KR20210014811A - Ferritic stainless steel, martensitic stainless steel with high corrosion resistance and high hardness using the same, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 페라이트계 스테인리스강, 이를 이용한 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도물용 소재로 활용될 수 있는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ferritic stainless steel, a high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel using the same, and a manufacturing method thereof, and more particularly, a high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel that can be used as a material for ceramics, and the same It relates to a manufacturing method.
일반적으로 널리 사용되는 식도, 가위, 면도칼 및 의료용 기구인 메스와 같은 도물용 소재는 절삭성 및 내마모성 유지를 위하여 고경도가 요구되고, 수분과 쉽게 접촉하거나 습한 분위기에서 보관되기 때문에 우수한 내식성이 요구된다. 이에 따라, 도물용 소재로는 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강이 주로 사용된다.Materials for paints such as the esophagus, scissors, razors, and scalpels, which are generally widely used, require high hardness to maintain machinability and abrasion resistance, and because they are easily in contact with moisture or stored in a humid atmosphere, excellent corrosion resistance is required. Accordingly, high hardness martensitic stainless steel is mainly used as a material for ceramics.
도물용 소재는 고경도를 요구하기 때문에 취성이 매우 강하다. 이에 따라 가공이 용이하도록 도물용 소재를 일정 수준 이상으로 연화시킬 필요가 있다. 이를 위하여 취성재의 열처리 작업성이 용이한 상소둔(BAF, Batch Annealing Furnace) 공정을 포함하여 제조하게 된다.The material for ceramics is very brittle because it requires high hardness. Accordingly, it is necessary to soften the ceramic material to a certain level or more to facilitate processing. For this, the brittle material is manufactured including a batch annealing (BAF) process that facilitates heat treatment workability.
이러한 상소둔을 진행하는 동안 소재는 페라이트 기지조직 내에 탄소와 크롬이 반응하여 크롬탄화물 형태의 미세한 입자들이 분산 석출되며, 이로 인해 기지조직 내 고용 탄소 함량이 낮아져 압연 및 산세와 같은 스테인리스강의 제조 공정 적용이 용이하게 된다.During such phase annealing, the material reacts with carbon and chromium in the ferrite matrix structure, resulting in dispersion and precipitation of fine particles in the form of chromium carbide, which lowers the solid solution carbon content in the matrix structure, thus applying the manufacturing process of stainless steel such as rolling and pickling. This becomes easier.
뿐만 아니라, 페라이트 기지조직 내에 균일하게 분포된 미세한 크롬탄화물은 도물류 제조사에서 수행되는 강화 열처리 공정에서 고온의 오스테나이트상으로의 크롬 및 탄소의 빠른 재고용을 가능하게 하여, 급냉 후 마르텐사이트 조직의 경도 및 내식성을 향상시킬 수 있다.In addition, the fine chromium carbide uniformly distributed within the ferrite matrix enables rapid re-use of chromium and carbon into the high-temperature austenite phase in the reinforcement heat treatment process performed by the ceramics manufacturer, and the hardness of the martensite structure after quenching. And corrosion resistance can be improved.
따라서, 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공하기 위해서는 미세한 크롬탄화물을 미세조직 내 균일하게 분포시킬 수 있는 강재 및 소둔 패턴의 정립이 요구된다.Therefore, in order to provide a high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel, it is required to establish a steel material and an annealing pattern capable of uniformly distributing fine chromium carbide in a microstructure.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 페라이트계 스테인리스강, 이를 이용한 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a ferritic stainless steel, a high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel using the same, and a method of manufacturing the same.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.2 내지 0.3%, N: 0.05 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.6%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 13 내지 17%, C+N: 0.5% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직 내 25개/100㎛2 이상의 크롬탄화물이 분포하며, 하기 식 (1)의 값이 16.5 이상이다.As a means for achieving the above object, the ferritic stainless steel according to an example of the present invention is in wt%, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C + N: 0.5% or less, containing the remaining Fe and inevitable impurities, 25 /100㎛ 2 or more chromium carbides are distributed in the microstructure, the value of the following formula (1) Is 16.5 or higher.
(1) Cr + 16*N(1) Cr + 16*N
상기 식 (1)에서, Cr, N은 각 합금원소의 함량(중량%)을 의미한다.In the above formula (1), Cr and N mean the content (% by weight) of each alloy element.
본 발명의 각 페라이트계 스테인리스강에 있어서, 상기 크롬탄화물의 입경은 3㎛ 이하일 수 있다.In each ferritic stainless steel of the present invention, the particle diameter of the chromium carbide may be 3 μm or less.
본 발명의 각 페라이트계 스테인리스강에 있어서, 연신율이 20% 이상일 수 있다.In each ferritic stainless steel of the present invention, the elongation may be 20% or more.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.2 내지 0.3%, N: 0.05 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.6%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 13 내지 17%, C+N: 0.5% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직 내 5개/100㎛2 이하의 크롬탄화물이 분포하며, 경도가 53 HRC 이상이며, 하기 식 (1)의 값이 16.5 이상이다.In addition, as another means for achieving the above object, the high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel according to an example of the present invention is in wt%, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si: 0.1 To 0.6%, Mn: 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C+N: 0.5% or less, the remaining Fe and inevitable impurities are included, and 5/100 μm 2 or less chromium carbides are distributed in the microstructure And the hardness is 53 HRC or more, and the value of the following formula (1) is 16.5 or more.
