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KR100433250B1 - 용접특성이 우수한 구조용 페라이트계 스테인레스강 - Google Patents

용접특성이 우수한 구조용 페라이트계 스테인레스강 Download PDF

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KR100433250B1
KR100433250B1 KR10-1999-0022676A KR19990022676A KR100433250B1 KR 100433250 B1 KR100433250 B1 KR 100433250B1 KR 19990022676 A KR19990022676 A KR 19990022676A KR 100433250 B1 KR100433250 B1 KR 100433250B1
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Abstract

본 발명은 구조용 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로서, 특히 용접부 충격 인성이 우수한 고강도의 구조용 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로, 고강도 페라이트계 스테인레스강에서 Ti, Mo, Cu, Al등을 첨가하지 않고, 중량%로, Cr : 11-13.5%, Mn : 1.5%이하, Si : 1.0%이하, C : 0.03%이하, , N : 0.03%이하, Ni : 0.5%이하, C+N이 0.04% 이하, 및 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되며 하기의 식으로 이루어진 페라이트 팩터(ferrite factor : F.F.)가 8.8 이하가 되는 것을 특징으로 하는 용접특성이 우수한 구조용 페라이트계 스테인레스강을 제공한다.
F.F. = %Cr + 6x%Si + 8x%Ti + 4x%Mo + 2x%Al - 2x%Mn - 4x%Ni - 40(%C+%N) 11+ 6 -0.16-1.6

