KR20200057441A

KR20200057441A - 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20200057441A
Application number: KR1020180141861A
Authority: KR
Inventors: 김상석; 김경훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-26
Also published as: KR102143076B1

Abstract

Mo 등의 고가 원소를 저감하고 미량의 원소를 최적화하여 열간가공성, 황산노점부식 저항성 및 응력부식균열 저항성을 동시에 향상시킨 고내식 오스테나이트계 스테인레스강이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01 내지 0.03%, N: 0.01 내지 0.03%, Si: 0.01 내지 0.7%, Mn: 0.8 내지 1.2%, P: 0.035% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 15.0 내지 19.0%, Ni: 8.0 내지 12.0%, Mo: 0.5 내지 1.5%, Cu: 0.5 내지 1.3%, Sn: 0.1 내지 0.5%, Nb: 0.05 내지 0.2%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 1,950 내지 2,800 범위를 만족한다.
(1) [43383*(C + N) + 5216*(Nb)] + [100*(Cu + 2*Sn)]

Description

황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 {AUSTENITIC STAINLESS STEEL WITH EXCELLENT RESISTANCE TO STRESS CORROSION CRACKING AND SURFURIC ACID DEW POINT CORROSION}

본 발명은 황산수에 의한 부식 환경에서 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Mo 등의 고가 원소를 저감하고 미량의 원소를 최적화하여 열간가공성, 황산노점부식 저항성 및 응력부식균열 저항성을 동시에 향상시킨 고내식 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

부식차량, 선박, 건설기계 등에서 배출되는 유해물질의 규제강화 가속화에 의해 유럽에서는 단계별로 NO_x, SO_x를 저감시키기 위한 기술개발이 진행되고 있다. 이러한 환경문제 대응을 위해서 선진국을 중심으로 한 각국에서는 자동차 제조사에게 배기가스재순환계를 장착하는 것을 의무화시키려는 법 규정화가 추진되고 있다. 800℃의 고온 배기가스가 유입된 후 냉각이 되어 200℃로 방출될 때 배가가스재순환 장치의 부품 부재는 황산노점부식 및 응력부식 환경에 놓여지게 된다. 부재가 부식에 의해 구멍이 발생되었을 경우, 냉각수가 흡입되어 자동차 엔진으로 유출되기 때문에 엔진 손상 등의 심각한 결함을 유발할 수 있다. 따라서, 각 부품 공급업체 및 소재 제조사에서는 보다 저가이면서 황산노점부식/응력부식균열 저항성이 우수한 강재를 요구하고 있다.

통상적으로는 황산노점부식 및 응력부식균열 특성이 요구되는 배기가스재순환장치 부품, 열교환기 부품, 전기온수기 부품 등의 부재에는 고가 원소인 Mo가 2% 이상 함유된 316L 강종을 사용하고 있다.

Mo의 경우 내공식 저항성은 우수하나, 황산노점부식 저항성에는 큰 효과가 없다. 특허문헌 1에는 디젤 엔진의 배기가스재순환계 부품용 부재에 대한 Sn 단독 성분계를 활용한 Mo 저감형 고내식 오스테나이트계 스테인리스강 사례가 나타나 있다. 하지만, Sn 단독 첨가에 따른 응력부식균열 저항성 향상 효과가 낮아 316L 강종 대비 Mo 저감형 오스테나이트계 강종 개발에 대한 추가적 연구개발이 필요한 상황이다.

또한, Sn 단독 첨가 저Mo 성분계의 제품에서는 열교환기 부품의 브레이징 과정에서 결정립이 조대화되는 문제점을 가지고 있다. 사용 환경에서 미세균열이 발생하게 되면 급격하게 균열이 전파되는 문제점이 있어, 브레이징 공정에서의 결정립 성장 억제를 시킬 야금학적 접근 방법이 절실히 요구된다.

한국 등록특허공보 제10-1356866호 (2014.01.22.)

