KR20220132862A - 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 - Google Patents

용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.04 내지 0.07%, Si: 0.2 내지 0.5%, Mn: 3.5 내지 5.0%, Ni: 5.0 내지 6.0%, Cr: 19.0 내지 22.0%, P: 0.1% 미만, S: 0.01% 미만, Cu: 1.5 내지 2.5%, Mo: 1.0% 미만 N: 0.25 내지 0.35%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)로 표시되는 입계부식지수(IGCN) 값이 0 이상이다.
(1) IGCN = 15.4 - 296C - 3.77Si + 0.0019Mn + 0.363Cr - 0.292Ni - 0.861Cu - 2.99Mo + 11.4N
식 (1)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.

Description

용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 {AUSTENITIC STAINLESS STEEL WITH EXCELLENT CORROSION CHARACTERISITCS OF WELDING ZONE AND SURFACE CHARACTERISITICS}
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열연 및 냉연 소재의 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
일반적으로 가공성과 내식성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강은 철(Fe)를 소지금속으로 하여 크롬(Cr), 니켈(Ni)을 주원소로 함유하고 있으며, 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu) 등의 기타 원소들을 첨가시켜 각종 용도에 맞는 다양한 강종으로 개발되고 있다.
316L 스테인리스강은 16~18중량%의 Cr, 10~14중량%의 Ni 그리고 2~3중량%의 Mo를 포함하는 강으로, 높은 내식성 및 우수한 성형특성으로 담수설비, 펄프, 제지, 화학설비 등의 다양한 산업군에 적용되고 있다. 그러나, 316L 스테인리스강은 고가 원소인 Ni 및 Mo가 다량 함유하고 있음에 따라 원료비가 높다는 단점이 있다. 특히, 근래에는 Ni 및 Mo의 원료값의 극심한 변동성에 의해 원료의 수급이 불안정할 뿐만 아니라, 그에 따라 소재 가격의 변동이 심하여 공급가의 안정성 확보가 불가능하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 316L 스테인리스강 대체강으로써, Ni 함량을 절감하고, Mn 함량을 증대시킨 200계 스테인리스강, 대표적으로 216강이 개발되었다. 216강은 Ni 함량을 일정 수준 이하로 감소시켜 소재 가격을 낮춤과 동시에 Ni 감소분에 따른 오스테나이트 상안정성 확보를 위해서 7% 이상의 다량의 Mn을 첨가시킨 강이며, 주요 합금조성으로는 17.5~22중량%의 Cr, 5~7중량%의 Ni, 7.5~9중량%의 Mn 및 2~3중량%의 Mo을 포함한다. 216강은 316L강 대비 유사수준의 내식성 확보가 가능하다. 그러나, 216강은 다량의 Mn 첨가에 기인한 제강공정 중 다량의 Mn흄 발생으로 인하여 환경적 측면에서 개선이 요구될 뿐만 아니라, 고 Mn의 함유로 기인하여 제강성 개재물(MnS) 생성 시 제조공정상의 생산성 저하 및 최종 소재의 표면 품질 보증이 곤란한 문제점이 있다.
또 다른 316L 스테인리스강 대체강으써 듀플렉스 스테인리스강(duplex stainless steel)이 개발되었다. 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트상과 페라이트상의 혼합물로 구성되는 미세조직을 가지는 스테인리스강으로서, 오스테나이트계와 페라이트계의 특징을 모두 나타내고 있다. 현재까지 다양한 듀플렉스 스테인리스강이 개발되어 왔으며, 일 예로 고내식 환경에서 사용되는 듀플렉스 스테인리스강으로 22%Cr, 5.5%Ni, 3%Mo, 0.16%N를 포함하는 Allegheny Ludlum의 Al2205(UNS S 31803 또는 S32205)가 있다. 그러나, 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 Ni, Mo 등의 고가 원소를 포함하고 있는바, 제조 비용이 상승되어 타 강종 대비 가격 경쟁력이 낮은 단점이 있다.
