KR20100059957A

KR20100059957A - 오스테나이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20100059957A
Application number: KR1020107007566A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 히라타; 가즈히로 오가와; 다카히로 오스키; 히로카즈 오카다; 히로유키 셈바
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-06-04
Also published as: JPWO2009044796A1; US20100034689A1; WO2009044796A1; ES2668831T3; EP2199419B1; EP2199419A1; CN101784687B; JP4258678B1; EP2199419A4; CN101784687A

Abstract

C: 0.04∼0.18%, Si≤1.5%, Mn≤2.0%, Ni: 6∼30%, Cr: 15∼30%, N: 0.03∼0.35%, sol. Al≤0.03%를 포함함과 더불어, Nb≤1.0%, V≤0.5%및 Ti≤0.5%의 1종 이상을 함유해, 잔부가 Fe와 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P≤0.04%, S≤0.03%, Sn≤0.1%, As≤0.01%, Zn≤0.01%, Pb≤0.01% 및 Sb≤0.01%로, P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}≤0.06 및 0.2≤Nb＋2(V＋Ti)≤1.7-10×P1을 만족하는 오스테나이트계 스테인리스강은, 고강도이며, 고온에서의 사용 중의 용접부의 내취화 균열성이 뛰어나다. 이 강은, 발전용 보일러 등의 고온에서 장시간 사용되는 기기의 소재로서 적합하다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강{AUSTENITIC STAINLESS STEEL}

본 발명은, 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것으로, 자세하게는, 발전용 보일러 등의 고온 기기에 이용되는 고온 사용 중의 용접부의 내취화(耐脆化) 균열성이 뛰어난 고강도 오스테나이트계 스테인리스 내열강에 관한 것이다.

근년, 환경 부하 경감의 관점으로부터 발전용 보일러 등에서는 운전 조건의 고온·고압화가 세계적 규모로 진행되고 있고, 과열기관이나 재열기관 재료로서 사용되는 오스테나이트계 내열강에는 더 뛰어난 고온 강도를 가지는 것이 요구되고 있다.　

이러한 기술적 배경하에서, 여러 가지의 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, Nb(%)/Cu(%)를 0.05∼0.2, 및 용체화 처리 후의 미고용 Nb량을, 0.04×Cu(%)∼0.085×Cu(%)로 한, 고온 강도와 연성이 뛰어난 Cu, Nb, N이 함유된 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 2에는, Ca, Mg, O, S의 함유량을 3.0≤{(Ca＋Mg)-0.1×O}/S≤15.0으로 함으로써 열간 가공성을 개선한 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는, Cu를 2∼6%, Y, La, Ce 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.01∼0.2% 포함해, Mn, Mg, Ca, Y, La, Ce 및 Nd 및 Al, Cu 및 S의 관계식으로 나타내는 수치를 특정 범위로 한 고온 강도 및 열간 가공성이 뛰어난 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 4에는, P와 Cu, sol. Al과 N, 및 O와 Cu의 3종의 관계식을 만족시킴으로써, 크리프 특성 및 열간 가공성이 뛰어난 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

또한, 이러한 오스테나이트계의 내열 스테인리스강은, 일반적으로, 용접에 의해 조립된 후, 고온에서 사용되지만, 고온에서의 장시간 사용으로, 용접열 영향부(이하, 「HAZ」로 함)에 균열이 발생한다는 문제가 생긴다.

예를 들면, 비특허 문헌 1 및 비특허 문헌 2에는, 18Cr-8Ni계의 오스테나이트계 스테인리스 내열강의 용접부에는, 장시간 가열에 의해 HAZ에 입계 균열이 생기는 것이 지적되어 있다.

또, 비특허 문헌 3에서, 18Cr-8Ni-Nb계의 오스테나이트계 스테인리스 내열강 용접부의 장시간 가열시의 HAZ에서의 입계 균열의 방지책에 대한 검토를 행해지고 있다.

일본국 특허 공개 2000-256803호 공보 일본국 특허 공개 2001-49400호 공보 일본국 특허 공개 2000-328198호 공보 일본국 특허 공개 2004-323937호 공보

R. N. Younger 등: Journal　of　The　Iron　and　Steel　Institute, October(1960), p. 188 R. N. Younger 등: British　Welding　Journal, December(1961), p. 579 우치기 등: 이시가와지마하리마 기보, 제15권(1975) 제2호, p. 209

상술한 특허 문헌 1∼4에서는, 용접에 의해 조립된 후의 고온 장시간 사용에 의해 HAZ에 발생되는 균열에 대해 아무런 고려가 되어 있지 않다.

비특허 문헌 1 및 비특허 문헌 2에서는, M₂₃C₆나 NbC라는 탄화물이 HAZ에 서의 입계 균열에 영향을 미치는 인자로서 시사되어 있지만, 그 메커니즘에 대해서는 밝혀지지 않다.

비특허 문헌 3에서는, 적절한 후 열처리의 적용에 의한 용접 잔류 응력의 저감이 균열 방지에 유효하다는 용접 프로세스면으로부터의 대책이 제안되고, Nb(C, N)에 의해 강화된 입내와 입계의 강도 차이가 HAZ에서의 입계 균열의 영향 인자인 것이 고찰되어 있지만, 입계 취화의 요인에 대해서는 아무 언급이 없다.

따라서, 상기의 비특허 문헌 1∼3은, 예를 들면 특허 문헌 1∼4와 같은 근년 제안되고 있는 고강도 오스테나이트계의 스테인리스 내열강을 장시간 사용할 때에 발생하는 HAZ의 균열 방지에 대해, 재료면으로부터의 대책을 아무 시사하는 것이 아니다.

이와 같이, 오스테나이트계 스테인리스 내열강에서, 장시간 사용 중에 HAZ에 균열이 생기는 현상은 옛날부터 알려져 있지만, 완전한 기구 해명에는 이르지 못하고 있고, 또한 그 대책, 특히, 재료면으로부터의 대책은 확립되어 있지 않다.

또한, 근년, 많이 제안되고 있는 오스테나이트계 스테인리스 내열강에서는, 고강도화에 수반해, 다종의 합금 원소가 첨가·함유되어 있기 때문에, 상술한 장시간 고온 사용 중의 용접부의 균열이 더 현재화되는 경향이 있다.

