WO2016129925A1

WO2016129925A1 - 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2016129925A1
Application number: PCT/KR2016/001377
Authority: WO
Inventors: 김국진
Original assignee: 주식회사 하이스텐
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2016-08-18
Also published as: CN107002163B; CN107002163A

Abstract

본 발명은 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅을 1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계;를 포함하는 것으로, 본 발명의 적정 페라이트 분율과 투자율로 내부식성이 향상된 얇은 두께의 중공형의 피팅 제품은 열처리 후의 후처리 공정이 없으며, 가열 후 부동태 처리를 하기 때문에 소재의 표면이 산화되는 것을 방지하여 스테인리스 스틸 고유의 광택이 유지되며, 적정 페라이트 분율과 투자율로 조정하여 내부식성이 향상되는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법

본 발명은 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품(이하 “엘보, 티, 소켓, 유니온 등 관이음새와 볼밸브 등의 밸브류”를 의미한다.) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소재투입 후 가열부와 급랭부 및 서냉부의 순으로 열처리를 연속적으로 완료하는 것으로, 소재를 가열부에서 1030~1200℃ 사이에서 페라이트 조직 분율 처리 및 표면이 산화되는 것을 방지하여, 적정 페라이트 분율과 투자율로 조정하여 내부식성이 향상되는 것이 특징인 스테인리스 스틸 주강품 제품 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속을 단련시키기 위해서는 열처리 공정이 필요하며, 고용화 처리는 강의 합금 성분을 고용체로 용해하는 온도 이상으로 가열하고 충분한 시간 동안 유지한 다음 급랭하여 합금 성분의 석출을 저해함으로써 상온에서 고용체의 조직을 얻는 열처리를 말한다.

일반적인 고용화 처리는 1030~1200℃ 부근에서 가열해서 전기로에서 일정 시간을 두고 꺼내서 물에 급랭을 하고 있다.

이때, 표면이 산화하여 스테인리스 고유 광택이 없는 검은 스케일이 두껍게 생성되는 것은 숏 브라스팅해서 산처리하고, 상태에 따라 2차 숏브라스팅, 산처리하는 공정이 이어진다.

숏 블라스트는 주조한 후 주물 표면에 붙어 있는 모래를 떨어내거나 표면처리를 깨끗이 하는 장치로서, 숏 또는 그릿이라고 하는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 매분 약 2,000 회전의 고속으로 회전시켜 모래가 녹아 붙은 주물에 투사하면 원심력에 의하여 자동적으로 주물 표면이 깨끗해진다.

숏 또는 그릿 대신 모래를 사용한 샌드블라스트(sand blast)보다 10분의 1정도의 시간으로 작업을 끝낼 수가 있다.

특히, 스테인리스강 고용화 열처리는(solution treatment of austenite stainless steel) 오스테나이트계 스테인리스(SSC13, SSC14 등)강이나 고 망간강 등을 고용화 온도에서 수냉하여 완전한 오스테나이트 조직을 얻기 위한 고용화 열처리를 말한다.

또한, 광휘 열처리(bright heat treatment)는 광택이 나는 강의 표면을 그대로 갖도록 강의 산화 탈탄을 방지하면서 하는 열처리를 총칭해서 하는 말이다.

광휘 열처리는 적당한 환원성 또는 중성 분위기로 내지 진공로 중에서 가열, 냉각해서 행한다.

여기에는 광휘 담금질, 광휘 풀림 등이 있다.

그리고 소둔(annealing)은 뜨임이라고 하며, 철을 가열하여 서서히 냉각시켜 연하게 만드는 공법으로서, 입자가 미립화하여 조직이 치밀하고 인장강도, 항복점, 신율 등이 증가되는 공법이다.

