KR20200082362A - 고부식 환경용 듀플렉스 스테인리스강 - Google Patents

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Abstract

고부식 환경용 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, Cr: 26.5~29.5%, Mn: 6.0~7.0%, Ni: 4.2~4.9%, Mo+0.5W: 3.5~3.8%, C: 0.06~0.075%, N: 0.35~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖되, 페라이트 분율이 50~60vol%인 것을 특징으로 한다.

Description

고부식 환경용 듀플렉스 스테인리스강 {DUPLEX STAINLESS STEEL FOR HIGHLY CORROSIVE ENVIRONMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 스테인리스강 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고농도 염화물 용액에에서도 안정한 부동태 특성을 나타낼 수 있는 고부식 환경용 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
스테인리스강은 미세조직에 따라서 크게 오스테나이트 스테인리스강, 페라이트 스테인리스강, 듀플렉스 스테인리스강으로 분류된다.
이들 중, 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트와 오스테나이트를 각각 대략 50% 내외로 포함함으로써 응력부식균열에 대한 저항성 및 기계적 강도를 동시에 확보한 스테인리스강이다. 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 기존의 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 경제적이면서도 우수한 내식성, 기계적 특성을 가짐으로써, 구조재 적용시 유지비용 감소 등의 장점을 가지고 있어, 예를 들어, 배관, 밸브 등이 다량 요구되며 고강도와 함께 고내식성을 필요로 하는 해양플랜트를 포함하여 많은 분야에서 활용되고 있다.
다만, 종래의 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 고온에서 시그마 상 및 Cr23C6 상이 형성되는 것을 피할 수 없는 문제점이 있다.
시그마 상은 (Cr, Mo)-rich 상으로, 시그마 상의 형성은 스테인리스강의 내식성 향상에 필수적인 Cr 및 Mo의 국부적인 농축과 시그마 상에 인접한 모재의 Cr, Mo 결핍(depletion)을 유발한다. 듀플렉스 스테인리스강 내 Cr, Mo의 함량이 증가하면 시그마 상의 석출이 직접적으로 증가하는데, 시그마 상은 결정립계에 우선 석출되고, 에이징(aging) 시간 증가에 따라 크기가 성장한다. 시그마 상은 스테인리스강의 여러 석출상 중 물성 저하에 가장 유해한 상으로 분류되며, 열간가공성을 저하시키고 기계적특성의 열화를 가져온다. 특별히 내식성 측면에서, 시그마 상은 공식 발생처로 작용함과 동시에 스테인리스강의 부동태 특성을 열화시키므로 시그마상이 다량 형성되면 듀플렉스 스테인리스강의 공식저항성 저하를 가져온다.
또한, Cr23C6 상은 Cr 및 C의 국부적인 농축과 Cr23C6 상에 인접한 모재의 Cr 결핍을 유발한다. Cr23C6 상은 결정립계에 우선 석출하며 에이징 시간 증가에 따라 결정립 내에 석출된다. Cr23C6 상은 시그마상과 마찬가지로 기계적특성 및 가공성의 저하를 일으키고, 또한 공식 발생처로 작용하며 부동태 피막을 열화시키므로 Cr23C6 상이 다량 형성되면 공식저항성 저하를 야기한다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0016487호(2017.02.13. 공개)에 개시된 듀플렉스 스테인리스강이 있다.
본 발명의 목적은 기계적 물성이 우수하며, 고온에서 시그마 상 및 Cr23C6 상의 형성을 억제할 수 있어 부동태 피막의 안정성을 높일 수 있는 고부식 환경용 듀플렉스 스테인리스강을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 고부식 환경용 듀플렉스 스테인리스강을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, Cr: 26.5~29.5%, Mn: 6.0~7.0%, Ni: 4.2~4.9%, Mo+0.5W: 3.5~3.8%, C: 0.06~0.075%, N: 0.35~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖되, 페라이트 분율이 50~60vol%인 것을 특징으로 한다.
