JP3768091B2

JP3768091B2 - High strength and high corrosion resistance martensitic stainless steel and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3768091B2
Application number: JP2000350000A
Authority: JP
Inventors: 載榮鄭
Original assignee: 浦項産業科学研究院長
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2002167651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステンレス合金に係り、より詳しくは、ボイラーフィードポンプ（Boiler feed pump）用インペラ及びシャフトまたはナイフなどのように強度及び耐食性を同時に要求する部品に適用される高強度及び高耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ステンレス鋼は主成分によってクロム系とクロム−ニッケル系に大別され、金属組織上ではマルテンサイト（Martensite）系、オーステナイト（Austenite）系、フェライト（Ferrite）系、デュプレックス（Duplex）系と析出硬化（Precipitation hardening）系などに区分され、ここにスーパーステンレス鋼がさらに加わる。
【０００３】
このように区分されるステンレス鋼は耐酸化性及び耐腐食性が優れているため、このような特性が要求される産業用設備構造物及びその部品を製造することに基本素材として広く使用されている。
【０００４】
このようなステンレス鋼のうち、特にマルテンサイト系である４１０系または４２０系ステンレス鋼は強度が非常に優れているとともに、ある程度の耐食性を有しているため、摩耗を誘発する粒子を含有する流体移送用パイプラインまたは速い回転によって強い遠心力を受けるポンプ用インペラの材料として多く利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近の発電所設備は燃料効率を向上させるためにボイラータービンの入口の温度を増加させる傾向があり、また、ボイラータービン用ポンプの場合にも回転速度がより一層増加していて次第に使用環境が苛酷化している。
【０００６】
特に、ボイラーフィードポンプに使用される部品の場合、砂や石炭のような微細な固体粒子または酸化スケールのような摩耗粒子が含まれている流体を移送しなければならないので高い耐摩耗性を備えなければならず、さらに、移送される流体の種類によって必要な耐腐食性を備えなければならない。
【０００７】
しかし、既存のボイラーフィードポンプに使用される部品を製作する時に適用される一般４１０系あるいは４２０Ｊ系マルテンサイトステンレス鋼は、強度は非常に優れているが耐食性が劣るという問題点がある。
【０００８】
これは、マルテンサイト系ステンレス鋼の場合、比較的高い炭素量と１２〜１８％のクロムを含有しているため、熱処理によってマルテンサイト組織を有するようになるので相当水準の高強度を得ることができる反面、高い炭素含量のため結晶粒界にクロム炭化物が析出し粒界周囲のクロム欠乏層が容易に形成されることにより耐腐食性が相対的に低くなるからである。
【０００９】
ボイラーフィードポンプのように高強度及び高耐食性が同時に要求される部品を製作する時に使用される他の材料としては、アヴェスタシェフィールド（Avesta Sheffield）社で開発したスーパーマルテンサイト系２４８ＳＶ合金がある。
【００１０】
この合金は炭素の含量を減少させることによって炭化物偏在による腐食を抑制し、クロムの含量を増加させることによって耐食性をより向上させようとしたものである。しかし、この合金は高強度のマルテンサイト組織を得ることが難しいため、オーステナイト安定化元素としてニッケルを多量添加することによって強度が多少増加するが、高強度ではなく、むしろ耐食性をより向上させたものである。
【００１１】
一方、日本国特許ＪＰ−６１０３０６６５号には、海水による腐食と流体による腐食を改善するためのステンレス鋼が開示されている。しかし、この合金はコバルトが３．５〜７．０％含まれているため非常に高価であり、炭素含有量が０．０８％以上で高いため耐腐食性が多少低いという短所がある。
【００１２】
以上のようにボイラーフィードポンプのような高い耐摩耗性と耐腐食性が要求される部品に使用される従来のステンレス鋼は強度と耐食性のうちのいずれか１つの特性のみを満たすだけであり、ボイラーフィードポンプなどの使用環境に適した２種類の特性を全て備えたステンレス鋼は開発されていない。
【００１３】
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、その目的は、ボイラーフィードポンプ用インペラ及びシャフトなどの部品製造に使用される耐摩耗性及び耐腐食性を備えた高強度及び高耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、炭素（Ｃ）：０．０６重量％以下、シリコン（Ｓｉ）：２．５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）：２．５重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：１．０〜６．０重量％、クロム（Ｃｒ）：１０．０〜１９．０重量％、タングステン（Ｗ）：０．５〜６．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：３．５重量％、ニオブ（Ｎｂ）：０．８重量％以下、バナジウム（Ｖ）：０．８重量％以下、銅（Ｃｕ）：３．０重量％以下、窒素（Ｎ）：０．１１〜０．２５重量％を含み残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなる高強度及び高耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼を提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、炭素：０．０３５重量％以下、シリコン：２．０重量％以下、マンガン：２．０重量％以下、ニッケル：１．５〜４．５重量％、クロム１２．０〜１６．０重量％、タングステン：０．５〜４．５重量％、モリブデン：２．５重量％以下、ニオブ：０．３重量％以下、バナジウム：０．３重量％以下、銅：２．０重量％以下、窒素：０．１１〜０．２５重量％を含み残りは鉄と不可避な不純物からなる高強度及び高耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼を提供する。
【００１６】
また、本発明は前記の組成を有するステンレス鋼に結晶粒界腐食敏感性をより抑制するためにチタニウム（Ｔｉ）０．８重量％以下またはタンタル（Ｔａ）１．０重量％以下をそれぞれまたは共に添加した高強度及び高耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼を提供する。
【００１７】
このような組成を有する本発明の合金は、鋳造した状態で８００〜１１５０℃の温度範囲で均質化処理し、均質化処理された製品を３５０〜５７５℃の温度範囲でテンパリング処理してボイラーフィードポンプ用インペラ及びシャフトなどの部品を製造する。ここで、均質化処理またはテンパリング処理は二つの熱処理を順次に全て行うこともでき、いずれか一つの熱処理のみを選択的に行うこともできる。
【００１８】
