KR20210067034A - High strength and lean-duplex stainless steel and method of manufactruing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 조절 및 상분율 제어에 의해 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 경제적이면서도 고강도 및 고 연신율 확보가 가능한 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to high-strength and low-alloy duplex stainless steel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a level applicable to a pan-corrosive environment (aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less) by controlling alloy components and controlling phase fraction. It relates to a high-strength and low-alloy duplex stainless steel having pitting resistance, economical and capable of securing high strength and high elongation, and a method for manufacturing the same.
일반적으로, 스테인리스강은 미세조직에 따라 오스테나이트 스테인리스강, 페라이트 스테인리스강 및 듀플렉스 스테인리스강으로 분류된다. In general, stainless steel is classified into austenitic stainless steel, ferritic stainless steel and duplex stainless steel according to the microstructure.
이 중, 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트와 오스테나이트를 각각 대략 50% 내외로 포함함으로써 응력부식균열에 대한 저항성 및 기계적 강도를 동시에 확보한 스테인리스강이다.Among them, duplex stainless steel is a stainless steel that simultaneously secures resistance to stress corrosion cracking and mechanical strength by containing about 50% of each of ferrite and austenite.
이러한 듀플렉스 스테인리스강은 기존의 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 경제적이면서도 우수한 내식성, 기계적 특성을 가짐으로써, 구조재 적용시 유지비용 감소 등의 장점이 있다.These duplex stainless steels are economical compared to conventional austenitic stainless steels, and have excellent corrosion resistance and mechanical properties, and thus have advantages such as reduction of maintenance costs when applying structural materials.
예를 들어, 듀플렉스 스테인리스강은 배관, 밸브 등이 다량 요구되며 고강도와 함께 고내식성을 필요로 하는 해양플랜트를 포함하여 많은 분야에서 활용되고 있다. For example, duplex stainless steel is used in many fields, including offshore plants, which require a large amount of piping and valves and require high strength and high corrosion resistance.
그러나, 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 원소를 다량 포함함으로써 제조원가 상승 및 환경오염의 문제를 일으킬 수 있다.But, Such duplex stainless steel may cause problems of increased manufacturing cost and environmental pollution by including a large amount of elements such as nickel (Ni), chromium (Cr), and molybdenum (Mo).
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0074218호(2013.07.04. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법이 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0074218 (published on Jul. 4, 2013), which describes an austenitic stainless steel having excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same.
본 발명의 목적은 합금성분 조절 및 상분율 제어에 의해 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 경제적이면서도 고강도 및 고 연신율 확보가 가능한 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to have a level of pitting resistance applicable to a pan-corrosion environment (aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less) by controlling the alloy composition and controlling the phase fraction, and economically, high strength and low alloy that can secure high strength and high elongation To provide a type duplex stainless steel and a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 Cr: 21.0 ~ 22.5 중량%, Mn: 4.0 ~ 6.2 중량%, Ni: 0.5 ~ 1.0 중량%, W: 1.0 ~ 2.0 중량%, Mo: 0.5 ~ 0.9 중량%, N: 0.32 ~ 0.45 중량%, C: 0.06 ~ 0.09 중량% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는 것을 특징으로 한다.High-strength and low-alloy duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is Cr: 21.0 to 22.5 wt%, Mn: 4.0 to 6.2 wt%, Ni: 0.5 to 1.0 wt%, W: 1.0 to 2.0% by weight, Mo: 0.5 to 0.9% by weight, N: 0.32 to 0.45% by weight, C: 0.06 to 0.09% by weight and the remaining Fe and unavoidable impurities, and the austenite phase having a texture fraction of 55 to 60 vol% characterized.
상기 스테인리스강은 최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는다.The stainless steel has a composite structure of a two-phase structure in which the final microstructure includes austenite and ferrite.
또한, 상기 스테인리스강은 상기 N과 C의 합산 함량이 0.40 ~ 0.50 중량%인 것이 바람직하다.In addition, in the stainless steel, the sum of the N and C content is preferably 0.40 to 0.50 wt %.
상기 스테인리스강은 인장강도(Tensile strength, TS): 800MPa 이상 및 연신율(Elongation. El): 50% 이상을 갖는다.The stainless steel has a tensile strength (TS): 800 MPa or more and an elongation (Elongation. El): 50% or more.
또한, 상기 스테인리스강은 7.5 ≤ Creq - Nieq ≤ 10.0을 만족한다.In addition, the stainless steel satisfies 7.5 ≤ Cr eq - Ni eq ≤ 10.0.
Creq = [Cr] + 1.5[Mo] + 0.75[W]Cr eq = [Cr] + 1.5 [Mo] + 0.75 [W]
Nieq = [Ni] + 0.5[Mn] + 25[N] + 30[C]Ni eq = [Ni] + 0.5 [Mn] + 25 [N] + 30 [C]
(여기서, []은 각 성분의 중량%를 의미함.)(Here, [] means the weight % of each component.)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법은 (a) Cr: 21.0 ~ 22.5 중량%, Mn: 4.0 ~ 6.2 중량%, Ni: 0.5 ~ 1.0 중량%, W: 1.0 ~ 2.0 중량%, Mo: 0.5 ~ 0.9 중량%, N: 0.32 ~ 0.45 중량%, C: 0.06 ~ 0.09 중량% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 열간압연하는 단계; (b) 상기 열간압연된 강을 1,080 ~ 1,150℃ 조건에서 고용화 열처리하는 단계; 및 (c) 상기 고용화 열처리된 강을 냉각하는 단계;를 포함하며, 상기 (c) 단계 이후, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing high-strength and low-alloy duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) Cr: 21.0 to 22.5 wt%, Mn: 4.0 to 6.2 wt%, Ni: 0.5 to 1.0 wt% , W: 1.0 ~ 2.0% by weight, Mo: 0.5 ~ 0.9% by weight, N: 0.32 ~ 0.45% by weight, C: 0.06 ~ 0.09% by weight and the remaining Fe and unavoidable impurities comprising the steps of hot-rolling a steel slab; (b) subjecting the hot-rolled steel to solution heat treatment at 1,080 to 1,150° C. conditions; and (c) cooling the solid solution heat treated steel; and, after the step (c), the austenite phase tissue fraction is 55 to 60 vol%.
상기 (a) 단계에서, 상기 열간압연은 1,000 ~ 1,200℃ 조건으로 마무리 열간압연을 실시한다.In the step (a), the hot rolling is carried out by finishing hot rolling under the conditions of 1,000 ~ 1,200 ℃.
상기 (c) 단계에서, 상기 냉각은 30 ~ 200℃/sec의 속도로 상온까지 실시한다.In step (c), the cooling is carried out to room temperature at a rate of 30 ~ 200 ℃ / sec.
상기 (c) 단계 이후, 상기 스테인리스강은 최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는다.After step (c), the stainless steel has a composite structure of a two-phase structure in which the final microstructure includes austenite and ferrite.
