KR100381521B1

KR100381521B1 - 대입열량용접이가능한이상스테인레스강

Info

Publication number: KR100381521B1
Application number: KR10-1998-0060199A
Authority: KR
Inventors: 이용헌; 김봉운
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2003-07-16
Also published as: KR20000043778A

Abstract

본 발명은 대입열량 용접이 가능한 이상 스테인레스강에 관한 것으로, 중량%로 C:0.03% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:2% 이하, P:0.04% 이하, S:0.003% 이하, Cu:2% 이하, Ni:5-8%, Cr:22-24%, Mo:1.6-2%, W:2-2.7% 및 N:0.13-0.27%, 잔부는 Fe 과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하므로, 열영향부 내식성이 우수한 이상 스테인레스강을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Description

대입열량 용접이 가능한 이상 스테인레스강

본 발명은 대입열량 용접이 가능한 이상(tow-phase) 스테인레스강에 관한 것으고, 더 상세하게는 화학물질 운반선 및 화학설비용 재질로 사용되는 오스테나이트와 페라이트로 이루어지고 열영향부 내식성이 우수한 이상 스테인레스강에 관한 것이다.

기존특허 제1996-017214호는 제시된 성분계중에서 대입열량 용접이 가능한 이상 스테인레스강을 제조하는 것을 특징으로 하고 텅스덴(W) 첨가강의 슬라브 냉각조절이 언급되어 있다.

일반적으로, 이상 스테인레스강을 구조용재료로 사용할 때 용접은 필수적인 조업공정으로서 대입열량으로 용접시 열영향부에서 석출물이 형성되기 때문에 내식성의 급격한 저하가 나타난다. 따라서, 내식성의 저하를 방지하기 위하여 이상 스테인레스강을 용접하는 경우에 5KJ/㎝~25KJ/㎝ 정도의 낮은 대입열량범위에서 용접을 하게 된다. 그러나, 낮은 입열량하에서 용접을 하게 되면 용접회수가 증가하고 이에 따라서 작업시간이 증가하여 비용상승으로 이어지는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 높은 대입열량하에서도 열영향부에서의 내식성이 높은 이상 스테인레스강을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 중량%로 C:0.03% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:2% 이하, P:0.04% 이하, S:0.003% 이하, Cu:2% 이하, Ni:5-8%,

Cr:22-24%, Mo:1.6-2%, W:2-2.7% 및 N:0.13-0.27%, 잔부는 Fe 과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 대입열량 용접이 가능한 이상 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 대상강종은 기존 특허문헌(제95-014766, 제96-017214호)에서 언급한 강종중에서 Cr 함량이 22%~24%이고, Mo 함량은 1.6%~2.0%이며, W 함량은 2%~2.7%인 이상 스테인레스강종으로서 Mo과 W의 합산함량은 3.6%~4.7% 범위에 있다. 기타성분은 상술된 특허문헌의 성분에 준한다.

한편, 상술된 특허문헌을 참조하면, Mo을 1%~2%, W을 2%~5%로 첨가하는 경우에 모재부의 내식성은 매우 우수하다. 그러나, 용접시 열영향부에서 석출상에 기인한 내식성의 저하가 일어나게 된다.

따라서, 본 발명은 기존 특허 강종범위에서 2-pass, 60KJ/cm의 대입열량에서도 내식성의 저하를 야기시키지 않고 용접이 가능한 성분계를 도출하는 것이다.

이하, 본 발명강의 조성범위 한정이유에 대하여 설명한다.

C : 오스테나이트 안정화 원소로 작용하지만 0.03%를 초과하여 존재하게 되면 크롬탄화물을 형성하여 내식성을 저하하므로 0.03% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Si : Si은 탈산제 및 미량첨가에 의해 포함되며, 1%를 초과하여 다량으로 함유되면 금속간화합물의 석출을 조장하므로 1% 이하로 한정한다.

Mn : Mn은 이상 스테인레스강의 용해시 내식성을 높이는 N의 용해도를 증가시키는 이점을 갖고 있다. 그러나, Mn은 S와 결합하여 MnS을 형성, 내식성의 저하를 유발하므로 Mn은 2% 이하로 한정함이 바람직하다.

P : P는 제강공정에서 스크랩이나 합금철에 포함되는 원소로서 0.04%를 초과하여 존재할 경우에 내식성과 충격인성을 감소시키기 때문에 0.04% 이하로 한정함이 바람직하다.

S : S는 P와 같이 제강공정에서 스크랩이나 합금철에 포함되는 원소로서 결정립계에 황화물을 형성하여 열간압연성을 저하시킨다. 이러한 황화물은 공식을 유발시키는 장소로 작용하여 내식성을 현저하게 감소시킨다. 특히, S가 0.004%를 초과하여 존재할 경우에 내식성과 충격인성을 현저하게 저하시키므로 S함량은 0.004% 이하로 한정함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.003% 이하로 한정하는 것이 좋다.

Cu : Cu는 금속간화합물의 형성을 억제하며, 환원성 분위기의 산에서 우수한 내식성을 부여하는 원소이다. 특히, Cu는 22-24% Cr을 함유하는 이상 스테인레스강에서는 충격인성의 향상을 부여한다. 그러나, Cu가 2%를 초과하면 입계편석으로 작용하는 저융점의 Cu화합물을 형성하여 열간가공성의 현저한 저하를 가져오므로 Cu는 2% 이하로 한정함이 바람직하다.