최근에는 Ni 및 Mo 등의 고가 함금 원소를 배제하고, 이들 원소를 대신하여 저원가의 합금원소를 첨가함으로써 가격 경쟁력을 높인 린 듀플렉스 스테인리스강에 대한 관심이 증대되고 있다. 린 듀플렉스 스테인리스강은 316L강과 동등한 내식성을 확보하면서 Ni 함량이 적어 경제적이면서도 고강도 확보가 용이하여 내식성을 필요로 하는 산업 설비용 강재로 각광받고 있다. 이러한 린 듀플렉스 스테인리스강은 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 린 듀플렉스 스테인리스강은 가공성 관련 인자인 연성이 오스테나이트계 스테인리스강보다 열위하여, 성형 및 절곡 등을 요구하는 산업분야에 응용되기에는 한계를 가지고 있다.
일본공개특허 제1986-0562637호(공개일: 1986.3.20.) WO 1996-018751 A1 (공개일: 1996.6.20.) WO 2002-027056 A1 (공개일: 2002.4.4.)
본 발명은 고가 원소인 Ni 및 Mo를 저감하여 원가를 절감하면서도 316L 대비 동등 이상 수준의 내식성을 확보하고, 표면특성이 우수하여 다양한 산업분야에서 응용될 수 있는 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.04 내지 0.07%, Si: 0.2 내지 0.5%, Mn: 3.5 내지 5.0%, Ni: 5.0 내지 6.0%, Cr: 19.0 내지 22.0%, P: 0.1% 미만, S: 0.01% 미만, Cu: 1.5 내지 2.5%, Mo: 1.0% 미만 N: 0.25 내지 0.35%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)로 표시되는 입계부식지수(IGCN) 값이 0 이상일 수 있다.
(1) IGCN = 15.4 - 296C - 3.77Si + 0.0019Mn + 0.363Cr - 0.292Ni - 0.861Cu - 2.99Mo + 11.4N
식 (1)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)로 표시되는 질소용해한(SNL) 값이 0 이상일 수 있다.
(2) SNL = -0.792 + 2.27C - 0.138Si + 0.0436Mn + 0.0209Cr + 0.0656Ni - 0.0214Mo + 0.0189Cu - N
식 (2)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN) 값이 22 이상일 수 있다.
(3) PREN = Cr + 3.3Mo + 16N - 0.5Mn
식 (3)에서, Cr, Mo, N, Mn은 각 원소의 중량%를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, B: 0.001 내지 0.005% 및 Ca: 0.001 내지 0.003% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 합금조성 제어를 통하여 고가 원소인 Ni 및 Mo을 저감하여 원가를 절감하면서도 316L 대비 동등 수준 이상 수준의 내식성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 질소고용한 이내로 합금조성을 제어함에 따라 고질소가 함유되었음에도 불구하고 질소 핀홀에 기인한 표면결함 발생을 억제하여 양호한 표면품질을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 합금조성의 제어를 통해서 용접 시 용접부 열영향부 내 탄화물 생성을 억제시켜 용접부 입계부식 특성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 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 발명의 일 예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.04 내지 0.07%, Si: 0.2 내지 0.5%, Mn: 3.5 내지 5.0%, Ni: 5.0 내지 6.0%, Cr: 19.0 내지 22.0%, P: 0.1% 미만, S: 0.01% 미만, Cu: 1.5 내지 2.5%, Mo: 1.0% 미만 N: 0.25 내지 0.35%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C의 함량은 0.02 내지 0.07%이다.
C는 오스테나이트상 안정화에 효과적인 원소이므로, 본 발명에서 C는 0.02% 이상 첨가된다. 그러나, C는 과잉 첨가 시 고용강화 효과에 의해 가공성을 저하시킬 뿐만 아니라 용접부 열영향부 및 열연 코일링 후 잠열에 기인한 Cr탄화물의 입계 석출을 유도하여 연성, 인성, 내식성 등에 악영향을 미칠 수 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 C의 상한은 0.07%로 제한된다.
Si의 함량은 0.2 내지 0.5%이다.