아울러, 상기 (c) 단계 이후, 상기 스테인리스강은 800MPa 이상의 인장강도(TS) 및 50% 이상의 연신율(El)을 갖는다.In addition, after step (c), the stainless steel has a tensile strength (TS) of 800 MPa or more and an elongation (El) of 50% or more.
상기 스테인리스강은 시그마 상 형성 온도가 900℃ 이하이고, Cr23C6 상 형성 온도가 960℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.The stainless steel has a sigma phase formation temperature of 900° C. or less, and more preferably a Cr 23 C 6 phase formation temperature of 960° C. or less.
본 발명에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법은 합금성분 조절에 의해 최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 가지며, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는다.The high-strength and low-alloy duplex stainless steel and its manufacturing method according to the present invention have a composite structure of a two-phase structure in which the final microstructure includes austenite and ferrite by adjusting the alloy composition, and the austenite phase structure fraction is 55 ~ 60 vol%.
이에 따라, 본 발명의 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법은 임계공식온도(critical pitting temperature, CPT)가 15℃ 이상을 나타내므로 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 인장강도 800MPa 이상을 나타내면서도 동시에 연신율 50% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.Accordingly, the high-strength and low-alloy duplex stainless steel and its manufacturing method of the present invention exhibit a critical pitting temperature (CPT) of 15° C. or higher, so it is suitable for a pan-corrosion-resistant environment (aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less). It has an applicable level of pitting resistance, exhibits a tensile strength of 800 MPa or more, and at the same time exhibits excellent mechanical properties of an elongation of 50% or more.
도 1은 본 발명에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 N+C 함량(중량%)에 따른 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프.
도 3은 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 N+C 함량(중량%)에 따른 인장강도와 연신율의 곱을 비교하여 나타낸 그래프.
도 4는 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 Creq - Nieq 값에 따른 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 Creq - Nieq 값에 따른 인장강도와 연신율의 곱을 비교하여 나타낸 그래프.
도 6은 실시예 1에 따른 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 SEM 사진.
도 7은 비교예 5에 따른 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 SEM 사진.1 is a process flow chart showing a method for manufacturing high-strength and low-alloy duplex stainless steel according to the present invention.
2 is a graph showing the comparison of tensile strength according to N + C content (% by weight) of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7;
3 is a graph showing a comparison of the product of tensile strength and elongation according to the N + C content (% by weight) of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7;
4 is a graph showing the comparison of tensile strength according to Cr eq - Ni eq values of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7;
5 is a graph showing a comparison of the product of tensile strength and elongation according to Cr eq -Ni eq values of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7;
6 is a SEM photograph showing the final microstructure of the specimen according to Example 1.
7 is a SEM photograph showing the final microstructure of the specimen according to Comparative Example 5;
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be embodied in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel and a manufacturing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail as follows.
고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강High-strength and low-alloy duplex stainless steel
본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 합금성분 조절 및 상분율 제어에 의해 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 경제적이면서도 인장강도(Tensile strength): 800MPa 이상 및 연신율(Elongation): 50% 이상을 만족하는 것을 목표로 한다.High-strength and low-alloy-type duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention is alloy composition control And by controlling the phase fraction, it has a level of pitting resistance applicable to a pan-corrosion environment (aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less), and is economical and has tensile strength: 800 MPa or more and elongation: 50% or more. aim to be satisfied.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 Cr: 21.0 ~ 22.5 중량%, Mn: 4.0 ~ 6.2 중량%, Ni: 0.5 ~ 1.0 중량%, W: 1.0 ~ 2.0 중량%, Mo: 0.5 ~ 0.9 중량%, N: 0.32 ~ 0.45 중량%, C: 0.06 ~ 0.09 중량% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는다.To this end, the high-strength and low-alloy duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention is Cr: 21.0 to 22.5 wt%, Mn: 4.0 to 6.2 wt%, Ni: 0.5 to 1.0 wt%, W: 1.0 to 2.0 wt% , Mo: 0.5 to 0.9% by weight, N: 0.32 to 0.45% by weight, C: 0.06 to 0.09% by weight and the remainder of Fe and unavoidable impurities, and the austenite phase has a texture fraction of 55 to 60vol%.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는다.In addition, the high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention has a composite structure of a two-phase structure in which the final microstructure includes austenite and ferrite.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 N과 C의 합산 함량이 0.40 ~ 0.50 중량%로 첨가되며, 시그마 상 형성 온도가 900℃ 이하이고, Cr23C6 상 형성 온도가 960℃ 이하를 갖는다.In addition, the high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention is added in a combined content of N and C of 0.40 to 0.50 wt %, the sigma phase formation temperature is 900° C. or less, and Cr 23 C 6 phase is formed The temperature is 960°C or lower.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 7.5 ≤ Creq - Nieq ≤ 10.0을 만족한다.In addition, the high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention satisfies 7.5 ≤ Cr eq - Ni eq ≤ 10.0.
Creq = [Cr] + 1.5[Mo] + 0.75[W]Cr eq = [Cr] + 1.5 [Mo] + 0.75 [W]
Nieq = [Ni] + 0.5[Mn] + 25[N] + 30[C]Ni eq = [Ni] + 0.5 [Mn] + 25 [N] + 30 [C]
(여기서, []은 각 성분의 중량%를 의미함.)(Here, [] means the weight % of each component.)
크롬(Cr)Chromium (Cr)
크롬(Cr)은 강 표면에 안정한 부동태 피막을 형성하는 원소로서, 내공식성 향상에 필수적인 역할을 하고 또한 질소(N) 고용도 향상에 유효하다. 이를 위해, 크롬(Cr)은 강 전체 중량의 21 중량% 이상 포함될 필요가 있다. 다만, 크롬(Cr)은 페라이트 형성 원소로서, 22.5 중량%를 초과하여 과량 첨가될 경우 듀플렉스 조직 구현을 위한 열처리 온도 범위가 좁아지며, δ-페라이트(δ-ferrite)의 형성으로 오스테나이트 상안정도를 저하시킬 수 있으며, 경질상인 시그마상((Cr,Mo)-rich phase)을 형성하여 제반 물성을 저하시킬 수 있다.Chromium (Cr) is an element that forms a stable passivation film on the steel surface, plays an essential role in improving pitting resistance, and is also effective in improving nitrogen (N) solid solubility. To this end, chromium (Cr) needs to be included in at least 21 wt% of the total weight of the steel. However, chromium (Cr) is a ferrite forming element, and when it is added in excess of 22.5 wt%, the heat treatment temperature range for realizing the duplex structure becomes narrow, and the austenite phase stability is improved by the formation of δ-ferrite. It can reduce the overall physical properties by forming a sigma phase ((Cr,Mo)-rich phase) that is a hard phase.
