KR20130123434A - 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강 - Google Patents

Abstract

범용의 2상 스테인리스강과 동등한 내식성을 가지고, 용접 열영향부의 내식성 저하를 억제한 고N 2상 스테인리스강으로서, 오스테나이트상 면적율이 40 내지 70%이고, 아래 (1 식)에 의한 PI 값이 30 내지 38이며, 아래 (2 식)에 의한 NI 값이 100 내지 140이고, 아래 (3 식)에 의한 γpre가 1350 내지 1450인 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강을 제공한다.
PI=Cr＋3.3Mo＋16N...(1 식)
NI= (Cr＋Mo)/N...(2 식)
γpre=15 Cr28Si12Mo＋19Ni＋4Mn＋19Cu＋770N＋1160C＋1475...(3 식)

Description

용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강{TWO-PHASE STAINLESS STEEL EXHIBITING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE IN WELD}

본 발명은 오스테나이트상과 페라이트상의 2상을 가진 2상 스테인리스강 중에서, Ni, Mo 등의 고가의 합금의 함유량을 억제한 저합금 2상 스테인리스강에 있어서, 사용시의 큰 과제의 하나인 용접 열영향부의 내식성 저하를 억제하고, 그것에 의하여 용접 구조물에 대한 상기 강의 적용시에 문제가 될 수 있는 용접 작업성의 향상을 도모할 수 있는 저합금 2상 스테인리스강에 관한 것이다.

2상 스테인리스강은 강의 조직에 오스테나이트상과 페라이트상의 두 가지 상을 가지고, 고강도 고내식성의 재료로서 이전부터 석유화학 장치 재료, 펌프 재료, 케미컬 탱크용 재료 등에 사용되고 있다. 또한, 2상 스테인리스강은 일반적으로 저Ni의 성분계이기 때문에, 최근의 금속 원료의 가격 앙등 상황에 따라, 스테인리스강의 주류인 오스테나이트계 스테인리스강보다 합금 비용이 낮고, 또한, 그 변동이 적은 재료로서 주목을 받고 있다.

그런데, 2상 스테인리스강에 관한 최근의 화제로서 저합금 타입의 개발과 그 사용량 증가가 있다.

저합금 타입이란, 종래의 2상 스테인리스강보다 고가의 합금의 함유량을 억제하여 낮은 합금 비용의 이점을 더욱 증대시킨 강종으로, 그 중에서 특허 문헌 1과 2는 ASTM-A240로 규격화되어 있는데, 전자는 S32304(대표 성분 23 Cr-4 Ni-0.17 N), 후자는 S32101(대표 성분 22 Cr-1.5 Ni-5 Mn-0.22 N)에 대응한다.

종래 강의 주 강종은 JIS　SUS329J3L이나 SUS329J4L이지만, 이들은 오스테나이트계의 고내식강 SUS316L보다 더 고내식이고, 고가의 Ni나 Mo를 각각 약 6 내지 7% (이하, 성분에 대한 %는 질량%를 의미한다), 약 3 내지 4% 첨가하고 있다.

이에 대하여 저합금 2상 스테인리스강은 내식성을 SUS316L 또는 범용 강인 SUS304에 가까운 레벨로 한 대신에, Mo를 거의 0으로 하고, Ni를 S32304에서는 약 4%, S32101에서는 약 1%로 큰 폭으로 저감하고 있다.

또한, 최근에는 JIS　SUS329J3L에 가까운 내식성을 가지면서, Ni나 Mo를 낮춘 강종이 개발되어, 특허 문헌 3에 기재되어 있는데, ASTM-A240에서는 S82441로서 규격화되어 있다. 구체적으로는, SUS329J3L에 비하여 Mo를 약 3에서 약 1.6으로 낮추고, Ni를 약 6에서 약 3.6으로 낮춘 대신에, Cr를 약 23에서 약 24으로 높이고, MN을 약 1.5에서 약 3으로 높이며, N을 약 0.15에서 약 0.27로 높임으로써 내식성을 확보하면서 저렴화를 도모하고 있다.

특허 문헌 4는 특허 문헌 1의 S32304의 개량형으로서, 산성 환경에 있어서의 내식성을 높이기 위하여 Cu를 첨가하고, 강도를 높이기 위하여 Nb, V, Ti 중 어느 하나를 첨가한 것이다. 또한, 특허 문헌 5는 연성 및 딥 드로잉성이 우수한 오스테나이트·페라이트계 스테인리스강으로서 저합금 2상 강의 성분계를 규정하고 있고, 그 중에 선택 원소로서 0.5% 이하의 V를 첨가하고 있는데, 이 원소는 그 효과로서 강의 조직을 미세화하여 강도를 높이는 것이다.

이 저합금 2상 강들에 있어서 과제가 되는 것은 용접 열영향부의 내식성 저하이다. 저합금 타입의 2상 스테인리스강은 Ni, Mo 대신에 N을 많이 첨가하는 것이 통례이다. 이와 같은 고N 2상 강의 경우, 용접을 실시하였을 때, 용접부 근방의 열영향부(이른바 HAZ부)에 있어서, 어떤 한계 이상의 입열량을 받았을 경우에, 극단적인 내식성 저하를 일으키는 경우가 있다.

그 때문에 고N 2상 강은 합금 비용이 염가임에도 불구하고, 내식성과 인성이 그다지 문제가 되지 않는 용도에 있어서 한정적으로 사용되거나, 또는 저입열, 즉, 용접 속도를 낮춘 용접용 구조재로서 한정적으로 사용되고 있다.

이 과제를 극복하기 위하여, 발명자들은 특허 문헌 6에서, C: 0.06% 이하, Si: 0.1 내지 1.5%, Mn: 2.0 내지 4.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 19.0 내지 23.0%, Ni: 1.00 내지 4.0%, Mo: 1.0% 이하, Cu: 0.1 내지 3.0%, V: 0.05 내지 0.5%, Al: 0.003 내지 0.050%, O: 0.007% 이하, N: 0.10 내지 0.25%, Ti: 0.05% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, Md 30값이 80 이하, Ni-bal.이 -8 이상 -4 이하이며, 또한, N 함유량의 상한이 Ni-bal.과의 관계식으로 표현되고, 오스테나이트상 면적율이 40 내지 70%이며, 2×Ni＋Cu가 3.5 이상인 것을 특징으로 하는 용접 열영향부의 내식성과 인성이 양호한 저합금 2상 스테인리스강을 개시하였다. 이 발명의 요점은 고용 레벨의 미량의 V의 첨가에 추가하여, 오스테나이트 양의 추정식인 Ni-bal.에 따른 N의 상한을 규정함으로써, HAZ부의 질화물 석출을 억제하는 것이다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 소 61-56267호 특허 문헌 2: WO2002/27056호 공보 특허 문헌 3: WO2010/70202호 공보 특허 문헌 4: WO96/18751호 공보 특허 문헌 5: 일본 공개 특허 공보 2006-183129호 특허 문헌 6: WO2009/119895호 공보 특허 문헌 7: 일본 공개 특허 공보 2006-241590호

