KR20190059706A - 공식저항성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents

공식저항성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

내공식성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, Cr : 24~26%, Mn : 5.5~7중량%, Ni : 3.0~4.0중량%, Mo+0.5W : 2.5~3.5%(W>0, Mo≥0), C : 0.08~0.15%, N : 0.32~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖되, 페라이트 분율이 40~60vol%인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은, Nb : 0.25중량% 이하 및 Cu : 0.6중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

Description

공식저항성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법{LEAN DUPLEX STAINLESS STEEL WITH EXCELLENT PITTING CORROSION RESISTANCE}
본 발명은 스테인리스강 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공식저항성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
스테인리스강은 미세조직에 따라서 크게 오스테나이트 스테인리스강, 페라이트 스테인리스강, 듀플렉스 스테인리스강으로 분류된다.
이들 중, 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트와 오스테나이트를 각각 대략 50% 내외로 포함함으로써 응력부식균열에 대한 저항성 및 기계적 강도를 동시에 확보한 스테인리스강이다. 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 기존의 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 경제적이면서도 우수한 내식성, 기계적 특성을 가짐으로써, 구조재 적용시 유지비용 감소 등의 장점을 가지고 있어, 예를 들어, 배관, 밸브 등이 다량 요구되며 고강도와 함께 고내식성을 필요로 하는 해양플랜트를 포함하여 많은 분야에서 활용되고 있다.
듀플렉스 스테인리스강은 통상, 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등 내식성 향상 원소를 다량 포함함으로써 제조원가 상승 및 환경오염의 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0077239호(2003.10.01. 공개)에 개시된 금속간 상의 형성이 억제된 내식성, 내취화성, 주조성 및 열간가공성이 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강이 있다.
본 발명의 목적은 니켈 등 고가의 합금 성분 함량을 낮추고, 아울러 내공식성을 비롯한 기계적 물성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 듀플렉스 스테인리스강을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, Cr : 24~26%, Mn : 5.5~7중량%, Ni : 3.0~4.0중량%, Mo+0.5W : 2.5~3.5%(W>0, Mo≥0), C : 0.08~0.15%, N : 0.32~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖되, 페라이트 분율이 40~60vol%인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 듀플렉스 스테인리스강은, Nb : 0.25중량% 이하 및 Cu : 0.6중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 W를 2.5~4.5중량% 포함할 수 있다.
또한, 상기 Mo를 0.15~1.5중량% 포함할 수 있다.
또한, Ni와 Mo 합산 함량이 4.5중량% 이하일 수 있다.
또한, N과 C의 합산 함량이 0.43~0.57중량%일 수 있다.
또한, 1.5≤Creq/Nieq≤1.65를 만족할 수 있다.
Creq=[Cr]+1.5[Mo]+0.75[W]
Nieq=[Ni]+0.5[Mn]+0.3[Cu]+25([N]-0.152×0.66×[Nb])+30([C]-0.131×0.34×[Nb])
(상기 식에서 [합금원소]는 해당 합금원소의 중량%를 의미한다.)
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법은 중량%로, Cr : 24~26%, Mn : 5.5~7중량%, Ni : 3.0~4.0중량%, Mo+0.5W : 2.5~3.5%(W>0, Mo≥0), C : 0.08~0.15%, N : 0.32~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 반제품 강을 마련하는 단계; 및 상기 반제품 강을 1050~1200℃에서 고용화 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 Ni, Mo 등 고가 원소의 함량을 낮추었음에도 C, N, W 첨가 등을 통하여 페라이트 및 오스테나이트 분율이 각각 40~60vol%인 듀플렉스 조직을 가질 수 있으며, 아울러, 임계 공식 발생 온도인 CPT(Critical Pitting Temperature)가 30℃ 이상으로서 내공식성이 우수한 특징이 있다. 이외에도 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 항복강도 600MPa 이상, 인장강도 900MPa 이상, 연신율 40% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법에 의하면, 고용화 열처리 온도를 1200℃ 이하로 함으로써 열처리 비용 증가 방지, 결정립 성장 억제를 통한 기계적 특성 및 내식성 저하 방지, 상분율 조절 용이 등의 효과를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 해양 플랜트, 선박 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
도 1은 비교예 10에 따른 강재 시편의 온도에 따른 상 분율을 나타내는 상태도이다.