따라서, 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 21.0 ~ 22.5 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.Therefore, chromium (Cr) is preferably added in a content ratio of 21.0 to 22.5% by weight of the total weight of the stainless steel according to the present invention.
망간(Mn)Manganese (Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정화시키며 니켈(Ni)를 대체하여 경제적으로 2상 조직을 구현하기 위해 필수적인 요소이며, 질소(N) 고용도를 증가시키는데 유효한 원소이다. 또한, 망간(Mn)은 용탕 유동도 확보에 유리한 원소이며, 열간가공성 향상에 기여할 수 있는 원소이다. 이를 위해, 망간(Mn)은 강 전체 중량의 4.0 중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, 망간(Mn)이 6.2 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 부동태 피막 보호성의 악화로 인해 내공식성 저하를 가져올 수 있고, 망간(Mn)계 산화물, 황화물 형성으로 인한 기계적 특성이 저하될 수 있다. 또한, 망간(Mn)계 산화물, 황화물 형성을 억제하기 위해서는 O 및 S 함량을 극저로 관리하여야만 한다.Manganese (Mn) stabilizes austenite and is an essential element to economically implement a two-phase structure by replacing nickel (Ni), and is an effective element for increasing nitrogen (N) solid solubility. In addition, manganese (Mn) is an element advantageous for securing molten metal fluidity, and is an element that can contribute to improvement of hot workability. For this, manganese (Mn) needs to be added in an amount of 4.0 wt% or more based on the total weight of the steel. However, when manganese (Mn) is added in excess of 6.2% by weight, it may cause deterioration of pitting resistance due to deterioration of passivation film protection, and mechanical properties may be reduced due to the formation of manganese (Mn)-based oxides and sulfides. have. In addition, in order to suppress the formation of manganese (Mn)-based oxides and sulfides, O and S content must be managed to an extremely low level.
따라서, 망간(Mn)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 4.0 ~ 6.2 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to add manganese (Mn) in a content ratio of 4.0 to 6.2% by weight based on the total weight of the stainless steel according to the present invention.
니켈(Ni)Nickel (Ni)
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로서, 오스테나이트상을 노블(noble)하게 한다. 본 발명에 따른 스테인리스강은, 일반적으로 니켈(Ni)을 3 중량% 이상 포함하는 상용 듀플렉스 스테인리스강과 달리, 니켈(Ni) 함량이 낮으므로 오스테나이트상이 페라이트상보다 균일부식에 대해 액티브(active)한 특징을 보인다. 따라서, 본 발명에 따른 스테인릭스강의 경우 적어도 0.5 중량%의 니켈(Ni)을 활용하여 오스테나이트상을 노블(noble)하게 하는 것이 듀플렉스 스테인리스강의 2상간 갈바닉 부식억제에 효과적임이 본 연구팀의 선행연구를 통해 확인되었다. 또한, 니켈(Ni)은 강의 인성 개선에 필수적이다. 이를 위해, 니켈(Ni)은 강 전체 중량의 0.5 중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, 니켈(Ni)이 1.0 중량%를 초과할 경우에는 함량 증가에 따른 비용 증가 대비 효과 향상은 미미하므로, 경제적이지 못하다.Nickel (Ni) is an austenite stabilizing element and makes the austenite phase noble. The stainless steel according to the present invention generally has a low nickel (Ni) content, unlike commercial duplex stainless steels containing 3 wt % or more of nickel (Ni), so that the austenite phase is more active against uniform corrosion than the ferrite phase. show characteristics. Therefore, in the case of stainless steel according to the present invention, using at least 0.5 wt% of nickel (Ni) to noble the austenite phase is effective in inhibiting galvanic corrosion between the two phases of the duplex stainless steel. confirmed through In addition, nickel (Ni) is essential for improving the toughness of steel. For this, nickel (Ni) needs to be added in 0.5 wt% or more of the total weight of the steel. However, when the nickel (Ni) content exceeds 1.0 wt%, the improvement in the effect compared to the cost increase due to the increase in the content is insignificant, so it is not economical.
따라서, 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.5 ~ 1.0 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to add nickel (Ni) in a content ratio of 0.5 to 1.0 wt% based on the total weight of the stainless steel according to the present invention.
텅스텐(W)Tungsten (W)
텅스텐(W)은 페라이트 안정화 원소로서, 부동태화 촉진을 통하여 내공식성 향상에 기여하며, 아울러 일반 부식저항성 향상에도 기여한다. 또한, 텅스텐(W)은 페라이트 상을 노블(noble)하게 하며, 특히 몰리브덴(Mo)에 비하여 시그마상 석출 위험이 적은 장점이 있다.Tungsten (W) as a ferrite stabilizing element contributes to improvement of pitting resistance by promoting passivation, and also contributes to improvement of general corrosion resistance. In addition, tungsten (W) makes the ferrite phase noble (noble), and in particular, has the advantage of less risk of sigma phase precipitation than molybdenum (Mo).
텅스텐(W)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 1.0 ~ 2.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 이러한 텅스텐(W)은 몰리브덴(Mo)의 사용을 최소화하기 위해 1.0 중량% 이상 첨가되는 것이 좋다. 다만, 텅스텐(W)의 첨가량이 2.0 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 텅스텐(W)의 높은 용융온도로 인하여 합금화가 어려워질 수 있고, δ-페라이트(δ-ferrite) 및 laves 상의 형성 위험이 있다.Tungsten (W) is preferably added in a content ratio of 1.0 to 2.0% by weight of the total weight of the stainless steel according to the present invention. Such tungsten (W) is preferably added in an amount of 1.0 wt % or more in order to minimize the use of molybdenum (Mo). However, when a large amount of tungsten (W) is added in excess of 2.0 wt%, alloying may be difficult due to the high melting temperature of tungsten (W), and there is a risk of formation of δ-ferrite and lave phases. There is this.
몰리브덴(Mo)Molybdenum (Mo)
몰리브덴(Mo)은 페라이트 안정화 원소로서, 부동태화 촉진을 통하여 내공식성 향상에 기여하며, 아울러 일반 부식저항성 향상에도 기여한다.Molybdenum (Mo) is a ferrite stabilizing element, and contributes to improvement of pitting resistance by promoting passivation, and also contributes to improvement of general corrosion resistance.
몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.5 ~ 0.9 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 첨가량이 0.5 중량% 이상은 첨가되어야 내공식성 향상을 위한 몰리브덴(Mo) 첨가 효과가 충분히 발휘될 수 있다. 다만, 몰리브덴(Mo)의 첨가량이 0.9 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 경제성 측면에서 불리하며 시그마상 형성으로 인한 내식성 및 내충격성 이 저하될 수 있고, δ-페라이트(δ-ferrite)의 형성 위험이 있다.Molybdenum (Mo) is preferably added in a content ratio of 0.5 to 0.9 wt% of the total weight of the stainless steel according to the present invention. When the amount of molybdenum (Mo) added is 0.5 wt% or more, the effect of adding molybdenum (Mo) for improving pitting resistance can be sufficiently exhibited. However, when a large amount of molybdenum (Mo) is added in excess of 0.9 wt%, it is disadvantageous in terms of economical efficiency, and corrosion resistance and impact resistance due to sigma phase formation may be reduced, and δ-ferrite is formed. There is a risk.