본 발명은 특허 문헌 6에 나타낸 저합금 타입의 2상 스테인리스강에 대하여 얻은 기술적 지견을 기초로 하여 특허 문헌 3과 같이 SUS329J3L 레벨의 것보다 고내식인 2상 스테인리스강에 있어서 상기 기술적 지견을 적용할 수 있도록 조정을 하고, 그 결과, 합금 비용을 극도로 억제한 다음, 전술한 바와 같은 HAZ부의 내식성 저하를 억제하여, 구조재 등에 사용할 때의 과제를 줄인 저합금 2상 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 HAZ부의 내식성 저하를 가능한 한 억제하는 방법에 대하여 상세하게 검토한 결과, 상기 현상의 발생 기구 및 억제책에 대하여 지견을 얻게 되어, 본 발명에 도달하였다. 그 발생 기구는 특허 문헌 6과 동일하지만, 억제책은 Cr, Mo를 더 높임으로써 다른 것이 되었다. 용접 HAZ부에 있어서 내식성이 저하하는 이유는 아래와 같다.

2상 스테인리스강에 첨가된 N은 그 대부분이 오스테나이트상 중에 고용되고, 페라이트상 중에 고용되는 것은 극히 소량이다. 용접시의 가열에 의하여 페라이트상의 비율은 증가하고, 오스테나이트상은 감소하며, 페라이트 중의 고용 N량이 증가하지만, 용접 후의 냉각시에는 냉각 속도가 빠르기 때문에 오스테나이트상은 용접 전의 양까지 회복되지 않고, 페라이트 중의 고용 N량이 용접 전과 비교하여 높은 레벨에 머문다. 그런데, 페라이트상의 N 고용한계는 비교적 작기 때문에, 냉각시에 고용한계를 초과한 만큼은 Cr 질화물이 되어 석출된다. 이 질화물이 석출함으로써 Cr이 소비되어, 이른바 Cr 결핍층이 생기게 됨으로써 내식성을 저하시킨다. 이것이, 용접 HAZ부에 있어서 내식성이 저하하는 이유이다.

다음으로 내식성 저하의 억제책에 대하여 설명하면, 통상, 페라이트 내의 고용 C, N량을 저감하는 수법으로서는, Ti, Nb와 같은 탄질화물 안정화 원소를 합금화하는 것이 널리 알려져 있고, 페라이트 스테인리스강에서는 C, N 함유량을 극히 낮은 레벨로 저감하고, 0.1 내지 0.6% 정도의 Ti, Nb를 첨가한 고순도 페라이트 스테인리스강이 실용화되어 있다.

그런데, N을 다량으로 함유하는 저합금 2상 스테인리스강에 이와 같은 양의 Ti, Nb를 합금화하면, 상기 N이 질화물로서 다량으로 석출하여, 인성을 저해하게 된다.

이에 본 발명자들은 N과의 친화력이 있는 V, Nb, B 등의 원소에 대한 작용을 고려하여, 그 함유량과 저합금 2상 스테인리스강 용접 HAZ부의 내식성과 인성과의 관련성을 조사·연구함으로써, 새롭게 이하의 지견을 얻었다.

저합금 2상 스테인리스강에 있어서, V, Nb, B 등의 원소는 각각 N과의 친화력의 크기가 다르고, 원소의 종류와 양에 따라 각각의 질화물이 생성되는 온도역이 다르다. Ti, Zr과 같이 친화력이 매우 강한 원소는 응고점 전후의 상당히 고온에서 질화물 석출을 일으키고, 또한, 친화력이 비교적 강한 B는 열간 압연이나 용체화 열처리의 온도 부근에서 질화물 석출을 일으키게 되어, 인성 저하를 초래한다. 그런데, V나 Nb에 대하여는 그 함유량을 조정함으로써, Cr의 질화물이 생성되는 900 내지 600℃의 온도역에서 고용/석출을 조정할 수 있다.

이에, 본 발명자들은 V의 첨가에 의한 개선책에 대하여 더욱 검토를 하였다. 종래 문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 2상 스테인리스강에의 V의 첨가의 선례는 있지만, 통상 행하여지는 V의 첨가는 강도를 향상시키거나, 또는 전술한 Ti, Nb와 같이, 고용 N을 가능한 한 V 질화물로서 석출시켜, Cr의 질화물로서의 석출을 억제하여, Cr 결핍층을 억제하는 이른바 안정화를 위하여 실시하는 것으로, V는 V 질화물을 석출시키는 레벨의 첨가를 실시하는 것이 통례이다. 이에 대하여 본원 발명에서는 이하의 생각에 기초하여 고용 레벨의 V의 첨가에 그침으로써, HAZ부의 질화물 석출을 억제할 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 그 기구는 다음과 같다.

Cr 질화물은 용접에 의한 가열 후 냉각시에 HAZ부가 500 내지 900℃ 정도의 질화물 석출 온도역에 수초 내지 수십초간의 단시간 동안 노출됨으로써 석출한다. 또한, V의 N과의 친화성은 Ti, Nb 등보다는 낮지만, Cr보다는 높아서, N의 활량을 낮춘다. 이 때문에 V의 미량 첨가는 Cr 질화물의 석출을 지연시켜, 수십초간이라는 단시간에 있어서는 Cr 질화물의 석출량을 억제할 수 있다.

다만, 종래법과 같이 V를 다량 첨가하면, 내식성은 향상되지만 인성과 관련해서는 다량의 V 질화물이 석출하게 되어, 종래 강과 마찬가지로 인성이 저하한다.

이에 대하여, 본 발명자들은 V를 고용 레벨의 첨가에 그치게 함으로써, 상호 작용에 의하여 Cr 질화물의 석출을 지연시키는 방법을 찾아내었다. 그 기구는 다음과 같이 생각된다.

상기한 바와 같이, Cr 질화물은 용접에 의한 가열 후 냉각시에 HAZ부가 500 내지 900℃ 정도의 질화물 석출 온도역에 수초 내지 수십초라는 단시간 동안 노출됨으로써 석출한다. 또한, V와 N의 친화성은 높고, N의 활량을 낮추기 때문에, V의 미량 첨가는 Cr 질화물의 석출을 지연시켜, 수십초라는 단시간에서는 Cr 질화물 석출을 억제하는 것이 가능해진다.

