KR101268736B1 - martensitic stainless steel and method of manufacturing it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량 %로, 탄소(C): 0.51~0.59%, 규소(Si): 0.2~0.4%, 망간(Mn): 0.4~0.6%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 크롬(Cr): 13.7~14.3%, 니켈(Ni): 0.4% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.4~0.6%, 구리(Cu): 0.5% 이하, 텅스텐(W): 0.8~1.2%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트 기지조직 및 균일하게 분포된 크롬탄화물 미세조직으로 이루어지되, 상기 크롬탄화물 미세조직을 80개/100㎛2 내지 200개/100㎛2로 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강과 이의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention is in weight%, carbon (C): 0.51 to 0.59%, silicon (Si): 0.2 to 0.4%, manganese (Mn): 0.4 to 0.6%, phosphorus (P): 0.025% or less, sulfur (S) : 0.003% or less, Chromium (Cr): 13.7-14.3%, Nickel (Ni) 0.4% or less, Molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, Copper (Cu): 0.5% or less, Tungsten (W): 0.8- 1.2%, balance iron (Fe) and other unavoidable impurities, and consists of a ferrite matrix and uniformly distributed chromium carbide microstructure, wherein the chromium carbide microstructure is 80 / 100㎛ 2 to 200 / 100㎛ type martensite containing 2 can provide a stainless steel and their preparation.
Description
본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열조건 (승온조건), 냉각조건 및 균열조건 등을 최적화시킴으로써 마르텐사이트계 스테인리스강 내의 미세 크롬탄화물의 크기 및 분포의 균일성을 확보함으로써 고내식성 및 고경도를 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to martensitic stainless steels and a method of manufacturing the same, and more particularly, the size and distribution of fine chromium carbide in martensitic stainless steels by optimizing heating conditions (heating conditions), cooling conditions and cracking conditions. It relates to a martensitic stainless steel having a high corrosion resistance and high hardness by ensuring uniformity and a method for producing the same.
통상, 식도, 가위, 닥터 블레이드 (doctor blade), 면도날, 및 메스 등은 사용시 수분과의 접촉이 빈번하게 발생하므로 높은 내식성이 요구되고, 나아가서는 절삭성 및 내마모성을 유지하기 위하여 고경도가 요구된다. 본 발명은 이와 같은 요건들을 만족시킬 수 있는 마르텐사이트계 스테인리스강에 관한 것이다. Typically, esophagus, scissors, doctor blades, razor blades, scalpels, and the like are frequently in contact with moisture when in use, so high corrosion resistance is required, and further high hardness is required to maintain cutting and wear resistance. The present invention relates to martensitic stainless steels that can satisfy these requirements.
일반적으로 마르텐사이트계 스테인리스강은, 특히 상기 스테인리스강의 소둔제의 경우, 페라이트 기지조직 내에 균일하게 분포된 미세한 크롬탄화물로 구성된 미세조직을 갖는다. 이와 같이, 미세한 크롬탄화물이 균일하게 분포되는 경우에는, 후속 강화열처리 (hardening) 공정에서 고온의 오스테나이트로 탄소의 신속한 재고용을 가능케 하여, 기지 내에 대략 7% 정도인 크롬농도를 12% 정도로 증가시킬 수 있다. 또한, 기지 내의 크롬농도의 증가에 의하여, 예컨대, 면도날 등과 같은 물질의 표면에 얇은 크롬탄화물을 치밀하게 생성시킬 수 있다. 표면에 생성된 크롬탄화물은 수분에 의한 면도날 기지조직의 부식을 억제할 수 있고, 따라서 내식성을 향상시킬 수 있다. 즉, 내식성이 우수한 면도날을 제조하기 위해서는 스테인리스강 내의 미세한 크롬탄화물들이 균일하게 분포할 것이 요구된다. In general, martensitic stainless steels, in particular in the case of the annealing agent of the stainless steel, have a microstructure composed of fine chromium carbide uniformly distributed in the ferrite matrix. As such, when the fine chromium carbide is uniformly distributed, it is possible to rapidly re-use carbon with high temperature austenite in a subsequent hardening process, thereby increasing the chromium concentration of about 7% in the matrix to about 12%. Can be. In addition, by increasing the concentration of chromium in the matrix, thin chromium carbide can be densely produced on the surface of a material such as a razor blade or the like. The chromium carbide produced on the surface can suppress corrosion of the razor blade matrix by moisture, and thus can improve corrosion resistance. That is, in order to manufacture a razor blade having excellent corrosion resistance, it is required to uniformly distribute fine chromium carbides in stainless steel.
또한, 소정의 절삭성 및 내마모성을 유지하기 위해서는 마르텐사이트계 스테인리스강의 강화열처리 후, 상기 스테인리스강이 고경도를 가질 것이 요구된다. 이와 같은 고경도는 강화열처리에 의해 생성되는 마르텐사이트 조직에 의하여 구현될 수 있다. In addition, in order to maintain a predetermined machinability and wear resistance, after the reinforcement heat treatment of martensitic stainless steel, it is required that the stainless steel has a high hardness. Such high hardness can be realized by the martensite structure produced by the reinforcement heat treatment.
