KR20220163154A - 고내식 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents
고내식 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
고내식 오스테나이트계 스테인리스강이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 식 (2)를 만족한다.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
Description
본 발명은 고내식 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시그마상의 형성을 억제하는 동시에 우수한 내식성 구현이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
선박의 디젤 엔진에서 발생되는 배기가스 중 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)은 전 세계적으로 중요한 대기오염 물질이다. 선박 내에서는 해수나 화학 세정수 또는 건조된 화학 물질을 이용하여 황산화물을 제거하는 장치인 스크러버(wet scrubber)를 이용하여 배기가스를 제거한다.
습식 스크러버와 같은 탈황설비에 사용되는 소재에는 높은 부식성 환경에서 안정성을 유지하기 위해 Mo가 6wt% 이상 포함된 오스테나이트계 스테인리스강이 사용된다.
하지만 내식성 확보를 위한 Cr, Mo 함량이 증가함에 따라 강 제조 시 금속간 화합물 생성이 촉진된다. 대표적으로 제조 공정에서 응고 과정 중 슬라브 중심부로 합금원소가 편석됨에 따라 소재 중심부에 Cr, Mo이 농화된 2차상인 시그마상이 생성된다. 시그마상은 생성 후 분해속도가 느리기 때문에 이는 이후 열간압연이나 소둔 열처리 공정에서 전부 분해되지 않고 잔류하게 된다. 이렇게 생성된 시그마상은 소재의 연성과 인성을 저하시키고, Cr, Mo 등의 원소가 농화되어있어 주변부 Cr, Mo 고갈층을 발생시킴으로써 내식성을 저하시키게 된다.
시그마상 생성을 억제하고 분해를 촉진하기 위해서는 Cr, Mo 함량을 저감시켜 시그마상 생성 온도를 하락시켜야 하지만 모재의 내식성을 유지하기 위해서는 적절한 Cr, Mo 함량을 유지할 필요가 있다. 따라서, 내식성과 시그마상 생성이라는 서로 상충되는 요구특성을 공통적으로 만족시킬 수 있는 새로운 강종의 개발이 필요하다.
본 발명은 시그마상의 형성을 억제하는 동시에 우수한 내식성 구현이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 시그마상 대비 분해속도가 빠른 라베스상(Lavas phase)을 생성시켜 열간압연 및 소둔 후 소재 중심부 2차상이 모두 분해되어, 고내식성이 요구되면서 소재 단면부가 드러나는 환경설비용 등으로 사용이 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1) 및 식 (2)를 만족할 수 있다.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
여기서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
여기서, 상기 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 단면부의 시그마상은 면적분율로 0.3% 이하일 수 있다.
여기서, 상기 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 임계공식온도는 50℃ 초과일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고 하기 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 슬라브를 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연재를 1200℃에서 50 내지 150초 동안 열연소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
(여기서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다)
여기서, 상기 열간압연재 단면부의 시그마상은 면적분율로 1.0% 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시그마상 대비 분해속도가 빠른 라베스상을 생성시켜 열간압연 및 소둔 후 소재 중심부 2차상 분해를 촉진함으로써 시그마상의 형성을 억제하는 동시에 내식성이 우수한 고내식 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 각 실시예 및 비교예의 식 (1)의 값 및 시그마상 석출 온도를 도시한 그래프이다.
도 2는 각 실시예 및 비교예의 시그마상 석출 온도와 식 (2)의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 각 실시예 및 비교예의 시그마상 석출 온도와 식 (2)의 상관관계를 도시한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 각 합금원소의 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 기재가 없는 한 단위는 중량%이다.
탄소(C)의 함량은 0.01 내지 0.04%이다.
C는 오스테나이트상 안정화 원소로 제조 간 불가피하게 첨가되는 원소이다. C는 기지조직을 오스테나이트계 단상으로 유지하기 위하여 0.01% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 용접간 Cr탄화물을 생성시켜 내식성을 저하시키는 문제가 발생한다. 이를 고려하여, C 함량의 상한은 0.04%로 한정할 수 있다.
실리콘(Si)의 함량은 1.2 내지 1.9%이다.
