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KR100801819B1 - 몰리브덴을 포함한 내산화성 및 내식성 오스테나이트스테인레스강 - Google Patents

몰리브덴을 포함한 내산화성 및 내식성 오스테나이트스테인레스강 Download PDF

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KR100801819B1
KR100801819B1 KR1020027014540A KR20027014540A KR100801819B1 KR 100801819 B1 KR100801819 B1 KR 100801819B1 KR 1020027014540 A KR1020027014540 A KR 1020027014540A KR 20027014540 A KR20027014540 A KR 20027014540A KR 100801819 B1 KR100801819 B1 KR 100801819B1
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KR
South Korea
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corrosion
alloy
austenitic stainless
salt
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제임스엠. 라코브스키
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에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 17-23중량% 크롬, 19-23중량% 니켈, 1-6중량% 몰리브덴을 포함한 오스테나이트 스테인레스강을 제공한다. 본 발명의 철 기초 합금에 몰리브덴의 첨가는 고온에서 내식성을 증가시킨다. 오스테나이트 스테인레스강은 17-23중량% 크롬, 19-23중량% 니켈, 2-4중량% 몰리브덴, 0-0.1중량% 탄소, 0-1.5중량% 망간, 0-0.05중량% 인, 0-0.02중량% 황, 0-1.0중량%의 실리콘, 0.15-0.6중량% 티타늄, 0.15-0.6중량% 알루미늄, 0-0.75중량% 구리, 나머지 철과 불순물로 구성된다. 본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 최대 1500℉까지 넓은 온도에서 염에 대해 향상된 내식성을 보인다. 따라서 본 발명의 스테인레스강은 자동차 성분, 특히 자동차 배기 시스템 성분 및 신축성 커넥터와 내식성이 요구되는 다른 분야에서 유용하다.

Description

몰리브덴을 포함한 내산화성 및 내식성 오스테나이트 스테인레스강{OXIDATION AND CORROSION RESISTANT AUSTENITIC STAINLESS STEEL INCLUDING MOLYBDENUM}
본 발명은 내산화성 및 내식성 오스테나이트 스테인레스강에 관계한다. 특히 본 발명은 자동차 배기 시스템 성분과 같은 고온 및 부식 환경에서 사용되는 오스테나이트 스테인레스강에 관계한다. 본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 최대 1800℉의 온도와 염소-풍부한 물과 같은 부식 환경에서 사용된다.
자동차 배기 시스템 성분의 제조에서 목표는 시스템의 완전성을 유지하면서 비용 및 중량을 최소화 하는 것이다. 이 분야의 자동차 성분은 성분의 중량을 최소화 하도록 얇은 스테인레스강으로 제조되므로 천공 등에 의한 고장을 막기 위해서 성분의 내식성이 높아야 한다. 어떤 자동차 배기 시스템 성분은 상승된 온도에서 심한 부식성 화학환경에 노출되므로 내식성은 복잡해진다. 특히 자동차 배기 시스템 성분과 다른 자동차 엔진 성분은 고온 배기가스로 인하여 승온 하에서 도로 제빙 염 오염에 노출된다. 이러한 조건 하에서 스테인레스강과 기타 금속 성분은 고온 염 부식으로 알려진 복잡한 부식 공격을 받기 쉽다.
대체로 더 높은 온도에서 스테인레스강 성분은 공기에 노출된 표면에서 산화 되어 보호 금속 산화물 층을 형성한다. 산화물 층은 아래의 금속을 보호하고 추가 산화 및 다른 형태의 부식을 방지한다. 그러나 도로 제빙염 퇴적물은 이러한 보호 산화물 층을 공격하여 저하 시킨다. 보호 산화물 층이 저하될 때 아래의 금속은 노출되어 심한 부식을 받기 쉽다.
따라서 자동차 배기 시스템 성분용으로 선택된 금속합금이 넓은 조건에 노출된다. 소비자, 연방 법규, 제조자 보증서 조건에 의해 연장된 수명이 요구되므로 자동차 배기 시스템 성분의 내구성은 중요하다. 자동차 배기 시스템 성분의 합금 선택을 더욱 복잡하게 만드는 당해 분야의 최근 개발은 2개의 고정된 배기 시스템 성분 사이에 조인트로 작용하는 신축성 금속 커넥터의 사용이다. 신축성 커넥터는 용접된 슬립 및 기타 조인트의 사용과 관련된 문제점을 완화시키는데 사용될 수 있다. 신축성 커넥터에서 사용하도록 선택된 물질은 고온 부식성 환경에 노출되므로 고온 염 부식과 중간 온도 산화, 일반적 부식 및 염소 응력 부식 균열과 같은 다른 부식에 대한 내성을 가져야 하고 성형 가능해야 한다.