상기 듀플렉스 스테인리스강은 1.65≤Creq/Nieq≤1.85 (Creq=[Cr]+1.5[Mo]+0.75[W], Nieq=[Ni]+0.5[Mn]+25[N]+30[C], [ ]는 각 성분의 중량%)를 만족할 수 있다.
또한, 상기 듀플렉스 스테인리스강은 상기 W를 1.5~2.5중량%로 포함할 수 있다. 또한, 상기 듀플렉스 스테인리스강은 상기 Mo를 2.0~3.0중량%로 포함할 수 있다.
또한, 상기 듀플렉스 스테인리스강은 N과 C의 합산 함량이 0.41~0.5중량%일 수 있다.
또한, 상기 듀플렉스 스테인리스강은 Cu: 0.6중량% 이하를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이하이고, Cr23C6 상 형성 온도가 1000℃ 이하일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법은 전술한 조성을 갖는 강 모재를 마련하는 단계; 모재를 1050~1200℃에서 열간압연하는 단계; 및 열간압연재를 1100~1150℃에서 고용화 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 합금 성분 제어를 통하여 페라이트 분율이 50~60vol%인 듀플렉스 조직을 가질 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 고온에서 시그마 상 및 C23C6 상의 형성을 억제할 수 있어, 부동태 피막의 안정성을 높일 수 있다. 이러한 부동태 피막의 안정성에 따라 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 높은 내공식성을 발휘할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 우수한 내식성에 기인하여, 고부식성 환경인 해양 플랜트, 선박, 해양 배관 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법에 의하면, 고용화 열처리 온도를 1150℃ 이하로 함으로써 열처리 비용 증가 방지, 결정립 성장 억제를 통한 기계적 특성 및 내식성 저하 방지, 상분율 조절 용이 등의 효과를 가질 수 있다.
도 1은 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따른 시편의 포화 NaCl 용액(상온)에서 부동태 피막의 안정성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편의 미세조직 사진을 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 안정한 부동태 피막을 갖는 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, 중량%로, Cr: 26.5~29.5%, Mn: 6.0~7.0%, Ni: 4.2~4.9%, Mo+0.5W: 3.5~3.8%, C: 0.06~0.075%, N: 0.35~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 강 표면에 안정한 부동태 피막을 형성하는 원소로서, 내공식성 향상에 필수적인 역할을 한다. 이를 위해 Cr은 강 전체 중량의 26.5중량% 이상 포함될 필요가 있다. 다만, Cr은 페라이트 형성 원소로서, 29.5중량%를 초과하여 과량 첨가될 경우 듀플렉스 조직 구현을 위한 열처리 온도 범위가 좁아지며, δ-ferrite의 형성 위험이 있다. 또한, Cr이 과다 첨가될 경우 시그마 상 및 Cr23C6 상 형성 온도가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 Cr의 함량을 강 전체 중량의 26.5~29.5중량%로 제한하였다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정화시키며 Ni를 대체하여 2상 조직을 구현하기 위해 필수적이며 경제적인 원소이며, 질소 고용도를 증가시키는데 유효한 원소이다. 또한, 망간은 용탕 유동도 확보에 유리한 원소이며, 열간가공성 향상에 기여할 수 있는 원소이다. 이를 위해 Mn은 강 전체 중량의 6.0중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, 망간이 7.0중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우 부동태 피막 보호성의 악화로 인해 내공식성 저하를 가져올 수 있고, Mn계 산화물, Mn계 황화물 형성으로 인한 기계적 특성이 저하될 수 있다. 또한, Mn계 산화물, 황화물 형성을 억제하기 위해서는 O 및 S 함량을 극저로 관리하여야만 한다.
이러한 이유로, 본 발명에서는 Mn의 함량을 강 전체 중량의 6.0~7.0중량%로 하였다.
니켈( Ni )
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소이며, 강의 인성 개선에 필수적인 원소이다. 이를 위해 Ni는 강 전체 중량의 4.2중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, Ni가 4.9중량%를 초과하더라도 함량 증가에 따른 비용 증가 대비 효과 향상은 미미하다.