마르텐사이트는 고온의 오스테나이트를 빠르게 냉각시킴으로써 생성되는 조직으로 매우 경도가 높다. 고온의 오스테나이트에 고용된 탄소의 함량이 높을수록, 마르텐사이트에 고용된 탄소도 역시 높고, 이에 의하여 마르텐사이트의 경도를 증가시킬 수 있다. 전술한 방과 같이, 내식성 및 고경도를 동시에 충족시키기 위하여 그 소재로 420계열의 마르텐사이트계 스테인리스강들이 주로 사용되고 있다. Martensite is a very hard tissue produced by the rapid cooling of hot austenite. The higher the content of carbon dissolved in hot austenite, the higher the carbon dissolved in martensite, thereby increasing the hardness of martensite. As described above, 420 martensitic stainless steels are mainly used as materials to satisfy corrosion resistance and high hardness at the same time.
또한, 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일은 주조 및 열간가공 시 생성된 마르텐사이트 조직으로 인하여 취성이 매우 강하다. 따라서, 가공이 용이하도록, 마르텐사이트계 스테인리스강을 소정 수준으로 연화시킬 필요가 있었고, 따라서 마르텐사이트계 스테인리스강을 열처리 하는 경우, 취성재의 열처리 작업성이 용이한 상소둔로 (batch annealing furnace)를 이용해 왔다.In addition, the hot rolled coil of martensitic stainless steel is very brittle due to the martensite structure generated during casting and hot working. Therefore, it was necessary to soften the martensitic stainless steel to a predetermined level so as to facilitate the processing. Therefore, when the martensitic stainless steel is heat-treated, a batch annealing furnace is provided in which heat treatment of the brittle material is easy. I have used it.
반면, 통상 사용되는 420계열의 마르텐사이트계 스테인리스강은 불충분한 내식성이 문제되었다. 본 발명은 이와 같은 불출분한 내식성을 해결하기 위하여 Mo와 W을 첨가시킨 고내식 마르텐사이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강은 통상의 420계열의 마르텐사이트계 스테인리스강과는 다르게 열처리시 석출되는 크롬탄화물 (Cr23C6)중에서, 일부 Cr이 Mo와 W으로 치환될 수 있고, 이는 크롬탄화물의 석출능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 고경도 및 내식성을 갖고, 가공성이 향상된 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조하기 위해서는, 기재 내의 미세한 크롬탄화물이 균일하게 분포되도록 새로운 형태의 열처리 조건이 요구된다.On the other hand, 420 series martensitic stainless steels commonly used have insufficient corrosion resistance. The present invention relates to a high corrosion-resistant martensitic stainless steel added with Mo and W and a method for producing the same in order to solve such inadequate corrosion resistance. In the martensitic stainless steel according to the present invention, in the chromium carbide (Cr 23 C 6 ) which is precipitated during heat treatment unlike the conventional 420 series martensitic stainless steel, some Cr may be substituted with Mo and W, which is chromium. It may affect the precipitation ability of carbides. Therefore, in order to manufacture martensitic stainless steel having high hardness and corrosion resistance and improved workability, a new type of heat treatment condition is required to uniformly distribute fine chromium carbide in the substrate.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 Mo와 W이 첨가된 고내식 마르텐사이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention devised to solve the above-mentioned problems is to provide a high corrosion-resistant martensitic stainless steel and a method for producing the same added with Mo and W.
또한, 본 발명의 다른 목적은 페라이트 기지조직 내에 미세한 크롬탄화물이 균일하게 분포된 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a martensitic stainless steel in which fine chromium carbide is uniformly distributed in a ferrite matrix.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 고경도, 내식성 및 가공성이 우수한 소재를 제조하기 위한 신규한 열처리 공정을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a novel heat treatment process for producing a material having high hardness, corrosion resistance and workability.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 중량 %로, 탄소(C): 0.51~0.59%, 규소(Si): 0.2~0.4%, 망간(Mn): 0.4~0.6%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 크롬(Cr): 13.7~14.3%, 니켈(Ni): 0.4% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.4~0.6%, 구리(Cu): 0.5% 이하, 텅스텐(W): 0.8~1.2%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트 기지조직 및 균일하게 분포된 크롬탄화물의 미세조직으로 이루어지되, 80개/100㎛2 내지 200개/100㎛2의 크롬탄화물의 미세조직을 포함하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강을 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a weight%, carbon (C): 0.51 ~ 0.59%, silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, manganese (Mn): 0.4 ~ 0.6%, phosphorus (P): 0.025% or less, sulfur (S): 0.003% or less, chromium (Cr): 13.7-14.3%, nickel (Ni): 0.4% or less, molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, Copper (Cu): 0.5% or less, Tungsten (W): 0.8-1.2%, containing ferrous matrix and other unavoidable impurities, consisting of a ferrite matrix and a uniformly distributed microstructure of chromium carbide, 80 High carbon martensitic stainless steel comprising a microstructure of chromium carbide of about / 100 μm 2 to 200/100 μm 2 .
상기 크롬탄화물의 미세조직은 구상화된 것으로, 상기 크롬탄화물 미세조직은 최대 지름이 5㎛ 이하일 수 있다.The microstructure of the chromium carbide is spherical, and the chromium carbide microstructure may have a maximum diameter of 5 μm or less.