본 발명은 Mo를 저감하면서도 Sn, Cu, Nb와 같은 미량 원소 제어를 통해 316L 동등 이상의 내식성 및 비용상 이점이 있는 최적 성분계의 고내식 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01 내지 0.03%, N: 0.01 내지 0.03%, Si: 0.01 내지 0.7%, Mn: 0.8 내지 1.2%, P: 0.035% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 15.0 내지 19.0%, Ni: 8.0 내지 12.0%, Mo: 0.5 내지 1.5%, Cu: 0.5 내지 1.3%, Sn: 0.1 내지 0.5%, Nb: 0.05 내지 0.2%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 1,950 내지 2,800 범위를 만족한다.

(1) [43383*(C + N) + 5216*(Nb)] + [100*(Cu + 2*Sn)]

여기서, C, N, Nb, Cu, Sn 은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식 (2)의 값이 1,800 내지 2,700 범위를 만족할 수 있다.

(2) 43383*(C + N) + 5216*(Nb)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식 (3)의 값이 90 내지 150 범위를 만족할 수 있다.

(3) 100*(Cu + 2*Sn)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면으로부터 판두께 방향으로 10 ㎚ 이내 영역의 Sn 함량이 1.0 중량% 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 1,000 내지 1,050℃ 온도 구간에서의 브레이징 시 결정립 크기 변화량이 +10 ㎛ 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열간압연재의 에지 크랙 길이가 0.2 ㎜이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력부식균열 감수성 지수(ε_MgCl₂/ε_air) 값이 0.03 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 50℃의 30 중량% 황산(H₂SO₄) 용액에 2일 침적 후의 무게감량 값이 15 ㎎/㎠·day 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고가 원소인 Mo를 저감하면서도 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성을 향상시킨 저원가의 고내식 오스테나이트계 스테인리스강을 열교환기 또는 배기가스재순환계 부재로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, Sn, Cu, Nb 등의 미량 원소를 최적화하여 고내식 특성뿐만 아니라 열간가공성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연소둔강판 표층부의 농화 Sn 함량을 나타내는 GDS Depth profile이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 Sn 함량에 따른 열간압연재의 에지 크랙을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 식 (1)의 범위에 따른 응력부식균열(SCC) 저항성 값을 나타내는 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 발명에서는 316L 강종과 동등 이상의 내식성 및 cost-merit가 있는 저가의 강재 개발 요구에 대응하여, 미량원소 제어를 통한 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 최적 합금설계 개발을 이루고자 하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01 내지 0.03%, N: 0.01 내지 0.03%, Si: 0.01 내지 0.7%, Mn: 0.8 내지 1.2%, P: 0.035% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 15.0 내지 19.0%, Ni: 8.0 내지 12.0%, Mo: 0.5 내지 1.5%, Cu: 0.5 내지 1.3%, Sn: 0.1 내지 0.5%, Nb: 0.05 내지 0.2%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C 및 N의 함량은 0.01 내지 0.03%이다.

C와 N는 오스테나이트계 스테인리스강의 가공경화를 일으키는 원소이나, 다량 함유 시 용접부 입계부식을 초래할 우려가 있기 때문에 상기 함량범위가 적당하다. 나아가, Nb이 함유된 오스테나이트계 스테인리스강에서는 다량의 C, N를 함유하는 경우, 슬라브 제조 후 열연 재가열 공정에서 Nb(C,N)이 석출, 성장하게 되어 조대한 석출상이 생성된다. 이로 인해 최종 냉연제품을 이용한 열교환기 부품의 브레이징 공정에서 결정입도 성장을 억제시킬 수 있는 미세한 Nb(C,N)을 얻기 힘들기 때문에, C 및 N의 함량은 각각 0.01 내지 0.03%로 제한한다.

Si의 함량은 0.01 내지 0.7%이다.