탄소(C)carbon (C)
탄소(C)는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로서, 고가의 니켈(Ni)을 대체하여 경제적으로 오스테나이트상을 안정화하므로 강의 제조 비용 감소에 기여한다. 한편, 탄소(C)의 경우 질소(N) 고용도를 감소시키는 원소이나, 용탕의 응고시 δ-페라이트(δ-ferrite)의 형성을 억제하므로 주괴의 냉각시 질소(N)의 손실을 방지할 수 있으므로 탄소(C)의 활용을 통해 결과적으로 질소(N)의 고용량을 안정적으로 확보할 수 있다.Carbon (C) is a strong austenite stabilizing element, It replaces expensive nickel (Ni) and economically stabilizes the austenite phase. Contributes to reducing the manufacturing cost of steel. On the other hand, carbon (C) is an element that reduces the nitrogen (N) solubility, but it suppresses the formation of δ-ferrite during solidification of the molten metal, so it is possible to prevent the loss of nitrogen (N) during cooling of the ingot. Therefore, it is possible to stably secure a high capacity of nitrogen (N) as a result through the utilization of carbon (C).
또한, 탄소(C)는 고용 강화에 의한 강도 증가와 함께 연신율 감소 억제 효과를 발휘한다. 또한, 탄소(C)는 고용 상태로 유지될 때 내공식성을 향상시킨다. 또한, 탄소(C)는 니켈(Ni)과 함께 오스테나이트 상을 노블(noble)하게 함으로써 본 발명에 따른 스테인리스강의 2상 간의 갈바닉 부식을 제어하는 것으로 본 연구팀의 선행연구를 통해 확인되었다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서 탄소(C)는 적어도 강 전체 중량의 0.06 중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, 탄소(C)의 첨가량이 0.09 중량%를 초과하여 과도할 경우, Cr-C 형성으로 인한 내식성 및 기계적 특성 저하를 일으킬 수 있으며, 고용화 열처리 온도가 1,200℃를 초과하는 온도로 상승하여 제조공정의 경제성이 저하되며, 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있다.In addition, carbon (C) exhibits an effect of suppressing a decrease in elongation together with an increase in strength due to solid solution strengthening. In addition, carbon (C) improves pitting resistance when maintained in a solid solution state. In addition, carbon (C) noble (noble) the austenite phase with nickel (Ni) of the stainless steel according to the present invention Controlling galvanic corrosion between two phases was confirmed through previous research by this research team. In order to exhibit this effect, carbon (C) needs to be added at least 0.06 wt% of the total weight of the steel. However, if the addition amount of carbon (C) exceeds 0.09 wt%, it may cause deterioration of corrosion resistance and mechanical properties due to the formation of Cr-C, and the solution heat treatment temperature rises to a temperature exceeding 1,200 ° C. The economic feasibility of the process may be lowered, and a grain coarsening problem may occur.
따라서, 탄소(C)는 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.06 ~ 0.09 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Accordingly, carbon (C) is preferably added in a content ratio of 0.06 to 0.09% by weight of the total weight of the stainless steel according to the present invention.
질소(N)Nitrogen (N)
질소(N)는 탄소(C)와 함께 저가의 원소이면서도 강력한 오스테나이트 안정화 원소이다. 또한, 질소(N)는 고용강화에 의한 강도 증가 효과 및 연신율 감소 억제 효과에 기여하며, 고용 상태로 유지될 때 탄소(C)에 비하여 보다 우수한 내공식성 향상 효과를 발휘한다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해, 질소(N)는 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.32 중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, 질소(N)가 0.45 중량%를 초과하여 과도하게 첨가될 경우 Cr-N 형성으로 인한 내식성 및 기계적 특성 저하, 고용화 열처리 온도 상승에 따른 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있으며, 또한, 질소(N)의 과량 첨가를 위해서는 가압제조공정, 분말야금 등 특수제조 공정이 요구된다.Nitrogen (N), along with carbon (C), is a low-cost element and a powerful austenite stabilizing element. In addition, nitrogen (N) contributes to the effect of increasing the strength and reducing the elongation by solid solution strengthening, and exhibits a better pitting resistance improvement effect than carbon (C) when maintained in a solid solution state. In order to sufficiently exhibit these effects, nitrogen (N) needs to be added in an amount of 0.32% by weight or more based on the total weight of the stainless steel according to the present invention. However, when nitrogen (N) is excessively added in excess of 0.45 wt%, corrosion resistance and mechanical properties decrease due to Cr-N formation, and grain coarsening problems may occur due to an increase in solution heat treatment temperature, and also nitrogen ( For the excessive addition of N), a special manufacturing process such as a pressurized manufacturing process and powder metallurgy is required.
따라서, 질소(N)는 본 발명에 따른 스테인리스강 전체 중량의 0.32 ~ 0.45 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Therefore, nitrogen (N) is preferably added in a content ratio of 0.32 to 0.45 wt% of the total weight of the stainless steel according to the present invention.
이에 더하여, 탄소(C)와 질소(N)가 복합 활용된 강재에 대한 본 연구팀의 선행연구로부터, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 기지조성에 동일한 질소(N) 함량을 포함하는 강에서 탄소(C)의 첨가는 Cr-N 석출물의 형성을 지연시키는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강에서는 탄소(C)와 질소(N)의 제안된 함량 이상의 복합첨가가 필수적이다.In addition, from the previous research of our research team on steel materials in which carbon (C) and nitrogen (N) are compositely utilized, carbon (C) in steel containing the same nitrogen (N) content in the duplex stainless steel matrix composition according to the present invention ) was shown to retard the formation of Cr-N precipitates. Therefore, in the duplex stainless steel according to the present invention, it is essential to add more than the suggested content of carbon (C) and nitrogen (N).
한편, 탄소(C)와 질소(N) 총 함량은 C + N: 0.40 ~ 0.50 중량%인 것이 바람직하다. C + N이 0.40 중량% 미만일 경우에는 Ni가 충분히 첨가되지 않는 강에서 오스테나이트 형성 효과가 불충분할 수 있고 기계적 특성 및 내공식성의 충분한 물성 확보가 어렵다. 반면, C + N이 0.50 중량%를 초과하는 경우에는 열처리 중 Cr-C와 Cr-N 석출상을 다량 형성할 수 있어, 기계적특성과 내공식성이 모두 저하될 수 있다.Meanwhile, the total content of carbon (C) and nitrogen (N) is preferably C + N: 0.40 to 0.50 wt%. When C + N is less than 0.40 wt %, the austenite forming effect may be insufficient in steel to which Ni is not sufficiently added, and it is difficult to secure sufficient physical properties of mechanical properties and pitting resistance. On the other hand, when C + N exceeds 0.50 wt%, Cr-C and Cr-N precipitated phases are formed during heat treatment. A large amount can be formed, and both mechanical properties and pitting resistance may be deteriorated.