Description

용접특성이 우수한 구조용 페라이트계 스테인레스강{Structural ferritic stainless steel with good weldability}
본 발명은 구조용 페라이트계 스테인레스강에 관한 것으로서, 특히 용접부 충격 인성이 우수한 고강도의 구조용 페라이트계 스테인레스강에 관한 것이다.
종래에 고강도를 가지며 내식성이 뛰어난 페라이트계 스테인레스강의 사용에 있어서 중요한 문제점은 연성 취성 천이 온도가 너무 높아 적용에 제약이 심하다는 점이다. 또한 용접 열영향부에서의 결정립이 조대해짐에 의하여 용접부의 충격인성이 저하되기 때문에 사용상에 문제가 있었다. 따라서, 용접부의 충격인성을 확보하기 위하여 용접입열량을 최소화하여 결정립의 조대화를 방지하거나, 페라이트 또는 마르텐사이트 조직의 인성을 저하하는 침입형 원소인 탄소 및 질소의 함량을 극도로 낮추는 방안등이 제시되고 있으나 이러한 방법들은 시공시의 생산성 저하나 제조시의 생산원가를 상승시키는등의 문제점을 가지고 있다.
또한, 용접 열영향부의 인성을 확보한 기존의 고강도 페라이트계 스테인레스강으로는 Ti을 0.1-0.3% 첨가하고 페라이트 팩터 (F.F. = %Cr + 6x%Si +8x%Ti+4x%Mo + 2x%Al - 2x%Mn - 4x%Ni - 40(%C+%N)을 9 - 12 로 조절한 합금(ZA 78-4764)과 Mn을 1.0 - 3.5%, Cu를 1% 이하 첨가하고 크롬당량(Creq = %Cr + 0.4x%Si - 0.4%Mn - 0.7%Ni - 0.6%Cu - 35%C - 10x%N)을 10.5 이하로 제한한 합금(JP 55-021566) 및 Mo를 0.2-0.5% 첨가하고 페라이트 팩터를 8-13으로 제한한 합금(US 4608099)이 개발되어 있다.
이러한 개발 강종들은 모두 Ti, Mn, Cu, Mo등의 합금원소가 통상의 스테인레스강보다 많이 첨가되어 있어 다른 강종과 연속생산이 어려워 생산성이 저하되며 스크랩의 관리에 부가적인 노력이 필요한 단점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명에서는 강도와 인성에 미치는 합금원소의 영향을 조사하여 이를 페라이트 팩터로 정량화하여 인성 및 강도가 우수한 구조용 고강도 페라이트계 스테인레스강을 제조할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.또한 기존의 고강도 페라이트계 스테인레스강에 부가적으로 첨가하는 Ti, Mo, Cu, Al등의 합금원소를 첨가하지 않고 페라이트 팩터를 조절하도록 하는 것에 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 고강도 페라이트계 스테인레스강에서 Ti, Mo, Cu, Al 등을 첨가하지 않고, 중량%로, Cr : 11-13.5%, Mn : 1.5%이하, Si : 1.0%이하, C : 0.03%이하, , N : 0.03%이하, Ni : 0.5%이하, C+N이 0.04% 이하, 및 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되며 하기의 식으로 이루어진 페라이트 팩터(ferrite factor : F.F.)가 8.8 이하가 되는 용접특성이 우수한 구조용 페라이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.
F.F. = %Cr + 6x%Si + 8x%Ti + 4x%Mo + 2x%Al - 2x%Mn - 4x%Ni - 40(%C+%N) 11+ 6 -0.16-1.6
본 발명의 성분계는 고강도와 용접 열영향부의 충격인성을 확보하도록 설계되었으며 각각의 합금성분의 한정이유는 다음과 같다.
C와 N의 함량은 낮을수록 용접 열영향부의 충격인성과 작업성을 좋게 하므로 각각의 합금성분에 통상 제조가능한 범위의 상한을 설정하였으며 두 원소의 합이 0.04%를 넘으면 용접부에 생성되는 마르텐사이트의 인성이 급격히 저하되므로 두 원소의 함량합에 대하여 제한을 설정하였다.
Mn은 고온에서 오스테나이트상을 형성하여 입도성장을 제어하므로 인성향상에 유효하다. 그러나 과다할 경우 고온상화 저항성이 떨어져 과도한 산화막을 형성하고 스케일 제거후의 표면품질을 저하하며, 다른 강종과의 연속생산에 장애요인이 되므로 1.5%를 상한으로 설정하였다.
Si은 통상 강중 개제물의 저감을 위하여 탈산재로 투입되며 고강도를 요하는 이 강종에서는 강도를 낮출 수 있는 델타-페라이트의 과다한 생성을 방지하기 위하여 함량을 1.0% 이하로 제한하였다.
Cr은 내식성을 확보하는데 필요한 11% 이상으로 한정하였으며 13.5%가 넘을 경우에는 용접 부위의 인성과 작업성을 확보하기 위하여 오스테나이트 형성원소인 Mn, Cu등을 첨가한계 이상으로 첨가하여야 하기 때문에 13.5%를 상한으로 설정하였다.Ni은 인성향상에 기여하는 원소로 0.5%를 상한으로 하였다.
페라이트 팩터는 합금성분이 미세조직에 미치는 영향을 정량화하여 수식화한한 것으로 본 발명에서는 강도와 용접부의 인성에 미치는 영향을 평가하여 용접성이 우수한 고강도의 구조용 스테인레스강의 합금설계의 기준으로 제시하였다.
(실시예)
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
표 1과 같은 성분계의 합금을 용해 제조하여 열간압연후 적정의 조건에서 열처리후 표 2와 같은 상온에서의 기계적 특성을 확인하였다. 강도와 연신율은 페라이트 팩터 9.3 근처에서 최소값을 나타냈으며 구조용으로 사용하는데 필요한 300MPa 이상의 항복강도와 30% 이상의 연신율을 확보하기 위해서는 페라이트 팩터가 8.8 이하이거나 10 이상이어야 함을 알 수 있다.
한편, 용접후 용접 열영향부의 조대 결정립 부위에서의 충격인성을 평가하여 측정한 연성-취성 천이온도를 정리한 표 3을 보면 페라이트 펙터가 클수록 연성-취성 천이온도가 높아짐을 알 수 있으며, 범용의 구조용 소재에 요구되는 용접부 충격특성을 만족하기 위해서는 페라이트 팩터가 8.8 이하이어야 함을 알 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이 기계적 특성과 충격인성을 동시에 만족하는 범위인인 페라이트 팩터 8.8 이하로 범용의 구조용 소재의 성분을 한정하였다.
본 발명은 300MPa 이상의 항복강도와 30% 이상의 연신율을 나타내며 용접특성이 우수한 고강도 페라이트계 스테인레스강의 합금설계방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 고강도 페라이트계 스테인레스강에서 Ti, Mo, Cu, Al 등을 첨가하지 않고, 중량%로, Cr : 11-13.5%, Mn : 1.5%이하, Si : 1.0%이하, C : 0.03%이하, , N : 0.03%이하, Ni : 0.5%이하, C+N이 0.04% 이하, 및 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되며 하기의 식으로 이루어진 페라이트 팩터(ferrite factor : F.F.)가 8.8 이하가 되는 것을 특징으로 하는 용접특성이 우수한 구조용 페라이트계 스테인레스강.
    (F.F. = %Cr + 6x%Si + 8x%Ti + 4x%Mo + 2x%Al - 2x%Mn - 4x%Ni - 40(%C+%N))
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