이러한 이유로, 본 발명에서는 Ni 함량을 강 전체 중량의 4.2~4.9중량%로 하였다.
텅스텐(W), 몰리브덴( Mo )
텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)은 페라이트 안정화 원소로서, 부동태화 촉진을 통하여 내공식성 향상에 기여하며, 아울러 일반 부식저항성 향상에도 기여한다.
이러한 효과는 Mo+0.5W가 3.5중량% 이상일 때 현저히 발휘될 수 있다. W 및 Mo는 어느 한 종만 포함되어도 되어도 되고, 양쪽 모두 포함되어도 된다. 다만, Mo+0.5W가 3.8중량%를 초과하는 경우, δ-ferrite의 형성 위험이 있으며, 시그마 상 형성 온도가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.
보다 구체적으로 W는 강 전체 중량의 1.5~2.5중량%로 포함될 수 있다. 특히, W의 경우, Mo에 비하여 시그마상 석출 위험이 적은 장점이 있다. W의 함량이 1.5 중량% 이상일 때 상기의 W 첨가 효과가 충분히 발휘될 수 있다. 다만, W 첨가량이 2.5중량%를 초과하는 경우, W의 높은 용융온도로 인하여 합금화가 어려워질 수 있고 δ-ferrite의 형성 위험이 있으며, 시그마 상 형성 온도 상승의 문제점이 발생할 수 있다.
Mo는 강 전체 중량의 2.0~3.0중량%로 포함될 수 있다. Mo 함량이 2.0중량% 이상에서 그 첨가 효과가 충분히 발휘될 수 있다. 다만, Mo 함량이 3.0중량%를 초과하는 경우, 시그마 상 형성으로 인한 내식성 및 내충격성이 저하될 수 있고, 시그마 상의 형성 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, Mo를 과다 첨가하게 되면 δ-ferrite의 형성 위험이 있다.
탄소(C)
탄소(C)는 강력한 오스테나이트 안정화 원소이며, 저가의 원소로서 강의 제조 비용 감소에 기여한다. 한편, C의 경우 N 고용도를 감소시키는 원소이나, 용탕의 응고시 δ-ferrite의 형성을 억제하므로 주괴의 냉각시 N의 손실을 방지할 수 있으므로 C의 활용을 통해 결과적으로 N의 고용량을 안정적으로 확보할 수 있다. 또한 C는 고용 강화에 의한 강도 증가와 함께 연신율 감소 억제 효과를 발휘한다. 또한, C는 고용 상태로 유지될 때 내공식성을 향상시킨다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서 C는 적어도 강 전체 중량의 0.06중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, C 함량이 0.075중량%를 초과하여 과도할 경우, Cr-C 형성으로 인한 내식성 및 기계적 특성 저하를 일으킬 수 있으며, Cr23C6 상 형성 온도가 상승하는 문제점을 나타낼 수 있다. 또한, C의 과다 첨가는 고용화 열처리 온도를 높여야 하는 문제점을 가져오는데, 이는 비경제적이며 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있다.
이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 C의 함량을 강 전체 중량의 0.06~0.075중량%로 하였다.
질소(N)
질소(N)는 C와 함께 저가의 원소이면서도 강력한 오스테나이트 안정화 원소이다. 또한 N은 고용강화에 의한 강도 증가 효과 및 연신율 감소 억제 효과에 기여하며, 고용 상태로 유지될 때 C에 비하여 보다 우수한 내공식성 향상 효과를 발휘한다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해 N은 강 전체 중량의 0.35중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, N이 0.45중량%를 초과하여 과도하게 첨가될 경우 Cr-N 형성으로 인한 내식성 및 기계적 특성 저하, Cr2N 형성 온도 상승 문제가 발생할 수 있으며, 또한 고용화 열처리 온도 상승에 따른 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있다. 또한 N의 과량 첨가를 위해서는 가압제조공정, 분말야금 등 특수제조 공정이 요구되므로 제조 비용의 상승을 초래할 수 있다.
이러한 점에서, 본 발명에서는 N의 함량을 강 전체 중량의 0.35~0.45중량%로 제한하였다.