상 분율 제어Phase fraction control
한편, 페라이트 형성원소 사용량(Creq)과 오스테나이트 형성원소 사용량(Nieq)의 조정, 즉 오스테나이트와 페라이트 2상 간의 상분율 제어가 필요하다.On the other hand, it is necessary to adjust the amount of ferrite-forming elements (Cr eq ) and the amount of austenite-forming elements (Ni eq ), that is, control of the phase fraction between the two phases of austenite and ferrite.
페라이트 형성원소들인 Cr, Mo, W의 사용량에 관련된 Creq는 하기의 식 1을 만족할 수 있다. Cr eq related to the amount of Cr, Mo, and W, which are ferrite forming elements, may satisfy Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
22.5 ≤ Creq ≤ 26.5,22.5 ≤ Cr eq ≤ 26.5,
Creq = [Cr] + 1.5[Mo] + 0.75[W] (여기서, []은 각 성분의 중량%를 의미함.)Cr eq = [Cr] + 1.5 [Mo] + 0.75 [W] (here, [] means the weight % of each component.)
또한, 오스테나이트 형성원소들인 Ni, Mn, Cu, N, C의 사용량에 관련된 Nieq는 하기의 식 2를 만족할 수 있다. In addition, Ni eq related to the amount of Ni, Mn, Cu, N, and C used as austenite forming elements may satisfy Equation 2 below.
[식 2][Equation 2]
12 ≤ Nieq ≤ 1912 ≤ Ni eq ≤ 19
Nieq = [Ni] + 0.5[Mn] + 25[N] + 30[C] (여기서, []은 각 성분의 중량%를 의미함.)Ni eq = [Ni] + 0.5 [Mn] + 25 [N] + 30 [C] (where [] means the weight % of each component.)
이때, 식 1에서 Creq는 Mo + W 함량이 지배적으로 영향을 미치고, Nieq의 경우, C + N이 지배적으로 영향을 미친다.At this time, in Equation 1, Cr eq is predominantly influenced by Mo + W content, and in the case of Ni eq , C + N is dominantly affected.
Creq와 Nieq의 차이는 하기의 식 3을 만족하는 것이 바람직하다. The difference between Cr eq and Ni eq preferably satisfies
[식 3][Equation 3]
7.5 ≤ Creq - Nieq ≤ 10.07.5 ≤ Cr eq - Ni eq ≤ 10.0
Nieq 대비 Creq의 양이 상대적으로 클 경우 페라이트가 안정되고, Nieq 대비 Creq의 양이 상대적으로 작을 경우 오스테나이트가 안정된다. 페라이트가 안정될 경우, 고용화 열처리 온도를 대체로 낮출 수 있으나, 시그마상 석출 위험이 높아지기 때문에 기계적특성 및 내공식성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 오스테나이트가 안정화될 경우, 고용화 열처리 온도가 높아지게 되므로 비경제적이고, 내공식성은 향상될 수 있으나, 결정립 성장으로 인하여 강도 저하가 우려될 수 있다.Ni eq contrast, if the amount of Cr eq relatively large and the ferrite are stable, the amount of Ni compared to Cr eq eq stabilizes the austenite, if relatively small. When ferrite is stabilized, the solution heat treatment temperature can be generally lowered, but the risk of sigma phase precipitation increases, so the mechanical properties and There is a risk that the pitting resistance may be lowered. Conversely, when austenite is stabilized, it is uneconomical because the solution heat treatment temperature is increased, and pitting resistance can be improved, but there may be concerns about a decrease in strength due to grain growth.
이에, Creq와 Nieq의 차이가 적절히 제어될 필요가 있고, 본 발명의 발명자들은 7.5 ≤ Creq - Nieq ≤ 10.0를 만족하는 경우, 임계공식온도(critical pitting temperature, CPT)가 15℃ 이상으로 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 인장강도 800MPa 이상 및 연신율 50% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.Accordingly, the difference between Cr eq and Ni eq needs to be properly controlled, and the inventors of the present invention found that when 7.5 ≤ Cr eq - Ni eq ≤ 10.0, the critical pitting temperature (CPT) is 15° C. or higher As a result, it was confirmed that it has a level of pitting resistance applicable to a general corrosion-resistance environment (an aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less), and can exhibit excellent mechanical properties with a tensile strength of 800 MPa or more and an elongation of 50% or more.
상기 합금 성분을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 후술하는 제조 방법과 결부하여, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는다. 이때, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는다. 오스테나이트 분율이 이를 벗어난 경우, 내식성의 저하가 관찰되었다.The high-strength and low-alloy type duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention having the alloy component has a composite structure of a two-phase structure including austenite and ferrite in conjunction with a manufacturing method to be described later. At this time, the tissue fraction of the austenite phase has 55 to 60 vol%. When the austenite fraction deviates from this, a decrease in corrosion resistance was observed.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 CPT가 15℃ 이상으로 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 인장강도 800MPa 이상 및 연신율 50% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.In addition, the high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel according to the embodiment of the present invention has a level of pitting resistance applicable to a general corrosion-resistance environment (aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less) with a CPT of 15° C. or higher, and a tensile strength of 800 MPa It can exhibit excellent mechanical properties of more than or equal to 50% of elongation.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing high-strength and low-alloy duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart showing a method for manufacturing high-strength and low-alloy duplex stainless steel according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법은 열간압연 단계(S110), 고용화 열처리 단계(S120) 및 냉각 단계(S130)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the method for manufacturing high strength and low alloy duplex stainless steel according to the present invention includes a hot rolling step (S110), a solution heat treatment step (S120) and a cooling step (S130).
열간압연hot rolled
열간압연 단계(S110)에서는 Cr: 21.0 ~ 22.5 중량%, Mn: 4.0 ~ 6.2 중량%, Ni: 0.5 ~ 1.0 중량%, W: 1.0 ~ 2.0 중량%, Mo: 0.5 ~ 0.9 중량%, N: 0.32 ~ 0.45 중량%, C: 0.06 ~ 0.09 중량% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1,000 ~ 1,200℃ 조건으로 마무리 열간압연한다.In the hot rolling step (S110), Cr: 21.0 to 22.5 wt%, Mn: 4.0 to 6.2 wt%, Ni: 0.5 to 1.0 wt%, W: 1.0 to 2.0 wt%, Mo: 0.5 to 0.9 wt%, N: 0.32 ~ 0.45 wt%, C: 0.06 ~ 0.09 wt% and the remaining Fe and the steel slab containing unavoidable impurities are hot-rolled to finish under the conditions of 1,000 ~ 1,200 ℃.
