KR20010033526A - Austenitic stainless steel including columbium - Google Patents
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Abstract
201 계열의 오스테나이트 스텐레스강의 중량%로 0.003% 이상의 Cb를 포함한다. 또한 중량%로 0.003% 이상의 수준으로 Cb함량을 유지시킨 201 계열 스텐레스강 열편을 제공하는 단계를 포함하는 고강도 201 계열 스텐레스강 제조방법이 발표된다.Amount by weight of 201 series austenitic stainless steel, containing at least 0.003% Cb. Also disclosed is a method for producing high strength 201 series stainless steel, comprising the step of providing a 201 series stainless steel piece with a Cb content maintained at a level of 0.003% or more by weight.
Description
0도 이항의 온도에서 사용되는 재료는 양호한 연성, 인성 및 강도를 가져야 하며 이들 성질은 대부분의 오스테나이트 스텐레스강을 써서 달성가능하다. 이러한 응용분야를 위해 T201LN 합금이 특수 설계되었는데, 이 합금은 고 항복강도 및 최종강도가 요구되는 분야에서 허용 가능한 재료로서 지정되었다는 점에서 고유하다. 미국특허 4,568,387 (Ziemianski)에서 발표된 T201LN 합금은 양호한 저온 오스테나이트 안정성, 신장성 및 강도를 가지는 오스테나이트 스텐레스강이다. 상기 투여에서 T201LN 합금은 중량%로서 최대 0.03% 탄소, 6.4 내지 7.5% 망간, 1.0% 이하의 실리콘, 16 내지 17.5% 크롬, 4.0 내지 5.0% 니켈, 1.0% 이하의 구리, 0.13 내지 0.20% 질소, 나머지 철로 구성된다. T201LN 합금은 오스테나이트 안정성, 높은 실온강도, 용접에 대해 최소한의 민감성, 저온에서 고강도 및 연성을 특징으로 한다.Materials used at temperatures of zero degrees or higher should have good ductility, toughness and strength, and these properties are achievable with most austenitic stainless steels. The T201LN alloy was specially designed for this application, which is unique in that it is designated as an acceptable material in applications requiring high yield strength and final strength. The T201LN alloy, published in US Patent 4,568,387 (Ziemianski), is an austenitic stainless steel having good low temperature austenite stability, elongation and strength. The T201LN alloy at this dose is, by weight, up to 0.03% carbon, 6.4 to 7.5% manganese, up to 1.0% silicon, 16 to 17.5% chromium, 4.0 to 5.0% nickel, up to 1.0% copper, 0.13 to 0.20% nitrogen, The rest consists of iron. T201LN alloys feature austenitic stability, high room temperature strength, minimal sensitivity to welding, high strength and ductility at low temperatures.
T201LN 합금이 0도 이하의 온도에서 성공적으로 사용되어 왔지만 일부 극저온 분야의 기준은 만족시킬 강도 조건이 모든 게이지에서 항상 달성될 수는 없다. 그러므로 극저온 응용을 위해 필요한 재료의 기계적 조건을 더 신뢰성 있게 초과하도록 T201LN 합금의 강도를 증가시킬 방법을 개발하는 것이 필요하다. 최근의 관심은 트럭 프레임 제조 및 기타 응용분야에서 탄소강을 대체하는데 사용될 수 있도록 구조적 응용분야로 그 용도를 확장하기 위해서 T201LN 합금의 강도를 증가시키는데 집중된다.Although T201LN alloys have been successfully used at temperatures below zero degrees, some cryogenic applications have not been able to achieve the strength conditions that all gauges will always achieve. Therefore, it is necessary to develop a method to increase the strength of the T201LN alloy to more reliably exceed the mechanical conditions of the materials required for cryogenic applications. Recent interest has focused on increasing the strength of the T201LN alloy to expand its use in structural applications so that it can be used to replace carbon steel in truck frame manufacturing and other applications.
고강도 201 계열의 스텐레스강 제조를 위한 산업적 시도는 지금까지는 합금이 강도 조건을 충족시키는지 여부를 결정하기 위해서 합금을 단지 평가하는 것이었다. 용융동안 질소의 양을 변화시키는 것도 시도되었다. 모든 경우에 합금이 밀집되고 강도 특성이 테스트되었다. 강도 조건을 충족시키지 못한 합금은 폐기되었다. 공지기술에 기초하여 38,000 psi 항복 강도로 제조된 합금은 매우 높은 스크랩 발생율을 보인다. 그러므로 더 높은 강도의 201 계열 스텐레스강은 제조하는 더욱 신뢰할만한 수단이 필요하다.Industrial attempts to manufacture high strength 201 series stainless steels have so far been merely evaluating alloys to determine whether they meet the strength requirements. It was also attempted to change the amount of nitrogen during melting. In all cases the alloy was compacted and the strength properties were tested. Alloys that did not meet the strength requirements were discarded. Alloys made at 38,000 psi yield strength based on the known art show very high scrap incidence. Therefore, higher strength 201 series stainless steels need more reliable means to manufacture.
본 발명은 스테레스강 합금, 특히 T201LN 스텐레스강 합금, 더더욱 콜롬븀 (Cb) 첨가를 통한 T201LN 합금 강화에 관계한다.The present invention relates to stainless steel alloys, in particular T201LN stainless steel alloys, furthermore to T201LN alloy reinforcement through the addition of colombium (Cb).