Si은 후술하는 Mn과 함께 탈산제로 첨가되는 원소로서 적어도 0.01% 이상이 함유된다. 그러나 0.7%를 초과할 경우 강의 가공성을 저해한다.

Mn의 함량은 0.8 내지 1.2%이다.

Si과 마찬가지로 Mn도 탈산제로 첨가되는 원소로 0.8% 이상 첨가한다. 하지만, 1.2%를 초과하는 과잉 첨가는 MnS를 형성하여 내식성 및 강의 가공성을 저해한다. 따라서 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

P의 함량은 0.035% 이하이다.

P은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로 산세 시 입계부식을 일으키거나 열간가공성을 저해시키기 때문에, 그 함량을 전술한 범위로 제한한다.

S의 함량은 0.005% 이하이다.

S은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로 결정입계에 편석되어 열간가공성을 저해시키기 때문에, 그 함량을 전술한 범위로 제한한다.

Cr의 함량은 15.0 내지 19.0%이다.

Cr은 강의 내식성을 향상시키기 위해 첨가하는 원소로 그 임계함량은 15.0%이다. 그러나 과잉 첨가시, Cr은 응고시 주편의 델타 페라이트 함량에 직접적인 영향을 주기 때문에 19.0% 이하로 제한한다. 더욱 바람직하게는 16.0 내지 18.0%로 제어할 수 있다.

Ni의 함량은 8.0 내지 12.0%이다.

Ni은 오스테나이트상을 형성하는 원소로 상 밸런스(balance)를 유지하기 위하여 8.0% 이상 첨가한다. 그러나 12.0% 초과시 그 영향이 미미하며 경제성이 떨어지므로 상한은 12.0%로 한다.

Mo의 함량은 0.5 내지 1.5%이다.

Mo은 공식저항성을 향상시키는 원소이나, 모재에 다량 첨가되면 고온 노출시 Laves상(Fe₂Mo)을 야기시켜 고용 Mo를 감소시키며, 입계에 석출하여 브레이징성을 저하시키기 때문에 상기 범위로 제한한다.

Cu의 함량은 0.5 내지 1.3%이다.

Cu는 황산노점부식 저항성을 향상시키기 위해 0.5% 이상 함유가 필요하며, 1.3% 초과 함유시에는 열교환기 부품의 브레이징 시에 다량의 ε-Cu 석출상이 석출되어 고용 Cu량이 손실됨으로써 황산노점부식 저항성 및 응력부식균열 저항성을 오히려 저해시키는 요인이 되므로 상기 범위로 제한한다.

Sn의 함량은 0.1 내지 0.5%이다.

Sn은 황산노점부식 저항성을 향상시키나, 다량 첨가의 경우 입계에 편석되어 열간압연 시 균열을 조장하기 쉽다. 오스테나이트계 스테인리스강의 주조 시, Sn은 응고과정 중에 입계에 편석되어 계면 접합성(Interfacial cohesion)을 열위하게 함으로써 다량의 에지크랙을 유발하나, 상기 함량 범위 내 및 후술할 식 (1)을 만족하도록 제조하는 경우에는 열간압연재의 에지크랙 길이를 0.2 ㎜ 이하로 제어 가능하다.

또한, Sn은 부동태피막의 성질을 개질하여 부동태피막의 안정성을 개선시킬 뿐만 아니라 부동태 피막 직하의 Sn 농화층을 형성시켜 줌으로써 내식성을 향상시킨다. 이에 따른 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은 면으로부터 판두께 방향으로 10 ㎚ 이내 영역의 Sn 함량이 1.0 중량% 이상일 수 있다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연소둔강판 표층부의 농화 Sn 함량을 나타내는 GDS Depth profile이다. 도 1을 참조하면, 표면으로부터 판두께 방향으로 10 ㎚ 이내 영역 표층부에 Sn 농화층이 형성된 것을 확인할 수 있다.

Nb의 함량은 0.05 내지 0.2%이다.