여기서, 강 슬라브는 진공 용해 방식이나 주조법 등을 이용하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이러한 강 슬라브는 잉곳, 빌렛 등의 형태를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.Here, the steel slab may be manufactured by using a vacuum melting method or a casting method. Such a steel slab may be interpreted as including the form of ingots, billets, and the like.
이러한 열간압연 중 압연재의 온도의 저하 발생시 재가열이 수행될 수 있다. 열간 압연온도를 1,000℃ 이상으로 제한한 이유는 공정 중 시그마 상이나 Cr2N 및 Cr23C6 상 형성을 억제하기 위함이다.Reheating may be performed when the temperature of the rolled material is lowered during such hot rolling. The reason for limiting the hot rolling temperature to 1,000℃ or higher is the sigma phase or Cr 2 N and This is to suppress the formation of Cr 23 C 6 phase.
고용화 열처리solution heat treatment
고용화 열처리 단계(S120)에서는 열간압연된 강을 1,080 ~ 1,150℃ 조건에서 고용화 열처리한다.In the solution heat treatment step (S120), the hot-rolled steel is subjected to a solution heat treatment at 1,080 ~ 1,150 °C conditions.
고용화 열처리 온도가 1,080℃ 미만일 경우에는 Cr2N, Cr23C6, 시그마 상 등이 형성될 수 있다. 반대로, 고용화 열처리 온도가 1,150℃를 초과할 경우에는 제조공정의 비용 상승, 결정립 성장으로 인한 기계적 특성 및 내식성 저하, 합금원소 분배에 따른 2상간 조성 불균형 심화 등의 문제점이 있다.When the solution heat treatment temperature is less than 1,080 ℃ Cr 2 N, Cr 23 C 6 , sigma phase and the like may be formed. Conversely, when the solution heat treatment temperature exceeds 1,150° C., there are problems such as an increase in the cost of the manufacturing process, a decrease in mechanical properties and corrosion resistance due to grain growth, and a deepening of the compositional imbalance between the two phases due to the distribution of alloying elements.
냉각Cooling
냉각 단계(S130)에서는 고용화 열처리된 강을 30 ~ 200℃/sec의 속도로 상온까지 냉각한다. 이때, 냉각은 공냉, 수냉 등이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 수냉으로 냉각한다. In the cooling step (S130), the solid solution heat treated steel is cooled to room temperature at a rate of 30 ~ 200 ℃ / sec. In this case, air cooling, water cooling, etc. may be used for cooling, and cooling is preferably performed by water cooling.
상기의 과정(S110 ~ S130)에 의해 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는다. 이때, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는다. 오스테나이트 분율이 이를 벗어난 경우, 내식성의 저하가 관찰되었다.The high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel according to an embodiment of the present invention manufactured by the above processes (S110 to S130) has a composite structure of a two-phase structure including austenite and ferrite. At this time, the tissue fraction of the austenite phase has 55 to 60 vol%. When the austenite fraction deviates from this, a decrease in corrosion resistance was observed.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 CPT가 15℃ 이상으로 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지며, 인장강도 800MPa 이상 및 연신율 50% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.In addition, the high-strength and low-alloy duplex stainless steel manufactured by the method according to the embodiment of the present invention has a level of pitting resistance applicable to a pan-corrosion environment (aqueous solution environment of about 200 ppm NaCl or less) with a CPT of 15° C. or higher. , a tensile strength of 800 MPa or more and an elongation of 50% or more can exhibit excellent mechanical properties.
실시예Example
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.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.
1. 시편 제조1. Specimen Preparation
표 1에 기재된 조성을 갖는 강 시편들을 1,050℃ 이상에서 마무리 열간압연한 후, 표 2에 기재된 고용화 열처리 온도에서 각각 열처리한 후, 상온까지 50℃/sec이상의 냉각 속도로 수냉을 실시하여 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 7에 따른 시편을 제조하였다.After finish hot rolling of steel specimens having the composition shown in Table 1 at 1,050 ° C. or higher, each heat treatment at the solid solution heat treatment temperature shown in Table 2, followed by water cooling at a cooling rate of 50 ° C./sec or higher to room temperature, Example 1 Specimens according to ~ 6 and Comparative Examples 1 to 7 were prepared.
[표 1] (단위: 중량%)[Table 1] (Unit: wt%)
[표 2][Table 2]
2. 물성 평가2. Physical property evaluation
표 3은 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 7에 따른 시편들에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 여기서, CPT는 ASTM G48에 규정된 내식성 측정 방법에 따라 측정하였다. 또한, 인장시험은 ASTM E8/E8M 시험에 의거하여 측정하였다.Table 3 shows the results of evaluation of physical properties for the specimens according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7. Here, CPT was measured according to the corrosion resistance measurement method specified in ASTM G48. In addition, the tensile test was measured based on the ASTM E8/E8M test.
[표 3][Table 3]
표 1 내지 표 3에 도시된 바와 같이, 페라이트 형성원소 사용량(Creq)과 오스테나이트 형성원소 사용량(Nieq)의 차이 조정에 의해 상안정도를 제어하게 된다. 또한, 적정한 N+C 함량이 보장되면 내공식성 및 강도와 연성의 조합이 우수한 수준을 유지할 수 있다.As shown in Tables 1 to 3, phase stability is controlled by adjusting the difference between the amount of ferrite-forming element used (Cr eq ) and the amount of austenite-forming element used (Ni eq ). In addition, if an appropriate N+C content is ensured, an excellent level of pitting resistance and a combination of strength and ductility can be maintained.
여기서, Creq - Nieq가 10.0을 초과하여 상대적으로 높은 값을 나타내면 페라이트 상이 많아지며, 시그마(Sigma) 상 형성이 우려된다. 반대로, Creq - Nieq가 7.5 미만으로 상대적으로 낮은 값을 나타내면 오스테나이트 상이 많으며, 고용화 열처리 온도 상승될 우려가 있고 강도 저하가 관찰된다.Here, when Cr eq - Ni eq exceeds 10.0 and represents a relatively high value, a ferrite phase increases, and there is a concern about the formation of a sigma phase. Conversely, when Cr eq - Ni eq represents a relatively low value of less than 7.5, there are many austenite phases, there is a risk that the solution heat treatment temperature rises, and a decrease in strength is observed.