도 1 은 Magne-Gage로 측정치 (FN)가 수득되기전 연마되고 엣칭된 실험실 제조 잉곳의 저부에서 취한 1/2”두께의 슬라이스산에 형성된 페라이트 맵을 보여준다.FIG. 1 shows a ferrite map formed on a 1/2 ”thick slice acid taken at the bottom of a polished and etched laboratory ingot before measurement (FN) was obtained by Magne-Gage.
도 2 는 기계적 데이터 수득에 사용되는 Charpy 시편을 보여준다.2 shows Charpy specimens used to obtain mechanical data.
도 3 은 Cb의 함수로서 실험실 용융재료 T201LN 합금의 인장시편으로 부터 수득되는 항복강도 그래프이다. (0.2% 오프셋)3 is a graph of yield strength obtained from tensile specimens of laboratory molten material T201LN alloy as a function of Cb. (0.2% offset)
도 4 는 Cb의 함수로서 실험실 용융재료 T201LN 합금의 인장시편으로 부터 수득되는 최종강도 그래프이다.4 is a graph of the final strength obtained from tensile specimens of laboratory molten material T201LN alloy as a function of Cb.
도 5 는 테스트된 실험실 재료로된 Magne-Gage로 측정된 인장 블랭크상의 페라이트 함량 그래프이다.5 is a graph of ferrite content on tensile blanks measured with Magne-Gage of tested laboratory materials.
도 6 은 기계적 테스트후 Magne-Gage로 측정된 인장 샘플상의 자기적 반응 그래프이다.6 is a magnetic response graph on tensile samples measured by Magne-Gage after mechanical testing.
도 7 은 Cb의 함수로서 T201LN 합금 용융재료로된 인장 시편으로부터 수득되는 신장률(%) 그래프이다.7 is a graph of percent elongation obtained from tensile specimens of T201LN alloy melt as a function of Cb.
도 8 은 Cb의 함수로서 T201LN 합금 용융재료로된 인장 시편으로부터 수득되는 경도 그래프이다.8 is a graph of hardness obtained from tensile specimens of T201LN alloy melt as a function of Cb.
도 9 는 Cb의 함수로서 T201LN 합금 용융재료로 미시적 검사하여 수득된 그레인 크기 그래프이다.9 is a graph of grain size obtained by microscopic examination with a T201LN alloy melt as a function of Cb.
도 10 은 -320, -50 및 70℉에서 Charpy 샘플 (원으로 표시된 데이터를 제외하고는 ∼0.180″) 의 Cb 함량의 함수로서 충격 에너지 그래프이다.FIG. 10 is a graph of impact energy as a function of Cb content of Charpy samples (˜0.180 ″ except for data indicated as circles) at −320, −50, and 70 ° F. FIG.
도 11 은 -302, -50 및 70℉에서 Charpy 샘플의 (∼0.180″두께)의 Cb 함량의 함수로서 전단률 그래프이다.FIG. 11 is a shear rate graph as a function of Cb content (˜0.180 ″ thickness) of Charpy samples at −302, −50, and 70 ° F. FIG.
도 12 는 -302, -50 및 70℉에서 Charpy 샘플의 (∼0.180″두께)의 Cb 함량의 함수로서 측부 팽창률 그래프이다.FIG. 12 is a graph of lateral expansion as a function of Cb content (˜0.180 ″ thickness) of Charpy samples at −302, −50, and 70 ° F. FIG.
본 발명은 고강도 201계열 스텐레스강 제조방법에 관계한다. 본 방법은 Cb가 T201LN 합금의 기계적 성질에 미치는 효과에 집중된다. 오스테나이트 안정화를 위해 질소 (∼0.15%)가 합금된 T201LN 합금 열편이 Cb양을 변화시키면서 (가능한 0.20% 이하로) Cb가 합금의 기계적 성질에 미치는 영향을 판단한다. Cb함량이 0.075% 이상으로 증가될 때 항복강도 및 최종 강도에서 5 k.s.i. 이상의 증가가 발견되었으며 0.150% 이상의 Cb함량에서 10 k.s.i. 정도의 증가가 발견되었다. Cb함량이 0.003%에서 0.210%로 증가되면 신장률은 55%에서 48%로 감소되고, 경도는 89 Rb에서 98 Rb로 증가되고, 그레인 크기는 ASTM 6.5에서 ASTM 10으로 감소된다.The present invention relates to a high strength 201 series stainless steel manufacturing method. The method focuses on the effect of Cb on the mechanical properties of the T201LN alloy. T201LN alloy strips alloyed with nitrogen (˜0.15%) for austenite stabilization vary the amount of Cb (up to 0.20% or less as possible) and determine the effect of Cb on the mechanical properties of the alloy. 5 k.s.i. in yield strength and final strength when Cb content increased above 0.075%. An increase of more than 10 k.s.i. An increase in degree was found. When the Cb content is increased from 0.003% to 0.210%, the elongation is decreased from 55% to 48%, the hardness is increased from 89 Rb to 98 Rb, and the grain size is reduced from ASTM 6.5 to ASTM 10.