そして、本発明の組成を有する合金を鋳造した後、合金組織が加工硬化を起こす程度に機械加工する場合には、まず、８００〜１１５０℃の温度範囲で均質化処理し、このように均質化処理された製品を３５０〜５７５℃でテンパリングして必要とする製品を製造する。ここで、このような均質化処理またはテンパリング処理は二つを順次に全て行うこともでき、いずれか一つの熱処理のみを選択的に行うこともできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
本発明の組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼は海水設備または化学、発電所用設備部品など高強度及び高耐食性が同時に要求される部品を製造する時に主に使用することができる。このようなステンレス鋼は鍛造または鋳造された状態そのままで使用したりこれを機械的に加工して使用することができる。以下、本発明の構成成分の限定理由についてそれぞれ説明する。
【００２１】
まず、炭素はクロム、モリブデン、タングステン、ニオブ及びバナジウムなどのような炭化物形成元素と結合して高硬度の炭化物を形成し、このような炭化物はステンレス鋼の強度を増加させる。特に、炭素はマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）を低くするが、硬化能を向上させる役割を果たす。炭素は一般マルテンサイト系４１０系合金のように０．１５重量％程度に多く添加されると結晶粒界に粗大なクロム炭化物を容易に析出させ耐腐食性を減少させるので、本発明ではその含量を０．０６重量％以下に添加する。本発明で炭素添加効果が最も良い範囲は０．０３５重量％以下である。
【００２２】
シリコンは主に基地金属に残留元素として含まれたり鋳造品製造時に流動性を増加させるために添加されるが、２．５重量％以上になれば機械的特性を大きく減退させるので前記範囲以下で添加しなければならない。シリコンの添加による流動性増加効果は２．０重量％以下に添加する場合が最も大きい。
【００２３】
マンガンはシリコンと同様に基地金属に残留元素として含まれるが、２．５重量％を超過すると延性のような機械的特性を低下させる。このようなマンガンの添加量は２．０重量％以下が好ましい。
【００２４】
ニッケルはオーステナイトを形成させる元素である。また、本発明によるステンレス鋼は炭素の含量が０．０６重量％以下で一般４１０系合金に比べて低い。このような点を考慮すれば、ニッケルの添加量は少なくとも１．０重量％以上が必要である。しかし、その添加量が６．０重量％以上になればマルテンサイト変態開始温度及び共析変態温度（Ａｃ１）を大幅低下させるだけでなく、過時効（over aging）を促進して焼入抵抗性を低下させることがある。従って、ニッケルの添加量は１．０乃至６．０重量％とする。しかし、均一なマルテンサイト組織を形成させ強度の増加を図るために添加されるニッケルの含量は１．５〜４．５重量％であるのが最も好ましい。
【００２５】
クロムは高温酸化及び腐食を効果的に防止して耐食性を向上させるのに不可避な元素である。しかし、クロム含有量が１０重量％以下になれば耐腐食性を維持することが難しく、１９．０重量％以上になればデルタ−フェライト（δ-Ferrite）を安定化させて強度特性を低下させる。本発明で好ましいクロムの添加量は１２．０〜１６．０重量％の範囲である。
【００２６】
タングステンは炭素と結合してＭ₂Ｃ（ここでＭは金属元素）のような炭化物を形成させて高温強度及びテンパリング抵抗性を向上させる。特に、耐腐食性合金であるステンレス鋼において、タングステンの添加は与えられた酸度（ｐＨ）で臨界孔食（pitting）抵抗性を改善する。しかし、タングステンの添加量が０．５重量％以下になればその効果が小さく、６．０重量％以上になればその効果が飽和するだけでなく多量のフェライト形成が容易になることにより強度が低下する問題点がある。また、６．０重量％以上添加される場合、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）を大幅に低くすることによってマルテンサイト組織を得ることが難しくなる。本発明でタングステン添加効果が最も良い範囲は０．５〜４．５重量％である。
【００２７】
モリブデンはタングステンと複合添加することによって強度を向上させると共に孔食抵抗性をさらに改善することができる。このようなモリブデン添加効果は３．５重量％以下で期待することができ、２．５重量％以下が最も好ましい。
【００２８】
ニオブとバナジウムはそれぞれＮｂＣとＶ₄Ｃ₃などのような炭化物を形成して高温強度を向上させることに必要な元素である。しかし、それぞれ０．８重量％以上添加すると靭性及び軟性が減少するので、０．８重量％以上添加しないのが良い。ニオブとバナジウムの好ましい添加量はそれぞれ０．３重量％以下である。
【００２９】
銅は高温水蒸気に対する耐食性と焼入性を向上させて組織の微細化に寄与し、銅複合物を析出させて強度を増加させることができる。しかし、その添加量が３．０重量％以上になれば鋳塊で凝固偏析などを誘発して材料を脆化させる。銅の添加量は２．０重量％以下が最も好ましい。
【００３０】
本発明における特徴のうちの一つは、従来のステンレス鋼とは異なり炭素添加量を減少させ窒素を添加したことである。本発明によるステンレス鋼において窒素はデルタ−フェライトを減少させオーステナイトを安定化させる役割を果たす。また、窒素は合金鋼内でＭ₂₃Ｃ₆のような粗大な炭化物への遷移を遅延させてクロム欠乏による耐腐食性をより向上させることができる。しかし、窒素は上記の効果を得るためには少なくとも０．１１重量％以上添加しなければならず、その添加量が０．２５重量％以上になればマルテンサイト変態開始温度を低くしステンレス鋼の靭性を低下させる。このような窒素の添加量は０．１１〜０．２０重量％の範囲内であるのが好ましい。
【００３１】
本発明の組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼は多様な鋳造法によって鋳造した状態で直接使用することができる。また、鋳造されたインゴット（ingot）を使用して鍛造、圧延または押出しなどのような加工法で機械加工して板材や棒材などとして製造され得る。
【００３２】
また、本発明の組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼は一般炭素鋼の表面に高機能素材を育成する育成熔接用ワイヤーとしても使用され得る。
【００３３】
本発明の組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を鋳造品として製造したり、製造して加工硬化が発生しない範囲内で最小限の機械的加工のみで製品を製造する場合、８００〜１１５０℃の温度範囲で均質化処理して鋳造組織内の鋳造偏析を除去し鋳造組織を改善する。また、このように均質化処理された鋳造製品は選択的に３５０〜５７５℃の温度範囲でテンパリングすることによって最終製品に必要な強度を付与することができる。
【００３４】
また、鋳造された本発明の組成を有する合金を鍛造、圧延または押出しなどのような加工法で加工硬化が発生する程度に機械的加工する場合には、加工方法に関係なしに８００〜１１５０℃の温度で均質化処理した後に３５０〜５７５℃でテンパリングする時、製品の機械的特性が大幅改善される。
【００３５】
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものにすぎず、本発明が下記の実施例に限定されるのではない。
【００３６】
実施例１
下記の表１のような組成を有する原料を真空溶解炉に装入して溶融した後、１５０×１５０×３００ｍｍのサイズのマルテンサイト系ステンレス鋼インゴットを鋳造した。
【表１】

