KR20190059361A - 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents

고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190059361A
KR20190059361A KR1020170156901A KR20170156901A KR20190059361A KR 20190059361 A KR20190059361 A KR 20190059361A KR 1020170156901 A KR1020170156901 A KR 1020170156901A KR 20170156901 A KR20170156901 A KR 20170156901A KR 20190059361 A KR20190059361 A KR 20190059361A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steel
heat treatment
austenitic stainless
content
stainless steel
Prior art date
Application number
KR1020170156901A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102531730B1 (ko
Inventor
하헌영
장재훈
이태호
강전연
박준영
Original Assignee
한국기계연구원
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 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020170156901A priority Critical patent/KR102531730B1/ko
Publication of KR20190059361A publication Critical patent/KR20190059361A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102531730B1 publication Critical patent/KR102531730B1/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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/60—Aqueous agents
    • 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
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • 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
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • 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
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • 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

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)

Abstract

고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.08~0.13%, Cr: 17~19%, Nb: 0.45~0.55%, Ni: 8.0~9.5%, Mn: 0.25~0.95%, Cu: 2.5~3.5%, N: 0.085~0.130%, Si: 0.3% 이하를 포함하고, Ti: 0.05~0.35% 및 Ce: 0.0002~0.002% 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 700℃에서 8주동안 대기 중에에 노출하였을 때, 단위면적당 질량 증가량이 0.3 mg/cm2 이하를 나타내는 것이 특징이다.

Description

고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 {AUSTENITIC STAINLESS STEEL WITH EXCELLENT HIGH TEMPERATURE ANTI-OXIDATION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 스테인리스강 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
스테인리스강은 미세조직에 따라서 크게 오스테나이트 스테인리스강, 페라이트 스테인리스강, 2상 스테인리스강으로 분류된다.
이들 중, 오스테나이트 스테인리스강은 페라이트 스테인리스강이나 2상 스테인리스강에 비하여 고온에서 크리프 저항성이 우수하여, 약 650℃ 정도의 고온에서 사용된다.
그러나, 오스테나이트계 스테인리스강을 보다 고온의 온도 영역에서 장시간 사용하게 되면, 크리프 저항성을 포함한 기계적 특성 요구 수준은 충족할 수 있으나, 오스테나이트계 스테인리스강이 대기와 반응하여 강 내부 및 강 표면에 산화물이 생성되는 산화 문제가 발생한다.
강 내부에 생성된 산화물은 강에 가해지는 응력이 이 산화물에 집중되어 기계적 결함의 발생처로 작용할 수 있다. 또한 강 외부에 생성되는 산화물은 강의 실질적인 두께를 감소시켜 구조물의 수명을 단축하며, 또한 산화물 박리 등이 일어나면 구조물 운용 중 산화물의 비산에 의한 구조물 손상 및 배관 폐쇄 등의 문제를 일으킬 수 있다.
이에, 오스테나이트계 스테인리스강의 고온 내산화성의 확보가 중요하다.
한편, 특허문헌 1에는 중량%로 C: 0.05% 이하, Si: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~1.5%, P: 0.05% 이하, S: 0.002이하, Ni: 13~15%, Cr: 23~25%, N: 0.2~0.3%, Nb: 0.01%이하를 만족하고 나머지 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Cr 등의 합금 원소 제어를 통하여 고온 내산화성 및 고온 강도가 우수한 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 경우, C 함량이 0.05중량% 이하, Nb 함량이 0.01중량% 이하로서, 강도 확보 및 결정립 미세화가 어렵다고 판단된다. 이를 보완하기 위해, 상기 특허문헌 1의 경우, 1.0중량% 이상의 Mn과, 23중량% 이상의 Cr을 요구한다.
특허문헌 1 : 공개특허공보 제10-2013-0014901호 (2013.02.12. 공개)
본 발명의 하나의 목적은 Mn, Cr C, Nb 등의 합금 성분 제어와 함께 Ti 또는 Ce 첨가를 통하여 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.08~0.13%, Cr: 17~19%, Nb: 0.45~0.55%, Ni: 8.0~9.5%, Mn: 0.25~0.95%, Cu: 2.5~3.5%, N: 0.085~0.130%, Si: 0.3% 이하를 포함하고, Ti: 0.05~0.35% 및 Ce: 0.0002~0.002% 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은, 0.015 ≤ Mn함량/Cr함량 (중량%) ≤ 0.045인 것이 바람직하다.