한편, C와 N의 복합 첨가시 셀룰러 타입(cellular type)의 Cr2N 석출 지연 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다. 이를 위해서 탄소와 질소 함량은 C+N: 0.41중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, C+N이 0.5중량%를 초과하는 경우, 열처리 중 Cr-(C,N)을 다량 형성할 수 있어, 내식성을 저하할 수 있다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 상기 제시된 합금 성분에 Fe를 대신하여 추가로 포함될 수 있는 원소이다. Cu는 Ni에 비해 경제적인 오스테나이트 안정화 원소로서, 항균 효과를 발휘할 수 있다. 다만, 구리가 0.6중량%를 초과하여 첨가될 경우, Cu 석출로 인하여 내공식성이 저하될 수 있으며, 열간 가공성이 열화될 수 있다. 또한, Cu 과다 첨가시 탄화물, 질화물 형성온도가 상승하는 문제점이 있음을 본 연구를 통하여 발견하였다.
이에, 본 발명에서는 Cu가 첨가될 경우, 그 함량을 강 전체 중량의 0.6중량% 이하로 하였다.
기타
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스 강은 불가피한 불순물로서, 인(P): 0.01중량% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 실리콘(Si): 0.4중량% 이하 등이 포함될 수 있다.
상 분율 제어
한편, 페라이트 형성원소 사용량(Creq)과 오스테나이트 형성원소 사용량(Nieq)의 조정, 즉 오스테나이트와 페라이트 2상 간의 상분율 제어가 필요하다. 페라이트 형성원소들인 Cr, Mo 및 W의 사용량(Creq)에 관련된 Creq 및 오스테나이트 형성원소들인 Ni, Mn, N 및 C의 비는 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
1.65≤Creq/Nieq≤1.85
(Creq=[Cr]+1.5[Mo]+0.75[W], Nieq=[Ni]+0.5[Mn]+25[N]+30[C], [ ]는 각 성분의 중량%)
Nieq 대비 Creq의 양이 상대적으로 클 경우 페라이트가 안정되고, Nieq 대비 Creq의 양이 상대적으로 작을 경우 오스테나이트가 안정된다. 페라이트가 안정화될 경우, 고용화 열처리 온도를 대체로 낮출 수 있고 강도를 향상시킬 수 있으나, 연신율이 저하될 우려가 있다. 반대로, 오스테나이트가 안정화될 경우, 고용화 열처리 온도가 높아지게 되므로 비경제적이고, 결정립 성장으로 인하여 강도 저하가 우려될 수 있다.
이에, Creq와 Nieq의 비가 적절히 제어될 필요가 있고, 본 발명의 발명자들은 1.65≤Creq/Nieq≤1.85를 만족하는 경우, 우수한 내식성과 함께 인장강도 900MPa 이상, 연신율 30% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
상기 합금 성분을 갖는 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 후술하는 제조 방법과 결부하여, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖는다. 이때, 페라이트 분율이 50~60vol%이다. 페라이트 분율이 이를 벗어난 경우, 내식성의 저하가 관찰되었다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이하이고, Cr23C6 상 형성 온도가 1000℃ 이하를 나타낼 수 있다. 시그마 상 형성 온도 및 Cr23C6 상 형성 온도는 각각 ThermoCalc.(TCFE 7.0 database)를 이용하여 열역학적 평형상분율을 계산함으로써 도출할 수 있는데, 열역학 계산을 통해 얻은 온도에서의 열간압연 및 후속열처리를 수행한 후 조직 분석을 통해 열역학으로 예측한 조직이 구현됨을 확인하였다.