(1) Cr + 16*N(1) Cr + 16*N
상기 식 (1)에서, Cr, N은 각 합금원소의 함량(중량%)을 의미한다.In the above formula (1), Cr and N mean the content (% by weight) of each alloy element.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강에 있어서, 상기 크롬탄화물의 입경은 1㎛ 이하일 수 있다.In each of the high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steels of the present invention, the particle diameter of the chromium carbide may be 1 μm or less.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강에 있어서, 25℃, 3.5% NaCl 수용액 하에서, 공식전위가 200mV 이상일 수 있다.In each of the high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steels of the present invention, in 25° C., 3.5% NaCl aqueous solution, the pitting potential may be 200 mV or more.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법은 중량%로, C: 0.2 내지 0.3%, N: 0.05 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.6%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 13 내지 17%, C+N: 0.5% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 주편을 열간 압연하는 단계 및 상소둔 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 상소둔 열처리는, 800 내지 900℃의 온도범위에서 15 내지 25시간 동안 제1 균열 처리하는 단계 및 500 내지 750℃의 온도범위에서 5 내지 15시간 동안 제2 균열 처리하는 단계를 포함하며, 상기 상소둔 열처리하는 단계 이후의 미세조직은 페라이트를 주조직으로 하며, 입경이 3㎛ 이하인 크롬탄화물이 25개/100㎛2 이상으로 분포하는 것을 특징으로 한다.In addition, as another means for achieving the above object, the method of manufacturing a high corrosion resistant, high hardness martensitic stainless steel according to an example of the present invention is in weight %, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si : 0.1 to 0.6%, Mn: 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C + N: 0.5% or less, including the step of hot rolling a cast steel containing the remaining Fe and inevitable impurities and phase annealing heat treatment And, the phase annealing heat treatment includes a step of first cracking treatment for 15 to 25 hours at a temperature range of 800 to 900°C and a second cracking treatment for 5 to 15 hours at a temperature range of 500 to 750°C, and , The microstructure after the phase annealing heat treatment is characterized in that ferrite is the main structure, and chromium carbides having a particle diameter of 3 µm or less are distributed in 25 parts/100 µm 2 or more.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 제1 균열 처리하는 단계 이전에 400 내지 600℃의 온도범위에서 5 내지 15시간 동안 사전 균열 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method for manufacturing each high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel of the present invention, it may further include pre-cracking treatment at a temperature range of 400 to 600°C for 5 to 15 hours before the first cracking treatment step. have.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 사전 균열 처리하는 단계 이후에 상기 제1 균열 처리하는 단계에 이르기까지 40 내지 200℃/h의 속도로 승온시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method for manufacturing each high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel of the present invention, the step of raising the temperature at a rate of 40 to 200°C/h from the pre-cracking step to the first cracking treatment step is further performed. Can include.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 제1 균열 처리하는 단계 이후에 상기 제2 균열 처리하는 단계에 이르기까지 10℃/h 이상의 속도로 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing each high corrosion resistance, high hardness martensitic stainless steel of the present invention, further comprising cooling at a rate of 10°C/h or higher from the step of treating the first crack to the step of treating the second cracking can do.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 제2 균열 처리하는 단계 이후에, 공냉하는 단계를 더 포함할 수 있다.In each method of manufacturing a martensitic stainless steel with high corrosion resistance and high hardness of the present invention, after the second cracking treatment, the step of air cooling may be further included.
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 강화 열처리하는 단계를 더 포함하며, 상기 강화 열처리는, 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 오스테나이징 처리하는 단계, 상온으로 소입하는 단계, -50 내지 -150℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 딥 프리징하는 단계, 400 내지 600℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 소려하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing each high corrosion resistance, high hardness martensitic stainless steel of the present invention, further comprising a step of strengthening heat treatment, wherein the strengthening heat treatment is performed at a temperature of 1,000 to 1,200°C for 10 seconds to 5 minutes. Step, quenching to room temperature, dip freezing for 10 seconds to 5 minutes at a temperature of -50 to -150 °C, may include the step of baking for 30 minutes to 2 hours at a temperature of 400 to 600 °C .
본 발명의 각 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서, 상기 강화 열처리하는 단계 이후의 미세조직은 마르텐사이트를 주조직으로 하며, 입경이 1㎛ 이하인 크롬탄화물이 5개/100㎛2 이하로 분포하는 것을 특징으로 할 수 있다.In each manufacturing high corrosion-resistant high-hardness martensitic stainless steel, the method of the present invention, since the microstructure of the heat-treating and the sharpening is martensite as primary tissue, particle size less than or equal to this 1㎛ chromium carbides 5 / 100㎛ 2 It can be characterized by being distributed below.
본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강은 미세조직 내 크롬탄화물이 미세하고 균일하게 분포하도록 제어하여 가공성을 향상시킬 수 있다.The ferritic stainless steel according to the present invention can improve workability by controlling the chromium carbide to be finely and uniformly distributed in the microstructure.
본 발명에 따르면, 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다. According to the present invention, a high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel can be provided.
본 발명에 의하면 고경도 특성은 주조직을 마르텐사이트상으로 최종 제어함으로써 확보될 수 있다. 또한, 페라이트 기지조직 내에 크롬탄화물을 미세하고 균일하게 분포되도록 제어하여, 후속하는 강화 열처리에서 크롬탄화물이 크롬 및 탄소로 재고용되어 목적하는 고경도 특성을 확보할 수 있다.According to the present invention, high hardness characteristics can be ensured by finally controlling the main structure into a martensite phase. In addition, by controlling the chromium carbide to be finely and uniformly distributed in the ferrite matrix structure, the chromium carbide is re-used as chromium and carbon in a subsequent reinforcement heat treatment, so that a desired high hardness characteristic can be secured.
본 발명에 의하면 고내식 특성은 식 (1)의 값을 16.5 이상으로 제어함으로써 확보될 수 있다. 또한, 페라이트 기지조직 내에 크롬탄화물을 미세하고 균일하게 분포되도록 제어하여, 후속하는 강화 열처리에서 크롬탄화물이 재고용되어 기지조직의 크롬 농도가 약 12% 정도로 증가하도록 한다. 그 결과, 강 표면에 얇은 크롬산화물을 치밀하게 생성하여 목적하는 고내식 특성을 확보할 수 있다.According to the present invention, high corrosion resistance can be ensured by controlling the value of Equation (1) to 16.5 or more. In addition, the chromium carbide is controlled to be finely and uniformly distributed in the ferrite matrix structure, so that the chromium carbide is re-dissolved in the subsequent strengthening heat treatment to increase the chromium concentration in the matrix structure to about 12%. As a result, it is possible to obtain a desired high corrosion resistance property by densely generating a thin chromium oxide on the steel surface.
도 1은 본 발명에 따른 상소둔 열처리 단계의 개요도이다.
도 2는 발명예 1의 미세조직을 관찰한 사진이다.1 is a schematic diagram of a phase annealing heat treatment step according to the present invention.
2 is a photograph of observing the microstructure of Inventive Example 1.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those having average knowledge in the art.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific examples. So, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly has to be singular. In addition, terms such as "include" or "include" used in the present application are used to clearly refer to the existence of features, steps, functions, components or combinations thereof described in the specification, but other features It should be noted that it is not used to preliminarily exclude the presence of elements, steps, functions, components, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be viewed as having the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Therefore, unless clearly defined in the specification, specific terms should not be interpreted in an excessively ideal or formal sense. For example, in the present specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly has exceptions.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.In addition, "about", "substantially" and the like in the present specification are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and are accurate to aid understanding of the present invention. Or absolute figures are used to prevent unfair use of the stated disclosure by unconscionable infringers.
본 발명의 일 예에 따른 페라이트계 스테인리스강 또는 이를 이용한 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.2 내지 0.3%, N: 0.05 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.6%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 13 내지 17%, C+N: 0.5% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. The ferritic stainless steel according to an embodiment of the present invention or the high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel using the same is weight %, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn : 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C+N: 0.5% or less, remaining Fe and unavoidable impurities are included.
이하에서는 상기 합금조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 하기 성분조성은 특별한 기재가 없는 한 모두 중량%를 의미한다.Hereinafter, the reasons for limiting the alloy composition will be described in detail. All of the following component compositions mean weight percent unless otherwise specified.
