KR20240032467A - 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강 및 그 제조방법 - Google Patents

저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하고, 아래 식 (1)의 값이 1.7 초과 2.5 미만일 수 있다.
식 (1): (Cr+Mo+1.5Si) / (Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.5Cu)
상기 식 (1)에서, Cr, Mo, Si, Ni, C, N, Mn 및 Cu는 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.

Description

저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강 및 그 제조방법 {Two-phase stainless steel with improved low-temperature impact toughness and manufacturing method thereof}
본 발명은 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이상 스테인리스강은 오스테나이트상과 페라이트상을 모두 포함하는 스테인리스강을 말한다.
이상 스테인리스강은 다양한 산업환경에서 적용이 가능하다. 특히, 화학플랜트, 파이프, 해양플랜트 등과 같이 극한의 환경에서 활용하는 예가 많아지고 있다.
한편, 극한의 환경에 활용되는 스테인리스강은, 충분한 충격인성과 내식성이 요구되고 있다. 그러나 페라이트상의 경우, 연성-취성 천이온도(DBTT: Ductile-Brittle Transition Temperature)가 존재하여 저온 충격인성이 열위해지는 문제가 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 개시된 발명의 목적은, 합금성분 및 제조공정을 제어함으로써, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하고, 아래 식 (1)의 값이 1.7 초과 2.5 미만일 수 있다.
식 (1): (Cr+Mo+1.5Si) / (Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.5Cu)
상기 식 (1)에서, Cr, Mo, Si, Ni, C, N, Mn 및 Cu는 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 면적분율로, 오스테나이트상 분율이 40 내지 60%일 수 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 아래 식 (2)의 값이 33 내지 44일 수 있다.
식(2): Cr + 3.3Mo + 16N
상기 식 (2)에서, Cr, Mo 및 N은 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, -46℃에서 저온 충격인성이 100J 이상일 수 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, AlN 석출물 분해온도가 1150℃이하일 수 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하는 잉곳을 제조하는 단계; 상기 잉곳을 1200 내지 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열한 잉곳을 열간압연하여 열연판재를 제조하는 단계; 상기 열연판재를 1100 내지 1150℃에서 15 내지 60분간 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 재가열하는 단계는, 150분 이상 600 분 이하로 수행할 수 있다.
상기 열연판재는, 엣지 크랙이 30mm 미만일 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 합금성분 및 제조방법을 제어하여 저온 충격인성을 향상시킨 이상 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이하에서는 개시된 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시된 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 개시된 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 개시된 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함할 수 있다.
C(탄소)의 함량은 0.05% 이하 일 수 있다.
C는 고용강화에 의한 강도 증가에 유효한 원소이다. 그러나, C의 함량이 과다한 경우에는, 페라이트-오스테나이트 상 경계에서 내식성에 유효한 Cr등의 원소들과 쉽게 결합하여 탄화물을 형성할 수 있다. 따라서, C의 함량이 과다한 경우에는, 결정립계 주위의 Cr 등의 함량을 낮추어 내식성을 떨어뜨릴 수 있다. 이를 고려하여, C 함량의 상한은 0.05%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, C의 함량은 0.03% 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.023% 이하일 수 있다.
Si(실리콘)의 함량은 1.0% 이하 일 수 있다.
Si은 탈산 효과를 유도하고, 페라이트 안정화를 위해 일부 첨가될 수 있다. 그러나, Si의 함량이 과다한 경우에는, 충격인성과 관련된 기계적 특성을 저하시킬 수 있다. 이를 고려하여, Si 함량의 상한은 1.0%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Si의 함량은 0.7% 이하일 수 있다.
Mn(망간)의 함량은 2.0% 이하 일 수 있다.
Mn은 용탕 유동도를 조절하기 위해 일부 첨가할 수 있다. 또한, Mn은 Ni 대치용으로 함량을 증가시킬 수 있고, 열간가공성 향상 효과를 얻을 수 있다. 그러나, Mn의 함량이 과다한 경우에는, 강 중의 S와 결함하여 MnS를 형성하고 내식성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, Mn의 함량이 과다한 경우에는, 열간가공성이 열위해질 수 있다. 이를 고려하여, Mn 함량의 상한은 2.0%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Mn의 함량은 1.8% 이하일 수 있다.