Si은 표면 산화층을 형성시켜 내식성을 향상시키는데 효과적인 저가의 원소이다. Si의 함량이 증가할수록 라베스상 석출 온도는 증가한다. Si는 내식성을 향상시킴과 동시에 라베스상이 시그마상보다 우선 석출되어 시그마상의 생성을 억제하기 위해서 1.2% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 표면 산세 후 소재의 품질을 저하시키고 개재물 증가로 인해 제조간 에지크랙을 발생시켜 소재의 품질이 열위해질 수 있다. 이를 고려하여, Si 함량의 상한은 1.9%로 한정할 수 있다.
망간(Mn)의 함량은 0.01 내지 1.0%이다.
Mn은 저가의 오스테나이트 안정화 원소로써 Ni를 효과적으로 대체할 수 있는 원소로써, 0.5% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 황화물 형성이 용이하여 내식성을 저하시키거나 제강 공정 중 흄 등을 발생시킬 수 있는 위험도가 있다. 이를 고려하여, Mn 함량의 상한은 1.0%로 한정할 수 있다.
크롬(Cr)의 함량은 18 내지 23%이다.
Cr은 스테인리스강에 요구되는 내식성을 확보를 위하여 18% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 제조 간 두께 중심부에 편석되어 시그마상 생성을 촉진시키는 문제가 발생한다. 이를 고려하여, Cr 함량의 상한은 23%로 한정할 수 있다.
니켈(Ni)의 함량은 15 내지 25%이다.
Ni는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로써 오스테나이트계 스테인리스강 제조를 위해서 필수적으로 첨가되는 원소이다. Ni은 Cr, Mo 등의 페라이트 및 시그마상 생성 원소가 다량 첨가된 소재에서 시그마상 생성 온도를 낮춤과 동시에 열간가공성을 향상시키기 위해 15% 이상 첨가할 수 있다. 다만, Ni은 고가의 원소로써, 그 함량이 과다할 경우 원료비 상승을 초래하여 제조 경쟁력이 열위해지는 문제가 발생한다. 이를 고려하여, Ni 함량의 상한은 25%로 한정할 수 있다.
몰리브덴(Mo)의 함량은 4 내지 8%이다.
Mo는 스테인리스강의 고내식성을 확보하기 위해 4% 이상 첨가할 수 있다. 다만, Mn은 강력한 시그마상 생성 원소이기 때문에 그 함량이 과다할 경우 시그마상의 생성을 촉진시킬 수 있다. 또한, Mn은 고가의 원소로써 원료비 상승을 초래하여 제품의 경제성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, Mn 함량의 상한은 8%로 한정할 수 있다.
구리(Cu)의 함량은 0.6% 이하이다.
Cu는 오스테나이트 안정화 원소로서 Ni를 대신하여 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 저온 액상을 생성시켜 열간 압연시 에지 결함을 유발할 수 있다. 이를 고려하여, Cu 함량의 상한은 0.6%로 한정할 수 있다.
질소(N)의 함량은 0.15 내지 0.30%이다.
N은 강력한 오스테나이트 안정화 원소이자 내식성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 또한, N은 시그마상 생성 온도를 하락시키기 때문에 0.15% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 용해도 이상으로 과다할 경우 내부 기포가 발생하여 소재의 품질을 저하시키고 열간 변형저항을 증가시켜 설비 부하가 증가한다. 이를 고려하여, N 함량의 상한은 0.30%로 한정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은 상술한 합금성분에 더하여 P: 0.035% 이하, S: 0.01% 이하를 포함할 수 있다.
인(P)의 함량은 0.035% 이하이다.
P는 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 입계 부식을 일으키거나 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이를 고려하여, P 함량의 상한은 0.035%로 한정할 수 있다.
황(S)의 함량은 0.01% 이하이다.
S는 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로, 결정립계에 편석되어 열간가공성을 저해하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이를 고려하여, S 함량을 상한은 0.01%로 한정할 수 있다.
상기 조성 이외에 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
시그마(σ)상은 단위 격자 당 40개의 원자를 갖는 복잡한 구조이며 여러 조성 범위를 가지고 있다. 시그마상은 경하고 취약하기 때문에 연성과 인성을 크게 저하시키는 해로운 상으로 알려져 있고 내식성도 저하시킨다.
시그마상의 석출은 합금원소 및 열처리 이력에 크게 의존하고 있으며, 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해서는 시그마상의 석출을 억제할 필요가 있다.
한편, 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해서는 내식성을 향상시키는 원소인 Cr, Mo, N 함량을 증가시켜야 한다.