또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 700℃에서 8주동안 대기 중에 노출하였을 때, 단위면적당 질량 증가량이 0.3 mg/cm2 이하를 나타낼 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.25 mg/cm2 이하를 나타낼 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법은 상기 제시된 합금 조성을 갖는 반제품 강을 가열하여 1차 열처리하는 단계; 상기 1차 열처리된 강을 1000℃ 이상의 마무리 압연온도 조건으로 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강을 1차 냉각하는 단계; 상기 1차 냉각된 강을 가열하여 2차 열처리하는 단계; 상기 2차 열처리된 강을 2차 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 1차 열처리 및 2차 열처리는 1000~1250℃에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 2차 냉각은 워터 퀀칭(water quenching) 방법으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법은 결정립 미세화를 위하여, 상기 2차 냉각된 강을 1차 냉간압연하는 단계; 상기 1차 냉간압연된 강을 3차 열처리하는 단계; 및 상기 3차 열처리된 강을 3차 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 3차 열처리는 1000~1100℃에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 3차 냉각된 강을 10% 이상의 압하율로 2차 냉간압연하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 Mn 및 Cr 함량의 정밀 제어와 함께 Ti 또는 Ce의 첨가를 통하여 우수한 고온 내산화성을 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 Ti 함량에 따른 실시예 및 비교예 시편들의 내산화성 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 Mn 함량에 따른 실시예 및 비교예 시편들의 내산화성 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 Ce 함량에 따른 실시예 및 비교예 시편들의 내산화성 측정 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에서 "%"로 기재된 것은 별도의 기재가 없는 이상 "중량%"를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
오스테나이트계 스테인리스강
본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.08~0.13%, Cr: 17~19%, Nb: 0.45~0.55%, Ni: 8.0~9.5%, Mn: 0.25~0.95%, Cu: 2.5~3.5%, N: 0.085~0.130%, Si: 0.3% 이하를 포함하고, Ti: 0.05~0.35% 및 Ce: 0.0002~0.002% 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강에 포함되는 각 성분들의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
C(탄소)
C는 오스테나이트계 스테인리스강의 고온 강도 향상에 유효하다. 이를 위해, 본 발명에서는 C의 함량을 0.08중량% 이상으로 하였다. 그러나, C의 함량이 0.13중량%를 초과할 경우, 산화 저항에 유효한 고용 Cr 함량을 감소시킬 수 있다.
Cr (크롬)
Cr은 스테인리스강의 부동태 피막 형성을 촉진하는 원소로 특히 고온 스케일 형성 억제에 유효한 원소이다. 또한 Cr은 1000℃ 이상의 고온에서 오스테나이트 결정립의 조대화를 막는데 유효한 작용을 한다. Cr의 경우 내식성 및 고온 특성 향상을 위해 17중량% 이상 함유가 효과적이나, 19중량%를 초과하여 과도하게 함유할 경우 δ-ferrite의 형성으로 고온 기계적 특성 및 열간가공성의 저하를 야기할 수 있다.
Nb (니오븀)
Nb는 탄화물을 형성하여 고온 강도 및 열피로 특성 개선에 기여한다. 이를 위해, 본 발명에서는 Nb를 0.45중량% 이상 첨가하였다. 그러나 Nb는 고가 원소이므로 과량첨가는 강의 경제성을 저하시키며, Nb 함량이 0.55중량%를 초과하는 경우, 초정 NbC의 조대화 등으로 인해 가공성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
Ni (니켈)
Ni는 오스테나이트 안정화 원소로 오스테나이트 조직을 얻기 위해 첨가한다. 또한 Ni 첨가는 강의 인성향상에 효과적이다. 이러한 효과를 얻기 위해 니켈은 8.0중량% 이상 함유가 효과적이나, 9.5중량%를 초과하는 경우 더 이상의 효과없이 강 제조 비용만 상승할 수 있다.