합금이 도로 제빙염과 같은 오염물에 노출된 이후 자동차 배기 시스템 커넥터에 사용하는 합금은 때론 승온 노출이 일어나는 상태를 겪는다. 할라이드 염은 용제로 작용하여 승온에서 커넥터 상에 형성된 보호 산화물 스케일을 제거한다. 이러한 조건 하에서 커넥터의 퇴화가 빠르게 일어난다. 그러므로 서비스 중 부식 퇴화에 대한 내성을 알아보기 위해서 단순한 공기 산화 테스트는 부적절하다.
자동차 산업은 자동차 배기 시스템 성분을 제조하기 위해 여러 가지 합금을 사용한다. 이들 합금은 중간 정도 내식성을 가진 저렴한 물질에서 높은 내식성을 갖는 비싼 고 합금 물질이 있다. 중간 정도 내식성을 가진 저렴한 합금은 AISI 타입316Ti(UNS 표시 S31635)이다. 타입316Ti 스테인레스강은 승온에 노출될 때 더 빠르게 부식되므로 온도가 1200℉ 이상일 때 일반적으로 자동차 배기 시스템 신축성 커넥터에 사용되지 않는다. 타입316Ti는 높은 배기 온도를 전개하지 않는 자동차 배기 시스템에서만 사용된다.
비싼 고 합금 물질이 고온에 노출되는 자동차 배기 시스템용 신축성 커넥터 제조에 일반적으로 사용된다. 승온 부식 환경에 노출되는 신축성 커넥터 제조에 사용되는 전형적인 합금은 ALLEGHENY LUDLUM ALTEMP® 625(이하 AL625)로 시판되는 UNS 표시 N06625의 오스테나이트 니켈 기초 초합금이다. AL625는 넓은 부식 조건에서 산화 및 부식에 대해 탁월한 내성을 가지며 탁월한 성형성 및 강도를 보이는 오스테나이트 니켈 기초 초합금이다. UNS 표시 N06625의 합금은 20-25중량%의 크롬, 8-12중량%의 몰리브덴, 3.5중량%의 니오븀 및 4중량%의 철을 포함한다. 이러한 합금이 자동차 배기 시스템용 신축성 커넥터에 대한 탁월한 선택이지만 타입 316Ti 합금에 비해서 꽤 비싸다.
자동차 배기 시스템 성분 제조업자는 배기 시스템 신축성 커넥터 구축용으로 다른 합금을 사용할 수 있다. 그러나 특히 승온과 도로 제빙염과 같은 부식성 오염물에 노출될 때 이들 합금은 높은 내식성을 제공하지 못한다.
따라서 UNS 표시 N06625의 합금만큼 고 합금이 아니므로 이러한 초합금에 비해 제조하기가 싸며 고온 부식 환경에서 사용하는 내식성 물질이 필요하다. 특히 경량 신축성 커넥터와 자동차 배기 시스템의 다른 성분으로 성형될 수 있으며 승온 에서 염 퇴적물과 다른 도로 제빙 제품과 같은 부식성 물질에 의한 부식에 대해 내성이 있는 철 기초 합금이 필요하다.
도1은 0.0, 0.05 및 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅되고 1200℉에 72시간 노출된 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 평면 쿠폰 샘플의 고온 염 부식 테스트 결과를 비교하는 중량 변화 데이터 그래프이다.
도2는 0.0, 0.05 및 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅되고 1500℉에 72시간 노출된 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 평면 쿠폰 샘플의 고온 염 부식 테스트 결과를 비교하는 중량 변화 데이터 그래프이다.
도3은 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅되고 1200℉에 노출된 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 용접된 티어드롭 샘플의 고온 염 부식 테스트 결과를 비교하는 중량 변화 데이터 그래프이다.
도4는 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅되고 1500℉에 노출된 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 용접된 티어드롭 샘플의 고온 염 부식 테스트 결과를 비교하는 중량 변화 데이터 그래프이다.
도5는 ASTM G54 단순한 정적 산화 테스트 분석 절차의 결과를 보여주는 부식된 금속 샘플의 그래프이다.