【００３７】
鋳造されたインゴットを７５×７５×１５０ｍｍのサイズに切断した。次いで、切断されたインゴットを熱処理炉に入れて１１００℃で２時間均質化処理して試片を制作した。
【００３８】
実施例によって製造された試片の機械的特性はビッカース硬度計で硬度を測定し、万能試験器（Universal Testing Machine）で降伏強度と延伸率を測定し、腐食特性は臨界孔食温度を測定して評価した。
【００３９】
一方、製造された試片の腐食試験は１０％ＦｅＣｌ₃．６Ｈ₂Ｏ溶液を使用してＡＳＴＭＧ４８Ａ基準によって氷水を用いて０℃から１０℃間隔で臨界孔食温度を測定した。また、腐食速度の測定は１０％ＦｅＣｌ₃．６Ｈ₂Ｏ溶液を使用してＡＳＴＭＧ４６Ａ基準によって測定した。
【００４０】
本発明の実施例によって製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼の硬度と引張特性、腐食特性を表２に示した。
【表２】

【００４１】
表２に示されているように、本発明の実施例によって製造されたステンレス鋼は比較例に比べて硬度及び降伏強度が同等であったり３０％まで増加する優れた機械的特性を有しており、延伸率も比較例とほぼ同等な水準を維持している。
【００４２】
また、腐食特性は比較例の場合は全て０℃以下で臨界孔食温度が形成される反面、実施例によって製造されたステンレス鋼は全て１０〜３０℃以下で臨界孔食が発生するので比較例に比べて非常に優れた耐腐食性を有していることが分かる。
【００４３】
本発明の実施例によって製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼の腐食速度を表３に示した。
【表３】

【００４４】
表３に示されているように、製造されたステンレス鋼は炭素含量が増加するほど腐食速度が増加することが分かる。したがって、本発明の実施例のように炭素含量が少ない場合、腐食速度を大幅に減少させることができる。
【００４５】
本発明の実施例によって製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼の熱処理による腐食速度を表４に示した。
【表４】