이러한 광휘열처리 및 소둔법에 관한 종래문헌으로는 등록특허공보 제0758488호(광휘소둔 시스템의 냉각 블로워 속도 제어장치 및 방법)에 광휘소둔 시스템에서 냉각대의 냉각 블로워의 회전 속도를 제어하는 장치에 있어서, 상기 냉각 블로워 내의 수소 함유량을 검출하는 수소함유량 검출부; 상기 수소함유량 검출부에서 검출된 수소함유량에 따른 냉각 블로워 속도(S1)를 계산하는 속도계산부; 상기 수소함유량 검출부에서 검출된 수소 함유량을 미리 설정된 기준치와 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 속도계산부에서 계산된 냉각 블로워 속도(S1)와 운전자가 사전에 입력한 냉각 블로워 속도(S2) 중 선택적으로 출력하되, 상기 검출된 수소 함유량이 상기 기준치 미만이면 상기 속도계산부에서 계산된 냉각 블로워 속도(S1)을 출력하고, 상기 기준치 이상이면 상기 운전자가 입력한 냉각 블로워 속도(S2)를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 냉각 블로워 속도로 상기 냉각 블로워를 구동하는 구동부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광휘소둔시스템의 냉각 블로워 속도 제어장치가 기재되어 있다.

또 다른 종래문헌으로는 등록특허공보 제0964904호(소둔로용 가열장치)에 강판을 가열하도록 가열대의 내측 상/하부에 설치된 복수개의 버너와, 상기 각 버너에서 서로 다른 열량의 화염이 발생되도록 가스 및 연소공기를 공급하는 제 1 공급부 및 제 2 공급부를 포함하고, 상기 제 1 공급부는 버너에 가스를 공급하는 제 1 가스 공급관 및 제 1 연소공기 공급관과, 상기 제 1 가스 공급관을 통하여 공급되는 가스의 양을 조절하기 위한 제 1 가스밸브 및 제 1 가스 조절밸브와, 상기 제 1 가스 밸브를 통하여 공급되는 가스양을 표시하는 제 1 가스용 유량계와, 상기 제 1 연소공기 공급관을 통하여 공급되는 연소공기의 양을 조절하기 위한 제 1연소공기 밸브 및 제 1연소공기 조절밸브와, 상기 제 1 연소공기 밸브 및 제 1 연소공기 조절밸브를 통하여 공급되는 연소공기양을 표시하는 제 1 연소공기용 유량계로 이루어지고, 상기 제 2 공급부는 버너에 가스를 공급하는 제 2 가스 공급관 및 제 2 연소공기 공급관과, 상기 제 2가스 공급관을 통하여 공급되는 가스의 양을 조절하기 위한 제 2 가스 밸브 및 제 2 가스 조절밸브와, 상기 제 2 가스 밸브를 통하여 공급되는 가스양을 표시하는 제 2 가스용 유량계와, 상기 제2 연소공기 공급관을 통하여 공급되는 연소공기의 양을 조절하기 위한 제 2 연소공기 밸브 및 제 2연소공기 조절밸브와, 상기 제 2 연소공기 밸브 및 제 2 연소공기 조절밸브를 통하여 공급되는 연소 공기양을 표시하는 제 2 연소공기용 유량계로 이루어지고, 상기 제 1 공급부는 300계 스테인리스를 가열할 수 있는 제어범위로 구성되고, 제 2 공급부는 400계 스테인리스를 가열할 수 있는 제어범위로 구성됨을 특징으로 하는 소둔로용 가열장치가 기재되어 있다.