Si은 제강공정 중 탈산제의 역할을 함과 동시에 내식성을 향상시키는데 효과적이므로, 본 발명에서 Si은 0.2% 이상 첨가된다. 그러나, Si은 페라이트상 안정화에 효과적인 원소로써 과잉 첨가 시 주조 슬라브 내 델타(δ) 페라이트 형성이 조장되어 열간가공성이 저하될 뿐만 아니라 고용강화 효과에 의한 강재의 연성 및 인성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Si의 상한은 0.5%로 제한된다.
Mn의 함량은 3.5 내지 5.0%이다.
Mn은 Ni의 대체로 첨가되는 오스테나이트상 안정화 원소로써 가공유기 마르텐사이트 생성을 억제하여 냉간 압연성을 향상시키는데 효과적이며, 제강공정 중 N의 용해도를 증가시키므로, 본 발명에서 Mn은 3.5% 이상 첨가된다. 그러나, Mn은 과잉 첨가 시 S계 개재물(MnS)의 형성이 증가되어 강재의 연성, 인성 및 내식성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Mn의 상한은 5.0%로 제한된다.
Ni의 함량은 5.0 내지 6.0%이다.
Ni은 오스테나이트상 안정화 원소로써 양호한 열간가공성 및 냉간가공성을 확보하기 위해서는 필수적이다. 특히 일정량 이상의 Mn을 첨가함에도 5.0% 이상의 Ni 첨가는 필수적이다. 그러나, Ni은 고가의 원소임에 따라 다량 첨가 시 원료비용의 상승을 초래한다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ni의 상한은 6.0%로 제한된다.
Cr의 함량은 19.0 내지 22.0%이다.
Cr은 스테인리스강에 요구되는 내식성을 확보하기 위해 필요한 원소일 뿐만 아니라 마르텐사이트상 생성 억제를 위해 효과적이며, 제강공정 중 N의 용해도를 증가시키므로 본 발명에서 Cr은 19.0% 이상 첨가된다. 그러나, Cr은 과잉 첨가 시 슬라브 내 델타(δ) 페라이트 형성을 조장하여 열간가공성의 저하를 초래하며, 이러한 문제를 해결하기 위해 고가의 Ni 등 오스테나이트 안정화 원소의 추가적 투입이 요구된다. 이를 고려하여 본 발명에서 Cr의 상한은 22.0%로 제한된다.
P의 함량은 0.1% 미만이다.
P는 강재의 내식성이나 열간가공성을 저하시키므로 P 상한은 0.1%로 제한된다.
S의 함량은 0.01% 미만이다.
S는 강재의 내식성이나 열간가공성을 저하시키므로 S 상한은 0.01%로 제한된다.
Cu의 함량은 1.5 내지 2.5%이다.
Cu는 Ni을 대체하여 첨가되는 오스테나이트상 안정화 원소로써, 본 발명에서 Cu는 1.5% 이상 첨가된다. 그러나, Cu는 과잉 첨가 시 강재 비용이 상승하며, 열간 취성을 유발하므로 이를 고려하여 본 발명에서 Cu 상한은 2.5%로 제한된다.
Mo의 함량은 1.0% 미만이다.
Mo는 부동태 피막을 개질하여 스테인리스강의 내부식성을 개선시키는 원소이다. 그러나, Mo는 고가의 원소이므로 다량 첨가 시 원료비용의 상승을 초래할 뿐만 아니라 열간가공성을 저하시키는 문제점이 있다. 강재의 비용 및 열간가공성을 고려하여 본 발명에서 Mo 상한은 1.0%로 제한된다.
N의 함량은 0.25 내지 0.35%이다.
N는 강력한 오스테나이트 안정화 원소이다. 따라서, N의 첨가는 Ni, Cu, Mn 함유량을 낮추는 것을 가능하게 하므로 강재 비용의 상승을 억제할 수 있으며, N는 내식성 향상에 효과적이다. 이를 고려하여 본 발명에서 N는 0.25% 이상 첨가된다. 그러나, N는 과잉 첨가 시 고용강화 효과에 의해 가공성 및 성형성을 저하시키므로 본 발명에서 N 상한은 0.35%로 제한된다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 바람직하게는 중량%로, B: 0.001 내지 0.005% 및 Ca: 0.001 내지 0.003% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
B의 함량은 0.001 내지 0.005%일 수 있다.