탄소(C): 0.2 내지 0.3중량%Carbon (C): 0.2 to 0.3% by weight
C는 함량이 낮을 경우 강화 열처리 이후 경도가 저하되어 절삭성 및 내마모성 확보가 어려울 수 있으므로, 본 발명에서 C는 0.2중량% 이상으로 첨가될 수 있다. 다만, C 함량이 과다하면 크롬탄화물이 과도하게 형성되어 내식성이 저하될 뿐만 아니라, 탄소 편석으로 인해 소둔 조직 내 조대한 탄화물이 형성될 우려가 있다. 이에 따라, 본 발명에서 C 함량의 상한은 0.3중량%로 제한되는 것이 바람직하다.When the C content is low, the hardness decreases after the reinforcement heat treatment, so it may be difficult to secure machinability and abrasion resistance, so in the present invention, C may be added in an amount of 0.2% by weight or more. However, if the C content is excessive, chromium carbide is excessively formed and corrosion resistance is deteriorated, and there is a concern that coarse carbides in the annealing structure may be formed due to carbon segregation. Accordingly, the upper limit of the C content in the present invention is preferably limited to 0.3% by weight.
질소(N): 0.05 내지 0.15중량%Nitrogen (N): 0.05 to 0.15% by weight
N는 내식성과 경도를 동시에 개선하기 위해 첨가되는 원소로써, C 대신 첨가하더라도 국부적인 미세 편석을 유발하지 않아 조대한 석출물을 형성하지 않는 장점이 있다. 이러한 효과를 위해 본 발명에서 N은 0.05중량% 이상 첨가될 수 있다. 다만, N 함량이 과다하면 주조 시 용강 내 용해 한도를 벗어남에 따라 성분계 제어가 어려울 수 있으며, 표면에 핀홀 결함에 나타날 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서 N 함량의 상한은 0.15중량%로 제한되는 것이 바람직하다. N is an element added to improve corrosion resistance and hardness at the same time, and even if added instead of C, it does not cause local fine segregation, and thus has the advantage of not forming coarse precipitates. For this effect, in the present invention, N may be added in an amount of 0.05% by weight or more. However, if the N content is excessive, it may be difficult to control the component system as the melting limit in molten steel is exceeded during casting, and it may appear as a pinhole defect on the surface. Accordingly, in the present invention, the upper limit of the N content is preferably limited to 0.15% by weight.
실리콘(Si): 0.1 내지 0.6중량% Silicon (Si): 0.1 to 0.6% by weight
Si은 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 원소이다. 이를 고려하여, 본 발명에서 Si은 0.1중량% 이상 첨가될 수 있다. 다만, Si 함량이 과다하면 산세성을 저하시켜 취성을 높이는 문제가 있다. 이에 따라, 본 발명에서 Si 함량의 상한은 0.6중량%로 제한되는 것이 바람직하다. Si is an element that is essentially added for deoxidation. In consideration of this, in the present invention, Si may be added in an amount of 0.1% by weight or more. However, if the Si content is excessive, there is a problem of increasing brittleness by lowering the pickling property. Accordingly, the upper limit of the Si content in the present invention is preferably limited to 0.6% by weight.
망간(Mn): 0.2 내지 1.0중량%Manganese (Mn): 0.2 to 1.0% by weight
망간(Mn)은 탈산을 위해 필수적으로 첨가되는 원소이다. 이를 고려하여, 본 발명에서 Mn은 0.2중량% 이상 첨가될 수 있다. 다만, Mn 함량이 과다하면 강의 표면품질을 저해하고, 최종 열처리재의 잔류 오스테나이트 형성을 통해 경도를 확보하기가 어려울 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서 Mn 함량의 상한은 1.0중량%로 제한되는 것이 바람직하다.Manganese (Mn) is an element essential for deoxidation. In consideration of this, in the present invention, Mn may be added in an amount of 0.2% by weight or more. However, when the Mn content is excessive, the surface quality of the steel may be impaired, and it may be difficult to secure hardness through the formation of residual austenite in the final heat treated material. Accordingly, in the present invention, the upper limit of the Mn content is preferably limited to 1.0% by weight.
크롬(Cr): 13 내지 17중량%Chrome (Cr): 13 to 17% by weight
Cr은 대표적인 스테인리스강의 내식성 향상 원소이며, 본 발명에서는 충분한 내식성 확보를 위해서 Cr은 13중량% 이상 첨가될 수 있다. 다만, Cr 함량이 과다하면 제조 비용이 상승하고, 조직 내 크롬 성분의 미세 편석이 증가하여 국부적으로 크롬탄화물의 조대화를 유발시켜 강화 열처리된 강재의 내식성 및 경도를 저하시키는 문제가 있다. 이에 따라, 본 발명에서 Cr 함량의 상한은 17중량%로 제한되는 것이 바람직하다.Cr is a typical element for improving corrosion resistance of stainless steel, and in the present invention, in order to secure sufficient corrosion resistance, Cr may be added at least 13% by weight. However, when the Cr content is excessive, manufacturing costs increase, and micro-segregation of chromium components in the structure increases, causing local coarsening of chromium carbides, thereby lowering the corrosion resistance and hardness of the reinforced heat treated steel. Accordingly, the upper limit of the Cr content in the present invention is preferably limited to 17% by weight.
탄소(C)+질소(N)의 함량: 0.5중량% 이하Content of carbon (C) + nitrogen (N): 0.5% by weight or less
C, N은 강화 열처리 후 강의 경도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 다만, C, N 함량이 과다하면 열연 강판의 상소둔 시 분포하는 크롬탄화물의 분율이 증가하여 연신율이 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라, 본 발명에서 C+N 함량의 상한은 0.5중량%로 제한되는 것이 바람직하다.C and N are elements necessary to secure the hardness of steel after reinforcing heat treatment. However, if the content of C and N is excessive, the proportion of chromium carbide distributed during phase annealing of the hot-rolled steel sheet increases, thereby reducing the elongation. Accordingly, the upper limit of the C + N content in the present invention is preferably limited to 0.5% by weight.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, in a typical manufacturing process, unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed, and this cannot be excluded. Since the impurities are known to anyone of ordinary skill in the manufacturing process, all the contents are not specifically mentioned in the present specification.
또한, 각 합금원소의 함량을 상술한 조건으로 한정하는 것 이외에도, 이들 사이의 관계를 다음과 같이 더욱 한정할 수 있다.In addition, in addition to limiting the content of each alloy element to the above-described conditions, the relationship between them can be further limited as follows.
식 (1)의 값: 16.5 이상Value of equation (1): 16.5 or more
본 발명에 따르면 내식성을 확보하기 위하여 내공식지수(PREN, Pitting Resistance Equivalent Number) 값을 제어할 수 있다.According to the present invention, in order to secure corrosion resistance, it is possible to control a PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) value.
본 발명에 따르면 Mo은 불순물 정도로 첨가된다. 또한, Mn은 200계 스테인리스강의 경우 또는 Mn의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에 내공식지수를 도출하기 위한 합금원소로서 고려되므로, 두 경우 모두 해당하지 않는 본 발명에서는 내공식지수를 도출하기 위한 합금원소에서 배제될 수 있다. 상술한 바를 고려하여, 본 발명에서 Mo, Mn은 내공식지수를 도출하기 위한 합금원소에서 배제될 수 있다.According to the present invention, Mo is added to the extent of impurities. In addition, since Mn is considered as an alloying element for deriving the pitting resistance index in the case of 200-based stainless steel or when the content of Mn exceeds 1.0%, in the present invention, which is not applicable in both cases, It can be excluded from alloying elements. In consideration of the above, in the present invention, Mo and Mn may be excluded from the alloying element for deriving the pitting resistance index.
