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KR102415777B1 - 2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102415777B1
KR102415777B1 KR1020207031435A KR20207031435A KR102415777B1 KR 102415777 B1 KR102415777 B1 KR 102415777B1 KR 1020207031435 A KR1020207031435 A KR 1020207031435A KR 20207031435 A KR20207031435 A KR 20207031435A KR 102415777 B1 KR102415777 B1 KR 102415777B1
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마사토모 가와
유우스케 오이카와
신지 쓰게
준페이 안도
요이치 야마모토
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닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
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Abstract

모재와, 모재에 접합된 합재를 구비하는 클래드 강판으로서, 모재는, 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지고, 합재는, ［Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N-Mn］으로 산출되는 내공식(耐孔食) 지수(PREN_Mn)의 값이 25~40인 화학 조성을 갖는 2상 스테인리스강으로 이루어지고, 모재의 함유 수소량이 1.0ppm 이하이며, 또한 합재의 함유 수소량이 3.0ppm 이하이고, 모재와 합재의 접합 계면에 있어서의 전단 강도가 350MPa 이상인, 2상 스테인리스 클래드 강판.

Description

2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법
본 발명은, 2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
페라이트·오스테나이트계 2상 스테인리스강(이하, 간단히 「2상 스테인리스강」으로 칭한다.)은, 내식성이 뛰어나다. 이 때문에, 혹독한 부식 환경에 있어서 적합한 소재이다. 상술의 부식 환경으로서, 해수에 노출되는 고염화물 환경, 인산 또는 황산 등의 산용액에 노출되는 플랜트 설비 등에서의 부식 환경이 예시된다. 그리고, 이러한 부식 환경에 있어서, 2상 스테인리스강은, 해수 담수화 플랜트, 배연 탈황 장치, 화학 약품의 저장 탱크, 유정관 등의 구조 부재 펌프·밸브류, 열교환기 등에 사용되고 있다.
그런데, 2상 스테인리스강은, 오스테나이트상과 페라이트상이 대략 1：1의 비율로 구성되는 복합 조직을 갖는다. 그리고, 동등한 내식성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하면, Ni 함유량이 낮고, N 함유량이 높기 때문에, 경제성도 뛰어나다.
그러나, 탄소강 및 저합금강과 비교하면, 2상 스테인리스강에도 Cr, Ni, Mo 등의 합금 원소가 많이 함유되어 있으며, 재료 비용이 높다. 그리고, 합금 원소의 고등(高騰) 등에 의해 가격이 크게 변동하는 경우도 생각할 수 있다. 그 때문에, 주로 비용의 면에서 그 사용이 제한되는 경우가 있다.
상술과 같이 비용의 면을 고려했을 경우, 클래드 강판을 재료로서 사용하는 것이 유효하다. 클래드 강판이란, 상이한 2종류 이상의 금속을 맞붙인 재료를 말한다. 클래드 강판은, 고합금강만으로 이루어지는 강판(이하, 「솔리드 강판」으로 칭한다.)과 비교하여, 고합금강을 사용하는 양을 저감할 수 있어, 재료 비용을 저감할 수 있다.
또, 클래드 강판에 있어서는, 모재에 뛰어난 특성을 갖는 재료를 맞붙임으로써(이하, 맞붙인 소재를 「합재(cladding material)」로 기재한다.), 합재와 모재가 각각 갖는 뛰어난 특성을 양쪽 모두 얻을 수 있다.
예를 들면, 합재에, 그 사용 환경에서 요구되는 특성을 갖는 고합금강을 이용하고, 모재에 그 사용 환경에서 요구되는 인성 및 강도를 갖는 탄소강 또는 저합금강을 이용했을 경우를 생각할 수 있다. 이러한 경우, 상술과 같이 재료 비용을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 솔리드 강판과 동등한 특성과, 탄소강 및 저합금강과 동등한 강도 및 인성을 확보할 수 있다. 이 때문에, 경제성과 기능성이 양립할 수 있다.
이상과 같은 경위로부터, 2상 스테인리스강을 이용한 클래드 강판의 니즈는, 근래 각종 산업 분야에서 점점 더 높아지고 있다. 그러나, 클래드 강판을 이용할 때에는, 합재와 모재의 접합 강도가 중요하다. 접합 강도가 낮은 경우, 사용 중에 합재와 모재가 박리하여, 소망하는 내식성 등의 특성, 및 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 예를 들면, 구조물의 구멍 뚫림, 도괴 등의 위험도 발생하는 경우도 생각할 수 있다.
특허문헌 1에는 오스테나이트계 스테인리스 클래드 강판에 있어서, 진공도 10-4Torr 이하의 고진공을 확보한 다음, 압연 전의 판두께/압연 후의 판두께로 계산되는 압하비를 950℃ 이상이며 1.5 이상으로 함으로써, 클래드 강판의 접합 강도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2에서 개시된 오스테나이트계 스테인리스 클래드 강판에서는, 압연 후에 온도 T=250~650℃의 범위에서 시간 t=3*exp(2000/T)분 이상 유지함으로써 모재의 함유 수소량을 1ppm 이하로 제어한다. 이에 의해, 계면의 지연 파괴를 회피한다.
한편, 2상 스테인리스 클래드 강판에 있어서는, 특허문헌 4에 기재된 방법으로, σ상의 석출을 억제하고 있다. 구체적으로는, 특허문헌 4에는 합재의 2상 스테인리스강의 불순물 원소 중 특정의 원소의 허용량을 엄밀하게 제한한, 2상 스테인리스 클래드 강판이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 5에는 합재 표면의 동마찰 계수를 제어하여, 표면에 유수가 있는 경우에 해염 입자 및, 따개비 등의 부착물을 적게 한, 2상 스테인리스 클래드 강판이 개시되어 있다. 이에 의해, 상기 2상 스테인리스 클래드 강판은, 공식(孔食) 지수 및 σ상 면적률이 동등해도, 보다 높은 내식성을 갖는다.
일본국 특허 제6127939호 공보 일본국 특허공개 평6-7803호 공보 일본국 특허 제3779043호 공보 일본국 특허 제5803890호 공보 일본국 특허 제5842993호 공보
그러나, 상기 특허문헌에 있어서는, 이하에 기재되어 있는 과제에 대한 언급이 되어 있지 않다. 구체적으로는, 특허문헌 1에 있어서는, 진공도 10-4Torr 이하의 진공도를 확보하기 위해, 장시간의 진공 배기(vacuum drawing)가 필요로 된다. 이 결과, 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
또, 특허문헌 1에서 개시된 강판은, 오스테나이트계 스테인리스강을 이용한 클래드 강판이며, 2상 스테인리스 강판을 이용한 클래드 강판에 적합한 제조 조건은 개시되어 있지 않다.