전술한 바와 같이 시그마 상의 형성 및 Cr23C6 상의 형성은 강의 부동태 피막을 불안정하게 한다. 부동태 피막의 안정성은 분극 시험을 이용하여 측정한 전위-전류 곡선의 형태로 평가할 수 있다. 즉, 전위-전극 곡선에 나타나는 부동태 전위영역에서의 전류밀도 증가 곡선의 평탄한 정도로부터 부동태피막의 안정성 여부를 판단 가능하다. 부동태 피막이 안정되지 못한 경우, 강의 내식성에 악영향을 미치고 이는 부식성 환경 중에서 스테인리스강 부품이 실제 사용될 때 부식에 의해 촉진되는 기계적 특성의 열화(즉, 응력부식저항성의 저하) 또한 유발할 수 있다. 따라서, 강 제조 공정 중 시그마 상 및 Cr23C6 상이 형성되지 않도록 하는 것이 중요하다. 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 합금 조성에 기인하여, 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이하이고, Cr23C6 상 형성 온도가 1000℃ 이하를 나타낼 수 있다. 따라서, 고용화 열처리 및 열간압연 공정을 1050℃ 이상에서 수행하는 경우, 시그마 상 및 Cr23C6 상 형성을 충분히 억제할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 C의 함량이 0.06중량% 이상으로, C 함량이 상용 스테인리스강의 C 농도보다 높다. 따라서, 강 제조 공정 및 강 제품 제조 공정에서 고온 구간을 통과할 때 미세한 Cr23C6 형성이 상용 스테인리스강 대비 빠르다. 이에 본 발명에서는 다른 합금 성분들의 함량 제어를 통하여 Cr23C6 상 형성 온도를 1000℃ 이하로 낮추고, 고용화 열처리 및 열간압연 공정을 1050℃ 이상에서 수행함으로써 Cr23C6 상 형성을 억제하였다.
또한, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 인장강도 900MPa 이상, 연신율 30% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 강 모재를 마련하는 단계, 열간압연 단계 및 고용화 열처리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다. 열간압연 단계 이전에는 균질화 열처리가 포함될 수 있다.
강 모재를 마련하는 단계는 진공 용해 방식이나 주조법 등을 이용하여 전술한 합금 조성을 갖는 잉곳, 빌렛, 슬라브 등 형태로 강 모재를 제조한다.
이후, 제조된 모재를 1150~1250℃에서 균질화 열처리한 후, 1050~1200℃ 온도 구간에서 열간압연한다. 열간압연 중 압연재의 온도의 저하 발생시 재가열이 수행될 수 있다. 열간 압연온도를 1050℃ 이상으로 제한한 이유는 공정 중 시그마 상이나 Cr23C6 상 형성을 억제하기 위함이다.
열간압연 이후에는 공냉, 수냉 등의 냉각 과정이 수행될 수 있으며 바람직하게는 수냉으로 냉각한다.
이후, 열간 압연재를 1100~1150℃에서 고용화 열처리한다. 이때, 고용화 열처리 온도를 1100~1150℃로 제한한 이유는 다음과 같다. 고용화 열처리 온도가 1100℃ 미만일 경우 주괴 제조 및 열간압연 중 형성했을 가능성이 있는 Cr2N, Cr23C6, 시그마 상 등이 충분히 용해되지 않을 가능성이 있고, 또한 석출상이 새로이 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 합금 조성에 의할 때 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이하, Cr23C6 상 형성 온도가 1000℃ 이하로 기존에 비하여 낮아질 수 있는데, 고용화 열처리를 시그마 상이나 Cr23C6 상 형성 온도 범위에서 수행하게 되면, 시그마 상이나 Cr23C6 상 형성을 억제하고자 하는 본 발명의 목적에 배치될 수 있기 때문이다. 또한, 고용화 열처리 온도가 1100~1150℃인 경우, 오스테나이트 대비 페라이트 분율을 상대적으로 높게 제어할 수 있다. 이를 통해, 2상계 스테인리스강의 내식성 향상에 효과적이라고 알려진 미세조직인 '큰 애노드-작은 캐소드(large anode-small cathode)'조직을 유지할 수 있다.
한편, 고용화 열처리 온도가 1200℃를 초과하여 지나치게 고온일 경우, 제조공정의 비용 상승, 결정립 성장으로 인한 기계적 특성 및 내식성 저하, 합금원소 분배에 따른 2상간 조성 불균형 심화 등의 문제점이 있다.