Nb은 열교환기 부품의 브레이징 시에 미세하게 석출된 Nb(C,N)이 브레이징 공정 중의 냉연제품의 결정립 크기 증가를 억제하는 효과가 있다. 0.05% 미만에서는 Nb(C,N) 석출량이 적어 결정립 크기 증가 억제능이 떨어지며, 0.2% 초과의 경우에는 슬라브 제조 후 열연 재가열 중에 석출되어 조대한 Nb(C,N) 석출물을 형성하기 때문에 브레이징 공정에서 결정립 성장을 억제시킬 수 없다.

상술한 합금원소들을 제외한 스테인리스강의 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 황산노점부식 저항성 및 응력부식균열 저항성을 향상시키기 위해 고가원소인 Mo 함량을 1.5% 이하로 저감하면서도 미량원소인 Cu, Sn, Nb의 함량을 최적화하였으며, 이를 통해 하기 식 (1)을 도출하였다.

(1) [43383*(C + N) + 5216*(Nb)] + [100*(Cu + 2*Sn)]

식 (1)의 값이 1,950 내지 2,800 범위를 만족할 때 황산노점부식 저항성 및 응력부식균열 저항성을 향상시킬 수 있으며, 최종 냉연소둔강판의 50℃의 30 중량% 황산(H₂SO₄) 용액에 2일 침적 후의 무게감량 값이 15 ㎎/㎠·day 이하, 그리고 응력부식균열 감수성 지수(ε_MgCl₂/ε_air) 값이 0.03 이상을 나타낼 수 있다.

구체적으로 하기 식 (2)의 Nb, C, N의 함량 조합을 1,800 내지 2,700 범위로 제어함으로써, 슬라브 제조 후 열연 재가열 공정에서 Nb(C,N)을 석출· 성장시켜 조대한 석출상을 만드는 것을 억제하며, 열교환기 등 최종제품 제조를 위한 부품의 브레이징 공정에서 결정입도 성장을 억제시킬 수 있는 미세한 Nb(C,N)을 얻을 수 있다.

(2) 43383*(C + N) + 5216*(Nb)

이에 따른 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은 브레이징 시 1,000 내지 1,050℃의 브레이징 온도 범위에서의 결정립 크기 변화량이 +10 ㎛ 이하일 수 있다. 즉, 0.05 내지 0.2%의 Nb 함량과 상기 식 (2)의 범위 만족을 통해 열연 재가열 공정 이후 미세한 Nb(C,N) 석출물로 분포시켜, 브레이징 시 결정립의 과도한 성장을 억제시키고 응력부식균열 저항성을 향상시킬 수 있다.

이를 위한 Nb(C,N) 석출물의 분해온도 범위는 브레이징 온도 ~ 열연 재가열 온도일 수 있다. Nb(C,N) 석출물의 분해온도가 브레이징 온도 범위의 하한인 1,000℃보다 낮을 경우, 브레이징 시 Nb(C,N) 석출물이 모두 용해되어 응력부식균열 저항상 향상을 기대할 수 없다. 반대로, Nb(C,N) 석출물의 분해온도가 열연 재가열 온도보다 높은 경우, 열연 재가열 공정에서 Nb(C,N) 석출물이 분해되지 못하고 열연코일의 기지(matrix) 내에 조대한 Nb(C,N) 석출물이 형성되어 브레이징 공정에서 결정립 성장 억제 역할이 어렵게 된다. 열연 재가열 온도범위는 Nb(C,N) 석출물의 분해온도보다 높아야 하며, 1,230℃ 이하인 것이 바람직하다. Nb(C,N) 석출물의 분해온도는 식 (2)의 만족을 통해 열연 재가열 온도 이하로 제어할 수 있다.

또한, 하기 식 (3)의 Cu, Sn 함량 조합을 90 내지 150 범위로 제어함으로써, 황산노점부식 저항성을 향상과 함께 열간가공성을 향상시킬 수 있다.