Cr, Mo는 내식성을 향상시키지만 합금원가를 증가시키고, 시그마상 생성을 촉진시켜 단면부에 시그마상을 잔류시키게 된다. 여기서, 단면부는 강의 테두리 또는 강의 절단면을 의미한다.
N는 내식성을 향상시키고 시그마상 생성을 억제시키는 효과가 있지만 고용강도를 증가시켜 열간압연성을 저하시키고 용해도 이상으로 첨가 시 내부 질소 기공이 발생시킬 위험이 있다.
따라서, Cr, Mo, N는 내식성을 만족시키는 범위로 첨가 하한을 설정하고, Cr, Mo는 시그마상 생성을 억제시킬 수 있는 범위로 상한을 설정할 필요가 있다. N은 고용한 이하로 상한을 설정하여 내부 질소 기공 발생을 예방할 수 있다. 이때, N의 고용한은 Thermo-calc software의 계산 결과 기준에 따라 정해질 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 아래 식 (1)을 사용하여 시그마상 생성을 억제시키는 동시에 내식성을 향상시키는 성분 범위를 도출하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은 아래 식 (1)을 만족할 수 있다.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
여기서, Cr, Mo, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다.
식 (1)이 40 이하의 값을 가지는 경우 내식성 저하로 단면부가 드러나는 환경의 설비에서 사용이 곤란하다. 특히, 탈황설비 등 고내식 환경에서 사용되기 위해서는 식 (1)의 결과 값이 40 이상이어야 한다.
또한, 식 (1)을 만족시키는 범위에서 시그마상 석출 온도를 도출할 필요가 있다. 시그마상 석출 온도는 Thermo-calc software의 열역학 계산을 통해 도출하였으며, 식 (1)을 만족시키는 성분계에서 시그마상 석출 온도를 최소화시키는 성분계를 휴리스틱 최적화 알고리즘을 활용하여 도출하였다. 도출된 결과는 도 1에 표현하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은 아래 식 (2)를 만족할 수 있다. 식 (2)는 합금 성분과 시그마상 석출 온도의 상관관계를 나타내는 성분관계식이다.
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
여기서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미하며, 강 중에 포함되지 않은 원소는 0으로 계산한다.
Thermo-calc software를 사용하여 계산된 시그마상 석출 온도와 식 (2)를 통해 계산된 결과의 상관관계를 도 2에 표현하였다. 도 2를 통해 시그마상 석출 온도가 식 (2)의 결과 값에 따라 구분되는 것을 확인할 수 있었고, 식 (2)를 시그마상 석출 온도를 나타내는 값으로 활용하였다.
도 2는 각 실시예 및 비교예의 시그마상 석출 온도와 식 (2)의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 식 (2)의 결과 값이 50 이상인 경우 시그마상 석출 온도가 800℃ 이하로 형성됨을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 스테인리스강은, 식 (2)를 만족하고 Si 함량 증가에 따라 라베스 상 석출온도가 증가됨에 따라, 시그마상 석출 온도가 500 내지 800℃일 수 있다.
라베스 상의 석출 온도가 증가하고 시그마 상의 석출 온도가 감소한 결과, 시그마상 보다 라베스 상이 우선적으로 석출된다. 라베스상은 시그마상 대비 생성과 분해 속도가 충분히 빠르기 때문에 통상 열간압연 및 소둔 열처리 공정에서 대부분 분해된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 스테인리스강은, 상기 식 (1) 및 식 (2)를 만족함에 따라, 시그마상의 생성을 억제함과 동시에 높은 내식성을 확보할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강은, 단면부의 시그마상이 면적분율로 0.3% 이하이며, 임계공식온도(critical pitting temperature, CPT)가 50℃ 보다 높게 이루어질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고 하기 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 슬라브를 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연재를 1200℃에서 50 내지 150초 동안 열연소둔하는 단계를 포함한다.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
여기서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, W, N 은 각 원소의 함량(중량%)을 의미하며, 강 중에 포함되지 않은 원소는 0으로 계산한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 슬라브는 상술한 합금성분에 더하여 P: 0.035% 이하, S: 0.01% 이하를 포함할 수 있다.
각 합금원소의 성분범위, 식(1) 및 식(2)를 한정한 이유는 상술한 바와 같으며, 이하 제조단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
슬라브는 열연강판 제조 단계를 통해 1,100 내지 1,300℃의 온도에서 열간압연하여 열연강판으로 제조될 수 있다. 열연강판 제조 단계를 통해 제조된 열연 강판은 단면부의 시그마상이 면적분율로 1.0% 이하일 수 있다.
