KR930005899B1

KR930005899B1 - 내열용 오스테나이트계 스텐레스강

Info

Publication number: KR930005899B1
Application number: KR1019900020876A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 우에마쯔; 이사미 시미즈; 나오또 히라마쯔
Original assignee: 닛씬 세이꼬 가부시끼가이샤; 가이 미끼
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1993-06-25
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: DE69015140T2; JPH03191039A; CA2010174C; EP0434887B1; KR910012322A; JP2530231B2; DE69015140D1; EP0434887A1; CA2010174A1

Abstract

내용 없음.

Description

내열용 오스테나이트계 스텐레스강

제1도는 부식감량(㎎/㎠)와 Si+Mo(%)와의 관계를 도시하는 도면.

제2도는 null점과 가열온도와의 관계를 도시하는 도면.

제3도는 임계 휨 εc(%)과 D값과의 관계를 도시하는 도면.

제4도 내지 제6도는 각각 US304강, SUSXM15J1강 및 본 발명강의 TIG 용접한 부분을 NaCl존재하에 되풀이하여 가열한 경우의 용접부의 부식 상태를 도시하는 약 70배의 현미경 사진.

[산업상의 이용분야]

본 발명은 고온의 부식성 분위기에서, 특히 고온염 분식 또는 용융염 부식등, 염을 포함하는 부식이 문제되는 분위기에서 되풀이하여 가열·냉각을 받는 용도에 사용되는 내 고온염 부식성, 및 내용접 고온 균열성 및 열간 가공성, 용접성, 및 용접부의 내 염 유해 부식성이 뛰어난 내열용 오스테나이트계 스텐레스강에 관한 것이다.

[종래 기술과 그 문제점]

자동창의 배기가스 정화 시스템, 가열로의 부품, 열교환기 등의 부품, 전기곤로나 생선굽는 그릇등의 조리용 전기기구등의 심한 부식 환경하에서 사용되는 내열강에 요구되는 특성으로서는 고온 강도특성, 내고온산화성, 산화 스케일의 박리저항등의 일반적 특성에 더해서, 연소 분위기에서의 고온가스 부식 혹은 PbO, V₂O₅등의 각종 산화물 PbCl₂, NaCl, MgCl₂, KCl 등의 염화물을 포함하는 환경에서의 내 고온 염 부식 및, 부가하여 고온에서의 내 용융 염 부식이 있다. 부가하여, 냉각시에는 응축수에 의한 습식의 문제도 있다. 이와같은 심한 환경하에서는 내열용 표면 처리 강판에서는 갖지 않고, SUS304에서 대표되는 내열용 스텐레스강이 사용되고 있다.

대량 폐기물 처리등에 사용되는 소각로, 고로의 날개 입구 버너, 중유 보일러, 내연기관의 배기 가스관등으로, 노면 동결 방지제를 산포하는 지역등, 염화물 혹은 회분이 부착하는 환경하에서 사용되고 있는 부재의 일부에는 현저한 고온 부식을 일으키고 있는 예가 보이는 문제로 되어 있다. 이들의 부식 사례를 조사한 결과, 공통된 현상으로서 입계 침식형의 가속 산화가 발생하고 있으며, 이것은 고온에서 염의 부착된 상태 혹은 용융 염 상태에서의 부식이며, 특히 염화물을 포함하는 염에 의한 고온 부식이 현저한 것이 알 수 있었다.

그러나 이 고온 부식에 대해서는 기존의 내열용 스텐레스강인 SUS304, SUS321 및 SUS310S 등은 이와 같은 용도에 대해서는 충분하지는 않다.

일반적으로는 고 Si, 고 Mo를 함유하는 강철은 내식성 개선에는 확실하게 효과가 있으나, 한편, 이들의 고합금화에 의해 열간 가공성이 떨어져 생산성이 낮고 강철 표면이 거칠어지는 등의 제조상의 문제 및 실용화에서 관 제조성(pipe-making)이나 시공상의 용접성의 문제등이 발생한다. 또한, 새롭게 고온하에서 사용하는 부재에 고농도의 염수가 접촉하는 환경하에서는 조건에 따라서 모재는 건전하나 용접 본드부가 고온염 유해에 따라 현저하게 선택적인 부식을 일으키는 현상이 명백해졌다.

