장 강도 360Mpa 이상, 연신율 20% 이상, 그리고 열간 가공성 30.1% 이상을 가질 수 있다.
The heat resistant steel may have a tensile strength of 360 MPa or higher at 800 DEG C, an elongation of 20% or more, and a hot workability of 30.1% or more.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 저렴한 제조원가로 합금의 제조를 가능하게 하므로 개발 강 종의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다. The present invention having the above-described structure makes it possible to manufacture a low-cost horizontal alloy, thereby improving the price competitiveness of the developed steel.

또한 본 발명에 따라 제조된 내열강은 침입형 원소(C+N, C/N)와 치환형 원소(Mn+Cr, Mn/Cr)의 함량제어를 통해 800℃에서 인장 강도 360Mpa 이상, 연신율 20% 이상 그리고 열간 가공성 30.1% 이상을 가지게 되어 현재 광범위하게 사용되고 있는 STR 35 소재보다 가공성이 향상되고 가공 수율이 30%이상 향상될 수 있다.The heat resistant steel produced according to the present invention has a tensile strength of 360 MPa or more and a elongation of 20% or more at 800 ° C. through control of the content of the intercalating element (C + N, C / N) and the substitutional element (Mn + And 30.1% in hot workability. Thus, the processability can be improved and the process yield can be improved by 30% or more as compared with the currently used STR 35 material.

그리고 1000℃ 이하에서 소재 가공성을 확보함으로써 가공성과 고온특성이 향상될 뿐만 아니라 우수한 내식성을 나타내고 인체에 유해한 합금원소인 니켈(Ni)을 배제함으로써 생체적합성이 향상되므로 의료용 생체재료, 시계, 장신구 등 다양한 기능성 부품의 제조에 유용하게 적용될 수 있다.
In addition, since the processability and the high-temperature characteristics are improved by securing the workability at a temperature of less than 1000 ° C., the excellent biocompatibility is improved by excluding nickel (Ni), which is an alloy element harmful to human body, And can be usefully applied to the manufacture of functional parts.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 침입형 원소인 탄소(C)와 질소(N)를 복합첨가 함으로써 환경 및 인체에 유해한 합금원소인 니켈(Ni)을 첨가하지 않거나 소량첨가하고 또한 망간(Mn)과 크롬(Cr) 함량을 적절히 조합하여 가공성 및 고온 특성이 우수할 뿐만 아니라 내식성이 우수한, 가공 수율 30%이상의 내열강을 제공함을 특징으로 한다. 즉, 본 발명은 침입형 원소(C+N, C/N)와 치환형 원소(Mn+Cr, Mn/Cr)의 함량제어를 통해 800℃에서 인장 강도 370Mpa 이상, 연신율 20% 이상 그리고 열간 가공성 30.1% 이상을 가지게 되어 현재 광범위하게 사용되고 있는 STR 35 소재보다 가공성이 50% 이상 향상되고 가공 수율을 30%이상 확보할 수 있는 가공성과 고온특성이 우수한 고내식성의 내열강을 제공할 수 있는 것이다.The present invention is characterized in that nickel (Ni), which is an alloy element harmful to the environment and human body, is not added or added in a small amount and the content of manganese (Mn) and chromium (Cr) To provide heat-resistant steel having excellent workability and high-temperature characteristics as well as excellent corrosion resistance and a yield of 30% or more. That is, the present invention provides a method of producing a steel sheet having a tensile strength of at least 370 MPa, an elongation of not less than 20% at 800 ° C and a hot workability (tensile strength of at least 200 MPa) by controlling the content of intercalating elements (C + N, C / N) Resistant steel having excellent workability and high temperature characteristics that can improve the workability by 50% or more and obtain a processing yield of 30% or more, compared with the STR 35 material which has a widespread use rate of 30.1% or more.