그러나, 상기와 같은 V 첨가의 효과를 발휘하려면, V가 고용 상태에 있도록 하여야 한다. 이를 위하여, V의 과잉 첨가를 억제하는 것에 추가하여, 용접 후의 냉각시에 있어서의 페라이트 내의 N량을 가능한 한 저감한다. 용접 후 냉각시의 페라이트 내의 N량을 가능한 한 저감하기 위하여, 단지 N 첨가량을 억제하는 것은 의미가 없고, N을 더 많이 고용하는 오스테나이트상을 충분히 확보하는 것이 필요하다.

이 오스테나이트상 확보 조건을 명확하게 하기 위하여, 본 발명자들은 평형 석출 온도를 시뮬레이션 계산에 의하여 구하고, 각 성분의 기여의 정도를 정식화(定式化)하는 것을 시도하였다. 구체적으로는, 오스테나이트상의 평형 석출 온도 추정 값 γpre에 대하여, 열역학 데이터를 사용한 평형 계산에 의하여 첨가 원소의 영향을 산출하고, 추가로 실험으로 확인하여, 아래와 같은 (식 3)을 도출하였다. 또한, (식 3)에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

　γpre=-15Cr-28Si-12Mo＋19Ni＋4Mn＋19Cu＋770N＋1160C＋1475　　　　...(식 3)

N량에 대하여는, 본 발명자들은 특허 문헌 6에 있어서는 모재 오스테나이트 양의 추정식과 N의 관계식으로 직접 상한을 규정하였다.

이것에 대하여, 본 발명과 같은 고Cr, Mo 강의 경우는 양상이 다르다. 상기 강의 경우, Cr이나 Mo와 N의 상호 작용에 의하여 석출이 지연되기 때문에, 질화물이 최종적으로는 상당량 석출되는 N량에서도 단시간에서는 석출하지 않고, 그 결과, Cr, Mo와 N의 관계식으로부터 얻을 수 있는 NI 값, 즉, (Cr＋Mo)/N을 적정 범위로 하면, 용접 입열에 의한 단시간의 가열에서는 실질상 문제가 없는 정도의 석출 양에 머무는 것이 판명되었다.

이상에서 설명한 V, γpre, NI 값의 적정 범위를 명확하게 하기 위하여, 본 발명자들은 용접 HAZ부의 열 사이클을 모의한 아래와 같은 실험을 실시하였다. 즉, 다양한 성분의 강재에, 차례로 1) 실온으로부터 1250℃까지 15초만에 승온, 2) 1250℃에 5초간 보정, 3) 1250℃에서 900℃까지 15초만에 등온 냉각, 4) 900℃에서 400℃까지 135초만에 등온 냉각, 5) 400℃로부터 질소 취부 등에 의하여 실온까지 급냉, 즉, 도 1과 같은 열 이력을 시료에게 가하여 그 시료의 특성을 평가하였다.

상기 히트 패턴은 스테인리스에서 일반적으로 사용되고 있는 용접의 열 사이클을 모의하여 간략화한 것으로 되어 있다. 2)의 최고 온도 영역은 질소 고용한계가 작은 페라이트상의 증가역, 3)의 중간 정도의 온도 영역은 페라이트상의 일부의 오스테나이트상으로의 변태역, 4)의 저온역은 질화물의 석출역에 각각 대략적으로 대응하고 있다. 각각의 통과 시간은 실제의 온도 측정 데이터를 바탕으로 하여 작성하였다. 즉, 이 히트 패턴에 의하여, 실제의 용접시의 질화물의 석출 조건을 모의할 수 있다.

이 평가법에 의하여, HAZ부에서의 질화물 석출에 의한 내식성 저하를 억제할 수 있는 성분의 적정 범위를 명확하게 하였다.

먼저, HAZ부의 오스테나이트 양은 상기 (식 3)의 γpre와 함수 관계에 있는 것을 밝혀내었다. HAZ부의 오스테나이트 양은 내식성, 내응력 부식 균열성, 인성 등의 관점에서 40 내지 70%의 면적율이 적정한데, 그것으로부터 역산하여 γpre의 적정 범위를 규정하였다.

다음으로, V의 첨가량을 0.05% 이상 0.25% 이하로 함으로써, Cr 질화물의 석출 억제에 큰 효과를 얻는 2상 스테인리스강을 얻을 수 있었다.

또한, Cr 질화물 석출을 억제하고, 내식성을 유지할 수 있는 범위로서, 도 2에 나타내는 오스테나이트상 석출 온도 및 NI 값의 관계로 규정되는 적정 범위를 밝혀내었다.

이상의 결과로부터, 제어 인자의 적정화를 도모하고, 상기 과제를 해결할 수 있는 성분계의 저합금 2상 스테인리스강을 발명하기에 이르렀다.

이상의 지견으로부터, 본 발명이 요지로 하는 것은 이하와 같다.

(1) 질량%로,

C: 0.06% 이하,

Si: 0.1 내지 1.5%,

Mn: 2.0 내지 4.0%,

P: 0.05% 이하,

S: 0.005% 이하,

Cr: 23.0 내지 27.0%,

Ni: 2.0 내지 6.0%,

Mo: 0.5 내지 2.5%,

Cu: 0.5 내지 3.0%,

V: 0.05 내지 0.25%,

Al: 0.003 내지 0.045%,

O: 0.007% 이하,

N: 0.20 내지 0.28%

를 함유하고, 또한,

Ca: 0.0005 내지 0.0050%,

Mg: 0.0005 내지 0.0050%,

REM: 0.005 내지 0.050%

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며,

오스테나이트상 면적율이 40 내지 70%이고,

아래 (1 식)에 의한 PI 값이 30 내지 38이며,

아래 (2 식)에 의한 NI 값이 100 내지 140이고,

아래 (3 식)에 의한 오스테나이트상의 평형 석출 온도 추정값(γpre)이 1350 내지 1450인 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

　PI=Cr＋3.3Mo＋16N　　...(1 식)

　NI= (Cr＋Mo)/N　　　　　...(2 식)

　γpre=-15Cr-28Si-12Mo＋19Ni＋4Mn＋19Cu＋770N＋1160C＋1475　　　　...(3 식)

상기 식에서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

(2) 또한, 질량%로, Nb: 0.02 내지 0.08%를 함유하고, 아래 (4 식)에 의한 값이 0.003 내지 0.015인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

　Nb×N　　...(4 식)