도 2는 비교예 12에 따른 강재 시편의 온도에 따른 상 분율을 나타내는 상태도이다.
도 3은 비교예 14에 따른 강재 시편의 온도에 따른 상 분율을 나타내는 상태도이다.
도 4는 Mo+0.5W에 따른 실시예 시편들과 비교예 시편들의 CPT를 나타낸 것이다.
도 5는 C+N에 따른 실시예 시편들과 비교예 시편들의 CPT를 나타낸 것이다.
도 6은 Creq/Nieq에 따른 실시예 시편들과 비교예 시편들의 CPT를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 내공식성이 우수한 저합금형 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 저합금형 듀플렉스 스테인리스강은 중량%로, Cr : 24~26%, Mn : 5.5~7중량%, Ni : 3.0~4.0중량%, Mo+0.5W : 2.5~3.5%(W>0, Mo≥0), C : 0.08~0.15%, N : 0.32~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 저합금형 듀플렉스 스테인리스강에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 강 표면에 안정한 부동태 피막을 형성하는 원소로서, 내공식성 향상에 필수적인 역할을 한다. 이를 위해 Cr은 강 전체 중량의 24중량% 이상 포함될 필요가 있다. 다만, Cr은 페라이트 형성 원소로서, 26중량%를 초과하여 과량 첨가될 경우 듀플렉스 조직 구현을 위한 열처리 온도 범위가 좁아지며, δ-ferrite의 형성으로 오스테나이트 상안정도를 저하시킬 수 있으며, 경질상인 시그마상(Cr-rich phase)을 형성할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 Cr의 함량을 강 전체 중량의 24~26중량%로 하였다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정화시키며 Ni를 대체하여 2상 조직을 구현하기 위해 필수적인 요소이며, 질소 고용도를 증가시키는데 유효한 원소이다. 또한, 망간은 용탕 유동도 확보에 유리한 원소이며, 열간가공성 향상에 기여할 수 있는 원소이다. 이를 위해 Mn은 강 전체 중량의 5.5중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, 망간이 7중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우 부동태 피막 보호성의 악화로 인해 내공식성 저하를 가져올 수 있고, Mn계 산화물, 황화물 형성으로 인한 기계적 특성이 저하될 수 있다. 또한, Mn계 산화물, 황화물 형성을 억제하기 위해서는 O 및 S 함량을 극저로 관리하여야만 한다.
이러한 이유로, 본 발명에서는 Mn의 함량을 강 전체 중량의 5.5~7중량%로 하였다.
니켈(Ni)
니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로서, 오스테나이트상을 noble하게 하므로 오스테나이트와 페라이트간 갈바닉 부식 억제에 필수적인 요소이다. 또한 니켈은 강의 인성 개선에 필수적이다. 이를 위해 Ni는 강 전체 중량의 3.0중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, Ni가 4.0중량%를 초과하더라도 함량 증가에 따른 비용 증가 대비 효과 향상은 미미하다.
이러한 이유로, 본 발명에서는 Ni 함량을 강 전체 중량의 3.0~4.0중량%로 하였다.
텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)
텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)은 페라이트 안정화 원소로서, 부동태화 촉진을 통하여 내공식성 향상에 기여하며, 아울러 일반 부식저항성 향상에도 기여한다.
특히, W의 경우, Mo에 비하여 시그마상 석출 위험이 적은 장점이 있다.
이러한 효과는 Mo+0.5W가 2.5중량% 이상일 때 현저히 발휘될 수 있다. 이때, W는 필수적으로 포함되고, Mo는 포함되지 않을 수 있다. 다만, Mo+0.5W가 3.5중량%를 초과하는 경우, δ-ferrite의 형성으로 오스테나이트 상안정도를 저하시킬 수 있다.
보다 구체적으로 W는 강 전체 중량의 2.5~4.5중량%로 포함될 수 있다. W의 함량이 2.5 중량% 이상일 때 상기의 W 첨가 효과가 충분히 발휘될 수 있다. 다만, W 첨가량이 4.5중량%를 초과하는 경우, W의 높은 용융온도로 인하여 합금화가 어려워질 수 있고 δ-ferrite의 형성 위험이 있다.