B는 주조 중의 크랙 발생을 억제시켜 양호한 표면 품질 확보하는데 효과적이므로 본 발명에서 0.001% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, B는 과잉 첨가 시 소둔/산세 공정 중 제품 표면에 질화물(BN)을 형성시켜 표면품질을 저하시키는 문제를 초래한다. 이를 고려하여 본 발명에서 B 상한은 0.005%로 제한될 수 있다.
Ca의 함량은 0.001 내지 0.003%일 수 있다.
Ca은 고Mn 함유 시 입계에 생성되는 MnS 제강성 개재물의 형성을 억제시켜 제품의 청정도를 향상시키므로, 본 발명에서 Ca은 0.001% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Ca은 과잉 첨가 시 Ca계 개재물 형성에 기인하여 열간가공성 및 제품 표면품질이 저하될 수 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ca 상한은 0.003%로 제한될 수 있다.
또한, 본 발명의 발명자들은 상술한 합금조성 범위 내에서 실험적 평가 결과를 바탕으로 합금조성과 용접부 입계부식특성 간의 상관관계를 분석하여 입계부식지수(IGCN, Intergranular Corrosion Number) 조성관계식 식 (1)을 도출하였으며, 합금조성과 질소 핀홀(pin-hole) 간의 상관관계를 분석하여 질소용해한(SNL, Solubility of Nitrogen in Liquid) 조성관계식 식 (2)를 도출하였으며, 합금조성과 내공식성 간의 상관관계를 분석하여 내공식저항지수(PREN) 조성관계식 식 (3)을 도출하였다.
본 발명의 일 예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (1)로 표시되는 입계부식지수(IGCN) 값이 0 이상일 수 있다. 식 (1)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.
(1) IGCN = 15.4 - 296C - 3.77Si + 0.0019Mn + 0.363Cr - 0.292Ni - 0.861Cu - 2.99Mo + 11.4N
이하에서, 식 (1)의 기술적 의미 및 그 값을 한정한 이유에 대해서 상세히 설명한다. Ni, Mn 등 고가의 원소 함량을 저감한 원가 절감형 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 오스테나이트 상 안정성 확보를 위하여 침입형 원소인 C, N가 다량으로 첨가된다. C, N가 다량 첨가된 강재에 용접기술이 적용되면 국부적으로 조대한 탄화물이 형성되어 조직이 불균일해지는 문제가 있다. 특히 다량의 C가 함유된 강재의 경우 용접부 열영향부(HAZ) 입계 주위에 다량의 Cr탄화물(Cr23C6) 석출물이 형성되어 입계부식이 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 합금조성과 Cr탄화물 석출량 간의 상관관계 규명하고, Cr탄화물 석출량을 제어하여 용접부 내식성을 향상시킨다.
구체적으로, 상술한 합금조성을 갖는 열간압연재를 활용하여 용접부 모사를 수행한 다음, 입계부식 발생 유무를 정량화한다. 또한, 합금조성에 대한 전산모사를 활용하여 예상 Cr탄화물 석출 시간(incubation time)을 도출한다. 이러한 실험적 입계부식 평가 결과와 예측된 Cr탄화물 석출 시간 간의 상관관계 분석을 통해 식 (1)로 표시되는 입계부식지수(IGCN) 조성관계식을 도출한다.
본 발명에 따르면 식 (1)로 표시되는 입계부식지수(IGCN)의 값이 0 이상인 경우 용접부 입계부식 특성이 양호하며, 입계부식 후 U Band Test 시 용접부 열영향부의 크랙이 발생하지 않는다.
본 발명의 일 예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)로 표시되는 질소용해한(SNL) 값이 0 이상일 수 있다. 식 (2)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다.