Cb 잔류함량 0.003% 이상에서 Cb함량이 증가할 때 3개의 테스트된 온도에서 충격에너지는 약 0.10% 증가한다. 0.10% 이상의 Cb에서 충격 에너지는 감소한다. -50℉ 내지 70℉에서 연성이 비교적 높게 유지된다. 연성의 감소 (완전 손실은 아님)가 -320℉의 극저온에서 나타난다.When the Cb content increases above the Cb residual content of 0.003%, the impact energy increases about 0.10% at the three tested temperatures. The impact energy decreases at Cb of 0.10% or more. Ductility remains relatively high at -50 ° F to 70 ° F. Ductility reduction (not full loss) occurs at cryogenic temperatures of -320 ° F.
따라서 본 발명의 목적은 극저온 분야용으로 지정된 재료의 기계적 필요조건을 초과할 수 있도록 T201LN 합금의 강도를 신뢰성 있게 증가시키는 것이다. 이러한 측면에서 T201LN 합금의 약산 변성된 합금에 0.06% 내지 0.10%의 Cb의 첨가는 -320℉ 까지의 저온에서 사용할 합금의 기계적 특성을 향상시킨다.It is therefore an object of the present invention to reliably increase the strength of the T201LN alloy to exceed the mechanical requirements of the materials designated for cryogenic applications. In this respect the addition of 0.06% to 0.10% Cb to the weakly acid modified alloy of the T201LN alloy improves the mechanical properties of the alloy to be used at low temperatures up to -320 ° F.
본 발명의 또다른 목적은 -50℉ 이상의 온도에서 T201LN 합금의 강도를 증가시키는 것이다. 이러한 측면에서 0.10 내지 0.20%의 Cb 첨가는 -50℉ 이상의 온도에서 사용할 합금의 기계적 특성을 향상시킨다.Another object of the present invention is to increase the strength of the T201LN alloy at temperatures above -50 ° F. In this respect the addition of 0.10 to 0.20% Cb improves the mechanical properties of the alloy to be used at temperatures above -50 ° F.
상기에 비추어서 본 발명은 중량%로 0.003%이상의 Cb를 포함하는 201 계열의 오스테나이트 스텐레스강에 관계한다. 본 발명은 또한 201 계열 스텐레스강 열편을 제조하고 열편내 Cb 함량을 0.003% 이상으로 유지시키는 단계를 포함한 고강도 201 계열 스텐레스강 제조방법을 제공한다.In view of the above, the present invention relates to a 201 series austenitic stainless steel containing at least 0.003% Cb by weight. The present invention also provides a method for producing high strength 201 series stainless steel, including the step of preparing 201 series stainless steel pieces and maintaining the Cb content in the pieces at least 0.003%.
T201LN 재료에 Cb를 첨가하여 탄소, 질소 및 Cb를 포함하는 4개의 열편이 제조되어 테스트된다.Four pieces of carbon, nitrogen and Cb were prepared and tested by adding Cb to the T201LN material.
4개의 열편으로 부터 11개의 플레이트가 제조된다.Eleven plates are made from four loaves.
4개의 열편으로 제조한 모든 플레이트는 320℉에서 탁월한 충격 및 측부 팽창값을 보인다. 표준 조성은 극저온 탱크 제작자에게 중요하다. 압력용기 코드는 용접후 최소 15 mils 측부 팽창을 필요로 한다. 이전의 201LN 의 평균 측부 팽창값은 31 mils였다. 고함량 Cb 열편의 평균값은 35이고 기타 열편은 39였다. 이것은 더욱 오스테나이트형인 조성물로 인해 예견되는 개선이다.All plates made of four lobes show excellent impact and lateral expansion at 320 ° F. Standard composition is important for cryogenic tank makers. Pressure vessel cords require at least 15 mils side expansion after welding. Previously, the mean lateral expansion of 201LN was 31 mils. The average value of the high Cb fragments was 35 and the others were 39. This is an improvement foreseen due to the more austenitic composition.
Cb이 없이 0.17 내지 0.18% 질소를 함유한 3개의 열편은 잉곳을 가공한 후 충분히 높은 항복강도나 인장강도를 보이지 않는다. 여러 그룹은 한계에 있으며 한 플레이트는 최소 95,000 psi의 인장강도에 대해 93,700 psi로 실패했다(슬립 # 24010, 열편 2C153, 항복강도 46,600 psi)Three slices containing 0.17 to 0.18% nitrogen without Cb do not show sufficiently high yield or tensile strength after ingot processing. Several groups are at their limits and one plate fails at 93,700 psi for a tensile strength of at least 95,000 psi (slip # 24010, lobe 2C153, yield strength 46,600 psi).
4번째 열편(2C078)은 0.05% Cb의 첨가로 인해 허용 가능한 강도를 가진다. 고함량의 Cb로 인해 더 미세한 그레인 크기가 나온다. 그레인 크기 #6인 모든 플레이트는 변수를 비교와 분리시키는 열편이다.The fourth lobe 2C078 has an acceptable strength due to the addition of 0.05% Cb. Higher Cb results in finer grain size. All plates of grain size # 6 are lobes that separate the variables from the comparison.
