KR880001356B1 - 콜롬비움 혹은 티타니움을 함유하여 용접 가능한 낮은 침입형의 29% 크롬-4% 몰리브덴 페라이트 스텐레스 강 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

콜롬비움 혹은 티타니움을 함유하여 용접 가능한 낮은 침입형의 29% 크롬-4% 몰리브덴 페라이트 스텐레스 강

본 발명은 개량된 인성(靭性)을 가진 낮은 친입형, 내부식성이며, 용접 가능한 페라이트(ferrite) 스텐레스강에 관한 것으로 특힌 소량의 콜롬비움이나 티타니움을 첨가하여 최대 성취 냉각이 제한 되었을 때도 인성이 개량되어, 낮은 친입형이고 내부식성이며 용접 가능하게되는 페라이트 스텐레스 강에 관한 것이다.

페라이트 스텐레스 강은 예컨대 해수에 노출된 발전소 및 펌프와 제지공장장치 같이 어떤 화학적 환경내에서 사용하기 위하여 우수한 내점식성 및 내틈부식성을 가져야 한다. 29% 크롬과 4% 몰리브덴을 포함한 스텐레스 강은 틈부식에 높은 저항성을 갖는데 이러한 강은 용접후 우수한 전성과 입자간 내부식성을 갖게하기 위하여 낮은 준위의 친입형 예컨대 중량으로 0.025% 이하의 탄소+질소 총함량을 요한다.

본 발명분야의 페라이트 스텐레스 강은 강판과 같은 두꺼운 지지제품 뿐만 아니라 응축관과 같은 얇은 용접된 관의 제작에 사용되는데 이러한 장치들은 용접을 통하여 조립된다. 조립된 장치의 형태와 크기는 최종열처리를 할 수 없는 것이 보통이고 최종 열처리를 할 수 있다 할지라도 열처리 온도로부터 신속하게 냉각되어야 하므로 조립된 장치의 크기의 형태에 심한 제한을 받게된다. 더우기 합금의 인성은 두께가 증가함에 따라 그리고 냉각속도가 감소함에 따라 감소한다. 이것은 ASTM STP 706에서 출판된 "진공 유도 용융된 고-크롬 페라이트 스텐레스 강의 인성"이란 제목으로 H.E. 데베렐이 발표한 논문내 제12도에 이미 설명되어 있다. 인성의 감소는 용접성을 감소시켜 어떤 경우 강판은 이것의 크기 때문에 용접중 균열을 나타내므로 물로 급냉시킬 수 없다. 제품을 물로 급냉시키면 제품의 두께 때문에 냉각속도는 적당한 인성을 얻을 수 있도록 빠를 수 없고, 또 제품은 용접중 균열을 나타내기도 한다. 그러므로 우수한 인성은 물로 급냉아닌 다른 방법으로 이루어져야 한다.

최종 제품이 얇은 두께의 것일지라도 종래의 제조방법은 공정중 보다 두꺼운 스라브와 밴드의 냉각이 필요하다. 이러한 두꺼운 부분의 냉각속도는 느리다. 그러므로 물로의 급냉은 냉각을 신속히 이룰 수있으나 형태의 크기 때문에 불가능하거나 비현실적이다.

제품의 두께가 증가함에 따라 차피(charpy) 충격 전이온도에 의하여 측정된 인성이 감소한다. 인성은 파열전 변형에 의한 에너지를 흡수하는 금속의 능력이고 전이온도는 충격으로부터 발생된 파열이 50% 전단이(전성)과 50% 균열(부서짐)인 온도이다.

본원 발명이 속한 29% 크롬-4% 몰리브덴 합금의 인성은 높은 합금 함량때문에 동일한 탄소와 질소함량의 낮은 크롬합금보다 낮다. 그러므로 29% 크롬-4% 몰리브덴 합금의 인성은 늦은 공기 냉각대신에 냉각을 신속하게 하는 물로의 급냉에 의하여 합금의 인성을 개량하여만 했다. 그러나 많은 경우 물로의 급냉방법은 불가능하거나 비실제적일 때가 많으므로 최대 냉각율(단위 시간당 최대 냉각온도의 비율)이 제한된 상태에서 새로운 방법이 현실적으로 요구되고있다. 0.25% 탄소 + 질소 최대 함량을 함유한 29% 크롬-4% 몰리브덴 페라이트 스텐레스 강은 미국특허 제 3,929,473호에 이미 기술되었다. 미국특허 제 3,932,174호는 소량의 다른 원소들을 첨가하여 제 3,929,473호의 같은 내부식성을 이루게한 것인데 이러한 특허들은 콜롬비움이나 티타니움의 사용을 지적하지 않았다.