이에 따른 본 발명의 가공성과 고온특성이 우수한 내열강은, 중량%로, C: 0.05% 이상 0.8% 이하, N: 0.05% 이상 0.8% 이하, Mn: 9% 이상 16% 미만, Cr: 10% 이상 16% 미만, 그리고 Nb: 0.1% 이상 2%이하, Mo: 0% 초과 2%이하 및 V: 0.01% 이상 2% 이하 중 1종 이상, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.
The heat-resisting steel excellent in workability and high-temperature characteristics according to the present invention contains C: 0.05 to 0.8%, N: 0.05 to 0.8%, Mn: 9 to 16%, Cr: 10% , At least one of Nb: at least 0.1% and not more than 2%, Mo: more than 0% and not more than 2%, and V: not less than 0.01% and not more than 2%, the balance being Fe and unavoidable impurities.

이하, 본 발명의 내열강의 강 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명한다. Hereinafter, the steel composition component of the heat resistant steel of the present invention and the reason for limiting the content thereof will be described.

질소(N): 0.05중량% 이상 0.8 중량% 이하Nitrogen (N): 0.05 wt% or more and 0.8 wt% or less

질소(N)는 탄소(C) 및 망간(Mn)과 함께 오스테나이트 안정화 원소로서 상술된 문제점을 지닌 니켈(Ni)을 대체할 목적으로 첨가되며, 또한 연성의 큰 저하 없이 강도를 증가시키고 공식저항성을 포함한 내식성을 높이기 위한 원소이다. 이러한 효과를 위해 본 발명에서는 질소를 0.05 중량%(이하, 단지 %라 한다) 이상 사용되어야 한다. 그러나 질소(N)는 과잉 첨가될 경우 편석 및 질화물 형성에 의해 연성을 감소시킬 뿐만 아니라 취성을 일으키는 문제점이 있으므로 질소의 함량을 0.05% 이상 0.8% 이하로 제한함이 바람직하다. Nitrogen (N) is added together with carbon (C) and manganese (Mn) for the purpose of replacing nickel (Ni) having the abovementioned problems as austenite stabilizing element, and also increases strength without significant deterioration of ductility, To increase the corrosion resistance. For this effect, 0.05 wt% or less (hereinafter simply referred to as%) of nitrogen should be used in the present invention. However, when nitrogen (N) is added excessively, there is a problem of causing brittleness as well as reducing ductility due to formation of segregation and nitride. Therefore, it is preferable to limit the content of nitrogen to not less than 0.05% and not more than 0.8%.

탄소(C):.0.05% 이상 0.8% 이하Carbon (C): not less than 0.05% and not more than 0.8%

탄소(C)는 질소(N)와 마찬가지로 오스테나이트 안정화를 목적으로 첨가되며, 고용강화 효과를 통해 내열강의 강도를 향상시키는 역할을 수행한다. 이러한 효과를 위해 탄소는 0.05 % 이상 사용되어야 한다. 그러나 탄소(C)가 과잉 첨가될 경우 기계적 특성(대표적으로 인성)이 저하되며, M23C6, M6C 등 탄화물을 입계에 생성시켜 내열강의 예민화(sensitization)를 촉진하여 결과적으로 내식성을 저하시키게 된다. 따라서 본 발명의 내열강에는 탄소(C)의 함량을 0.05% 이상 0.8% 이하의 범위로 제한하였다.
Carbon (C) is added for the purpose of stabilizing austenite like nitrogen (N), and enhances strength of heat resistant steel through solid solution strengthening effect. For this effect, more than 0.05% of carbon should be used. However, when carbon (C) is added excessively, the mechanical properties (typically toughness) are lowered, and carbides such as M 23 C 6 and M 6 C are generated in the grain boundary to promote sensitization of the heat resistant steel, . Therefore, the content of carbon (C) in the heat resistant steel of the present invention is limited within the range of 0.05% to 0.8%.