일본국 특허공개 소화 63-213643호의 공보에는, 중량으로 C : 0.03%이하, Cr : 10 내지 20%, Ni : 10 내지 30%, Mn : 2%이하, Si : 1 내지 6%, Mo : 0.5 내지 5%, N : 0.02 내지 0.4%를 포함하고, 식 24.4 Cr+2.8 Ni+6.7 Mn-48.8 Si-56.9 Mo-148.0 ONb의 값이 500이하인 것을 특징으로 하는 염화물 공존하에서의 내고온 부식성에 뛰어난 스텐레스강이 개시되어 있다. 이 강철은 Ti, Zr, Nb, Ta의 최소한 1종을 합계로 0.1 내지 1% 포함할 수가 있다. 그러나, 이 강철은 내용접 고온 균열성의 개선에 배려가 되고 있지 않다.

따라서, 내고온염 부식성과 동시에 내용접 고온 균열성 및 열간 가공성에 뛰어난 내열용 오스테나티트계 스텐레스강이 요구되고 있다.

[문제해결에 관한 견해]

본 발명은 내열용 오스테나이트계 스텐레스강의 내고온염 부식성과 동시에 내용접 고온 균열성 및 열간 가공성을 개량하는 것을 과제로 하여, 과제 해결을 위해, 연구한 결과 내 고온 염 부식성의 개량에 대해서는 Si 및 Mo를 한정 첨가하여, 또다시 응력부식 균열 혹은 내후성(weatherability)의 점에서, Cu를 한정 첨가함으로써, 입계(grain boundaries) 침식형의 고온 부식과 냉각시의 혼식에 의한 내입계 부식성 및 고온강도, 열간 가공성에 대해서는 Nb, Ti, V를 한정 첨가함으로써, 또한 열간 가공성, 용접 고온 균열 감수성에 대해서는 B 및 REM을 한정 첨가함으로써 개량된다는 것을 알게 되었다.

[발명의 목적]

상기 목적은, C : 0.06%이하, Si : 1 내지 4%, Mn : 0.5 내지 4%, P : 0.035%이하, S : 0.005%이하, Ni : 10 내지 17%, Cr : 14 내지 20%, Mo : 1 내지 4%, Al : 0.01 내지 0.5%, N : 0.03% 이하를 기본 조성으로 하여, 이 기본 조성에 필요에 의해 Cu : 0.5 내지 2.5%를 함유시키고, 부가하여, 기본 조성 및 기본 조성에 Cu를 함유하는 강철에 Nb, Ti, V의 1종 또는 2종 이상의 함유 합계량 : 0.05 내지 0.5% 및/또는 B : 0.0005 내지 0.02%를 함유시키고, 또한 기본 조성 및 기본 조성에 Cu를 함유하는 강철, 및 이들의 강철에 Nb, Ti, V의 1종 또는 2종 이상 및/또는 B를 함유하는 강철에 REM의 1종 또는 2종 : 0.005 내지 0.1%를 함유시키고, 잔여량은 Fe 및 불가피적 불순물(unavoidable impurities)로 형성하며, 다음식에 도시하는 (1)식에서 나타내는 (Si%+Mo%)가 3이상, (2)식에서 나타내는 2.5 Si%+MO%)이 +1이하, (3)식으로 나타내는 D값이, 용접성의 점에서, REM 또는 B를 함유하는 경우는 6이상, 함유하지 아니하는 경우에는 7이상, 11이하인 내열용 오스테나이트계 스텐레스강에 의해 달성된다.

(Si%+Mo%)≥3 ……………………………………………………(1)

(2.5 Si%+Mo%)≤11 ……………………………………………(2)

D값=(Cr%+1.5 Si%+Mo%+3 Al%+2.6 Ti%+0.5 Nb%+0.5 V%)…(3)

-(Ni%+30 C%+30 N%+0.5 Mn%+2 Cu%)

앞서 언급한 일본국 특허공개 소화 63-213643의 강철의 실시예에 표시되는 강철의 윗식에 의거한 D값은 모두 4미만이다. 본 발명자들은, 이 값을 6 또는 7이상으로 하므로서, 고 Si 고 Mo강의 용접 고온 균열을 방지하는데 성공한 것이다.