(2) SNL = -0.792 + 2.27C - 0.138Si + 0.0436Mn + 0.0209Cr + 0.0656Ni - 0.0214Mo + 0.0189Cu - N
이하에서, 식 (2)의 기술적 의미 및 그 값을 한정한 이유에 대해서 상세히 설명한다. 원가 절감형 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 Ni, Mn 등 고가의 오스테나이트 안정화 원소의 함량을 줄여야 하고, 이러한 원소를 대체하여 오스테나이트 상 안정화도를 보상할 수 있는 N 첨가량을 예측하는 것이 중요하다.
특히, N 첨가량이 고용 가능한 최대 함량인 고용한 이상으로 첨가된 강재는 잉곳 용해 시 N2 가스 형성에 의해 핀홀(pin-hole)이 발생하며, 그 결과 표면결함이 유발될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 합금조성과 질소용해한 간의 상관관계를 규명하고, 질소고용한을 제어하여 양호한 표면품질을 확보한다.
구체적으로, 상술한 합금조성을 갖는 잉곳용해재의 표면 및 내부를 관찰하여 질소 핀홀 발생 유무를 정량화한다. 또한, 합금조성에 대한 전산모사를 활용하여 예상 질소용해한을 도출한다. 이러한 실험적 핀홀의 발생 유무 확인 결과와 예측된 질소용해한 간의 상관관계 분석을 통해 식 (2)로 표시되는 질소용해한(SNL) 조성관계식을 도출한다.
본 발명에 따르면 식 (2)로 표시되는 질소용해한(SNL)의 값이 0 이상인 경우 목표하는 합금조성 강재의 양호한 조업성 확보 및 우수한 표면특성 확보가 가능하다.
본 발명의 일 예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 하기 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN) 값이 22 이상일 수 있다. 식 (3)에서, Cr, Mo, N, Mn은 각 원소의 중량%를 의미한다.
(3) PREN = Cr + 3.3Mo + 16N - 0.5Mn
이하에서, 식 (3)의 기술적 의미 및 그 값을 한정한 이유에 대해서 상세히 설명한다. 스테인리스강의 합금성분에 대한 내식성을 판단하는 방법으로 식 (3)의 내공식저항성지수(PREN)를 활용할 수 있다. 316L 대비 동등 수준 이상의 내식성을 확보하기 위한 일 안으로 식 (3)의 값은 22 이상으로 제어될 수 있다.
이상에서 서술한 식 (1) 내지 식 (3)의 기술적 의미 및 수치범위 한정의 이유는 본 발명에서 한정하는 합금조성에 더불어 용접부 내식성 및 표면특성을 보다 향상하기 위한 바람직한 실시예 중 하나로 이해되어야 한다. 다시 말해, 본 발명의 목적인 우수한 용접부 내식성 및 표면특성을 얻기 위해 식 (1) 내지 식 (3) 중 하나의 식 수치범위 이상을 필수적으로 만족하여야 되는 것은 아님을 유의할 필요가 있다.
본 발명의 일 예에 따른 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강은 공식전위가 450mV 이상일 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예
아래 표 1의 합금조성의 두께 200mm 슬라브를 제조한 다음, 1240℃에서 2시간 가열 후 3.2mm 두께까지 열간압연하였다. 이후 열간압연재는 1100℃에서 소둔 열처리된 후 산세되었으며, 1.2mm 두께까지 냉간압연되었다. 냉간압연재는 1100℃에서 소둔 열처리된 후 산세되었다.