또한, Mo는 W 함량에 따라서 포함되지 않을 수도 있지만, 보다 바람직하게는 강 전체 중량의 0.5~1.5중량%로 포함될 수 있다. Mo 함량이 0.5중량% 이상에서 상기 Mo 첨가 효과가 충분히 발휘될 수 있다. 다만, Mo 함량이 1.5중량%를 초과하는 경우, 시그마상 형성으로 인한 내식성 및 내충격성이 저하될 수 있고, δ-ferrite의 형성 위험이 있다.
한편, Ni와 Mo 합산 함량은 4.5중량% 이하일 수 있다. 이는 오스테나이트 안정화 원소인 Mn, C, N, 그리고 페라이트 안정화 원소인 W의 복합 첨가를 통하여 달성할 수 있다.
탄소(C)
탄소(C)는 강력한 오스테나이트 안정화 원소이며, 저가의 원소로서 강의 제조 비용 감소에 기여한다. 한편, C의 경우 N 고용도를 감소시키는 원소이나, 용탕의 응고시 δ-ferrite의 형성을 억제하므로 주괴의 냉각시 N의 손실을 방지할 수 있으므로 C의 활용을 통해 결과적으로 N의 고용량을 안정적으로 확보할 수 있다. 또한 C는 고용 강화에 의한 강도 증가와 함께 연신율 감소 억제 효과를 발휘한다. 또한, C는 고용 상태로 유지될 때 내공식성을 향상시킨다. 또한, C는 Ni와 함께 오스테나이트 상을 노블(noble)하게 함으로써 2상 간의 갈바닉 부식을 제어한다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서 C는 적어도 강 전체 중량의 0.08중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, C 함량이 0.15중량%를 초과하여 과도할 경우, Cr-C 형성으로 인한 내식성 및 기계적 특성 저하를 일으킬 수 있으며, 고용화 열처리 온도 상승에 따른 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있다.
이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 C의 함량을 강 전체 중량의 0.08~0.15중량%로 하였다.
질소(N)
질소(N)는 C와 함께 저가의 원소이면서도 강력한 오스테나이트 안정화 원소이다. 또한 N은 고용강화에 의한 강도 증가 효과 및 연신율 감소 억제 효과에 기여하며, 고용 상태로 유지될 때 C에 비하여 보다 우수한 내공식성 향상 효과를 발휘한다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해 N은 강 전체 중량의 0.32중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 다만, N이 0.45중량%를 초과하여 과도하게 첨가될 경우 Cr-N 형성으로 인한 내식성 및 기계적 특성 저하, 고용화 열처리 온도 상승에 따른 결정립 조대화 문제가 발생할 수 있으며, 또한 N의 과량 첨가를 위해서는 가압제조공정, 분말야금 등 특수제조 공정이 요구된다.
이러한 점에서, 본 발명에서는 N의 함량을 강 전체 중량의 0.32~0.45중량%로 제한하였다.
한편, 탄소와 질소 함량은 C+N : 0.43~0.57중량%인 것이 바람직하다. C+N이 0.43중량% 미만일 경우, Ni가 충분히 첨가되지 않는 강에서 오스테나이트 형성 효과가 불충분할 수 있고 기계적 특성 및 내공식성의 충분한 물성 확보가 어렵다. 반면, C+N이 0.57중량%를 초과하는 경우, 열처리 중 Cr(C,N)을 다량 형성할 수 있어, 내공식성을 저하할 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 상기 제시된 합금 성분에 Fe를 대신하여 추가로 포함될 수 있는 원소이다. Nb는 강력한 탄화물(MX 타입) 형성 원소로서, 상온 및 고온 강도, 열피로 개선에 기여할 수 있으며, 특히 결정립 미세화 효과에 기여할 수 있다.
Nb는 페라이트 형성원소이나, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강에서는 N과 C의 함량이 충분히 높으므로 고용 상태의 Nb는 고려하지 않아도 되며, 첨가된 Nb는 모두 탄질화물 형성에 소모될 수 있다.
다만 이러한 Nb가 0.25중량%를 초과하는 경우, 조대한 Nb(C,N) (Nb계 탄화물, 질화물, 탄질화물)이 형성되고 이의 부피 분율이 2vol%를 초과하게 되어, 내식성 및 기계적 특성이 열화될 수 있다.