본 발명 강철의 바람직한 조성은, C : 0.03 내지 0.060%이하, Si : 2 내지 3%, Mn : 0.5 내지 1%, P : 0.03%이하, S : 0.005%이하, Ni : 12 내지 16%, Cr : 16 내지 18%, Mo : 2 내지 3.2%, Al : 0.01 내지 0.03%, N : 0.03% 이하, 잔여량은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

다음에, 본 발명에 있어서 강철의 조성의 한정 이유를 하기에 설명한다.

C : 불가피한 성분이며, 강력한 오스테나이트 생성 원소이며, 본 발명의 강철과 같이 뛰어난 열간 가공성, 관 제조성이 요구되는 강철에 있어서는, 조성 발랜스 관점에서도 필요한 원소이다. 또한 고가의 Ni의 절감에도 유효하다. 또다시, C는 침입형 원소로서 고체 용융하여, 고온 강도를 향상시키는데에 유용한 원소이기도 하다. 그러나, C를 과도하게 첨가하면 위화(steel brittle)를 유발시키고, 가공성도 저하되므로, 상한은 0.06%로 한다. 한편, C의 저감은 제련시간을 길게하여, 제조 코스트를 올리므로 바람직하지 못하고, 또한, 필요한 고온 강도를 얻기 위해서도 0.03%이하로 과도하게 저감하는 것은 바람직하지 않다.

Si : 내산화성 및 내 고온 염 부식성을 개량한다는 점에서 가장 중요한 원소의 1개이며, 충분한 효과를 얻는데는 1%이상, 바람직하기는 2%를 필요로 한다. 한편, Si는 σ상의 석출을 촉진하여 인성의 저하를 초래하는 것, 또는 열간 가공성, 용접성 및 성형 가공성을 저하시키는데 상한을 4%, 바람직하기는 3%로 하였다.

Mn: 용접 고온 균열에 유해한 S를 MnS로 하여 고정하여, 용착 금속중의 S를 제거, 감소시킨다. Mn이 자나치게 낮으면 MnS는 입계에 막 형상으로 존재하여, 고온에서의 입계 강도 저하를 조장하나, Mn량이 높아지면 MnS는 구형상화되여 입계 강도 저하로의 영향이 적어진다. 여기에는 Mn량은 0.5%이상 필요하며, 또한, 4%를 초과하여도 그 효과는 같다. 따라서 0.5%이상 4%이하로 하였다. D값을 고려하면 1%이하가 바람직하다.

P : S와 같이 용접 고온 균열에 대해서 유해하므로, 가능한한 낮은편이 좋으나, 낮게 하려면 제조 코스트의 상승을 초래하므로 상한을 0.035%이하로 하였다.

S : 상술하는 바와 같이 용접 고온 균열에 대해서 유해하므로 가능한한 낮은 편이 바람직하나, 낮게 하려면 제조 코스트의 상승을 초래하므로 상한을 0.005%로 한다.

Ni : 오스테나이트계 스텐레스강의 기본적 원소의 한개이며, 용접 고온 균열 방지의 점에서 δ페라이트가 생성하는 조성으로 할 필요가 있으므로, 그 조성 발랜스를 고려하여 하한을 10%로 하였다. 상한은 조성 발랜스 및 제품원가의 점에서 17% 이하로 하였다. D값을 고려하면 12 내지 16%가 바람직하다.

Cr : 스텐레스강의 내산화성 및 내식성을 유지하기 위해 가장 기본적인 원소이다. 14% 미만에서는 고온의 부식성 환경 혹은 단순한 내고온 산화성의 점에서 충분한 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 20%를 초과하면 조성 발랜스의 조성이 곤란해지며, δ페라이트가 많아져서, 가공성의 저하를 초래하므로서 상한 20% 이하로 하였다. D값을 고려하면 16 내지 18%가 바람직하다.