도6은 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 샘플에 대해 1200℉에 노출된 0.10mg/cm2 염 코팅을 갖는 용접된 티어드롭 샘플에 대한 ASTM G54에 따라 취해진 측정결과를 비교하는 침투 깊이 그래프이다.
도7은 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 샘플에 대해 1500℉에 노출된 0.10mg/cm2 염 코팅을 갖는 용접된 티어드롭 샘플에 대한 ASTM G54에 따라 취해진 측정결과를 비교하는 침투 깊이 그래프이다.
본 발명은 17-23중량% 크롬, 19-23중량% 니켈, 1-6중량% 몰리브덴을 포함한 오스테나이트 스테인레스강을 제공함으로써 목적을 달성한다. 철 기초 합금에 몰리브덴의 첨가는 고온에서 내식성을 증가시킨다.
본 발명은 17-23중량% 크롬, 19-23중량% 니켈, 1-6중량% 몰리브덴, 0-0.1중량% 탄소, 0-1.5중량% 망간, 0-0.05중량% 인, 0-0.02중량% 황, 0-1.0중량%의 실리콘, 0.15-0.6중량% 티타늄, 0.15-0.6중량% 알루미늄, 0-0.75중량% 구리, 나머지 철과 불순물로 구성된 오스테나이트 스테인레스강을 제공한다.
본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 최대 1500℉까지 넓은 온도 범위에서 염에 대한 증가된 내식성을 보인다. 또한 본 발명에 의해서 오스테나이트 스테인레스강 제조품이 제공된다. 따라서 본 발명의 스테인레스강은 자동차 성분, 특히 자동차 배기 시스템 성분 및 신축성 커넥터와 내식성이 필요한 다른 분야에서 유용하다. 본 발명의 합금은 승온에서 탁월한 내산화성을 보이므로 가열 소자 외장과 같은 고온 용도에 유용하다. 본 발명은 17-23중량% 크롬, 19-23중량% 니켈, 1-6중 량% 몰리브덴을 포함한 오스테나이트 스테인레스강 제품 제조방법을 제공한다.
본 발명은 오스테나이트 스테인레스강에 승온에서 내식성을 제공한다. 본 발명의 내식성 오스테나이트 스테인레스강은 자동차 산업, 특히 자동차 배기 시스템 성분에서 응용된다. 오스테나이트 스테인레스강은 철, 크롬 및 니켈을 포함한 합금이다. 대체로 오스테나이트 스테인레스강은 내식성이 필요한 분야에서 사용되며 16% 이상의 크롬 및 7% 이상의 니켈 함량을 특징으로 한다.
일반적으로 부식 과정은 금속 또는 금속 합금과 환경의 반응이다. 특별한 환경에서 금속 또는 합금의 내식성은 다른 인자들 중에서 적어도 부분적으로 조성에 의해 결정된다. 부식 부산물은 일반적으로 산화철, 산화알루미늄, 산화크롬과 같은 금속 산화물이다. 스테인레스강 위에 산화물, 특히 산화크롬의 형성은 유리하며 아래의 금속이 추가 퇴화하는 것을 막아준다. 열이나 부식제의 존재에 의해 부식이 가속될 수 있다.
자동차에 사용되는 스테인레스강의 내식성은 승온 하에서 도로 제빙염에서 나온 오염물에 노출에 의해 복잡해진다. 이러한 노출은 승온에서 형성된 산화물과 오염시키는 염간의 상호작용으로 인하여 복잡한 부식 형태를 가져온다. 승온 산화는 공기 중의 산소와 금속의 직접 반응에 의해 보호 산화물의 형성으로 나타난다. 자동차 성분에 퇴적된 도로 제빙염은 보호 산화물 층을 공격 및 퇴화 시킨다. 보호층이 퇴화됨에 따라 아래의 금속이 추가 부식에 노출된다. 할라이드 염, 특히 염화물 염은 피팅 또는 그레인 경계 산화와 같은 국지화된 공격 형태를 촉진한다. 본 발명은 고온 염 부식에 내성이 있는 오스테나이트 스테인레스강을 제공한다.
본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 1-6중량%의 몰리브덴을 포함한다. 몰리브덴은 상승된 온도에서 내식성, 인성, 강도 및 내-크리프 성질을 제공하기 위해 합금에 첨가된다. 본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 17-23중량% 크롬, 19-23중량% 니켈, 및 0.8중량% 미만의 실리콘을 포함한다. 본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 공지 316Ti 합금보다 승온에서 내식성이 크므로 자동차 배기 성분으로 더 일반적으로 응용된다. 그러나 본 발명은 철 기초 합금이고 N06625합금은 더 비싼 니켈 기초 초합금이기 때문에 N06625합금에 비해 저렴한 비용으로 내식성을 제공한다.