이에, 본 발명에서 Nb가 첨가될 경우, 그 함량은 강 전체 중량의 0.25% 이하로 하였고, Nb(C,N)의 부피분율은 강 전체 부피의 2vol% 이하로 하였다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 상기 제시된 합금 성분에 Fe를 대신하여 추가로 포함될 수 있는 원소이다. Cu는 오스테나이트 안정화 원소로서, 항균 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 구리는 내식성 측면에서 오스테나이트상을 노블(noble)하게 하여, 2상간 갈바닉 부식 제어에 기여할 수 있다. 다만, 구리가 0.6중량%를 초과하여 첨가될 경우, Cu 클러스팅으로 인하여 내공식성이 저하될 수 있으며, 열간 가공성이 열화될 수 있다. 또한, Cu 과다 첨가시 탄화물, 질화물 형성온도가 상승하는 문제점이 있음을 본 연구를 통하여 발견하였다.
이에, 본 발명에서는 Cu가 첨가될 경우, 그 함량을 강 전체 중량의 0.6중량% 이하로 하였다.
기타
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스 강은 불가피한 불순물로서, 인(P) : 0.01중량% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 실리콘(Si) : 0.4중량% 이하 등이 포함될 수 있다.
상 분율 제어
한편, 페라이트 형성원소 사용량(Creq)과 오스테나이트 형성원소 사용량(Nieq)의 조정, 즉 오스테나이트와 페라이트 2상 간의 상분율 제어가 필요하다.
페라이트 형성원소들인 Cr, Mo, W의 사용량에 관련된 Creq는 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
28≤Creq≤32,
Creq=[Cr]+1.5[Mo]+0.75[W] (여기서 [Cr] 등 [ ]는 해당 성분의 중량%이다)
또한, 오스테나이트 형성원소들인 Ni, Mn, Cu, N, C의 사용량에 관련된 Nieq는 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
16≤Nieq≤21
Nieq=[Ni]+0.5[Mn]+0.3[Cu]+25([N]-0.152×0.66×[Nb])+30([C]-0.131×0.34×[Nb])
이때, 식 1에서 Creq는 Mo+W 함량이 지배적으로 영향을 미치고, Nieq의 경우, C+N이 지배적으로 영향을 미치며, Nb에 의한 N, C 소모가 고려되었다.
Creq와 Nieq의 비는 식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 3]
1.5≤Creq/Nieq≤1.65
Nieq 대비 Creq의 양이 상대적으로 클 경우 페라이트가 안정되고, Nieq 대비 Creq의 양이 상대적으로 작을 경우 오스테나이트가 안정된다. 페라이트가 안정될 경우, 고용화 열처리 온도를 대체로 낮출 수 있고 강도를 향상시킬 수 있으나, 내공식성 및 연신율이 저하될 우려가 있다. 반대로, 오스테나이트가 안정화될 경우, 고용화 열처리 온도가 높아지게 되므로 비경제적이고, 내공식성은 향상될 수 있으나, 결정립 성장으로 인하여 강도 저하가 우려될 수 있다.
이에, Creq와 Nieq의 비가 적절히 제어될 필요가 있고, 본 발명의 발명자들은 1.5≤Creq/Nieq≤1.65를 만족하는 경우, CPT 30℃ 이상의 우수한 내공식성과 함께 항복강도 600MPa 이상, 인장강도 900MPa 이상, 연신율 40% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
상기 합금 성분을 갖는 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 후술하는 제조 방법과 결부하여, 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖는다. 이때, 페라이트 분율이 40~60vol%이다. 페라이트 분율이 이를 벗어난 경우, 내식성의 저하가 관찰되었다.
또한, 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 CPT가 30℃ 이상으로서 내공식성이 우수한 특징이 있으며, 항복강도 600MPa 이상, 인장강도 900MPa 이상, 연신율 40% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강은 반제품 강을 마련하는 단계와, 고용화 열처리 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
반제품 강을 마련하는 단계는 전술한 합금 조성을 갖는 반제품 강을 제조한다. 반제품 강은 슬라브, 잉곳, 빌렛 등의 형태가 될 수 있고, 이러한 반제품 강은 다양한 방식으로 제조할 수 있으며, 예를 들어 진공 용해 방식이나 주조 방법이 제시될 수 있다.
이후, 반제품 강을 1050~1200℃에서 고용화 열처리한다. 이때, 고용화 열처리 온도를 1050~1200℃로 제한한 이유는 다음과 같다. 고용화 열처리 온도가 1050℃ 미만일 경우 Cr2N, Cr23C6, 시그마 상 등이 형성될 수 있다. 그리고, 고용화 열처리 온도가 1200℃를 초과하여 지나치게 고온일 경우, 제조공정의 비용 상승, 결정립 성장으로 인한 기계적 특성 및 내식성 저하, 합금원소 분배에 따른 2상간 조성 불균형 심화 등의 문제점이 있다.