미국특허 제 3,807,771호는 공냉 조건하에서 인성과 내부식성을 개량하기 위하여 1% 몰리브덴의 강철에 콜롬비움을 질소의 13-29배 첨가하거나 0.065-0.363% 콜롬비움을 첨가하는 것을 시사하고 있다. 특허 제 3,957,544호는 Ti %/6+Cb %/8=(C%+N%) 방정식에 따라 티타니움과 콜롬비움의 첨가를 거론하였다. 상기 특허들에서 강의 몰리브덴 함량은 본 발명의 함량에서 보다 낮게 함유하는 기술들로 본원 발명과는다르다.

강철에서 티타니움과 콜롬비움의 존재는 입자간 공격에 대한 강철의 감수성을 감소시키나 침입의 양이 낮아지지 않는다면 강의 용접성은 나쁘게된다. 몰리브덴은 내점식 밑 내틈부식성을 개량하나, 미국특허 제4,119,765호에 따르면 몰리브덴이 3.5% 이상 존재하고 크롬, 티타니움, 시라콘이나 콜롬비움과 결합된다면 용접된 고조건하에서 노취(NOTCH)인성은 감소된다. 미국특허 제 4,119,765호는 강철의 용접성을 개량하기 위하여 2%-4.75% 닉켈을 첨가한다. 그러나 닉켈의 양은 다른 성질에 관계없이 노취인성과 산 내부식성을 개량하기 위하여 조심스럽게 조절되어야 한다는 것은 잘알려진 사실이다.

다른 참조 문헌으로는 테무스 R. 루타가 "페리이트 스텐레스 강의 내부식성과 경제성"이란 제목으로 76년 7월의금속 진보지 24-29페이지에 수록된 논문을 들 수 있는데 이 논문에서도 페라이트 스텐레스 강을 기술하고 있으나 본 발명의 페라이트 스텐레스 강철과 같은 강철은 기술하지 않았다.

상술한 바와 같이 본 발명은 인용한 문헌들의 기술과는 다른 것이다.

본 발명의 목적은 최대성취 냉각율 이 제한된 상태에서, 보다 두꺼운 부위에서 개량된 인성을 나타내며 높은 몰리브덴 함량을 가진 낮은 친입형, 내부식성이고 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강철을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소량의 콜롬비움이나 티타니움을 첨가함에 의하여 개량된 인성을 나타내는 고 몰리브덴 함량의 낮은 친입형, 내부식성이며 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강을 제공하는데 있다.

특히 본 발명은 실온에서 내부성 및 용접성이 있는 낮은 친입형 페라이트 스텐레스 강을 제공한다. 본 발명의 개량은 물 담금질이 불가능하거나 비실제적인 상태에서의 페라이트 스텐레스 강의 인성을 개량하기 위하여 제한된 양의 콜롬비움이나 티타니움을 첨가하여 이루어진다.

본 발명의 페라이트 스텐레스 강은 중량으로 25.0-35.0%의 크롬, 3.6-5.6% 몰리브덴, 3.0% 이하의 니켈, 2.0% 이하의 망간, 2.0% 이하의 규소, 0.5% 이하의 알루미늄, 0.50% 이하의 구리, 0.050% 이하의 인, 0.05%이하의 황, 합이 0.025%보다 적은 0.01% 이하의 탄소와 0.025% 이하의 질소, 콜롬비움 혹은 티타니움 둘중 적어도 하나 이상이 0.05%-0.5%이고, 나머지가 불가피한 불순물과 철로 구성되었다. 콜롬비움과 티타니움중 적어도 한 원소는 0.05-0.20%의 양으로 존재하는 것이 적당하다. 상기 콜롬비움 혹은 티타니움의 함량이외의 구성 원소는 종래 페라이트 스텐레스 강에 대한 기술을 따르며 29% 크롬-4% 몰리브덴 페라이트 스텐레스 강의 기본 특성인 내틈부식성 혹은 입자간 부식에 대한 내식성등은 크롬 및 몰리브덴등과 탄소 및 질소의 친입형요소 함량들에 의해 얻어진다. 이를 위한 통상적으로 바람직한 함량을 기술하면, 크롬은 28.5-30.5% 그리고 몰리브덴은 3.75-4.75%의 양으로 존재하는 것이 바람직하며 망간과 시리콘은 1.0% 이하로 존재하는 것이 적당하고 알루미늄, 동, 인 및 유황은 0.1% 이하로 탄소와 질소는 각각 0.008%와 0.016%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.