압연동안 모든 플레이트는 1600℉ 미만에서 가공된다. 처음 두 개의 열편은 21302 플레이트를 제외하고는 최종 게이지의 150%에서 재가열도에서 1500℉로 유지되고 1500℉ 미만으로 더욱 축소된다. 이 플레이트는 두 번째 두 개의 히트(2C152 및 2C153) 과 같이 재가열하지 않고 직접 압연된다. 이 플레이트는 여전히 1500℉ 미만에서 가공되고 재가열된 플레이트와 비교된다.During rolling all plates are processed at less than 1600 ° F. The first two lobes are kept at 1500 ° F on reheat at 150% of the final gauge except for 21302 plates and further reduced to less than 1500 ° F. This plate is rolled directly without reheating like the second two hits 2C152 and 2C153. This plate is still compared to plates that have been processed and reheated below 1500 ° F.
열편 2C078은 Cb가 없는 다른 열편보다 높은 항복강도와 인장강도를 보인다. -320℉에서 충격 및 측부 팽창값은 매우 양호하다. Cb 또는 기타 원소 첨가에 제한은 없다. 더 낮은 Cb(0.03%)함량 열편 2C077은 Cb함량이 불충분하다.Piece 2C078 has higher yield and tensile strength than other pieces without Cb. At -320 ° F the impact and lateral expansion values are very good. There is no restriction on the addition of Cb or other elements. Lower Cb (0.03%) fragments 2C077 have insufficient Cb content.
예전의 201LN 쉬이트는 0.17% 이상의 질소에서 문제가 되는 수포 및 다공성을 보인다. 위의 열편으로 제조한 플레이트는 모두 수포 또는 다공성을 보이지 않는다. 제품 검사는 최대 0.198% 질소까지 행해진다. 강도향상을 위해 질소만 사용되며 0.20% 이상의 질소가 필요하지만 이것은 최근에는 시도되지 않는다. 0.16%이상의 질소함량으로 연속주조되는 경향이 있다.The old 201LN sheet shows problematic blisters and porosity at 0.17% or more nitrogen. The plates made from the above hot slices do not show blisters or porosity. Product inspection is done up to 0.198% nitrogen. Only nitrogen is used for strength and requires more than 0.20% nitrogen but this has not been attempted recently. It tends to be cast continuously with a nitrogen content of at least 0.16%.
2200℉ 산화대기에서 초기 압연이 무거운 스케일로 인한 거친 표면을 보인후 2150℉ 환원대기로 변화된다. ?? 피크링후 입자간 공격 증거는 보이지 않는다. 연간 압연 거칠기는 테스트 성질에 악영향을 미칠수 있다. 실온 인장 샘플이 연마될 수 있지만 성질은 개선되지 않는다. 그러나 -320℉ 인장테스트 경우에 열간압연된 표면 거칠기에서 시작되는 균열이 있는 평평한 샘플에 대해서 서브사이즈(subsize) 라운드(round)가 사용될 때 신장률이 향상된다.At 2200 ° F oxidizing atmosphere, the initial rolling changes to 2150 ° F reducing atmosphere after showing the rough surface due to the heavy scale. ?? There is no evidence of intergranular attack after peaking. Annual rolling roughness can adversely affect test properties. Room temperature tensile samples may be polished but the properties are not improved. However, the elongation is improved when subsize rounds are used for cracked flat samples starting from hot rolled surface roughness in the -320 ° F tensile test.
-320℉에서 최소 인장 성질은 없지만 이전의 데이터는 -320℉에서 특정 201L플레이트가 낮은 신장률을 보임을 보여준다.There is no minimum tensile property at -320 ° F, but previous data show that certain 201L plates exhibit low elongation at -320 ° F.
아래에 -320℉ 및 실온(R.T.) 결과가 제시된다.Below are the -320 ° F and room temperature (R.T.) results.
예전의 201LN 제품은 2025℉에서 어닐링되고 측부 플레이트는 1950℉를 사용한다. 열편 2C078로 제조된 열간압연 샘플에 대한 어닐링 연구는 1950℉가 최선의 선택임을 보여준다. 이 연구에서 모든 샘플은 1950℉에서 어닐링 된다.Older 201LN products are annealed at 2025 ° F and side plates use 1950 ° F. Annealing studies on hot rolled samples made from lobe 2C078 show that 1950 ° F is the best choice. In this study all samples were annealed at 1950 ° F.
충격성 감소에 대한 염려 때문에 플레이트는 초기에 신장되지 않는다.The plate is not initially elongated because of concerns about the impact reduction.
플레이트 24%는 인장강도가 부족하며 2%신장시켜 그 효과를 평가한다. 첫 번째 두 개의 롤러도 평평해진후 항복강도 및 인장강도가 증가한다. 신장의 충격성은 여전히 허용 가능하다. 충격성은 크게 감소되지 않음이 명백하다. 충격 테스트는 테스트 변수로 인하여 테스트값 낮아질수 있음을 보여준다. 40.5ft-lbs 및 26 mils 측부 팽창값은 같은 샘플은 허용치 이상이다.Plate 24% lacks tensile strength and elongates 2% to evaluate its effect. Yield and tensile strength increase after the first two rollers are flattened. The impact of the kidneys is still acceptable. It is apparent that the impact is not greatly reduced. Impact tests show that test values can be lowered due to test parameters. The 40.5 ft-lbs and 26 mils lateral inflation values were above acceptable for the same sample.