동일하게, 특허문헌 2에서 개시된 강판도, 오스테나이트계 스테인리스강을 이용한 클래드 강판이기 때문에, 2상 스테인리스 강판을 이용했을 경우에 적합한 제조 조건은 개시되어 있지 않다.
그런데, 2상 스테인리스강은, 제조 시 또는 용접 시의 열이력에 따라 금속 조직이 변화하고, 그에 수반하여 특성이 변화하는 경우를 생각할 수 있다. 이 조직 변화 중에서, 실용상, 특히 문제가 되는 것이 600~900℃의 온도역에서 석출되는 시그마상(이하, 「σ상」으로도 기재한다.)이다. σ상이 석출되면, 2상 스테인리스강의 내식성, 연성, 및 인성이 현저하게 저하해 버린다. 이 때문에, 클래드 강판의 합재로서, 2상 스테인리스 강판을 이용하는 경우, σ상의 석출을 억제할 필요가 있다.
2상 스테인리스강의 솔리드 강판에 있어서는, σ상의 석출을 억제하는 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 3에 개시되어 있는 방법이 있다. 특허문헌 3에서 개시된 방법에서는, Ni, Cr, Mo, N, Si, 및 Mn의 성분 범위를 규정하고, 또한, 제조 후에 있어서 σ상이 석출되는 온도 이상으로 용체화 처리를 행하고 있다. 이 결과, 대형 부재에 있어서도 중심부의 σ상의 석출을 억제할 수 있다.
그러나, 특허문헌 3에 개시된 방법을, 2상 스테인리스강을 이용한 클래드 강판에 적용했을 경우, 모재의 결정입도가 커진다. 이 결과, 상기 클래드 강판에 있어서, 필요한 강도 및 인성을 얻을 수 없는 경우가 있다.
특허문헌 4에서 개시된 발명은, 내식성을 유지한 채로, σ상의 석출을 지연시키기 위해, 불순물의 함유량을 엄밀하게 제한하고 있다. 이와 같이, 불순물의 함유량을 일정 이하로 제한하는 것은, 제조 비용의 증가로 이어진다. 또, Si 함유량을 저감하고 있으며, 예를 들면, 내식성 이외의 다른 특성이 저하하는 것을 생각할 수 있다.
또, 특허문헌 5에서 개시된 발명에서는, 합재의 동마찰 계수를 제어하여, 표면에 유수가 있는 경우에 내식성을 향상시키는 것에 성공하였다. 그러나, 예를 들면, 구조물의 코너부 또는 탱크 내 등의 유수와 접촉하기 어려운, 또는 유수의 발생이 없는 부위에 있어서는 내식성을 발휘할 수 없다. 또, 특허문헌 5에 있어서는 클래드재에 있어서의 박리 강도에 대해, 일절 언급하고 있지 않다.
상기와 같은 기술 배경을 감안하여, 본 발명은, 양호한 내식성 및 접합 강도를 갖고, 저비용의 2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 하기의 2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법을 요지로 한다.
(1) 모재와, 상기 모재에 접합된 합재를 구비하는 클래드 강판으로서,
상기 모재는, 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지고,
상기 합재는, 하기 (i) 식으로 산출되는 내공식 지수(PREN_Mn)의 값이 25~40인 화학 조성을 갖는 2상 스테인리스강으로 이루어지고,
상기 모재의 함유 수소량이 1.0ppm 이하이며, 또한 상기 합재의 함유 수소량이 3.0ppm 이하이고,
상기 모재와 상기 합재의 접합 계면에 있어서의 전단 강도가 350MPa 이상인,
2상 스테인리스 클래드 강판.
PREN_Mn=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N-Mn … (i)
단, 상기 (i) 식 중의 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않은 경우는 제로로 한다.
(2) 상기 (1)에 있어서,
상기 합재의 표면으로부터 판두께 방향으로 0.5mm의 위치에 있어서의, 시그마상의 면적률이 0.5% 미만인,
2상 스테인리스 클래드 강판.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서,
상기 2상 스테인리스강의 화학 조성이, 질량%로,
C：0.030% 이하,
Si：1.00% 이하,
Mn：4.00% 이하,
P：0.050% 이하,
S：0.050% 이하,
Ni：2.00~10.00%,
Cr：20.00~28.00%,
Mo：5.00% 이하,
Cu：1.50% 이하,
N：0.080~0.300%,
W：0~3.00%,
V：0~0.50%,
Nb：0~0.20%,
Ti：0~0.050%,
Co：0~1.50%,
B：0~0.0050%,
Ca：0~0.0050%,
Mg：0~0.0030%,
Al：0~0.50%,
REM：0~0.50%,
잔부：Fe 및 불가피적 불순물인,
2상 스테인리스 클래드 강판.
(4) 상기 (3)에 있어서,
상기 2상 스테인리스강의 화학 조성이, 질량%로,
W：0.1~3.00%,
V：0.05~0.50%,
Nb：0.01~0.20%,
Ti：0.003~0.050%, 및
Co：0.01~1.50%
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
2상 스테인리스 클래드 강판.
(5) 상기 (3) 또는 (4)에 있어서,
상기 2상 스테인리스강의 화학 조성이, 질량%로,
B：0.0003~0.0050%,
Ca：0.0001~0.0050%,
Mg：0.0001~0.0030%,
Al：0.0030~0.50%, 및
REM：0.005~0.50%
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
2상 스테인리스 클래드 강판.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 2상 스테인리스 클래드 강판을 제조하기 위한 제조 방법으로서,
(a) 표면을 갖고 또한 상기 표면으로 이어지는 구멍이 미리 형성된, 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 모재와, 표면을 갖고 또한 상기 (1) 및 (3)~(5) 중 어느 하나에 기재된 화학 조성을 갖는 2상 스테인리스강으로 이루어지는 합재를 적층하고, 상기 표면끼리 맞닿게 함으로써 적층면을 형성하고, 상기 적층면의 주위를 용접함으로써 봉지(封止)하여, 클래드 압연 소재로 하는 공정과,
(b) 상기 클래드 압연 소재를 200℃ 이상의 온도로 가열하면서, 상기 적층면으로 이어지는 상기 구멍으로부터, 상기 적층면에 있어서의 진공도가 0.10Torr 이하가 되도록 진공 배기하는 공정과,
(c) 상기 (b)의 공정 후에, 상기 클래드 압연 소재를 1050~1250℃의 범위에서 가열하고, 1000℃ 이상의 온도역에서 압하율을 60% 이상으로 하는 열간 압연을 실시하여, 상기 2상 스테인리스 클래드 강판으로 만드는 공정을 구비하는,
2상 스테인리스 클래드 강판의 제조 방법.