또한, 본 발명의 다른 특징으로는 중량 %로, 탄소(C): 0.51~0.59%, 규소(Si): 0.2~0.4%, 망간(Mn): 0.4~0.6%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 크롬(Cr): 13.7~14.3%, 니켈(Ni): 0.4% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.4~0.6%, 구리(Cu): 0.5% 이하, 텅스텐(W): 0.8~1.2%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강을 열처리함에 있어서, 상기 스테인리스강을 800℃ 내지 900℃까지 승온시킨 후, 10시간 내지 30시간 유지시키는 제1 균열단계; 제1 균열단계를 거친 스테인리스강을 650℃ 내지 750℃로 냉각시키는 냉각단계; 및 650℃ 내지 750℃로 냉각된 스테인리스강을 5시간 내지 10시간 항온으로 유지하는 제2 균열단계;를 포함하는 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법을 포함한다.In addition, as another feature of the present invention, in weight%, carbon (C): 0.51 to 0.59%, silicon (Si): 0.2 to 0.4%, manganese (Mn): 0.4 to 0.6%, phosphorus (P): 0.025% Sulfur (S): 0.003% or less, Chromium (Cr): 13.7-14.3%, Nickel (Ni): 0.4% or less, Molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, Copper (Cu): 0.5% or less, Tungsten (W): In the heat treatment of martensitic stainless steel containing 0.8 to 1.2%, balance iron (Fe) and other unavoidable impurities, after heating the stainless steel to 800 ℃ to 900 ℃, 10 hours to 30 hours Maintaining the first cracking step; A cooling step of cooling the stainless steel that has undergone the first cracking step to 650 ° C to 750 ° C; And a second cracking step of maintaining the stainless steel cooled to 650 ° C to 750 ° C at a constant temperature for 5 hours to 10 hours.
이때, 상기 제1 균열단계에서 승온속도는 200℃/시간 미만일 수 있다.At this time, the temperature increase rate in the first cracking step may be less than 200 ℃ / hour.
상기 냉각단계에서 냉각속도는 10℃/시간 초과일 수 있다.In the cooling step, the cooling rate may be greater than 10 ℃ / time.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, Mo와 W이 첨가된 고내식 마르텐사이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to provide a high corrosion-resistant martensitic stainless steel and a method for producing the addition of Mo and W.
또한, 본 발명에 따르면 페라이트 기지조직 내에 미세한 크롬탄화물들이 균일하게 분포된 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a martensitic stainless steel in which fine chromium carbides are uniformly distributed in a ferrite matrix.
또한, 본 발명에 따르면 고경도, 내식성 및 가공성이 우수한 소재를 제조하기 위한 신규한 열처리 공정을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a novel heat treatment process for producing a material having high hardness, corrosion resistance and workability.
도 1은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 열처리 공정의 시간에 대한 온도 그래프.
도 2은 승온속도를 40℃/시간으로 850℃까지 가열한 비교예 1에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM사진.
도 3는 승온속도를 100℃/시간으로 850℃까지 가열한 비교예 2에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM사진.
도 4는 냉각속도를 10℃/시간으로 650℃까지 냉각한 실시예 1에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM사진.1 is a temperature graph with respect to the time of the heat treatment process of martensitic stainless steel according to the present invention.
FIG. 2 is a SEM photograph of martensitic stainless steel according to Comparative Example 1 heated to a temperature of 850 ° C. at a rate of 40 ° C./hour.
FIG. 3 is a SEM photograph of martensitic stainless steel according to Comparative Example 2 heated to a heating temperature of 850 ° C. at 100 ° C./hour.
4 is a SEM photograph of the martensitic stainless steel according to Example 1 cooled to 650 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./hour.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms. In the following description, it is assumed that a part is connected to another part, But also includes a case in which other elements are electrically connected to each other in the middle thereof. In the drawings, parts not relating to the present invention are omitted for clarity of description, and like parts are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 미세한 크롬탄화물을 균일하게 분포되어 있음으로, 고내식성 및 고경도가 확보된 마르텐사이트계 스테인리스강에 관한 것이다. 또한, 고내식성 및 고경도를 갖도록 신규한 열처리 공정을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to martensitic stainless steel having a high chromium carbide uniformly distributed, ensuring high corrosion resistance and high hardness. The present invention also relates to a method for producing martensitic stainless steel including a novel heat treatment process to have high corrosion resistance and high hardness.
