KR20210143116A - 강재의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 생성용 사워 가스(sour gas) 내성 부재들, 튜브들, 탱크들, 가스 또는 다른 유체용 파이프라인들, 수소와 접촉하는 부품들, 연료전지의 이극판들 및 열교환기들을 제조하기 위한 강재의 용도에 관한 것으로, 이때 상기 강재는 다음 성분들:
● 0.02 내지 0.12 ％의 탄소,
● 0.05 내지 0.5 ％의 질소
● 10 내지 20 ％의 망간,
● 10 내지 20 ％의 크롬,
● 통상적인 불순물들을 구비한 잔여 철
(중량 퍼센트로 표시)을 구비한 고망간 함유 오스테나이트계 강이다.

Description

강재의 용도{USE OF A STEEL MATERIAL}

본 발명은 2016년 6월 8일자 도이체 에델슈탈베르케(Deutsche Edelstahlwerke)의 물질 정보 자료에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강 St 1.4404로부터 출발한다. 이러한 특수강은 많은 적용 영역들에서 유용할 수 있다. 이와 같은 강의 주요 단점은, 합금 원소로서 높은 비율의 니켈이 함유되어 있다는 것인데, 말하자면 10 내지 13 중량 퍼센트의 크기로 함유되어 있다. 이는 높은 니켈 가격으로 인해 제품의 현저한 가격 상승을 유발함으로써, 결과적으로 높은 가격으로 인해 이와 같은 재료의 사용이 많은 적용 분야들에서 고려되지 않는다.

본 발명의 목표는, 이와 같은 강 등급들이 새로운 사용 영역들에서 사용될 수 있도록 하는 비용 저렴한 오스테나이트계 강을 제공하는 것이다.

그에 따라 본 발명은 에너지 생성용 사워 가스(sour gas) 내성 부재들, 튜브들, 탱크들, 가스 또는 다른 유체용 파이프라인들, 수소와 접촉하는 부품들, 연료전지의 이극판들 및 열교환기들을 제조하기 위한 강재의 새로운 용도를 제시하며, 이때 상기 강재는 다음 성분들:

● 0.02 내지 0.12 ％의 탄소,

● 0.05 내지 0.5 ％의 질소

● 10 내지 20 ％의 망간,

● 10 내지 20 ％의 크롬,

● 통상적인 불순물들을 구비한 잔여 철

(중량 퍼센트로 표시)을 구비한 고망간 함유 오스테나이트계 강이다.

본 발명에 따르면, 제시된 용도를 위해 뛰어나게 유용하고, 그에 따라 재료가 새로운 적용 영역들에서도 사용될 수 있도록 하는 니켈 비함유 고망간 함유 오스테나이트계 강이 제시된다.

이러한 소위 고망간 오스테나이트는 충분한 내식성 및 우수한 성형성, 특히 냉간 성형성을 갖고, 이때 상기 강은 자체 비용 저렴한 조성으로 인해 새로운 적용 영역들에 도입될 수 있다.

상기 강재는 제시된 성분들 이외에 하나 이상의 추가 성분을 더 가질 수 있는데, 말하자면

● 0.8 ％까지의 실리콘,

● 4 ％까지의 구리,

● 4 ％까지의 니켈,

● 2 ％까지의 몰리브덴,

● 최대 0.05 ％의 인,

● 최대 0.05 ％의 황,

● 0.5 ％까지의 티타늄,

● 0.5 ％까지의 니오븀,

● 0.5 ％까지의 바나듐 중 하나 이상을 갖는다.

원칙적으로 모두 중량 퍼센트로 표시되어 있다.

연성을 최적화하고 내식성을 개선하기 위해, 니켈의 첨가는 단지 예외적으로, 그리고 소량으로 이루어진다. 개선된 내식성을 포기하는 경우에 한해, 니켈의 비율은 영으로 설정될 수 있다.

바람직하게 합금 원소들의 성분들은 다음과 같다:

● 0.05 내지 0.08 ％의 탄소,

● 0.08 내지 0.15 ％의 질소,

● 13 내지 17 ％의 망간,

● 13 내지 17 ％의 크롬,

● 1 내지 2 ％의 니켈,

및 바람직하게

● 0.1 내지 0.2의 실리콘,

● 1 내지 2 ％의 구리,

● 최대 0.2 ％의 몰리브덴,

및 허용 가능한 불순물들로서

● 최대 0.005 ％의 황,

● 최대 0.02 ％의 인,

● 최대 0.5 ％의 티타늄,

● 최대 0.5 ％의 니오븀,

● 최대 0.5 ％의 바나듐,

● 경우에 따라 통상적인 불순물들을 구비한 잔여 철(중량 퍼센트로 표시).