본 발명의 오스테나이트 스테인레스강은 특히 2중량% 이상, 4중량% 미만의 몰리브덴을 함유한다. 이러한 몰리브덴 농도는 적당한 가격으로 내식성을 향상시킨다. 본 발명은 탄소, 망간, 인, 황, 및 구리와 같은 추가 합금 성분을 포함할 수 있다. 본 발명의 스테인레스강은 0.15-0.6중량% 티타늄, 0.15-0.6중량% 알루미늄 및 기타 불순물을 포함한다.
전기 가열 소자 외장은 금속 외장에 쌓인 저항 도체를 포함한다. 저항 도체는 치밀하게 충전된 내화 열전도 물질 층에 의해 외장으로부터 전기적 절연된다, 내화 열전도 물질은 산화마그네슘 과립일 수 있지만 저항 도체는 일반적으로 나선형으로 감긴 와이어 부재(wire member)이다.
본 발명의 스테인레스강이 제조되고 고온, 부식 환경에서 내식성이 평가된다. 17-23중량% 크롬과 19-23중량% 니켈을 포함한 목표 조성을 갖는 2개의 히트가 용융된다. 본 발명의 합금은 2.5%의 목표 몰리브덴 농도를 갖는다. 본 발명 히트의 실제 조성은 표1에서 샘플1로 제시된다. 샘플1은 목표 기준에 접근하는 농도로 합금 성분을 진공 용융하여 전통적인 방법으로 제조된다. 형성된 잉곳(ingot)은 이후 약 2000℉에서 0.1인치 두께와 7인치 폭으로 열간 압연된다. 결과의 플레이트는 그릿 블라스트(grit blast)되고 산으로 스케일 제거된다. 이후 플레이트는 0.008인치 두께로 냉간 압연되고 불활성 가스에서 어닐링 된다. 결과의 플레이트는 평면 쿠폰과 용접된 티어드롭(teardrop) 샘플로 성형된다.
비교를 위해 추가 시판 합금이 평면 쿠폰과 용접된 티어드롭 샘플로 성형된다. 샘플2는 시판 AISI 타입332(UNS 표시 S08800)의 기준으로 용융된다. 타입334는 샘플1과 유사한 조성이지만 몰리브덴이 첨가되지 않은 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스강이다. 타입334는 승온에서 산화 및 탄화에 대해 내성이 있는 니켈 및 크롬 스테인레스강이다. 타입334 샘플의 분석결과는 표1에 있다. 타입334는 20중량%니켈과 19중량%크롬을 포함한 합금이다. 타입334는 샘플1의 몰리브덴 첨가가 고온 염 부식 테스트에서 내식성 향상에 미치는 효과를 판정하기 위한 비교 목적으로 선택되었다.
또한 비교 목적으로 AISI타입316Ti(UNS 표시 S31635)(샘플3)와 AL625(UNS 표시 N06625)(샘플4)이 테스트 되었다. 이들 2개의 합금은 성형 가능하고 중간 온도 산화, 일반적 부식, 특히 제빙염과 같은 도로 오염물의 높은 수준에서 염화물 응력 부식 균열에 대해 내성이 있으므로 자동차 배기 시스템용 신축성 커넥터에 현재 사용된다. 샘플3 및 4의 조성은 표1에 제시된다. AISI타입316Ti는 저온 자동차 배기 시스템용 신축성 커넥터에 현재 사용되는 저렴한 합금이다. 반면에 AL625는 1500℉ 를 초과하는 온도에 노출되는 자동차 배기 시스템용 신축성 커넥터를 포함한 넓은 용도를 갖는 비싼 물질이다.
테스트 합금의 조성
샘플 1 T334+2.5Mo 샘플 2 T334 샘플 3 T316Ti 샘플 4 Al625 합금
C 0.018 0.014 0.08 max 0.05
N 0.016 0.014 0.10 max --
Al 0.29 0.28 -- 0.30
Si 0.58 0.57 0.75 max 0.25
Ti 0.53 0.49 0.70 0.30
Cr 19.48 18.75 16-18 22.0
Mn 0.51 0.54 2 max 0.30
Fe 나머지 나머지 나머지 4.0
Ni 19.91 18.67 10-19 나머지
Nb+Ta -- -- -- 3.5
Mo 2.47 -- 2-3 9.0
퇴적된 부식성 고체의 존재 하에서 샘플의 승온 내식성 및 내산화성을 조사하는 테스트가 고안되었다. 고온 부식성 환경을 모의하는 특별한 부식 테스트가 개발되었다. 승온에서 염에 대한 합금의 내식성 테스트는 컵 테스트 또는 딥 테스트로 분류된다.