본 발명은, 상기 현상을 감안하여 이루어진 것으로서 발전용 보일러 등의 고온에서 장시간 사용되는 기기의 소재로서 적합한, HAZ에서의 내취화 균열성이 뛰어난 고강도의 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 고온에서 장시간 사용되는 기기의 소재로서 이용되는 오스테나이트계 스테인리스강에 대해, HAZ에서의 균열을 방지해 양호한 내취화 균열성을 구비시키는 것을 목적으로, 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생된 균열부에 대해 상세한 조사를 실시했다.

그 결과, 우선, 하기 (a)∼(c)의 사항이 밝혀졌다.

(a) 균열은 용접에 의해 고온에 노출된, 이른바 「조립 HAZ」의 결정 입계에서 발생한다.

(b) 균열 파면은 연성이 부족하고, 파면상에는, P, S, Sn 등의 입계를 취화시키는 원소의 농화(濃化)가 생긴다.

(c) 균열부 근방의 마이크로 조직에는, 결정립 내에 다량으로 석출된 미세한 탄화물이나 질화물이 인정된다.

상기 (a)∼(c)의 판명 사항으로부터, 본 발명자들은, 다음의 (d)∼(f)의 결론에 이르렀다.

(d) HAZ에 발생된 균열은, 용접열 사이클 중, 또는, 그 후의 고온에서의 사용 중에, P, S, Sn 등의 원소가 입계에 편석하는 것에 기인하여 약해진 입계에 외부 응력이 작용해, 개구한 것이다.

(e) 입내에 다량의 미세 탄화물이나 질화물이 석출할 경우에는, 입내의 변형을 방해되기 때문에 입계면으로의 응력 집중이 생겨 입계가 약해진 것과 중첩 작용에 의해, 균열이 쉽게 발생한다.

(f) 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생된 균열과 유사한 균열 형태를 나타내는 것으로서는, 예를 들면, 이토 들이, 용접 학회지, 제41권(1972) 제1호, p. 59에 서술하는 저합금강의 SR균열을 들 수 있다. 그렇지만, 이 저합금강의 SR균열은, 용접 후의 단시간의 SR열처리시에 발생되는 균열이고, 본 발명이 대상으로 하는 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생되는 균열과는 발생 시기가 완전히 다른 것이다. 또한, 그 모재(및 HAZ)의 조직은 페라이트상이고, 상기 본 발명이 대상으로 하는 오스테나이트상에서의 균열과는 그 발생 기구도 완전히 다른 것이다. 이 때문에, 당연한 것이지만, 상기 저합금강의 SR균열의 방지 대책을 그대로, 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생하는 균열의 방지 대책으로 활용할 수 없다.

그래서 또한, 본 발명자들은 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생되는 균열을 방지하기 위해, 여러 가지의 오스테나이트계 스테인리스강에 대해 상세한 검토를 실시했다. 그 결과, 하기 (g)∼(l)의 중요한 지견을 얻었다.

(g) 상기 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생되는 균열을 방지하기 위해서는, 입계를 취화시키는 원소, 구체적으로는, P, S, Sn, Sb, Pb, Zn 및 As의 함유량을 특정 범위에 규제하는 것이 가장 유효하다.

(h) 입계를 취화시키는 상기 원소의 함유량을 규제함으로써 균열을 방지할 수 있는 것은, 상기 원소의 용접열 사이클 중, 또는, 그 후의 고온에서의 사용 중에서의 입계 편석의 경감에 의해, 입계 결합력의 저하를 억제할 수 있기 때문이다.

(i) 특히, 질량%로, 15∼30%의 Cr 및 6∼30%의 Ni를 포함한 오스테나이트계 스테인리스강일 경우의 균열에 대해서는, 상기의 원소 중 S가 가장 큰 영향을 미치고, 그 다음에, P 및 Sn의 영향이 크다. 그리고, 균열 방지를 위해서는, 각각 원소의 영향의 중요도를 고려해, 식 중의 원소 기호를, 그 원소의 질량%로의 함유량으로서 하기의 (1)식에서 나타내는 파라미터 P1의 값을 0.06 이하로 하는 것이 필수 요건이 된다.

P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1).

(j) Nb, V, Ti, C 및 N의 함유량을 특정 범위로 제어하고, 미세한 석출물의 입내로의 과잉인 생성을 억제함으로써, 상기 고온에서 장시간 사용된 용접부에 발생하는 균열에 대한 감수성을 저감할 수 있다.

(k) 특히, 상술한 P, S, Sn, Sb, Pb, Zn 및 As라는 입계를 취화시키는 원소의 함유량에 따라, Nb, V 및 Ti의 함유량을 특정 범위로 조정함으로써, 더욱 균열 감수성의 저감과 원하는 큰 크리프 강도의 확보를 양립시킬 수 있다. 즉, Nb, V, Ti, C 및 N의 함유량을 특정 범위로 조정함으로써, 입내에 미세한 탄질화물을 적정량 석출시켜 크리프 강도를 확보할 수 있고, 한편에서는 미세한 입내 석출물에 의한 과잉인 입내 강화가 억제되고 입계면으로의 응력 집중이 완화되어 조립 HAZ에서의 균열 감수성을 저감할 수 있다.

(l) 특히, 질량%로, 0.04∼0.18%의 C와 0.03∼0.35%의 N을 포함한 오스테나이트계 스테인리스강일 경우에는, 식 중의 원소 기호를, 그 원소의 질량%로의 함유량으로서 하기의 (2)식으로 나타내는 파라미터 P2의 값을 0.2 이상으로 함으로써 필요한 크리프 강도를 확보할 수 있고 또, 이 파라미터 P2의 값의 상한을〔1.7-10×P1〕로 함으로써 조립 HAZ에서의 균열 감수성을 저감할 수 있다.

P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2).

본 발명은, 상기의 지견에 의거해 완성된 것으로서, 그 요지는, 하기 (1)∼(4)에 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강에 있다.

(1) 질량%로, C: 0.04∼0.18%, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.0% 이하, Ni: 6∼30%, Cr: 15∼30%, N: 0.03∼0.35%, sol. Al: 0.03% 이하를 포함함과 더불어, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유해, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb가 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 하기 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.2≤P2≤1.7-10×P1을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.