Mn(망간)
Mn은 강도 증대 및 오스테나이트 안정화에 기여하는 원소이다. 본 발명에서 망간은 0.25~0.95중량%로 포함된다. Mn이 0.25중량% 미만일 경우, 결정립계 분리(grain boundary decohesion) 효과가 없으므로 결정립 크기가 큰 강재와 유사하게 거동하여, 내산화 특성 발휘가 어려움이 본 연구를 통해 발견되었다. 또한, Mn의 함량이 0.95중량%를 초과하는 경우, 모재-산화층 계면의 고 크롬 함유층(Cr-enriched layer)에서 Mn이 Cr을 일부 치환함으로써 고 크롬 함유층의 보호성이 저하되어 내산화성이 열화될 수 있다.
이러한 망간 함량은 예를 들어 Mn 순도 99.7% 이상, Fe 전해철 순도 99.9% 이상과 같은 모합금의 순도 제어, 주조시 N2, Ar 등의 불활성 가스를 분위기 적용, S 및 O 함량을 각각 0.004중량% 이하, 0.007중량% 이하로 관리, 상기 낮은 O 함량 관리를 위하여 0.011중량% 이하의 Al 활용 등을 이용하여 정밀하게 제어될 수 있다. 이러한 조건들이 모두 만족될 경우, 강 내 고용된 Mn 함량은 최초 첨가된 Mn과 거의 동일할 수 있어, 가장 바람직하다.
한편, 상기 오스테나이트계 스테인리스강은 0.015 ≤ Mn함량/Cr함량 (중량 %) ≤ 0.045인 것이 바람직하다. 이러한 Cr 함량에 대한 Mn 함량을 만족할 경우, 우수한 내산화성을 발휘할 수 있다.
Cu(구리)
Cu는 첨가에 의해 미세 ε-Cu 석출물 형성에 의해 크립(Creep) 저항성 등과 같은 고온 기계적 특성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 Cu는 2.5~3.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. Cu의 첨가량이 2.5중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하고, Cu 첨가량이 3.5중량%를 초과하더라도 고온 기계적 특성 향상 효과가 더 이상 이루어지지 않는다.
N(질소)
N는 오스테나이트 상을 안정화시키는 원소로, Ni을 대체하여 강도와 내식성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 이를 위해 N은 0.085중량% 이상 포함될 필요가 있다. 다만, 질소 함량이 0.130중량%를 초과하는 경우, Cr 질화물 형성으로 인성 저하 및 용접성 저하를 야기할 수 있다.
Si (실리콘)
Si는 오스테나이트계 스테인리스강에서 고온 내산화성 개선에 일부 기여하나, 과다 첨가될 경우 강의 용접성 저하의 원인이 된다. 이에 본 발명에서는 Si의 함량을 0.3% 이하로 제한하였다.
Ti (티타늄) 및 세륨( Ce )
본 발명에서 Ti 및 Ce는 고온 내산화성 향상을 위해 첨가된 원소들로, 강한 산화물 형성원소이다. 스테인리스강 모재가 고온에 노출되었을 때 모재 내 포함된 Ti 및 Ce는 우선적으로 산화하여 강 표면에 안정한 산화층을 형성함으로서 추가적인 모재의 산화를 방지하므로 결과적으로 내산화특성의 향상을 가져옴을 확인하였다. Ti의 경우 0.05중량% 이상 첨가될 때 충분한 고온 내산화성 향상 효과를 가져오고, Ce의 경우 0.0002중량%만 첨가되어도 충분한 고온 내산화성 향상 효과를 가져온다. 이러한 Ti 및 Ce는 어느 한 종만 첨가되어도 되고, 복합 첨가될 수 있다. 다만, Ti가 0.35중량%를 초과하여 첨가되거나 Ce가 0.002중량%를 초과하여 과다 첨가되면 오히려 고온 내산화성이 저하될 수 있기 때문에 본 발명에서는 Ti의 경우 0.05~0.35중량%로 첨가량을 제한하였고, Ce의 경우 0.0002~0.002중량%로 첨가량을 제한하였다.