제시된 상기 강재는 바람직하게 다음의 기계적인 기술적 특성들:

인장 강도 R_m = 500 내지 800 MPa,

항복 강도 R_{p 0,2} = 200 내지 500 MPa,

파단 신율 A80 = 최소 42％을 갖는다.

이 경우, 특히 바람직하게 상기 재료는 냉간 성형 시 TWIP-매커니즘의 주요 사용하에 5 ％ 미만의 비율의 변형 유도 마르텐사이트를 함유한다.

특수한 또 다른 한 가지는, 상기 강재의 기술적 특성들이 적합한 압연 정도에 의한 상기 재료의 압연에 의해, 그리고/또는 적합한 어닐링 온도에서 상기 재료의 어닐링에 의해 설정된다는 것이다.

도 1은 쉐플러-드롱-다이어그램이다.

원소들의 영향:

합금 원소들의 경우, 원칙적으로 카바이드 형성제, 오스테나이트 형성제 또는 페라이트 형성제인지, 혹은 어떠한 목적으로 강으로 합금 되는지가 구분되어야 한다.

각각의 개별적인 원소는 비율에 따라 강에 특정 특성들을 제공한다. 복수의 원소가 존재하는 경우, 효과는 상승할 수 있다. 그러나 단일 원소들이 특정 거동과 관련하여 자체 영향을 동일한 방향으로 미치지 않고, 오히려 서로 반대로 작용할 수 있는 합금 변형예들이 존재한다.

강 내에 존재하는 합금 원소들은 단지 의도한 특성들의 전제 조건이며; 가공 및 열처리가 비로소 이와 같은 특성들을 달성한다.

탄소(C)

일반적으로:

탄소는 강 내 가장 중요하고 가장 영향력 있는 합금 원소이다. 각각의 비합금 강은 탄소 이외에, 제조 시 의도적이지 않게 부가되는 실리콘, 망간, 인 및 황을 함유한다. 특수한 효과들을 달성하기 위한 추가 합금 원소들의 첨가 및 망간 함량 및 실리콘 함량의 의도적인 증가는 합금 강을 야기한다. C-함량이 증가함에 따라 강의 강도 및 경화성이 증가하는 반면, 상기 강의 신장성, 단조성, 용접성 및 (절삭 공구에 의한) 가공성은 감소한다. 물, 산, 고온 가스에 대한 내식성은 탄소에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.

본 발명에 따른 개념에서 탄소의 비율은 상대적으로 낮게 유지됨으로써, 결과적으로 강도와 신장성 사이의 최적의 비율이 주어진다. 목표는 최대 성형성을 달성하는 것이다. 계속해서 탄소는 오스테나이트 형성제이다.

망간(Mn)

일반적으로:

- Mn은 임계 냉각 속도를 매우 강하게 감소시키고 그에 따라 경화성을 증가시킨다

- 항복 강도 및 강도는 Mn-첨가에 의해 증가한다

- 4 ％를 초과하는 함량은 더 느린 냉각에서도 취성 마르텐사이트 조직을 형성한다

- 12 ％를 초과하는 Mn-함량을 갖는 강들은 동시에 높은 C-비율에서 오스테나이트계 강들인데, 그 이유는 Mn이 γ-영역을 현저히 확장시키기 때문이다.

Mn은 오스테나이트 형성제이고 본 발명에 따라 주로 Ni의 더 저렴한 대체물로서 사용된다. 따라서 이와 같은 개념에서 10 내지 20 ％의 비율도 사용된다.

크롬(Cr)

일반적으로:

- 마르텐사이트 형성을 위해 요구되는 임계 냉각 속도를 감소시킨다

- 경화성을 증가시키고 열처리성을 개선한다

- Cr은 스케일링 저항을 증가시킨다

- Cr은 γ-구역을 축소하고 그에 따라 페라이트 영역을 확장시키지만; 오스테나이트를 오스테나이트계 Cr-Mn-강들 또는 Cr-Ni-강들로 안정화한다

- 크롬은 10.5 ％의 질량 분율부터 크롬 산화물 층을 형성하고, 그 결과 추가 산화가 방지된다. 이와 같은 산화물 층이 손상되면, 블랭크 금속은 대기와 접촉하고, 자동으로 새로운 패시베이팅 층(passivating layer)이 형성되는데, 다시 말해 상기 층은 자가 복원성을 갖는다.