Ni : Ni은 오스테나이트상을 안정화하는 중요한 원소로 작용한다. 그러나, Ni 함량이 적정량을 벗어날 경우 오스테나이트상과 페라이트상의 비율이 적정하지 못하여 이상 스테인레스강 고유의 우수한 특성을 나타내지 못한다. 특히, Ni 함량이 5% 미만인 경우 N의 용해도가 낮은 페라이트상이 증가하고 크롬나이트라이드가 페라이트상 내에 형성되어 내식성 및 충격인성의 급격한 저하를 가져온다. 그리고, Ni 함량이 8%를 초과하면 페라이트상 내에 N의 분배를 증가시켜 냉각시 크롬나이트라이드의 석출을 촉진시킨다. 따라서, Ni 함량은 5%~8%로 한정하는 것이 바람직하다.

Cr: Cr은 내식성을 향상시키는 중요한 원소이다. 그러나, Cr 함량이 22% 미만인 경우에 이상 스테인레스강에서 요구하는 내식성을 나타내지 못하며, 24%를 초과하면 용접시 석출상의 석출을 촉진한다. 따라서, Cr은 22%~24%로 한정함이 바람직하다.

Mo : Mo은 Cr과 같이 내식성을 향상시키는 중요한 원소이다. 특히, 염화물 환경에서 우수한 내공식 특성을 나타낸다. 그러나, Mo가 1.6% 미만인 경우에 용접 열영향부에서 우수한 내식성을 나타내지 않는다. 또한, Mo가 2%를 초고하면 용접 열영향부에서 석출상의 석출을 촉진한다. 따라서, Mo는 1.6~2%로 한정함이 바람직하다.

W : W은 Mo과 같이 내식성을 향상시키는 중요한 원소이다. 특히, pH가 낮은강산성 분위기에서 우수한 내공식 저항성을 부여한다. 또한, W은 이상 스테인레스강의 내식성을 저하시키고 과인성의 급격한 저하를 가져오는 시그마상(σ)의 석출을 지연시켜주는 효과가 있다. 그러나, W함량이 2% 미만으로 존재할 경우에 이러한 석출상 지연효과가 미미하며 반면에 2.7%를 초과하면 시그마상과 유사한 특성을 갖는 카이상(χ)이라는 새로운 금속간 화합물의 석출을 조장한다. 따라서, W은 2%~2.7%로 한정하는 것이 바람직하다.

N : N은 강력한 오스테나이트 안정화원소이며, 내식성을 향상시키는 원소이다. N함량이 0.13% 미만으로 존재할 경우에 이상 스테인레스강은 충분한 강도와 내식성을 갖지 못하게 되고 또한 금속간 화합물의 석출이 용이하게 된다. 한편, N 함량이 0.27%를 초과하면 오스테나이트상의 강도를 너무 높게 하여 열간압연시 열간가공성을 현저하게 감소시킨다. 따라서 N함량은 0.13%~0.27%로 제한함이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에 나타난 조성을 갖는 잉고트를 분위기온도가 1250℃로 유지된 가열로에 넣고 180분간 가열한 후 열간압연을 통하여 두께 5mm의 열연판을 제조하였다. 이 후에 소둔과 산세를 통해 25mm × 50mm의 시험편을 제작하였다. 열영향부의 재현시험은 Gleeble 1500을 사용하였다. 표 2는 Gleeble 1500을 사용한 대입열량 조건을 나타낸 것이다.

[표 1]

성분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	W	Cu	N
비교재1	0.02	0.6	1.5	0.02	0.002	22.2	5.9	3.1	-	0.2	0.17
비교재2	0.02	0.6	1.5	0.02	0.002	22.2	5.9	1.5	2.5	0.2	0.17
발명재1	0.02	0.6	1.5	0.02	0.002	22.2	5.9	1.6	2.5	0.2	0.17
발명재2	0.02	0.6	1.5	0.02	0.002	22.2	5.9	1.95	2.0	0.2	0.17

[표 2]

single pass	double pass
25KJ/cm	60KJ/cm	25KJ/cm	60KJ/cm

하기 표 3은 상기 표 2에 언급된 조건에서 비교재와 발명재의 내식성 정도를 나타내는 CPT가 측정결과를 나타낸다. CPT(critical pitting temperature)는 임계공식온도로서 주어진 온도 이하에서 공식이 발생한다는 의미를 갖고 있다. 즉 CPT가 45℃라는 것은 45℃ 이하에서 공식이 발생한다는 것을 의미한다. 하기 표 3에서 알 수 있듯이 Mo이 1.6%~2.0%, 그리고 W함량이 2.0%~2.5%일 때 열영향부의 내식성은 매우 높다는 것을 알 수 있다.

[표 3]

	single pass	double pass
	25KJ/cm	60KJ/cm	25KJ/cm	60KJ/cm
	CPT(℃)	CPT(℃)
비교재1	32.5	30	32.5	30
비교재2	40	40	40	40
발명재1	50	50	50	50
발명재2	50	50	50	50

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 화학물질 운반선 및 화학설비용 재질로 사용되고 오스테나이트와 페라이트로 이루어진 이상 스테인레스강의 열영향부 내식성이 우수한 효과를 가진다.

Claims

중량%로 C:0.03% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:2% 이하, P:0.04% 이하, S:0.003%이하, Cu:2% 이하, Ni:5-8% 이하, Cr:22-24%, Mo:1.6-2%, W:2-2.7% 및 N:0.13-0.27%, 잔부는 Fe 과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 대입열량 용접이 가능한 이상 스테인레스강.