【００４６】
表４に示されているように、鋳造状態の試片は均質化熱処理を行った試片より腐食速度が約７倍程度速いことが分かる。従って、均質化熱処理を行うことによって製造されたステンレス鋼の耐食性を大幅に向上させることができる。
【００４７】
次に、製造された試片のテンパリング熱処理による機械的特性の変化を実験するために前記均質化処理された試片を３５０〜７５０℃の温度範囲でそれぞれ２時間テンパリング処理し降伏強度と延伸率を測定した。
【００４８】
図１は均質化処理した後にテンパリング処理した実施例６の試片に対して加熱温度によって降伏強度（Yield stress）を測定したグラフである。図１に示されているように、約３５０〜５７５℃範囲で最も高い強度を維持することが分かる。このような降伏強度パターンは他の実施例によって製造された試片でも同一であったりまたは類似しているように示される。
【００４９】
図２は製造された実施例６の試片に対して熱処理による延伸率（Elongation）変化を示したグラフである。図２に示されているように、均質化またはテンパリングした試片の場合、鋳造状態の試片より延伸率が大幅上昇したことが分かる。このような延伸率変化パターンは他の実施例によって製造された試片でも同一であったりまたは類似しているように示される。
【００５０】
本発明の単純な変形乃至変更はこの分野における通常の知識を有する者によって容易に実施されることができ、このような変形あるいは変更は全て本発明の領域に含まれるものと見なすことができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼は一般４１０系または４２０Ｊ系ステンレス鋼より機械的特性が少なくとも同等であったりまたは向上しており、耐腐食性も非常に優れているので化学、発電所及び海水露出設備に使用される各種部品に使用することができ、これら部品の耐腐食性及び耐磨耗性を増加させて寿命を向上させることができる非常に経済的な素材を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による試片の熱処理による降伏強度の変化を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例による試片の熱処理による延伸率の変化を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stainless steel alloy, and more particularly, a high strength and high corrosion resistance martensite applied to parts that simultaneously require strength and corrosion resistance, such as an impeller for a boiler feed pump and a shaft or knife. The present invention relates to a stainless steel and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, stainless steel is roughly classified into chromium and chromium-nickel based on the main component, and on the metal structure, it is precipitated as martensite, austenite, ferrite, and duplex. It is classified into the hardening (Precipitation hardening) system, and super stainless steel is added here.
[0003]
Stainless steel classified in this way is excellent in oxidation resistance and corrosion resistance. Therefore, it is widely used as a basic material for manufacturing industrial equipment structures and parts that require such characteristics. Yes.
[0004]
Among such stainless steels, particularly, the martensitic 410 series or 420 series stainless steel is very excellent in strength and has a certain degree of corrosion resistance. Therefore, the fluid contains particles that induce wear. It is widely used as a material for a transfer pipeline or a pump impeller that receives a strong centrifugal force due to fast rotation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, recent power plant facilities tend to increase the temperature at the inlet of the boiler turbine in order to improve fuel efficiency, and in the case of pumps for boiler turbines, the rotational speed is further increasing and the usage environment gradually increases. Is getting worse.
[0006]
In particular, parts used in boiler feed pumps have high wear resistance because they must transport fluids containing fine solid particles such as sand and coal or wear particles such as oxide scale. In addition, it must have the necessary corrosion resistance depending on the type of fluid being transferred.
[0007]
However, the general 410 series or 420J series martensitic stainless steel, which is applied when manufacturing parts used in existing boiler feed pumps, has a problem that the strength is very good but the corrosion resistance is poor.
[0008]
This is because martensitic stainless steel contains a relatively high carbon content and 12 to 18% chromium, so that it has a martensite structure by heat treatment, so that a considerable level of high strength can be obtained. On the other hand, because of the high carbon content, chromium carbide precipitates at the crystal grain boundaries, and a chromium-deficient layer around the grain boundaries is easily formed, resulting in relatively low corrosion resistance.
[0009]
Another material used when manufacturing parts that require high strength and high corrosion resistance at the same time, such as a boiler feed pump, is a super martensitic 248SV alloy developed by Avesta Sheffield.
[0010]
This alloy is intended to suppress corrosion due to uneven distribution of carbides by reducing the carbon content and to further improve the corrosion resistance by increasing the chromium content. However, since it is difficult to obtain a high-strength martensite structure in this alloy, the strength increases somewhat by adding a large amount of nickel as an austenite stabilizing element, but it is not high-strength, but rather improved corrosion resistance. It is.
[0011]
On the other hand, Japanese Patent JP-61030665 discloses stainless steel for improving corrosion caused by seawater and fluid. However, this alloy is very expensive because it contains 3.5 to 7.0% of cobalt, and has a disadvantage that its corrosion resistance is somewhat low because of its high carbon content of 0.08% or more.
[0012]
As described above, conventional stainless steel used for parts that require high wear resistance and corrosion resistance such as boiler feed pumps only satisfies one of the characteristics of strength and corrosion resistance. No stainless steel has been developed that has all of the two characteristics suitable for the environment of use such as boiler feed pumps.
[0013]