본 발명에 따르면, Cr의 주요 과제는 부식을 방지하는 것이다. 이와 같은 개념에서 제품이 부식성 매개물 내에서 사용되어야 하기 때문에, 부식 방지를 증가시키기 위해, 여기서 14 내지 16 ％의 Cr-함량이 사용된다.

니켈(Ni)

일반적으로:

니켈은 안정적인 철-탄소 시스템 이후에 고형화를 촉진하는 합금 원소들에 속한다. 임계 냉각 속도의 감소에 의해 니켈은 완전 경화 및 완전 열처리를 증가시킨다. 또한, 니켈은 특히 저온도 범위 내에서 무엇보다 점성을 증가시키고 결정립 미세화 작용하며 그리고 과열 감도를 감소시킨다. 18/10 크롬-니켈 강(1.4301)은 내식성 오스테나이트계 강들의 대표 강들에 속한다.

이미 언급된 바와 같이, 니켈은 상대적으로 비싼 합금 원소이며, 본 발명에 따라 그 비율은 망간에 의해 대체된다. 그러나 소정의 비율에 의해 점성이 증가할 수 있고, 오스테나이트의 안정성도 긍정적인 영향을 받을 수 있다. 계속해서 니켈은 내식성에 대해 긍정적인 효과가 있다.

질소(N)

일반적으로:

질소는 탄소와 유사하게 오스테나이트 형성제로서 작용한다. 그러나 질소에 대해 더 낮은 철의 최대 용해도는 탄소에 대한 철의 최대 용해도보다 현저히 더 높다. 다른 원소들이 합금 됨으로써, 또는 진공 질화 처리함으로써, 강 내 질소 함량이 현저히 증가할 수 있고, 오스테나이트계 강들 내 니켈의 일부는 탄소의 효과를 대체하며 탄소는 감소할 수 있다.

본 발명에 따르면, 질소는 탄소의 대체물로서 사용되고 내식성을 개선한다. 계속해서 질소는 오스테나이트 형성제인 니켈의 대체물로서 작용한다.

오스테나이트 형성제:

오스테나이트 구역을 확장시키고 오스테나이트를 안정화하는 합금 원소들이다. Ni, Co, Mn, N 및 C는 가장 중요한 대표 원소들이다. 쉐플러-드롱-다이어그램에 의해 결과로 나타나는 고합금 강들의 조직은 화학적 조성에 따라 결정될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 이와 같은 다이어그램에서 오스테나이트 형성제들은 페라이트 형성제들에 마주 놓인다.

Claims (5)

1. 에너지 생성용 사워 가스(sour gas) 내성 부재들, 튜브들, 탱크들, 가스 또는 다른 유체용 파이프라인들, 수소와 접촉하는 부품들, 연료전지의 이극판들 및 열교환기들을 제조하기 위한 강재의 용도에 있어서,
   상기 강재는 다음 성분들:
   ● 0.02 내지 0.12 ％의 탄소,
   ● 0.05 내지 0.5 ％의 질소
   ● 10 내지 20 ％의 망간,
   ● 10 내지 20 ％의 크롬,
   ● 통상적인 불순물들을 구비한 잔여 철
   (중량 퍼센트로 표시)을 구비한 고망간 함유 오스테나이트계 강인, 강재의 용도.
2. 제1항에 있어서,
   상기 강재는 다음 추가 성분들 중 하나 이상의 추가 성분을 갖는데, 말하자면
   ● 0.8 ％까지의 실리콘,
   ● 4 ％까지의 니켈,
   ● 2 ％까지의 몰리브덴,
   ● 최대 0.05 ％의 인,
   ● 최대 0.05 ％의 황,
   ● 0.5 ％까지의 티타늄,
   ● 0.5 ％까지의 니오븀,
   ● 0.5 ％까지의 바나듐 중 하나 이상을 갖는, 강재의 용도.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 강재는 다음의 기계적인 기술적 특성들:
   인장 강도 R_m = 500 내지 800 MPa,
   항복 강도 R_{p 0,2} = 200 내지 500 MPa,
   파단 신율 A80 = 최소 42％을 갖는, 강재의 용도.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 재료는 냉간 성형 시 TWIP-매커니즘의 단독 사용하에 5 ％ 미만의 비율의 변형 유도 마르텐사이트를 함유하는, 강재의 용도.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 강재의 기술적 특성들은 적합한 압연 정도에 의한 상기 재료의 압연에 의해, 그리고/또는 적합한 어닐링 온도에서 상기 재료의 어닐링에 의해 설정되는, 강재의 용도.

Images