이에 따라, 본 발명에서는 내공식지수를 도출하기 위한 식을 수정하였으며, 본 발명의 일 예에 따르면 하기 식 (1)의 값이 16.5 이상일 수 있다.Accordingly, in the present invention, the equation for deriving the pitting index was modified, and according to an example of the present invention, the value of the following equation (1) may be 16.5 or higher.
(1) Cr + 16*N(1) Cr + 16*N
여기서, Cr, N은 각 합금원소의 함량(중량%)을 의미한다.Here, Cr and N mean the content (% by weight) of each alloy element.
일 예에 따르면, 본 발명은 합금원소의 함량을 상술한 조건으로 한정하는 것 이외에도, 식 (1)의 값을 16.5 이상이 되도록 각 합금원소의 함량을 제어함으로써 우수한 내식성을 확보할 수 있다.According to an example, in the present invention, in addition to limiting the content of the alloying element to the above-described conditions, excellent corrosion resistance can be secured by controlling the content of each alloying element such that the value of Equation (1) is 16.5 or more.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 합금조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강은 연속주조 또는 강괴주조에 의하여 주편으로 제작된 다음, 열간 압연하여 가공처리가 가능한 열연 강판으로 제조된다. 이후 제조된 열연 강판은 도물용으로 사용 가능한 두께로 정밀 압연과 같은 가공을 진행하기 이전에 양호한 가공성 확보를 위하여 상소둔 열처리를 실시한다. 상소둔 열처리 이후의 미세조직은 페라이트를 주조직으로 하며, 미세한 크롬탄화물이 균일하게 분포되어 있을 수 있다. 페라이트계 스테인리스강은 후속되는 강화 열처리 단계에 의하여 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제조된다. According to the present invention, the ferritic stainless steel having the above alloy composition is produced as a cast steel by continuous casting or ingot casting, and then hot-rolled to produce a hot-rolled steel sheet capable of processing. The hot-rolled steel sheet manufactured after that is subjected to phase annealing heat treatment to secure good workability before proceeding with processing such as precision rolling to a thickness that can be used for coating. The microstructure after the phase annealing heat treatment is made of ferrite as the main structure, and fine chromium carbide may be uniformly distributed. Ferritic stainless steel is made of martensitic stainless steel by a subsequent strengthening heat treatment step.
먼저, 상소둔 열처리에 대하여 설명한다.First, the phase annealing heat treatment will be described.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 상소둔 열처리는 제1 균열 처리하는 단계(200), 제2 균열 처리하는 단계(300)를 포함한다. 또한, 선택적으로 제1 균열 처리하는 단계(200) 이전에 사전 균열 처리하는 단계(100)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the phase annealing heat treatment according to an example of the present invention includes a first
사전 균열 처리하는 단계(100)는 제1 균열 단계 이전에 균열 처리하는 단계로서, 소재 전반에 걸쳐 온도의 균일한 상승을 위한 전처리 단계이다. 일 예에 따르면, 사전 균열 처리하는 단계(100)는 400 내지 600℃의 온도범위에서 5 내지 15시간 동안 일정한 온도로 가열하는 것이 바람직하다.The
가열 온도가 400 미만이거나, 600℃를 초과하게 되면 소재 전반에 걸쳐 온도를 균일하게 상승시킬 수 없다. 또한, 가열 시간이 5시간 미만이거나, 15시간을 초과하게 되면 소재 전반에 걸쳐 온도를 균일하게 상승시킬 수 없다.If the heating temperature is less than 400 or exceeds 600°C, the temperature cannot be uniformly increased throughout the material. In addition, if the heating time is less than 5 hours or exceeds 15 hours, the temperature cannot be uniformly increased throughout the material.
제1 균열 처리하는 단계(200)는 열연 강판의 미세조직 내에 크롬탄화물을 균일하게 분포시키는 단계이다. 일 예에 따르면, 제1 균열 처리하는 단계(200)는 800 내지 900℃에서 15 내지 25시간 동안 일정한 온도로 가열하는 것이 바람직하다.The first
가열 온도가 800℃ 미만인 경우 결정립계에 국부적인 크롬탄화물 응집부가 형성될 수 있고, 가열 온도가 900℃를 초과하게 되면 결정립계에 조대한 크롬탄화물이 형성된다. When the heating temperature is less than 800°C, localized chromium carbide aggregates may be formed at the grain boundaries, and when the heating temperature exceeds 900°C, coarse chromium carbides are formed at the grain boundaries.
또한, 가열 시간이 15시간 미만인 경우 크롬탄화물 크기를 미세화할 수 있으나, 일부분에 크롬탄화물이 집중 분포될 수 있고, 가열 시간이 25시간을 초과하면 서로 근접한 크롬탄화물이 합쳐져 국부적으로 조대하게 형성될 수 있다.In addition, if the heating time is less than 15 hours, the size of the chromium carbide can be made fine, but chromium carbide may be concentrated and distributed in a part, and if the heating time exceeds 25 hours, chromium carbides adjacent to each other may be combined to form locally coarse. have.
응집되거나 조대하게 형성된 크롬탄화물은 재질 불균형을 초래하여 연성이 저하되며, 최종적인 제품의 강성, 연성, 내식성이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명은 제1 균열 처리하는 단계(200)에서 가열 온도는 800 내지 900℃, 가열 시간은 15 내지 25 시간으로 한정한다.Aggregated or coarse chromium carbide causes material imbalance, resulting in lower ductility, and may deteriorate the rigidity, ductility, and corrosion resistance of the final product. In order to prevent this, the present invention limits the heating temperature to 800 to 900° C. and the heating time to 15 to 25 hours in the first
제2 균열 처리하는 단계(300)는 크롬탄화물을 구상화하는 단계이다. 크롬탄화물을 구상화시킴으로써 후속되는 가공 공정에서의 가공성을 향상시킬 수 있게 된다. 일 예에 따르면, 제2 균열 처리하는 단계(300)는, 500 내지 750℃의 온도범위에서 5 내지 15시간 동안 일정한 온도로 가열하는 것이 바람직하다.The second
크롬탄화물이 구상화되기 위해서는 최소한 500℃ 이상의 가열 온도가 필요하다. 반면, 가열 온도가 750℃를 초과하면 구상화된 크롬탄화물이 과도하게 성장하고, 개수가 감소하여 연성이 저하된다. 또한, 가열 시간이 5시간 미만일 경우 크롬탄화물이 구상화되지 않고, 가열 시간이 15시간을 초과하면 크롬탄화물이 과도하게 성장하여 연성이 저하된다. In order for chromium carbide to spheroidize, a heating temperature of at least 500°C is required. On the other hand, when the heating temperature exceeds 750° C., spheroidized chromium carbides grow excessively and the number of chromium carbides decreases, resulting in lower ductility. In addition, when the heating time is less than 5 hours, the chromium carbide does not spheroidize, and when the heating time exceeds 15 hours, the chromium carbide grows excessively and the ductility decreases.