P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1),

P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2).

여기에서, (1)식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

(2) 질량%로, C: 0.05∼0.15%, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Ni: 6∼13%, Cr: 15∼25%, N: 0.03∼0.15%, sol. Al: 0.03% 이하를 포함함과 더불어, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유해, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb가 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 하기 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.3≤P2≤1.7-10×P1을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.

P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1),

P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2).

(3) 질량%로, C: 0.04∼0.18%, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.0% 이하, Ni: 13%를 초과하고 30% 이하, Cr: 15∼30%, N: 0.10∼0.35%, sol. Al: 0.03% 이하를 포함함과 더불어, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유해, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb가 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 하기 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.2≤P2≤1.3-10×P1을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.

P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1),

P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2).

(4) Fe의 일부에 대신해, 질량%로, 하기의 제1군으로부터 제3군까지 중의 어느 한 그룹에 속하는 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)로부터 (3)까지 중의 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 스테인리스강.

제1군: Cu: 4% 이하, Mo: 2% 이하, W: 2% 이하, Co: 1% 이하, Ta: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하 및 Hf: 0.1% 이하

제2군: B: 0.012% 이하

제3군: Ca: 0.02% 이하, Mg: 0.02% 이하 및 희토류 원소: 0.1% 이하

또한, 희토류 원소(이하, 「REM」으로 함)는, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17 원소의 총칭이고, REM의 함유량은 REM 중 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 나타낸다.

이하, 상기 (1)∼(4)에 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강에 관련되는 발명을, 각각, 「본 발명(1)」∼ 「본 발명(4)」라고 한다. 또, 총칭해 「본 발명」이라고 할 수도 있다.

본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은, 고강도이고, 고온에서의 사용 중의 용접부의 내취화 균열성이 뛰어나므로, 발전용 보일러 등의 고온에서 장시간 사용되는 기기의 소재로서 이용할 수 있다.

이하, 본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강에서의 성분 원소의 한정 이유에 대해 자세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 각 원소의 함유량의 「%」표시는 「질량%」를 의미한다.

C: 0.04∼0.18%

C는, 오스테나이트상을 안정하게 하는 효과를 가짐과 더불어, N와 더불어 미세한 입내 탄질화물을 형성해, 고온 강도의 향상을 기여하는 원소이다. 상기의 효과를 얻기 위해서는, C의 함유량을 0.04% 이상으로 할 필요가 있다. 그렇지만, C의 함유량이 과잉이 되어, 특히 0.18%를 초과하면, 고온에서의 사용 중에 다량의 미세 탄질화물을 입내로 석출시키기 때문에, 입내 변형을 방해하여 입계면에 응력 집중을 발생시켜 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성을 높이게 된다. 또한, 용접열사이클이나 고온에서의 사용 중에 다량의 입계 탄질화물을 생성해 입계 근방에 Cr결핍층을 발생시켜 내식성의 저하를 초래할 경우가 있다. 따라서, C의 함유량을 0.04∼0.18%로 했다. C함유량의 바람직한 하한은 0.05%이고, 또, 바람직한 상한은 0.13%이다.

또한, Ni의 함유량이 6∼13%, 또한 Cr의 함유량이 15∼25%의 본 발명(2)일 경우의 C의 함유량은 0.05∼0.15%로 하는 것이 바람직하다. 이 경우의 더욱 바람직한 C함유량의 범위는 0.07∼0.13%이다.

또, Ni의 함유량이 13%를 초과하여 30% 이하, 또한 Cr의 함유량이 15∼30%의 본 발명 (3)일 경우에는, 0.04∼0.18%의 C의 함유량 중에서도 0.04∼0.15%로 하는 것이 바람직하다.

Si: 1.5% 이하

Si는, 탈산 작용을 가지고, 또, 고온에서의 내식성, 내산화성에 유효한 원소이다. 그렇지만, 그 함유량이 과잉이 되고, 특히, 1.5%를 초과하면, 오스테나이트상의 안정성을 저하시켜, 크리프 강도 및 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Si의 함유량을 1.5% 이하로 했다. 또한, Si의 함유량은 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 더욱 바람직한 Si의 함유량은 0.8% 이하이다.

또한, Si의 함유량에는 특별히 하한을 설치할 필요는 없지만, 극단적인 저하는, 탈산 효과를 충분히 얻어지지 않고 강의 청정도를 열화시킴과 더불어 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, Si함유량의 바람직한 하한은 0.02%이다.

Mn: 2.0% 이하

Mn은, Si와 같이 탈산 작용을 가진다. Mn은, 오스테나이트상의 안정화에도 기여한다. 그렇지만, 그 함유량이 과잉이 되고, 특히, 2.0%를 초과하면, 취화를 초래하여, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Mn의 함유량을 2.0% 이하로 했다. Mn의 더욱 바람직한 함유량은 1.5% 이하이다.

또한, Mn의 함유량에는 특별히 하한을 설치할 필요는 없지만, 극단적인 저하는, 탈산 효과를 충분히 얻어지지 않고 강의 청정도를 열화시킴과 더불어, 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, Mn함유량의 바람직한 하한은 0.02%이다.

Ni: 6∼30%

Ni는, 오스테나이트 조직을 얻기 위해 유효한 원소이고, 장시간 사용시의 조직 안정성을 확보해, 소망의 크리프 강도를 얻기 위해 필수 원소이다. 다음에 서술하는 Cr함유량의 범위에서 상기의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 6% 이상의 함유량이 필요하다. 한편, 고가의 원소인 Ni의 30%를 초과하는 다량의 함유는 코스트의 증대를 초래한다. 따라서, Ni의 함유량을 6∼30%로 했다. Ni함유량의 바람직한 하한은 7%이고, 또, 바람직한 상한은 28%이다.

Cr: 15∼30%

Cr은, 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위해서 필수의 원소이고, 그 효과를 얻기 위해, 15% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그렇지만, 그 함유량이 과잉이 되어, 특히, 30%를 초과하면, 고온에서의 오스테나이트상의 안정성을 저하시켜, 크리프 강도의 저하를 초래한다. 따라서, Cr의 함유량을 15∼30%로 했다. Cr함유량의 바람직한 하한은 16%이고, 또, 바람직한 상한은 28%이다.