Mo: 고온에서의 부식성 환경 및 내 고온 염 유해성, 고온강도에 유효한 원소이므로 적극적으로 첨가할 원소이다. 1% 미만에서는 첨가 효과가 적으므로 하한을 1% 이상으로 한다. 한편, Mo는 고가이며, 또한 σ상의 석출을 재촉하고 인성의 저하를 초래한다. 또한, 4%를 넘어서 첨가하면 열간 가공성의 저하를 초래하므로 상한을 4%로 한다. D값을 고려하면 2 내지 3.2%가 바람직하다.

Al : 내산화성의 향상에 가장 유효한 원소이며, 또한, 강철의 청정도를 높이는데 유효하므로 0.01% 이상 포함되는 것이 요망된다. 또한, Al은 강력한 페라이트 생성 원소이며, 조성 발랜스 및 인성의 점에서, 상한 0.5% 이하로 하였다. D값을 고려하면 0.01 내지 0.03%가 바람직하다.

B : 결정 입계 강도를 높여 열간 가공성이나 용접 고온 균열을 개선하는데 유효하나, 0.0005% 미만에서는 그 효과가 나타나지 않고, 또한, 함유량이 약 0.02% 초과하면 B의 화합물을 만들어 입계 강도가 역으로 저하하여 오므로 0.0005% 내지 0.02%로 한다.

Nb, Ti, V : 이들의 원소는 C, N와 결합하여 미세한 석출물을 형성하고, 내식성뿐만 아니라 고온강도, 또한 크리프강도의 개선에 효과가 있으며, 첨가량의 합계가 0.05%이상에서 명확한 첨가 효과가 얻어진다. 첨가량이 많아지면 가공성이 저하하여, 인성도 저하하므로 합계에서 0.5% 이하로 한다. 바람직하기로는 0.05 내지 0.4%이다.

REM : 용접 고온 균열에 유해한 S를 응고의 초기 과정에 있어서 고융점 화합물르소 고정하여 균열 감수성의 개량에 효과가 있다. 또한, 가열-냉각의 온도 싸이클을 받은 경우의 산화 스케일의 박리 저항을 높이는데 효과가 있다. 이들의 효과를 얻는데에는 REM의 합계량에서 0.005%이상 필요하며 역으로 REM를 다량으로 첨가하면 입계에 REM 산화물이 다량으로 석출하여, 고온에 있어서 입계강도를 저하시켜, 고온 균열 감수성의 개량 효과를 상쇄해버리므로, 상한을 0.1%이하로 한다.

Cu : 응력 부식 균열 혹은 내후성의 점에서 효과가 있으며, 그 경우 0.5% 이상을 필요로 하고, 한편, 다량으로 첨가하면 결정입계(grain boundaries)와 격리되여 열간 가공성을 현저히 잃으므로 2.5%를 상한으로 한다. D값을 고려하면 1 내지 1.3%가 바람직하다.

N : C와 같이 고온 강도를 향상시키는데 유효한 성분이 있으나, 과도하게 첨가하면 가공성이 저하하므로 0.03% 이하로 한다.

부가하여, Si와 Mo에 대해서는 상기 (1)식, (2)식에 표시한 바와 같이 합계량에서도 규제한다. 하한치의 (Si%+Mo%)≥3은 모재의 고온 염 부식성을 개량하기 때문이며, 상한치의 (2.5 Si%+Mo%)≤11는 열간 가공성, 내용접 고온 균열성 및 σ위화의 열악화 및 성형 가공성을 최소한으로 하기 때문이다. 또한, 상기 (3)식으로 나타내는 D값을 정의하여 한정한 것은, 고 Si 혹은 고 Mo를 포함하는 강철은 매우 용접 고온 균열을 일으키기 쉽게되므로 그 개량을 도모했으므로, D값은 페라이트정출의 지표치이다.

[표 1]

D값은 REM 또는 B를 함유하는 경우에는 6이상, 이 원소를 포함하지 않는 경우는 7이상이다. δ페라이트가 지나치게 많으면 열간 가공 균열을 일으켜, 제조성의 저하를 초래하므로 상한을 D값=11로 하였다.