사전 균열 처리하는 단계(100) 이후에 제1 균열 처리하는 단계(200)에 이르기까지 40 내지 200℃/h의 속도로 승온시키는 단계(150)가 더 포함될 수 있다.The
승온 속도가 40℃/h 미만인 경우에는 크롬탄화물이 조대해지는 온도 구간인 700 내지 750℃를 경유하는 시간이 증가할 수 있으며, 이에 따라, 크롬탄화물의 크기가 조대해져 미세조직 내에 분포하는 크롬탄화물의 개수가 감소하여 연성이 저하될 수 있다. 반면, 승온 속도가 200℃/h를 초과하면, 크롬탄화물이 조대화되는 온도 구간을 경유하는 시간이 감소하여 미세한 크롬탄화물을 확보할 수 있다. 그러나, 크롬탄화물이 확산할 시간이 부족하여 불균일하게 분포되는 단점이 있다.If the heating rate is less than 40°C/h, the time passing through 700 to 750°C, which is the temperature range in which chromium carbide becomes coarse, may increase, and accordingly, the size of the chromium carbide becomes coarse and thus the chromium carbide distributed in the microstructure. The ductility may decrease due to a decrease in the number. On the other hand, when the temperature increase rate exceeds 200°C/h, the time passing through the temperature range in which the chromium carbide is coarsened decreases, and thus fine chromium carbide can be secured. However, there is a disadvantage in that the chromium carbide is distributed unevenly due to insufficient time to diffuse.
제1 균열 처리하는 단계(200) 이후에 제2 균열 처리하는 단계(300)에 이르기까지 10℃/h 이상의 속도로 냉각시키는 단계(250)가 더 포함될 수 있다.A
냉각 속도가 10℃/h 미만이면 크롬탄화물이 조대화되는 온도 구간을 경유하는 시간이 증가하며, 이에 따라, 미세조직 내에서의 크롬탄화물이 조대화되어 고내식 및 고경도 확보가 어렵다. If the cooling rate is less than 10°C/h, the time to pass through the temperature range in which the chromium carbide is coarsened increases, and accordingly, the chromium carbide in the microstructure is coarsened, making it difficult to secure high corrosion resistance and high hardness.
또한, 제2 균열 처리하는 단계(300) 이후에는 공냉하는 단계(350)를 거치게 된다.In addition, after the
상술한 상소둔 열처리하는 단계에서는 미세조직 내 탄소와 크롬이 반응하여 크롬탄화물을 형성한다. 그 결과, 조직 내 고용된 탄소 함량이 감소하여 가공성이 향상되며, 후속되는 스테인리스강의 제조 공정 적용이 용이하여 목적하는 최종 형상으로 가공할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 페라이트계 스테인리스강은 연신율이 20% 이상일 수 있다.In the above-described phase annealing heat treatment step, carbon and chromium in the microstructure react to form chromium carbide. As a result, the amount of carbon dissolved in the structure is reduced, thereby improving workability, and it is easy to apply a subsequent manufacturing process of stainless steel, so that it can be processed into a desired final shape. The ferritic stainless steel according to an example of the present invention may have an elongation of 20% or more.
또한, 상술한 상소둔 열처리 단계로 미세조직 내에 균일하고 미세하게 분포된 크롬탄화물은 후속되는 강화 열처리 단계에서 고온의 오스테나이트상으로의 크롬 및 탄소의 빠른 재고용을 가능하게 하여, 급냉 후 마르텐사이트 조직의 경도 및 내식성을 향상시킬 수 있다.In addition, the chromium carbide uniformly and finely distributed in the microstructure by the phase annealing heat treatment step described above enables rapid re-use of chromium and carbon into the high-temperature austenite phase in the subsequent reinforcement heat treatment step, and the martensitic structure after quenching. It can improve the hardness and corrosion resistance.
본 발명에 따르면 상술한 상소둔 열처리하는 단계로 페라이트계 스테인리스강의 미세조직 내 크롬탄화물을 미세화하고 균일하게 분포시킬 수 있다. According to the present invention, the chromium carbide in the microstructure of the ferritic stainless steel can be refined and uniformly distributed through the above-described phase annealing heat treatment step.
페라이트계 스테인리스강의 일 예에 따르면, 미세조직 내 25개/100㎛2 이상의 크롬탄화물이 분포할 수 있다. 미세조직 내 25개/100㎛2 미만으로 크롬탄화물이 분포되는 경우, 크롬탄화물의 개수는 적고, 크기는 조대하여 연성이 저하되며, 후속되는 강화 열처리 단계에서 크롬 및 탄소의 재고용이 어려워 목적하는 경도를 확보할 수 없다.According to an example of ferritic stainless steel, chromium carbides of 25 /100 μm 2 or more may be distributed in a microstructure. 25 in microstructure/100㎛ 2 When the chromium carbide is distributed less than that, the number of chromium carbides is small and the size is coarse, so ductility is lowered, and it is difficult to re-use chromium and carbon in the subsequent reinforcing heat treatment step, so that the desired hardness cannot be secured.
페라이트계 스테인리스강의 일 예에 따르면, 크롬탄화물의 입경은 3㎛ 이하일 수 있다. 미세조직 내 크롬탄화물의 입경이 3㎛을 초과하게 되면 연성이 저하되며, 후속되는 강화 열처리 단계에서 크롬 및 탄소의 재고용이 어려워 목적하는 경도를 확보할 수 없다.According to an example of ferritic stainless steel, the particle diameter of chromium carbide may be 3 μm or less. When the particle diameter of the chromium carbide in the microstructure exceeds 3 μm, the ductility decreases, and the re-use of chromium and carbon is difficult in the subsequent reinforcing heat treatment step, so that the desired hardness cannot be secured.
본 발명에 따른 상소둔 열처리하는 단계 이후의 강재의 미세조직은 페라이트를 주조직으로 하며, 입경이 3㎛ 이하인 크롬탄화물이 25개/100㎛2 이상으로 분포할 수 있다.The microstructure of the steel material after the phase annealing heat treatment according to the present invention is made of ferrite as the main structure, and chromium carbides having a particle diameter of 3 μm or less may be distributed in 25/100 μm 2 or more.
본 발명에 따르면, 상술한 상소둔 열처리된 페라이트계 스테인리스강을 소입하여 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 페라이트계 스테인리스강은 최종 형상으로 가공된 후에 강화 열처리하는 단계를 거쳐 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제조할 수 있다.According to the present invention, the above-described phase-annealed and heat-treated ferritic stainless steel can be quenched to produce high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel. For example, ferritic stainless steel can be manufactured into a high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel through a step of reinforcing heat treatment after being processed into a final shape.
강화 열처리는 오스테나이징 처리하는 단계, 소입하는 단계, 딥 프리징(deep freezing)하는 단계, 소려하는 단계를 포함할 수 있다.The strengthening heat treatment may include austenizing, quenching, deep freezing, and tempering.