또한, 오스테나이트상의 안정성이나 코스트를 고려해, 본 발명(2)와 같이, Ni와 Cr의 함유량의 조합이고, Ni: 6∼13%, Cr: 15∼25%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, Ni: 7∼12%, Cr: 16∼20%이다.

또, 고온에서의 오스테나이트상의 안정성과 높은 내식성의 확보를 위해서는, 본 발명(3)과 같이, Ni와 Cr의 함유량의 조합으로, Ni: 13%를 초과하여 30% 이하, Cr: 15∼30%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, Ni: 15∼28%, Cr: 18∼28%이다.

N: 0.03∼0.35%

N은, 오스테나이트 안정화 원소이고, 매트릭스에 고용함과 더불어, C와 같이 미세한 입내 탄질화물을 형성해, 고온에서의 크리프 강도의 확보에 필수 원소이다. 이들의 효과를 충분히 얻기 위해서는, N의 함유량을 0.03% 이상으로 할 필요가 있다. 또, 내식성 향상에도 유효한 원소이다. 그렇지만, N의 함유량이 과잉이 되어, 특히 0.35%를 초과하면, 고온에서의 사용 중에 다량의 미세 탄질화물을 입내에 석출시키기 때문에, 입내 변형을 방해해 입계면으로 응력 집중을 발생시켜 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성을 높이게 된다. 따라서, N의 함유량을 0.03∼0.35%로 했다. N함유량의 바람직한 하한은 0.05%이고, 더욱 바람직한 상한은 0.30%이다.

또한, Ni의 함유량이 6∼13%, 또한 Cr의 함유량이 15∼25%일 경우는, N의 함유량은 0.03∼0.15%로 하는 것이 바람직하다. 이 경우의 더욱 바람직한 N함유량의 범위는 0.05∼0.12%이다.

Ni의 함유량이 13%를 초과하여 30% 이하, 또한 Cr의 함유량이 15∼30%일 경우는, N의 함유량을 0.10∼0.35%로 하는 것이 바람직하다. 이 경우의, 또한 바람직한 N함유량의 범위는, 0.15∼0.30%이다.

sol. Al: 0.03% 이하

Al은, 탈산 작용을 가지지만, 다량의 첨가는 청정도를 현저하게 해치고, 가공성이나 연성을 열화시켜, 특히, Al의 함유량이 sol. Al(「산가용성 Al」)로 0.03%를 초과하면, 가공성이나 연성의 저하가 현저해진다. 따라서, sol. Al의 함유량을 0.03% 이하로 했다. 하한은 특별히 설정하지 않지만, 0.0005% 이상이 바람직하다.

Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상

Nb, V 및 Ti는, 본 발명의 근간을 이루는 중요한 원소군이다. 즉, 이러한 원소는, 탄질화물로서 미세하게 입내 석출해, 고온에서의 크리프 강도를 확보하기 위해 필수 원소이다. 그렇지만, 이들의 원소의 함유량이 과잉이 되어, 특히 Nb 및 V의 경우는 각각, 1.0% 및 0.5%를 초과하면, 고온에서의 사용 중에 탄질화물이 급속히 조대화해, 크리프 강도 및 인성의 극단적인 저하를 초래하고, 또, Ti의 경우는 0.5%를 초과하면, 용접시의 액화 균열 감수성의 현저한 증대를 초래한다. 따라서, Nb, V 및 Ti에 대해 그 함유량을, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하로 했다.

상기 각 원소의 함유량의 상한은, Nb가 0.8%, V가 0.4%, Ti가 0.04%인 것이 바람직하다.

또한, 상기의 Nb, V 및 Ti는, 그 중의 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유시킬 수 있다. 다만, 후술한 바와 같이, 필요한 크리프 강도를 확보하기 위해서는, 이미 서술한 파라미터 P2의 값이 0.2 이상이 되도록 할 필요가 있고, 또, 조립 HAZ에서의 균열 감수성을 저감하기 위해서는, 파라미터 P2의 값의 상한을〔1.7-10×P1〕로 할 필요가 있다.

본 발명에서는, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb는, 그 함유량을 각각, 특정된 값 이하에 제한할 필요가 있다.

즉, 상기의 원소는 모두, 용접열사이클 중, 또는, 그 후의 고온에서의 사용 중에 조립 HAZ의 입계에 편석해, 입계 결합력을 저하시켜, 고온에서의 사용 중에 조립 HAZ에서의 취화 균열을 초래한다. 따라서, 우선, 그 함유량을 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하에 제한할 필요가 있다.

또한, 15∼30%의 Cr과 6∼30%의 Ni를 포함한 본 발명에 관련되는 오스테나이트계 스테인리스강을 고온에서 사용 중에 발생하는 조립 HAZ에서의 취화 균열에 대해서는, 상기의 원소 중 S가 가장 큰 영향을 미쳐, 그 다음에, P 및 Sn의 영향이 크다. 그리고, 이 균열의 방지를 위해서는, 이미 서술한 파라미터 P1의 값이 0.06 이하가 되도록 할 필요가 있어, 또, 이 파라미터 P1은 파라미터 P2와의 관계에서〔P2≤1.7-10×P1〕을 만족하도록 할 필요가 있다. 다음에, 상기에 대해서 설명한다.

파라미터 P1의 값: 0.06 이하

상기 (1)식, 즉,〔S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}〕로 나타내는 P1의 값이 0.06을 초과할 경우에는, 입계 결합력의 저하를 억제할 수 없기 때문에, 15∼30%의 Cr과 6∼30%의 Ni를 포함한 본 발명에 관련되는 오스테나이트계 스테인리스강을 고온으로 사용했을 때의 조립 HAZ에서의 취화 균열의 발생을 피할 수 없게 된다. 이 때문에, 파라미터 P1의 값은 0.06 이하로 할 필요가 있다. 또한, 파라미터 P1의 값은 0.04 이하인 것이 바람직하고, 작으면 작을수록 바람직하다.