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide high strength and high corrosion resistance with wear resistance and corrosion resistance used in the manufacture of components such as impellers and shafts for boiler feed pumps. martensitic stainless steel and to provide a manufacturing method thereof.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides carbon (C): 0.06 wt% or less, silicon (Si): 2.5 wt% or less, manganese (Mn): 2.5 wt% or less, nickel (Ni ): 1.0 to 6.0 wt%, chromium (Cr): 10.0 to 19.0 wt%, tungsten (W): 0.5 to 6.0 wt%, molybdenum (Mo): 3.5 Wt%, niobium (Nb): 0.8 wt% or less, vanadium (V): 0.8 wt% or less, copper (Cu): 3.0 wt% or less, nitrogen (N): 0.11-0. A high-strength and high corrosion-resistant martensitic stainless steel comprising 25 % by weight and the remainder comprising iron (Fe) and inevitable impurities is provided.
[0015]
Furthermore, the present invention provides carbon: 0.035% by weight or less, silicon: 2.0% by weight or less, manganese: 2.0% by weight or less, nickel: 1.5-4.5% by weight, chromium 12.0- 16.0 wt%, tungsten: 0.5-4.5 wt%, molybdenum: 2.5 wt% or less, niobium: 0.3 wt% or less, vanadium: 0.3 wt% or less, copper: 2.0 A high-strength and high corrosion-resistant martensitic stainless steel comprising not more than% by weight, nitrogen: 0.11 to 0.25 % by weight, and the remainder comprising iron and inevitable impurities is provided.
[0016]
Further, in the present invention, in order to further suppress the intergranular corrosion sensitivity to the stainless steel having the above composition, 0.8% by weight or less of titanium (Ti) or 1.0% by weight or less of tantalum (Ta) is used respectively or together. A high strength and high corrosion resistance martensitic stainless steel is provided.
[0017]
The alloy of the present invention having such a composition is homogenized in a temperature range of 800 to 1150 ° C. in a cast state, and the homogenized product is tempered in a temperature range of 350 to 575 ° C. to obtain a boiler feed. Manufacture parts such as pump impellers and shafts. Here, the homogenization treatment or the tempering treatment can be performed by sequentially performing two heat treatments, or only one of the heat treatments can be selectively performed.
[0018]
Then, after casting the alloy having the composition of the present invention, when machining to such an extent that the alloy structure undergoes work hardening, first, homogenization treatment is performed in a temperature range of 800 to 1150 ° C. The treated product is tempered at 350-575 ° C. to produce the required product. Here, the homogenization process or the tempering process can be performed in sequence, or only one of the heat treatments can be selectively performed.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0020]
The martensitic stainless steel having the composition of the present invention can be used mainly when manufacturing parts that require high strength and high corrosion resistance at the same time, such as seawater equipment or chemical and power plant equipment parts. Such stainless steel can be used as it is forged or cast, or can be used by mechanically processing it. Hereinafter, the reasons for limiting the constituent components of the present invention will be described.
[0021]
First, carbon combines with carbide-forming elements such as chromium, molybdenum, tungsten, niobium and vanadium to form hard carbides, which increase the strength of stainless steel. In particular, carbon lowers the martensite transformation start temperature (Ms), but plays a role of improving the curability. When carbon is added in a large amount of about 0.15% by weight as in a general martensitic 410 series alloy, coarse chromium carbides are easily precipitated at the grain boundaries and the corrosion resistance is reduced. Is added to 0.06% by weight or less. In the present invention, the range with the best carbon addition effect is 0.035% by weight or less.
[0022]
Silicon is mainly added to the base metal as a residual element or added to increase fluidity during the production of castings. However, if it exceeds 2.5% by weight, the mechanical properties are greatly reduced. Must be added. The effect of increasing fluidity due to the addition of silicon is greatest when added to 2.0% by weight or less.
[0023]
Manganese is contained as a residual element in the base metal like silicon, but when it exceeds 2.5% by weight, mechanical properties such as ductility are deteriorated. The amount of manganese added is preferably 2.0% by weight or less.
[0024]
Nickel is an element that forms austenite. Further, the stainless steel according to the present invention has a carbon content of 0.06% by weight or less, which is lower than that of a general 410 series alloy. Considering these points, the amount of nickel added must be at least 1.0% by weight. However, if the added amount is 6.0% by weight or more, not only the martensite transformation start temperature and the eutectoid transformation temperature (Ac1) are greatly reduced, but also overaging is promoted to increase the quenching resistance. May be reduced. Therefore, the addition amount of nickel is set to 1.0 to 6.0% by weight. However, the content of nickel added to form a uniform martensite structure and increase the strength is most preferably 1.5 to 4.5% by weight.