합금조성(중량%)
C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu N
비교예 1 0.06 0.5 4.1 0.004 < 0.01 19.6 3.4 0.4 1.4 0.31
비교예 2 0.07 0.5 3.6 0.006 < 0.01 20.1 5.8 0.3 1.2 0.28
비교예 3 0.09 0.35 3.4 0.006 < 0.01 21.7 4.2 0.3 2.4 0.27
비교예 4 0.05 0.4 4.8 0.004 < 0.01 19.4 4.8 0.2 1.6 0.22
발명예 1 0.05 0.3 4.5 0.005 < 0.01 20.5 5.5 0.4 1.5 0.28
발명예 2 0.04 0.3 4.8 0.005 < 0.01 21.4 5.9 0.6 2 0.31
발명예 3 0.06 0.3 3.9 0.006 < 0.01 20.1 5.5 0.5 1.7 0.27
용접부 내식성을 평가하기 위하여 열간압연재에 범용 TIG 용접을 활용하여 비드 온 플레이트(bead-on-plate) 방법으로 용접부 모사를 수행한 다음, 입계부식 평가를 실시하였다. 입계부식 평가는 Modified Strauss 시험법으로 시험용액은 CuSO4·H2O (100g) + 증류수 (700cc) + H2SO4 (95%, 100ml)의 혼합용액에 증류수를 보충하여 총 1,000cc의 용액에 사이즈 50mmx20mm의 시험편을 완전 침적하여 비등점에서 연속 24시간 침적한 다음, U-밴드 시험(R=2t)을 통해 크랙 발생유무를 확인하는 것으로 수행되었다. 표 2에 크랙이 발견되지 않은 경우를 '합격'으로 표시하고, 크랙이 발생된 경우 '불합격'으로 표시하였다. 또한, 용접부 내식성과 식 (1)에 의해 도출되는 입계부식지수(IGCN) 간의 상관관계를 확인하기 위하여 표 1의 합금조성 수치를 식 (1)에 대입하여 도출된 결과를 표 2에 함께 나타내었다.
표면특성을 평가하기 위하여 열간압연 중의 두께 30mm의 바(bar) 시편을 일부 채취하여 표면 및 단면에 대한 질소 핀홀 발생 유/무를 확인하였다. 질소 핀홀 발생 유무는 채취된 시편의 표면 및 단면을 연마한 다음 육안 관찰을 통해 확인되었으며, 표 2에 결함이 관찰되지 않는 경우 '합격'으로 표시하고, 결함이 발견되는 경우 '불합격'으로 표시하였다. 또한, 질소 핀홀 발생에 의한 표면특성과 식 (2)에 의해 도출되는 질소용해한(SNL) 간의 상관관계를 확인하기 위하여 표 1의 합금조성 수치를 식 (2)에 대입하여 도출된 결과를 표 2에 함께 나타내었다.
공식저항성 평가를 위하여 냉연소둔재를 활용하였다. 평가는 동전위 양극분극시험을 활용하였으며, 분극시험의 조건은 시편의 표면을 #600번 사포로 연마한 다음, 표면을 1cm2의 면적만 노출시키고 그 외의 표면부는 마스킹 테이프로 감싸 시 용액이 시편의 다른 표면에 닿지 않도록 하였다. 그리고, 30℃, 3.5% NaCl 용액에 침지하여 전위를 인가하여 공식이 발생하는 전위를 측정하였다. 또한, 공식전위와 식 (3)에 의해 도출되는 내공식저항지수(PREN) 간의 상관관계를 확인하기 위하여 표 1의 합금조성 수치를 식 (3)에 대입하여 도출된 결과를 표 2에 함께 나타내었다.
용접부 내식성 표면특성 모재부 내식성
IGCN 입계부식
평가
(합격/불합격)		 SNL 표면특성
평가
(합격/불합격)		 PREN 공식전위 (mV)
비교예 1 3.02 합격 -0.21 불합격 23.8 494
비교예 2 -0.33 불합격 -0.01 불합격 23.8 487
비교예 3 -5.79 불합격 0.01 합격 25.3 621
비교예 4 5.27 합격 0.00 합격 21.2 384
발명예 1 6.02 합격 0.01 합격 24.1 562
발명예 2 8.50 합격 0.02 합격 25.9 846
발명예 3 2.33 합격 0.01 합격 24.1 584
표 2의 용접부 내식성에 대한 결과에 따르면 입계부식지수(IGCN)이 0 이상인 비교예 1, 4 그리고 발명예 1~3은 크랙이 발생하지 않은 것에 반하여 비교예 2, 3은 입계부식지수(IGCN)이 0 미만으로 입계부식 평가에서 크랙이 발생하였다. 이러한 결과로부터 입계부식지수(IGCN) 값이 0 이상인 경우 용접부 내식성이 양호하다는 점을 확인할 수 있었다.