도 1은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 열처리 공정의 시간에 대한 온도 그래프이다. 도 1을 참조하면, 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량 %로, 탄소(C): 0.51~0.59%, 규소(Si): 0.2~0.4%, 망간(Mn): 0.4~0.6%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 크롬(Cr): 13.7~14.3%, 니켈(Ni): 0.4% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.4~0.6%, 구리(Cu): 0.5% 이하, 텅스텐(W): 0.8~1.2%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강을 열처리함에 있어서, 상기 스테인리스강을 800℃ 내지 900℃까지 승온시킨 후, 10시간 내지 30시간 유지시키는 제1 균열단계; 제1 균열단계를 거친 스테인리스강을 650℃ 내지 750℃로 냉각시키는 냉각단계; 및 650℃ 내지 750℃로 냉각된 스테인리스강을 5시간 내지 10시간 항온으로 유지하는 제2 균열단계;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 균열단계 이후에 상기 스테인리스강은 공냉에 의하여 냉각될 수 있다.1 is a temperature graph with respect to the time of the heat treatment process of martensitic stainless steel according to the present invention. Referring to Figure 1, the manufacturing method of martensitic stainless steel in weight%, carbon (C): 0.51 ~ 0.59%, silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, manganese (Mn): 0.4 ~ 0.6%, phosphorus ( P): 0.025% or less, sulfur (S): 0.003% or less, chromium (Cr): 13.7 to 14.3%, nickel (Ni): 0.4% or less, molybdenum (Mo): 0.4 to 0.6%, copper (Cu): 0.5% or less, tungsten (W): 0.8-1.2%, in the heat treatment of martensitic stainless steel containing residual iron (Fe) and other unavoidable impurities, after heating the stainless steel to 800 ℃ to 900 ℃, A first cracking step maintained for 10 to 30 hours; A cooling step of cooling the stainless steel that has undergone the first cracking step to 650 ° C to 750 ° C; And a second cracking step of maintaining the stainless steel cooled to 650 ° C to 750 ° C at a constant temperature for 5 hours to 10 hours. In addition, after the second cracking step, the stainless steel may be cooled by air cooling.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은 제1 및 제2 균열단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 균열단계는 층상형으로 생성된 크롬탄화물의 미세입자를 열처리에 의하여 구상화하기 위함으로, 이와 같은 열처리에 의하여 구상화된 마르텐사이트계 스텐이리스강은 연성을 향상시킬 수 있다.The method for producing martensitic stainless steel according to the present invention may include first and second cracking steps. The first and second cracking steps are for spheroidizing the fine particles of the chromium carbide formed in the layered form by heat treatment, and the martensitic stainless steel spheroidized by such heat treatment may improve ductility.
상기 제1 균열단계에서 스테인리스강을 800℃ 내지 900℃까지 승온시키되, 이때의 승온속도는 승온속도는 200℃/시간 미만일 수 있다. 또한, 이때 승온 후 상기 스테인리스강은 10시간 내지 30시간 유지시킬 수 있다.In the first cracking step, the stainless steel is heated up to 800 ° C. to 900 ° C., wherein the temperature increase rate may be less than 200 ° C./hour. In addition, at this time, after the temperature increase, the stainless steel may be maintained for 10 hours to 30 hours.
상기 승온속도가 200℃/시간 이상인 경우, 석출되는 크롬탄화물 미세조직의 크기가 조대해지는 온도구간에서의 경유시간이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 크롬탄화물 미세조직의 크기가 감소할 수 있으며, 이에 의하여 미세조직의 크기가 작은 국부적인 영역에서는 크롬탄화물의 밀도 증가를 유도할 수 있다. 즉, 상대적으로 미세조직의 크기가 큰 영역에서는 석출된 크롬탄화물의 확산 속도가 저하될 수 있고, 크롬탄화물의 분포 불균일성을 초래할 수 있다. 따라서 크롬탄화물의 분포 균일성 확보를 위해서는 승온속도를 200℃/시간 미만인 것이 바람직할 수 있다.When the temperature increase rate is 200 ° C./hour or more, the transit time in a temperature section in which the size of the precipitated chromium carbide microstructure becomes coarse may be reduced. Therefore, the size of the chromium carbide microstructure can be reduced, thereby inducing an increase in the density of chromium carbide in the local region where the microstructure is small in size. That is, the diffusion rate of the precipitated chromium carbide may decrease in a region where the size of the microstructure is relatively large, and may cause distribution nonuniformity of the chromium carbide. Therefore, in order to ensure uniform distribution of chromium carbide, it may be preferable that the temperature increase rate is less than 200 ° C / hour.
상기 제1 균열단계에서 스테인리스강의 온도가 800℃ 미만이거나 또는 900℃을 초과하는 경우, 상기 스테인리스강 중의 크롬탄화물의 미세입자를 구상화가 잘 이루어지지 않으므로, 스테인리스강의 연성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 제1 균열시간은 10시간 내지 30시간 동안 유지하는 것이 바람직할 수 있는데, 상기 제1 균열시간이 10시간 미만인 경우, 스테인리스강의 열처리 시간이 충분하지 못하므로, 크롬탄화물 미세조직의 크기가 감소할 수 있고, 따라서 크롬탄화물의 분포 불균일성을 초래할 수 있다. 또한, 제1 균열시간이 30시간을 초과하는 경우, 열처리 시간이 증가되어 공정 효율이 감소되고 에너지 소비가 증가하여 생산비를 증가시킬 수 있다.When the temperature of the stainless steel is less than 800 ℃ or more than 900 ℃ in the first cracking step, since the spheroidized fine particles of the chromium carbide in the stainless steel is not made well, the ductility of the stainless steel may be reduced. In addition, it may be preferable to maintain the first cracking time for 10 hours to 30 hours. When the first cracking time is less than 10 hours, the heat treatment time of the stainless steel is not sufficient, so that the size of the chromium carbide microstructure is It may decrease, and thus may cause a distribution nonuniformity of chromium carbide. In addition, when the first crack time exceeds 30 hours, the heat treatment time is increased to reduce the process efficiency and increase the energy consumption to increase the production cost.