컵 테스트에서 합금 샘플이 Swift 또는 Erichsen 기하의 컵에 배치된다. 염 농도 및 부피가 알려진 테스트 수용액이 컵에 채워진다. 컵속의 물은 오븐에서 증발되어 샘플에 염 코팅이 남는다. 이후 순환적 또는 등온 조건 하에서 샘플이 상승된 온도에 노출되고 염 부식에 대한 샘플의 내성이 평가된다. 딥 테스트에서 평면 또는 U-벤드 모양의 샘플이 염 농도가 알려진 수용액에 침지된다. 물이 오븐에서 증발되어 샘플에 염 코팅이 남는다. 이후 염 부식에 대한 샘플의 내성이 평가된다.
그러나 위의 두 가지 테스트는 염 부식에 대한 내성을 결정하는데 문제가 있다. 염 코팅이 테스트될 표면에 균일하게 분포되지 않고 샘플마다 일정하지 않으므로 테스트 결과가 일정하지 않으며 테스트 마다 쉽게 비교되지 않는다. 컵 또는 딥 테스트를 사용하여 마지막 건조된 영역에서 염이 거장 두껍게 퇴적된다. 샘플에 염이 더욱 균일하게 퇴적되기 위해서 본 발명자에 의해서 단순한 염 적용 방법이 활용되었다. 이 방법을 사용하여 탈이온수에서 용해된 염화나트륨으로 구성된 에어로졸 스프레이로 균일한 염 층이 퇴적될 수 있다. 에어로졸 스프레이 퇴적 동안에 수용액으로부터 물이 빠르고 균일하게 증발되도록 샘플이 약 300℉로 가열된다. 퇴적된 염의 양은 스프레이 사이에 중량을 재어서 모니터링 되고 표면 농도(샘플 표면적 1cm2당 염 mg)로서 기록된다. 계산은 염의 퇴적이 이 방법의 주의 깊은 사용에 의해서 약 ± 0.01mg/cm2으로 조절될 수 있음을 보여준다. 분무 후에 샘플은 실험실 공기에서 소음기에서 상승된 온도에서나 다른 환경적 조건에서 72시간 이상 열 싸이클에 노출될 수 있다. 다른 테스트 물질로부터 크로스-오염을 피하기 위해서 전용 테스트 로와 실험실 기기가 테스트에 사용되어야 한다. 노출 이후에 샘플과 수집된 비-접착성 부식 생성물의 무게가 각각 측정된다. 결과는 비중, 최초(코팅 안된) 시편 중량에 대한 변화로서 기록된다.
평면 쿠폰은 고온 염 부식에 대한 민감성을 위해 합금을 선별하는 가장 단순한 방법이므로 초기에 테스트 된다. 각 샘플의 중량이 테스트 이전에 측정된다. 각 테스트 합금으로 된 1인치×2인치 샘플에 균일한 염 층이 적용된다. 탈이온수에 용 해된 염화물 염 묽은 수용액이 각 샘플에 분무된다. 수용액으로부터 물이 빠르고 균일하게 증발되도록 샘플이 고온 플레이트에서 약 300℉로 예열된다. 각 샘플에 퇴적된 염의 양은 분무 후 무게를 재어 모니터링 된다. 분무 후 샘플은 알루미나 도가니에 배치되고 소음기에서 1500℉의 상승된 온도에 노출된다. 실험실 공기에서 전형적인 노출 싸이클은 승온에서 72시간이다. 노출 후에 시편의 무게를 잰다. 비-접착성 부식 생성물이 수집되고 별도로 무게를 단다. 계산된 샘플 중량 획득 또는 손실은 금속 화학종과 대기 및 코팅에서 나온 잔류 염의 반응 때문이다. 적용된 염의 양은 환경과의 상호작용으로 인한 중량변화 보다 훨씬 더 적고 일반적으로 무시될 수 있다.