Cr(크롬)의 함량은 22 내지 28%일 수 있다.
Cr은 Mo와 함께 페라이트 안정화 원소로써, 이상 스테인리스강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 수 있다. 또한, Cr은 내식성 확보에 필수적인 원소이다. 이를 고려하여, Cr은 22% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Cr의 함량이 과다한 경우에는, 고가의 Ni 함량도 비례적으로 증가되어야 하고, 취성을 유발하는 시그마상의 석출을 조장할 수 있다. 따라서, Cr의 함량이 과다한 경우에는, 이상 스테인리스강의 상 분율을 유지하면서 적정한 내식 수준을 확보하기 어려울 수 있다. 이를 고려하여, Cr 함량의 상한은 28%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Cr의 함량은 22.2 내지 27.2%일 수 있다.
Ni(니켈)의 함량은 4 내지 10%일 수 있다.
Ni은 Mn 및 N와 함께 오스테나이트 안정화 원소로써, 이상 스테인리스강의 오스테나이트 상 분율을 확보하는데 효과적인 원소이다. 또한, Ni 함량을 감소시키고, 대체 원소로써 Mn 및 N의 함량을 증가시키면, 내식성 및 열간가공성이 열위해질 수 있다. 이를 고려하여, Ni은 4% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Ni의 함량이 과다한 경우에는, 가격경쟁력이 떨어질 수 있다. 이를 고려하여, Ni 함량의 상한은 10%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Ni의 함량은 5.0 내지 7.2%일 수 있다.
Mo(몰리브덴)의 함량은 2 내지 4%일 수 있다.
Mo은 Cr과 같이 페라이트 안정화 원소인 동시에 강력한 부식저항성 향상 원소이다. 이를 고려하여, Mo은 2% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Mo의 함량이 과다한 경우에는, 가격경쟁력이 떨어질 수 있고, 열처리 시 쉽게 시그마상이 형성되어 내식성 및 충격인성이 떨어질 수 있다. 이를 고려하여, Mo 함량의 상한은 4%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Mo의 함량은 2.6 내지 3.9%일 수 있다.
Cu(구리)의 함량은 1.0% 이하일 수 있다.
Cu는 오스테나이트 안정화 원소로써, 황산 분위기에서의 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이다. 그러나, Cu의 함량이 과다한 경우에는, 염소 분위기에서 공식저항성을 감소시키고, 열간가공성이 떨어질 수 있다. 이를 고려하여, Cu 함량의 상한은 1.0%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Cu의 함량은 0.72% 이하일 수 있다.
N(질소)의 함량은 0.1 내지 0.3%일 수 있다.
N은 이상 스테인리스강에서 Ni와 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소이다. 또한, N은 내식성을 향상시키고 고강도화를 구현하는데 효과적인 원소이다. 이를 고려하여, N은 0.1% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, N의 함량이 과다한 경우에는, 열간가공성이 감소되어 실수율이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, N 함량의 상한은 0.3%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, N의 함량은 0.14 내지 0.25%일 수 있다.
Al(알루미늄)의 함량은 0.01 내지 0.05%일 수 있다.
Al은 강의 탈산에 효과적인 원소이다. 이를 고려하여, Al은 0.01% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Al의 함량이 과다한 경우에는, N과 쉽게 결합하여 AlN을 형성할 수 있다. 따라서, Al의 함량이 과다한 경우에는, AlN 으로 인해 충격인성 및 내식성이 떨어질 수 있다. 이를 고려하여, Al 함량의 상한은 0.05%로 제한될 수 있다. 바람직하게는, Al의 함량은 0.015 내지 0.048%일 수 있다.
O(산소)의 함량은 0.01% 이하일 수 있다.