파라미터 P2의 값: 0.2 이상으로〔1.7-10×P1〕 이하

상기 (2)식, 즉,〔Nb＋2(V＋Ti)〕로 나타내는 P2의 값이 0.2 이상일 경우에, 입내에 미세한 탄질화물을 적정량 석출시켜 높은 크리프 강도를 확보할 수 있고, 또, 이 P2 값이 상술한 파라미터 P1과의 관계로〔1.7-10×P1〕 이하를 만족할 경우에, 과잉인 입내 강화를 억제해 상기 조립 HAZ에서의 균열을 방지하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 파라미터 P2의 값을 0.2 이상이고 〔1.7-10×P1〕 이하로 했다. 바람직한 파라미터 P2의 하한값은 0.3이고, 더욱 바람직하게는 0.4이다. 한편, 파라미터 P2의 상한값은〔1.5-10×P1〕로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는〔1.3-10×P1〕이다.

또한, Ni의 함유량이 6∼13%, 또한 Cr의 함유량이 15∼25%의 본 발명(2)일 경우는, 파라미터 P2 값은 0.3 이상이고〔1.7-10×P1〕 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 경우의 더 바람직한 파라미터 P2의 값의 하한은 0.4이다. 또, 더 바람직한 파라미터 P2의 상한값은〔1.5-10×P1〕이다.

Ni의 함유량이 13%를 초과하여 30% 이하, 또한 Cr의 함유량이 15∼30%의 본 발명(3)일 경우는, 파라미터 P2의 값은 0.2 이상이고 〔1.3-10×P1〕 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 경우의 더 바람직한 파라미터 P2 값의 하한은 0.3이다. 또, 더욱 바람직한 파라미터 P2의 상한값은〔1.2-10×P1〕이다.

또한, 본 발명(1)∼(3)에 관련되는 오스테나이트계 스테인리스강은, 그 Fe의 일부를 대신해, 필요에 따라서 또한,

제1군: Cu: 4% 이하, Mo: 2% 이하, W: 2% 이하, Co: 1% 이하, Ta: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하 및 Hf: 0.1% 이하,

제2군: B: 0.012% 이하,

제3군: Ca: 0.02% 이하, Mg: 0.02% 이하 및 REM: 0.1% 이하의 각 그룹의 원소의 1종 이상을 선택적으로 함유시킬 수 있다.

즉, 상기 제1군부터 제3군까지의 어느 한 그룹의 원소의 1종 이상을 임의 원소로서 첨가해, 함유시켜도 된다.

이하, 상기의 임의 원소에 관하여 설명한다.

제1군의 원소인 Cu, Mo, W, Co, Ta, Zr 및 Hf는, 고온 강도를 높이는 작용을 가지므로, 이 효과를 얻기 위해서 상기의 원소를 첨가해, 함유시켜도 된다. 이하, 제1군의 원소에 대해 자세하게 설명한다.

Cu: 4% 이하

Cu는, 고온에서 미세하게 석출해 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. Cu에는 오스테나이트상을 안정하게 하는 작용도 있다. 그렇지만, Cu의 함유량이 많아지면 Cu상의 석출이 과잉이 되어 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성이 높아져, 특히, 4%를 초과하면, 상기 조립 HAZ에서의 취화 균열 발생이 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 Cu의 함유량은, 4% 이하로 했다. 또한, Cu의 함유량은 3.8% 이하로 하는 것이 바람직하고, 3.5% 이하로 하면 더욱 바람직하다. 더욱 바람직하게는 3% 이하이다. 한편, 상기한 Cu의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Cu함유량의 하한은 0.02%로 하는 것이 바람직하고, 0.05%로 하면 더욱 바람직하다.

Mo: 2% 이하

Mo는, 매트릭스로 고용해 고온 강도의 향상, 그 중에서도 고온에서의 크리프 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그렇지만, Mo의 함유량이 많아지면 오스테나이트상의 안정성이 저하하기 때문에 오히려 크리프 강도를 저하시켜, 또한, 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성이 높아져, 특히, 2%를 초과하면, 크리프 강도의 저하가 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 Mo의 함유량은, 2% 이하로 했다. 또한, Mo의 함유량은 1.8% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Mo의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Mo함유량의 하한은 0.05%로 하는 것이 바람직하고, 0.08%로 하면 더욱 바람직하다.

W: 2% 이하

W도, 매트릭스에 고용해 고온 강도의 향상, 그 중에서도 고온에서의 크리프 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그렇지만, W의 함유량이 많아지면 오스테나이트상의 안정성이 저하하기 때문에 오히려 크리프 강도를 저하시켜, 또한, 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성이 높아져, 특히, 2%를 초과하면, 크리프 강도의 저하가 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 W의 함유량은, 2% 이하로 했다. 또한, W의 함유량은 1.8% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 W의 효과를 확실히 얻기 위해서는, W함유량의 하한은 0.05%로 하는 것이 바람직하고, 0.08%로 하면 더욱 바람직하다.

Co: 1% 이하

Co는, Ni와 같이 오스테나이트 생성 원소이고, 오스테나이트상의 안정성을 높여 고온 강도의 향상, 그 중에서도 크리프 강도의 향상에 기여한다. 그렇지만, Co는 지극히 고가의 원소이기 때문에 함유량이 많아지면 코스트의 상승을 초래해, 특히, 1%를 초과하면 코스트의 상승이 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 Co의 함유량은, 1% 이하로 했다. 또한, Co의 함유량은 0.9% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Co의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Co함유량의 하한은 0.03%로 하는 것이 바람직하고, 0.05%로 하면 더욱 바람직하다.

Ta: 0.1% 이하

Ta는, Mo, W, V, Nb나 Ti에 비해 효과는 작지만, 매트릭스에 고용, 또는 탄질화물로서 석출해, 고온 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그렇지만, Ta의 함유량이 많아지면 석출물의 생성량이 많아져, 인성의 저하를 초래함과 더불어 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성도 높아져, 특히, 0.1%를 초과하면, 인성의 저하와 조립 HAZ에서의 취화 균열 발생이 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 Ta의 함유량은, 0.1% 이하로 했다. 또한, Ta의 함유량은 0.09% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Ta의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Ta함유량의 하한은 0.002%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 더욱 바람직하다.

Zr: 0.1% 이하

Zr도, Mo, W, V, Nb나 Ti에 비해 효과는 작지만, 매트릭스에 고용, 또는 탄질화물로서 석출해, 고온 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그렇지만, Zr의 함유량이 많아지면 석출물의 생성량이 많아져, 인성의 저하를 초래함과 더불어 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성도 높아져, 특히, 0.1%를 초과하면, 인성의 저하 및 조립 HAZ에서의 취화 균열 발생이 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 Zr의 함유량은, 0.1% 이하로 했다. 또한, Zr의 함유량은 0.09% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Zr의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Zr함유량의 하한은 0.002%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 더욱 바람직하다.