신장결과 강도의 증가는 탱크 용접조인트에서는 손실될 것이고 조성 변화에 따른 제품의 강화에 기여하지 않는다. 가장큰 201LN 구매자에 의해 사용되는 특수 용접절차는 표준 201LN 플레이트의 한계 인장성질 보존 필요성 때문에 총제조비용을 증가시킨다. 더 높은 인장강도를 위한 조성물 개선은 가치가 있다.Elongation and increase in strength will be lost in the tank weld joint and will not contribute to the strengthening of the product as the composition changes. The special welding procedure used by the largest 201LN buyers increases the total manufacturing cost due to the need to preserve the limit tensile properties of standard 201LN plates. Composition improvements for higher tensile strength are valuable.
3개의 T201LN 열편이 0.003-0.210% 범위의 Cb 첨가와 함께 용융된다. 재료는 ∼3/16″(4.76mm)까지 열간 압연되고 1950℉에서 어닐링된다. 기계적 테스트를 위해서 각 플레이트로부터 인장 및 서브사이즈 Charpy 시편이 수득된다. 테스트 전후에 인장 시편에 대해 측정이 수행되어 플레이트의 페라이트 함량과 오스테나이트 안정성을 결정한다. 연마 및 엣칭된 인장 시편의 단부로 부터 현미경 사진이 수득되어 그레인 크기가 측정된다.Three T201LN slices are melted with Cb addition in the range of 0.003-0.210%. The material is hot rolled to ˜3 / 16 ″ (4.76 mm) and annealed at 1950 ° F. Tensile and subsize Charpy specimens are obtained from each plate for mechanical testing. Measurements are made on tensile specimens before and after the test to determine the ferrite content and austenite stability of the plate. Micrographs are obtained from the ends of the polished and etched tensile specimens to determine grain size.
Cb 함량이 0.075% 이상으로 증가될 때 항복 및 최종 강도가 5 k.s.i. 이상 증가되며 Cb 함량이 0.150% 이상으로 증가될 때 항복 및 최종강도는 10 k.s.i. 이상 증가된다.Yield and final strength increased to 5 k.s.i. when the Cb content was increased above 0.075%. Yield and ultimate strength at 10 k.s.i. when Cb content is increased above 0.150%. Is increased over.
Cb함량이 0.003%에서 0.210%로 증가될 때 신장률은 55%에서 48%로 감소되며 경도는 89Rb에서 98Kb로 증가되며 그레인 크기는 ASTM 6.5에서 ASTM 10으로 감소된다. 잔류 Cb 함량(0.003%)이상에서 3가지 온도에서 Cb 함량이 0.10% Cb까지 증가될 때 충격에너지는 약간 증가된다. -50 내지 70℉에서 연성은 비교적 높게 유지된다. 0.10% 이상의 Cb에서 극저온 (-320℉)에서 연성의 감소 (와전 손실은 아님)가 일어난다. Cb의 첨가는 T201LN 합금의 기계적 성질을 향상시킨다.When the Cb content is increased from 0.003% to 0.210%, the elongation rate decreases from 55% to 48%, the hardness increases from 89Rb to 98Kb, and the grain size decreases from ASTM 6.5 to ASTM 10. The impact energy slightly increases when the Cb content is increased to 0.10% Cb at three temperatures above the residual Cb content (0.003%). Ductility remains relatively high at -50 to 70 ° F. At low temperatures (-320 ° F), a decrease in ductility (not electrical losses) occurs at Cb above 0.10%. The addition of Cb improves the mechanical properties of the T201LN alloy.
실험실 용융 및 가공된 재료에 대해 수득된 데이터에 기초하여 약 0.075% Cb의 첨가는 다른 기계적 성질을 크게 저하시키지 않고 합금의 강도를 증가시키기에 충분하다.Based on the data obtained for the laboratory melted and processed materials, the addition of about 0.075% Cb is sufficient to increase the strength of the alloy without significantly degrading other mechanical properties.
첨가 테스트 절차 및 결과는 다음과 같다. 3개의 50 파운드 VIM 실험실 열편이 상업적으로 제조되는 T201LN 합금의 조성이 되게 용융된다. 표 1 은 용융된 3개의 실험실 열편의 조성, 용융된 3개의 상업적 T201LN 열편의 최소, 평균 및 최대값을 포함한다. 제 1 열편 RV#1184는 0.01-0.10 중량% 범위는 Cb 첨가가 T201LN의 기계적 성질에 미치는 효과를 조사하기 위해서 용융된다. 그러나 제 1 열편의 최종 조성은 상업적 T201LN의 조성과 약간 다르다. 그러므로 제 2 열편 RV#1185가 용융된다. 약간 더 높은 Cb 함량 (0.20%까지)이 합금의 기계적 성질에 미치는 효과가 조사되었고 3번째 최종 열편 RV#1212 역시 용융된다. 각 열편이 용융된후 3개의 잉곳/열편의 유동점 사이에서 다양한 수준으로 Cb 함량이 조절된 3개의 17파운드 잉곳이 주조된다. 이의 목적은 3개의 동일한 합금을 생성하는 것으로, 이로부터 Cb 함량의 변화가 합금의 기계적 성질에 미치는 효과가 조사될 수 있다.Addition test procedures and results are as follows. Three 50 pound VIM laboratory scraps are melted to the composition of a commercially produced T201LN alloy. Table 1 contains the composition of the three melted lab lobes, the minimum, average and maximum values of the three melted commercial T201LN lobes. The first lobe RV # 1184 is melted in the range of 0.01-0.10% by weight to investigate the effect of Cb addition on the mechanical properties of T201LN. However, the final composition of the first locus is slightly different from that of commercial T201LN. Therefore, the second hot piece RV # 1185 is melted. The effect of a slightly higher Cb content (up to 0.20%) on the mechanical properties of the alloy was investigated and the third final lobe RV # 1212 also melted. After each hot piece is melted, three 17 pound ingots with varying levels of Cb are cast between various ingots / hot points at the pour points. Its purpose is to produce three identical alloys from which the effect of varying Cb content on the mechanical properties of the alloy can be investigated.