성형 또는 용접으로 생긴 잔류 응력의 효과 또한 조사된다. 테스트를 위해서 샘플이 용접된 티어드롭 샘플로 성형된다. 티어드롭 샘플은 지그 상에서 0.062" 두께의 평면 샘플을 티어드롭 형상으로 구부리고 접합 모서리를 용접하여 제조된다. 상승된 온도에 노출시키기 이전에 평면 샘플 코팅과 유사한 방법을 사용하여 염화물 염으로 샘플을 코팅한다. 티어드롭 상의 코팅은 정량적인 방식으로 적용되지 않는다. 그러나 코팅의 결과는 평평하고 균일한 염 코팅이다. 티어드롭 샘플의 외면에 퇴적된 염의 양은 약 0.05-0.10mg/cm2이다. 코팅된 시편은 자동화된 열무게 측정 순환적 산화 실험 장비에 노출된다. 24시간 마다 각 샘플 상의 염 코팅이 증발에 의해 제거되고 환경에 노출에 의해 초래된 중량 획득 또는 손실을 측정하기 위해서 샘플 무게를 잰다. 무게 측정 후에 염 코팅이 다시 적용되고 테스트가 계속된다.
시편 식별 매트릭스
그레이드 쿠폰 테스트 티어드롭 테스트
샘플 1 본 발명 0.008"두께 0.061" 두께
샘플 2 T-332 0.008" 두께 0.058" 두께
샘플 3 T-316Ti 0.008" 두께 0.062" 두께
샘플 4 AL625 0.008" 두께 0.059" 두께

부식 테스트 결과
초기 성능 측정을 위해 평면 쿠폰 테스트가 사용되고 이후 용접된 티어드롭 테스트가 평면 쿠폰 테스트를 확인시키고 테스트 결과를 확장시킨다.
평면 쿠폰 테스트 결과
증가된 염 농도와 증가된 온도가 합금의 내식성에 미치는 효과를 측정하기 위해서 4개의 평면 쿠폰 샘플, 표1의 샘플1-4에 대해 테스트가 수행된다. 염 코팅 없음, 0.05mg/cm2 및 0.10mg/cm2의 염 코팅을 한 표1에 열거된 샘플1-4의 쿠폰이 테스트되었다. 쿠폰은 1200℉ 및 1500℉에서 테스트 되었다. 초기 중량 측정을 위해서 염 코팅 이전에 샘플 무게를 달고 고온 염 산화 부식에 대한 합금의 내성을 측정하기 위해서 1200℉환경에 둔다. 상승된 온도에서 72시간 노출한 이후에 오븐에서 샘플을 제거하고 실온으로 냉각한다. 샘플에 남아있는 염이 제거되고 최종 중량 측정을 위해서 샘플 무게를 단다.
평면 쿠폰 샘플 고온 산화 부식 테스트 결과가 도1에 도시된다. 도1은 0.0, 0.05 및 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅되고 1200℉에 72시간 노출된 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 평면 쿠폰 샘플의 고온 염 부식 테스트 결과를 비교하는 중량 변화 데이 터 그래프이다. 중량변화는 초기 샘플 중량을 최종 샘플 중량으로 빼고 결과를 평면 쿠폰 샘플의 초기 표면적으로 나누어 결정된다.
모든 합금은 1200℉에서 테스트에서 성능이 양호하다. 각 합금 샘플은 미소한 중량 획득을 보이는데, 이것은 접착성 산화층의 형성을 나타낸다. 이러한 금속 산화물 층의 형성은 금속 표면에 접착을 유지한다면 재료의 몸체를 보호한다. 일반적으로 샘플은 염 코팅 수준이 증가하면 더 큰 중량 이득을 보인다. 이 결과는 염 농도가 증가하면 샘플표면에 산화 수준이 증가함을 보여준다. T316Ti, 샘플3은 1mg/cm2 이상으로 가장 큰 중량 획득을 보이지만 본 발명의 합금, 샘플1과 T334, 샘플2는 0.5mg/cm2미만의 최소 중량 획득을 보인다.