상기 식에서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

(3) 또한, 질량%로, Co: 0.02 내지 1.00%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

(4) 또한, 질량%로, B: 0.0040% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나의 항에 기재된 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

(5) 또한, 질량%로,

Ti: 0.05% 이하,

Zr: 0.02% 이하,

Ta: 0.07% 이하,

W: 1.0% 이하,

Sn: 0.1% 이하

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나의 항에 기재된 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

(6) 평형적으로 질화물이 석출을 개시하는 상한 온도인 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 1000℃ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나의 항에 기재된 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

본 발명의 상기 (1)의 실시 형태에 의하여, SUS329J3L와 같은 범용 레벨의 2상 스테인리스강과 동일한 레벨의 내식성을 가지고, 또한 Ni나 Mo와 같은 고비용의 합금의 사용을 극도로 억제하기 위하여 N을 많이 첨가한 2상 스테인리스강에 있어서 큰 과제의 하나인 용접 열영향부의 내식성 저하를 억제하고, 구조재 등에 사용할 때의 과제를 줄인 2상 스테인리스강을 제공할 수 있다. 그 결과, 저비용으로 오스테나이트계 스테인리스강을 대체하는 용도로 확대를 할 수 있어서, 산업상 기여하는 바가 매우 크다.

본 발명의 상기 (2)의 실시 형태에 있어서는, Nb의 미량 첨가에 의하여 질화물 석출에 의한 용접 열영향부의 내식성 저하를 더욱 억제하는 것이 가능하다.

본 발명의 상기 (3)의 실시 형태에 있어서는, 상기 강의 용접 열영향부의 내식성 저하를 억제하면서, 모재의 내식성, 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 (4)의 실시 형태에 있어서는, 상기 강의 용접 열영향부의 내식성 저하를 억제하면서, 열 가공성을 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 상기 (5)의 실시 형태에 있어서는, 상기 강의 용접 열영향부의 내식성과 인성 저하를 억제하면서, 더욱 내식성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 (6)의 실시 형태에 의하여, 내식성 저하를 더욱 억제할 수 있다

도 1은 용접 열 사이클을 모의한 열처리의 열 이력을 나타낸 도면이다.
도 2는 HAZ부의 내식성이 양호한 조건 범위를 나타낸 도면이다.

이하에, 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 상기 (1)의 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 성분에 대한 %는 질량%를 의미한다.

C는 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위하여 0.06% 이하의 함유량으로 제한한다. 0.06%를 초과하여 함유시키면 Cr 탄화물이 생성되어, 내식성이 열화된다. 좋기로는 0.04% 이하이다. 한편, 함유량을 극단적으로 저감하는 것은 대폭적인 비용 상승으로 이어지기 때문에, 좋기로는 하한을 0.001%로 한다.

Si는 탈산을 위하여 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 1.5%를 초과하여 첨가하면 인성이 열화된다. 그 때문에, 상한을 1.5%로 한정한다. 바람직한 범위는 0.2 내지 1.0%이다.

Mn는 2상 스테인리스강 중의 오스테나이트상을 증가시키고, 또한 가공 유기 마르텐사이트의 생성을 억제하여 인성을 향상시키며, 또한 질소의 고용도를 높여 용접부에 있어서의 질화물의 석출을 억제하기 때문에 2.0% 이상 첨가한다. 그러나, 4.0%를 초과하여 첨가하면 내식성이 열화된다. 그 때문에, 상한을 4.0%로 한정한다. 바람직한 범위는 2.0초과 내지 3.0% 미만이다.

P는 강 중에 불가피하게 함유되는 원소이며, 열간가공성을 열화시키기 때문에 0.05% 이하로 한정한다. 좋기로는 0.03% 이하이다. 또한, 함유량을 극단적으로 감소시키는 것은 대폭적인 비용 상승으로 이어지기 때문에, 좋기로는 하한을 0.005%로 한다.

S는 P와 마찬가지로 강 중에 불가피하게 함유되는 원소이며, 열간가공성, 인성 및 내식성도 열화시키기 때문에 0.005% 이하로 한정한다. 좋기로는 0.002% 이하이다. 한편, 함유량을 극단적으로 줄이는 것은 대폭적인 비용 상승으로 이어지기 때문에, 좋기로는 하한을 0.0001%로 한다.

Cr은 내식성을 확보하기 위하여 기본적으로 필요한 원소이며, 아래 (1 식)에 의한 PI 값을 높이는 3종 중 하나의 원소이다. 비교적 염가의 합금이기도 하여, 본 발명에서는 23.0% 이상 함유시킨다. 한편, 페라이트상을 증가시키는 원소이어서, 27.0%를 초과하여 함유시키면, 본 발명의 성분계에서는 페라이트 양이 과다가 되어 내식성과 인성을 해친다. 이 때문에 Cr의 함유량을 23.0% 이상 27.0% 이하로 하였다. 바람직한 범위는 24.0% 초과 26.0% 미만이다. 또한, (1 식)에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

　PI=Cr＋3.3Mo＋16N　　...(1 식)

Ni는 2상 스테인리스강 중의 오스테나이트상을 증가시키는 원소이며, 본 발명의 성분계에 있어서 오스테나이트상을 확보하기 위하여, 또한 가공 유기 마르텐사이트의 생성을 억제하여 인성을 향상시키기 위하여, 그리고 각종 산에 대한 내식성을 확보하기 위하여 2.0% 이상 첨가시킨다. 한편, 고가의 합금이기 때문에 본 발명에서는 가능한 한 억제하여 6.0% 이하로 한다. 바람직한 범위는 3.0% 초과 5.5% 미만이다.

Mo는 상기 PI 값을 높이는 3종 중 하나의 원소이며, 스테인리스강의 내식성을 크게 높이는 매우 유효한 원소이다. 본 발명에서는 PI 값을 확보하기 위하여 0.5% 이상 함유시킨다. 한편, 매우 고가의 원소이기 때문에, 본 발명에서는 가능한 한 억제하여, 그 상한을 2.5% 이하로 규정하였다. 바람직한 범위는 1.0% 초과 내지 2.0% 미만이다.

Cu는 Ni와 같이 2상 스테인리스강 중의 오스테나이트상을 증가시키는 것, 및 가공 유기 마르텐사이트의 생성을 억제하여 인성을 향상시키는 것, 그리고 각종 산에 대한 내식성을 개선하는데 유효한 원소이며, 또한 Ni에 비하여 염가의 합금이기 때문에, 본 발명에서는 0.5% 이상 첨가한다. 한편, 3.0%를 초과하여 함유시키면 열간가공성을 저해하므로 상한을 3.0%로 하였다. 바람직한 범위는 0.6% 초과 내지 2.0%이며, 더욱 바람직한 범위는 0.8% 초과 내지 1.5%, 특히 바람직한 범위는 1.0% 초과 내지 1.5%이다.