기타
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강에는, 원소재에 불가피하게 포함되거나, 공정 중에 불가피하게 포함되는 불순물이 있을 수 있다. 이러한 불순물로는, P, S, Al, O 등이 제시될 수 있다.
P(인), S(황), O(산소)는 각각 오스테나이트계 스테인리스강의 열간 가공성, 내산화성을 저하시키는 원소들로서, 본 발명에서는 P: 0.005% 이하, S: 0.004% 이하, Al: 0.011% 이하, O: 0.007% 이하로 관리하였다. Al은 탈산제 역할을 할 수 있는 바, 낮은 O 함량 관리를 위하여 0.011중량% 이하로 관리하였다. 특히, S 및 O 함량의 극저 관리를 통해 개재물 형성과 같은 Mn 손실을 방지할 수 있어 결정립 미세화 및 내산화 효과에 유리하다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 Mn, Cr 등의 합금 성분의 제어와 함께, Ti 및/또는 Ce를 일정량 함유함으로써 고온에서 우수한 내산화성을 발휘할 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 700℃에서 8주동안 대기 중에 노출하였을 때, 단위면적당 질량 증가량이 0.3 mg/cm2 이하를 나타낼 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.25 mg/cm2 이하를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 제조 공정에 따라서는 평균 결정립 크기가 18㎛ 이하일 수 있다. 이는 전술한 바와 같은 합금 조성 및 후술하는 추가적인 열처리 및 압연공정에 의해 달성될 수 있다. 본 발명에서 0.08중량% 이상의 C 함량 및 0.45중량% 이상의 Nb 함량을 통하여, 초정 NbC를 석출시킬 수 있고, 이에 의해 결정립 미세화 효과가 증대될 수 있다. 다만, 조대한 초정 NbC의 석출은 고온 기계적 특성 저하를 가져오므로, 추가로 후속 열처리를 통해 이를 제어한다. 이와 같은 미세한 평균 결정립 역시 고온 내산화성 향상에 기여할 수 있다.
오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법은 1차 열처리 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 1차 냉각 단계(S130), 2차 열처리 단계(S140) 및 2차 냉각 단계(S150)를 포함한다.
이하, 각각의 열처리 조건 및 냉각 조건은 열역학 계산을 통한 상태도를 계산하여 결정하였다.
1차 열처리 단계(S110)에서는 전술한 합금 조성을 갖는 반제품 강 강을 가열하여 1차 열처리한다. 1차 열처리를 통하여 조대한 초정 NbC의 분율을 낮출 수 있으며, 강의 조성을 균질화할 수 있다. 이러한 1차 열처리는 1000~1250℃에서 약 1시간 이상 수행되는 것이 바람직하다. 1차 열처리 온도가 1000℃ 미만에서는 균질화 효과를 얻기 어려울 수 있으며, 1250℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있다.
열간압연 단계(S120)에서는 1차 열처리된 강을 1000℃ 이상의 마무리 압연온도 조건으로 열간압연하여 주조 조직을 파쇄한다. 마무리 열간압연온도를 1000℃ 이상으로 관리함으로써 Cr2N, M23C6 등 석출상 형성을 방지할 수 있다.
1차 냉각 단계(S130)에서는 열간압연된 강을 1차 냉각한다. 1차 냉각은 Cr2N, M23C6 등 석출상 형성 방지를 위해 약 10℃/sec 이상의 평균 냉각 속도로 200℃ 이하의 온도까지 수행될 수 있다. 1차 냉각은 공냉이나 수냉으로 수행될 수 있다.
2차 열처리 단계(S140)에서는 1차 냉각된 강을 다시 가열하여 2차 열처리한다. 2차 열처리를 통하여 1차 열처리와 마찬가지로 조대한 초정 NbC의 분율을 낮출 수 있으며, 강의 조성을 균질화 할 수 있다. 아울러, 2차 열처리를 통하여 집합조직이 풀리면서 압연조직의 재결정화가 일어난다. 2차 열처리는 1000~1250℃, 보다 바람직하게는 1000~1100℃에서 약 1시간 이상 수행되는 것이 바람직하다. 2차 열처리 온도가 1000℃ 미만에서는 균질화 효과를 얻기 어려울 수 있으며, 1250℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있다.