오스테나이징 처리하는 단계는 강재의 기지조직을 페라이트에서 오스테나이트로 변태시키는 단계이다. The step of austenizing treatment is a step of transforming the matrix structure of the steel material from ferrite to austenite.
해당 단계에서 크롬탄화물이 크롬 및 탄소의 형태로 기지조직으로 재고용되어 후속되는 소입 또는 딥 프리징 단계 이후 마르텐사이트 스테인리스강의 경도를 높일 수 있다. 또한, 크롬탄화물이 재고용되어 기지조직의 크롬 농도가 약 12% 정도로 증가된 결과, 강 표면에 얇은 크롬산화물을 치밀하게 생성하여 강의 내식성이 향상된다.In this step, chromium carbide is re-used as a matrix structure in the form of chromium and carbon, so that the hardness of martensitic stainless steel can be increased after the subsequent quenching or deep freezing step. In addition, as a result of the re-dissolution of chromium carbide, the chromium concentration in the matrix structure is increased to about 12%, and as a result, thin chromium oxide is densely produced on the steel surface, thereby improving the corrosion resistance of the steel.
일 예에 따르면, 오스테나이징 처리하는 단계는 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 열처리할 수 있다. 온도가 1,000℃ 미만인 경우 목적하는 고경도를 확보할 수 없으며, 온도가 1,200℃를 초과하는 경우 탄화물 재고용량 증가에 따른 잔류 오스테나이트 과다 형성으로 경도가 저하될 수 있다.According to an example, the austenizing treatment may be heat-treated at a temperature of 1,000 to 1,200°C for 10 seconds to 5 minutes. When the temperature is less than 1,000°C, the desired high hardness cannot be secured, and when the temperature exceeds 1,200°C, the hardness may decrease due to excessive formation of residual austenite due to an increase in carbide inventory.
또한, 오스테나이징 처리 시간이 10초 미만인 경우 목적하는 고경도를 확보할 수 없으며, 5분을 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장하여 잔류 오스테나이트가 발생할 수 있다.In addition, if the austenizing treatment time is less than 10 seconds, the desired high hardness cannot be secured, and if it exceeds 5 minutes, the crystal grains grow excessively and residual austenite may occur.
소입하는 단계는 오스테나이징 처리 이후 상온으로의 급속 냉각을 통하여 오스테나이트 조직을 경도가 높은 마르텐사이트로 변태시키는 단계이다.The step of quenching is a step of transforming the austenite structure into martensite with high hardness through rapid cooling to room temperature after austenizing treatment.
딥 프리징하는 단계는 상온으로 소입된 강재를 극저온에서 추가 냉각하여 잔류 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 추가적으로 변태시키는 단계이며, 해당 단계로 강재의 경도가 더욱 상승하게 된다. 일 예에 따르면, 딥 프리징하는 단계는 -50 내지 -150℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 서브제로(subzero) 열처리를 실시할 수 있다.The deep-freezing step is a step of additionally cooling the steel material quenched to room temperature at cryogenic temperatures to additionally transform the residual austenite structure into a martensite structure, and in this step, the hardness of the steel material further increases. According to an example, in the deep freezing step, a subzero heat treatment may be performed at a temperature of -50 to -150°C for 10 seconds to 5 minutes.
소려하는 단계는 딥 프리징하는 단계 이후 경도가 높아 취성이 강한 마르텐사이트 조직에 인성을 부여하기 위한 단계이다. 일 예에 따르면, 400 내지 600℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 열처리할 수 있다.The tempering step is a step for imparting toughness to a martensitic structure with high hardness and strong brittleness after the deep freezing step. According to an example, heat treatment may be performed at a temperature of 400 to 600° C. for 30 minutes to 2 hours.
본 발명에 따르면 상술한 강화 열처리하는 단계로 페라이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 최종 변태시킬 수 있으며, 목적하는 고내식 특성 및 고경도 특성을 확보할 수 있다.According to the present invention, the ferrite structure may be finally transformed into a martensite structure by the above-described reinforcing heat treatment step, and desired high corrosion resistance characteristics and high hardness characteristics may be obtained.
한편, 상소둔 열처리로 미세하고 균일하게 형성된 크롬탄화물은 본 발명의 강화 열처리하는 단계를 통해 크롬 및 탄소의 형태로 기지조직으로 재고용된다. 강화 열처리하는 단계에 의해 제조된 마르텐사이트계 스테인리스강이 고내식 및 고경도 특성을 확보하기 위해서는 크롬탄화물이 최종 확보된 조직 내에 최대한 포함되지 않는 것이 바람직하다.On the other hand, the chromium carbide formed finely and uniformly by the phase annealing heat treatment is re-used as a matrix structure in the form of chromium and carbon through the step of strengthening heat treatment of the present invention. In order to secure high corrosion resistance and high hardness characteristics of the martensitic stainless steel manufactured by the step of reinforcing heat treatment, it is preferable that chromium carbide is not included in the final secured structure as much as possible.
본 발명의 일 예에 따른 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강은 미세조직 내 5개/100㎛2 이하의 크롬탄화물이 포함할 수 있다. 크롬탄화물이 5개/100㎛2를 초과하여 포함되는 경우에는 고내식 및 고경도 특성을 확보하지 못할 우려가 있다.The high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel according to an example of the present invention may contain chromium carbides of 5/100 μm 2 or less in a microstructure. If the chromium carbide is contained in excess of 5/100㎛ 2 , there is a concern that high corrosion resistance and high hardness characteristics may not be secured.
이때, 크롬탄화물의 입경은 1㎛ 이하일 수 있다. 크롬탄화물의 입경이 1㎛를 초과하는 경우에는 고내식 및 고경도 특성을 확보하지 못할 우려가 있다.At this time, the particle diameter of the chromium carbide may be 1 μm or less. When the particle diameter of chromium carbide exceeds 1 μm, there is a concern that high corrosion resistance and high hardness characteristics may not be secured.
본 발명에 따른 강화 열처리하는 단계 이후의 강재의 미세조직은 마르텐사이트를 주조직으로 하며, 입경이 1㎛ 이하인 크롬탄화물이 5개/100㎛2 이하로 분포할 수 있다.The microstructure of the steel material after the step of reinforcing heat treatment according to the present invention has martensite as the main structure, and chromium carbides having a particle diameter of 1 μm or less may be distributed in 5/100 μm 2 or less.
본 발명의 일 예에 따른 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강은 경도가 53 HRC 이상일 수 있다. 본 발명에서 고경도 특성은 주조직을 마르텐사이트상으로 최종 제어함으로써 확보될 수 있다. 또한, 페라이트 기지조직 내에 크롬탄화물을 미세하고 균일하게 분포되도록 제어하여, 후속하는 강화 열처리에서 크롬탄화물이 크롬 및 탄소로 재고용되어 목적하는 고경도 특성을 확보할 수 있다.The high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel according to an example of the present invention may have a hardness of 53 HRC or more. In the present invention, high hardness characteristics can be obtained by controlling the main structure in a martensite phase. In addition, by controlling the chromium carbide to be finely and uniformly distributed in the ferrite matrix structure, the chromium carbide is re-used as chromium and carbon in a subsequent reinforcement heat treatment, so that a desired high hardness characteristic can be secured.