[발명의 구체적인 개시]

다음에 본 발명을 구체적으로 설명한다. 기초 실험으로 하여 표 1에 표시하는 강철을 진공 용융하여, 열간 인장시험과 고온 염 부식 시험을 하였다. 열간 인장 시험은 강괴에서 20×20×110㎜로 잘라 1200℃에서 2시간의 열처리를 실시하여, 10㎜φ의 둥근 봉의 시험편으로 가공하였다. 고온 염 부식 시험은 강괴를 단조로 30㎜두께의 판으로 하여, 1200℃로 가열한 후, 열연(hot rolled)하여 5㎜로 하여, 이후 일반적인 냉연, 소둔으로 2㎜판을 제작하여, 25×35㎜의 시험편으로 가공하여 전체면을 #400연마하여 시험에 제공하였다. 먼저, 내 고온 염 부식성을 확인하기 위해 20℃의 포화 식염수에 제공시험재를 5분간 침지시킨 후 650℃에서 2시간 가열하여, 5분간 공기 냉각시키는 처리를 1싸이클로 하여, 이것을 10싸이클 실시하는 방법으로 고온 염 부식 시험을 하였다. 시험후 이탈스케일로 하여, 부식 감량에 의해 내 고온 염 부식성을 평가하였다.

그 결과를 표 1에 맞추어 표시한다. 이 결과에서 SUS304, SUS321의 규격강과 비교하여, 고 Si를 함유하는 SUS302B, SUSXM15J1는 부식 감량이 현저하게 저감하여, Si와 Mo를 함유하는 E33 내지 E96는 더욱 부식 감량이 현저하게 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 제1도에, 표 1에 표시하는 강철중의 D값이 7이상 11이하의 것에 대한 내 고온 염 부식성에 미치는 (Si+Mo)량의 영향을 표시한다. 이 결과에서 (Si+Mo)량을 3% 이상 함유하면 부식 감량이 현저하게 저감하고 있으며, 내 고온 염 부식성을 부여하기 위해서는 3% 이상 함유하면 부식 감량이 현저하게 저감하고 있으며, 내 고온 염 부식성을 부여하기 위해서는 3% 이상의 (Si+Mo)를 첨가하는 것이 매우 유효한 것을 알 수 있다. 일반적으로 오스테나이트계 스텐레스강의 뛰어난 내열성은 강철 표면에 형성되는 Cr₂O₃의 피막에 의해 초래되는 것이나, 이 피막은 대기 산화에 대해서는 뛰어난 보호성을 발휘하나, 본 발명 강철의 용도인 고온 염 부식 환경 아래에서는 충분한 보호 피막으로는 될 수 없고 현저하게 부식이 이루어진다. 이것에 대해서 (Si+Mo)를 3% 이상 첨가하므로서 고온 염 부식 환경 아래에서 뛰어난 보호성을 발휘하는 피막을 형성하는 것이 가능해졌다고 생각한다.

한편, Si와 Mo의 함유량이 증가해오면 열간 가공성, 용접 고온 균열 및 인성의 열악화를 초래하므로, 맹목적으로 다량을 첨가할 수는 없다. 제2도는 800 내지 1400℃에서 열간 고속 인장 시험을 하여 파단 죄임치를 구하고, 그 파단 죄임값이 0%로 되는 온도 즉, null점을 구한 것이다. 이 결과에서, null점은 Si와 Mo의 증가와 함께 저하하여, 특히 Si는 Mo의 2.5배 되므로서 대폭적인 중량은 바람직하지 못하다. 이것은 Si와 Mo의 함유량이 증가해오면 고온 가열에 의해 입계용융에 의한 응막취성이 촉진되기 때문이다. 그 때문에 열간 가공성의 점에서 Si와 Mo의 대폭적인 증량은 바랄 수 없고 (2.5 Si+Mo)에서 11% 이하가 바람직하다고 생각한다.

또한, 도면중에도 도시하는 바와 같이, B를 첨가하면 같은 레벨의 (Si+Mo)의 강철에 비해서 대폭적인 null점의 상승이 볼 수 있다. 이것은 B는 입계강도를 높이기 위한 것으로 빈약한 열간 가공재의 개량에 유효하다.