크롬(chrome( CrCr ): 10% 이상 16% 미만): 10% or more and less than 16%

크롬(Cr)은 강의 내식성을 향상시키기 위해 첨가하는 합금원소로 크롬의 임계함량은 10% 이다. 그러나 크롬(Cr)이 과잉 첨가될 경우, 응고 후 과다한 델타 페라이트가 잔존하거나, 열처리 시 여러 종류의 제 2 석출상의 생성을 촉진시켜 내열강의 내식성과 가공성을 저하시키기 때문에 16% 미만으로 제한하며, 따라서 10~15% 범위로 제어하는 것이 바람직하다.
Chromium (Cr) is an alloy element added to improve the corrosion resistance of steel, and the critical content of chromium is 10%. However, when Cr (Cr) is added in excess, excessive delta ferrite remains after coagulation or promotes the formation of various kinds of second precipitation phases during heat treatment, thereby reducing the corrosion resistance and workability of the heat resistant steel. It is preferable to control it in the range of 10 to 15%.

망간(manganese( MnMn ): 9% 이상 16% 미만): 9% or more and less than 16%

망간(Mn)은 고가의 니켈(Ni)을 대체할 수 있는 오스테나이트 안정화 원소로서, 내열강에 첨가되어 질소 고용도를 증가시키며 재료의 강도를 증가시키는 역할을 수행한다. 그러나 그 첨가량이 9% 미만이면 전술한 첨가에 따른 효과를 기재할 수 없으며, 반면 망간(Mn)이 과잉 첨가될 경우, 불순물 원소인 황(S)이나 산소(O)와 결합하여 망간황화물(MnS)이나 망간산화물(MnO) 등 비금속 개재물을 형성한다. 이때 생성된 비금속 개재물이 주된 공식발생처로 작용하여 내열강의 공식저항성을 저하시키기 때문에, 본 발명에서는 망간(Mn) 함량을 9% 이상 16% 미만의 범위로 제한함이 바람직하다.
Manganese (Mn) is an austenite stabilizing element that can replace expensive nickel (Ni) and is added to heat resistant steel to increase the nitrogen solubility and increase the strength of the material. On the other hand, when manganese (Mn) is added in excess, it is combined with sulfur (S) or oxygen (O) which is an impurity element to form manganese sulfide (MnS ) Or manganese oxide (MnO). Since the generated nonmetallic inclusions serve as a main source of formaldehyde, the resistance to heat of the heat resistant steel is lowered. Therefore, in the present invention, the manganese (Mn) content is preferably limited to a range of 9% or more to less than 16%.

본 발명의 내열강은 그 밖에 Nb, Mo 및 V 중 1종 이상의 원소를 포함하는데, 이들의 강 중 첨가이유 및 함량 제한사유는 아래와 같다.The heat-resisting steel of the present invention further includes at least one element selected from the group consisting of Nb, Mo and V, and the reason for addition and the reason for limiting the content of the steel are as follows.

NbNb : 0.1% 이상 2%이하: 0.1% or more and 2% or less

니오비늄(Nb)는 탄화물 형성하고 기지 내에 미세하게 분산하여 크리프 강도 향상시키는 역할을 수행한다. 이를 위해서는 적어도 0.1% 이상 함유되어야 하며, 니오비늄(Nb)의 다량 첨가는 용접성을 저해한다. 따라서 본 발명에서는 니오비늄(Nb)의 함유량을 2% 이하로 제한하며, 0.1% ~ 1% 범위로 제한함이 보다 바람직하다.
Niobium (Nb) forms a carbide and finely disperses in the matrix to improve creep strength. For this purpose, it must be contained at least 0.1% or more, and the addition of a large amount of niobium (Nb) deteriorates the weldability. Therefore, in the present invention, the content of niobium (Nb) is limited to 2% or less, more preferably 0.1% to 1%.

MoMo : 0% 초과 2%이하: More than 0% and less than 2%

몰리브덴(Mo)은 크롬(Cr)과 함께 오스테나이트계 내열강의 내식성을 향상시키는 합금원소이다. 그러나 과잉 첨가될 경우 오스테나이트 분율을 감소시키게 되어 가공성을 낮추는 원인으로 작용하며, 크롬(Cr)과 마찬가지로 탄화물, 금속간화합물 등 유해한 제2상을 형성시키고 제조원가 상승의 요인이 되므로 그 함량을 2% 이하로 제한함이 바람직하다.
Molybdenum (Mo) is an alloy element that improves the corrosion resistance of austenitic heat resistant steel together with chromium (Cr). However, if it is added in excess, it will decrease the austenite fraction, which causes a decrease in workability. Like the chrome (Cr), it forms a harmful second phase such as carbide and intermetallic compound, Or less.