표 2의 표면특성에 대한 결과에 따르면 질소용해한(SNL)이 0 이상인 비교예 3, 4, 발명예 1~3은 열간압연 바 시편의 표면 및 단면에 결함이 관찰되지 않은 것에 반하여 비교예 1, 2는 질소용해한(SNL)이 0 미만으로 열간압연 바 시편의 표면 및 단면에 다량의 결함이 관찰이 되었으며, 이는 다량의 질소 첨가에 따른 질소 핀홀 형성에 기인한 결과로 확인되었다. 이러한 결과로부터 질소용해한(SNL) 값이 0 이상인 경우 표면특성이 양호하다는 점을 확인할 수 있었다.
표 2의 모재부 내식성에 대한 결과에 따르면 내공식저항지수(PREN)이 22 이상인 비교예 1~3, 발명예 1~3은 공식전위 평가 시 공식전위가 450mV 이상으로 316L 강종 대비 동등 수준 이상의 공식저항성을 나타낸 것에 반하여 비교예 4는 내공식저항지수(PREN)이 22 미만으로 공식전위가 450mV 미만으로 316L 대비 공식저항성이 열위하였다. 이러한 결과로부터 내공식저항지수(PREN) 값이 22 이상인 경우 내공식저항성이 양호하다는 점을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 1 ~ 4는 식 (1)~(3) 값 외에도 본 발명에서 한정하는 합금조성을 만족하지 못하여 목적하는 용접부 내식성, 표면특성을 충분히 확보할 수 없었다.
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 (4)

  1. 중량%로, C: 0.04 내지 0.07%, Si: 0.2 내지 0.5%, Mn: 3.5 내지 5.0%, Ni: 5.0 내지 6.0%, Cr: 19.0 내지 22.0%, P: 0.1% 미만, S: 0.01% 미만, Cu: 1.5 내지 2.5%, Mo: 1.0% 미만 N: 0.25 내지 0.35%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 (1)로 표시되는 입계부식지수(IGCN) 값이 0 이상인 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강:
    (1) IGCN = 15.4 - 296C - 3.77Si + 0.0019Mn + 0.363Cr - 0.292Ni - 0.861Cu - 2.99Mo + 11.4N
    (식 (1)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo, N는 각 원소의 중량%를 의미한다).
  2. 제1항에 있어서,
    하기 식 (2)로 표시되는 질소용해한(SNL) 값이 0 이상인 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강:
    (2) SNL = -0.792 + 2.27C - 0.138Si + 0.0436Mn + 0.0209Cr + 0.0656Ni - 0.0214Mo + 0.0189Cu - N
    (식 (2)에서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N는 각 원소의 중량%를 의미한다).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하기 식 (3)으로 표시되는 내공식저항지수(PREN) 값이 22 이상인 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강:
    (3) PREN = Cr + 3.3Mo + 16N - 0.5Mn
    (식 (3)에서, Cr, Mo, N, Mn은 각 원소의 중량%를 의미한다).
  4. 제1항에 있어서,
    중량%로, B: 0.001 내지 0.005% 및 Ca: 0.001 내지 0.003% 중 1종 이상을 더 포함하는 용접부 내식성 및 표면특성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6156267A (ja) 1984-03-30 1986-03-20 サントレ−ド　リミテイド 高耐食性及び良好な溶接性を有するフエライト−オ−ステナイト鋼合金
WO1996018751A1 (fr) 1994-12-16 1996-06-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Acier inoxydable duplex presentant une remarquable resistance a la corrosion
WO2002027056A1 (en) 2000-09-27 2002-04-04 Avestapolarit Aktiebolag (Publ) Ferritic-austenitic stainless steel

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