(7) 상기 (6)에 있어서,
상기 (c)의 공정에 있어서, 950℃ 이하에서의 압연 시간을 60초 이하로 하고, 또한 상기 열간 압연에 있어서의 압연 종료 온도를 850℃ 이상으로 하며, 그 후, 850℃~650℃의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도를 0.5℃/s 이상으로 하는,
2상 스테인리스 클래드 강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 양호한 내식성 및 접합 강도를 갖고, 저비용의 2상 스테인리스 클래드 강판을 얻을 수 있다.
본 발명자들은 상기의 과제에 대해, 이하의 검토를 행했다. 구체적으로는, 여러 가지의 2상 스테인리스강을 합재로 하는 클래드 강판에 있어서, 접합 강도 및 σ상의 석출에 의한 내식성의 저하의 요인이 되는 제조 조건 및 금속 조직에 대해 조사했다. 그 결과, 이하 (a)~(c)의 지견을 얻었다.
(a) 2상 스테인리스 클래드 강판의 압연 소재에 있어서는, 모재가 되는 탄소강 또는 저합금강과, 합재가 되는 2상 스테인리스강이 접하고 있다. 그리고, 그들이 접하는 적층면에 있어서의 진공도를 0.10Torr 이하로 한 상태에서, 양자를 맞붙임으로써 양호한 접합 강도를 갖는 2상 스테인리스 클래드 강판을 얻을 수 있다.
(b) 모재 및 합재에 함유되는 수소량(이하, 「함유 수소량」으로 기재한다.)이 높으면, 접합 강도가 저하하는 경향이 있다. 이 때문에, 함유 수소량을 모재에서는 1.0ppm 이하, 합재에서는 3.0ppm 이하로 제어함으로써 유효하다. 그리고, 1000℃ 이상에서의 압하율이 60% 이상으로 함으로써 양호한 접합 강도가 얻어진다.
(c) 합재의 2상 스테인리스강에 있어서는, 제조 시에 석출된 σ상이 내식성을 저하시킨다. 이 때문에, 제조 조건을 적절히 제어하여, σ상의 석출을 억제하는 것이 유효하다.
본 발명은, 상기의 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대해 상세하게 설명한다.
1. 본 발명의 구성
본 발명에 따른 2상 스테인리스 클래드 강판은, 모재와, 모재에 접합된 합재를 구비한다. 모재는 탄소강 또는 저합금강으로 이루어진다. 또, 합재는, 후술하는 2상 스테인리스강으로 이루어진다.
2. 합재의 화학 조성
합재는 2상 스테인리스강으로 이루어진다. 또, 합재의 화학 조성은, 하기의 내공식 지수(PREN_Mn)의 값이 25~40을 만족한다. 또한, PREN_Mn이란, 스테인리스 강판의 내공식성을 나타내는 일반적인 지표이다. 그리고, PREN_Mn은, PREN으로부터 Mn%를 감산한 값이며, 하기 (i) 식으로 표시된다.
PREN_Mn=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N-Mn … (i)
단, 상기 (i) 식 중의 원소 기호는, 합재에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 의미한다.
PREN_Mn의 값이 25 미만이면, 소망하는 SUS316에 상당하는 내식성, 구체적으로는 공식 발생 온도가 25℃ 이상이 되는 내식성을 얻을 수 없다. 한편, PREN_Mn값이 40을 초과하면, 강판이 경질화하여 가공성이 저하한다. 또, 합금 비용도 증가한다. 이 때문에, 상기 PREN_Mn의 값을 25~40의 범위로 한다. 또, PREN_Mn은 30 이상인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 합재, 즉 2상 스테인리스강의 화학 조성은, 질량%로, C：0.030% 이하, Si：1.00% 이하, Mn：4.00% 이하, P：0.050% 이하, S：0.050% 이하, Ni：2.00~10.00%, Cr：20.00~28.00%, Mo：5.00% 이하, Cu：1.50% 이하, N：0.080~0.300%, W：0~3.00%, V：0~0.50%, Nb：0~0.20%, Ti：0~0.050%, Co：0~1.50%, B：0~0.0050%, Ca：0~0.0050%, Mg：0~0.0030%, Al：0~0.50%, REM：0~0.50%, 잔부：Fe 및 불가피적 불순물인 것이 바람직하다.
상기의 합재의 바람직한 화학 조성에 있어서의, 각 원소의 한정 이유는 하기 기재와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C：0.030% 이하
C는 오스테나이트상의 안정도에 큰 영향을 미치는 원소이다. 또, C를 0.030% 초과 함유시키면, Cr 탄화물의 석출에 의해 입계 부식을 발생시킨다. 이 때문에, C 함유량은 0.030% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다. 내식성의 점에서, C 함유량은 낮은 편이 바람직하지만, 현존의 제강 설비에서는 C 함유량을 0.002% 미만으로 저하시키려면 큰 비용 증가를 초래한다. 이 때문에, C 함유량은 0.002% 이상인 것이 바람직하다.
Si：1.00% 이하
Si는 탈산 원소로서 이용된다. 게다가, Si는 내산화성 향상을 위해 함유되는 경우가 있다. 그러나, Si를 1.00% 초과 함유시키면, σ상의 석출을 촉진시켜 모재(강판)의 내식성을 열화시킨다. 이 때문에, Si 함유량은 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.80% 이하가 보다 바람직하며, 0.60% 이하가 더욱 바람직하다. 한편, Si의 과도한 저감은, 강의 정련 시의 비용 증가를 초래한다. 이 때문에, Si 함유량은 0.03% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.20% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
Mn：4.00% 이하
Mn은, 질소의 활량을 떨어뜨리고, 기포의 발생을 억제하는 효과를 갖는다. 그러나, Mn의 과도한 함유는, 내식성 및 열간 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn 함유량은 4.00% 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.50% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 2.00% 이하가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Mn 함유량은 0.30% 이상인 것이 바람직하다.
P：0.050% 이하
P는, Cr 등의 원료에도 함유되어 있으며, 불가피적으로 혼입되는 불순물 원소이다. P의 과도한 함유는, 용접성 등을 저하시키기 때문에, P 함유량은 적을수록 바람직하다. P 함유량은 0.050% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.040% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, P를 과도하게 저감하는 것은, 제조 비용을 증가시키기 때문에, P 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하다.
S：0.050% 이하
S는 불가피적으로 혼입되는 불순물 원소이다. 또, Mn과 결합하여 개재물을 형성하여, 발수(發銹)의 기점이 되는 경우가 있다. 이 때문에, S 함유량은, 0.050% 이하로 하는 것이 바람직하다. 내식성 향상의 관점에서, S 함유량은 0.0030% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, S를 과도하게 저감하는 것은, 제조 비용을 증가시키기 때문에, S 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하다.