V: 0.01% 이상 2% 이하V: not less than 0.01% and not more than 2%

바나늄(V)은 니오비늄(Nb)과 같이 탄화물을 생성시켜 크리프 강도를 향상시킨다. 그러나 그 함유량이 0.01% 미만에서는 상기의 효과를 얻을 수 없고 2%를 초과하면 불안정한 상이 형성되며 오스테나이트 분율을 감소시켜 고온 가공성을 낮추는 원인으로 작용한다. 따라서 본 발명에서는 바나듐(V)함량을 0.01~2% 범위로 제한함이 바람직하다.
Vanadium (V), like niobium (Nb), produces carbides to improve creep strength. However, when the content is less than 0.01%, the above effect can not be obtained. When the content is more than 2%, an unstable phase is formed and the austenite fraction is decreased to lower the high-temperature processability. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the content of vanadium (V) to 0.01 to 2%.

기타 본 발명의 내열강은 상기한 조성성분에 추가하여 텅스텐(W)을 0.01% 이상 0.15% 이하를 추가로 포함할 수 있다. 상기 텅스텐(W)은 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)과 함께 내열강의 내식성을 향상시키는 합금원소이며, 고온강도를 증가시키고 크립 저항성을 향상시킨다. 텅스텐(W)도 페라이트 안정화 원소이기 때문에 과잉 첨가된 경우 페라이트 분율을 증가시키게 되며, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)와 마찬가지로 탄화물, 금속간 화합물 등 유해한 제2상을 형성시키고 제조원가 상승의 요인이 된다. 따라서 이를 고려하여, 본 발명에서는 상기 텅스텐(W)의 함량을 0.01% 이상 0.15% 이하로 제한함이 바람직하다. The heat resistant steel of the present invention may further contain not less than 0.01% and not more than 0.15% of tungsten (W) in addition to the above-mentioned composition components. The tungsten (W) together with chromium (Cr) and molybdenum (Mo) is an alloy element that improves the corrosion resistance of the heat resistant steel, thereby increasing the high temperature strength and improving the creep resistance. Since tungsten (W) is also a ferrite stabilizing element, it increases the ferrite fraction when added excessively, and forms a harmful second phase such as chromium (Cr) and molybdenum (Mo) do. Accordingly, in the present invention, the content of tungsten (W) is preferably limited to 0.01% or more and 0.15% or less.

한편 상기와 같이 텅스텐이 첨가될 경우, Mo의 첨가량을 0.01% 이상 0.15% 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.
On the other hand, when tungsten is added as described above, it is more preferable to limit the addition amount of Mo to not less than 0.01% and not more than 0.15%.

상술한 바와 같은 조성성분을 갖는 본 발명에 따르면 탄소(C)와 질소(N)을 복합 첨가함으로써 침입형 원소(C+N, C/N)와 치환형 원소(Mn+Cr, Mn/Cr)의 함량 제어를 통해 800℃에서 인장 강도 370Mpa 이상, 연신율 20% 이상 그리고 열간 가공성 30.1% 이상을 우수한 기계적 특성을 갖는 내열강을 제공할 수 있다.     (C + N, C / N) and a substitutional element (Mn + Cr, Mn / Cr) by adding a composite of carbon (C) and nitrogen (N) according to the present invention, It is possible to provide heat resistant steel having excellent mechanical properties such as a tensile strength of at least 370 MPa, an elongation of at least 20% and a hot workability of at least 30.1% at 800 ° C.