(3) 100*(Cu + 2*Sn)

열간압연 시 저융점 원소인 Sn이 고온역에서 결정입계에 편석되어 조장하는 에지크랙 균열을 억제하고, 열교환기 등 최종제품 제조를 위한 부품의 브레이징 공정에서 다량의 ε-Cu 석출상 석출로 인한 고용 Cu 함량이 손실되는 것을 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예

아래 표 1에 기재된 바와 같은 합금 성분계 조성(중량%)을 갖는 스테인리스강을 각각 이용하여 50kg 진공용해설비 내에서 용해하여 120mm 두께의 잉고트로 제조하였다. 각각 제조된 잉고트는 동일한 조건으로 열간압연 및 냉간압연하여 냉연판으로 제조하였다. 표 2는 표 1의 합금원소 함량에 의해 계산되는 식 (1) 내지 (3)의 값을 나타내었다.

구분	C	N	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu	Sn	Nb
발명예1	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.3	0.5	1.2	0.05
발명예2	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.0	1.2	0.1	0.1
발명예3	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.5	0.7	0.4	0.1
발명예4	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.5	0.7	0.4	0.2
발명예5	0.030	0.020	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.3	0.5	0.2	0.05
비교예1	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.0	0.5	0.8	0
비교예2	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.2	0.4	0.2	0.02
비교예3	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.6	0.4	0.2	0.25
비교예4	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.0	0	0.6	0
비교예5	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.6	0.1	0.1	0
비교예6	0.021	0.016	0.63	1.05	0.01	0.001	16.6	10.5	1.0	0.2	0.2	0

구분	식 (1)	식 (2)	식 (3)
발명예1	1865.97	90	1955.97
발명예2	2126.77	140	2266.77
발명예3	2126.77	150	2276.77
발명예4	2648.37	150	2798.37
발명예5	2429.95	90	2519.95
비교예1	1605.17	210	1815.17
비교예2	1709.49	80	1789.49
비교예3	2909.17	80	2989.17
비교예4	1605.17	120	1725.17
비교예5	1605.17	30	1635.17
비교예6	1605.17	60	1665.17

표 1에 나타난 발명예 및 비교예 강종을 대상으로 Nb(C,N) 석출물의 분해온도(℃)와 1,050℃에서 잔존하는 총 Nb(C,N) 석출물의 양(중량%)을 ThermoCalc.를 이용하여 계산하였다.

또한, 열간압연 후 평균 에지크랙 길이(㎜)를 측정하였으며, 냉간압연 및 소둔 후 냉연소둔강판을 대상으로 황산노점부식 저항성 및 응력부식균열 저항성을 평가하였다.

황산노점부식 저항성은 5 중량% 황산(H₂SO₄) 용액에서 임계전류밀도와 50℃의 30 중량% 황산(H₂SO₄) 용액에 2일 침적 후의 무게감량 값을 측정하였다.

응력부식균열 저항성은 응력부식균열 감수성 지수값으로 평가하였으며, 브레이징 전후의 결정립 크기 변화량 또한 측정하였다.

응력부식균열(SCC) 감수성 지수값을 확인하기 위하여 ASTM G129에 의거하여 온도 140℃에서 42% 염화마그네슘(MgCl₂) 수용액을 이용하여 파괴변형비(ε_MgCl₂/ε_air)를 측정하였다. 파괴변형비는 염화마그네슘 용액 중에서 오스테나이트 스테인리스강의 파괴변형률을 공기 중에서의 오스테나이트 스테인리스강의 파괴변형률로 나눈 값이다. 통상적으로 파괴변형비가 클수록 합금의 응력부식균열 저항성이 우수함을 의미한다.

브레이징 전후의 결정립 크기 변화량(㎛)은 브레이징 후의 결정립 크기에서 브레이징 전의 결정립 크기를 뺀 차이값을 나타낸다.