O는 비금속 개재물의 대표인 산화물을 구성하는 유해한 원소이다. 따라서, O의 함량이 과다한 경우에는, 입계에 편석되어 입계 청정도가 감소되어 열간가공성이 떨어질 수 있다. 또한, O의 함량이 과다한 경우에는, 조대한 클러스터 형상의 산화물이 생성되면서 표면 결함이 발생할 수 있다. 이를 고려하여, O 함량의 상한은 0.01% 이하로 제한될 수 있다. 바람직하게는, O의 함량은 0.008% 이하일 수 있다.
본 발명의 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.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 아래 식 (1)의 값이 1.7 초과 2.5 미만일 수 있다.
식 (1): (Cr+Mo+1.5Si) / (Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.5Cu)
상기 식 (1)에서, Cr, Mo, Si, Ni, C, N, Mn 및 Cu는 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
이상 스테인리스강은 오스테나이트상과 페라이트상이 모두 존재하는 미세조직을 갖는다. 일반적으로 오스테나이트상은 충격인성이 우수하지만, 페라이트상은 연성-취성 천이온도(DBTT: Ductile-Brittle Transition Temperature)가 존재하고, 저온 충격인성이 급격히 저하되는 특징을 갖는다.
따라서, 이상 스테인리스강의 저온 충격인성을 향상시키기 위해서는 상 분율이 중요한 인자이다. 특히, 오스테나이트상의 비율이 상대적으로 높을 때 저온 충격인성이 우수할 수 있다.
한편, 이상 스테인리스강은 각 상의 비율이 40 내지 60%인 강을 말한다. 따라서, 오스테나이트상 분율이 60% 이상으로 제어한 강은 이상 스테인리스강의 범주에 포함될 수 없다.
이상 스테인리스강은 합금성분을 제어함으로써 상 분율을 제어할 수 있다.
오스테나이트 상을 안정화하는 대표적인 원소는 Ni이고, Ni과 유사한 역할을 하는 원소는 C, N, Mn, Cu 등이 있다. 따라서, Ni 당량은 Ni, C, N, Mn, Cu등의 합금원소로 구성될 수 있다.
페라이트 상을 안정화하는 대표적인 원소는 Cr이고, Cr과 유사한 역할을 하는 원소는 Mn, Si등이 있다. 따라서, Cr 당량은 Cr, Mn, Si등의 합금원소로 구성될 수 있다.
따라서, Cr 당량과 Ni 당량의 비율을 통해 페라이트 상과 오스테나이트 상의 분율을 제어할 수 있다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같다.
식 (1): (Cr+Mo+1.5Si) / (Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.5Cu)
상기 식 (1)에서, Cr, Mo, Si, Ni, C, N, Mn 및 Cu는 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
식 (1)의 값이 클수록 페라이트 상 분율이 증가하고, 식(1)의 값이 작을수록 오스테나이트 상 분율이 증가한다.
식 (1)의 값이 2.5 이상일 경우에는, 페라이트 상 분율이 지나치게 높아 저온 충격인성이 떨어질 수 있다. 그러나, 식 (1)의 값이 1.7 이하인 경우에는, 오스테나이트 상의 분율이 60%를 초과하여 이상 스테인리스강 범주에 포함될 수 없다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 합금주성 및 제조방법을 제어함으로써, 면적분율로, 오스테나이트상 분율이 40 내지 60%일 수 있다. 나머지는 페라이트상일 수 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 아래 식 (2)의 값이 33 내지 44일 수 있다.
식(2): Cr + 3.3Mo + 16N
상기 식 (2)에서, Cr, Mo 및 N은 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
식 (2)의 값이 33 미만일 경우에는, 목표로 하는 고내식성을 달성하기 어려울 수 있다. 그러나, 식 (2)의 값이 44를 초과하는 경우에는, 고가 원소 함량이 증가하여 가격경쟁력이 떨어질 수 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, 합금성분 및 제조방법을 제어함으로써, -46℃에서 저온 충격인성이 100J 이상일 수 있다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강은, AlN 석출물 분해온도가 1150℃이하일 수 있다.
Al 질화물의 석출은 이상 스테인리스강의 저온 충격인성을 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서, 이상 스테인리스강의 저온 충격인성을 향상시키기 위해서는 Al 질화물을 완전히 분해할 필요가 있다.