그러나, 일반 광휘 열처리로에서는 급랭이 되지 않아서 고용화율이 낮으며, 그 기계만으로 주조품 표면에 물기가 묻으면 금방 산화되므로 제품불량을 야기하기도 하며, 스테인리스 주조품을 대기중에 광휘 열처리하면 그 표면에 탄화 스케일이 생성되고, 열처리 후 산세나 광택을 필요로 하므로 후처리공정이 필요하게 되며, 페라이트 분율과 투자율이 높고 균일화되지 않아, 내부식성이 저하되는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스테인리스를 고온 가열한 후에 부동태 처리를 하여, 고용화 및 소재표면이 산화되는 단점을 해결하고, 적정 페라이트 분율과 투자율로 내부식성이 향상되며, 기존 광휘 소둔로에서 번갈아 하였던 숏 블라스트 및 산처리 공정을 없앤 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅을 1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계를 포함하는 것과 폐수 발생이 없는 산처리 공법으로 부동태 처리를 하여 친환경적인 작업을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 적정 페라이트 함량과 투자율로 내부식성이 향상된 얇은 두께의 중공형의 피팅 제품 및 그 제조방법은 열처리 후의 후처리 공정이 없으며, 스테인리스 스틸 고유의 광택이 유지되며, 적정 페라이트 분율과 투자율로 내부식성이 향상되는 등의 현저한 효과가 있다.

도 1은 ASTM 규격 화학 부식 테스트 결과도(무게 감소율 %).

도 2는 1130℃의 일정 온도에서 열처리한 후 급냉하였을 때, 열처리에 따른 브리넬 경도 측정값을 나타낸 그래프.

도 3은 1130℃에서 10분 유지한 각 시험편의 두께에 따른 델타 페라이트 분율 변화를 나타낸 그래프.

도 4는 오스테나이트 고용화율과 델타 페라이트 분율의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 열처리 전과 후의 투자율의 변화를 나타낸 그래프.

도 6은 1130℃에서 열처리후 부동태 처리에 따른 부식률 변화를 보여주고 있는 그래프.

본 발명은 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅을 1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열처리 단계 이후, 잔류온도가 50℃ 내에서 부동태 처리를 하는 단계가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열처리 단계 이후, 상온에서 15분 뒤 부동태 처리를 하는 단계가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부동태 처리 후 피팅 외부를 공냉하는 공냉단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테인리스 스틸의 성분비율은 탄소 0중량％초과 ∼ 0.09중량% 이하, 규소 0중량％초과 ∼ 2.5중량% 이하, 망간 0중량％초과 ∼ 2.5중량%이하, 황 0중량％초과 ∼ 0.05중량%이하, 인 0중량％초과 ∼ 0.05중량%이하, 니켈 7 ~ 15중량%, 크롬 16 ~ 22중량%, 잔부는 철인 것을 특징으로 한다.

그리고 본발명은 스테인리스 스틸 재질의 주강품을 상기의 방법에 의해 제조하되, 페라이트 분율이 2.0% 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테인리스 스틸 주강품의 투자율은 1.5이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테인리스 스틸의 성분 중 몰리브덴 4중량% 이하가 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅 제품을1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계; 이후, 고온에서 열처리된 스테인리스 주강품을 급냉하는 2단계; 급냉한 스테인리스 주강품을 부동태 처리하는 3단계; 과정에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 부동태 처리는 20∼40℃에서 5분 이내에 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테인리스 주강품은 폐라이트 분율이 0% 초과 ∼ 5% 이하이고, 연신율이 35 ∼ 50%인 것을 특징으로 한다.

본 발명 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 및 그 제조방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 ASTM 규격 화학 부식 테스트 결과(무게 감소율%)이다.

이하, 본 발명 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 피팅 제품 및 그 제조방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 적정 페라이트 함량과 투자율로 내부식성이 향상된 얇은 두께(1.5 ~ 10 mm)의 중공형의 피팅 제품 및 그 제조방법은 도입부를 통해 소재투입 후 가열부와 부동태 처리부 순으로 열처리를 연속적으로 완료하는 것으로, 소재를 가열부에서 1030~1200℃ 사이에서 고온 가열하여 고용화 처리 및 표면이 산화되는 것을 방지한 후, 부동태 처리부에서 산화막을 형성하는 것이 특징이다.