상기 마르텐사이트계 스테인리스강은 제1 균열단계를 거친 스테인리스강을 650℃ 내지 750℃로 냉각시키는 냉각단계를 포함할 수 있다. 상기 냉각단계에서 냉각속도는 10℃/시간 초과일 수 있다.The martensitic stainless steel may include a cooling step of cooling the stainless steel that has undergone the first cracking step to 650 ° C to 750 ° C. In the cooling step, the cooling rate may be greater than 10 ℃ / time.
상기 냉각단계에서 냉각속도가 10℃/시간 이하이면, 크롬탄화물 미세조직의 크기가 조대화되는 온도구간인, 예컨대 750℃~850℃의 온도범위를 경유하는 시간이 증가될 수 있고, 따라서 마르텐사이트계 스테인리스강 내에서 크롬탄화물 미세조직이 조대화될 수 있으며, 이는 면도날과 같은 고내식 및 고경도를 요구하는 물질의 소재로 적합하지 않은 미세조직을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 냉각단계에서의 냉각속도는 10℃/시간 초과로 제한하는 것이 바람직하다. If the cooling rate in the cooling step is 10 ° C / hour or less, the time passing through the temperature range of, for example, 750 ° C ~ 850 ° C which is a temperature range in which the size of the chromium carbide microstructure is coarse, may be increased, thus martensite Chromium carbide microstructures can be coarsened within stainless steels, which can represent microstructures that are not suitable for materials of materials requiring high corrosion resistance and hardness, such as razor blades. Therefore, the cooling rate in the cooling step is preferably limited to more than 10 ℃ / time.
또한, 상기 제2 균열단계는 650℃ 내지 750℃로 냉각된 스테인리스강을 5시간 내지 10시간 항온으로 유지할 수 있다.In addition, the second cracking step may maintain the stainless steel cooled to 650 ℃ to 750 ℃ at a constant temperature for 5 hours to 10 hours.
상기 제2 균열단계에서 온도범위를 650℃ 내지 750℃로, 균열시간을 5시간 내지 10시간으로 하는 이유는 크롬탄화물의 미세조직이 구상화될 때, 상기 크롬탄화물이 과도하게 성장함으로써 크롬탄화물 개수 감소 및 연성의 저하를 억제시키기 위함이다.
The reason why the temperature range is 650 ° C. to 750 ° C. and the crack time is 5 hours to 10 hours in the second cracking step is reduced when the chromium carbide is excessively grown when the microstructure of the chromium carbide is spheroidized. And to suppress the decrease in ductility.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
(비교예 및 실시예)Comparative Example and Example
표 1은 본 발명의 비교예 1, 2 및 실시예 1에 따른 마르텐사이트계 스테인리스의 열연코일의 조성이고, 표 2는 표 1에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일의 열처리 조건 및 이에 따른 각각의 경도, 연신율 및 크롬탄화물 밀도 결과이다.Table 1 is a composition of the hot rolled coil of martensitic stainless steel according to Comparative Examples 1, 2 and Example 1 of the present invention, Table 2 is a heat treatment condition of the hot rolled coil of martensitic stainless steel according to Table 1 and each Hardness, elongation and chromium carbide density results.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일은, 중량 %로, 탄소(C): 0.51~0.59%, 규소(Si): 0.2~0.4%, 망간(Mn): 0.4~0.6%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 크롬(Cr): 13.7~14.3%, 니켈(Ni): 0.4% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.4~0.6%, 구리(Cu): 0.5% 이하, 텅스텐(W): 0.8~1.2%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 본 실시예 1에서는 하기 표 1의 조성을 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일을 이용하되, 상기 열연코일의 두께 2mm로 하여 열처리를 수행하였다.The hot rolled coil of martensitic stainless steel according to the present invention is, in weight%, carbon (C): 0.51 to 0.59%, silicon (Si): 0.2 to 0.4%, manganese (Mn): 0.4 to 0.6%, phosphorus (P) ): 0.025% or less, sulfur (S): 0.003% or less, chromium (Cr): 13.7-14.3%, nickel (Ni): 0.4% or less, molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, copper (Cu): 0.5 % Or less, tungsten (W): 0.8-1.2%, balance iron (Fe) and other unavoidable impurities may be included. In Example 1, a hot rolled coil of martensitic stainless steel having a composition shown in Table 1 was used, and heat treatment was performed using a thickness of 2 mm of the hot rolled coil.
상기 표 1의 각각의 성분은 중량 %이다. 표 1과 같은 조성을 갖는 비교예 1 및 2와 실시예 1을 두께 2mm인 열연코일로 제조하여, 도 1 및 표 2, 표 3과 같이 각각 다른 조건으로 열처리를 수행하였다. 이와 같이 열처리를 수행한 비교예 1 및 2, 실시예 1의 경도, 연신율 및 크롬탄화물 밀도를 측정하여 그 결과를 표 2 및 도 2 내지 3에 나타내었다. Each component in Table 1 above is weight percent. Comparative Examples 1 and 2 and Example 1 having a composition as shown in Table 1 were prepared with a hot rolled coil having a thickness of 2 mm, and heat treatment was performed under different conditions as shown in FIGS. 1, 2, and 3. The hardness, elongation, and chromium carbide density of Comparative Examples 1 and 2 and Example 1, which were subjected to the heat treatment as described above, were measured, and the results are shown in Table 2 and FIGS. 2 to 3.