V는 본 발명에 있어서 중요한 첨가 원소이다. 전술한 바와 같이 N의 활량을 내려 질화물의 석출을 지연시키려면 0.05% 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 0.25%를 초과하여 첨가시키면 V질화물의 석출에 의하여 HAZ부 인성을 저하시키기 때문에, 상한은 0.25%로 하였다. 바람직한 범위는 0.06% 내지 0.20%이다.

Al은 강의 탈산을 위한 중요한 원소이며, 강 중의 산소를 저감하기 위하여 0.003% 이상의 함유가 필요하다. 한편으로 Al는 N과의 친화력이 비교적 큰 원소이어서, 과잉으로 첨가하면 AlN을 생성하여 모재의 인성을 저해한다. 그 정도는 N 함유량에도 의존하지만, Al가 0.045%를 넘으면 인성 저하가 현저해지기 때문에, 그 함유량의 상한을 0.045%로 정하였다. 좋기로는 0.030% 이하이다.

O는 비금속 개재물의 대표인 산화물을 구성하는 유해한 원소이며, 과잉으로 함유하면 인성을 저해한다. 또한 조대한 클러스터상 산화물이 생성되면 표면 흠결의 원인이 된다. 이 때문에 그 함유량의 상한을 0.007%로 정하였다. 좋기로는 0.005% 이하이다. 한편, 함유량을 극단적으로 줄이는 것은 대폭적인 비용 상승으로 이어지기 때문에, 하한을 0.0005%로 하는 것이 좋다.

N은 오스테나이트상에 고용하여 강도, 내식성을 높이는 동시에, 2상 스테인리스강 중의 오스테나이트상을 증가시키는 유효한 원소이며, 특히 오스테나이트상의 PI 값을 높이기 위하여 중요하다. 이 때문에 0.20% 이상 함유시킨다. 한편, 0.28%를 넘어 함유시키면 NI 값을 100 이상으로 하는 것이 실질적으로 불가능하게 되기 때문에 함유량의 상한을 0.28%로 하였다. 바람직한 함유량은 0.22 내지 0.26%이다.

본 발명의 2상 강은 고N 그리고 고오스테나이트의 성분계가 되기 때문에, 열간가공성이 통상의 2상 스테인리스강과 비교하면 떨어지고, 그대로는 열간 압연시에 에지 크랙 등을 일으킬 우려가 있다. 이것과 관련하여 Ca, Mg, REM는 모두 강의 열간가공성을 개선하는 원소이어서, 그러한 목적으로 1종 또는 2종 이상 첨가된다. 한편, 이중 어느 것이든 과잉으로 첨가하면 반대로 열간가공성을 저하시키기 때문에, 그 함유량의 상한을 다음과 같이 정하였다. Ca와 Mg는 각각 0.0050%, REM은 0.050%이다. 여기서 REM는 La나 Ce 등의 란타노이드계 희토류 원소의 함유량의 총합으로 한다. 또한, Ca와 Mg에 대하여는 0.0005%로부터 안정적인 효과를 얻을 수 있으므로, 바람직한 범위는 0.0005 내지 0.0050%이며, REM에 대하여는 0.005%로부터 안정적인 효과를 얻을 수 있으므로, 바람직한 범위는 0.005 내지 0.050%이다.

본 발명의 2상 강에 있어서 양호한 특성을 얻으려면 오스테나이트상 면적율을 40 내지 70%의 범위로 하는 것이 필요하다. 40% 미만에서는 인성 불량이 발생하고, 70% 초과에서는 열간가공성, 응력 부식 균열의 문제가 발생한다. 또한, 어느 경우에도 내식성이 불량이 된다.

특히, 본 발명강에서는 질화물 석출에 의한 내식성과 인성 저하를 극도로 억제할 수 있도록, 질소의 고용한계가 큰 오스테나이트상을 가능한 한 많게 하는 것이 좋다. 용체화 열처리 온도 조건을 2상 강에 있어서의 통상의 조건인 1050℃ 부근에서 실시하는 경우, 상기 오스테나이트 양을 확보하려면, 본 발명의 규정 범위 내에서 오스테나이트상 증가 원소와 페라이트상 증가 원소의 함유 비율을 조정하는 것에 의하여 실시할 수 있다.

다음으로, 아래 (1 식)으로 나타내는 PI 값은 30 이상 38 이하로 한다. PI 값은 특허 문헌 7 등에도 기재되어 있는 스테인리스강의 내공식성을 나타내는 일반적인 지표이다. 본 발명은 가장 범용적으로 사용되고 있는 2상 스테인리스강인 SUS329J3L 수준 정도의 내식성을 가진 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 이 강과 같은 수준의 PI 값을 확보할 수 있도록 하한을 30으로 한다. 한편, 본 발명의 성분계에서는 (Cr＋Mo)/N을 확보한 후에 달성할 수 있는 것은 겨우 38이기 때문에, 상한을 38으로 한다. 또한, (1 식)에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

　PI=Cr＋3.3Mo＋16N　...(1 식)

다음으로, 아래 (2 식)로 나타내는 NI 값은 100 이상 140 이하로 한다. 이 NI 값은 Cr, Mo와 N의 관계에 있어서 크롬 질화물 석출이 지연되는 레벨의 지표이다. 이 값이 100 이상에서, 서브 머지 아크 용접 가능한 용접 입열 3.5kJ/mm의 용접 열영향부에 상당하는 도 1의 히트 패턴에 있어서도 문제 없는 레벨의 석출에 그친다. 한편, 이 값이 140을 넘으면, N이 상대적으로 너무 적어서, γ양(오스테나이트 양)의 저하, 오스테나이트상에 있어서의 내식성의 저하 등의 문제를 일으키기 때문에, 상한을 140으로 하였다. 좋기로는 100 이상 125 이하이다. 또한, (2 식)에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

　NI= (Cr＋Mo)/N　...(2 식)

다음으로, 아래 (3 식)에 나타내는 용접 냉각시의 오스테나이트상 석출 구동력을 평가하기 위한 지표가 되는 오스테나이트상의 평형 석출 온도의 추정값(γpre)을 1350 이상 1450 이하로 한다. γpre가 클수록 오스테나이트상이 생성되기 쉽다.

이 식은 서모칼크사의 열역학 계산 소프트웨어 Thermo-Calc(등록상표)를 사용한 평형 계산에 의하여 구하고, 실험에 의하여 수정하였다.