이러한 적정 페라이트 분율과 투자율로 내부식성이 향상된 얇은 두께의 중공형의 피팅 제품 및 그 제조방법을 위한 장치는 소재가 투입되는 도입부와; 상기 도입부의 후단에 설치되어 도입부에서 이송되어진 소재를 가열하는 가열부와; 상기 가열부의 후단에 설치되어 가열부에서 가열된 소재에 산화막을 형성시키는 부동태 처리부로 구성되되, 상기 도입부와 가열부 그리고 부동태 처리부는 동일한 이송수단을 통해 소재를 이동하도록 이루어져 있는 것이 특징이다.

한편, 가열부와 급랭부산소와의 접촉을 최대한 피하는 것이 바람직하기 때문에 지면으로부터 되도록 상부 측에 위치하도록 하기에 가열부로 소재가 이송되는 도입부는 상부로 상승하도록 설치되며, 또한 내부로 산소가 들어가지 못하도록 질소가스로 형성된 입구커튼을 설치하고, 가열부와 연결되는 부분에는 소각장치를 설치하여 산소가 연소되도록 하였다.

즉, 상기 소각장치는 토오치와 같이 불꽃을 형성시키는 장치로서 결국 외부공기와 내부를 차단하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 가열부는 내부벽면이 내화벽돌로 형성되어 있으며, 상부는 세라믹 울(Ceramic wool)로 형성되어 있다.

내화벽돌은 관용의 몰타르에 의해 조적되게 된다.

그리고 외부벽면은 내화벽돌로부터 이격되어 내부벽면과 외부벽면 사이에 공간이 형성되도록 구성되어 있다.

상술한 구성을 가지는 가열부에서 소재는 1030~1200℃까지 고온 가열하여 고용화 처리된다.

가열부는 온도가 상승하는 구간과 상승한 온도가 유지되는 구간으로 나누어져 있다.

그리고 본 발명은 특히 적정 페라이트 분율과 투자율로 내부식성이 향상된 얇은 두께의 중공형의 피팅인 엘보, 티, 소켓, 유니온, 볼밸브 등의 제품에 관한 것이다.

종래 SSC13, SSC14 스테인리스 주조 관이음쇠는 두께가 약 1.5mm부터 10mm 이내이며 관이음쇠 특성상 파이프와 연결되므로 8A ~ 80A 사이즈의 제품이다. 그리고 내부가 비어있는 중공형이면서 여러 형상 즉 엘보, 티, 소켓, 유니온, 볼밸브 형으로 되어있다.

그러나 본 발명은 제품의 페라이트 분율 2.0% 이하, 투자율 1.5이하에서 ASTM 규격 화학적 내식성 테스트를 적용한 결과 무게 감소율이 다른 제품과 비교했을 때 2배에 5배 저하되어 결국, 내부식성이 약 2~5배 향상되는 효과를 보였다{도 1 ASTM 규격 화학 부식 테스트 결과(무게 감소율 %)}

0 번 일반제품 : 페라이트 분율 12%, 투자율 3.7

1~7번 발명 제품 : 페라이트 분율 1%, 투자율 1

그리고 본발명은 상기 열처리 단계 이후 잔류온도가 50℃ 내에서 즉시 10초간 부동태 처리를 하는 단계가 더 추가된다.

또한, 상기 열처리 단계 이후 상온에서 15분 뒤 10초간 부동태 처리를 하는 단계가 더 추가될 수 있다.

상기 부동태 처리후에는 공냉단계를 거쳐서 공냉한다.

본 발명은 실시례로서, 특히 스테인리스 스틸 STS304을 고주파용해로에서 용해한 후에 피팅형상으로 주조하였다. 주형 외부를 공냉하였고, 주조재는 실제 상하수도관등에 사용되는 50A의 90°엘보우형태의 관이음쇠(이하 시험편)이며 주조재의 화학적 조성은 탄소 0중량％초과 ∼ 0.09중량% 이하, 규소 0중량％초과 ∼ 2.5중량% 이하, 망간 0중량％초과 ∼ 2.5중량%이하, 황 0중량％초과 ∼ 0.05중량%이하, 인 0중량％초과 ∼ 0.05중량% 이하, 니켈 7 ~ 15중량%, 크롬 16 ~ 22중량%, 잔부는 철이다.