AlN은 Al의 함량에 따라 열역학적으로 분해되는 온도가 결정될 수 있다. Al 함량이 높아질수록 석출물이 안정화되어 AlN이 완전히 분해되는 온도가 높아진다.
개시된 발명에서는 이상 스테인리스강의 열처리 온도는 1100 내지 1150℃ 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 온도가 1150℃를 초과하는 경우에는, 페라이트 상 분율이 높아질 뿐만 아니라, 열처리 설비에도 부하를 줄 수 있다. 따라서, AlN 석출물 분해 온도는 1150℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 개시된 발명에서 AlN 석출물의 분해온도는 이상 스테인리스강의 합금성분에 대하여 Thermo-Calc 열역학 계산 프로그램을 이용하여 계산한 결과이다.
다음으로, 개시된 발명의 다른 일 측면에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강의 제조방법에 대해 설명한다.
일 실시예에 따른 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강의 제조방법은, 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하는 잉곳을 제조하는 단계; 상기 잉곳을 1200 내지 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열한 잉곳을 열간압연하여 열연판재를 제조하는 단계; 상기 열연판재를 1100 내지 1150℃에서 15 내지 60분간 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 각 합금조성의 성분범위 수치 한정 이유는 상술한 바와 같으며, 이하 각 제조단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 합금조성을 만족하는 잉곳을 제조한 후, 일련의 재가열, 열간압연 및 열처리하는 공정을 거칠 수 있다.
먼저, 상기 잉곳을1200 내지 1250℃로 재가열로 재가열할 수 있다.
상기 재가열 온도가 낮을 경우에는, 잉곳 제조 중 생성된 조대한 석출물들을 재분해하기 어려울 수 있다. 이를 고려하여, 가열 온도는 1200℃이상일 수 있다. 그러나, 가열 온도가 지나치게 높을 경우에는, 내부 결정립이 너무 조대해질 수 있다. 이를 고려하여, 가열 온도의 상한은 1250℃로 제한될 수 있다.
상기 재가열하는 단계는, 150분 이상 600분 이하로 수행할 수 있다.
재가열 수행 시간이 짧을 경우에는, 잉곳 중 석출물 재분해가 충분히 이루어지기 어려울 수 있다. 그러나, 재가열 수행 시간이 긴 경우에는, 설비 가동비용 증가로 가격경쟁력이 떨어질 수 있다.
상기 재가열한 잉곳은 열간압연하여 열연판재를 제조할 수 있다. 상기 열연판재는 열간압연을 통해 두께가 20mm일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 목적 및 기능에 따라 열연판재의 두께는 달라질 수 있다.
상기 열연판재는, 엣지 크랙이 30mm 미만일 수 있다.
강 제조 중 탈산이 충분히 이루어지지 않을 경우에는, O의 함량이 증가하여 열간가공성이 저하될 수 있다. 열간가공성이 저하될 경우에는, 열간압연 중 엣지 크랙이 발생하여 실수율을 하락시키므로, 상업적으로 활용하기 어렵다.
상기 열연판재는 1100 내지 1150℃에서 15분 내지 60분간 열처리할 수 있다.
열처리 온도가 너무 낮거나 열처리 수행 시간이 짧은 경우에는, 압연에 의한 응력을 충분히 제거하기 어렵다. 또한, 열처리 온도가 너무 낮거나 열처리 수행 시간이 짧은 경우에는, AlN 분해가 충분히 이루어지지 않아 저온 충격인성이 떨어질 수 있다.
그러나, 열처리 온도가 너무 높거나 열처리 수행 시간이 긴 경우에는, 결정립이 지나치게 조대화될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
아래 표 1에 나타낸 다양한 합금 성분범위에 대하여, 진공유도 용해로에서 잉곳을 제조했다. 제조된 잉곳은 1240℃의 가열로에서 3시간 유지하여 재가열한 후, 열간압연하여 20mm 두께의 열연판재를 제조했다. 다음으로, 1110℃에서 30분간 열처리한 후 수냉하여 시편을 제조했다.