실시예 1 ~ 6에 따른 시편들의 경우, Creq - Nieq이 목표값에 해당하는 7.5 ~ 10.0을 나타내었으며, 모두 CPT가 15℃로 측정되어 범내식환경(약 200 ppm NaCl 이하의 수용액 환경)에 적용가능한 수준의 내공식성을 가지는 것을 확인하였다. 이에 더하여, 실시예 1 ~ 6에 따른 시편들의 경우, 인장강도 800MPa 이상 및 연신율 50% 이상의 값으로 측정되어 우수한 기계적 특성을 나타내는 것을 확인하였다.In the case of the specimens according to Examples 1 to 6, Cr eq - Ni eq showed 7.5 to 10.0 corresponding to the target value, and the CPT was measured at 15 ° C. for all corrosion-resistant environments (aqueous environment of about 200 ppm NaCl or less) It was confirmed that it has a level of pitting resistance applicable to In addition, in the case of the specimens according to Examples 1 to 6, tensile strength of 800 MPa or more and elongation of 50% or more were measured to show excellent mechanical properties.
반면, 비교예 1에 따른 시편의 경우, C 함량이 불충분하였으며, 그에 따라 N의 안정적인 고용이 어렵다. 또한, 비교예 1에 따른 시편의 경우, N + C가 낮고 동시에 Creq - Nieq또한 제안 범위를 초과하므로 강도 및 연신율의 동반저하 문제가 관찰되었다.On the other hand, in the case of the specimen according to Comparative Example 1, the C content was insufficient, and thus, it is difficult to obtain a stable solid solution of N. In addition, in the case of the specimen according to Comparative Example 1, since N + C was low and Cr eq - Ni eq also exceeded the suggested range, a problem of concomitant decrease in strength and elongation was observed.
비교예 2 및 비교예 3에 따른 시편의 경우, Cr, Ni 및 N 함량이 불충분하였다. 또한, 비교예 2 및 비교예 3에 따른 시편의 경우, N + C가 낮고 Creq - Nieq 제안된 범위를 벗어나는 큰 값을 나타냄에 따라 강도 저하 문제가 발생하였다. Cr 및 N, C의 함량 저하는 내식성의 저하 또한 유발하므로, 내식성이 저하되는 문제점도 발생하였다.In the case of the specimens according to Comparative Examples 2 and 3, the Cr, Ni and N contents were insufficient. In addition, in the case of the specimens according to Comparative Examples 2 and 3, N + C is low and Cr eq - Ni eq outside the suggested range. As a large value was shown, a problem of lowering strength occurred. Since the decrease in the content of Cr and N and C also causes a decrease in corrosion resistance, there is also a problem in that the corrosion resistance is reduced.
비교예 4에 따른 시편의 경우, Cr 함량 및 Mn 함량 미달로 주괴 제조시 N의 안정적 고용이 어려우며, Cr 및 N 함량의 미달은 내공식성 저하로 이어졌다. In the case of the specimen according to Comparative Example 4, it is difficult to obtain a stable solid solution of N when manufacturing an ingot due to the lack of Cr and Mn content, and the lack of Cr and N content is This led to a decrease in pitting resistance
또한, 비교예 5에 따른 시편의 경우, Cr 함량이 충분히 높음에도 불구하고 N + C 함량 또한 상대적으로 높아서 Creq - Nieq 가 상대적으로 작은 값을 나타내었다. 이는 고용화 열처리 온도를 높여 상분율 1:1 제어가 어렵고 Cr2N이 쉽게 형성될 수 있어 기계적 특성과 내식성의 동반 저하로 이어질 수 있다. 실제로 인장시험 결과 매우 낮은 연신율 및 강도를 보였으며 내식성 또한 낮은 것이 확인되었다. In addition, in the case of the specimen according to Comparative Example 5, even though the Cr content is sufficiently high The N + C content was also relatively high, indicating a relatively small value of Cr eq - Ni eq. This raises the solution heat treatment temperature, making it difficult to control the phase fraction 1:1, and Cr 2 N can be easily formed, which can lead to a decrease in mechanical properties and corrosion resistance. In fact, as a result of the tensile test, it was confirmed that the elongation and strength were very low, and the corrosion resistance was also low.
아울러, 비교예 6에 따른 시편의 경우, N 함량의 미달로 Creq - Nieq 가 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 이에 따라, 비교예 6에 따른 시편의 경우, 강도 및 연신율이 실시예에 비하여 낮은 수준을 나타내었다.In addition, in the case of the specimen according to Comparative Example 6, Cr eq - Ni eq exhibited a relatively large value due to an insufficient N content. Accordingly, in the case of the specimen according to Comparative Example 6, the strength and elongation were lower than those of Examples.
비교예 7에 따른 시편의 경우, Mo가 첨가되지 않고 W만 단독으로 첨가되었으므로 실시예에 비하여 낮은 내공식성을 나타내었다.In the case of the specimen according to Comparative Example 7, since Mo was not added and only W was added, it exhibited lower pitting resistance than in Example.
한편, 도 2는 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 N+C 함량(중량%)에 따른 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 3은 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 N+C 함량(중량%)에 따른 인장강도와 연신율의 곱을 비교하여 나타낸 그래프이다. 또한, 도 4는 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 Creq - Nieq 값에 따른 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 5는 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 7의 Creq - Nieq 값에 따른 인장강도와 연신율의 곱을 비교하여 나타낸 그래프이다.On the other hand, Figure 2 is a graph showing the comparison of the tensile strength according to the N + C content (% by weight) of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7, Figure 3 is Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 It is a graph showing the comparison of the product of tensile strength and elongation according to the N + C content (% by weight) of In addition, Figure 4 is a graph showing the comparison of the tensile strength according to the Cr eq - Ni eq value of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7, Figure 5 is Cr of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 eq - It is a graph showing the comparison of the product of tensile strength and elongation according to Ni eq values.
표 3, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, N+C 함량이 0.4 ~ 0.5 중량%를 만족하는 실시예 1 ~ 6에 따른 시편들의 경우, 인장강도 800 MPa 이상 및 연신율 50% 이상을 동시에 나타내어 인장강도와 연신율의 곱이 40,000 MPa·% 이상을 나타내는 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 3, Figures 2 and 3, in the case of the specimens according to Examples 1 to 6 in which the N + C content satisfies 0.4 to 0.5 wt%, the tensile strength of 800 MPa or more and the elongation of 50% or more were simultaneously applied. It can be confirmed that the product of tensile strength and elongation represents 40,000 MPa·% or more.
반면, N+C 함량이 본 발명에서 제시하는 범위를 만족하지 못하는 비교예 1 ~ 7에 따른 시편들의 경우, 인장강도 및 연신율이 목표값을 만족하지 못하였으며, 이에 따라 인장강도와 연신율의 곱이 40,000 MPa·% 미만으로 측정된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of the specimens according to Comparative Examples 1 to 7 in which the N + C content does not satisfy the range presented in the present invention, the tensile strength and the elongation did not satisfy the target values, and accordingly, the product of the tensile strength and the elongation was 40,000. It can be confirmed that the measured value is less than MPa·%.