Ni：2.00~10.00%
Ni는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 오스테나이트상의 안정도를 조정하기 때문에 유효하다. 또한, Ni는 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 때문에, Ni 함유량은 2.00% 이상인 것이 바람직하고, 4.00% 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, Ni를, 10.00%를 초과하여 함유시키면, 원료 비용의 증가를 초래한다. 또, 페라이트-오스테나이트의 2상 조직을 얻는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, Ni 함유량은 10.00% 이하로 하는 것이 바람직하고, 8.00% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
Cr：20.00~28.00%
Cr은 내식성을 확보하기 때문에 유효하다. 이 때문에, Cr 함유량은, 20.00% 이상인 것이 바람직하고, 21.00% 이상인 것이 보다 바람직하며, 22.00% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 그러나, Cr의 과도한 함유는, σ상의 석출을 촉진시켜, 강판의 내식성을 열화시킨다. 이 때문에, Cr 함유량은 28.00% 이하인 것이 바람직하고, 27.00% 이하인 것이 보다 바람직하며, 26.00% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
Mo：5.00% 이하
Mo는 내식성을 향상시킨다. 그러나, Mo를 과도하게 함유시키면, σ상의 석출을 촉진시키고, 이 결과, 강판의 내식성을 열화시키는 경우가 있다. 이 때문에, Mo 함유량은 5.00% 이하가 바람직하고, 4.00% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 3.50% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Mo 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하다.
Cu：1.50% 이하
Cu는, 내황산성 등의 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Cu를 과도하게 함유시키면, 원료 비용의 증가를 초래하여, 열간 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, Cu 함유량은 1.50% 이하인 것이 바람직하고, 1.00% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.50% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Cu 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하다.
N：0.080~0.300%
N은 오스테나이트상의 안정도에 큰 영향을 미치는 원소이다. 또, N은, 고용하여 강 중에 존재했을 경우에는, 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 때문에, N 함유량은, 0.080% 이상인 것이 바람직하고, 0.130% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.150% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 그러나, N을 0.300%를 초과하여 함유시키면, 질화물 등이 석출되어, 클래드재의 용접 특성에 악영향을 미친다. 따라서, N은 0.300% 이하인 것이 바람직하고, 0.250% 미만인 것이 보다 바람직하며, 0.200% 미만인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서 합재의 2상 스테인리스강은, 상기 원소에 더하여, 내식성, 용접성 등을 향상시키기 위해, W, V, Nb, Ti, 및 Co로부터 선택되는 1종 이상을 함유시켜도 된다.
W：0~3.00%
W는 내식성을 향상시키는 원소이다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, W를 과도하게 함유시키면 원료 비용의 증가를 초래한다. 또, 강판 압연 시의 부하를 증대시켜, 제조 결점이 발생하기 쉽게 한다. 이 때문에, W 함유량은 3.00% 이하인 것이 바람직하고, 2.00% 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.00% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, W 함유량은 0.1% 이상인 것이 바람직하다.
V：0~0.50%
V는 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, V를 0.50%를 초과하여 함유시키면, 압연 시의 부하를 증대시켜, 제조 결점이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, V 함유량은 0.50% 이하인 것이 바람직하고, 0.20% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, V 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하다.
Nb：0~0.20%
Nb는, 용접 열영향부에 있어서의 결정립의 조대화를 억제하는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Nb를, 0.20%를 초과하여 함유시키면, 열간 가공성을 저하시키기 때문에, Nb 함유량은 0.20% 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하다.
Ti：0~0.050%
Ti는, Nb와 동일하게, 용접 열영향부에 있어서의 결정립의 조대화를 억제하고, 또한 응고 조직을 미세 등축정화하는 효과를 갖는다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ti의 0.050% 초과의 함유는, 열간 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, Ti 함유량은 0.050% 이하인 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량은 0.003% 이상인 것이 바람직하다.
Co：0~1.50%
Co는 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나 1.50%를 초과하여 함유하면 합금 가격이 상승한다. 이 때문에 Co 함유량은 1.50% 이하인 것이 바람직하고, 1.00% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 클래드 강판에 이용하는 2상 스테인리스 강판은, 상기 원소에 더하여, 정련 시에 있어서의 탈산 및 탈황, 그리고 압연 시의 가공성을 향상시키기 위해, B, Ca, Mg, Al, 및 REM(희토류 원소)으로부터 선택되는 1종 이상을 함유시켜도 된다.
B：0~0.0050%
B는, 열간 가공성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, B를 0.0050%를 초과하여 함유시키면, 내식성이 현저하게 열화한다. 이 때문에, B 함유량은 0.0050% 이하인 것이 바람직하고, 0.0030% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0003% 이상인 것이 바람직하다.
Ca：0~0.0050%
Ca는 탈황, 탈산을 위해 함유시켜도 된다. 그러나, 0.0050% 초과의 Ca의 함유에 의해, 열간 가공 균열이 발생하기 쉬워지고, 또한 내식성이 저하한다. 이 때문에, Ca 함유량은 0.0050% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Ca 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하다.
Mg：0~0.0030%
Mg는, 탈산뿐만 아니라, 응고 조직을 미세화하는 효과를 갖는다. 이 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mg를 0.0030%를 초과하여 함유시키면, 제강 공정에서의 비용 증가를 초래한다. 이 때문에, Mg 함유량은 0.0030% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Mg 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하다.
Al：0~0.50%
Al은, 탈황, 탈산을 위해, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Al을, 0.50%를 초과하여 함유시키면, 제조 결점의 발생 및 원료 비용의 증가를 초래한다. 이 때문에, Al 함유량은 0.50% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, Al 함유량은 0.0030% 이상인 것이 바람직하다.
REM：0~0.50%
REM은, 열간 가공성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, REM을, 0.50%를 초과하여 함유시키면, 제조성을 해침과 더불어 비용 증가를 초래한다. 이 때문에, REM 함유량은 0.50% 이하인 것이 바람직하고, 0.20% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 얻기 위해서는, REM 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하고, 0.020% 이상인 것이 보다 바람직하다.
여기서, REM란, 란타노이드의 15원소에 Y 및 Sc를 합친 17원소의 총칭이다. 이러한 17원소 중 1종 이상을 강재에 함유할 수 있으며, REM 함유량은, 이러한 원소의 합계 함유량을 의미한다.
본 발명의 강재의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 여기서 「불가피적 불순물」이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 여러 가지 요인에 의해 혼입되는 성분으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
3. 합재에 있어서의 시그마상의 면적률
합재의 표면으로부터 판두께 방향으로 0.5mm의 위치에 있어서의, σ상의 면적률이 0.5% 미만인 것이 바람직하다. 상기 σ상의 면적률은 0.1% 미만인 것이 보다 바람직하다.