[0025]
Chromium is an inevitable element for effectively preventing high-temperature oxidation and corrosion and improving corrosion resistance. However, if the chromium content is 10% by weight or less, it is difficult to maintain corrosion resistance. If the chromium content is 19.0% by weight or more, delta-ferrite is stabilized and the strength characteristics are lowered. . The addition amount of chromium preferable in the present invention is in the range of 12.0 to 16.0% by weight.
[0026]
Tungsten combines with carbon to form carbides such as M ₂ C (where M is a metal element) to improve high temperature strength and tempering resistance. In particular, in stainless steel, a corrosion resistant alloy, the addition of tungsten improves the critical pitting resistance at a given acidity (pH). However, if the added amount of tungsten is 0.5% by weight or less, the effect is small, and if it is 6.0% by weight or more, the effect is not only saturated but also a large amount of ferrite can be easily formed. There is a problem that decreases. Moreover, when 6.0 weight% or more is added, it becomes difficult to obtain a martensite structure | tissue by making a martensite transformation start temperature (Ms) low significantly. In the present invention, the best range of tungsten addition effect is 0.5 to 4.5% by weight.
[0027]
When molybdenum is added in combination with tungsten, the strength can be improved and the pitting resistance can be further improved. Such a molybdenum addition effect can be expected at 3.5% by weight or less, and 2.5% by weight or less is most preferable.
[0028]
Niobium and vanadium are elements necessary for improving the high-temperature strength by forming carbides such as NbC and V ₄ C ₃ , respectively. However, when 0.8% by weight or more is added, toughness and softness are reduced. Therefore, it is preferable not to add 0.8% by weight or more. The preferred addition amounts of niobium and vanadium are each 0.3% by weight or less.
[0029]
Copper improves the corrosion resistance and hardenability against high-temperature steam and contributes to the refinement of the structure, and can increase the strength by precipitating a copper composite. However, if the added amount is 3.0% by weight or more, solidification segregation or the like is induced in the ingot and the material is embrittled. The amount of copper added is most preferably 2.0% by weight or less.
[0030]
One of the features of the present invention is that, unlike conventional stainless steel, the amount of carbon added is reduced and nitrogen is added. In the stainless steel according to the invention, nitrogen serves to reduce delta-ferrite and stabilize austenite. Further, nitrogen can delay the transition to a coarse carbide such as M ₂₃ C ₆ in the alloy steel, thereby further improving the corrosion resistance due to chromium deficiency. However, nitrogen must be added at least 0.11 % by weight or more in order to obtain the above effect, and when the addition amount is 0.25% by weight or more, the martensitic transformation start temperature is lowered and the stainless steel Reduce toughness. The amount of nitrogen added is preferably in the range of 0.11 to 0.20% by weight.
[0031]
The martensitic stainless steel having the composition of the present invention can be used directly in a state of being cast by various casting methods. Moreover, it can manufacture as a board | plate material, a bar, etc. by machining with a processing method like forging, rolling, or extrusion using a cast ingot.
[0032]
The martensitic stainless steel having the composition of the present invention can also be used as a growth welding wire for growing a high-performance material on the surface of general carbon steel.
[0033]
When manufacturing a martensitic stainless steel having the composition of the present invention as a cast product, or manufacturing a product only with a minimum of mechanical processing within a range in which work hardening does not occur, a temperature of 800 to 1150 ° C. Homogenization treatment is performed in a range to remove cast segregation in the cast structure and improve the cast structure. Further, the cast product that has been homogenized in this way can be given the necessary strength to the final product by selectively tempering in the temperature range of 350 to 575 ° C.
[0034]
In addition, when the cast alloy having the composition of the present invention is mechanically processed to such an extent that work hardening occurs in a processing method such as forging, rolling, or extrusion, 800 to 1150 ° C. regardless of the processing method. When tempering at 350-575 ° C. after homogenization at a temperature of 5 ° C., the mechanical properties of the product are greatly improved.
[0035]
Hereinafter, preferred embodiments will be presented for understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
[0036]
Example 1
A raw material having the composition shown in Table 1 below was charged in a vacuum melting furnace and melted, and then a martensitic stainless steel ingot having a size of 150 × 150 × 300 mm was cast.
[Table 1]