이후, 열연강판은 열연소둔재 제조 단계를 통해 열연소둔 될 수 있다. 이때, 열연강판은 코일 형태로 권취된 후 열연소둔 될 수 있다.
종래에는 열간압연 후 잔류한 시그마상 분해를 촉진시키기 위하여 1200℃가 넘는 고온에서 열처리를 수행하였다. 하지만 고온 열처리의 경우 에너지 소비가 심하고 장시간 수행하여야 하기 때문에 연속 생산라인에서 생산성을 하락시키는 요인이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열연소둔은 1200℃에서 50 내지 150초 동안 진행될 수 있으며, 보다 바람직하게는 100초 동안 진행될 수 있다. 즉, 합금 조성을 최적화함으로써, 공정부하가 없는 소둔 조건에서도 시그마상이 없는 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 제조가 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
{실시예}
아래 표 1에 나타낸 다양한 합금조성을 갖는 강재에 대하여, 잉곳(Ingot) 용해를 통해 슬라브를 제조하고, 1,250℃에서 2시간 가열한 후 열간압연을 진행하였다.
| 성분(중량%) | 식(1) | 식(2) | ||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Cu | N | |||
| 실시예1 | 0.029 | 1.35 | 0.38 | 20 | 17 | 5.2 | 0.011 | 0.26 | 41.3 | 58.1 |
| 실시예2 | 0.02 | 1.38 | 1.02 | 18.2 | 17.4 | 5.73 | 0.025 | 0.21 | 40.5 | 59.2 |
| 실시예3 | 0.01 | 1.7 | 0.83 | 18.3 | 18 | 6.11 | 0 | 0.16 | 41.0 | 66.0 |
| 실시예4 | 0.031 | 1.23 | 0.04 | 18.1 | 17 | 5.91 | 0 | 0.19 | 40.6 | 50.5 |
| 실시예5 | 0.01 | 1.74 | 0 | 20.3 | 18.5 | 5.02 | 0.08 | 0.22 | 40.4 | 68.3 |
| 비교예1 | 0.011 | 0.4 | 0.48 | 20.3 | 17.9 | 6.0 | 0.71 | 0.2 | 43.3 | 28.6 |
| 비교예2 | 0.01 | 0.5 | 0.5 | 20.0 | 18.5 | 6.0 | 0.7 | 0.2 | 43.0 | 32.3 |
| 비교예3 | 0.01 | 0.5 | 0.5 | 20.0 | 18.0 | 5.5 | 0.7 | 0.2 | 41.4 | 32.2 |
| 비교예4 | 0.01 | 0.5 | 0.5 | 20.0 | 18.5 | 5.5 | 0.7 | 0.2 | 41.4 | 32.7 |
이후, 열간압연재에 대해, 1,050℃, 1,100℃, 1,150℃, 1,200℃에서 각각 100초간 소둔을 수행했다. 소둔 전 후 각각의 실시예 및 비교예에 대해 단면부 시그마상 분율을 측정하였다.
다음으로, 각각의 1,200℃ 소둔재에 대하여 CPT를 통하여 내식성을 평가했다. CPT평가는 ASTM G48-A NORSOK 기준에 의거하여 진행하였다.
각각의 결과에 대해서는 아래 표 3에 나타내었다.
| 단면부 시그마상 면적분율(%) | CPT(℃) | ||||
| 열간압연재 | 1100℃ 소둔 | 1150℃ 소둔 | 1200℃ 소둔 | ||
| 실시예1 | 0.65 | 0.61 | 0.14 | 0.15 | >50 |
| 실시예2 | 0.73 | 0.80 | 0.67 | 0.14 | >50 |
| 실시예3 | 0.77 | 0.59 | 0.35 | 0.17 | >50 |
| 실시예4 | 0.85 | 0.77 | 0.27 | 0.25 | >50 |
| 실시예5 | 0.43 | 0.69 | 0.79 | 0.22 | >50 |
| 비교예1 | 2.13 | 1.15 | 0.92 | 0.70 | >50 |
| 비교예2 | 2.18 | 1.5 | 1.1 | 0.9 | >50 |
| 비교예3 | 2.33 | 1.9 | 0.85 | 1.1 | >50 |
| 비교예4 | 2.45 | 2.2 | 0.7 | 0.85 | >50 |
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 5는 식 (1)의 값이 40 이상을 만족한 결과 CPT 값이 50 보다 크게 나타나 우수한 내식성을 확보할 수 있었다.