(℃/시간)Heating rate
(℃ / hour)
(℃,시간)First crack condition
(℃, hour)
(℃/시간)Cooling rate
(℃ / hour)
(℃,시간)Second crack condition
(℃, hour)
(Hv)Hardness
(Hv)
(%)Elongation
(%)
(ea/100㎛2)Density of Chromium Carbide
(ea / 100㎛ 2 )
도 2는 승온속도를 40℃/시간으로 850℃까지 가열한 비교예 1에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM사진이고, 도 3는 승온속도를 100℃/시간으로 850℃까지 가열한 비교예 2에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM사진이며, 도 4는 냉각속도를 10℃/시간으로 650℃까지 냉각한 실시예 1에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강의 SEM사진이다.
FIG. 2 is a SEM photograph of martensitic stainless steel according to Comparative Example 1 heated to a temperature of 850 ° C. at 40 ° C./hour, and FIG. 3 is a comparative example 2 of a temperature rise rate of 850 ° C. at 100 ° C./hour. SEM picture of the martensitic stainless steel according to the present invention, FIG. 4 is a SEM picture of the martensitic stainless steel according to Example 1 cooled to 650 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./hour.
비교예 1 및 실시예 1을 비교하면, 제1 균열조건에서 온도 및 시간은 동일하나 상기 제1 균열조건의 온도까지의 승온속도를 각각 200℃/시간 및 40℃/시간으로 달리하여 온도를 상승시켰다. Comparing Comparative Example 1 and Example 1, the temperature and time are the same under the first cracking condition, but the temperature is increased by varying the heating rate up to the temperature of the first cracking condition at 200 ° C./hour and 40 ° C./hour, respectively. I was.
비교예 1인 도 2을 참조하면, 본 발명에서 제시된 제1 균열단계까지의 승온속도가 200℃/시간 이상인 경우 결정입계를 통해 형성되는 크롬탄화물이 조대해지는 온도구간을 경유하는 시간이 감소한다. 따라서, 상기 크롬탄화물은 결정립 크기가 작게 형성되고, 또한 국부적인 영역에서는 크롬탄화물 밀도의 증가를 가져오므로, 크롬탄화물의 분포의 불균일을 초래한다. 반면, 실시예 1인 도 4를 참조하면, 크롬탄화물의 결정립이 균일하게 분포함을 확인할 수 있었다. 비교예 1과 같이 결정립 크기가 상대적으로 큰 영역에서는 생성된 크롬탄화물의 느린 확산에 의해서 크롬탄화물 분포의 불균일성을 초래할 수 있으며, 이에 의하여 연신율이 18% 미만으로 나타내고, 또한 크롬탄화물은 60개/100㎛2을 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서 크롬탄화물의 분포 균일성 확보에 의한 균일한 열처리경도 및 내부식성 확보 및 가공성 향상을 위해서는 승온속도를 20℃/시간 미만으로 제한되어야 함을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, which is Comparative Example 1, when the temperature rising rate up to the first cracking step presented in the present invention is 200 ° C./hour or more, the time passing through the temperature section in which the chromium carbide formed through the grain boundary becomes coarse decreases. Therefore, the chromium carbide has a small grain size, and also causes an increase in the chromium carbide density in the localized region, resulting in nonuniform distribution of the chromium carbide. On the other hand, referring to Figure 4, Example 1, it was confirmed that the crystal grains of the chromium carbide is uniformly distributed. In regions where the grain size is relatively large, as in Comparative Example 1, the chromium carbide distribution may be uneven due to the slow diffusion of the produced chromium carbides, resulting in an elongation of less than 18%. It could be confirmed that µm 2 was shown. Therefore, it can be seen that the temperature increase rate should be limited to less than 20 ° C / hour to ensure uniform heat treatment hardness, corrosion resistance, and workability improvement by securing uniformity of chromium carbide.
비교예 2 및 실시예 1을 비교하면, 제2 균열조건에서 온도 및 시간은 동일하나 상기 제1 균열조건에서 제2 균열조건으로 냉각단계에서의 냉각속도를 각각 10℃/시간 및 20℃/시간으로 달리하여 온도를 하강시켰다. Comparing Comparative Example 2 and Example 1, the temperature and time are the same in the second cracking condition, but the cooling rate in the cooling step from the first cracking condition to the second cracking condition is 10 ° C./hour and 20 ° C./hour, respectively. Otherwise the temperature was lowered.
비교예 2인 도 3을 참조하면, 미세조직관찰을 통한 크롬탄화물 밀도 분석결과 약 60개/100㎛2를 나타내는 것을 확인하였다. 반면, 실시예 1인 도 4를 참조하면, 구상화된 크롬탄화물 미세조직은 최대 지름이 5㎛ 이하이고, 상기 크롬산화물의 밀도는 120개/100㎛2 것을 확인하였다. 도 3과 같이, 비교예 2에서의 크롬탄화물 조대화는 탄화물 밀도의 감소를 야기할 수 있고, 이는 소재의 강화열처리 이후 경도의 저하 및 소재의 내부식성 저하를 초래한다. 따라서 열처리경도 및 내부성에 크게 영향을 미치는 미세 크롬탄화물 밀도의 확보를 위해서는 냉각속도를 10℃/시간 초과로 제한되어야 함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, which is Comparative Example 2, it was confirmed that the chromium carbide density analysis through microscopic observation showed about 60/100/100 μm 2 . On the other hand, referring to Figure 4, Example 1, the spherical chromium carbide microstructure has a maximum diameter of 5㎛ or less, it was confirmed that the density of the chromium oxide 120 / 100㎛ 2 . As shown in FIG. 3, the chromium carbide coarsening in Comparative Example 2 may cause a decrease in carbide density, which leads to a decrease in hardness and a decrease in corrosion resistance of the material after heat treatment of the material. Therefore, it can be seen that the cooling rate should be limited to more than 10 ℃ / time in order to secure the fine chromium carbide density which greatly affects the heat treatment hardness and internal resistance.