또한, γpre의 고온측은 융점(성분에 따라서 다르지만 1400℃대)을 초과하고 있으나, 본 발명에 있어서는 이 수치를 오스테나이트상의 구동력을 평가하기 위한 지표로서 사용하고 있기 때문에, 가상적으로 연장하고 있다.

전술한 바와 같이 용접 열영향부에 있어서의 내식성 저하는 용접 가열에 의한 오스테나이트 양의 감소가 계기가 되어, 냉각 중에 Cr2N이 석출하여 α립계에 Cr결핍층이 형성되는 것에 의한다. 따라서, γpre를 일정 이상 확보함으로써, 전술한 (Cr＋Mo)/N 제어와의 조합에 의하여 Cr2N의 석출을 억제하면, 내식성 저하는 회피할 수 있다.

본 발명자들은 도 1의 용접 시뮬레이션에 의하여 실험을 실시하여 용접부 오스테나이트 양은 (3 식)의 γpre에 대응하고, 1350 이상이면 충분한 내식성을 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 반대로 1450을 넘으면 오스테나이트상이 과잉이 되어 응력 부식 균열이나 열간가공성의 문제가 발생한다. 좋기로는 1370 내지 1430이다. 또한, (3 식)에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

　γpre=-15Cr-28Si-12Mo＋19Ni＋4Mn＋19Cu＋770N＋1160C＋1475...(3 식)

다음으로, 본 발명의 상기 (2)의 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다.

Nb는 전술한 바와 같이, N의 활량을 낮추어 질화물 석출을 억제하는 데 유효한 원소이며, 선택적으로 첨가된다. 다만, N과의 친화력이 비교적 높고, 소량의 첨가로 Nb질화물을 석출하여 버리므로 취급에는 주의할 필요가 있다. 이에 고용한계 이하의 첨가가 되도록 N과의 관계식에 의하여 구할 수 있는 상한까지만 첨가함으로써, V의 효과를 더욱 보충할 수 있다. 이 효과를 얻으려면 Nb는 0.02% 이상 첨가시킬 필요가 있다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 Nb 질화물이 석출하여, 모재를 포함하는 인성을 해치므로 0.08% 이하일 필요가 있다.

또한, 이른바 고용도적을 구하는 아래 (4 식)에 의한 값이 0.003 내지 0.015가 되는 Nb 첨가로 함으로써, 전술한 효과를 얻고, 또한 인성에 악영향을 미치지 않게 된다. 또한, (4 식)에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

Nb×N　　...(4 식)

다음으로, 본 발명의 상기 (3)의 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다.

Co는 강의 인성과 내식성을 높이는 데 유효한 원소이며, 선택적으로 첨가된다. 그 함유량이 0.02% 미만이면 효과가 적고, 1.00%를 넘어 함유시키면 고가의 원소이기 때문에 비용에 부합되는 효과가 발휘되지 않게 된다. 그 때문에 첨가하는 경우의 함유량을 0.02 내지 1.00%로 정하였다. 비용이라는 관점에서 바람직한 범위는 0.02 내지 0.30% 미만이다.

다음으로, 본 발명의 상기 (4)의 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다.

B는 강의 열간가공성을 개선하는 원소이며, 선택적으로 첨가된다. 좋기로는 0.0003% 이상 첨가함으로써 안정적으로 입계 강도를 높여 열간가공성을 향상시킬 수 있다. 다만, 과잉으로 첨가하면 과잉 석출 붕화물에 의하여 오히려 열간가공성을 해치므로 상한을 0.0040%로 한다.

다음으로, 본 발명의 상기 (5)의 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다.

Ti, Zr, Ta는 첨가에 의하여 C나 S의 내식성에 대한 악영향을 억제할 수 있으나, 과잉으로 첨가하면 인성 저하를 일으키는 등의 악영향이 발생하기 때문에, 선택적으로 첨가하는 경우의 함유량은 Ti≤0.05%, Zr≤0.02%, Ta≤0.07%로 한정하였다.

W는 2상 스테인리스강의 내식성을 부가적으로 높이기 위하여 선택적으로 첨가되는 원소인데, 고가의 원소이고 과잉으로 첨가하면 비용 증가를 초래하기 때문에 1.0% 이하를 함유시킨다.

Sn은 내산성을 부가적으로 향상시키는 선택적 원소이며, 열간가공성의 관점에서 0.1%를 상한으로 하여 첨가할 수 있다.

또한, Ti, Zr, Ta, W, Sn의 효과를 안정적으로 발휘하는 함유량은 각각 0.001% 이상, 0.003% 이상, 0.01% 이상, 0.05% 이상, 0.05% 이상이다.

다음으로, 본 발명의 상기 (6)의 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다.

크롬 질화물 석출 온도(TN)는 평형적으로 질화물이 석출을 개시하는 상한 온도이며, 실험적으로 구해지는 특성값이다. 용체화 열처리된 강재를 800 내지 1100℃에서 20분간의 균열(均熱) 처리 후, 5초 이내에 수랭에 제공하고, 냉각 후의 강재에 대하여 크롬 질화물의 석출 양을 실시예에서 상세히 설명하는 비금속 개재물의 전해 추출 잔사 분석법에 의하여 구하고, Cr 잔사량이 0.03% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도로 규정한다. TN이 낮을수록 크롬 질화물의 석출하는 온도역이 저온측에 한정되기 때문에, 크롬 질화물의 석출 속도나 석출 양이 억제된다.

이 때, 균열 처리 온도를 800 내지 1100℃로 규정하는 것은 용접에 의한 가열 후 냉각시에 있어서의 HAZ부의 일반적인 온도역이기 때문이다. 본 발명에서는 일반적으로 이루어지는 용접에 의한 가열 후 냉각시에 크롬 질화물을 석출시키지 않게 하기 위하여, 상기 온도역으로 규정한다.

또한, 크롬 질화물이 충분히 평형할 시간으로서 균열 처리 온도를 20분간으로 규정한다. 20분 미만에서는 석출 양의 변화가 격렬한 구역에 해당하여, 측정의 재현성을 얻기가 어려워지고, 20분 초과로 규정하면 측정에 장시간을 필요로 한다. 따라서, 크롬 질화물을 충분히 평형시켜 재현성을 확보한다는 관점에서는, 균열 처리 온도를 20분 초과로 하여도 무방하다.

균열 처리 후에 있어서는 수랭에 제공하기까지 장시간을 필요로 하면 서서히 강재 온도가 저하하여 크롬 질화물이 석출하게 되고, 그렇게 되면 측정하고 싶었던 온도에서의 크롬 질화물의 양과는 다른 값을 얻게 된다. 따라서, 균열 처리 후 5초 이내에 수랭에 제공하도록 한다.