[0037]
The cast ingot was cut into a size of 75 × 75 × 150 mm. Next, the cut ingot was placed in a heat treatment furnace and homogenized at 1100 ° C. for 2 hours to produce a specimen.
[0038]
The mechanical properties of the specimens manufactured according to the examples are measured with a Vickers hardness tester, the yield strength and stretch ratio are measured with a universal testing machine, and the corrosion properties are measured with a critical pitting temperature. And evaluated.
[0039]
On the other hand, the corrosion test of the manufactured specimen is 10% FeCl ₃ . The critical pitting temperature was measured at 0 ° C. to 10 ° C. intervals with ice water using 6H ₂ O solution according to ASTM G48A standards. Further, the corrosion rate is measured by 10% FeCl ₃ . Measured according to ASTM G46A standard using 6H ₂ O solution.
[0040]
Table 2 shows the hardness, tensile properties, and corrosion properties of the martensitic stainless steel produced according to the examples of the present invention.
[Table 2]

[0041]
As shown in Table 2, the stainless steel manufactured according to the embodiment of the present invention has excellent mechanical properties such that the hardness and yield strength are equal or increase up to 30% compared to the comparative example. In addition, the stretching ratio is maintained at a level almost equal to that of the comparative example.
[0042]
In addition, in the case of the comparative examples, the critical pitting temperature is formed at 0 ° C. or less in the case of the comparative example, but the stainless steel produced according to the examples generates critical pitting corrosion at 10 to 30 ° C. or less. It can be seen that it has much better corrosion resistance than
[0043]
Table 3 shows the corrosion rates of the martensitic stainless steels manufactured according to the examples of the present invention.
[Table 3]

[0044]
As shown in Table 3, it can be seen that the produced stainless steel increases in corrosion rate as the carbon content increases. Therefore, when the carbon content is low as in the embodiment of the present invention, the corrosion rate can be greatly reduced.
[0045]
Table 4 shows the corrosion rate of the martensitic stainless steel produced according to the example of the present invention by heat treatment.
[Table 4]

[0046]
As shown in Table 4, it can be seen that the specimen in the cast state has a corrosion rate of about 7 times faster than the specimen subjected to the homogenization heat treatment. Therefore, the corrosion resistance of the stainless steel manufactured by performing the homogenization heat treatment can be greatly improved.
[0047]
Next, in order to test the change in mechanical properties of the manufactured specimen due to the tempering heat treatment, the homogenized specimen was tempered at a temperature range of 350 to 750 ° C. for 2 hours to yield strength and stretch ratio. Was measured.
[0048]
FIG. 1 is a graph showing the yield stress (yield stress) measured by heating temperature for the specimen of Example 6 that was tempered after being homogenized. As shown in FIG. 1, it can be seen that the highest strength is maintained in the range of about 350 to 575 ° C. Such yield strength patterns are shown to be the same or similar in specimens made according to other embodiments.
[0049]
FIG. 2 is a graph showing a change in elongation ratio (Elongation) due to heat treatment on the manufactured specimen of Example 6. As shown in FIG. 2, it can be seen that in the case of a homogenized or tempered specimen, the stretch ratio was significantly increased as compared to the cast specimen. Such a stretch ratio change pattern is shown to be the same or similar in the specimens manufactured according to other examples.
[0050]
Simple variations or modifications of the present invention can be easily implemented by those having ordinary knowledge in the field, and all such variations or modifications can be considered as included in the scope of the present invention.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the martensitic stainless steel having the composition of the present invention has mechanical properties at least equivalent to or improved compared to the general 410 series or 420J series stainless steel, and is extremely excellent in corrosion resistance. So it can be used for various parts used in chemical, power plant and seawater exposure equipment, and it can increase the corrosion resistance and wear resistance of these parts and can improve the service life. New materials can be supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a change in yield strength due to heat treatment of a specimen according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a change in drawing ratio due to heat treatment of a specimen according to an embodiment of the present invention.