2차 냉각 단계(S150)에서는 2차 열처리된 강을 2차 냉각한다. 2차 냉각은 미세조직 유지 및 Cr2N, M23C6 등 석출상 형성을 방지하는 역할을 한다. 이러한 효과를 얻기 위해, 2차 냉각은 30℃/sec 이상의 평균 냉각 속도로 200℃ 이하의 온도까지 수행될 수 있다. 2차 냉각의 냉각 속도가 충분치 못할 경우, 상기와 같은 2차 냉각 효과가 불충분할 수 있다. 바람직하게는 2차 냉각은 워터 퀀칭(water quenching)이 적용될 수 있다.
또한, 결정립 미세화를 위하여, 1차 냉간압연 단계(S160), 3차 열처리 단계(S170) 및 3차 냉각 단계(S180)를 더 포함할 수 있고, 나아가, 2차 냉간압연 단계(S190)를 추가로 포함할 수 있다.
1차 냉간압연 단계(S160)에서는 2차 냉각된 강을 1차 냉간압연한다. 1차 냉간압연시 압하율은 약 50% 이상이 될 수 있다. 1차 냉간압연은 NbC 석출 분산, 결정립 미세화 위한 전처리 단계로서, 동적재결정을 통한 결정립 미세화에 중요한 역할을 하는 사전 단계로 볼 수 있다.
3차 열처리 단계(S170)에서는 1차 냉간압연된 강을 3차 열처리한다. 3차 열처리는 고용화 열처리로서 동적재결정을 이용한 결정립 미세화에 기여한다. 이를 위해 3차 열처리는 1000~1100℃에서 약 1시간 이상 수행된다. 3차 열처리 온도가 1000℃ 미만일 경우 고용화 효과가 불충분할 수 있으며, 1100℃를 초과하는 경우, 결정립 미세화에 불리하다.
3차 냉각 단계(S180)에서는 3차 열처리된 강을 3차 냉각한다. 3차 냉각을 통해, 2차 냉각과 마찬가지로, 미세조직 유지 및 Cr2N, M23C6 등 석출상 형성을 방지할 수 있으며, 냉각 조건은 2차 냉각에서 적용된 조건이 그대로 적용될 수 있다.
2차 냉간압연 단계(S190)에서는 3차 냉각된 강을 10% 이상의 압하율로 2차 냉간압연한다. 2차 냉간압연을 통하여 프리스트레인(Pre-Strain)을 부여할 수 있어, 전위 밀도 증가, 크립 변형 중 NbC, ε-Cu 등의 미세 강화석출상 및 서브 결정립 형성을 촉진할 수 있다. 이를 통해 크립 저항성이 향상될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 강 시편의 제조
표 1의 실시예 조성(E1~E8) 및 비교예 조성 (C1~C7)을 가지며, 나머지 철로 이루어지는 주조 시편들을 1200℃에서 1시간 열처리하고, 이를 1050℃ 마무리 압연 온도 조건으로 열간압연한 후 이를 상온까지 워터 퀀칭하였다. 이후, 1050℃ 에서 1시간동안 고용화 열처리한 후, 다시 상온까지 워터 퀀칭하였다.
[표 1]
Figure pat00001
2. 물성 평가
실시예 시편들 및 비교예 시편들에 대하여 고온 내산화성을 평가하였다.
고온 내산화성은 시편들을 700℃에서 8주동안 대기 중에 노출시켜, 산화에 따른 단위면적당 질량 증가량(mg/cm2)로 평가하였다. 단위면적당 질량 증가량이 작을수록 산화가 더 적게 진행된 것을 의미하므로, 고온 내산화성이 보다 우수한 것이라 볼 수 있다.
표 1에 실시예 시편들(E1~E8) 및 비교예 시편들(C1~C7)의 고온 내산화성 측정 결과를 나타내었다. 또한, 도 2 내지 도 4에 Ti, Mn, Ce 함량에 따른 실시예 및 비교예 시편들의 내산화성 측정 결과를 나타내었다.