본 발명 강철의 장점은 본 발명의 여러가지 형태를 설명한 다음 기술로부터 명백하게 될 것이다.

[실시예]

25.0-35.0%의 크롬과 3.6-5.6% 몰리브덴 함량을 가진 낮은 친입형의 페라이트 스텐레스 강철에 관한 것이며, 본원 발명의 효과를 보기 위해, 0.05-0.20%의 콜롬비움이나 티타니움에 강철 조성물에 첨가하여 최대 성취 냉각율이 제한 되는 상황하에서 인성이 개량되게 하였다.

4개의 시료로부터의 주괴를 표 1에 주어진 조성물에 진공용융시킨다.

[표 1]

화학적 조성(중량%)

주괴돌은 2050°F의 온도로 가열하여 0.140 인치 두께의 스트립으로 열간압연시킨다. 열간압연된 밴드를 1850°F의 온도롤 소둔하고 물로 급냉한 다음 0.062인치 두께로 냉간 압인시킨 스트립을 1850°F의 온도에서 소둔하고 물로 급냉후 TIG 용접한다.

열간압연 밴드로부터 2개 0.062인치의 두꺼운 스트립으로부터 2개 총 4개의 횡 차피 V-노취(charpy V-notch)충격시료를 취한다. 시료들을 1850°F의 온도에 소둔 후 물로 급냉시키거나 공냉시킨 다음 냉각된 시료들을 인성 특성에 대하여 시험하고 시험결과를 표 2에 수록하였다.

[표 2]

충격 전이 온도(°F)

전이 온도는 공냉조건하에서 콜롬비움의 함량을 증가시킴에 따라 감소하고 있으므로 콜롬비움은 본원 발명의 페라이트 스텐레스 강을 서서히 냉각시킬 때 인성을 개선하는 효과를 주는 것이 논증되고 있다. 공냉된 시료들의 충격전이 온도가 물로 급냉된 시료들의 것보다 조금 높을 지라도 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이 공냉 및 물로 급냉된 0.062 인치 두께의 본원 발명 페라이트 스텐레스 강철 스트립의 충격전이 온도차는 100°F이하인 반면에 종래 조성물 범위를 가진(콜롬비움의 함량이 낮은)페라이트 스텐레스 강철의 충격전이 온도차는 240°F이다.

이러한 현상은 물로 급냉의 실시가 불가능하거나 또는 얇은 부분의 공냉속도보다 두꺼운 물로 급냉함에 의하여 이륙할 수 있는 냉각속도가 낮은 경우 콜로비움을 첨가함으로써 인성을 개량할 수 있음을 보여준다. 본 발명에 따른 조성물로 된 0.062 인치의 강판 스트립의 충격전이 온도는 0°F 이하인 반면 종래의 조성물범위로 된 조성물 A의 충격전이 온도는 130°F 임을 볼수 있다. 용접 작업시에 강판 스트립의 충격전이 온도를 실온이하로 하여 용접시 균열이 일어나지 않도록 하는 것이 극히 중요한 일이고 종래 조성범위내에 있는 조성물의 페라이트 스텐레스 강철은 강판의 제조시 최종제품의 필요한 인성특성을 부여하기 위하여 냉간압연전에 물로 급냉시켜 강판의 충격전이 온도를 실온이하로 낮춘 후 냉간 압연전에 공냉에 의하여도 우수한 인성특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

또한 표 2에 나타난 본 발명 조성물의 페라이트 스텐레스 강의 충격전이 온도는 표 1의 조성물 중 본 발명의 콜롬비움함량에 거의 반비례하는 상관관계를 나타내고 있어 표 1의 콜로비움 조성범위가 상당히 확장될 수 있음이 이해될 수 있을 것이다.