또한, 표 3, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 6에 따른 시편들의 경우, Creq-Neq 값이 7.5 ~ 10.0 이내를 만족하는 것에 의해, 우수한 기계적 특성을 나타내는 것을 확인하였다.In addition, as shown in Table 3, FIGS. 6 and 7, in the case of the specimens according to Examples 1 to 6, the Cr eq -N eq value satisfies within 7.5 to 10.0, thereby exhibiting excellent mechanical properties. Confirmed.
반면, 비교예 1 ~ 7에 따른 시편들의 경우, Creq-Neq 값이 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나, 실시예 1 ~ 6에 비하여 기계적 물성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of the specimens according to Comparative Examples 1 to 7, it can be seen that the Cr eq -N eq value is outside the range suggested in the present invention, and mechanical properties are lowered compared to Examples 1 to 6.
3. 미세조직 평가3. Microstructure evaluation
도 6은 실시예 1에 따른 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 SEM 사진이고, 도 7은 비교예 5에 따른 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 SEM 사진이다.6 is an SEM photograph showing the final microstructure of the specimen according to Example 1, and FIG. 7 is an SEM photograph showing the final microstructure of the specimen according to Comparative Example 5.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 건전한 복합 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6 , in the case of the specimen according to Example 1, it can be confirmed that the final microstructure has a sound composite structure of a two-phase structure including austenite and ferrite.
반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 비교예 5에 따라 제조된 스테인리스강은 질소(N)가 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나 다량 첨가되는데 기인하여 고용화 열처리 후에도 석출물이 다량 생성되어 있는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 7 , in the stainless steel manufactured according to Comparative Example 5, it was confirmed that a large amount of precipitates were generated even after solution heat treatment due to nitrogen (N) being added in a large amount outside the range presented in the present invention. can
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.
S110: 열간압연 단계
S120: 고용화 열처리 단계
S130: 냉각 단계S110: hot rolling step
S120: solution heat treatment step
S130: cooling stage
Claims (11)
오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강.
Cr: 21.0 to 22.5 wt%, Mn: 4.0 to 6.2 wt%, Ni: 0.5 to 1.0 wt%, W: 1.0 to 2.0 wt%, Mo: 0.5 to 0.9 wt%, N: 0.32 to 0.45 wt%, C: 0.06 to 0.09% by weight and the remainder of Fe and unavoidable impurities,
High-strength and low-alloy type duplex stainless steel, characterized in that the austenite phase has a texture fraction of 55 to 60 vol%.
상기 스테인리스강은
최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강.
According to claim 1,
The stainless steel is
High-strength and low-alloy-type duplex stainless steel, characterized in that the final microstructure has a composite structure of a two-phase structure containing austenite and ferrite.
상기 스테인리스강은
상기 N과 C의 합산 함량이 0.40 ~ 0.50 중량%인 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강.
According to claim 1,
The stainless steel is
High-strength and low-alloy-type duplex stainless steel, characterized in that the sum of the N and C content is 0.40 to 0.50 wt%.
상기 스테인리스강은
인장강도(TS): 800MPa 이상 및 연신율(EL): 50% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강.
According to claim 1,
The stainless steel is
High-strength and low-alloy type duplex stainless steel, characterized in that it has tensile strength (TS): 800 MPa or more and elongation (EL): 50% or more.
상기 스테인리스강은
7.5 ≤ Creq - Nieq ≤ 10.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강.
Creq = [Cr] + 1.5[Mo] + 0.75[W]
Nieq = [Ni] + 0.5[Mn] + 25[N] + 30[C]
(여기서, []은 각 성분의 중량%를 의미함.)
According to claim 1,
The stainless steel is
High strength and low alloy duplex stainless steel, characterized in that it satisfies 7.5 ≤ Cr eq - Ni eq ≤ 10.0.
Cr eq = [Cr] + 1.5 [Mo] + 0.75 [W]
Ni eq = [Ni] + 0.5 [Mn] + 25 [N] + 30 [C]
(Here, [] means the weight % of each component.)
(b) 상기 열간압연된 강을 1,080 ~ 1,150℃ 조건에서 고용화 열처리하는 단계; 및
(c) 상기 고용화 열처리된 강을 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계 이후, 오스테나이트 상의 조직 분율이 55 ~ 60vol%를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
(a) Cr: 21.0 to 22.5 wt%, Mn: 4.0 to 6.2 wt%, Ni: 0.5 to 1.0 wt%, W: 1.0 to 2.0 wt%, Mo: 0.5 to 0.9 wt%, N: 0.32 to 0.45 wt% , C: hot-rolling a steel slab containing 0.06 to 0.09 wt % and the remaining Fe and unavoidable impurities;
(b) subjecting the hot-rolled steel to solution heat treatment at 1,080 to 1,150° C. conditions; and
(c) cooling the solution heat-treated steel;
After the step (c), the high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel manufacturing method, characterized in that the austenite phase tissue fraction has 55 to 60 vol%.
상기 (a) 단계에서,
상기 열간압연은
1,000 ~ 1,200℃ 조건으로 마무리 열간압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
7. The method of claim 6,
In step (a),
The hot rolling
High-strength and low-alloy-type duplex stainless steel manufacturing method, characterized in that the finish hot rolling is performed under the conditions of 1,000 ~ 1,200 °C.
상기 (c) 단계에서,
상기 냉각은
30 ~ 200℃/sec의 속도로 상온까지 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
7. The method of claim 6,
In step (c),
the cooling
High strength and low alloy duplex stainless steel manufacturing method, characterized in that carried out to room temperature at a rate of 30 ~ 200 ℃ / sec.
상기 (c) 단계 이후,
상기 스테인리스강은
최종 미세조직이 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 2상 구조의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
7. The method of claim 6,
After step (c),
The stainless steel is
High-strength and low-alloy-type duplex stainless steel manufacturing method, characterized in that the final microstructure has a composite structure of a two-phase structure containing austenite and ferrite.
상기 (c) 단계 이후,
상기 스테인리스강은
800MPa 이상의 인장강도(TS) 및 50% 이상의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
7. The method of claim 6,
After step (c),
The stainless steel is
High-strength and low-alloy-type duplex stainless steel manufacturing method, characterized in that it has a tensile strength (TS) of 800 MPa or more and an elongation (EL) of 50% or more.
상기 스테인리스강은
시그마 상 형성 온도가 900℃ 이하이고,
Cr23C6 상 형성 온도가 960℃ 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 및 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.7. The method of claim 6,
The stainless steel is
a sigma phase formation temperature of 900° C. or less,
Cr 23 C 6 A method for producing high-strength and low-alloy-type duplex stainless steel, characterized in that the formation temperature is 960° C. or less.
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| KR (1) | KR20210067034A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022239883A1 (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 한국재료연구원 | High-strength and low-alloy duplex stainless steel and manufacturing method therefor |
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2019
- 2019-11-29 KR KR1020190156258A patent/KR20210067034A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022239883A1 (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 한국재료연구원 | High-strength and low-alloy duplex stainless steel and manufacturing method therefor |
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