σ상 면적률이 0.5% 이상이면, 후술하는 공식 발생 온도 차가 커져, 소망하는 내식성을 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 공식 발생 온도 차의 차는 작을수록 바람직하기 때문에, σ상 면적률은 낮으면, 낮을수록 좋다. 또한, σ상 면적률은, 광학 현미경을 이용한 조직 관찰에 의해 측정한다.
4. 함유 수소량
4-1. 모재의 함유 수소량
모재의 함유 수소량은 1.0ppm 이하로 한다. 이것은, 모재의 함유 수소량이 1.0ppm 초과인 경우, 전단 강도가 크게 저하하기 때문이다. 또한, 모재의 함유 수소량이 상기 범위이면, 접합 강도의 저하는 확인되지 않기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.
4-2. 합재의 함유 수소량
합재의 함유 수소량은 3.0ppm 이하로 한다. 이것은, 합재의 함유 수소량이 3.0ppm 초과인 경우, 전단 강도가 크게 저하하기 때문이다. 또한, 모재의 함유 수소량이 상기 범위이면, 접합 강도의 저하는 확인되지 않기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.
함유 수소량이, 어떻게, 전단 강도에 영향을 주고 있는지 상세한 메커니즘은 분명하지 않다. 그러나, 이하에 기재된 요인을 생각할 수 있다. 구체적으로는, 슬래브 가열 시에, 진공이 된 접합 계면에 수소가 확산함으로써, 접합을 저해하는 것을 생각할 수 있다. 또, 전단 응력이 클래드재에 더해졌을 때에, 수소에 의한 취성 파괴가 발생하기 쉬워지는 등의 가능성을 생각할 수 있다. 본 발명에 있어서는, JIS Z 2614：1990으로 규정되는 불활성 가스 용융법 및 열전도도법을 이용하여 함유 수소량을 측정한다.
5. 전단 강도
본 발명에 있어서는, 소망하는 특성으로서, 모재와 합재의 접합 계면에 있어서의 전단 강도를 350MPa 이상으로 한다. 상기 접합 계면에 있어서의 전단 강도는 380MPa 이상인 것이 바람직하고, 430MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 전단 강도는, JIS G 0601：2012에 준거한 전단 강도 시험에 의해 측정한다. 시험편은 2상 스테인리스 클래드 강판의 복수의 부위로부터 채취하고, 채취한 시험편을 이용하여, 전단 강도 시험을 행한다. 얻어진 각 시험편의 전단 강도 중의 최소치를 클래드 강판의 전단 강도로 한다.
6. 내식성
6-1. 공식 발생 온도
본원에서는, 공식 발생 온도가 20℃ 이상인 경우, 소망하는 양호한 내식성을 갖고 있다고 평가하고, 공식 발생 온도가 25℃ 이상인 경우, 보다 양호한 내식성을 갖고 있다고 평가한다. 또, 공식 발생 온도가 30℃ 이상인 경우를, 더욱 양호한 내식성을 갖고 있다고 평가하고, 공식 발생 온도가 35℃ 이상인 경우를, 한층, 양호한 내식성을 갖고 있다고 평가한다. 또한, 공식 발생 온도는, ASTM G 48 E법에 준거한 염화제2철 부식 시험에 의해 구할 수 있다.
6-2. 공식 발생 온도 차
본원에 있어서는, 주로, 공식 발생 온도를 내식성의 평가 지표로서 이용하는데, σ상의 석출에 의해 내식성이 저하하는 정도에 대해서도 평가를 행한다. 이 평가 지표로서는 공식 발생 온도 차를 이용한다. 공식 발생 온도 차가 10℃ 이하인 경우, σ상의 석출에 의한 내식성의 저하가 적고, 공식 발생 온도 차가 5℃ 이하인 경우, 보다 내식성의 저하가 적다고 평가한다.
공식 발생 온도 차는, 이하와 같이 산출한다. 구체적으로는, 2상 스테인리스 클래드 강판으로부터, 합재를 잘라내어 시료로 하고, 1050℃ 이상에서 10분간 이상, 용체화 열처리한 후, 수냉한다. 그 후, 상술과 동일한 수법에 의해 공식 발생 온도를 산출하여, 용체화 처리를 행하지 않은 경우의 공식 발생 온도와의 차를 구하여, 공식 발생 온도 차로 한다.
7. 제조 방법
본 발명에 따른 2상 스테인리스 클래드 강판의 제조 방법에 대해 설명한다. 양호한 내식성 및 접합 강도를 갖는 2상 스테인리스 클래드 강판을 얻기 위해서는 강의 화학 조성, 금속 조직 및 제조 조건을 적절히 제어할 필요가 있다.
7-1. 탄소강 및 저합금강 그리고 2상 스테인리스강의 제조 방법
탄소강 및 저합금강 그리고 2상 스테인리스강은, 이하에 기재된 방법에 의해 제조된다. 구체적으로는, 전로, 전기로, 진공 용해로 등의 공지의 방법으로 각 강을 용제한 후, 연속 주조법 또는 조괴-분괴법에 의해 슬래브를 작성한다.
얻어진 슬래브를 통상 이용되는 조건으로 열간 압연하여, 열연판으로 한다. 얻어진 열연판에 대해, 필요에 따라, 소둔, 산세(酸洗), 연마 등을 실시해도 된다. 또한, 모재인 탄소강 또는 저합금강의 성분은 특별히 제한되지 않는다.
7-2. 용접 및 진공 배기
진공 배기용 구멍을 미리 측면에 형성한, 모재가 되는 탄소강 또는 저합금강에, 상술의 화학 조성을 갖는 2상 스테인리스강을 합재로서 적층시키고, 모재와 합재의 표면끼리 맞닿게 한다. 계속하여, 적층시킨 모재와 합재가 맞닿고 있는 면(이하, 「적층면」으로 기재한다.)의 주위를 용접함으로써, 모재 및 합재의 사주(四周)를 봉지하여, 클래드 압연 소재로 한다. 이 때, 용접은, 아크 용접, 레이저 용접, 전자 빔 용접 등 특별히 한정되지 않는다.