연마 및 엣칭된 각 잉곳의 하부로부터 반인치 슬라이스가 절단되어서 페라이트 맵(map)이 주조 재료에 대해 수득될 수 있다. 오스테나이트 측면에서 합금의 안정성을 평가하기 위해서 2-3/8″ 스퀘어 잉곳 슬라이스 상의 반인치 x 반인치 그리드를 따라 Magne-Gage를 써서 페라이트 함량(FN)이 측정된다. 열편 RV#1184, RV#1185, RV#1212에 대해 페라이트 맵이 도 1에 도시된다. 잉곳은 연마되고 열간가공을 위해 2150℉로 가열된다. (∼1 hr TAT). 이들은 교차 압연되어서 7인치 폭을 획득하여 ∼0.1875″ 목표 게이지까지 열간 압연된다. 각 패널을 6분간 (TAT) 1950℉에서 어닐링 하고 그릿 블라스팅 및 산세척을 한다. 종방향 및 횡방향으로 각 플레이트 샘플로부터 인장 시편이 절단되고 기계가공된다. 횡방향으로 플레이트 샘플로부터 Charpy v-노치 서브사이즈 Charpy 시편 (0.394″x 플레이트의 두께)이 도 2에 도시된다.A half inch slice is cut from the bottom of each polished and etched ingot so that a ferrite map can be obtained for the casting material. To evaluate the stability of the alloy on the austenite side, the ferrite content (FN) is measured using Magne-Gage along a half inch by half inch grid on a 2-3 / 8 ″ square ingot slice. The ferrite map is shown in FIG. 1 for the lobes RV # 1184, RV # 1185, RV # 1212. The ingot is polished and heated to 2150 ° F. for hot work. (˜1 hr TAT). They are cross rolled to obtain a 7 inch width and hot rolled to a target gauge of -0.1875 ". Each panel is annealed at 1950 ° F. for 6 minutes (TAT) and grit blasted and pickled. Tensile specimens are cut and machined from each plate sample in the longitudinal and transverse directions. Charpy v-notched subsize Charpy specimens (thickness of 0.394 ″ x plate) from the plate samples in the transverse direction are shown in FIG. 2.
기계적 테스트가 완료된후 미시구조 평가를 위해 인장 시편으로 단부로부터 샘플이 절단된다. 이들은 장착 및 연마되고 20-30초간 6V, 10% 옥살산에서 전기분해에 의해 엣칭된다. 각 샘플의 그레인 크기는 다음 두가지 예외를 제외하고 비교 절차를 사용하여 ASTM E 112에 따라 측정된다. 첫 번째 것은 100배 대신 106 배 배율로 광학 현미경사진이 취해진다. 두 번째 것은 광학 현미경 사진이 오스테나이트 스텐레스강에 대한 추천된 표준인 플레이트 Ⅱ가 아니라 플레이트Ⅰ의 표준에 비교된다. 그러므로 측정된 그레인 크기는 재료를 분석 및 비교하는 용도로만 사용되어야 한다. 그러나 그레인 크기 측정기술에서 이와같은 사소한 변화가 그레인 크기 또는 경향 (Cb 함량의 함수로서 그레인 크기)을 크게 변경시키지 말아야 한다.After the mechanical test is completed, the sample is cut from the end with the tensile specimen for microstructure evaluation. They are mounted and polished and etched by electrolysis in 6V, 10% oxalic acid for 20-30 seconds. The grain size of each sample is measured according to ASTM E 112 using a comparison procedure with the following two exceptions. The first one is an optical micrograph taken at 106 times magnification instead of 100 times. The second is that the optical micrographs are compared to the plate I standard, not plate II, which is the recommended standard for austenitic stainless steels. Therefore, the measured grain size should only be used for analyzing and comparing materials. However, such minor changes in grain size measurement techniques should not significantly alter grain size or trend (grain size as a function of Cb content).