구분 합금성분
(중량%)
C Si Mn Cr Ni Mo N Al Cu O
실시예1 0.022 0.5 1.5 22.2 5.2 2.6 0.160 0.021 0.100 0.007
실시예2 0.022 0.7 1.7 22.3 5.3 2.6 0.140 0.024 0.520 0.007
실시예3 0.014 0.3 1.8 22.7 5.4 3.0 0.165 0.032 0.720 0.007
실시예4 0.013 0.3 1.8 22.7 5.5 3.1 0.172 0.030 0.320 0.007
실시예5 0.012 0.6 1.8 22.5 5.7 3.1 0.160 0.045 0.300 0.006
실시예6 0.011 0.6 1.8 22.5 5.1 2.8 0.150 0.039 0.450 0.006
실시예7 0.013 0.6 1.8 22.4 5.2 2.8 0.160 0.048 0.260 0.005
실시예8 0.018 0.4 1.6 25.2 7.1 3.2 0.240 0.015 0.000 0.008
실시예9 0.018 0.4 1.6 25.4 7.2 3.5 0.250 0.016 0.210 0.007
실시예10 0.023 0.7 1.6 27.2 7.2 3.9 0.200 0.015 0.350 0.007
비교예1 0.023 0.5 1.5 22.3 5.2 2.6 0.170 0.000 0.120 0.012
비교예2 0.021 0.5 1.5 22.1 5.1 2.5 0.170 0.071 0.110 0.003
비교예3 0.020 0.5 1.5 22.2 5.1 2.5 0.160 0.084 0.240 0.003
비교예4 0.021 0.4 1.5 25.6 5.2 3.2 0.160 0.028 0.120 0.007
비교예5 0.013 0.5 1.4 22.8 5.0 2.7 0.140 0.037 0.310 0.006
비교예6 0.014 0.5 1.7 25.6 7.4 3.6 0.280 0.092 0.300 0.002
아래 표 2에는 식 (1) 값, 식 (2) 값, 엣지크랙 깊이, 오스테나이트 상 분율, AlN 분해 온도 및 -46℃ 저온 충격인성을 나타냈다.
식 (1) 값은 아래 식 (1)을 통해 계산했다.
식 (1): (Cr+Mo+1.5Si) / (Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.5Cu)
상기 식 (1)에서, Cr, Mo, Si, Ni, C, N, Mn 및 Cu는 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
식 (2) 값은 아래 식 (2)를 통해 계산했다.
식(2): Cr + 3.3Mo + 16N
상기 식 (2)에서, Cr, Mo 및 N은 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다.
엣지크랙 깊이는, 열간가공성과 관련된 인자이다. 엣지크랙 깊이가 깊을수록 강재의 실수율을 하락시킬 수 있다.
엣지크랙 깊이는, 상기 열연판재의 단면을 광학현미경을 통해 측정했다.
오스테나이트 상 분율은, 단면을 경면 연마한 후, baraha 용액으로 에칭하여 미세조직을 노출시킨 뒤, 상 면적율을 광학현미경을 이용하여 ASTM E1245에 의거해 측정했다.
AlN 분해 온도는, 각 시편의 합금성분에 대하여, 일반적으로 활용되는 Thermo-Calc 열역학 계산 프로그램을 활용하여 계산하였다. Thermo-Calc을 활용하면, 온도에 따른 각 성분원소 간의 결합 및 분해에 필요한 에너지를 계산하여, 온도별 안정한 상태의 화합물을 확인함으로써, AlN이 분해되기 시작하는 온도를 알 수 있다.
-46℃ 저온 충격인성은, Zwick Roell사의 충격시험기를 통해 -46℃의 저온에서 측정했다.