그리고 상기 스테인리스 스틸의 성분중 몰리브덴을 4 중량% 이하가 되게 혼합할 수 있다.

그리고. 이들 시편을 설정온도 ±2℃로 제어되는 열처리에 장입하고 1030~1200℃의 열처리온도에서 1시간 이내 각각 유지한 후에 시편을 급냉하였다. 열처리가 완료된 시편은 두께가 7.7t, 3t 가 되는 부위로 두께 방향과 수직이 되는 방향으로 마찰열을 방지하기 위해 밴드쏘를 사용하여 절단하였다. 절단된 면은 연마 및 정마하여 경도 측정, 미세조직을 관찰하고 내식성에 대한 화학적 실험을 실시하였다. 경도측정은 대경사제 모델의 브리넬 경도기를 사용하였고, 사용압자는 직경 10㎜ 의 강구이며, 적용 하중은 3,000 kg, 하중시간은 15 초 이다. 평면으로 연마된 한 개의 시편에 대하여 4 점의 측정위치에서 브리넬 경도를 측정하였다. 한편, 조직사진을 측정하기 위하여 시험편을 샌드페이퍼 220, 400, 600, 1000, 1200번으로 연마한 후 직경 3㎛ 의 다이아몬드로 연마하여 평탄한 거울면을 얻은 후 (질산 15㎖ + 염산 5㎖)의 에칭액에 5분간 침지하고 에칭이 완료된 후에는 물로 세정하고, 다시 알코올을 분무하여 블로어로 건조시켰다.

상술한 바와 같이 본 발명의 적정 페라이트 분율과 투자율로 내부식성이 향상된 얇은 두께의 중공형의 피팅 제품 제조방법은 열처리 후의 후처리 공정이 없으며, 가열 후 부동태 처리하기 때문에 소재의 표면이 산화되는 것을 방지하여 스테인리스 스틸 고유의 광택이 유지되며, 적정 페라이트 분율과 투자율로 조정하여 내부식성이 향상되는 등의 현저한 효과가 있다.

또한, 주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅 제품을 1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계;이후, 고온에서 열처리된 스테인리스 주강품을 급냉하는 2단계; 급냉한 스테인리스 주강품을 부동태 처리하는 3단계;과정에 의해 본 발명의 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품에 다음과 같은 과정에 의해 연신율을 향상시켰다.

상기 스테인리스 주강품은 성분비가 탄소 0중량％ 초과 ∼ 0.09중량% 이하, 규소 0중량％ 초과 ∼ 2.5중량% 이하, 망간 0중량％ 초과 ∼ 2.5중량% 이하, 황 0중량％ 초과 ∼ 0.05중량% 이하, 인 0중량％ 초과 ∼ 0.05중량% 이하, 니켈 7 ~ 15중량%, 크롬 16 ~ 22중량%, 잔부는 철인 것을 특징으로 한다.

이를, 더욱 상세히 설명하면, 먼저 SSC13을 고주파용해로에서 용해한 후에 주조하였다.

주형 외부는 자연 냉각하였고, 주조재는 실제 상하수도관 등에 사용되는 중공형 소형 엘보우 형태의 관이음쇠(이하 시험편)이며 주조재의 화학적 조성은 중량%로 C 0.076, Si 1.299, Mn 0.836, S 0.002, Ni 8.243, Cr 18.198과 잔부가 Fe로 이루어져 있다.

그리고, 이들 시편을 설정온도 ±2℃로 제어되는 열처리로에 장입하고, 1130℃의 열처리온도에서 10분 동안 각각 유지한 후에 급냉하였다.

열처리가 완료된 시편은 두께가 3mm 가 되는 부위로 두께 방향과 수직이 되는 방향으로 고속의 수냉 회전커트기로 절단하였다.

절단된 면은 연마 및 정마하여 경도 측정, 미세조직을 관찰하고 내식성에 대한 화학적 실험을 실시하였다.