표 2 는 인장시편 테스트 결과를 보여준다. 표 3 은 Charpy 시편 테스트 결과를 보여준다. 두 개의 시편으로부터 수득된 결과는 데이터의 그래프 표현을 단순화시키도록 평균화된다. 종방향 및 횡방향 시편이 테스트될 때 모든 샘플이 평균이 역시 주어진다. 이의 예가 Cb함량의 함수로서 도 3 및 도 4에 도시된 항복강도 (0.2% 오프셋) 및 최종강도 데이터이다. 그래프에서 알 수 있듯이 Cb함량이 ∼0.003%에서 0.210 %로 증가될 때 T201LN의 강도가 증가한다. 0.075 % 이상의 최종 강도가 5 k.s.i. 이상 증가하며 0.150% 이상의 Cb 함량에서는 Cb가 증가할 때 증가량은 10 k.s.i. 이다. 도 3에서 나머지 데이터의 경향과 부합하지 않으며 낮은 Cb 함량 재료(RV#1184-잉곳 A)와 관련된 비정상적으로 높은 항복강도가 있다. 그러나 이 재료는 테스트전 인장 블랭크에서 측정시 최고의 페라이트 함량(∼2.5%)를 가진다.Table 2 shows the tensile test results. Table 3 shows the Charpy specimen test results. The results obtained from the two specimens are averaged to simplify the graphical representation of the data. All samples are also averaged when the longitudinal and transverse specimens are tested. Examples of this are the yield strength (0.2% offset) and final strength data shown in FIGS. 3 and 4 as a function of Cb content. As can be seen from the graph, the strength of T201LN increases when the Cb content is increased from ˜0.003% to 0.210%. A final strength of at least 0.075% is 5 k.s.i. At a Cb content of at least 0.150% and an increase in Cb at 10 k.s.i. to be. In FIG. 3 there is an unusually high yield strength that is inconsistent with the trend of the rest of the data and associated with the low Cb content material (RV # 1184-Ingot A). However, this material has the highest ferrite content (~ 2.5%) as measured on the tensile blank before testing.
도 5는 테스트전 인장 블랭크상에서 측정된 페라이트 함량 그래프이다. 단지 3개의 재료만이 상당한 페라이트 함량을 가진다. 이중 첫 번째 두 개는 상업적으로 제조되는 조성물에 부합하지 않는 실험실 열편 RV#1184(잉곳 A,B)이다. 이 열편에서 관찰되는 더 높은 페라이트 함량은 더 높은 크롬 및 몰리브덴 함량과 더 낮은 니켈 및 망간 함량 때문이다. 실험실 열편 RV#1185 잉곳 C에서 기대치 보다 높은 페라이트 함량의 원인은 알려지지 않지만 페라이트 함량은 감소시키는 열처리 공정의 동요 때문일수 있다. (도 1에서 도시된 주조 재료에서 발견되는 페라이트 함량으로부터 최종 제품의 페라이트 함량으로 감소)5 is a graph of ferrite content measured on a tensile blank before testing. Only three materials have significant ferrite content. The first two of them are laboratory scrape RV # 1184 (Ingot A, B), which does not conform to a commercially prepared composition. The higher ferrite content observed in this lobe is due to the higher chromium and molybdenum content and lower nickel and manganese content. The cause of higher than expected ferrite content in laboratory slice RV # 1185 ingot C is unknown, but may be due to fluctuations in the heat treatment process that reduce the ferrite content. (Reduced from the ferrite content found in the casting material shown in FIG. 1 to the ferrite content of the final product)
오스테나이트 안정성의 척도인 마텐사이트 존재를 결정하기 위해서 테스트후 인장시편의 축을 따라 자기반응(FN)이 측정된다. 데이터는 도 6에 도시된다. 이 측정치는 재료내 마텐사이트 양을 표시한다. 그러나 측정치와 실제 마텐사이트 양간의 관계는 알려져 있지 않으므로 샘플간 비교를 위해서만 사용된다.To determine the presence of martensite, a measure of austenite stability, the magnetic response (FN) is measured along the axis of the tensile specimen after testing. The data is shown in FIG. This measurement indicates the amount of martensite in the material. However, the relationship between the measurements and the actual amount of martensite is unknown and is only used for comparison between samples.
인장시편(테스트 동안 변형되지 않은 단부) 으로부터 절단된 미시적 절편의 현미경 조사로 수득된 그레인 크기와 인장테스트로부터 수득되는 신장률 및 경도가 도 7, 8, 9에 도시된다. 재료의 Cb 함량이 증가할 때 신장률은 감소하고 (도 7) 경도는 증가한다. (도 8)The grain size obtained by microscopic examination of microscopic sections cut from the tensile specimens (ends undeformed during the test) and the elongation and hardness obtained from the tensile test are shown in FIGS. 7, 8, 9. As the Cb content of the material increases, the elongation decreases (FIG. 7) and the hardness increases. (Figure 8)
3가지 상이한 온도(-320℉, -50℉, -70℉)에서 Cb의 함수로서 서브사이즈 Charpy 시편(즉, ＜0.394″ 두께)의 충격 테스트로 수득되는 데이터는 충격에너지(도 10), 전단률 (도 11) 및 샘플의 측부팽창(도 12)이다. 도 10에서 원으로 표시된 데이터는 ∼0.180 - 0.185″의 게이지까지 압연된 나머지 재료보다 약간 작은 게이지(0.157″)까지 압연된 열편 RV#1212 잉곳 A 재료로부터 수득된 것이다. 충격에너지는 테스트되는 샘플의 단면적에 종속적이므로 이들이 올바른 두께 (∼0.180 - 0.185″)라면 18% 이상 높은 충격에너지를 가질 것이다. 그러므로 Cb함량의 함수로서 충격 에너지, %전단 및 측부 팽창을 조사할 때 이들 데이터는 고려되지 않는다.Data obtained by impact testing of subsize Charpy specimens (ie, <0.394 ″ thickness) as a function of Cb at three different temperatures (−320 ° F., −50 ° F., −70 ° F.) are given in terms of impact energy (FIG. 10), shear Rate (FIG. 11) and lateral expansion of the sample (FIG. 12). The data indicated by circles in FIG. 10 were obtained from hot-rolled RV # 1212 Ingot A material rolled up to a gauge (0.157 ″) slightly smaller than the rest of the material rolled down to a gauge of ˜0.180-0.185 ″. Impact energy is dependent on the cross-sectional area of the sample being tested, so if they are of the correct thickness (~ 0.180-0.185 ") they will have an impact energy of at least 18% higher. Therefore, these data are not taken into account when investigating impact energy,% shear and lateral expansion as a function of Cb content.