클래드 압연 소재의 진공 배기용 구멍으로부터, 적층면의 진공도가 0.10Torr 이하의 고진공이 되도록 진공 배기하는 것이 바람직하다. 또한, 상술의 진공 배기용 구멍은, 상기 소재에 있어서의 모재의 측면에서 적층면으로 통하고 있기 때문에, 클래드 압연 소재의 적층면을 고진공으로 할 수 있다. 또, 상기 진공 배기 시, 클래드 압연 소재를 200℃ 이상의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
여기서, 적층면의 진공도가 0.10Torr 초과의 저진공이면, 합재와 모재의 접합 강도가 낮아져, 2상 스테인리스 클래드 강판의 접합 강도가 저하한다. 이 때문에, 상기 진공도가 0.10Torr 이하인 것이 바람직하고, 0.05Torr 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 진공도가 높을수록, 접합 강도가 향상하는 경향이 있는데, 0.001Torr 미만의 고진공으로 해도, 접합 강도는 포화하기 때문에, 상기 진공도는 0.001Torr 이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 가열 온도가 200℃ 미만이면, 합재 및 모재의 함유 수소량이 많아져, 2상 스테인리스 클래드 강판의 접합 강도가 저하한다. 이 때문에, 상기 가열 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 가열 온도가 고온일수록 수소가 빠지기 쉽지만, 475℃ 취화에 의한 이송 중의 균열, 및 가열 비용 등을 고려하면, 상기 가열 온도는 450℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 그 후, 진공 배기용 구멍을 밀폐한다.
얻어진 클래드 압연 소재는 그대로 열간 압연에 쓰이도록 해도 되고, 모재, 합재, 박리제, 합재, 모재의 순으로 하여 적층시키고, 사이에 박리제를 도포하여 2개를 겹치도록 조립한 것을 클래드 압연 소재로서 열간 압연에 쓰이도록 해도 된다. 2개를 겹치는 경우는 냉각 시의 판 휘어짐을 줄이기 위해 모재들, 합재들은 각각 같은 두께인 것이 바람직하다. 물론, 상기에서 기술한 조립 방식으로 한정할 필요는 없다.
7-3. 열간 압연
계속하여, 얻어진 클래드 압연 소재를, 열간 압연에 쓰이도록 하기 위해, 1050~1250℃의 범위에서 가열하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 1050℃ 미만이면 열간 가공성이 악화하여, 접합 강도도 얻을 수 없다. 이 때문에, 가열 온도는 1050℃ 이상인 것이 바람직하고, 1100℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 가열 온도가 1250℃ 초과이면, 가열로 내에서 강편이 변형하거나, 열연 시에 결점이 발생하기 쉬워지거나 한다. 이 때문에, 가열 온도는 1250℃ 이하인 것이 바람직하고, 1220℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
가열된 클래드 압연 소재를 열간 압연할 때에는, 강판 표면 온도가 1000℃ 이상이 되는 온도역에 있어서, 압하율을 60% 이상으로 하는 열간 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 이것은, 강판 표면 온도가 1000℃ 이상이 되는 온도역에 있어서, 압하율이 60% 미만이면, 합재와 모재의 접합 강도가 저하하기 때문이다. 고온에서 압연할수록 접합 강도가 높아진다. 또한 압연 중 및 압연 후에 있어서의 σ상의 석출도 억제된다. 이 때문에, 압하율에 대해서는, 특별히 상한은 설정하지 않는다. 또한, 압하율이란, (압연 전의 판두께-압연 후의 판두께)/(압연 전의 판두께)로 산출된다.
또, σ상의 석출을 억제하기 위해서는, 강판 표면 온도가 950℃ 이하에서의 압연 시간을 60초 이하로 하는 것이 바람직하다. 합금 원소의 양에도 의존하지만, 2상 스테인리스강 중의 σ상은, 대체로 950℃ 이하에서 석출되는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 950℃ 이하에서의 압연 시간이 60초를 초과하면, 클래드 압연 소재에 있어서는, σ상의 석출 온도역에 놓여지는 시간이 길어진다. 이에 의해, σ상의 석출이 촉진되어, 내식성이 저하한다. 따라서, 950℃ 이하에서의 압연 시간을 60초 이하로 하는 것이 바람직하고, 40초 이하인 것이 보다 바람직하다. 950℃ 이하에서의 압연 시간은 짧으면 짧을수록 좋다.
또, 열간 압연에 있어서의 압연 종료 온도를, 강판 표면 온도에서 850℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 강판을 압연하면 가공 발열이 발생하기 때문에, 압연 중의 온도 저하 속도는 작아진다. 또, 압연에 의해 도입된 변형이 클수록 σ상의 석출이 촉진되는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 압연 종료 온도가 850℃ 미만이면, 합재에 큰 변형이 도입되어, σ상의 석출이 촉진된다. 이 결과, 내식성이 저하한다. 따라서, 상기 압연 종료 온도는 강판 표면 온도에서 850℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 900℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 950℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
열간 압연 종료 후, 850~650℃의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도를 0.5℃/s 이상으로 하는 냉각을 행하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 0.5℃/s 미만이면, σ상의 석출이 촉진되어, 내식성의 저하가 발생한다. 따라서, 열간 압연 종료 후, 850℃~650℃의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도는 0.5℃/s 이상인 것이 바람직하고, 1℃/s 이상인 것이 보다 바람직하며, 2℃/s 이상인 것이 더욱 바람직하다. 냉각 속도가 빠를수록 σ상의 석출이 억제되기 때문에 상한은 특별히 설정하지 않는다. 또한, 압연 후의 냉각 방법은 특별히 규정하지 않는데, 예를 들면, 공랭, 강제 공랭, 수랭 등이 있다. 모재의 보통강이나 저합금강의 변태를 제어하기 위해, 모재 화학 성분, 판두께, 냉각 속도 등에 따라 650℃ 이하에서 냉각을 정지해도 된다.
본 발명에 의하면, 전단 강도 및 내식성이 뛰어난 2상 스테인리스 클래드 강판을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 2상 스테인리스 클래드 강판은, 박리 대책, 합재의 엄밀한 조성의 제어, 부가적인 열처리 등을 필요로 하지 않는다. 또, 상기 클래드 강판은, 사용 용도의 제한이 없고, 종래, 솔리드 강판이 이용되고 있던 구조 부재에 적용할 수 있다. 이 때문에, 상기 클래드 강판은, 저비용화에 크게 공헌하는 것이다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
표 1에 나타내는 화학 조성의 2상 스테인리스강을 용제하여 강편으로 하고, 열간 압연, 소둔, 산세의 공정을 거쳐 두께 30mm의 2상 스테인리스강을 제조했다. 얻어진 2상 스테인리스강을 합재로 하고, 두께 130mm의 탄소강을 모재로 하여, 두께 16mm의 2상 스테인리스 클래드강을 제조했다. 또한, 탄소강의 화학 조성은, 질량%로, C：0.12%, Si：0.32%, Mn：1.45%, P：0.012%, S：0.003%로 했다.
Figure 112020115719145-pct00001
표 2에 기재된 조건을 변화시켜, 각 특성치를 조사했다. 또한, 측정을 행한 구체적인 조건은, 진공 배기 시의 가열 온도, 적층면의 진공도, 열연 가열 온도, 1000℃ 이상의 온도역에 있어서의 압하율, 950℃ 이하의 온도역에 있어서의 압연 시간, 압연 종료 온도, 850~650℃의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도이다.