반제품 강의 고용화 열처리 이후에는 공냉, 수냉 등의 냉각 과정이 수행될 수 있고, 고용화 열처리와 냉각 사이에 압연 등의 과정이 포함될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 강 시편의 제조
표 1에 기재된 조성을 가지며 나머지 철과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 시편들을 표 2에 기재된 고용화 열처리 온도에서 열처리한 후, 상온까지 약 50℃/s의 냉각 속도로 수냉하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
표 2의 Creq/Nieq와 관련하여, Creq/Nieq가 1.65를 초과하여 상대적으로 높은 값을 나타내면 페라이트 상이 많으며, 표 3의 CPT가 상대적으로 낮은 값을 나타낸다. 반대로, Creq/Nieq가 1.5 미만으로 상대적으로 낮은 값을 나타내면 오스테나이트 상이 많으며, 고용화 열처리 온도가 높아지게 된다.
물성 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
표 3에서 CPT는 ASTM G48에 규정된 내식성 측정 방법에 따라 측정하였다. 또한, 인장시험은 ASTM E8/E8M 시험에 의거하여 측정하였다.
[표 3]
Figure pat00003
표 3을 참조하면, 본 발명에서 제시한 합금 성분을 만족하는 실시예 1~9에 따른 시편의 경우, 페라이트 분율이 40~60vol%이며, CPT가 30℃ 이상을 나타내었으며, 항복강도 600MPa 이상, 인장강도 900MPa 이상, 연신율 40% 이상을 나타내었다.
반면, 비교예 1에 따른 시편의 경우, N+C 함량이 상대적으로 높았다. 그에 따라 Creq/Nieq 가 상대적으로 작은 값을 나타내었다. 이는 고용화 열처리 온도를 높여 상분율 1:1 제어가 어렵고 Cr2N이 쉽게 형성될 수 있어 내식성 저하로 이어질 수 있다. 비교예 2에 따른 시편의 경우, C 함량이 불충분하였으며, 그에 따라 N의 안정적인 고용이 어렵다. 또한, 비교예 2에 따른 시편의 경우, C+N이 낮으므로 강도 저하 문제가 발생하고, Creq/Nieq가 큰 값을 나타냄에 따라 내식성이 저하되는 문제점이 발생하였다.
비교예 3에 따른 시편의 경우, 실시예 2 기준에서, 상분율 벗어난(오스테나이트 과량) 경우로서, 내공식성이 감소한 결과를 나타내었다. 또한, 비교예 4에 따른 시편의 경우, 실시예 2 기준에서, 상분율 벗어난(페라이트 과량) 경우로서, 연신율 낮아지고, 내공식성 추가 감소하였다.
비교예 5에 따른 시편의 경우, Mo+0.5W가 2.5중량% 이하로서, 내공식성이 좋지 못하였다. 비교예 6에 따른 시편의 경우, Creq/Nieq가 상대적으로 큰 값을 나타내었고, N 함량이 과소였다. 이에 따라, 비교예 6에 따른 시편의 경우, 연신율 낮고, CPT가 낮아, 내공식성이 좋지 못하였다.
비교예 7에 따른 시편의 경우, C 함량 미달로 인하여 N의 안정적 고용이 어려우며, 이는 내공식성 저하로 이어졌다. 또한, 비교예 8에 따른 시편의 경우, Mo+0.5W가 2.5중량% 이하였으며, 내공식성 저하로 이어졌다. 비교예 9에 따른 시편의 경우, Mn 함량이 7 중량%를 초과하였다. 그 결과, 내공식성 저하로 이어졌다.
비교예 10에 따른 시편의 경우, C 함량이 0.15중량%를 초과한 결과, 페라이트:오스테나이트 5:5 상분율 형성온도에서 Cr2N, Cr23C6 모두 형성되는 문제점을 나타내었다(도 1 참고).