또한 상기 내열강은 가공성 및 고온특성이 향상될 뿐만 아니라 우수한 내식성을 나타내고, 인체에 유해한 합금원소인 니켈(Ni) 함량을 제한함으로써 생체적합성이 향상되므로 의료용 생체재료, 시계 등 장신구 등 다양한 기능성 부품의 제조에 유용하게 사용할 수 있다.
In addition, the heat-resisting steel has improved processability and high-temperature characteristics and exhibits excellent corrosion resistance. Since the biocompatibility is improved by restricting the amount of nickel (Ni), which is an alloy element harmful to the human body, manufacture of various functional parts such as medical biomaterials, . ≪ / RTI >

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

(실시예)(Example)

구분division CC NN MnMn CrCr NiNi SiSi PP SS WW NbNb VV MoMo 비교예1Comparative Example 1 0.550.55 0.420.42 9.459.45 21.521.5 3.303.30 0.160.16 0.0220.022 0.00150.0015 0.170.17 비교예2Comparative Example 2 0.660.66 0.540.54 21.321.3 24.224.2 0.20.2 0.0240.024 0.00050.0005 0.60.6 비교예3Comparative Example 3 0.480.48 0.580.58 17.817.8 18.518.5 0.450.45 0.0220.022 0.00110.0011 0.510.51 비교예4Comparative Example 4 0.430.43 0.530.53 17.817.8 17.917.9 0.360.36 0.0250.025 0.00100.0010 1.51.5 0.520.52 발명예1Inventory 1 0.520.52 0.510.51 10.310.3 10.210.2 0.0190.019 0.00600.0060 0.150.15 발명예2Inventory 2 0.510.51 0.490.49 10.210.2 15.115.1 0.0270.027 0.00270.0027 0.150.15 발명예3Inventory 3 0.510.51 0.520.52 15.115.1 15.215.2 0.0200.020 0.00320.0032 0.150.15 발명예4Honorable 4 0.520.52 0.510.51 14.914.9 15.315.3 0.0230.023 0.00110.0011 0.150.15 0.150.15

*표 1에서 조성성분의 단위는 중량%이며, 잔여 성분은 Fe 및 불가피한 불순물임.
* In Table 1, the composition is expressed in weight%, and the remaining components are Fe and unavoidable impurities.

Fe-15%Mn-15%Cr-0.5%C-0.5%N을 기본조성으로 하는 Fe-Cr-Mn계 내열강을 마련하였다. 구체적으로, 상기 표 1과 같이, 망간(Mn), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 니오비늄(Nb), 바나늄(V)과 몰리브덴(Mo) 등의 함량을 각각 변화시키며 본 발명의 강 조성성분을 만족하는 발명예들과 그렇지 않은 비교예들을 구분하여 제시하였다.Fe-Cr-Mn heat-resistant steel having a basic composition of Fe-15% Mn-15% Cr-0.5% C-0.5% N was prepared. Specifically, the contents of manganese (Mn), chromium (Cr), tungsten (W), niobium (Nb), vanadium (V) and molybdenum (Mo) And the comparative examples which are not so different are presented.

그리고 상기와 같은 조성성분들을 각각의 내열강을 용해 주조하여 열간, 냉간압연 및 소둔 산세 공정을 행하여 1mm 두께의 판으로 제조하였다. 이렇게 제조된 판들에 대하여 인장시험과 열간 가공성 등을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Then, each of the above-mentioned composition components was melt-cast from each of the heat-resisting steels, followed by hot rolling, cold rolling, and annealing and pickling to obtain a 1 mm-thick plate. Tensile test and hot workability were evaluated for the thus prepared plates, and the results are shown in Table 2 below.