Hf: 0.1% 이하

Hf도, Mo, W, V, Nb나 Ti에 비해 효과는 작지만, 매트릭스에 고용, 또는 탄질화물로서 석출해, 고온 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그렇지만, Hf의 함유량이 많아지면 석출물의 생성량이 많아져, 인성의 저하를 초래함과 더불어 조립 HAZ에서의 취화 균열 감수성도 높아져, 특히, 0.1%를 초과하면, 인성의 저하와 조립 HAZ에서의 취화 균열 발생이 현저해진다. 따라서, 첨가할 경우의 Hf의 함유량은, 0.1% 이하로 했다. 또한, Hf의 함유량은 0.09% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Hf의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Hf함유량의 하한은 0.002%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 더욱 바람직하다.

또한, 상기의 Cu, Mo, W, Co, Ta, Zr 및 Hf는, 그 중 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유할 수 있다.

제2군: B: 0.012% 이하

제2군의 원소인 B는 입계 강화 작용을 가지므로, 이 효과를 얻기 위해 첨가해, 함유시켜도 된다. 이하, 제2군의 원소인 B에 대해 자세히 설명한다.

B: 0.012% 이하

B는, 입계에 편석함과 더불어 입계 탄화물을 미세 분산시킴으로써, 입계 강화에 기여하는 원소이다. 그렇지만, B의 과잉인 첨가는 융점을 저하시켜, 특히, 함유량으로 0.012%를 초과하면 융점의 저하가 커지므로, 용접시에 용해선에 근접하는 HAZ의 입계에서 액화 균열을 발생하게 된다. 따라서, 첨가할 경우의 B의 함유량은, 0.012% 이하로 했다. 또한, B의 함유량은 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 B의 효과를 확실히 얻기 위해서는, B함유량의 하한은 0.0001%로 하는 것이 바람직하고, 0.0005%로 하면 더욱 바람직하다.

제3군: Ca: 0.02% 이하, Mg: 0.02% 이하 및 REM: 0.1% 이하

제3군의 원소인 Ca, Mg 및 REM은, 열간 가공성을 높이는 작용을 가지므로, 이 효과를 얻기 위해 상기의 원소를 첨가해, 함유시켜도 된다. 이하, 제3군의 원소에 대해 자세히 설명한다.

Ca: 0.02% 이하

Ca는, S와의 친화력이 크고, 열간 가공성을 높이는 작용을 가진다. 또, 불과하지만, S의 입계 편석에 기인한 조립 HAZ의 취화 균열을 경감하는 효과가 있다. 그렇지만, Ca의 과잉인 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성(淸淨性)의 저하, 환언하면 청정도의 증가를 초래하고, 특히, 함유량이 0.02%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해져, 오히려 열간 가공성을 열화시키게 된다. 따라서, 첨가할 경우의 Ca의 함유량은, 0.02% 이하로 했다. 또한, Ca의 함유량은 0.015% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Ca의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Ca함유량의 하한은 0.0001%로 하는 것이 바람직하고, 0.001%로 하면 더욱 바람직하다.

Mg: 0.02% 이하

Mg도, S와의 친화력이 크고, 열간 가공성을 높이는 작용을 가진다. 또, 불과하지만, S의 입계 편석에 기인한 조립 HAZ의 취화 균열을 경감하는 효과가 있다. 그렇지만, Mg의 과잉인 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성의 저하를 초래해, 특히, 함유량으로 0.02%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해져, 오히려 열간 가공성을 열화시키게 된다. 따라서, 첨가할 경우의 Mg의 함유량은, 0.02% 이하로 했다. 또한, Mg의 함유량은 0.015% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 Mg의 효과를 확실히 얻기 위해서는, Mg함유량의 하한은 0.0001%로 하는 것이 바람직하고, 0.001%로 하면 더욱 바람직하다.

REM: 0.1% 이하

REM은, S와의 친화력이 크고, 열간 가공성을 높이는 작용을 가진다. REM에는, S의 입계 편석에 기인하는 조립 HAZ의 취화 균열을 경감시키는 효과도 있다. 그렇지만, REM의 과잉인 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성의 저하를 초래해, 특히, 함유량으로 0.1%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해져, 오히려 열간 가공성을 열화시키게 된다. 따라서, 첨가할 경우의 REM의 함유량은, 0.1% 이하로 했다. 또한, REM의 함유량은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기한 REM의 효과를 확실히 얻기 위해서는, REM 함유량의 하한은 0.001%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 더욱 바람직하다.

이미 서술한 바와 같이, 「REM」란, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17 원소의 총칭이고, REM의 함유량은 REM 중 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 나타낸다.

또한, 상기의 Ca, Mg 및 REM은, 그 중의 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유할 수 있다.

상기의 이유로부터, 본 발명(4)에 관련되는 오스테나이트계 스테인리스강은, 본 발명(1)로부터 본 발명(3)까지의 어느 하나에 관련되는 오스테나이트계 스테인리스강의 Fe의 일부를 대신해, 하기 제1군부터 제3군까지의 어느 한 그룹에 속하는 1종 이상의 원소를 함유하는 것으로 규정했다.

제2군: B: 0.012% 이하,

제3군: Ca: 0.02% 이하, Mg: 0.02% 이하 및 REM: 0.1% 이하.

본 발명(1)∼본 발명(4)에 관련되는 오스테나이트계 스테인리스강은, 용해에 사용하는 원료에 대해 상당히 상세한 분석을 실시해, 특히 불순물 중의 Sn, As, Zn, Pb 및 Sb의 함유량이 각각, 상술한 Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 상기의 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.3≤P2≤1.7-10×P1을 만족하는 것을 선택한 후, 전기로, AOD노나 VOD노 등을 이용해 용제해 제조할 수 있다.