구분 식 (1) 식 (2) 엣지크랙 깊이
(mm)		 오스테나이트 상 분율
(%)		 AlN 분해 온도
(℃)		 -46℃ 저온 충격인성
(J)
실시예1 2.2 33.3 ≤20mm 53 1023 161
실시예2 2.3 33.2 ≤20mm 51 1040 158
실시예3 2.2 35.3 ≤20mm 57 1078 139
실시예4 2.2 35.7 ≤20mm 54 1070 157
실시예5 2.2 35.3 ≤20mm 54 1139 101
실시예6 2.4 34.1 ≤20mm 48 1110 131
실시예7 2.3 34.2 ≤10mm 51 1148 125
실시예8 1.9 39.6 ≤20mm 56 890 229
실시예9 1.8 41.0 ≤20mm 60 1023 232
실시예10 2.2 43.3 ≤20mm 53 890 241
비교예1 2.2 33.6 ≥30mm 54 0 255
비교예2 2.2 33.1 ≤5mm 55 1235 27
비교예3 2.2 33.0 ≤5mm 54 1269 23
비교예4 2.6 38.7 ≤20mm 38 1056 92
비교예5 2.5 34.0 ≤20mm 40 1118 87
비교예6 1.7 42.0 ≤5mm 60 1290 21
표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 10은 개시된 발명에서 제시하는 합금성분, 식 (1), 식 (2) 및 제조방법을 만족했다. 따라서, 오스테나이트상 분율이 40 내지 60%, -46℃에서 저온 충격인성이 100J 이상, AlN 석출물 분해온도 1150℃이하 및 엣지크랙 깊이 30mm 미만을 만족했다. 즉, 실시예 1 내지 10은 열간가공성이 저하되지 않으면서, 저온 충격인성이 우수했다.
그러나, 비교예 1은, Al을 첨가하지 않아 강 중 O 함량이 지나치게 높았다. 따라서, 비교예 1은 열간가공성이 열위하여 엣지크랙 깊이 30mm 미만을 만족하지 못했다. 즉, 비교예 1은 상업적으로 활용하기 어려웠다.
비교예 2, 3 및 6은, Al 함량이 높아 AlN 분해온도 1150℃ 이하를 만족하지 못했다. 따라서, 비교예 2, 3 및 6은, -46℃에서 저온 충격인성이 100J 이상을 만족하지 못했다. 즉, 비교예 2, 3 및 6은, 저온 충격인성이 열위했다.
비교예 4 및 5는, 개시된 발명에서 제시하는 합금성분을 만족했지만, 식 (1) 값이 2.5 이상이었다. 따라서, 비교예 4 및 5는, 오스테나이트 상 분율이 낮아 -46℃에서 저온 충격인성이 100J 이상을 만족하지 못했다. 즉, 비교예 4 및 5는, 저온 충격인성이 열위했다.
개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하고,
    아래 식 (1)의 값이 1.7 초과 2.5 미만인, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강.
    식 (1): (Cr+Mo+1.5Si) / (Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.5Cu)
    (상기 식 (1)에서, Cr, Mo, Si, Ni, C, N, Mn 및 Cu는 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다)
  2. 청구항 1에 있어서,
    면적분율로, 오스테나이트상 분율이 40 내지 60%인, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강.
  3. 청구항 1에 있어서,
    아래 식 (2)의 값이 33 내지 44인, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강.
    식(2): Cr + 3.3Mo + 16N
    (상기 식 (2)에서, Cr, Mo 및 N은 각 합금원소의 함량(중량%)를 의미한다)
  4. 청구항 1에 있어서,
    -46℃에서 저온 충격인성이 100J 이상인, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강.
  5. 청구항 1에 있어서,
    AlN 석출물 분해온도가 1150℃이하인, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강.
  6. 중량%로, C: 0.05% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 22~28%, Ni: 4~10%, Mo: 2~4%, Cu: 1.0% 이하, N: 0.1~0.3%, Al: 0.01~0.05%, O: 0.01% 이하 및 나머지는 Fe와 피할 수 없는 불순물을 포함하는 잉곳을 제조하는 단계;
    상기 잉곳을 1200 내지 1250℃로 재가열하는 단계;
    상기 재가열한 잉곳을 열간압연하여 열연판재를 제조하는 단계;
    상기 열연판재를 1100 내지 1150℃에서 15 내지 60분간 열처리하는 단계를 포함하는, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 재가열하는 단계는, 150분 이상 600분 이하로 수행하는, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 열연판재는, 엣지 크랙이 30mm 미만인, 저온 충격인성이 향상된 이상 스테인리스강의 제조방법.
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