여기서, 표 2에 있어서의 제조 조건의 항목에 대해 설명한다. 표 2에 있어서, T1은, 진공 배기 시의 가열 온도(℃)를 나타내고, 진공도는, 적층면의 진공도를 나타낸다. 또, T2는, 압연 전의 가열 온도(℃)를 나타내고, 압하율은 강판 표면 온도 1000℃ 이상에서의 압하율(%)을 나타낸다. 압연 시간은, 강판 표면 온도 950℃ 이하에서의 압연 시간(s)을 나타내고, 종료 온도는, 압연 종료 시의 강판 표면 온도(℃)를 나타낸다. 또, 냉각 속도는 압연 종료 후의 850~650℃까지의 평균 냉각 속도(℃/s)를 나타낸다. 또한, 압하율이란, (압연 전의 판두께-압연 후의 판두께)/(압연 전의 판두께)로 산출된다.
얻어진 2상 스테인리스 클래드 강판에 대해, 모재 및 합재의 함유 수소량의 측정, 전단 시험, σ상 면적률의 측정, 및 내식성을 평가하기 위한 염화제2철 부식 시험을 행했다. 모재 및 합재의 함유 수소량의 측정은, JIS Z 2614(1990)로 규정되는 불활성 가스 용융법 및 열전도도법을 이용하여 함유 수소량을 측정했다.
전단 강도 시험은, JIS G 0601(2012)에 준거하여, 합재 판두께가 3mm, 모재 판두께가 13mm인 시험편을 이용하여 측정했다. 시험편은 클래드 강판의 길이 방향에 있어서의 1/4 위치, 2/4 위치, 및 3/4 위치와, 폭방향에 있어서의 1/4 위치, 2/4 위치, 3/4 위치의 합계 9개소로부터 각 개소, 2개씩 채취한 합계 18개의 시험편에 대해 실시한다. 그리고, 상기 18개의 시험편의 전단 강도의 최저치를 클래드 강판의 전단 강도로 한다.
시험편의 길이 방향은 강판의 폭방향으로 했다. 또, 시험편을 제작하기 위해, 합재를 깎아낼 때의 절삭량은, 합재의 판두께에 0~0.1mm 가산한 양으로 하고, 모재를 0.1mm를 초과하여 깎아내지 않도록 조정했다.
σ상 면적률은, 시험편은 강판의 길이 방향의 1/4 위치, 2/4 위치, 3/4 위치 및 폭방향의 1/4 위치, 2/4 위치, 3/4 위치의 합계 9개소로부터 각 개소, 1개씩 채취한 합재의 표면을 0.5mm 절삭한 후, 수지에 매입(埋入)하고, 표면을 경면으로 연마했다. 그 후, KOH로 에칭한 후, 1000배로 50μm×50μm의 시야를 2시야, 광학 현미경으로 관찰하고, 촬영한 사진을 화상 처리하여 구한 σ상 면적률의 평균치를 측정치로 했다.
공식 발생 온도(표 2 중에서는, 「CPT」로 기재한다.) 및 공식 발생 온도 차(표 2 중에서는, 「CPT 차」로 기재한다.)는, ASTM G 48 E법에 준거한 염화제2철 부식 시험에 의해 측정했다.
공식 발생 온도는 2상 스테인리스 클래드 강판의 합재에 대해, 표면으로부터 판두께 방향으로 0.5mm 위치를 평가면으로 하고 강판의 길이 방향으로 1/4 위치, 1/2 위치, 3/4 위치 및 폭방향의 1/4 위치, 1/2 위치, 3/4 위치로부터 각 1개씩 채취한 합계 9개의 시험편을 이용하여 측정했다. 그리고, 측정한 공식 발생 온도의 최저치(℃)를 공식 발생 온도로 했다.
공식 발생 온도 차는, 동일하게, 2상 스테인리스 클래드 강판에, 1050℃, 10분의 용체화 처리를 실시한 합재에 대해, 표면으로부터 판두께 방향으로 0.5mm 위치를 평가면으로 하고 강판의 길이 방향으로 1/4 위치, 1/2 위치, 3/4 위치 및 폭방향의 1/4 위치, 1/2 위치, 3/4 위치로부터 각 1개씩 채취한 합계 9개의 시험편을 이용하여 측정했다. 그리고, 측정한 공식 발생 온도의 최저치로부터, 용체화 처리하지 않은 공식 발생 온도를 빼, 공식 발생 온도 차로 했다.
제조 조건 및 상기의 결과를 정리하여 표 2에 나타낸다.
Figure 112020115719145-pct00002
시료 1-1, 1-2는 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌다. 한편, 시료 1-3은, 진공 배기 시의 가열 온도가 낮기 때문에, 합재의 함유 수소량이 높아, 전단 강도가 저하했다. 시료 1-4는 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, 강판 표면 온도 950℃ 이하에서의 압연 시간이 길어, σ상의 석출이 촉진되어, 공식 발생 온도 차가 약간 커졌다.
시료 2-1, 2-2는 본 발명예이며, 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 한편, 시료 2-3은, 접합 계면에 있어서의 진공도가 낮아, 계면의 충분한 접합이 얻어지지 않고, 전단 강도가 저하했다. 시료 2-4는 본 발명이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, 압연 종료 온도가 낮아 σ상의 석출이 촉진되어, 공식 발생 온도 차가 약간 커졌다.
시료 3-1, 3-2는 본 발명예이며, 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 시료 3-3은, 압연 종료 온도가 낮아, 전단 강도가 저하했다.
시료 4-1, 4-2는 본 발명예이며, 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 시료 4-3은, 압연 전의 가열 온도가 낮아, 접합 계면에 있어서 충분한 접합이 얻어지지 않고, 전단 강도가 저하했다.
시료 5-1, 5-2는 본 발명예이며, 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 시료 5-3은, 강판 표면 온도 1000℃ 이상에서의 압하율이 낮아, 계면에 있어서의 충분한 접합이 얻어지지 않았기 때문에, 전단 강도가 저하했다. 시료 5-4는 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, 압연 후의 냉각 속도가 느려 σ상의 석출이 촉진되었기 때문에, 공식 발생 온도 차가 약간 커졌다.
시료 6-1, 6-2는 본 발명예이며, 양호한 공식 발생 온도 및 전단 강도가 얻어져 있다. 시료 6-3은 진공 배기 시의 가열 온도가 낮기 때문에 모재의 수소량이 많아, 전단 강도가 저하했다. 시료 6-4는 본 발명예인데, 강판 표면 온도가 950℃ 이하에서의 압연 시간이 길어, σ상의 석출이 촉진되어, 공식 발생 온도 차가 커졌다.