이와같은 배경에서 Si와 Mo의 첨가는 합계량으로도 규제하여, 하한은 내 고온 염 부식성의 점에서, 상한은 열간 가공성, 용접 고온 균열 및 σ위화의 점에서 규제하나 Si와 Mo량의 상한을 엄하게 규제하여도, 더욱 열간 가공성등에 문제가 있는 경우에는 B를 첨가한다. B는 입계 강도를 높이기 위해 열간 가공성의 개량에 효과적이다.

부가하여, 고온 염 부식 환경하에서는 상술한 바와 같이 모재가 부식되기 이전에 용접부가 현저히 부식되는 경우가 있다. 제4도, 제5도, 제6도는 각각 표 1에 표시하는 SUS304, SUSXM15J1 및 E57의 강철을 일반적인 열연 냉연 소둔(the ordinary hot and cold rolling and annealing)으로 0.3㎜이하의 판으로 하여 TIG 용접한 후, 5% NaCl을 포함하는 용액으로 60℃, 1시간 습윤하여, 60℃ 3일간 건조하여, 350℃에서 4시간 가열을 1싸이클로 하여 이것을 10% 싸이클 행하였을때의 용접부의 단면의 약 70배의 현미경 사진이다. SUS304에서는 용접부가 δ페라이트상에 따라 부식하여, 특히 본드부(bonds)의 부식이 현저하고, 그 때문에 본드부에 따라 파단되고 있다. Si를 함유하는 SUSXM15J1는 SUS304와 같이 본드부가 파단되기에는 이르지 아니하였으나, δ페라이트상은 상당히 선택적으로 부식되고 있다. 이들 2개의 강철에 대해서, (Si+Mo)를 함유하는 E57은 전혀 부식되지 아니한 것을 알 수 있다.

이것은 SUS304 및 SUSXM15J1에서는 매트릭스에 대해서도 δ페라이트상에 비로 되어 전기화학적으로 현저히 부식되었기 때문으로 생각된다. 이에 대해서, E57의 용접부가 부식되기 어려운 것은 내 고온 염 부식성에 효과가 있는 Si 및 Mo에 의해 δ페라이트상 그것의 내식성이 증가하고 있기 때문이다. 따라서, Si 및 Mo를 첨가하는 것은 모재뿐만 아니고 용접부의 내 고온 염 부식성의 향상에도 유효하다. Si 단독 첨가로는 이룰 수 없던 전술된 바와 같은 심한 부식 환경 아래에서의 사용에 비로서 가능케한 점에 본 발명의 하나의 큰 특징이 있다.

자동차 배기가스부재, 가열로의 부품, 열교환기의 부품 등 용접 시공되는 구조물의 용도에서는 용접 고온 균열 감수성의 높은 재료는 치명적이다. 특히 고 Si 고 Mo강은 용접 고온 균열 감수성이 높으므로 문제이다. 이 용접 고온 균열에 관해서는 응고 과정에서 생서오디는 δ페라이트상이 크게 영향을 주고 있다. 즉, 오스테나이트 단상의 강철에서는 초기 결정(initial crystals)이 오스테나이트상 뿐이므로, 그 오스테나이트상의 1차 입계에 불순물 원소가 농축되기 때문에, 그 입계 강도를 약화시켜, 고온 균열을 일으키나, 페라이트가 존재하는 경우에는 초기결정의 δ페라이트는 응고과정에서 오스테나이트로 변태하여, 그때에 입계 이동을 수반하므로, 오스테나이트단상의 강철보다도 오스테나이트 입계의 불순물 원소가 적기 때문에 용접 고온균열이 개량된다고 하고 있다. 본 발명자들은 이 δ페라이트를 이용하여 표 2에 표시하는 강철을 써서 용접 고온 균열 시험에 의해 균열 감수성을 상세히 검토하여 제3도에 도시하는 결과를 얻었다. 표 2에 표시하는 강철은 진공 용융제로서 강괴로 하여, 단조로 30㎜ 두께의 슬랙(slab)으로하여, 1200℃에 가열한 후, 열연으로 5㎜두께의 판으로 하고, 이후 일반적인 냉연 소둔으로 1.5㎜의 판을 제작하여 40×200㎜의 시험편으로 가공하였다.