표 1 및 도 2 내지 도 4를 참조하면, 실시예 시편들(E1~E8)의 경우, Ti: 0.05~0.35% 및/또는 Ce: 0.0002~0.002%가 포함되어 있는데, 이들 실시예 시편들은 단위면적당 질량증가량이 0.3 mg/cm2 이하, 나아가 0.25 mg/cm2 이하를 나타내는 것을 볼 수 있다. 그러나, Ti와 Ce가 포함되어 있지 않은 비교예 시편들(C1~C4)의 경우, 단위면적당 질량 증가율이 모두 0.3 mg/cm2를 크게 초과하는 결과를 나타내었다. 다만, Ti가 첨가된 경우라도, 0.05중량% 미만 첨가된 시편(C6), 0.35중량%를 초과하여 첨가된 시편(C7), Ce가 첨가된 경우라도 0.002중량%를 초과하여 첨가된 시편(C5)의 경우, 고온 내산화성이 실시예 시편들보다 좋지 않은 결과를 나타내었다.
또한, 실시예 시편들(E1~E8) 및 비교예 시편들(C3~C7)의 경우, 0.015 ≤ Mn함량/Cr함량 (중량%) ≤ 0.045를 모두 만족하는데 비하여, 비교예 시편(C1 및 C2)의 경우, 이를 만족하지 못한다. 이는 비교예 시편 C1 및 C2의 Mn 함량이 다른 시편들보다 0.25중량% 미만으로 매우 작거나(C1), 0.95중량%를 초과하여 매우 큰(C2) 것에 기인한다. 이들 Mn 함량이 0.25~0.95%를 벗어나는 비교예 시편들(C1 및 C2)의 경우, 다른 시편들보다 고온 내산화성이 특히 좋지 못하였는 바, 0.015 ≤ Mn함량/Cr함량 (중량%) ≤ 0.045을 만족하는 것 역시, 고온 내산화성 향상에 중요한 요인이라 볼 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
S110 : 1차 열처리 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 1차 냉각 단계
S140 : 2차 열처리 단계
S150 : 2차 냉각 단계
S160 : 1차 냉간압연 단계
S170 : 3차 열처리 단계
S180 : 3차 냉각 단계
S190 : 2차 냉간압연 단계

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.08~0.13%, Cr: 17~19%, Nb: 0.45~0.55%, Ni: 8.0~9.5%, Mn: 0.25~0.95%, Cu: 2.5~3.5%, N: 0.085~0.130%, Si: 0.3% 이하를 포함하고, Ti: 0.05~0.35% 및 Ce: 0.0002~0.002% 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강재는,
    0.015 ≤ Mn함량/Cr함량 (중량%) ≤ 0.045인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오스테나이트계 스테인리스강은
    700℃에서 8주동안 대기 중에 노출하였을 때, 단위면적당 질량 증가량이 0.3 mg/cm2 이하를 나타내는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  4. 중량%로, C: 0.08~0.13%, Cr: 17~19%, Nb: 0.45~0.55%, Ni: 8.0~9.5%, Mn: 0.25~0.95%, Cu: 2.5~3.5%, N: 0.085~0.130%, Si: 0.3% 이하를 포함하고, Ti: 0.05~0.35% 및 Ce: 0.0002~0.002% 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 반제품 강을 가열하여 1차 열처리하는 단계;
    상기 1차 열처리된 강을 1000℃ 이상의 마무리 압연온도 조건으로 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강을 1차 냉각하는 단계;
    상기 1차 냉각된 강을 가열하여 2차 열처리하는 단계; 및
    상기 2차 열처리된 강을 2차 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강은 0.015 ≤ Mn함량/Cr함량 (중량%) ≤ 0.045인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 1차 열처리 및 2차 열처리는 1000~1250℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 2차 냉각은 워터 퀀칭(water quenching) 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 2차 냉각된 강을 1차 냉간압연하는 단계;
    상기 1차 냉간압연된 강을 3차 열처리하는 단계; 및
    상기 3차 열처리된 강을 3차 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3차 열처리는 1000~1100℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법
  10. 제8항에 있어서,
    상기 3차 냉각된 강을 10% 이상의 압하율로 2차 냉간압연하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 제조 방법.