또한, Cr 잔사량이 0.03% 이하가 되는 온도 중 최저 온도로 규정한 것은 실험에 의하여 잔사량 0.03% 이하가 내식성이나 인성에 악영향을 미치지 않는 석출 양인 것을 확인한 것에 따른 것이다.

본 발명의 목적인 용접부에 있어서의 크롬 질화물 석출의 억제에 관하여는, 본 발명과 같은 고Cr, Mo 환경에서는, 전술한 바와 같이 NI 값을 제어함으로써 질화물의 조속한 석출은 억제할 수 있기 때문에, 이 조건은 필수라고는 할 수 없지만, TN을 1000℃ 이하로 설계하면, 질화물 석출성에 더욱 확실성이 증가한다. 좋기로는 960℃ 이하이다.

또한, TN을 저하시키려면 N량의 저감이 유효하지만, N량의 극단적인 저하는 오스테나이트상 비율의 저하와 용접부 내식성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 오스테나이트상의 생성원소인 Ni, Mn, Cu의 함유량과 N 함유량을 적절히 설계할 필요가 있다.

또한, TN는 N 함유량을 저하시킴으로써 저하하지만, 본 발명강에서는 내식성을 높이기 위하여 N을 0.20% 이상 함유시키고 있는데, 이 경우에 TN을 800℃ 미만으로 하는 것은 곤란하다. 그 때문에, TN의 하한을 800℃로 하였다.

본 발명의 저합금 2상 스테인리스 강재는 상기 어느 하나에 기재된 조성을 가진 2상 스테인리스강의 주편 또는 강편을, 1100 내지 1250℃로 재가열하고, 마무리 온도 700 내지 1000℃로 열간 압연하며, 열간 압연한 강을 열처리 온도 900 내지 1100℃에서 판 두께에 따른 모재 특성을 확보할 수 있는 균열 시간(예를 들면 10 mm재에서는 2 내지 40분 )에 열처리 하고, 그 후 냉각하는 것에 의하여 제조할 수 있다.

실시예

이하에 실시예에 대하여 기재한다. 표 1에 공시강의 화학 조성을 나타낸다. 또한, 표 1에 기재되어 있는 성분 이외에는 Fe 및 불가피한 불순물 원소이다. 또한, 표 1중에 기재된 PI 값, NI 값, γpre의 의미는 각각,

　PI=Cr＋3.3Mo＋16N　...(1 식)

　NI= (Cr＋Mo)/N　　　　...(2 식)

　γpre=-15Cr-28Si-12Mo＋19Ni＋4Mn＋19Cu＋770N＋1160C＋1475　　　　　...(3 식)을 의미하는 것이고, 상기 식에 있어서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.

표 중의 크롬 질화물 석출 온도(TN)는 이하의 순서로 구하였다.

(a) 10 mm 두께의 공시강을 후술하는 조건으로 용체화 열처리한다.

(b) 800 내지 1100℃의 임의의 온도에서 20분간 균열 처리를 실시하고, 그 후 5초 이내에 수냉을 실시한다.

(c) 냉각 후의 공시강 표층을 ＃500 연마한다.

(d) 3g 시료를 분취하고, 비수용액 중 (3% 말레산＋1% 테트라메틸암모늄 클로라이드＋잔부 메탄올)에서 전해 (100 mV 정전압) 하여 매트릭스를 용해한다.

(e) 0.2㎛ 구경의 필터로 잔사(=석출물)를 여과하고, 석출물을 추출한다.

(f) 잔사의 화학 조성을 분석하여, 그 크롬 함유량을 구한다. 이 잔사 중의 크롬 함유량을 크롬 질화물의 석출 양의 지표로 한다.

(g) (b)의 균열 처리 온도를 다양하게 변화시켜, 잔사 중의 크롬 함유량이 0.03% 이하가 되는 균열 처리 온도 중 최저 온도를 TN으로 한다.

또한, 공란은 첨가하고 있지 않거나 불순물 레벨인 것을 나타낸다. 또 표 중의 REM는 란타노이드계 희토류 원소를 의미하고, 함유량은 그 원소들의 합계를 나타내고 있다.

이 성분 강들을 실험실의 50 ㎏ 진공 유도로에 의하여 MgO 로 중에서 용제하여, 두께가 약 100 mm인 편평 강괴로 주조하였다. 강괴의 본체 부분으로부터 열간 압연용 소재를 가공하고, 1180℃의 온도로 1 내지 2 h 가열 후, 마무리 온도 950 내지 850℃의 조건에서 압연하고, 12 mm 두께 ×약 700 mm 길이의 열간압연 강판을 얻었다. 또한, 압연 직후의 강재 온도가 800℃ 이상인 상태로부터 200℃ 이하까지 분무 냉각을 실시하였다. 최종의 용체화 열처리는 1050℃×20분 균열 후 수냉의 조건으로 실시하였다.

또한, 상기에서 제조한 후강판을 소재로 하여 용접 실험을 실시하였다. 평가재에 베벨 각도 35° 루트면 1 mm의 レ형의 개선(開先)을 작성하고, 서브 머지 아크 용접에 의한 용접 실험을 실시하였다. 12 mm 후강판을 소재로 하여, 와이어 지름 4.0mmφ의 JIS　SUS329J3L 공금계의 시판 용접 와이어를 사용하여, 용접 전류: 520 내지 570 A, 아크 전압: 30 내지 33 V, 용접 속도: 30 내지 33 cm/min의 조건으로 용접 이음부를 작성하였다.

상기에 의하여 얻은 후강판 및 용접 이음부에 대하여, 이하와 같은 특성 평가를 실시하였다.

열간가공성의 평가는 압연재 약 700 mm 중 가장 긴 에지 크랙의 길이를 에지 크랙 길이로 하고, 10 mm 이하의 것을 양호라고 판단하였다.

모재의 충격 특성에 대하여는 JIS4호 V 노치 샤르피 시험편을 압연 직각 방향으로부터 각 3개씩 잘라내어, 파괴가 압연 방향으로 전파하도록 V 노치를 가공하고, 최대 에너지 500 J 사양의 시험기로 -20℃에서의 충격값을 측정하여, 150 J/㎠ 이상을 양호라고 판단하였다.

오스테나이트상 면적율에 대하여는 압연 방향과 평행한 단면을 매립 경면 연마하고, KOH 수용액 중에서 전해 에칭을 실시한 후, 광학 현미경 관찰에 의하여 화상 분석을 실시함으로써 페라이트상 면적율을 측정하고, 나머지의 부분을 오스테나이트상 면적율로 하였다.