용접 고온 균열 시험은 시험편의 양단부를 처크(chuck)하여 길이 방향으로 인장 하중을 가한 상태에서 TIG용접을 하였다. 이 방법에서 각종의 인장하중을 가해서 행한 용접 샘플을 5 내지 10장 제작하였다. 용접후, 시험 전에 스크래치시킨 표식선의 위치에서 휘임량을 측정하여, 응고하는때에 발생한 용접부의 비틀림의 유무를 관찰하고, 용접 균열을 일으킨 최소 균열량을 임계 비틀림으로 하여, 그 임계 비틀림량과 δ페라이트량의 지표인 D값과의 관계를 제3도에 도시하였다. 이 결과에서 고 Si, 고 Mo를 함유하는 강철에 있어서도 용접 비드에 적당량의 페라이트가 존재하면 고온 균열이 일어나기 어렵고 D값이 7 이상 11이하의 범위내에서 개량되는 일이 명백해졌다. 또한, 도면중에 도시하는 바와 같이, 전술된 기본 성분에 다시 B첨가 및 REM첨가하면 균열 감수성이 둔해져, 같은 D값의 강철에 비해서 개선 효과가 인정되고, 이 경우에는 D값=6 내지 11의 범위가 가장 적합한 것으로 생각한다.

이상, 내 고온 염 부식성, 열간 가공성, 내 용접 고온 균열성의 점에서 검토하여 고 Si 고 Mo함유의 내열용 오스테나이트계 스텐레스강의 제공이 가능해진 것이다.

[표 2]

[실시예]

다음에, 본 발명을 실시예를 통해서 설명하면 다음과 같다. 표 3에 나타나는 조성으로된 강철을 용제하여, 전술된 바와 같은 시료로 조제하였다. 합쳐서 표 3에 고온 염 유해 부식 시험에 의해 얻어진 부식감량, 용접 고온 균열 시험에 의해 구해진 임계 균열, 열간 인장 시험에 의해 구한 null점 측정 결과를 표시한다. 이들의 시험에 사용한 시료의 제법 및 시험 방법은 상기 제1도, 제2도 및 제3도와 관련하여 설명한 것과 꼭같은 방법으로 하였다. 이 표에서, 한정된 조성에 맞지 않는 비교강의 E74는 Si가 낮고 Mo를 함유하지 않기 때문에 부식 감량이 많다. E75는 Mo를 함유하지 않기 때문에 부식 감량이 많다. E75는 Mo를 함유하지 않기 때문에 부식 감량이 많고, Si량이 많기 때문에 null점이 낮고, 또한, D값을 8.8로 하여 용접부의 δ페라이트가 적당량으로 되도록 조성 발랜스를 조정하고 있으나 Si량이 많기 때문에 임계 균열이 매우 낮다. E76은 Si 및 Mo량이 많으므로 역시 null점이 낮고, 임계 비틀림은 매우 낮다. F6은 본 발명강의 범위내의 성분이나, D값이 4.5와 매우 낮고 본 발명의 범위보다 벗어나므로 임계 비틀림이 극단적으로 낮다. E77도 본 발명의 강철의 범위내의 성분이나, D값이 지나치게 높으므로 델타 페라이트에 따라 부식되므로 부식 감량이 많다. 또한, 기존강철의 SUS304는 부식 감량이 많고, Si를 함유하는 SUS302B 및 SUSXM15J1는 SUS304보다도 부식 감량은 적으나, 본 발명 강과 같은 Mo를 함유하고 있지 아니하므로, 본 발명 강에 비해 부식 감량은 많다.