본 발명의 일 예에 따른 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강은 25℃, 3.5% NaCl 수용액 하에서, 공식전위가 200mV 이상일 수 있다. 본 발명에서 고내식 특성은 식 (1)의 값을 16.5 이상으로 제어함으로써 확보될 수 있다. 또한, 페라이트 기지조직 내에 크롬탄화물을 미세하고 균일하게 분포되도록 제어하여, 후속하는 강화 열처리에서 크롬탄화물이 재고용되어 기지조직의 크롬 농도가 약 12% 정도로 증가하도록 한다. 그 결과, 강 표면에 얇은 크롬산화물을 치밀하게 생성하여 목적하는 고내식 특성을 확보할 수 있다.The high corrosion resistance and high hardness martensitic stainless steel according to an example of the present invention may have a pitting potential of 200 mV or more in 25° C. and 3.5% NaCl aqueous solution. In the present invention, high corrosion resistance can be obtained by controlling the value of Equation (1) to 16.5 or more. In addition, the chromium carbide is controlled to be finely and uniformly distributed in the ferrite matrix structure, so that the chromium carbide is re-dissolved in the subsequent strengthening heat treatment to increase the chromium concentration in the matrix structure to about 12%. As a result, it is possible to obtain a desired high corrosion resistance property by densely generating a thin chromium oxide on the steel surface.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it should be noted that the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.
{실시예}{Example}
아래 표 1에는 각 발명예, 비교예에 해당되는 합금성분 및 핀홀 발생 여부를 나타내었다.Table 1 below shows alloy components and pinholes corresponding to each invention example and comparative example.
발생
여부
(O/X)Pinhole
Occur
Whether
(O/X)
표 1을 참조하면 질소 고용한 이상의 질소가 첨가된 비교예 4는 표면에서 질소 가스에 의하여 표면 핀홀이 발생하였다.Referring to Table 1, in Comparative Example 4, in which nitrogen more than a solid solution of nitrogen was added, surface pinholes were generated by nitrogen gas on the surface.
아래 표 2에는 상소둔 열처리하는 단계 이후, 페라이트계 스테인리스강의 각 발명예 및 비교예의 크롬탄화물 분포(개/100㎛2) 및 연신율(%)을 나타내었다.Table 2 below shows the distribution of chromium carbides (pcs/100㎛ 2 ) and elongation (%) of each Inventive Example and Comparative Example of the ferritic stainless steel after the phase annealing heat treatment step.
(개/100㎛2)Chromium carbide
(Pcs/100㎛ 2 )
(%)Elongation
(%)
표 2를 참조하면 발명예 1은 크롬탄화물이 32 개/100㎛2로 분포하였으며, 연신율은 29.3%로 양호하였다. 한편, 첨부된 도 2는 발명예 1의 미세조직을 관찰한 사진이다. 도 2를 참조하면 발명예 1의 크롬탄화물 분포를 가시적으로 확인할 수 있다. Referring to Table 2, Inventive Example 1 had a distribution of 32 chromium carbides/100㎛ 2 , and an elongation of 29.3% was good. On the other hand, the attached Figure 2 is a photograph of observing the microstructure of Inventive Example 1. Referring to FIG. 2, the distribution of chromium carbide of Inventive Example 1 can be visually confirmed.
반면, 0.6중량% 이상의 고탄소를 포함한 비교예 1은 C+N 함량이 0.5중량%를 초과하여 크롬탄화물의 분율이 과도하게 증가하였다. 그 결과, 크롬탄화물은 63 개/100㎛2로 분포하였으나, 연신율이 17.6%로 열위하였다. On the other hand, in Comparative Example 1 containing 0.6% by weight or more of high carbon, the C+N content exceeded 0.5% by weight, so that the fraction of chromium carbide was excessively increased. As a result, the chromium carbide was distributed in 63 pieces/100㎛ 2 , but the elongation was inferior to 17.6%.
고질소를 포함한 비교예 4는 크롬탄화물의 분율이 본 발명 대비 적었으며, 연신율 또한 열위하였다.In Comparative Example 4 including high nitrogen, the fraction of chromium carbide was smaller than that of the present invention, and the elongation was also inferior.
비교예 2,3은 연신율 28% 이상이었으나, 크롬탄화물이 25개/100㎛2 이하로 분포하였다. In Comparative Examples 2 and 3, the elongation was 28% or more, but chromium carbides were distributed in 25 parts/100µm 2 or less.
표 2의 각 발명예 및 비교예의 페라이트계 스테인리스강을 강화 열처리하여 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조하였다. 제조된 마르텐사이트계 스테인리스강의 식 (1)의 값, 공식전위(mV), 경도(HRC)를 측정한 다음, 그 결과를 표 3에 나타내었다.The ferritic stainless steels of each of the invention examples and comparative examples of Table 2 were reinforced and heat treated to prepare martensitic stainless steels. After measuring the values of formula (1), pitting potential (mV), and hardness (HRC) of the prepared martensitic stainless steel, the results are shown in Table 3.
표 3에서 각 발명예 및 비교예의 식 (1)의 값은 아래의 식 (1)에 각 합금원소의 함량(중량%)를 대입하여 도출하였다.In Table 3, the values of Equation (1) of each Inventive Example and Comparative Example were derived by substituting the content (% by weight) of each alloy element in Equation (1) below.
(1) Cr + 16*N(1) Cr + 16*N
표 3에서 각 발명예 및 비교예의 공식전위는 25℃, 3.5% NaCl 수용액 하에서 측정하였다.In Table 3, the formula potential of each Inventive Example and Comparative Example was measured at 25° C. and 3.5% NaCl aqueous solution.
표 3을 참조하면 발명예 1은 식 (1)의 값이 16.5 이상이였으며, 공식전위는 200mV 이상으로서 고내식 특성을 확보하였다. 또한, 경도가 54.7 HRC로서 고경도 특성을 확보하였다.Referring to Table 3, in Inventive Example 1, the value of Equation (1) was 16.5 or more, and the formula potential was 200 mV or more, thereby securing high corrosion resistance. In addition, the hardness was 54.7 HRC to secure high hardness characteristics.
반면, 0.6중량% 이상의 고탄소를 포함한 비교예 1은 식 (1)의 값이 16.5 미만이였으며, 크롬탄화물의 분율이 과도하게 증가한 결과, 강 중 크롬 결핍에 의한 예민화 현상이 조장되어 실시예 중 가장 낮은 공식전위를 나타내었다.On the other hand, Comparative Example 1 containing 0.6% by weight or more of high carbon had a value of less than 16.5 in Equation (1), and as a result of excessive increase in the fraction of chromium carbide, sensitization due to lack of chromium in the steel was promoted. It showed the lowest official potential.