부식시험은 0.062 인치 두께의 용접된 상태의 스트립에 두꺼운 두께를 용접함에 의해 열영향을 받은 영역을 모방하기 위하여 2250°F로 열처리하고 공냉시킨 기저금속 시료상에서 실시된다. 1인치×2인치의 시료들을 부식시럼에 대한 ASTM A 262 실시에 B에 따라 황산 제 2 철-50% 황산의 비등용액내에 120시간 침적시킨다음 부식율을 표 3에 수록하였다.

[표 3]

황산 제 2 철-50% 황산내에서의 부식율

입자간 부식(intergranular corrosion)

시험(ASTM A 262 실시 B)

용접된 조건하에서 기계적 성질의 부가적 시험결과가 표 4에 수록되었다.

[표 4]

0.062 인치 두께 스트립의 용접된 부위의 기계적 성질

상술한 바와 같이 특별한 실시예와 관련시켜 기술한 본 발명의 새로운 원리는 여러가지 다른 모방과 변형이 있을 수 있음은 당해분야의 기술자에게는 명백한 일이다. 따라서 청구범위에 속하는 한 본 발명은 기술한 특정 실시예에 의하여 제한될 수는 없다.

Claims (7)

1. 중량으로 25.0%-35.0%의 크롬, 3.6%-5.5%의 몰리브덴, 3.0% 이하의 니켈, 2.0% 이하의 망간, 2.0% 이하의 규소, 0.5% 이하의 알루미늄, 0.50% 이하의 구리, 0.050% 이하의 인, 0.05% 이하의 황, 합이 0.025% 보다 적은 0.01% 이항의 탄소와 0.025% 이하의 질소, 콜롬비움 혹은 티타니움들 중 적어도 하나 이상이 0.05%-0.50%이고, 나머지가 불가피한 불순물과 철로 구성되어 인성이 개량되고 용접가능하게 된 낮은 친입형의 내부식성 페라이트 스텐레스 강철.
2. 청구범위 제 1항에 있어서, 크롬의 함량이 28.5-30.5%임을 특징으로 하는 개량된 인성을 가진 낮은 격자성 내부식성 및 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강철.
3. 청구범위 제 1항에 있어서, 몰리브덴 함량이 3.75-4.75%임을 특징으로 하는 개량된 인성을 가진 낮은 격자성 내부식성 및 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강철.
4. 청구범위 제 1항에 있어서, 콜롬비움과 티타니움 중에서 적어도 한 원소의 함량이 0.05-0.20% 임을 특징으로 하는 개량된 인성을 가진 낮은 격자성 내부식성 및 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강철.
5. 청구범위 제 1항에 있어서, 0.05-0.20%의 콜롬비움을 함유함을 특징으로 하는 개량된 인성을 가진 낮은 격자성 내부식성 및 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강철.
6. 청구범위 제 1항에 있어서, 28.5-30.5%의 크롬, 3.75-4.75%의 몰리브덴 및 0.05-0.20%의 콜로비움과 티타니움으로부터의 적어도 한 원소를 함유함을 특징으로 하는 개량된 인성을 가진 낮은 격자성 내부식성 및 용접성이 있는 페라이트 스텐레스 강철.
7. 열간압연되고, 소둔된 후 스트립 두께로 냉간압연되는 개량된 인성의 페라이트 스텐레스 강제품 제조방법에 있어서, 중량으로 25.0%-35.0% 의 크롬, 3.6%-5.5%의 몰리브덴, 3.0% 이항의 니켈, 2.0% 이하의 망간, 2.0% 이하의 규소, 0.5% 이하의 알루미늄, 0.50% 이하의 구리, 0.050% 이하의 인, 0.05% 이하의 황, 합이 0.025% 보다 적은 0.01% 이하의 탄소와 0.025% 이하의 질소, 콜롬비움 혹은 티타니움 둘중 적어도 하나 이상이 0.05%-0.50% 이고, 나머지가 불가피한 불순물과 철로 구성되어 인성이 개량되고 용접 가능하게 된 낮은 친입형의 내부식성 페라이트 스텐레스 강철을 냉간가공전에 소둔온도로부터 공냉하여, 차프피(charpy) 충격전이 온도를 0°F 이하로 낮춘 후 0.062인치 두께로 냉간가공함에 의하여 개량된 인성의 페라이트 스텐레스 강제품을 제조하는 방법.