이들에 대해서, 본 발명강에서 F1 및 E57은 내 고온 염 유해 부식성에 효과적인 Si 및 Mo를 함유하고 있기 때문에 부식 감량이 적고, 또한 조성 발랜스인 D값을 8.5로 조정하고 있으므로 임계 비틀림이 높고, null점도 높다. E60은 내 고온 염 유해 부식성에 유효한 Si, Mo를 함유하여, 또다시 내응력 부식 비틀림에 유효한 Cu를 함유하는 강철로, F1 및 E57과 같이 부식 감량이 적고, 임계 비틀림 및 null점이 높다. E61 내지 E66 및 F9는 전술된 바와 같이 Si, Mo를 함유하기 위해 부식 감량이 적다. 또한, 이들의 강철중, E61은 흡사 크리프 강도의 개선에 유효한 Nb, Ti를, E62는 동일한 사고방식으로 V를, E64는 Cu, Nb, V를 함유하는 강철로, D값을 6.2 내지 8.5로 용접 고온 균열을 일으키기 힘든 범위로 조성 조정하고 있으므로, 어느것이나 임계 비틀림은 높다. F9, E63, E65 및 E66 은 Cu 혹은 Nb, Ti 혹은 V외에 또다시 열간 가공성의 개선에 유효한 B를 함유하기 위해 null점이 높다.

F10 및 E67 내지 E73은 상기와 동일한 내 고온 염 부식성에 유효한 Si, Mo를 함유하기 때문에 부식 감량이 적고, 또한, 내용접 고온 균열 개선에 유효한 REM을 함유하므로, 조성 발랜스인 D값이 비교적 낮은데도 불구하고 임계 비틀림이 높다. 이들 강절중, 또다시 E67은 Cu를, E68은 Nb를, E71은 Cu와 Nb를 함유하나, null점은 높다. E69, E70, E72 및 E73은 이들의 REM 혹은 Nb외에, 또다시 B를 함유하고 있으므로 null점은 높다. 이상으로 기술해온 본 발명의 강은 내 고온 염 부식성과 동시에 내 용접 고온 균열성 및 열간 가공성의 어느 특성도 뛰어난 것임을 알 수 있다.

[표 3]

[발명의 효과]

본 발명에 의해, 강철의 조성을 한정하므로서 뛰어난 내 고온 염 부식성을 가지고, 동시에 뛰어난 내 용접 고온 균열성 및 열간 가공성을 갖는 내열용 오스테나이트계 스텐레스강을 얻으므로서, 종래 기술의 문제를 극복하였고, 뛰어난 내열용 오스테나이트계 스텐레스강재를 제공할 수 있게 되었다.

Claims

C : 0.06%이하, Si : 1 내지 4%, Mn : 0.5 내지 4%, P : 0.035%이하, S : 0.005%이하, Ni : 10 내지 17%, Cr : 14 내지 20%, Mo : 1 내지 4%, Al : 0.01 내지 0.5%, N : 0.035% 이하, 한개 이상의 Nb, Ti 및 V : 전체중에서 0 내지 0.5%, Cu : 0 내지 2.5%, 한개이상의 REM : 0 내지 0.1%, B : 0 내지 0.02%를 함유하며, 발랜스는 Fe 및 불가피적 불순물인데, 여기서 Si 및 Mo의 함유 합계량은 다음식 즉,

(Si%+Mo%)≥3% ……………………………………………………(1)

(2.5 Si%+Mo%)0≤11% ……………………………………………(2)

D값=(Cr%+1.5 Si%+Mo%+3 Al%+2.6 Ti%+0.5 Nb%+0.5 V%)…(3)

-(Ni%+30 C%+30 N%+2 Cu%+0.5 Mn%)

을 만족하며, 이때 철의 B내용물은 적어도 0.0005%이거나, 또는 철의 REM내용물은 적어도 0.005%이거나, 또는 다르게 D값이 7 내지 11이고, 상기 강철은 용접부의 내 염 유해 부식성 및 열간 가공성에 뛰어난 것을 특징으로 내열용 오스테나이트계 스텐레스강.
제1항에 있어서, 상기 강철의 Cu내용물은 0.5 내지 2.5%인 것을 특징으로 하는 내열용 오스테나이트계 스텐레스강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강철은 전체중에 0 내지 0.5%량으로 한개 이상의 Nb, Ti 및 V를 함유하는 것을 특징으로 하는 내열용 오스테나이트계 스텐레스강.