그 다음에, 용제된 용탕을, 이른바 「조괴법」으로 잉곳에 주조한 후의 열간 단조 또는 연속 주조에 의해 슬러브, 블룸이나 비렛트로 하고, 이들을 소재로서 판재로 가공할 경우는, 예를 들면, 열간 압연으로 플레이트나 코일 형상으로 가공해, 또 관재로 가공할 경우는, 예를 들면, 열간 압출 제관법이나 만네스만 제관법으로 관 형상으로 열간 가공한다.

즉, 열간 가공은 어떠한 가공이어도 되고, 예를 들면, 최종 제품이 강관일 경우에서는, 유진-제주르네법(Ugine-Sejournet method)으로 대표되는 열간 압출제관법, 만네스만 플러그밀법이나 만네스만맨드릴밀법 등으로 대표되는 롤압연제관법(만네스만 제관법)을 들 수 있다. 또, 최종 제품이 강판일 경우에서는, 통상의 후강판이나 열연강대의 제조 방법을 들 수 있다.

열간 가공의 가공 종료 온도는, 특히 규정하지 않지만, 1030℃ 이상으로 하는 것이 좋다. 이것은, 가공 종료 온도가 1030℃ 미만이 되면, Nb, Ti 및 V의 탄질화물의 고용이 불충분하게 되어, 크리프 강도나 연성이 손상되기 때문이다.

또한, 열간 가공 후에 냉간 가공을 실시해도 되고, 냉간 가공으로서는, 예를 들면, 최종 제품이 강관일 경우에는, 상기의 열간 가공에 의해 제조된 소관(素管)에 드로잉가공을 하는 냉간 인발 제관법이나 콜드 필걸링밀(cold pilgering mill)에 의한 냉간 압연제관법을 들 수 있다. 또, 최종 제품이 강판일 경우에는, 통상의 냉연 강대의 제조 방법을 들 수 있다. 또한, 조직을 균일하게 하고 강도의 더욱 안정화를 도모하기 위해서는, 가공 변형을 주고 열처리시에 재결정·정립화(整粒化)시키는 것이 좋기 때문에, 냉간 가공일 경우에는 마지막 가공을 단면 감소율 10% 이상으로 하고, 변형을 부여하는 것이 바람직하다.

또, 상기의 열간 가공 후의 최종 열처리의 가열 온도, 또는 열간 가공 후에 또한 냉간 가공을 실시한 후의 최종 열처리의 가열 온도는, 1030℃ 이상으로 실시하면 된다. 상기 가열 온도의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 1350℃를 초과하면, 고온 입계 균열이나 연성 저하를 쉽게 발생시키게 될뿐만 아니라, 결정립이 지극히 커져, 또한, 가공성도 현저하게 저하된다. 이 때문에, 상기 가열 온도의 상한은 1350℃로 하는 것이 좋다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

(실시예 1)

표 1 및 표 2에 나타내는 화학 조성을 가지는 오스테나이트계 스테인리스강인 강 A1, 강 A2, 강 B1 및 강 B2를 전기로에서 용해해, 열간 단조, 열간 압연에 의해 성형했다. 그 다음에, 1200℃로 가열한 후에 수냉하는 열처리를 실시해, 또한 그 후, 기계 가공에 의해 두께 20㎜, 폭 50㎜로 길이 100㎜의 강판을 제작했다.

또한, 표 1 및 표 2 중의 강 A1 및 강 A2는 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이다. 한편, 강 B1 및 강 B2는 파라미터 P1 및 P2의 값이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 비교예의 강이다.

[표 1]

[표 2]

그 다음에, 상기 강 A1, 강 A2, 강 B1 및 강 B2의 강판의 길이 방향으로 각도 30°, 루트 두께 1㎜의 V홈을 가공한 후, 피복 아크 용접봉으로서 JIS　Z3224(1999)에 규정의 「DNiCrFe-3」을 이용해, 두께 25㎜, 폭 200㎜이고 길이 200㎜의 JIS　G　3106(2004)에 규정된 SM400C의 시판의 강판상에, 4주를 구속 용접했다.

그 후, 용접 와이어로서 JIS　Z　3334(1999)에 규정된 「YNiCr-3」을 이용해, TIG 용접에 의해 입열: 9∼15 kJ/㎝로 홈 내에 다층 용접을 실시했다.

상기의 용접 시공 후, 650℃×3000시간의 시효 열처리를 실시해, 단면을 경면 연마한 후 부식시켜, 광학 현미경으로 관찰했다. 그 결과, 강 B1 및 강 B2에 조립 HAZ에 취화 균열이 발생되는 것이 인정되었다.

그래서 다음에, 상기의 두께 20㎜, 폭 50㎜이고 길이 100㎜의 강판의 판두께 중앙부로부터, 12㎜×12㎜×100㎜의 시험편을 채취해, 조립 HAZ를 모의한 1350℃×5s의 HAZ 재현열사이클을 부여한 후, HAZ 재현열사이클을 부여한 균열부가 직경 6㎜, 길이 10㎜의 평행부가 되는 계단식의 환봉 크리프 시험편을 잘라내, 강 A1 및 강 B1에 대해서는, 모재의 목표 강도가 3000시간이 되는 650℃, 196㎫의 조건으로, 또, Cr 및 Ni의 함유량이 많은 강 A2 및 강 B2에 대해서는, 보다 높은 크리프 강도를 가지기 때문에, 모재의 목표 강도가 3000시간이 되는 650℃, 216㎫의 조건으로, 크리프 파단 시험을 실시했다.

표 3에, 상기 크리프 파단 시험의 결과를 나타낸다. 또한, 표 3의 「연성」란에서의 「○」과「×」는 각각, 파단 단면 축소가 10% 이상인 것 및 파단 단면 축소가 10% 미만인 것을 나타낸다. 또, 「크리프 강도」란에서의 「○」은, 파단 시간이 3000시간 이상인 것을 나타낸다.

[표 3]

표 3에 나타낸 바와 같이, 용접 이음의 시효 시험에서 조립 HAZ에 취화 균열이 발생하지 않았던 강 A1 및 강 A2를 이용한 본 발명예인 시험 번호 1 및 시험 번호 2의 경우, 파단 단면 축소는 10% 이상으로 높고, 파단 시간도 3000시간 이상으로 길다.