비교예 2,3은 식 (1)의 값이 16.5 미만이였으며, 크롬탄화물이 25개/100㎛2 이하로 분포하여 강화 열처리에 의한 재고용률이 떨어진 결과, 강 중 크롬 결핍에 의한 예민화 현상이 조장되어 실시예 중 가장 낮은 공식전위를 나타내었다.In Comparative Examples 2 and 3, the value of Equation (1) was less than 16.5, and as a result of the distribution of chromium carbides to 25 pieces/100㎛ 2 or less, the re-use rate decreased by reinforcement heat treatment, a sensitization phenomenon due to lack of chromium in steel This was promoted to show the lowest official potential among the examples.
비교예 4는 질소의 영향으로 가장 높은 공식전위를 나타내었으나, 표면 핀홀 발생으로 최종 제품으로 부적절하였다.Comparative Example 4 exhibited the highest pitting potential due to the influence of nitrogen, but was inappropriate as a final product due to the occurrence of surface pinholes.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although exemplary embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art are within the scope not departing from the concept and scope of the following claims. It will be appreciated that various modifications and variations are possible.
Claims (13)
미세조직 내 25개/100㎛2 이상의 크롬탄화물이 분포하며,
하기 식 (1)의 값이 16.5 이상인 페라이트계 스테인리스강:
(1) Cr + 16*N
(상기 식 (1)에서, Cr, N은 각 합금원소의 함량(중량%)을 의미한다).In% by weight, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C+N: 0.5% or less, the remaining Fe and Contains inevitable impurities,
Chromium carbides of 25 /100㎛ 2 or more are distributed in the microstructure,
Ferritic stainless steel having a value of 16.5 or more in the following formula (1):
(1) Cr + 16*N
(In the above formula (1), Cr and N mean the content (% by weight) of each alloy element).
상기 크롬탄화물의 입경은 3㎛ 이하인 페라이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Ferritic stainless steel having a particle diameter of 3 μm or less of the chromium carbide.
연신율이 20% 이상인 페라이트계 스테인리스강.The method of claim 1,
Ferritic stainless steel with an elongation of 20% or more.
미세조직 내 5개/100㎛2 이하의 크롬탄화물이 분포하며,
경도가 53 HRC 이상이며,
하기 식 (1)의 값이 16.5 이상인 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강:
(1) Cr + 16*N
(상기 식 (1)에서, Cr, N은 각 합금원소의 함량(중량%)을 의미한다).In% by weight, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C+N: 0.5% or less, the remaining Fe and Contains inevitable impurities,
Chromium carbides of 5/100㎛ 2 or less are distributed in the microstructure,
Hardness is more than 53 HRC,
High corrosion resistance, high hardness martensitic stainless steel having a value of 16.5 or higher in the following formula (1):
(1) Cr + 16*N
(In the above formula (1), Cr and N mean the content (% by weight) of each alloy element).
상기 크롬탄화물의 입경은 1㎛ 이하인 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강.The method of claim 4,
The particle diameter of the chromium carbide is 1㎛ or less, high corrosion resistance, high hardness martensitic stainless steel.
25℃, 3.5% NaCl 수용액 하에서, 공식전위가 200mV 이상인 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강.The method of claim 4,
High corrosion resistance, high hardness martensitic stainless steel with a pitting potential of 200mV or more in 25℃, 3.5% NaCl aqueous solution.
상소둔 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 상소둔 열처리는, 800 내지 900℃의 온도범위에서 15 내지 25시간 동안 제1 균열 처리하는 단계 및 500 내지 750℃의 온도범위에서 5 내지 15시간 동안 제2 균열 처리하는 단계를 포함하며,
상기 상소둔 열처리하는 단계 이후의 미세조직은 페라이트를 주조직으로 하며, 입경이 3㎛ 이하인 크롬탄화물이 25개/100㎛2 이상으로 분포하는 것을 특징으로 하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.In% by weight, C: 0.2 to 0.3%, N: 0.05 to 0.15%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.2 to 1.0%, Cr: 13 to 17%, C+N: 0.5% or less, the remaining Fe and Hot rolling a cast steel containing inevitable impurities; And
Including; phase annealing heat treatment,
The phase annealing heat treatment includes a first cracking treatment for 15 to 25 hours at a temperature range of 800 to 900°C and a second cracking treatment for 5 to 15 hours at a temperature range of 500 to 750°C,
The microstructure after the phase annealing heat treatment is made of ferrite as the main structure, and chromium carbides having a particle diameter of 3 μm or less are distributed in 25 particles/100 μm 2 or more. Way.
상기 제1 균열 처리하는 단계 이전에 400 내지 600℃의 온도범위에서 5 내지 15시간 동안 사전 균열 처리하는 단계;를 더 포함하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 7,
Pre-cracking treatment for 5 to 15 hours at a temperature range of 400 to 600°C prior to the first cracking treatment step; a method of manufacturing a high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel further comprising.
상기 사전 균열 처리하는 단계 이후에 상기 제1 균열 처리하는 단계에 이르기까지 40 내지 200℃/h의 속도로 승온시키는 단계;를 더 포함하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 8,
The method of manufacturing a high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel further comprising a; step of raising the temperature at a rate of 40 to 200 ℃ / h from the step of pre-cracking treatment to the first cracking treatment step.
상기 제1 균열 처리하는 단계 이후에 상기 제2 균열 처리하는 단계에 이르기까지 10℃/h 이상의 속도로 냉각시키는 단계;를 더 포함하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 7,
Cooling at a rate of 10° C./h or higher after the first cracking treatment step to the second crack treatment step; and a method of manufacturing a high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel further comprising.
상기 제2 균열 처리하는 단계 이후에, 공냉하는 단계;를 더 포함하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 7,
After the step of the second cracking treatment, air-cooling; the method of manufacturing a high corrosion resistance high hardness martensitic stainless steel further comprising.
강화 열처리하는 단계;를 더 포함하며,
상기 강화 열처리는, 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 오스테나이징 처리하는 단계, 상온으로 소입하는 단계, -50 내지 -150℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 딥 프리징하는 단계, 400 내지 600℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 소려하는 단계를 포함하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 7,
Further comprising a step of strengthening heat treatment;
The reinforcing heat treatment includes austenizing treatment at a temperature of 1,000 to 1,200°C for 10 seconds to 5 minutes, quenching at room temperature, and deep freezing for 10 seconds to 5 minutes at a temperature of -50 to -150°C. Step, a method for producing a high corrosion resistance, high hardness martensitic stainless steel comprising the step of baking for 30 minutes to 2 hours at a temperature of 400 to 600 ℃.
상기 강화 열처리하는 단계 이후의 미세조직은 마르텐사이트를 주조직으로 하며, 입경이 1㎛ 이하인 크롬탄화물이 5개/100㎛2 이하로 분포하는 것을 특징으로 하는 고내식 고경도 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조방법.The method of claim 12,
The microstructure after the step of reinforcing heat treatment has martensite as the main structure, and the chromium carbide having a particle diameter of 1 μm or less is distributed in 5/100 μm 2 or less. Way.
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