발명예 1인 도 4를 참조하면, 본 발명의 승온속도와 1차 냉각속도의 범위내에서 열처리되어 그 미세한 크롬탄화물들이 구상화되어 균일하게 분포함을 확인할 수 있었고, 20% 이상의 높은 연신율과 크롬탄화물 밀도 120개/100㎛2를 나타내는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4, Inventive Example 1, it was confirmed that the fine chromium carbides were spheroidized and uniformly distributed by heat treatment within the range of the temperature increase rate and the primary cooling rate of the present invention. It can be seen that the density is 120/100 µm 2 .
전술한 표 1과 같은 조성의 마르텐사이트계 스테인리스강의 열연코일을 이용하되, 상기 열연코일의 두께 2mm로 하여 표 3과 같이 열처리를 수행하였다. 열처리후, 구상화된 크롬탄화물의 최대 지름 및 분포형태와, 상기 크롬탄화물의 밀도를 측정하였다.The hot rolled coil of martensitic stainless steel having the composition shown in Table 1 was used, and the heat treatment was performed as shown in Table 3 with a thickness of 2 mm of the hot rolled coil. After the heat treatment, the maximum diameter and distribution form of the spherical chromium carbide and the density of the chromium carbide were measured.
(℃/시간)Heating rate
(℃ / hour)
(℃,시간)First crack condition
(℃, hour)
(℃/시간)Cooling rate
(℃ / hour)
(℃,시간)Second crack condition
(℃, hour)
(㎛)Maximum diameter of chromium carbide
(탆)
(ea/100㎛2)Density of Chromium Carbide
(ea / 100㎛ 2 )
본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스강은 중량 %로, 탄소(C): 0.51~0.59%, 규소(Si): 0.2~0.4%, 망간(Mn): 0.4~0.6%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 크롬(Cr): 13.7~14.3%, 니켈(Ni): 0.4% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.4~0.6%, 구리(Cu): 0.5% 이하, 텅스텐(W): 0.8~1.2%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트 기지조직 및 크롬탄화물의 미세조직으로 이루어지되, 상기 크롬탄화물의 미세조직을 80개/100㎛2 내지 200개/100㎛2로 포함할 수 있다. 비교예 1 및 2의 경우는 상기 크롬탄화물의 미세조직이 각각 250개/100㎛2 및 60개/100㎛2임을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예 1의 경우는 상기 크롬탄화물의 최대 지름이 2㎛ 이하로, 그 크기가 너무 작게 형성됨과 동시에 크롬탄화물의 분포가 불균일함을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2의 경우는 크롬탄화물의 분포 자체는 균일하나, 상기 크롬탄화물의 최대 지름이 7㎛ 이하임을 확인할 수 있었다. 상기 크롬탄화물의 최대 지름이 5㎛를 초과하는 경우, 후속하는 공정에서 크롬의 고영화가 어려울 수 있으며, 이에 이하여 스테인리스강의 강도가 저하됨을 확인할 수 있었다. Martensitic stainless steel according to the present invention in terms of weight%, carbon (C): 0.51 ~ 0.59%, silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, manganese (Mn): 0.4 ~ 0.6%, phosphorus (P): 0.025 % Or less, sulfur (S): 0.003% or less, chromium (Cr): 13.7-14.3%, nickel (Ni): 0.4% or less, molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, copper (Cu): 0.5% or less, Tungsten (W): 0.8-1.2%, balance iron (Fe) and other unavoidable impurities, and consists of a ferrite matrix and a microstructure of chromium carbide, the microstructure of the chromium carbide 80/100 ㎛ 2 to It may contain 200 / 100㎛ 2 . In the case of Comparative Examples 1 and 2 it was confirmed that the microstructure of the chromium carbide is 250/100 ㎛ 2 and 60/100 ㎛ 2 , respectively. In particular, in the case of Comparative Example 1, the maximum diameter of the chromium carbide was 2 μm or less, and the size was too small, and it was confirmed that the distribution of the chromium carbide was uneven. In Comparative Example 2, the distribution of chromium carbide itself was uniform, but the maximum diameter of the chromium carbide was 7 μm or less. When the maximum diameter of the chromium carbide is more than 5㎛, it may be difficult to high chromium of the chromium in the subsequent process, which was confirmed that the strength of the stainless steel is lowered.