이에 대해서, 파라미터 P1의 값이 0.06을 초과하여 또한, 파라미터 P2의 값도〔1.7-10×P1〕의 값을 초과하여 용접 이음의 시효 시험에서 조립 HAZ에 취화 균열의 발생한 강 B1 및 강 B2를 이용한 비교예의 시험 번호 3 및 시험 번호 4의 경우는, 파단 시간은 3000시간 이상이고 길지만 파단 단면 축소가 10% 미만으로 낮다.

이상의 조사 결과로부터, 용접부의 취화 균열 발생, 즉, 취화 균열성 감수성이 크리프 파단 시험에서의 파단 단면 축소에 의해 평가할 수 있는 것이 분명하다.

(실시예 2)

표 4 및 표 5에 나타내는 화학 조성을 가지는 오스테나이트계 스테인리스강인 강 A3∼A13, 강 B3 및 강 B4를 전기로에서 용해해, 열간 단조, 열간 압연에 의해 성형했다. 그 다음에, 1200℃로 가열한 후에 수냉하는 열처리를 실시해, 또한 그 후, 기계 가공에 의해 두께 20㎜, 폭 50㎜이고 길이 100㎜의 강판을 제작했다.

또한, 표 4 및 표 5 중의 강 A3∼A13은 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이다. 한편, 강 B3 및 강 B4는 파라미터 P2의 값이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 비교예인 강이다.

[표 4]

[표 5]

상기와 같이 하여 얻어진 두께 20㎜, 폭 50㎜이고 길이 100㎜의 강판의 판두께 중앙부로부터, 12㎜×12㎜×100㎜의 시험편을 채취해, 조립 HAZ를 모의한 1350℃×5s의 HAZ 재현열사이클을 부여한 후, HAZ 재현열사이클을 부여한 균열부가 직경 6㎜, 길이 10㎜의 평행부가 되는 계단식의 환봉 크리프 시험편을 잘라내고, 강 A3∼A7 및 강 B3에 대해서는, 모재의 목표 강도가 3000시간이 되는 650℃, 196㎫의 조건으로, 또, Cr 및 Ni의 함유량이 많은 강 A8∼A13 및 강 B4에 대해서는, 보다 높은 크리프 강도를 가지기 때문에, 모재의 목표 강도가 3000시간이 되는 650℃, 216 ㎫의 조건으로, 크리프 파단 시험을 실시했다.

또한, 상술한 (실시예 1)에서 서술한 바와 같이, 상기 크리프 파단 시험에서, 파단 단면 축소가 10% 이상의 강 A1 및 강 A2에는 조립 HAZ부에 취화 균열이 발생하지 않았던 것으로부터, 파단 단면 축소가 10% 이상이고 파단 시간이 3000시간 이상의 것만이 본 발명의 목적을 달성할 수 있다고 하여 「합격」으로 판정했다.

표 6에, 상기 크리프 파단 시험의 결과를 나타낸다. 또한, 표 6의 「연성」란에서의 「○」은 파단 단면 축소가 10% 이상인 것을 나타낸다. 또, 「크리프 강도」란에서의 「○」과「×」는 각각, 파단 시간이 3000시간 이상인 것 및 파단 시간이 3000시간 미만인 것을 나타낸다.

[표 6]

표 6에 나타낸 바와 같이, 강 A3∼A13을 이용한 본 발명예인 시험 번호 5∼15인 경우, 파단 단면 축소는 10% 이상으로 높고, 파단 시간도 3000시간 이상으로 길다.

이에 대해, 파라미터 P2의 값이 0.2를 밑도는 강 B3 및 강 B4를 이용한 비교 예의 시험 번호 16 및 시험 번호 17일 경우는, 파단 단면 축소는 10% 이상이고 높은 값을 얻어지지만, 파단 시간이 3000시간 미만이며 크리프 강도가 낮다.

상기의 (실시예 1) 및 이 (실시예 2)의 결과로부터, 화학 조성이 본 발명에서 규정되는 범위 내에 있는 강은, HAZ에서의 내취화 균열성이 뛰어난 고강도의 오스테나이트계 스테인리스강인 것이 분명하다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은, 고강도이고, 고온에서의 사용 중의 용접부의 내취화 균열성이 뛰어나므로, 발전용 보일러 등의 고온이고 장시간 사용되는 기기의 소재로서 이용할 수 있다.

Claims

질량%로, C: 0.04∼0.18%, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.0% 이하, Ni: 6∼30%, Cr: 15∼30%, N: 0.03∼0.35%, sol. Al: 0.03% 이하를 포함함과 더불어, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb가 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 하기의 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.2≤P2≤1.7-10×P1을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1)
P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2)
여기에서, (1)식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.
질량%로, C: 0.05∼0.15%, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Ni: 6∼13%, Cr: 15∼25%, N: 0.03∼0.15%, sol. Al: 0.03% 이하를 포함함과 더불어, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb가 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 하기의 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.3≤P2≤1.7-10×P1을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1)
P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2)
여기에서, (1) 식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.
질량%로, C: 0.04∼0.18%, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.0% 이하, Ni: 13%를 초과하고 30% 이하, Cr: 15∼30%, N: 0.10∼0.35%, sol. Al: 0.03% 이하를 포함함과 더불어, Nb: 1.0% 이하, V: 0.5% 이하 및 Ti: 0.5% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, S, Sn, As, Zn, Pb 및 Sb가 각각, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Sn: 0.1% 이하, As: 0.01% 이하, Zn: 0.01% 이하, Pb: 0.01% 이하 및 Sb: 0.01% 이하이고, 또한 하기의 (1)식 및 (2)식으로 나타내는 P1 및 P2의 값이 각각, P1≤0.06 및 0.2≤P2≤1.3-10×P1을 만족하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
P1=S＋{(P＋Sn)/2}＋{(As＋Zn＋Pb＋Sb)/5}···(1)
P2=Nb＋2(V＋Ti)···(2)
여기에서, (1) 식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
Fe의 일부를 대신해, 질량%로, 하기의 제1군으로부터 제3군까지 중의 어느 한 그룹에 속하는 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
제1군: Cu: 4% 이하, Mo: 2% 이하, W: 2% 이하, Co: 1% 이하, Ta: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하 및 Hf: 0.1% 이하
제2군: B: 0.012% 이하
제3군: Ca: 0.02% 이하, Mg: 0.02% 이하 및 희토류 원소: 0.1% 이하