유사한 테스트가 1500℉에서 동일 샘플에 수행되고 결과는 도2에 도시된다. 예견되었던 대로 저온 적용 합금 T316Ti는 성능이 불량하다. 파편이 주목되고 0.05 및 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅된 쿠폰은 초기 표면적 1제곱센티미터 당 10mg 이상을 손실한다. 이 테스트는 T316Ti가 1200℉이상의 상승된 온도에서 사용하기 부적합하고 고온 염 산화에 대한 합금의 내성을 비교하기 위해 개발된 방법의 신뢰성을 확인시켜 준다. 모든 다른 샘플의 성능은 양호하다. T334,샘플2는 테스트 조건 하에서 1.5mg/cm2의 중량 손실을 보이고 더 비싼 AL625 초합금, 샘플4는 테스트 조건 하에서 1.7mg/cm2의 중량 이득을 보인다. 이러한 중량 이득은 합금 표면에 금속 산화물 보호층 형성과 이러한 보호층의 최소한의 파편과 일치한다. 본 발명의 합금, 염 코팅이 없거나 0.05mg/cm2 염 코팅을 한 샘플1은 테스트 조건 하에서 거의 중량 변화를 보이지 않으며 1mg/cm2 염 코팅과 72시간 1500℉에 노출로 본 발명의 합금은 3mg/cm2의 중량 이득을 보인다. 이러한 중량 이득은 보호 금속 산화물 층의 형성에 기인한다. 샘플1에서 2.5중량%의 몰리브덴의 존재는 공지 기술의 T334합금, 샘플2에 비해서 본 발명 합금의 고온 염 부식에 대한 내성을 증가시킨다. 샘플2는 염 코팅이 없거나 0.05mg/cm2코팅을 한 샘플의 경우 거의 중량변화가 없음을 보여준다. 그러나 0.10mg/cm2의 염 농도에 노출될 때 샘플2는 보호 산화층의 퇴화와 1.0mg/cm2 이상의 중량 손실을 보인다.
본 발명의 합금은 이 테스트에서 고온 염 산화 부식에 대해 강한 내성을 보인다. 샘플1에서 몰리브덴의 농도는 T334합금, 샘플2의 내식성에 비해서 합금의 내식성을 증가시키며 니켈 기초 초-합금인 AL625,샘플4와 유사한 내식성을 보인다.
용접된 티어드롭 테스트 결과
용접된 티어드롭 테스트는 평면 쿠폰 테스트와 일치한다. 용접된 티어드롭 테스트 결과는 중량변화%로 기록된다. 쿠폰의 초기 중량을 재고 200시간 이상 연장된 테스트 기간에 걸쳐서 주기적으로 중량을 단다. 도3 및 4는 0.10mg/cm2 염 층으로 코팅되고 1200℉ 및 1500℉에 노출된 본 발명(샘플1) 및 공지 합금 용접된 티어드롭 샘플의 고온 염 부식 테스트 결과를 비교하는 중량 변화 데이터 그래프이다. 두 도면에서 T316Ti(샘플3)는 성능이 불량하고 상승된 온도 부식 환경에서 허용할 수 없는 합금임을 쉽게 알 수 있으며 150시간 이후에만 70중량% 이상의 중량 손실을 보인다(도4). 다른 합금은 1200℉에서 노출 동안에 성능이 사실상 동일하다(도3).
도4는 1500℉에서 합금의 고온 염 부식 내성 테스트 결과를 보여준다. 테스트 결과는 합금에서 내성의 차이를 보여준다. 모든 합금은 테스트 이후에 중량 손실을 보인다. 저렴한 합금은 고온용으로 적합하지 않다. 다른 합금은 더 양호한 성능을 보인다. T334합금(샘플2)은 AL625합금과 본 발명의 합금에 비해 성능이 불량하다. 200시간 후에 샘플2는 초기 중량의 20%이상을 손실한다. 약 2.5중량%의 몰리브덴이 첨가된 것을 제외하고는 샘플2와 조성이 유사한 본 발명의 합금, 샘플1은 샘플2보다 성능이 양호하다. 본 발명의 합금(샘플1)은 1500℉에서 테스트 동안에 초기 중량의 10%미만을 손실한다. 고가의 니켈 기초 초-합금인 AL625는 1500℉에서 150시간 후에도 초기 중량의 5%미만을 손실한다.
중량변화 정보만으로는 높은 공격성 환경에서 퇴화의 총 효과를 측정하기위한 불완전한 매개변수이다. 고온 염 산화 부식과 같은 고 공격성 환경에서 공격은 성질이 종종 불규칙적이고 중량변화 정보만의 분석으로 영향을 받을 수 있기보다 큰 합금 성분 단면 부위를 희생할 수 있다.그러므로 ASTM-G54 단순 정적 산화 테스트 표준 절차에 따라서 금속 손실이 측정된다(남아있는 단면 비율로). 도5는 이 분석에서 유도된 매개변수의 정의를 보여준다. 테스트 샘플(30)은 도5에서 거리(32)로 도시된 초기 두께(T0)를 갖는다. 부식 테스트 이후 거리(34)로 도시된 샘플의 두께(Tml)를 초기 두께(32)로 나누어 남아있는 금속의 비율이 결정된다. 영향 받지 않은 금속의 비율은 도4에서 거리(36)로 도시된 부식 징후를 보이지 않은 샘플의 두께(Tm)를 초기 두께(32)로 나누어 결정된다. 이러한 결과는 부식이 금속 쿠폰을 완전 퇴화시킬 때 단순한 중량 손실 측정 보다 양호한 표시를 제공한다.