구분	Nb(C,N) 분해온도 [℃]	잔류 Nb(C,N) @1,050℃ [중량%]	평균 에지크랙 길이 [㎜]	5% 황산 양극분극 임계전류밀도 [㎂/㎠]	30% 황산 50℃ 침지 무게감량 [㎎/㎠·day]	SCC 감수성 지수값 [ε_MgCl₂ /ε_air]	△결정립 크기 변화량 [㎛]
발명예1	1,076	1.3	0.2 이하	7	14.4	0.0301	+9
발명예2	1,140	6.2	0.2 이하	4	12.1	0.0313	+5
발명예3	1,140	6.2	0.2 이하	3	10.3	0.0305	+5
발명예4	1,212	15.0	0.2 이하	3	10.3	0.0305	+3
발명예5	1,102	1.5	0.2 이하	7	10.3	0.0301	+9
비교예1	-	-	3.0 이상	3	10.5	0.0285	+25
비교예2	999	0	0.2 이하	4	11.9	0.0273	+22
비교예3	1,238	19.0	0.2 이하	7	14.9	0.0290	+17
비교예4	-	-	2.0 이상	5	15.7	0.0285	+30
비교예5	-	-	0.2 이하	6	25.5	0.0242	+32
비교예6	-	-	0.2 이하	6	21.7	0.0251	+32

도 2는 본 발명의 실시예의 Sn 함량에 따른 열간압연재의 에지 크랙을 나타내는 도면이다. Sn이 각각 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8% 함유된 발명예 1, 발명예 3, 비교예 4, 비교예 1의 열간압연 후 열연강판을 나타낸다. 도 2를 참조하면, Sn 함량이 높아질수록 열연강판의 에지크랙이 많이 발생하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 Sn의 농화에 의해 재료가 취화하기 때문이며 특히 에지부에서의 가열 정도가 높기 때문이다. Sn을 0.5% 초과로 함유하는 비교예 1 및 4의 에지크랙 길이는 2.0㎜ 이상으로 나타났으며, 이 수치는 냉간압연까지 거친 후에는 더욱 커지기 때문에 생산성 저하 문제가 발생한다. Sn을 본 발명의 범위로 함유하는 발명예들은 표 3 및 도 2에서 확인할 수 있듯이 0.2㎜ 이하로 양호하게 나타났다.

한편, 표 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 합금 성분계 및 식 (1)의 범위를 모두 만족하는 발명예 1 내지 5의 경우 제조시 열간가공성이 저해되지 않는 Cu 및 Sn의 범위에서 황산노점부식 저항성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 발명예 1 내지 5의 냉연소둔강판을 50℃의 30 중량% 황산(H₂SO₄) 용액에 2일 침적한 후 무게감량 값은 15 ㎎/㎠·day 이하로 측정되었다.

또한, Nb 함량이 0.05 내지 0.2% 범위에서 식 (1) 범위를 만족하는 결과, 응력부식균열(SCC) 감수성 지수값(ε_MgCl₂/ε_air)이 0.03 이상으로 높게 나타났으며, 브레이징 온도구간에서의 결정립 크기 변화가 +10㎛ 이하로 억제되었다.

도 3은 본 발명 실시예들의 식 (1)의 범위에 따른 응력부식균열(SCC) 저항성 값을 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 식 (1)의 값이 1,950 내지 2,800 범위를 만족할 때 응력부식균열 감수성 지수값(ε_MgCl₂/ε_air)이 0.03 이상을 만족하는 상관관계를 확인할 수 있다.

비교예 1은 황산노점부식 저항성 향상을 위하여 Sn을 0.8% 첨가하였으나, 제품의 제조과정에서 열간가공성이 저하되어 열연재의 에지크랙이 3.0㎜ 이상을 나타내었으며, 이로 인해 후속 공정을 수행할 수 없어 고내식 오스테나이트계 스테인리스강을 제조할 수 없음을 알 수 있었다.