반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 경우는, 크롬탄화물의 미세조직은 구상화된 것으로, 상기 크롬탄화물 미세조직은 최대 지름이 5㎛ 이하이고, 동시에 상기 크롬탄화물이 모두 균일함게 분포됨을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 3의 크롬탄화물의 밀도는 각각 120개/100㎛2, 80개/100㎛2 및 200개/100㎛2로 80개/100㎛2 내지 200개/100㎛2의 범위 내에 포함됨을 확인할 수 있었다. 상기 크롬탄화물의 밀도가 80개/100㎛2 미만인 경우, 크롬탄화물의 크기가 너무 크게 형성될 수 있으며, 따라서 스테인리스강의 강도를 저하시킬 수 있다. 또한, 상기 크롬탄화물의 밀도가 200개/100㎛2 초과인 경우, 크롬탄화물의 크기가 작은 대신 상기 크롬탄화물의 분포가 불균일하게 형성되어 스테인리스강의 특징이 불균일할 수 있다.On the other hand, in Examples 1 to 3 according to the present invention, the microstructure of the chromium carbide is spherical, and the chromium carbide microstructure has a maximum diameter of 5 μm or less, and at the same time, it is confirmed that all of the chromium carbides are uniformly distributed. Could. In Examples 1 to 3 are respectively the density of chromium carbides of 120 / 100㎛ 2, 80 / 100㎛ 2 and 200 / 100㎛ 2 to 80 / 100㎛ 2 to 200/2 range of 100㎛ It was confirmed that the inclusion within. If the density of the chromium carbide is less than 80 / 100㎛ 2 , the size of the chromium carbide may be formed too large, thus reducing the strength of the stainless steel. In addition, when the density of the chromium carbide is more than 200 / 100㎛ 2 , the size of the chromium carbide is small, but the distribution of the chromium carbide is formed non-uniform, the characteristics of the stainless steel may be non-uniform.
실시예 1 내지 3에 따른 스테인리스강의 연신율은 모두 18% 이상임을 확인할 수 있었고, 이와 같이 스테인리스강 내의 크롬탄화물의 크기 및 분포의 균일성을 확보함으로써 고내식성 및 고경도를 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강을 얻을 수 있었다.
It was confirmed that the elongation of the stainless steels according to Examples 1 to 3 were all 18% or more. Thus, martensitic stainless steels having high corrosion resistance and high hardness were obtained by securing uniformity in size and distribution of chromium carbides in the stainless steel. Could get
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalents thereof are included in the scope of the present invention Should be interpreted.
Claims (5)
페라이트 기지조직 및 균일하게 분포된 크롬탄화물 미세조직으로 이루어지되, 80개/100㎛2 내지 200개/100㎛2의 크롬탄화물 미세조직을 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강.By weight%, carbon (C): 0.51 to 0.59%, silicon (Si): 0.2 to 0.4%, manganese (Mn): 0.4 to 0.6%, phosphorus (P): greater than 0 to 0.025% or less, sulfur (S) : More than 0 to 0.003% or less, chromium (Cr): 13.7 to 14.3%, nickel (Ni): more than 0 to 0.4% or less, molybdenum (Mo): 0.4 to 0.6%, copper (Cu): more than 0 to 0.5% Tungsten (W): 0.8-1.2%, including residual iron (Fe) and other unavoidable impurities,
Martensitic stainless steel comprising a ferrite matrix and a uniformly distributed chromium carbide microstructure, including 80/100 μm 2 to 200/100 μm 2 chromium carbide microstructures.
상기 크롬탄화물 미세조직은 구상화된 것으로, 상기 크롬탄화물 미세조직은 최대 지름이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
The chromium carbide microstructure is spherical, and the chromium carbide microstructure has a maximum diameter of 5 μm or less.
상기 스테인리스강을 800℃ 내지 900℃까지 승온시킨 후, 10시간 내지 30시간 유지시키는 제1 균열단계;
제1 균열단계를 거친 스테인리스강을 650℃ 내지 750℃로 냉각시키는 냉각단계; 및
650℃ 내지 750℃ 냉각된 스테인리스강을 5시간 내지 10시간 항온으로 유지하는 제2 균열단계;를 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.By weight%, carbon (C): 0.51 to 0.59%, silicon (Si): 0.2 to 0.4%, manganese (Mn): 0.4 to 0.6%, phosphorus (P): greater than 0 to 0.025% or less, sulfur (S) : More than 0 to 0.003% or less, chromium (Cr): 13.7 to 14.3%, nickel (Ni): more than 0 to 0.4% or less, molybdenum (Mo): 0.4 to 0.6%, copper (Cu): more than 0 to 0.5% Hereinafter, in heat-treating martensitic stainless steel containing tungsten (W): 0.8 to 1.2%, residual iron (Fe) and other unavoidable impurities,
A first cracking step of maintaining the stainless steel at 800 ° C. to 900 ° C. and then maintaining the mixture for 10 hours to 30 hours;
A cooling step of cooling the stainless steel that has undergone the first cracking step to 650 ° C to 750 ° C; And
A second cracking step of maintaining the 650 ℃ to 750 ℃ cooled stainless steel at a constant temperature for 5 hours to 10 hours; manufacturing method of martensitic stainless steel comprising a.
상기 제1 균열단계에서 승온속도는 200℃/시간 미만인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 3,
Method of producing a martensitic stainless steel, characterized in that the temperature increase rate in the first cracking step is less than 200 ℃ / hour.
상기 냉각단계에서 냉각속도는 10℃/시간 초과인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 3,
Cooling rate in the cooling step is a manufacturing method of martensitic stainless steel, characterized in that more than 10 ℃ / hour.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110061612A KR101268736B1 (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | martensitic stainless steel and method of manufacturing it |
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