경도측정은 대경사제 모델의 브리넬 경도기를 사용하였고, 평면으로 연마된 한 개의 시편에 대하여 4 점의 측정위치에서 브리넬 경도를 측정하였다.

한편, 미세조직을 관찰하기 위하여 다이아몬드로 연마하여 평탄한 거울면을 얻은 후, 에칭액(질산:염산 = 3:1)에 침지하고 에칭이 완료된 후에는 세정하고 건조시켰다.

그리고 내식성 실험을 위해 시험편을 샌드페이퍼로 연마한 후 시험편을 제작하여 ASTM A 262 시험 및 염수분무시험을 하였다.

부식생성물에 의한 실험결과의 오차를 최소화하기 위해 질산용액을 유동시키면서 측정하였다.

ASTM A 262에 근거한 실험 장치에 의해 부식 전 무게와 부식 후 무게 변화를 관찰하였다.

실험에 사용된 측정장치는 fischer사의 페라이트 측정기를 사용하였다.

페라이트 함량의 변화에 따른 자기적 성질의 변화를 측정하기 위하여 Severn Engineering Co.의 투자율 측정기를 사용하였으며 부식된 표면사진은 니콘 금속전자현미경으로 400배율로 관찰하였다.

최종적으로 준비된 시험편의 실험 조건은 5종류이다.

Specimen No.	Test conditions
1	No solution annealing & natural passivation
2	Solution annealing & natural passivation
2	Solution annealing & 10 second passivation at 34℃
4	Solution annealing & 10 second passivation at 23℃
5	AISI304

도 2는 1130℃의 일정 온도에서 열처리한 후 급냉하였을 때, 열처리에 따른 브리넬 경도 측정값을 나타낸 도표이다.

도 2에서 알 수 있듯이 1130℃에서 열처리한 경우 열처리하지 않은 경우에 비해서 낮은 경도 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.

5번 시편(AISI304)은 이미 고용화 열처리 된 제품이므로 열처리 이후 시편으로 간주하고 그 측정값만 나타내었다.

도 3은 1130℃에서 10분 유지한 각 시험편의 두께에 따른 델타 페라이트 분율 변화를 나타내고 있다.

열처리 후의 3번 시험편의 경우 낮은 페라이트 분율을 나타내고 있으며 열처리 전 4번 시험편이 가장 높은 페라이트 분율을 나타내고 있음을 알 수 있다.

그리고 열처리에 따라 페라이트 함량은 낮은 값을 나타내는 경향이 있음을 알 수 있었다.

열처리를 하지 않은 경우 결정립이 미세하고 델타 페라이트 상이 많이 존재하며 특히 결정입계에 델타 페라이트 상이 많이 존재하게 된다.

그리고 시편 2의 고용화율과 페라이트 분율을 비교해 보면 열처리 전에 87:11 그리고 열처리 후에 97:1 정도로 매우 밀접한 상관관계를 보였다.

도 4는 오스테나이트 고용화율과 델타 페라이트 분율의 관계를 나타낸 그래프로서 고용화율은 다음식으로 나타낼 수 있다.

실제 고용화율은 100%가 될 수 없으므로 실험 결과에서 유추한 값을 바탕으로 페라이트 함량이 0%인 경우에도 98%로 설정하였다.

고용화율(%) = 98 - FN (델타 페라이트 분율)

도 5에서 알 수 있듯이 열처리를 한 경우가 열처리를 하지 않은 경우에 비해서 투자율이 5H/m에서 1H/m로 감소하는 것을 알 수 있다.

이는 도 3에서 볼 수 있듯이 상자성체 성질을 가지고 있는 페라이트 분율이 감소하는 것과 일치한다.

일반적으로 델타 페라이트 상이 고용화 열처리에 의해 오스테나이트화가 진행된 것으로 평가된다.

따라서 열처리 시험편이 정성적으로 투자율이 낮은 것으로 판단할 수 있으리라 생각된다.