비교예 2는 열교환기 부품 및 배기가스재순환계 부품의 브레이징 온도구간에서 결정립 크기 변화를 최소화하기 위하여 Nb를 0.02% 소량 첨가하였다. 그러나, C+N 0.037%에서는 Nb(C,N) 분해온도가 999℃로, 브레이징 온도구간(1,000 내지 1,050℃)에서 Nb(C,N) 석출물이 전부 분해되어 결정립 성장 억제 역할을 하지 못하기 때문에 응력부식균열 저항성 향상을 얻을 수 없었다.

비교예 3은 열교환기 부품 및 배기가스재순환계 부품의 브레이징 온도구간에서 결정립 크기 변화를 최소화하기 위하여 Nb를 0.25%로 다량 첨가하였다. 이 경우는 Nb(C,N) 분해온도가 1,238℃로 높아 제조공정의 열연 재가열 온도(1,230℃)보다 높아 Nb(C,N)가 분해되지 못하고 열연코일의 기지 내에 조대하게 생성된다. 이렇게 생성된 조대한 석출물은 냉연공정에서 미세한 석출물로 다시 제조할 수 없기 때문에 브레이징 공정에서의 결정립 성장 억제 역할을 수행하지 못하게 되어 고내식 오스테나이트계 스테인리스강을 제조할 수 없음을 알 수 있었다.

비교예 4 내지 6은 열교환기 부품 및 배기가스재순환계 부품의 브레이징 온도구간에서 결정립 크기 변화를 최소화할 수 있는 Nb(C,N)의 기여가 없어 응력부식균열 저항성 향상을 기대할 수 없었다.

비교예 5 및 6은 식 (3)의 값이 60 이하로, 30% 황산 침지 후 무게감량 값이 20 ㎎/㎠·day 이상으로 높게 나타났다. 이로부터 열교환기 부품 및 배기가스재순환계 부품의 황산노점부식 저항성 향상을 가져올 수 있는 Cu, Sn의 기여 효과가 낮아 고내식 오스테나이트계 스테인리스강을 제조할 수 없음을 확인할 수 있었다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.01 내지 0.03%, N: 0.01 내지 0.03%, Si: 0.01 내지 0.7%, Mn: 0.8 내지 1.2%, P: 0.035% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 15.0 내지 19.0%, Ni: 8.0 내지 12.0%, Mo: 0.5 내지 1.5%, Cu: 0.5 내지 1.3%, Sn: 0.1 내지 0.5%, Nb: 0.05 내지 0.2%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 식 (1)의 값이 1,950 내지 2,800 범위를 만족하는 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
(1) [43383*(C + N) + 5216*(Nb)] + [100*(Cu + 2*Sn)]
(여기서, C, N, Nb, Cu, Sn 은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다)
제1항에 있어서,
하기 식 (2)의 값이 1,800 내지 2,700 범위를 만족하는 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
(2) 43383*(C + N) + 5216*(Nb)
제1항에 있어서,
하기 식 (3)의 값이 90 내지 150 범위를 만족하는 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
(3) 100*(Cu + 2*Sn)
제1항에 있어서,
표면으로부터 판두께 방향으로 10 ㎚ 이내 영역의 Sn 함량이 1.0 중량% 이상인 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
1,000 내지 1,050℃ 온도 구간에서의 브레이징 시 결정립 크기 변화량이 +10 ㎛ 이하인 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
상기 오스테나이트계 스테인리스강 열간압연재의 에지 크랙 길이가 0.2 ㎜이하인 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
응력부식균열 감수성 지수(ε_MgCl₂/ε_air) 값이 0.03 이상인 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
50℃의 30 중량% 황산(H₂SO₄) 용액에 2일 침적 후의 무게감량 값이 15 ㎎/㎠·day 이하인 황산노점부식 및 응력부식균열 저항성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.