금속 현미경 검사의 결과가 도6 및 7에 도시된다. 저온 합금, T316Ti(샘플3)의 분석은 1200℉ 및 1500℉에서 상당한 부식을 나타낸다. 1500℉에서 테스트한 이후에 초기 단면의 25%만 T316Ti 쿠폰에 남는다.
다른 테스트된 합금은 1200℉에서 성능이 양호하고 초기 물질의 90%이상이 샘플1,2 및 4의 경우 영향 받지 않고 유지된다. 1500℉에서 노출시킨 이후에 쿠폰의 분석결과는 비싼 니켈 기초 AL625 초합금 샘플4가 초기 두께의 손실 비율이 적지만 남아있는 단면적 비율 93%과 영향 받지 않은 비율 82%간의 차이로 알 수 있는 피팅의 형성을 보이기 시작한다. ASTM-G54절차에 따른 분석 결과로 알 수 있는 물질의 국지화된 피팅은 물질의 국지화된 파손 가능성을 나타내는 데이터를 제공한다. T334로 구성된 쿠폰은 1500℉에서 노출시킨 이후에 가벼운 피팅을 보이며 초기 물질의 75%미만이 영향을 받지 않고 유지된다.
본 발명의 합금, 샘플1은 두 온도에서 테스트한 이후에 니켈 기초AL625와 유사하며 T334합금보다 양호한 남아있는 영향을 받지 않는 영역의 비율을 보여준다. 이 결과는 2.5중량%의 몰리브덴 첨가가 보호 산화층의 퇴화 및 분리를 후퇴시킴을 보여준다. 테스트한 이후에 남아있는 영향을 받지 않는 영역의 비율과 남아있는 단면은 약 90%로 동일하다.

Claims (17)

19 - 23중량% 크롬,
19 - 23중량% 니켈,
1 - 6중량% 몰리브덴,
0 초과 - 0.05중량% 이하 탄소,
0 초과 - 1.5중량% 망간,
0 초과 - 0.05중량% 인,
0 초과 - 0.02중량% 황,
0 초과 - 1.0중량% 실리콘,
0.15 - 0.6중량% 티타늄,
0.15 - 0.6중량% 알루미늄,
0 초과 - 0.75중량% 구리,
나머지 철 및 불순물
로 구성된 오스테나이트 스테인레스강
19 - 23중량% 크롬,
19 - 23중량% 니켈,
3 초과 - 6중량% 몰리브덴,
0 초과 - 0.1중량% 탄소,
0 초과 - 1.5중량% 망간,
0 초과 - 0.05중량% 인,
0 초과 - 0.02중량% 황,
0 초과 - 1.0중량% 실리콘,
0.15 - 0.6중량% 티타늄,
0.15 - 0.6중량% 알루미늄,
0 초과 - 0.75중량% 구리,
나머지 철 및 불순물
로 구성된 오스테나이트 스테인레스강
19 - 23중량% 크롬,
19 - 23중량% 니켈,
3 초과 - 6중량% 몰리브덴,
0 초과 - 0.05중량% 미만 탄소,
0 초과 - 1.5중량% 망간,
0 초과 - 0.05중량% 인,
0 초과 - 0.02중량% 황,
0 초과 - 1.0중량% 실리콘,
0.15 - 0.6중량% 티타늄,
0.15 - 0.6중량% 알루미늄,
0 초과 - 0.75중량% 구리,
나머지 철 및 불순물
로 구성된 오스테나이트 스테인레스강
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따르는 오스테나이트 스테인레스강으로 제조된 물품
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따르는 오스테나이트 스테인레스강으로 제조된 물품에 있어서, 물품이 자동차, 자동차 배기 시스템 성분, 신축성 커넥터, 가열소자 외장 및 가스켓에서 선택됨을 특징으로 하는 물품
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제 6 항에 있어서, 물품이 자동차 배기 시스템 성분, 신축성 커넥터, 가열소자 외장 및 가스켓에서 선택됨을 특징으로 하는 물품의 제조방법
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