투자율은 일반적으로 델타 페라이트상의 자기적 성질에 비례하므로 이와 같은 결과를 보인 것으로 생각된다.

도 6은 1130℃에서 열처리후 부동태 처리에 따른 부식률 변화를 보여주고 있다.

도 6에서 알 수 있듯이 열처리 전후 부식률 변화가 있음을 알 수 있으며, 열처리 직후 10초 부동태 처리 3번 시험편이 주강품 중에서 가장 적은 값을 나타내고 있으며, 5번 시험편AISI304 봉강의 내부식성에 근접하였다.

자연 부동태 처리 2번 시험편 그리고 열처리 후 15분 냉각 후 10초 부동태 처리 4번 시험편이 동일한 값을 나타내고 있으며 열처리하지 않은 0번 시험편의 경우가 가장 큰 값을 나타내고 있다.

그리고 열처리에 따라 내부식성은 높은 값을 나타내는 경향이 있음을 알 수 있었다.

일반적으로 부식이 해수용액에서 낮은 값을 나타내면 염소이온에 의한 피막의 파괴가 억제되어 정성적으로 내부식성이 좋은 것으로 평가된다.

따라서 열처리 직후 10초 부동태 처리 3번 시험편이 주강품 중에서는 정성적으로 내부식성이 좋은 것으로 판단할 수 있으리라 생각된다.

열처리하지 않은 1번 시험편에서는 델타 페라이트 상에 의해 부식률이 증가하는 것으로 생각된다.

그리고 열처리에 의해서 결정립은 조대화 되고 점진적으로 델타 페라이트 상은 감소하여 부식률은 감소하는 것으로 판단된다.

염수 분무 시험을 해보면 열처리를 하지 않은 경우 표면에 일종의 부식현상이 나타나게 된다.

그리고 열처리에 의해서 점차 부식현상이 감소하는 경향이 있으며 열처리 시험편에서는 부식이 거의 관찰되지 않았다.

전술한 바와 같이 열처리를 함으로써 결정립이 조대화되고 점진적으로 델타 페라이트 상은 감소하여 입계부식이 억제되는 것으로 생각된다.

결과적으로 고용화 열처리에 의해서 내부식성의 개선효과를 얻을 수 있다고 판단되었다.

지금까지 셀 몰드 주조한 중공형 소형 엘보우 피팅 SSC13 스테인리스 주강을 1130°C의 일정온도에서 열처리했을 때 고용화율과 델타 페라이트 분율의 상관관계 및 내부식성에 미치는 효과에 대해서 비교 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1. 주강품의 경우 열처리를 한 경우 열처리를 하지 않은 경우에 비하여 25% 정도의 경도 저하가 있으며, 이는 상대적으로 연신율이 향상되는 효과가 있다.

2. 셀 몰드 주조에 사용되는 금형이 서냉되기 때문에 서냉에 의한 효과로 인하여 주조재의 조직에서 델타 페라이트 상이 관찰되었다.

3. 열처리에 의해서 오스테나이트화는 97% 되었으며, 델타 페라이트 상이 2.0% 이하로 저하되어 내부식성의 향상이 되었다.

4. 따라서, 두께가 얇은 중공형 소물 SSC13 소재 주물에서 고용화율이 증가함에 따라 델타 페라이트 분율은 감소하고 내부식성은 증가하였다.

즉, 고용화율(%) = 98 - FN(페라이트 분율)과 같은 상관관계를 유추할 수 있었다.

결과적으로, 스테인리스 주강품은 폐라이트 분율이 0% 초과 ∼ 5% 이하이고, 투자율 2.5h/m, 연신율이 35 ∼ 50%에서 가장 우수한 제품을 획득할 수 있다는 것이다.

연신율이 35% 미만이면 성형이 잘되지 않고, 성형된 제품이 깨지기 쉬우며, 50% 이상이 되면 너무 물러 긁힘에 대에 약하기 때문에 마모가 쉽게 되며, 성형제품이 변형되기 쉬운 단점이 있다.