또한, 내식성을 평가하기 위하여, 모재 및 용접 이음부 (모재, HAZ부, 용접 금속을 모두 포함한다)의 표층으로부터 채취한 시험편의 표면을 ＃600 연마하고, ASTM　G48　Method　E 규정에 준거하여, 염화 제2철 흡수 시험에 의하여 공식 발생 온도를 측정하였다. 모재에서는 30℃ 이상, 용접 이음부에서는 20℃ 이상을 양호라고 판단하였다.

평가 결과를 표 2에 나타낸다.

본 발명강에서는 압연재의 에지 크랙 모재의 충격 특성, CPT, 용접 HAZ부의 CPT 모두 양호한 값을 나타내었다.

열간가공성에 대하여는 P, S, Cu가 과잉인 경우에 열연판의 에지 크랙이 10 mm 초과가 되었다(강 No. J, K, Q).

또한, Ca, Mg, REM의 첨가가 없는 것 (No. X), 및 역으로 과잉 첨가한 것(No. Y, Z, AA)은 똑같이 열간가공성이 저하하였다.

또한, B, Sn을 과잉 첨가한 것(No. AD, AH)도 마찬가지였다.

또한, 오스테나이트상 면적율이 너무 높은 No. D, AJ도 10 mm 초과가 되었다. No. D는 γpre가 너무 높았기 때문이라고 할 수 있다.

모재 인성에 대하여는, Si, S, Al, V, Nb, Ti, Zr, Ta를 과잉 첨가한 강 No. G, K, S, W, AB, AE, AF, AG는 200 J/㎠를 밑돌아 불량이었다. No. AC는 Nb의 절대값은 적지만, Nb×N이 0.017으로, 본 발명 범위 (Nb×N: 0.003 내지 0.015)를 넘어가서, 인성 불량이 되었다. 또한, 본 발명강 No. 4의 Nb×N는 0.013, 본 발명강 No. 13의 Nb×N은 0.014이다.

반대로, Ni가 너무 적은 No. L도 인성 불량이었다.

또한, Si, Al이 너무 적은 강 No. F, R은 탈산 불량이 되었기 때문에 고O가 되어, 다량의 개재물 기인의 인성 불량이 되었다.

또한, 오스테나이트 양이 너무 적은 No. AI도 인성 불량이었다.

모재의 내식성에 대하여는 C, Mn, S가 과잉인 강 No. E, I, K 및 Cr, Mo, N이 너무 적은 강 No. M, O, T는 CPT가 30℃ 미만이어서, 불량이었다.

HAZ부의 내식성에 대하여는, 도 2에 나타내는 바와 같이, NI 값 및 γpre가 소정의 범위 내에서 CPT가 20℃ 이상이 되어 특성 양호해진 한편, 모재가 불량인 강(No. E, I, K, M, O, T), NI 값이 벗어난 No. A, B 및 γpre가 너무 낮은 C에서는 불량이었다.

또한, V 첨가량이 적은 No. V도 불량이었다.

Mn, Ni가 너무 적은 No. H, L 및 Cr, N이 너무 많은 No. N, U에서 질화물 석출에 의하여 내식성이 저하하였다. 또한, 오스테나이트 양이 너무 적은 No. AI도 마찬가지였다. 또한, Cu가 너무 적은 No. P는 내산성이 다른 재료보다 상당히 저하하였다.

이상의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 용접부의 내식성이 양호한 2상 스테인리스강을 얻을 수 있는 것이 명확해졌다.

산업상 이용 가능성

본 발명에 의하면, SUS329J3L와 같은 범용 레벨의 2상 스테인리스강과 동일한 레벨의 내식성을 가지는 한편, Ni나 Mo와 같은 고비용의 합금의 사용을 극도로 억제하기 위하여 N을 많이 첨가한 2상 스테인리스강에 있어서 큰 과제의 하나인 용접 열영향부의 내식성 저하를 억제하고, 구조재 등에 사용할 때의 과제를 줄일 수 있는 2상 스테인리스강을 제공할 수 있다. 그 결과, 저비용으로 오스테나이트계 스테인리스강을 대체하는 용도에 확대를 할 수 있어, 산업상 기여하는 바가 매우 크다.

Claims (6)

1. 질량%로,
   C: 0.06% 이하,
   Si: 0.1 내지 1.5%,
   Mn: 2.0 내지 4.0%,
   P: 0.05% 이하,
   S: 0.005% 이하,
   Cr: 23.0 내지 27.0%,
   Ni: 2.0 내지 6.0%,
   Mo: 0.5 내지 2.5%,
   Cu: 0.5 내지 3.0%,
   V: 0.05 내지 0.25%,
   Al: 0.003 내지 0.045%,
   O: 0.007% 이하,
   N: 0.20 내지 0.28%
   를 함유하고, 또한,
   Ca: 0.0005 내지 0.0050%,
   Mg: 0.0005 내지 0.0050%,
   REM: 0.005 내지 0.050%
   로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
   오스테나이트상 면적율이 40 내지 70%이고,
   아래 (1 식)에 의한 PI 값이 30 내지 38이며,
   아래 (2 식)에 의한 NI 값이 100 내지 140이고,
   아래 (3 식)에 의한 오스테나이트상의 평형 석출 온도 추정값(γpre)이 1350 내지 1450인 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.
   　PI=Cr＋3.3Mo＋16N　　...(1 식)
   　NI= (Cr＋Mo)/N　　　　　...(2 식)
   　γpre=-15Cr-28Si-12Mo＋19Ni＋4Mn＋19Cu＋770N＋1160C＋1475　　　...(3 식)
   상기 식에서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 또한, 질량%로,
   Nb: 0.02 내지 0.08%
   를 함유하고, 아래 (4 식)에 의한 값이 0.003 내지 0.015인 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.
   　Nb×N　　...(4 식)
   상기 식에서 각 원소명은 그 함유량의 질량%를 나타낸다.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 또한, 질량%로,
   Co: 0.02 내지 1.00%를 함유하는 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 또한, 질량%로,
   　B: 0.0040% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 또한, 질량%로,
   Ti: 0.05% 이하,
   Zr: 0.02% 이하,
   Ta: 0.07% 이하,
   W: 1.0% 이하,
   Sn: 0.1% 이하
   로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 평형적으로 질화물이 석출을 개시하는 상한 온도인 크롬 질화물 석출 온도(TN)가 1000℃ 이하인 것을 특징으로 하는 용접부 내식성이 우수한 2상 스테인리스강.

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