한편, 실시예 1 내지 5는 Si 함량이 1.2 내지 1.9중량%를 만족하고 식 (2)의 결과 값이 50 이상을 만족하여, 라베스 상 석출온도가 증가되어 시그마 상 보다 라베스 상을 우선적으로 석출했다. 그 결과, 실시예 1 내지 5는 열간압연재 단면부의 시그마상이 면적분율로 1.0% 이하로 형성되었으며, 열연소둔 후 소둔재 단면부의 시그마상 생성이 억제됐다. 특히, 실시예 1 내지 5는 1200℃ 소둔 후, 소둔재 단면부의 시그마상이 면적분율로 0.3% 이하로 형성되어, 시그마상의 생성이 억제되었음을 알 수 있다.
이에 비해, 비교예 1 내지 4는 식 (1)의 값이 40 이상을 만족한 결과 CPT 값이 50 보다 크게 나타났다. 그러나, 비교예 1 내지 4는 Si 함량이 1.2중량% 미만이고 식 (2)의 값이 50 미만인 결과, 열간압연재 및 열연소둔재의 시그마상 생성을 억제할 수 없었다.
구체적으로, 비교예 1 내지 4는 열간압연재 단면부의 시그마상이 면적분율로 1.0%를 초과하였으며, 1200℃에서 소둔한 후에도 시그마상이 다량 잔존하여 소둔재 단면부의 시그마상이 0.3%를 초과했다.
도 1은 식(1)을 만족시키는 성분계의 시그마상 석출온도를 도시화한 그래프이다. 도 1에서 시그마상 석출온도 800℃를 기준으로 두개의 그룹으로 나누었다. 시그마상 석출온도가 800℃ 초과하는 경우에는 그룹 1로 설정했으며 800℃ 이하인 경우에는 그룹 2로 설정했다. 이후, 그룹 1에서 비교예를 선택했고, 그룹 2에서 실시예를 선택했다.
도 2는 시그마상 시그마상 석출온도와 성분과의 상관관계 즉, 식 (2)와 그룹 1, 그룹2와의 상관관계를 도시화한 그래프이다. 도 2에서 빗금은 그룹 1과 그룹 2의 식 (2) 값의 범위를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 그룹 1의 경우 식 (2)의 결과 값이 50 이하로 측정되었으며, 그룹 2의 경우 식 (2)의 결과 값이 50을 초과하였다. 즉, 식 (2)가 시그마상 석출온도를 정확하게 예측함을 알 수 있다. 라베스 상을 우선 석출시켜 시그마상 생성을 억제하기 위해서는 식 (2)의 값이 그룹 2에 해당하는 50 이상이어야 한다.
개시된 실시예에 따르면, 합금성분과 관계식을 제어하고 소둔 공정의 온도 및 시간 조건을 최적화함으로써 CPT 50℃ 초과의 고내식성을 확보함과 동시에 시그마 상의 생성을 억제할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
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 (5)
- 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 고내식 오스테나이트계 스테인리스강.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
(여기서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다) - 제1항에 있어서,
단면부의 시그마상은 면적분율로 0.3% 이하인 고내식 오스테나이트계 스테인리스강. - 제1항에 있어서,
임계공식온도는 50℃ 초과인 고내식 오스테나이트계 스테인리스강. - 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 1.2 내지 1.9%, Mn: 0.01 내지 1.0%, Cr: 18 내지 23%, Ni: 15 내지 25%, Mo: 4 내지 8%, Cu: 0.6% 이하, N: 0.15 내지 0.30%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고 하기 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 슬라브를 열간압연하는 단계; 및
상기 열간압연재를 1200℃에서 50 내지 150초 동안 열연소둔하는 단계를 포함하는 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
식 (1): Cr+3.3*Mo+16*N≥40
식 (2): 8.9*C+30.2*Si+2.9*Mn-0.4*Cr+0.9*Ni-0.7*Mo+2.5*Cu+47.4*N≥50
(여기서, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, N은 각 원소의 함량(중량%)을 의미한다) - 제4항에 있어서,
상기 열간압연재 단면부의 시그마상은 면적분율로 1.0% 이하인 고내식 오스테나이트계 스테인리스강의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20100036948A (ko) | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 캐논 가부시끼가이샤 | 성막방법 및 성막장치 |
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