구분
division
인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 항복강도(MPa)Yield strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) 열간가공성(RA:%)Hot workability (RA:%)
상온Room temperature 800℃800 ° C 상온Room temperature 800℃800 ° C 상온Room temperature 800℃800 ° C 상온Room temperature 800℃800 ° C 비교예1Comparative Example 1 700700 360360 412412 285285 9.19.1 1515 6.46.4 29.229.2 비교예2Comparative Example 2 960960 495495 537537 425425 5.05.0 1313 3.43.4 18.318.3 비교예3Comparative Example 3 903903 475475 493493 412412 6.36.3 1414 3.53.5 17.517.5 비교예4Comparative Example 4 868868 415415 476476 406406 9.89.8 1616 4.14.1 19.819.8 발명예1Inventory 1 720720 370370 421421 296296 12.112.1 2020 6.96.9 36.236.2 발명예2Inventory 2 836836 390390 445445 300300 11.411.4 2323 5.85.8 34.534.5 발명예3Inventory 3 897897 480480 489489 410410 8.88.8 2525 4.74.7 32.432.4 발명예4Honorable 4 920920 490490 514514 415415 7.17.1 2222 4.44.4 30.130.1

상기 표 1-2에 나타난 바와 같이, 내열강의 조성성분이 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 1-4의 경우 측정된 인장 강도(TS), 항복 강도(YS) 및 성형성을 나타내는 연신율(El.)과 열간 가공성이 우수함을 알 수 있다. 구체적으로 발명예 1-4의 경우 800℃에서 인장 강도 370~490MPa, 연신율 20~25% 및 열간 가공성 30.1~36.2% 값을 나타내어 우수한 고온 가공성과 고온특성 등의 품질특성을 지님을 알 수 있다.
As shown in Table 1-2, tensile strength (TS), yield strength (YS) and elongation (El) indicating moldability were measured in Inventive Examples 1-4 in which the compositional components of the heat resistant steel satisfied the range of the present invention. ) And excellent hot workability. Specifically, in Examples 1-4, tensile strength is 370 to 490 MPa, elongation is 20 to 25%, and hot workability is 30.1 to 36.2% at 800 ° C, which indicates excellent quality properties such as high temperature processability and high temperature characteristics.

이에 반하여, 망간(Mn) 및/또는 크롬(Cr)의 함량이 본 발명예들 보다 높은 비교예 1-4의 경우 고온에서 망간 또는 크롬 탄화물과 질화물의 형성이 쉬워져 열간 가공성 등과 같은 고온 기계적 특성을 나빠짐을 알 수 있다.
On the contrary, in the case of Comparative Examples 1-4 in which the content of manganese (Mn) and / or chromium (Cr) is higher than those of the present invention, manganese or chromium carbide and nitride are easily formed at high temperature and high temperature mechanical properties such as hot workability . ≪ / RTI >

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments but should be defined by the following claims as well as equivalents thereof.

Claims (3)

중량%로, C: 0.05% 이상 0.8% 이하, N: 0.05% 이상 0.8% 이하, Mn: 9% 이상 16% 미만, Cr: 10% 이상 16% 미만, 그리고 Nb: 0.1% 이상 2%이하, Mo: 0% 초과 2%이하 및 V: 0.01% 이상 2% 이하 중 1종 이상, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 가공성과 고온특성이 우수한 내열강.
Mn: not less than 9% and not more than 16%, Cr: not less than 10% and not more than 16%, Nb: not less than 0.1% and not more than 2%, C: not less than 0.05% Mo: more than 0% and not more than 2%, and V: not less than 0.01% and not more than 2%, and the balance Fe and unavoidable impurities.
제 1항에 있어서, W: 0.01% 이상 0.15% 이하를 추가로 포함하고, 이때, Mo: 0.01% 이상 0.15% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성과 고온특성이 우수한 내열강.
The heat-resistant steel according to claim 1, further comprising W: not less than 0.01% and not more than 0.15%, wherein Mo: not less than 0.01% and not more than 0.15%.
제 1항에 있어서, 상기 내열강은 800℃에서 인장 강도 360Mpa 이상, 연신율 20% 이상, 그리고 열간 가공성 30.1% 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 가공성과 고온특성이 우수한 내열강. The heat-resistant steel according to claim 1, wherein the heat-resistant steel has a tensile strength of 360 MPa or more at 800 ° C, an elongation of 20% or more, and a hot workability of 30.1% or more.
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