고용화 열처리 이후에는 수냉, 유냉 등의 급속 냉각 과정이 수행될 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 1에 기재된 조성을 가지며 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 시편들을 1200℃에서 균질화 열처리하고, 1050℃ 이상에서 열간압연한 후 수냉하였다. 각 열간압연재를 약 1150℃로 등온 유지하여 고용화 열처리하고 수냉하였다.
[표 1] (단위: 중량%)
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
표 2에서 Tsol은 각 합금의 석출상 형성을 억제하면서 상분율을 제어할 수 있는 열역학적 고용화 열처리 온도를 의미하고, TCr2N, TM23C6 및 Tsigma는 각각 Cr2N 형성 온도, Cr23C6 형성 온도 및 시그마 상 형성 온도의 상한을 의미한다.
표 2를 참조하면, 실시예 1~6의 경우 모두 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이하를 나타내었고, 또한 Cr23C6 형성 온도가 1000℃ 이하를 나타내었다. 반면, 본원발명의 합금 성분을 벗어나는 비교예 1~7의 경우 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이상을 나타내거나 Cr23C6 형성 온도가 1000℃ 이상을 나타내었다.
도 1은 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따른 시편의 상온에서 포화 NaCl 용액에서 부동태 피막의 안정성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 실시예 1~3(Ex1~Ex3)의 경우, 부식전위(약 -0.4 VSCE) 부터 과부동태 전위(약 0.9 VSCE)까지의 전위영역 범위에서, 인가 전위의 증가에 따라 전류밀도가 일정한 기울기를 보이며 평탄하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 이에 반해 비교예 1~3(Comp1~Comp3)의 경우, 부식전위(약 -0.4 VSCE) 부터 과부동태 전위(약 0.9 VSCE)까지의 전위영역 범위에서, 인가 전위 증가에 따라 전류밀도는 증가하나, 전류밀도 증가 양상이 실시예와 다른 것이 확인된다. 즉, 비교예의 세 합금 모두 0-0.2 VSCE 전위구간에서 전위 증가에 따라 전류밀도의 급격한 증가가 관찰되며 전류밀도의 증가곡선은 평탄도를 유지하지 못하고 국부적인 증감을 반복하는 양상을 보인다. 이는, 실시예 1~3의 경우 안정된 부동태 피막이 계속 유지되나, 비교예 1~3의 경우 부동태 피막이 불안정하다는 것을 의미한다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편의 미세조직 사진을 나타낸 것이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 시그마 상이나 Cr23C6 상의 석출이 거의 없는 것을 볼 수 있다. 이에 반해, 도 2의 (b)를 참조하면, 비교예 1에 따른 시편의 경우, 시그마 상이나 Cr23C6 상이 일부 석출되어 있는 것을 볼 수 있다.
실시예 1에 따른 시편의 경우, 시그마 상이나 Cr23C6 상이 석출되지 않음에 따라 안정된 부동태 피막이 계속 유지될 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.

Claims (8)

  1. 중량%로, Cr: 26.5~29.5%, Mn: 6.0~7.0%, Ni: 4.2~4.9%, Mo+0.5W: 3.5~3.8%, C: 0.06~0.075%, N: 0.35~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며,
    오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖되, 페라이트 분율이 50~60vol%인 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은 1.65≤Creq/Nieq≤1.85 (Creq=[Cr]+1.5[Mo]+0.75[W], Nieq=[Ni]+0.5[Mn]+25[N]+30[C], [ ]는 각 성분의 중량%)를 만족하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은 상기 W를 1.5~2.5중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은 상기 Mo를 2.0~3.0중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은 N과 C의 합산 함량이 0.41~0.5중량%인 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은 Cu: 0.6중량% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은 시그마 상 형성 온도가 1050℃ 이하이고, Cr23C6 상 형성 온도가 1000℃ 이하인 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 조성을 갖는 강 모재를 마련하는 단계;
    상기 강 모재를 1050~1200℃에서 열간압연하는 단계; 및
    열간압연재를 1100~1150℃에서 고용화 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
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