비교예 11에 따른 시편의 경우, Mo+0.5W 함량을 충족하지 못하였으며, 항복강도가 369.8 MPa로 낮았고, 내식성이 좋지 못하였다. 또한, 비교예 12에 따른 시편의 경우, Mo+0.5가 충족 안되며, 연신율이 낮으며, 페라이트 분율이 40~60vol%을 충족하지 못하였다(도 2 참고). 또한, 비교예 13에 따른 시편의 경우, Mo+0.5W가 충족되지 못하였으며, 연신율이 상대적으로 낮았다. 또한, 비교예 14에 따른 시편의 경우, Cr 함량이 낮아 내식성이 좋지 못하였으며, 페라이트 안정화 원소가 적은 관계로 고용화 열처리 온도가 너무 높아질 수 있다(도 3 참고).
비교예 15에 따른 시편의 경우, 상용 DSS2205 강재로서, 실시예 1~9에 따른 강재 시편의 경우, 강도, 연신율 모두 비교예 15 시편보다 우수하였으며, 내공식성 역시 동등 이상 수준을 나타내었다.
도 1 내지 도 3은 비교예 10, 비교예 12 및 비교예 14에 따른 강재 시편의 온도에 따른 상 분율을 나타내는 상태도이다.
도 1을 참조하면, 비교예 10에 따른 강재 시편의 페라이트(α):오스테나이트(γ) = 1:1 온도에서 Cr23C6 및 Cr2N을 형성함을 볼 수 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 비교예 12에 따른 강재 시편의 경우, 페라이트(α):오스테나이트(γ) = 1:1 온도가 나타나지 않으며, 이에 가장 가까운 온도에서 Cr23C6 및 Cr2N을 형성함을 볼 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 비교예 14에 따른 강재 시편의 경우 페라이트(α):오스테나이트(γ) = 1:1 온도가 1200℃ 이상으로 높음을 볼 수 있다.
도 4는 Mo+0.5W에 따른 실시예 시편들과 비교예 시편들의 CPT를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 실시에 시편들의 경우, Mo+0.5W가 2.5~3.5중량% 범위에 있으며, CPT가 30℃ 이상을 나타냄을 볼 수 있다. 비교예 시편들의 경우, Mo+0.5W가 2.5~3.5중량% 범위를 대체로 벗어났으며, CPT가 30℃ 미만인 경우가 다수 확인된다.
도 5는 C+N에 따른 실시예 시편들과 비교예 시편들의 CPT를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 실시에 시편들의 경우, C+N이 0.43~0.57중량% 범위에 있으며, CPT가 30℃ 이상을 나타냄을 볼 수 있다. 비교예 시편들의 경우, C+N이 0.43~0.57중량% 범위를 대체로 벗어났으며, CPT가 30℃ 미만인 경우가 다수 확인된다.
도 6은 Creq/Nieq에 따른 실시예 시편들과 비교예 시편들의 CPT를 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 실시에 시편들의 경우, Creq/Nieq가 1.50~1.65 범위에 있으며, CPT가 30℃ 이상을 나타냄을 볼 수 있다. 비교예 시편들의 경우, Creq/Nieq가 1.50~1.65 범위를 대체로 벗어났으며, CPT가 30℃ 미만인 경우가 다수 확인된다.
본 발명은 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, Cr : 24~26%, Mn : 5.5~7중량%, Ni : 3.0~4.0중량%, Mo+0.5W : 2.5~3.5%(W>0, Mo≥0), C : 0.08~0.15%, N : 0.32~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고,
    오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖되, 페라이트 분율이 40~60vol%인 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 듀플렉스 스테인리스강은, Nb : 0.25중량% 이하 및 Cu : 0.6중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 W를 2.5~4.5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 Mo를 0.15~1.5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    Ni와 Mo 합산 함량이 4.5중량% 이하인 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    N과 C의 합산 함량이 0.43~0.57중량%인 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1.5≤Creq/Nieq≤1.65를 만족하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강.
    Creq=[Cr]+1.5[Mo]+0.75[W]
    Nieq=[Ni]+0.5[Mn]+0.3[Cu]+25([N]-0.152×0.66×[Nb])+30([C]-0.131×0.34×[Nb])
  8. 중량%로, Cr : 24~26%, Mn : 5.5~7중량%, Ni : 3.0~4.0중량%, Mo+0.5W : 2.5~3.5%(W>0, Mo≥0), C : 0.08~0.15%, N : 0.32~0.45%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 반제품 강을 마련하는 단계; 및
    상기 반제품 강을 1050~1200℃에서 고용화 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
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