Claims

Carbon: 0.06 wt% or less, Silicon: 2.5 wt% or less, Manganese: 2.5 wt% or less, Nickel: 1.0 to 6.0 wt%, Chromium: 10.0 to 19.0 wt% Tungsten: 0.5 to 6.0% by weight, Molybdenum: 3.5% by weight or less, Niobium: 0.8% by weight or less, Vanadium: 0.8% by weight or less, Copper: 3.0% by weight or less, Nitrogen : High-strength and high-corrosion-resistant martensitic stainless steel containing 0.11 to 0.25 % by weight, and the remainder consisting of iron and inevitable impurities.

The high-strength and high-corrosion-resistant martensten according to claim 1, wherein all or any one of titanium: 0.8 wt% or less or tantalum: 1.0 wt% or less is further added to the stainless steel. Site-based stainless steel.

Carbon: 0.035% by weight or less, silicon: 2.0% by weight or less, manganese: 2.0% by weight or less, nickel: 1.5 to 4.5% by weight, chromium 12.0 to 16.0% by weight, Tungsten: 0.5 to 4.5% by weight, molybdenum: 2.5% by weight or less, niobium: 0.3% by weight or less, vanadium: 0.3% by weight or less, copper: 2.0% by weight or less, nitrogen: A high strength and high corrosion resistance martensitic stainless steel containing 0.11 to 0.25 % by weight, and the remainder consisting of iron and inevitable impurities.

The high-strength and high-corrosion-resistant martensten according to claim 3, wherein all or any one of titanium: 0.8 wt% or less or tantalum: 1.0 wt% or less is further added to the stainless steel. Site-based stainless steel.

Carbon: 0.06 wt% or less, Silicon: 2.5 wt% or less, Manganese: 2.5 wt% or less, Nickel: 1.0 to 6.0 wt%, Chromium: 10.0 to 19.0 wt% Tungsten: 0.5 to 6.0% by weight, Molybdenum: 3.5% by weight or less, Niobium: 0.8% by weight or less, Vanadium: 0.8% by weight or less, Copper: 3.0% by weight or less, Nitrogen Casting a cast product comprising 0.11 to 0.25 % by weight, the balance being iron and inevitable impurities;
A step of homogenizing the cast product in a temperature range of 800 to 1150 ° C. or a step of tempering in a temperature range of 350 to 575 ° C.
A method for producing a high-strength and high-corrosion-resistant martensitic stainless steel.

The high-strength and high-corrosion-resistant martensten according to claim 5, wherein all or any one of titanium: 0.8 wt% or less or tantalum: 1.0 wt% or less is further added to the stainless steel. Method for producing site-based stainless steel.

Carbon: 0.06 wt% or less, Silicon: 2.5 wt% or less, Manganese: 2.5 wt% or less, Nickel: 1.0 to 6.0 wt%, Chromium: 10.0 to 19.0 wt% Tungsten: 0.5 to 6.0% by weight, Molybdenum: 3.5% by weight or less, Niobium: 0.8% by weight or less, Vanadium: 0.8% by weight or less, Copper: 3.0% by weight or less, Nitrogen Casting 0.1 to 0.25 % by weight, the balance casting iron and inevitable impurities,
Machining the casting to an extent that causes work hardening;
A step of homogenizing the machined product in a temperature range of 800 to 1150 ° C. or a step of tempering in a temperature range of 350 to 575 ° C. When,
A method for producing a high-strength and high-corrosion-resistant martensitic stainless steel.

The high strength and high corrosion resistance martensite according to claim 7, wherein all or any one of titanium: 0.8 wt% or less or tantalum: 1.0 wt% or less is further added to the stainless steel. Method for producing site-based stainless steel.