<열처리한 본 발명의 SSC13와 KS규격품과의 기계적 성질을 비교한 표>

구분	연신율	항복강도(Mpa)
SSC13(열처리한 본원발명)	50	198
KS규격제품	30	185

상기 표에서 본원발명의 열처리한 SSC13이 연신율과 항복강도 등에서 KS규격제품보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

<스테인리스 피팅 주강품 치수별 폐라이트 분율을 나타낸 표>

종류	두께	열처리 전		열처리 후
종류	두께	폐라이트 분율	투자율	폐라이트분율	투자율
셀몰드주조(열처리)	5mm 이하	≤7.0%	≤2.5 h/m	≤3%	2.0 h/m
셀몰드주조(열처리)	5mm 초과	≤10.0 %	≤3.5 h/m	≤5%	2.5 h/m
정밀주조(열처리)	5mm 이하	≤10.0%	≤4.5 h/m	≤3%	2.0 h/m
정밀주조(열처리)	5mm 초과	≤15.0%	≤5.0 h/m	≤5%	2.5 h/m

상술한 바와 같이 본 발명의 연신율이 우수한 스테인리스 피팅 주강품은 적정 폐라이트 함량과 투자율로 인해 내부식성과 연신율이 우수하다는 등의 현저한 효과가 있다.

Claims

주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅 제품을 1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계;

상기 열처리 단계 이후 부동태 처리를 하는 단계;

상기 부동태 처리후 피팅 외부를 공냉하는 공냉단계;를 포함하되,

상기 스테인리스 스틸의 성분비율은 탄소 0중량％초과 ∼ 0.09중량% 이하, 규소 0중량％초과 ∼ 2.5중량% 이하, 망간 0중량％초과 ∼ 2.5중량%이하, 황 0중량％초과 ∼ 0.05중량%이하, 인 0중량％초과 ∼ 0.05중량%이하, 니켈7 ~ 15중량%, 크롬 16 ~ 22중량%, 잔부는 철인 것이며,

스테인리스 스틸 재질의 주강품을 열처리 단계에 의해 제조하되, 페라이트 분율이 2.0% 이하인 것이고,

상기 스테인리스 스틸 주강품의 투자율은 1.5이하인 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 열처리 단계 이후, 부동태 처리는 잔류온도가 50℃ 이내에서 하는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 열처리 단계 이후, 부동태 처리는 상온에서 15분 뒤 하는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 스테인리스 스틸의 성분 중 몰리브덴 4중량 % 이하가 혼합되는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제1항, 내지 4항 중 어느 하나의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품.
제1항에 있어서,

주물로 제조된 스테인리스 스틸 재질의 얇은 두께의 피팅 제품을 1030 ~ 1200℃의 열처리온도에서 유지하는 열처리 단계;이후,

고온에서 열처리된 스테인리스 주강품을 급냉하는 2단계;

급냉한 스테인리스 주강품을 부동태 처리하는 3단계;

과정에 의해 연신율이 향상된 스테인리스 주강품을 제조되는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 스테리스 주강품은 성분비가 탄소 0중량％ 초과 ∼ 0.09중량% 이하, 규소 0중량％ 초과 ∼ 2.5중량% 이하, 망간 0중량％ 초과 ∼ 2.5중량% 이하, 황 0중량％ 초과 ∼ 0.05중량% 이하, 인 0중량％ 초과 ∼ 0.05중량% 이하, 니켈 7 ~ 15중량%, 크롬 16 ~ 22중량%, 잔부는 철인 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 부동태 처리는 20 ∼ 40℃에서 5분 이내에 이루어지는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 스테인리스 주강품은 폐라이트 분율이 0% 초과 ∼ 5% 이하이고, 연신율이 35 ∼ 50%인 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품 제조방법.
제6항 내지 9항 중 어느 하나의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 내부식성이 있는 얇은 두께의 중공형의 주물 오스테나이트 스테인리스 스틸 피팅 제품.