Cb 함량이 증가할 때 충격에너지는 초기에 증가하고 이후에 감소한다. 70 내지 -50℉에서 테스트 할 때 극히 적은 인성 손실이 관찰된다. 그러나 -320℉에서 종결된 테스트는 0.10% Cb이상에서 재료의 인성이 감소됨을 보여준다. 그러나 이 온도에서 충격에너지는 여전히 허용가능한 인성 수준을 보여준다.As the Cb content increases, the impact energy initially increases and then decreases. Very little toughness loss is observed when testing at 70 to -50 ° F. However, tests terminated at -320 ° F. show that the toughness of the material is reduced above 0.10% Cb. At this temperature, however, the impact energy still shows acceptable levels of toughness.
0.10% 까지 Cb 첨가는 다른 기계적 성질을 크게 저하시키지 않으면서 합금의 강도를 증가시킨다. 데이터를 조사하면 0.075% Cb가 바람직한 기계적 성질 달성에 적절한 양임을 보여준다.Adding Cb up to 0.10% increases the strength of the alloy without significantly degrading other mechanical properties. Examination of the data shows that 0.075% Cb is an appropriate amount to achieve the desired mechanical properties.
Cb는 강한 안정화제 (즉, 그레인 경계에서 크롬 카바이드 형성을 저하시키는)이므로 합금에 Cb의 첨가는 최대 탄소함량을 연장시키고 부식 측면에서 여전히 허용가능하다. 탄소함량의 약간의 증가와 함께 Cb의 첨가는 새로운 시장에 필요한 개선된 기계적 성질(증가된 오스테나이트 안정성으로 인한 추가 강도 및 인성)을 보장한다. 그러므로 T201 등급의 변화(Cb 0.100%, C: 최대 0.060%)는 용접조건에서 허용가능한 제품을 생성한다.Since Cb is a strong stabilizer (i.e., reduces chromium carbide formation at grain boundaries), the addition of Cb to the alloy extends the maximum carbon content and is still acceptable in terms of corrosion. The addition of Cb with a slight increase in carbon content ensures the improved mechanical properties needed for the new market (additional strength and toughness due to increased austenite stability). Therefore, a change in grade T201 (Cb 0.100%, C: 0.060% at maximum) produces an acceptable product under welding conditions.
실험실에서 제조된 재료로 수득된 결과에 기초하여 Cb의 첨가는 그레인을 다시 미세하게 하며 T201LN 합금의 기계적 성질을 개선시킴을 알수 있다. 0.075% 이상에서 Cb함량이 증가될 때 항복 및 최종강도가 5 k.s.i.이상 증가하며 0.150% 이상에서 Cb가 증가할 때 약 10 k.s.i. 만큼 증가된다. 게다가 Cb함량이 0.003%에서 0.210%로 증가될 때 신장률은 55%에서 48%로 감소하여 경도는 89 Rb에서 98 Rb로 증가하며 그레인 크기는 ASTM 6.5에서 ASTM 10으로 감소한다. 또한 잔류 Cb함량(∼0.003%)이상에서 테스트된 온도에서 Cb함량이 0.10%까지 증가될 때 충격에너지가 증가된다. -50 내지 70℉에서 연성은 비교적 높게 유지된다. 0.10% Cb이상에서 -320℉의 극저온에서 연성은 감소하지만 여전히 허용가능하다.Based on the results obtained with the materials produced in the laboratory, it can be seen that the addition of Cb refines the grain again and improves the mechanical properties of the T201LN alloy. Yield and ultimate strength increase above 5 k.s.i. when Cb content is increased above 0.075% and about 10 k.s.i. when Cb increases above 0.150%. Is increased by. In addition, when the Cb content is increased from 0.003% to 0.210%, the elongation decreases from 55% to 48%, the hardness increases from 89 Rb to 98 Rb and the grain size decreases from ASTM 6.5 to ASTM 10. In addition, the impact energy increases when the Cb content is increased to 0.10% at the temperature tested above the residual Cb content (~ 0.003%). Ductility remains relatively high at -50 to 70 ° F. At cryogenic temperatures of -320 ° F above 0.10% Cb, the ductility decreases but is still acceptable.
표 1Table 1
표 2aTable 2a
표 2bTable 2b
표 3aTable 3a
표 3bTable 3b
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