KR1020170156901A 2017-11-23 2017-11-23 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 KR102531730B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170156901A KR102531730B1 (ko) 2017-11-23 2017-11-23 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170156901A KR102531730B1 (ko) 2017-11-23 2017-11-23 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190059361A true KR20190059361A (ko) 2019-05-31
KR102531730B1 KR102531730B1 (ko) 2023-05-11

Family

ID=66657184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170156901A KR102531730B1 (ko) 2017-11-23 2017-11-23 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102531730B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240064058A (ko) 2022-11-04 2024-05-13 한국생산기술연구원 수소저항성이 높은 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4952862B2 (ja) * 2010-06-09 2012-06-13 住友金属工業株式会社 耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管およびその製造方法
KR20130014901A (ko) 2011-08-01 2013-02-12 주식회사 포스코 고온 내산화성 및 고온 강도가 우수한 오스테나이트계 스테인리스강
KR20130067241A (ko) * 2011-11-18 2013-06-21 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 오스테나이트계 스테인리스강
JP5500038B2 (ja) * 2010-10-13 2014-05-21 新日鐵住金株式会社 皮膜に対する密着性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4952862B2 (ja) * 2010-06-09 2012-06-13 住友金属工業株式会社 耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管およびその製造方法
JP5500038B2 (ja) * 2010-10-13 2014-05-21 新日鐵住金株式会社 皮膜に対する密着性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
KR20130014901A (ko) 2011-08-01 2013-02-12 주식회사 포스코 고온 내산화성 및 고온 강도가 우수한 오스테나이트계 스테인리스강
KR20130067241A (ko) * 2011-11-18 2013-06-21 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 오스테나이트계 스테인리스강

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240064058A (ko) 2022-11-04 2024-05-13 한국생산기술연구원 수소저항성이 높은 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102531730B1 (ko) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5624504A (en) Duplex structure stainless steel having high strength and elongation and a process for producing the steel
JP4464811B2 (ja) 延性に優れた高強度低比重鋼板の製造方法
JPH09512061A (ja) 混粒ステンレス鋼およびその製造法
KR101808431B1 (ko) 가공성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법
JP2017179596A (ja) 高炭素鋼板およびその製造方法
CN112912530B (zh) 屈服强度优异的奥氏体高锰钢材及其制备方法
JP5388577B2 (ja) 加工性に優れた亜鉛メッキ用鋼板及びその製造方法
US9816163B2 (en) Cost-effective ferritic stainless steel
CN113166901B (zh) 蠕变强度优异的铬钼钢板及其制备方法
CN111448326B (zh) 具有优异的热加工性的通用铁素体不锈钢及其制造方法
US8293379B2 (en) Quenchable steel sheet having high hot press workability and method of manufacturing the same
KR101290426B1 (ko) 고강도 열연강판 및 그 제조 방법
JPH0681037A (ja) 二相ステンレス鋼熱延鋼帯の製造方法
KR20190059361A (ko) 고온 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
KR101877786B1 (ko) 내산화성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
KR101410363B1 (ko) 후열처리를 이용한 2상 스테인리스강 제조 방법
KR20130034202A (ko) 고강도 강판 및 그 제조 방법
KR101454517B1 (ko) 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그의 제조방법
KR101035767B1 (ko) 연질 열연강판 및 그 제조방법
KR102523533B1 (ko) 입계침식이 개선된 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법
KR102299558B1 (ko) 내식성이 우수한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품
JP7445744B2 (ja) 高温耐クリープ性が向上したフェライト系ステンレス冷延焼鈍鋼板およびその製造方法
JP2614416B2 (ja) 超塑性２相ステンレス鋼板の製造方法
KR920008136B1 (ko) 열연소둔공정이 생략된 페라이트계 스테인레스강 제조방법
CN118159680A (zh) 铁素体系不锈钢及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant