KR20190099232A - Uses of Duplex Stainless Steel Articles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 조성물을 중량% (wt%) 로 갖는 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도에 관한 것으로, C 0.03 이하; Si 0.5 이하; Mn 1.0 이하; Ni 5.0 ~ 7.0; Cr 22.0 ~ 26.0; Mo 2.5 ~ 4.5; N 0.1 ~ 0.2; P 0.03 이하; S 0.03 이하; Cu 0.3 이하; Al 0.10 이하; 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물들이고, 상기 듀플렉스 스테인리스 강은 Cr+50N≤35 의 식을 만족하고; 또한 상기 듀플렉스 스테인리스 강은 해수 적용에서 40 부피% ~ 60 부피% 의 페라이트 상 함량 및 40 ~ 60 부피% 의 오스테나이트 상 함량을 가진다.The present invention relates to the use of a solution melted annealed article comprising duplex stainless steel having the following composition in weight percent (wt%): C 0.03 or less; Si 0.5 or less; Mn 1.0 or less; Ni 5.0-7.0; Cr 22.0-26.0; Mo 2.5-4.5; N 0.1-0.2; P 0.03 or less; S 0.03 or less; Cu 0.3 or less; Al 0.10 or less; The balance is Fe and unavoidable impurities, and the duplex stainless steel satisfies the formula Cr + 50N ≦ 35; The duplex stainless steel also has a ferrite phase content of 40% by volume to 60% by volume and an austenite phase content of 40% to 60% by volume in seawater applications.

Description

듀플렉스 스테인리스 강 물품의 용도Uses of Duplex Stainless Steel Articles

본 발명은 해수 적용에서 듀플렉스 (페라이트-오스테나이트) 스테인리스 강으로 만들어진 물품의 용도에 관한 것이고, 이러한 물품은 수소 유기 응력 부식 (HISC) 에 대해 놀랄만큼 양호한 내성을 갖다.The present invention relates to the use of articles made of duplex (ferrite-austenite) stainless steel in seawater applications, which articles have surprisingly good resistance to hydrogen organic stress corrosion (HISC).

고온 정들 (high temperature wells) 에서 해저 컴포넌트들에 사용되는 듀플렉스 및 슈퍼듀플렉스 스테인리스 강의 공식의 방지를 위한 캐소드 보호 (CP) 오프쇼어는 20 년 이상 동안 사용되어 왔다. 캐소드 보호는 부식 전위를 금속의 부식 속도가 현저하게 감소되는 레벨로 감소시킴으로써 전기화학 보호로서 규정된다. 따라서, 이는 금속 표면을 전기화학 셀의 캐소드로 제조함으로써 금속 표면의 부식을 감소시키는 기술이다. 따라서, 듀플렉스 스테인리스 강은 캐소드이고 다른 금속은 애노드 (보통 Zn) 이다.Cathodic protection (CP) offshore for the prevention of formulas of duplex and superduplex stainless steels used in subsea components in high temperature wells has been used for more than 20 years. Cathodic protection is defined as electrochemical protection by reducing the corrosion potential to a level where the corrosion rate of the metal is significantly reduced. Thus, this is a technique for reducing the corrosion of metal surfaces by making the metal surfaces from the cathode of the electrochemical cell. Thus, duplex stainless steel is the cathode and the other metal is the anode (usually Zn).

비록 듀플렉스 스테인리스 강이 캐소드 보호와 함께 사용하기 위한 재료의 매우 양호한 선택이었지만, HISC 로도 알려진 수소 유기 응력 부식 균열과 관련하여 지난 몇 년 동안 몇 가지 파괴들이 발생했다. HISC 는 응력, 캐소드 보호 시스템의 사용 및 민감한 미세조직을 갖는 재료의 사용 사이의 결합에 기원이 있는 비연성 (non-ductile) 파괴 모드이고, 또한 원자 수소 확산에 의해 야기된다. 이러한 파괴는, HISC 로 인한 이러한 재료가 특히 고하중의 적용 동안 보다 취성 균열되기 쉬워지므로, 듀플렉스 스테인리스 강의 강도 및 연성에 영향을 미친다.Although duplex stainless steel has been a very good choice of materials for use with cathode protection, several breakdowns have occurred in the last few years with respect to hydrogen organic stress corrosion cracking, also known as HISC. HISC is a non-ductile failure mode that originates in the bond between stress, the use of cathode protection systems and the use of materials with sensitive microstructures, and is also caused by atomic hydrogen diffusion. This breakdown affects the strength and ductility of duplex stainless steels, as these materials due to HISC are more susceptible to brittle cracking, especially during high load applications.

따라서, 해수 적용에서, 특히 듀플렉스 스테인리스 강이 캐소드 보호를 위해 사용되는 적용 (듀플렉스 스테인리스 강은 캐소드로서 작용함) 에서 사용되어야 하는 물품들을 제조하는데 사용되는 듀플렉스 (페라이트-오스테나이트) 스테인리스 강을 추가로 개선할 필요가 여전히 존재한다.Thus, in seawater applications, in particular, in addition to duplex (ferrite-austenite) stainless steels used to produce articles which should be used in applications where duplex stainless steel is used for cathode protection (duplex stainless steel acts as cathode). There is still a need to improve.

따라서, 본 발명의 양태는 듀플렉스 (페라이트-오스테나이트) 스테인리스 강으로 제조된 물품을 제공하는 것이고, 상기 물품은 해수 적용에 사용되어야 한다. 이러한 듀플렉스 스테인리스 강 물품은 제조 방법과 함께 수소 유기 응력 부식 (HISC) 에 대한 양호한 내성을 제공하는 원소 조성물을 갖는다. 따라서, 본 발명은 하기 조성물을 중량% (wt%) 로 갖는 듀플렉스 (페라이트-오스테나이트) 스테인리스 강으로 만들어진 용체화 풀림된 물품의 용도에 관한 것으로,Accordingly, an aspect of the present invention is to provide an article made of duplex (ferrite-austenite) stainless steel, which article should be used for seawater applications. Such duplex stainless steel articles have an elemental composition that, together with the manufacturing method, provides good resistance to hydrogen organic stress corrosion (HISC). Accordingly, the present invention relates to the use of a solution-annealed annealed article made of duplex (ferrite-austenite) stainless steel having the following composition by weight (wt%):

C 0.03 이하;C 0.03 or less;

Si 0.5 이하;Si 0.5 or less;

Mn 1.0 이하;Mn 1.0 or less;

Ni 5.0 ~ 7.0;Ni 5.0 to 7.0;

Cr 22.0 ~ 26.0;Cr 22.0 to 26.0;

Mo 2.5 ~ 4.5;Mo 2.5 to 4.5;

N 0.1 ~ 0.2;N 0.1 to 0.2;

P 0.03 이하;P 0.03 or less;

S 0.03 이하;S 0.03 or less;

Cu 0.3 이하;Cu 0.3 or less;

Al 0.10 이하;Al 0.10 or less;

잔부는 Fe 및 불가피한 불순물들이고, The balance is Fe and inevitable impurities,

상기 듀플렉스 스테인리스 강은 Cr+50N≤35 의 조건을 만족하고; 또한 상기 듀플렉스 스테인리스 강은 해수 적용에서 40 부피% ~ 60 부피% 의 페라이트 함량 및 40 부피% ~ 60 부피% 의 오스테나이트 함량을 가진다. The duplex stainless steel satisfies the condition of Cr + 50N ≦ 35; In addition, the duplex stainless steel has a ferrite content of 40% by volume to 60% by volume and austenite content of 40% by volume to 60% by volume in seawater applications.

일 실시형태에 따라, 상기 물품의 용도는 캐소드 보호, 즉 캐소드와 같은 전술된 또는 후술된 바와 같이 듀플렉스 스테인리스 강 합금의 사용을 포함한다.According to one embodiment, the use of the article comprises cathodic protection, ie the use of a duplex stainless steel alloy as described above or below, such as a cathode.

본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강의 원소 조성물 및 물품을 제조하기 위한 프로세스를 최적화함으로써, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 물품은 높은 내식성 및 양호한 구조 안정성을 가질 것이다. 따라서, 본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강은 이러한 복합 최적화로 인해 이하의 설명에서 설명된 바와 같이 몇 가지 양호한 특성들을 결합시키는 것으로 밝혀졌다.By optimizing the element compositions of the duplex stainless steel and processes for making the article of the present invention, articles comprising duplex stainless steel will have high corrosion resistance and good structural stability. Thus, the duplex stainless steel of the present invention has been found to combine several good properties due to this composite optimization as described in the description below.

따라서, 본 발명은 듀플렉스 스테인리스 강의 물품을 제공하고, 상기 물품은 높은 내식성, 높은 강도 및 인성을 가질 것이다. 또한, 본 발명의 물품은 제조가 용이하고, 예를 들어 심리스 튜브로의 압출을 가능하게 하는 우수한 가공성을 갖는다. 그의 조성물 및 그의 제조 프로세스로 인해, 물품은 본질적으로 시그마상을 함유하지 않을 것이다 (본질적으로 감마상은 존재하지 않음). 이는 용접 동안 부식, 취성 파괴 및 질화물 형성을 갖는 문제들이 감소 및/또는 제거된다는 것을 의미하므로, 이는 매우 유리하다.Accordingly, the present invention provides an article of duplex stainless steel, which article will have high corrosion resistance, high strength and toughness. In addition, the articles of the present invention are easy to manufacture and have good processability, for example, to allow extrusion into a seamless tube. Due to its composition and its manufacturing process, the article will essentially contain no sigma phase (essentially no gamma phase). This means that the problems with corrosion, brittle fracture and nitride formation during welding are reduced and / or eliminated, which is very advantageous.

전술한 또는 후술한 바와 같이 본 발명의 물품을 제조하기 위한 프로세스는 용체화 풀림의 단계를 포함해야 한다. 용체화 풀림은 물품이 전술한 또는 후술한 바와 같이 듀플렉스 스테인리스 강의 재결정 온도를 초과하는 온도에서 열처리되는 것을 의미한다. As described above or below, the process for making the article of the present invention should include the step of solving annealing. Solvent annealing means that the article is heat treated at a temperature above the recrystallization temperature of the duplex stainless steel as described above or below.

본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스 강의 합금 원소들 및 그들의 조성 범위는 지금부터 추가로 설명될 것이다. Alloying elements of the duplex stainless steel and their composition range according to the present invention will now be described further.

탄소 (C) 는 듀플렉스 스테인리스 강에 함유된 불순물이다. C 의 함량이 0.03 wt% 를 초과하면, 입계에서의 탄화 크롬의 침전으로 인해 내식성이 저하된다. 따라서, C 의 함량은 0.03 wt% 이하, 예컨대 0.02 wt% 이하이다. Carbon (C) is an impurity contained in duplex stainless steel. If the content of C exceeds 0.03 wt%, the corrosion resistance is lowered due to precipitation of chromium carbide at the grain boundaries. Thus, the content of C is 0.03 wt% or less, such as 0.02 wt% or less.

규소 (Si) 는 탈산 (deoxidization) 을 위해 첨가될 수도 있는 원소이다. 하지만, 너무 많은 Si 는 시그마 상과 같은 금속간 상의 침전을 촉진할 것이고, 따라서 Si 의 함량은 0.5 wt% 이하이다. Silicon (Si) is an element that may be added for deoxidization. However, too much Si will promote precipitation of intermetallic phases, such as sigma phases, so the content of Si is below 0.5 wt%.

망간 (Mn) 은 최대 약 1.0 wt% 레벨로 대부분의 듀플렉스 스테인리스 강에 사용된다. 일 중요한 이유는 Mn 이 불순물인 황을 고온 연성에 유리한 MnS 로 결합시키는 능력을 가지고 있다는 것이다. 따라서, 이러한 효과를 가지기 위해, Mn 의 함량은 1.0 wt% 이하이다. Manganese (Mn) is used in most duplex stainless steels at levels up to about 1.0 wt%. One important reason is that Mn has the ability to bind sulfur, an impurity, to MnS, which is advantageous for high temperature ductility. Therefore, in order to have such an effect, the content of Mn is 1.0 wt% or less.

니켈 (Ni) 은 오스테나이트 안정화 원소이고 또한 페라이트 상과 오스테나이트 상 사이의 바람직한 상 평형을 이루기 위해 존재할 필요가 있다. 따라서, N 의 함량은 5.0 내지 7.0 wt%, 예컨대 6.0 내지 7.0 wt% 이다. Nickel (Ni) is an austenite stabilizing element and also needs to be present to achieve the desired phase equilibrium between the ferrite phase and the austenite phase. Therefore, the content of N is 5.0 to 7.0 wt%, such as 6.0 to 7.0 wt%.

크롬 (Cr) 은 Cr 이 듀플렉스 스테인리스 강을 부식으로부터 보호하는 패시브 산화 필름을 형성하는데 필수적이므로 듀플렉스 스테인리스 강에서 매우 중요한 원소이다. 또한, Cr 의 첨가는 질소 (N) 의 용해도를 증가시킬 것이다. Cr 함량이 너무 낮으면, 내공식성 (pitting resistance) 이 감소된다. Cr 함량이 너무 높으면, HISC 에 대한 내성이 감소된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, HISC 내성과 식 Cr+50N 사이의 선형 관계가 발견되었고, 이는 전술한 또는 후술한 바와 같이 듀플렉스 스테인리스 강 내에서 HISC 에 대한 내성이 Cr 및 N 모두의 함량과 관련된다는 것을 의미한다. 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, Cr 및 N 이 너무 높으면, HISC 에 대한 내성이 감소될 것이다. 따라서, Cr 의 함량은 22.0 내지 26.0 wt%, 예컨대 23.0 내지 24.0 wt% 이다. Chromium (Cr) is a very important element in duplex stainless steel because Cr is essential to form a passive oxide film that protects the duplex stainless steel from corrosion. In addition, the addition of Cr will increase the solubility of nitrogen (N). If the Cr content is too low, pitting resistance is reduced. If the Cr content is too high, the resistance to HISC is reduced. As shown in FIG. 1, a linear relationship between HISC resistance and the formula Cr + 50N was found, which indicates that resistance to HISC in the duplex stainless steel is related to the content of both Cr and N, as described above or below. Means that. As can be seen from FIG. 1, if Cr and N are too high, resistance to HISC will be reduced. Therefore, the content of Cr is 22.0 to 26.0 wt%, such as 23.0 to 24.0 wt%.

몰리브덴 (Mo) 은 듀플렉스 스테인리스 강의 표면에 형성되는 패스브 산화 필름의 안정화에 효과적인 원소이며, 또한 응력 부식 균열 및 내공식성의 개선에도 효과적이다. Mo 의 함량이 2.5 wt% 미만인 경우, 응력 부식 균열 및 내공식성이 충분히 높지 않다. Mo 함량이 너무 높을 경우, 여기에는 재료가 쉽게 부서지게 하는 금속간 상을 형성하는 위험이 있을 것이다. 따라서, Mo 의 함량은 2.5 내지 4.5 wt%, 예컨대 2.8 내지 4.0 wt% 이다. Molybdenum (Mo) is an element effective in stabilizing a passivation film formed on the surface of duplex stainless steel, and is also effective in improving stress corrosion cracking and pitting resistance. When the content of Mo is less than 2.5 wt%, the stress corrosion cracking and pitting resistance are not high enough. If the Mo content is too high, there will be a risk of forming an intermetallic phase that causes the material to break easily. Thus, the content of Mo is 2.5 to 4.5 wt%, such as 2.8 to 4.0 wt%.

질소 (N) 는 용매 경화에 의해 듀플렉스 스테인리스 강의 강도를 증가시키는데 효과적인 원소이다. N 함량이 너무 낮으면, 기계적 특성 및 내공식성이 감소될 것이다. N 함량이 너무 높으면, HISC 에 대한 내성이 감소될 것이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, HISC 내성과 식 Cr+50N 사이의 선형 관계가 발견되었다. 따라서, N 의 함량은 0.10 내지 0.20 wt%, 예컨대 0.12 내지 0.20 wt% 이다. Nitrogen (N) is an effective element for increasing the strength of duplex stainless steel by solvent curing. If the N content is too low, mechanical properties and pitting resistance will be reduced. If the N content is too high, the resistance to HISC will be reduced. As shown in FIG. 1, a linear relationship between HISC resistance and the formula Cr + 50N was found. Therefore, the content of N is 0.10 to 0.20 wt%, such as 0.12 to 0.20 wt%.

인 (P) 은 듀플렉스 스테인리스 강에 함유된 불순물이고 또한 P 가 열간 가공성에 부정적인 영향을 미친다는 것은 충분히 공지되어 있다. 따라서, P 의 함량은 0.03 wt% 이하, 예컨대 0.02 wt% 이하로 설정된다. Phosphorus (P) is an impurity contained in duplex stainless steel and it is well known that P adversely affects hot workability. Therefore, the content of P is set at 0.03 wt% or less, for example 0.02 wt% or less.

황 (S) 은 듀플렉스 스테인리스 강에 함유된 불순물이고 또한 이는 저온에서의 열간 가공성을 악화시킬 것이다. 따라서, S 의 허용가능한 함량은 0.03 wt% 이하, 예컨대 0.02 wt% 이하이다. Sulfur (S) is an impurity contained in duplex stainless steel, which will also worsen hot workability at low temperatures. Thus, the acceptable content of S is 0.03 wt% or less, such as 0.02 wt% or less.

구리 (Cu) 는 스크랩이 용융물을 제조하기 위한 시재료로서 사용됨에 따라 본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강에 포함되거나 포함되지 않을 수도 있는 선택 원소이다. 이와 같은 Cu 는 듀플렉스 스테인리스 강의 표면 상에 형성된 패시브 필름을 안정화시킬 수도 있고, 저농도에서는 내공식성 및 내식성을 향상시킬 수도 있다. 따라서, Cu 의 허용가능한 함량은 0.3 wt% 이하, 예컨대 0.2 wt% 이하이다. Copper (Cu) is an optional element that may or may not be included in the duplex stainless steel of the present invention as scrap is used as a starting material for producing the melt. Such Cu may stabilize the passive film formed on the surface of the duplex stainless steel, and may improve pitting resistance and corrosion resistance at low concentrations. Thus, the acceptable content of Cu is 0.3 wt% or less, such as 0.2 wt% or less.

알루미늄 (Al) 은 탈산 원소이고 또한 본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강에 선택적으로 함유될 수도 있다. Al 함량이 0.10 wt% 를 초과하면, 시그마 상과 같은 금속간 상의 형성이 촉진될 것이다. 또한, Al 이 0.10 wt% 초과의 레벨로 첨가되면, AlN 또는 NiAl 이 형성될 수도 있고, 이는 기계적 특성에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 전술한 또는 후술한 바와 같은 특성을 갖는 듀플렉스 스테인리스 강을 얻기 위하여, Al 함량은 0.10 wt% 이하이다. Aluminum (Al) is a deoxidation element and may optionally be contained in the duplex stainless steel of the present invention. If the Al content exceeds 0.10 wt%, the formation of an intermetallic phase such as a sigma phase will be promoted. In addition, if Al is added at a level above 0.10 wt%, AlN or NiAl may be formed, which will affect the mechanical properties. Therefore, in order to obtain duplex stainless steel having the above-mentioned or as described below, the Al content is 0.10 wt% or less.

놀랍게도, 전술한 또는 후술한 바와 같은 듀플렉스 스테인리스 강으로 이루어지고 또한 35 이하인 Cr+50N 의 식 (도 1 참조) 을 만족하는 용체화 풀림된 물품이 HISC 에 대해 보다 양호한 내성을 가지고, 이러한 식에서 Cr 및 N 의 양은 중량% 인 것이 밝혀졌다. 이는 Cr 의 함량이 N 의 함량과 관련되고, 이는 (다른 공지된 듀플렉스 스테인리스 강과 비교되는 경우) 전술한 또는 후술한 듀플렉스 스테인리스 강에서 Cr 및 N 의 함량이 낮은 것으로 발견되었다는 것을 의미한다. HISC 에 대한 민감성이 초기에 듀플렉스 스테인리스 강의 화학 조성이 아니라 듀플렉스 스테인리스 강의 미세조직에 기인하기 때문에, 공통의 일반적 지식에 따라, Cr 과 N 사이의 관계는 예측될 수 없다는 것이 인지되어야 한다. 이러한 적용을 위해 일반적으로 사용되는 듀플렉스 그레이드들은 25 wt% 의 Cr 및 0.25 wt% 초과의 N 의 함량을 갖는다는 것이 추가로 인지될 수 있다. 일 실시형태에 따라, Cr+50N 은 34 이하, 예컨대 33 이하이다. Surprisingly, solution-annealed articles made of duplex stainless steel as described above or below and satisfying the formula of Cr + 50N (see Fig. 1) of 35 or less have better resistance to HISC, in which Cr and It was found that the amount of N was in weight percent. This means that the content of Cr is related to the content of N, which means that the contents of Cr and N are found to be low in the duplex stainless steels described above or below (as compared with other known duplex stainless steels). Since sensitivity to HISC is initially due to the microstructure of the duplex stainless steel rather than the chemical composition of the duplex stainless steel, it should be recognized that, according to common general knowledge, the relationship between Cr and N cannot be predicted. It can further be appreciated that the duplex grades generally used for such applications have a content of 25 wt% Cr and more than 0.25 wt% N. According to one embodiment, Cr + 50N is 34 or less, such as 33 or less.

본 발명에 따라, 전술한 또는 후술한 바와 같은 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 물품을 제조하기 위한 프로세스는 해수 적용에서 사용되기 전에 용체화 풀림의 단계를 포함해야 한다. 용체화 풀림은 물품이 열처리되는 것을 의미하고, 이러한 단계는 듀플렉스 스테인리스 강의 미세조직을 개선시키고, 그로 인해 연성 및 인성이 증가될 것이다. 용체화 풀림은 듀플렉스 스테인리스 강의 재결정 온도를 초과하는 온도에서 수행되어야 한다. 일 실시형태에 따라, 용체화 풀림 온도는 1030 내지 1150 ℃ 이다. 일 실시형태에 따라, 용체화 풀림 후에 공기 또는 물에서 급속 냉각된다. 용체화 풀림은 냉간 가공 단계, 예컨대 냉간 변형, 예컨대 압착, 굽힘, 전단, 필거링 또는 인발 후에 수행된다.In accordance with the present invention, the process for making articles comprising duplex stainless steel as described above or below should include the step of annealing before being used in seawater applications. Solvent annealing means that the article is heat treated, and this step will improve the microstructure of the duplex stainless steel, thereby increasing the ductility and toughness. Solvent annealing should be performed at a temperature above the recrystallization temperature of the duplex stainless steel. According to one embodiment, the solution annealing temperature is between 1030 and 1150 ° C. According to one embodiment, it is rapidly cooled in air or water after solution dissolution. Solvent annealing is carried out after cold processing steps such as cold deformation, such as pressing, bending, shearing, pilgering or drawing.

듀플렉스 스테인리스 강의 미세조직은 페라이트 매트릭스에 내장된 오스테나이트 섬을 포함하는 2 상 조직이다. 보다 밀접하게 패킹된 오스테나이트 상 (FCC) 은 조직 내에서 페라이트 BCC 조직보다 더 큰 공극들을 갖는다. 이러한 조직은 수소 확산과 수소 용해도에 영향을 미친다. 수소의 확산 속도는 오스테나이트 상에 비해 페라이트 상에서 훨씬 빠르지만, 수소의 용해도는 페라이트 상보다 오스테나이트 상에서 더 높다. HISC 로 인한 균열은 종종 페라이트 상에서 시작하고 대부분의 경우 오스테나이트 상은 균열 방지제로서 작용한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에서, 2 개의 상들의 분포는 용체화 풀림된 조건에서 페라이트 상 및 오스테나이트 상을 대략 동일한 양으로 제공하기 위해 물품 내에서 밸런싱된다. 따라서, 물품의 페라이트 상 함량은 오스테나이트 상에 의해 밸런싱되어 40 내지 60 부피%, 예컨대 45 내지 55 부피% 이다.The microstructure of duplex stainless steel is a biphasic structure comprising austenite islands embedded in a ferrite matrix. The more closely packed austenite phase (FCC) has larger pores in the tissue than the ferrite BCC tissue. These tissues affect hydrogen diffusion and hydrogen solubility. The diffusion rate of hydrogen is much faster in the ferrite phase than in the austenitic phase, but the solubility of hydrogen is higher in the austenite phase than in the ferrite phase. It has been found that the cracks due to HISC often start on the ferrite phase and in most cases the austenite phase acts as a crack inhibitor. Thus, in the present invention, the distribution of the two phases is balanced in the article to provide approximately the same amount of ferrite phase and austenite phase in the solution annealing conditions. Thus, the ferrite phase content of the article is 40 to 60% by volume, such as 45 to 55% by volume, balanced by the austenite phase.

일 실시형태에 따라, 다른 원소들은 가공성 (processability), 예를 들면, 열간 가공성 (hot workability), 피삭성 (machinability) 등을 개선하기 위하여 제조 프로세스 동안 전술한 또는 후술한 바와 같은 듀플렉스 스테인리스 강에 선택적으로 첨가될 수도 있다. 이러한 원소들의 예들은 티타늄 (Ti), 칼슘 (Ca), 세륨 (Ce) 및 붕소 (B) 이다. 첨가되는 경우에, 이러한 원소들은 총 최대 0.5 wt% 의 양으로 첨가된다. 일 실시형태에 따라, 본 발명에 따른 스테인리스 강은 전술한 또는 후술한 바와 같은 범위의 전술한 또는 후술한 바와 같은 모든 원소들로 이루어진다.According to one embodiment, the other elements are selective to the duplex stainless steel as described above or below during the manufacturing process to improve processability, for example hot workability, machinability and the like. It may be added as. Examples of such elements are titanium (Ti), calcium (Ca), cerium (Ce) and boron (B). When added, these elements are added in amounts up to 0.5 wt% in total. According to one embodiment, the stainless steel according to the invention consists of all of the elements as described above or below in the range described above or below.

듀플렉스 스테인리스 강의 잔부는 철 (Fe) 및 불가피한 불순물들이다. 불가피한 불순물들의 예들은 의도적으로 첨가되지 않았지만 예를 들어 듀플렉스 스테인리스 강을 제조하는데 사용되는 재료에서 불순물들로서 일반적으로 발생하기 때문에 완전히 회피될 수 없는 원소들 및 화합물들이다. The balance of duplex stainless steel is iron (Fe) and unavoidable impurities. Examples of unavoidable impurities are elements and compounds that have not been intentionally added but cannot be completely avoided, for example, as they generally occur as impurities in materials used to make duplex stainless steel.

오스테나이트 스페이싱 (오스테나이트 영역 사이에서 페라이트의 평균 거리) 및 결정립 크기와 같은 미세조직 특징들은 제조 방법에 의해 영향을 받는다. 오스테나이트 스페이싱은 용체화 풀림 열처리 전에 열간 가공 및/또는 냉간 가공의 더 큰 정도에 의해 감소될 수 있다. 더 작은 오스테나이트 스페이싱을 갖는 듀플렉스 스테인리스 강은 더 양호한 HISC 내성을 갖는다. 일 실시형태에 따라, 용체화 풀림된 조건에서 전술한 또는 후술한 바와 같은 듀플렉스 스테인리스 강의 오스테나이트 스페이싱은 35 ㎛ 미만, 예컨대 5 ~ 35 ㎛, 예컨대 5 ~ 20 ㎛, 예컨대 5 ~ 15 ㎛ 일 수도 있다. Microstructure features such as austenite spacing (average distance of ferrite between austenite regions) and grain size are affected by the manufacturing method. Austenitic spacing can be reduced by a greater degree of hot working and / or cold working prior to the solution annealing heat treatment. Duplex stainless steel with smaller austenite spacing has better HISC resistance. According to one embodiment, the austenitic spacing of the duplex stainless steel as described above or below in solution annealed conditions may be less than 35 μm, such as 5 to 35 μm, such as 5 to 20 μm, such as 5 to 15 μm. .

스테인리스 강의 내공식성 및 틈새 (crevice) 내부식성이 Cr, Mo 및 N 의 wt% 함량에 의해 주로 결정된다. 이러한 내성을 비교하는데 사용되는 지수는 PRE (Pitting Resistance Equivalent) 이고, 이는 Cr+3.3Mo+16N 으로 표시된다. 듀플렉스 스테인리스 강에 대해, 내공식성은 페라이트 상과 오스테나이트 상 모두에서 PRE 값에 의존한다. 이는 가장 낮은 PRE 값을 갖는 상이 듀플렉스 스테인리스 강의 국부적인 내부식성에 대한 한계를 설정한다는 것을 의미한다. 따라서, 일 실시형태에 따라, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스 강의 PRE는 적어도 31, 예컨대 적어도 34 일 수도 있다. The corrosion resistance and crevice corrosion resistance of stainless steels are mainly determined by the wt% content of Cr, Mo and N. The index used to compare this resistance is PRE (Pitting Resistance Equivalent), which is expressed as Cr + 3.3Mo + 16N. For duplex stainless steels, pitting resistance depends on the PRE value in both the ferrite and austenite phases. This means that the phase with the lowest PRE value sets a limit on the local corrosion resistance of duplex stainless steel. Thus, according to one embodiment, the PRE of the duplex stainless steel according to the present invention may be at least 31, such as at least 34.

안정 강도는 그의 치수를 변경함 없이 재료가 변형될 수 있는 하중이다. 용체화 풀림된 조건에서 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스 강의 안정 강도 (Rp0.2) 는 450 ~ 700 MPa, 예컨대 475 ~ 650 MPa 이다. Stable strength is the load at which a material can deform without changing its dimensions. The stable strength (R p0.2 ) of the duplex stainless steels according to the invention in solution melted conditions is between 450 and 700 MPa, such as between 475 and 650 MPa.

연신율이 높다는 것은 연성이 높다는 것을 의미하고, 이러한 특성은 성형 제조 프로세스에서 고려된다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 용액화 풀림된 조건에서 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스 강의 연신율 (A) 은 15 ~ 45 %, 예컨대 20 ~ 45 %, 예컨대 25 ~ 45 % 이다. High elongation means high ductility, which is considered in the molding manufacturing process. Thus, according to one embodiment of the invention, the elongation (A) of the duplex stainless steel according to the invention in solution annealed conditions is 15 to 45%, such as 20 to 45%, such as 25 to 45%.

듀플렉스 스테인리스 강 물품은 통상적인 방법, 즉 주조 또는 단조, 이어서 열간 가공 및/또는 냉간 가공, 용체화 풀림 및 임의의 추가 열처리에 따라 제조될 수도 있거나, 예를 들어 열간 등압 프로세스 (HIP) 에 의해 분말 제품으로서 제조될 수도 있다. 제조 방법에서 중요한 단계는 용체화 풀림 단계인데, 왜냐하면 이는 최종 미세조직을 설정할 것이기 때문이다.Duplex stainless steel articles may be prepared according to conventional methods, ie casting or forging, followed by hot working and / or cold working, quenching annealing and any further heat treatment, or for example powder by hot isostatic process (HIP) It may also be manufactured as a product. An important step in the manufacturing process is the solution annealing step, since this will establish the final microstructure.

일 실시형태에 따라, 상기 전술한 또는 후술한 바와 같은 듀플렉스 스테인리스 강으로 이루어진 물품은 하기의 단계들을 포함하는 프로세스에 의해 제조된다:According to one embodiment, an article made of duplex stainless steel as described above or below is produced by a process comprising the following steps:

a. 용융 단계;a. Melting step;

b. 주조 단계; b. Casting step;

c. 열간 가공 단계;c. Hot processing step;

d. 냉간 가공 단계; d. Cold processing step;

e. 용체화 풀림 단계.e. Solvation Releasing Step.

듀플렉스 스테인리스 강 물품은 바아; 튜브; 심리스 또는 용접된 튜브, 예를 들어 플랜지 및 커플링과 같은 건설 부품, 플레이트, 시트 또는 스트립, 또는 와이어의 형태일 수도 있다.Duplex stainless steel articles include bars; tube; It may also be in the form of seamless or welded tubes, for example construction parts such as flanges and couplings, plates, sheets or strips, or wires.

본 발명은 하기의 비제한적인 실시예들에 의해 추가로 설명된다.The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.

도 1 은 4℃ 에서 3 wt% 의 염화나트륨 (NaCl) 에서 일정한 하중에서 HISC 테스트하고, 따라서 듀플렉스 스테인리스 강이 해수에 노출되는 환경을 시뮬레이팅하는 것을 개시한다.FIG. 1 discloses HISC testing at a constant load at 3 wt% sodium chloride (NaCl) at 4 ° C., thus simulating the environment in which duplex stainless steels are exposed to seawater.

실시예Example

상이한 조성들을 갖는 5 개의 상이한 히트들이 고주파 유도로에서 270 kg 의 히트들로서 용융되었고, 또한 9" 몰드를 사용하여 잉곳들로 주조되었다. 표 1 은 사용된 듀플렉스 스테인리스 강들의 조성들을 나타낸다. 본 발명의 실시예와 비교예 모두가 이하에 기재되어 있다. 표 1 에서, 포인트 E1 및 포인트 E2 은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 를 나타내는 반면, 포인트 C1 내지 포인트 C3 은 비교예 1 내지 비교예 3 을 나타낸다.Five different hits with different compositions were melted as 270 kg of hits in a high frequency induction furnace and also cast into ingots using a 9 "mold. Table 1 shows the compositions of the duplex stainless steels used. Both Examples and Comparative Examples are described below: In Table 1, Points E1 and E2 represent Examples 1 and 2 of the present invention, while Points C1 through C3 represent Comparative Examples 1 through 3. Indicates.

표 1. 다양한 히트들의 화학 조성Table 1. Chemical Composition of Various Heats

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주조 후에, 몰드는 제거되었고, 잉곳은 1050 ℃ 에서 2 시간 동안 홀딩되었고, 그런 다음 물에서 급냉되었다. 각각의 잉곳으로부터 화학 분석을 위한 샘플이 채취되었다. 화학 분석은 X 선 형광 분광법, 스파크 원자 방출 분광법 및 연소 기술을 사용하여 수행되었다. After casting, the mold was removed and the ingot was held at 1050 ° C. for 2 hours and then quenched in water. Samples were taken from each ingot for chemical analysis. Chemical analysis was performed using X-ray fluorescence spectroscopy, spark atomic emission spectroscopy and combustion techniques.

얻어진 잉곳들은 망치로 130 x 60 ~ 70 mm 의 빌렛들로 단조되었다. 단조 전에, 잉곳들은 2 시간의 홀딩 시간으로 1250 ~ 1280 ℃ 로 가열되였다. 단조된 빌렛들은 Robertson 압연기에서 10 ~ 12 mm 로 열간 압연된 120 x 50 mm 의 빌렛들로 기계가공되었다. 열간 압연 전에, 빌렛들은 1.5 ~ 2 시간의 홀딩 시간으로 1150 ℃ ~ 1220 ℃ 로 가열되었다. 열간 압연 후에, 빌렛들은 1100 ℃ ~ 1120 ℃ 에서 10 분 동안 홀딩된 다음, 공기 중에서 900 ℃ ~ 950 ℃ 로 냉각되었고, 여기에서 빌렛들은 오일에서 급냉되었다. 듀플렉스 스테인리스 강 빌렛들은 7 ~ 8 mm 의 두께로 냉간 압연되었고, 그런 다음 1000 ~ 1150 ℃ 에서 용체화 풀림에 의해 열 처리되었고, 그 후 공기 중에서 냉각되었다. The resulting ingots were forged with billets 130 x 60 to 70 mm with a hammer. Prior to forging, the ingots were heated to 1250-1280 ° C. with a holding time of 2 hours. Forged billets were machined into 120 x 50 mm billets hot rolled from 10 to 12 mm on a Robertson mill. Prior to hot rolling, the billets were heated to 1150 ° C.-1212 ° C. with a holding time of 1.5-2 hours. After hot rolling, the billets were held at 1100 ° C.-1120 ° C. for 10 minutes and then cooled to 900 ° C.-950 ° C. in air, where the billets were quenched in oil. Duplex stainless steel billets were cold rolled to a thickness of 7-8 mm, then heat treated by solution anneal at 1000-1150 ° C. and then cooled in air.

최종 열처리 단계 후에, HISC 테스트는 4 ℃ 에서 3 wt% NaCl 의 용액에서 데드 중량 테스터들 (dead weight testers) 로 일정한 하중에서 수행되었고, 또한 약 1050 mVSCE 에서 캐소드 보호를 받았다. 테스트 시간은 500 시간 또는 파괴까지였고 하중은 안정 강도와 관련있었다. 실험 전에, 샘플들은 0.02 A/cm2 의 전류 밀도로 수소로 정전류로 (galvanostatically) 충전되었다.After the final heat treatment step, the HISC test was performed at constant load with dead weight testers in a solution of 3 wt% NaCl at 4 ° C. and also received cathode protection at about 1050 mV SCE . The test time was up to 500 hours or failure and the load was related to the stable strength. Prior to the experiment, the samples were charged galvanostatically with hydrogen at a current density of 0.02 A / cm 2 .

HISC 테스트로부터의 결과들을 분석할 때, 놀랍게도 더 낮은 Cr 및 N 함량을 갖는 용체화 풀림된 듀플렉스 스테인리스 강들이 HISC 에 대해 보다 양호한 내성을 갖는다는 것을 발견했다. 도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 식 Cr+50N 에 대한 선형 관계 및 4 ℃ 에서 안정 강도 (Rp0.2) 와 관련된 HISC 테스트에서 파괴 없는 최대 하중 사이의 선형 관계가 관찰되었다. 도 1 에서, 포인트 E1 및 포인트 E2 은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 를 나타내는 반면, 포인트 C1 내지 포인트 C3 은 비교예 1 내지 비교예 3 을 나타낸다. 따라서, 듀플렉스 스테인리스 강으로 만들어진 물품은 개선된 HISC 내성을 가지기 위해 Cr + 50xN 이 35 이하인 식을 만족시켜야 한다.In analyzing the results from the HISC test, it was found that solution-annealed duplex stainless steels with surprisingly lower Cr and N contents have better resistance to HISC. As can be seen in FIG. 1, a linear relationship between the linear relationship for the formula Cr + 50N and the maximum load without breakage in the HISC test associated with the stable strength (Rp 0.2 ) at 4 ° C. was observed. In FIG. 1, points E1 and E2 represent Examples 1 and 2 of the present invention, while points C1-C3 represent Comparative Examples 1-3. Therefore, articles made of duplex stainless steel must satisfy an equation with a Cr + 50xN of 35 or less to have improved HISC resistance.

또한, 용체화 풀림된 듀플렉스 스테인리스 물품이 분석되었다. 인장 테스트 (Rp0.2 Rm) 는 항복 강도를 결정하기 위해 실온에서 수행되었다. 연신율 (A) 은 ISO 6892-1 에 따라 측정되었다. 페라이트 함량은 ASTM E562 에 따라 측정되었다. 오스테나이트 스페이싱은 DNV-RP-F112 에 따라 측정되었다. 이러한 실험 결과들은 표 2 에 기재되어 있다.In addition, annealed duplex stainless steel articles were analyzed. Tensile test (R p0.2 and R m ) was performed at room temperature to determine yield strength. Elongation (A) was measured according to ISO 6892-1. Ferrite content was measured according to ASTM E562. Austenitic spacing was measured according to DNV-RP-F112. These experimental results are listed in Table 2.

표 2. 실험 결과Table 2. Experimental Results

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Figure pct00002

표 2 에서, 포인트 E1 및 포인트 E2 은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 를 나타내는 반면, 포인트 C1 내지 포인트 C3 은 비교예 1 내지 비교예 3 을 나타낸다.In Table 2, points E1 and E2 represent Example 1 and Example 2 of the present invention, while points C1 to C3 represent Comparative Examples 1 to 3.

표 3 의 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된 용체화 풀림된 물품들이 매우 양호한 기계적 특성뿐만 아니라 부식 특성을 갖는 유리한 미세조직을 갖는다. 이는 상기 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된 물품들이 해수 적용에서 캐소드 보호로 인해 강 표면에 형성된 수소의 하중/응력 및 수소 침입을 견딜 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 수소 유기 응력 부식에 의한 장비 손상 또는 임의의 심각한 사고의 위험이 최소화되거나 가능한 경우 완전히 없으므로, 듀플렉스 스테인리스 강 물품들은 증가된 수명을 갖는다.As can be seen from the results in Table 3, the solution annealed articles made of the duplex stainless steel of the present invention have an advantageous microstructure with very good mechanical properties as well as corrosion properties. This means that articles made of the duplex stainless steel can withstand hydrogen intrusion and the load / stress of hydrogen formed on the steel surface due to cathode protection in seawater applications. Thus, duplex stainless steel articles have an increased lifetime since the risk of equipment damage or any serious accident due to hydrogen organic stress corrosion is minimized or completely possible.

Claims (12)

하기 조성물을 중량% (wt%) 로 갖는 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림 (solution-annealed) 된 물품의 용도로서,
C 0.03 이하;
Si 0.5 이하;
Mn 1.0 이하;
Ni 5.0 ~ 7.0;
Cr 22.0 ~ 26.0;
Mo 2.5 ~ 4.5;
N 0.1 ~ 0.2;
P 0.03 이하;
S 0.03 이하;
Cu 0.3 이하;
Al 0.10 이하;
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물들이고,
상기 듀플렉스 스테인리스 강은 Cr+50N≤35 의 식을 만족하고; 또한
상기 듀플렉스 스테인리스 강은 해수 적용에서 40 부피% ~ 60 부피% 의 페라이트 상 함량 및 40 부피% ~ 60 부피% 의 오스테나이트 상 함량을 가지는, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
As a use of a solution-annealed article comprising duplex stainless steel having the following composition by weight (wt%):
C 0.03 or less;
Si 0.5 or less;
Mn 1.0 or less;
Ni 5.0-7.0;
Cr 22.0-26.0;
Mo 2.5-4.5;
N 0.1-0.2;
P 0.03 or less;
S 0.03 or less;
Cu 0.3 or less;
Al 0.10 or less;
The balance is Fe and inevitable impurities,
The duplex stainless steel satisfies the formula Cr + 50N ≦ 35; Also
Wherein said duplex stainless steel has a ferrite phase content of 40% by volume to 60% by volume and an austenite phase content of 40% by volume to 60% by volume in seawater applications.
제 1 항에 있어서,
Cr 의 함량이 23.0 ~ 24.0 wt% 인, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method of claim 1,
Use of an analyzed annealed article comprising duplex stainless steel having a Cr content of 23.0 to 24.0 wt%.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
Ni 의 함량이 6.0 ~ 7.0 wt% 인, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to claim 1 or 2,
The use of a solution melted annealed article comprising duplex stainless steel with a Ni content of 6.0-7.0 wt%.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
N 의 함량이 0.12 ~ 0.20 wt% 인, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Use of an analyzed annealed article comprising duplex stainless steel having an N content of 0.12 to 0.20 wt%.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
Mo 의 함량이 2.8 ~ 4.0 wt% 인, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Use of an analyzed annealed article comprising duplex stainless steel having a Mo content of 2.8 to 4.0 wt%.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu 의 함량이 0.2 wt% 이하인, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Use of a solution melted annealed article comprising duplex stainless steel having a Cu content of 0.2 wt% or less.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 듀플렉스 스테인리스 강은 Cr+50N≤34 의 식을 만족하는, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein said duplex stainless steel satisfies the formula Cr + 50N ≦ 34.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 듀플렉스 스테인리스 강은 Cr+50N≤33 의 식을 만족하는, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein said duplex stainless steel satisfies the formula Cr + 50N ≦ 33.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물품은 바아 (bar), 튜브, 심리스 또는 용접된 튜브, 건설 부품 (constructive part), 플레이트, 시트, 스트립 또는 와이어의 형태인, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 8,
The article of claim 1, wherein the article is a duplex stainless steel in the form of a bar, tube, seamless or welded tube, constructive part, plate, sheet, strip or wire.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물품은
a. 용융 단계;
b. 주조 단계;
c. 열간 가공 단계;
d. 냉간 가공 단계;
e. 용체화 풀림 단계
를 포함하는 프로세스에 의해 제조되고,
상기 용체화 풀림 단계는 상기 듀플렉스 스테인리스 강의 재결정 온도를 초과하는 온도에서 수행되는, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 9,
The article is
a. Melting step;
b. Casting step;
c. Hot processing step;
d. Cold processing step;
e. Solvent Release Step
Manufactured by a process comprising,
And wherein said solution solution annealing step is performed at a temperature above the recrystallization temperature of said duplex stainless steel.
제 10 항에 있어서,
상기 용체화 풀림 단계는 1030 ~ 1150 ℃ 의 온도에서 수행되는, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method of claim 10,
And wherein said solution solution annealing step is performed at a temperature of 1030 to 1150 ° C.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
해수 적용에서 캐소드로서 사용되는, 듀플렉스 스테인리스 강을 포함하는 용체화 풀림된 물품의 용도.
The method according to any one of claims 1 to 11,
Use of a solution-annealed annealed article comprising duplex stainless steel, used as cathode in seawater applications.
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