시료 7-1, 7-2는 본 발명예이며, 양호한 공식 발생 온도 및 전단 강도가 얻어져 있다. 시료 7-3은 강판 표면 온도 1000℃ 이상의 온도역에 있어서의 압하율이 낮기 때문에, 계면의 충분한 접합이 얻어지지 않고, 전단 강도가 저하했다. 시료 7-4는 본 발명인데, 압연의 종료 온도가 낮아 σ상의 석출이 촉진되어, 공식 발생 온도 차가 커졌다.
시료 8-1, 8-2는 본 발명예이며, 양호한 공식 발생 온도와 전단 강도가 얻어져 있다. 시료 8-3은, 진공도가 낮기 때문에, 계면에서의 충분한 접합이 얻어지지 않고, 전단 강도가 저하했다. 시료 8-4는 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, 압연 후의 냉각 속도가 느려 σ상의 석출이 촉진되어, 공식 발생 온도 차가 약간 커졌다.
시료 9-1은 본 발명예이며, 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 한편, 시료 9-2는, 접합 계면에 있어서의 진공도가 낮아, 계면의 충분한 접합이 얻어지지 않고, 전단 강도가 저하했다.
시료 10-1은 본 발명예이며, 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 한편, 시료 10-2는 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, 압연 종료 온도가 낮아 σ상의 석출이 촉진되어, 공식 발생 온도 차가 약간 커졌다.
시료 11-1, 11-2는, 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, Cr 함유량이 본 발명의 바람직한 범위를 만족하지 않기 때문에, 공식 발생 온도 차가 커졌다. 시료 12-1, 12-2도, 본 발명예이며, 양호한 내식성(공식 발생 온도) 및 전단 강도가 얻어졌지만, Mo 함유량이 본 발명의 바람직한 범위를 만족하지 않기 때문에, 공식 발생 온도 차가 커졌다. 동일하게, 시료 13-1, 13-2도, Si 함유량이 본 발명의 바람직한 범위를 만족하지 않기 때문에, 공식 발생 온도 차가 약간 커졌다.
시료 14-1, 14-2는 PREN_Mn값이 본 발명의 규정을 만족하지 않기 때문에, 공식 발생 온도가 25℃ 미만이 되어, 소망하는 내식성이 얻어지지 않았다.
상술한 바와 같이, 본 발명예에서는 양호한 내식성 및 전단 강도가 얻어졌다. 한편, 비교예에서는 PREN_Mn값, 진공 배기 시의 가열 온도, 적층 계면의 진공도, 압연 전의 가열 온도, 압하율, 압연 시간, 종료 온도, 냉각 속도, 합재 또는 모재의 함유 수소량이 본 발명의 규정 또는 바람직한 제조 조건을 만족하지 않아, 내식성 또는 전단 강도가 저하했다.

Claims (7)

  1. 모재와, 상기 모재에 접합된 합재(cladding material)를 구비하는 클래드 강판으로서,
    상기 모재는, 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지고,
    상기 합재는, 화학 조성이, 질량%로,
    C：0.030% 이하,
    Si：1.00% 이하,
    Mn：4.00% 이하,
    P：0.050% 이하,
    S：0.050% 이하,
    Ni：2.00~10.00%,
    Cr：20.00~28.00%,
    Mo：5.00% 이하,
    Cu：1.50% 이하,
    N：0.080~0.300%,
    W：0~3.00%,
    V：0~0.50%,
    Nb：0~0.20%,
    Ti：0~0.050%,
    Co：0~1.50%,
    B：0~0.0050%,
    Ca：0~0.0050%,
    Mg：0~0.0030%,
    Al：0~0.50%,
    REM：0~0.50%,
    잔부：Fe 및 불가피적 불순물이고,
    하기 (i) 식으로 산출되는 내공식(耐孔食) 지수(PREN_Mn)의 값이 25~40인 2상 스테인리스강으로 이루어지고,
    상기 모재의 함유 수소량이 1.0ppm 이하이며, 또한 상기 합재의 함유 수소량이 3.0ppm 이하이고,
    상기 모재와 상기 합재의 접합 계면에 있어서의 전단 강도가 350MPa 이상인, 2상 스테인리스 클래드 강판.
    PREN_Mn=Cr＋3.3(Mo＋0.5W)＋16N-Mn … (i)
    단, 상기 (i) 식 중의 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않은 경우는 제로로 한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 합재의 표면으로부터 판두께 방향으로 0.5mm의 위치에 있어서의, 시그마상의 면적률이 0.5% 미만인, 2상 스테인리스 클래드 강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량%로,
    W：0.1~3.00%,
    V：0.05~0.50%,
    Nb：0.01~0.20%,
    Ti：0.003~0.050%,
    Co：0.01~1.50%,
    B：0.0003~0.0050%,
    Ca：0.0001~0.0050%,
    Mg：0.0001~0.0030%,
    Al：0.0030~0.50%, 및
    REM：0.005~0.50%
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 2상 스테인리스 클래드 강판.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량%로,
    W：0.1~3.00%,
    V：0.05~0.50%,
    Nb：0.01~0.20%,
    Ti：0.003~0.050%,
    Co：0.01~1.50%,
    B：0.0003~0.0050%,
    Ca：0.0001~0.0050%,
    Mg：0.0001~0.0030%,
    Al：0.0030~0.50%, 및
    REM：0.005~0.50%
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 2상 스테인리스 클래드 강판.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 2상 스테인리스 클래드 강판의 제조 방법으로서,
    (a) 표면을 갖고 또한 상기 표면으로 이어지는 구멍이 미리 형성된, 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 모재와, 표면을 갖고 또한 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 2상 스테인리스강으로 이루어지는 합재를 적층하고, 상기 표면끼리 맞닿게 함으로써 적층면을 형성하고, 상기 적층면의 주위를 용접함으로써 봉지(封止)하여, 클래드 압연 소재로 하는 공정과,
    (b) 상기 클래드 압연 소재를 200℃ 이상의 온도로 가열하면서, 상기 적층면으로 이어지는 상기 구멍으로부터, 상기 적층면에 있어서의 진공도가 0.10Torr 이하가 되도록 진공 배기(vacuum drawing)하는 공정과,
    (c) 상기 (b)의 공정 후에, 상기 클래드 압연 소재를 1050~1250℃의 범위에서 가열하고, 1000℃ 이상의 온도역에서 압하율을 60% 이상으로 하는 열간 압연을 실시하여, 상기 2상 스테인리스 클래드 강판으로 만드는 공정을 구비하는, 2상 스테인리스 클래드 강판의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 (c)의 공정에 있어서, 950℃ 이하에서의 압연 시간을 60초 이하로 하고, 또한 상기 열간 압연에 있어서의 압연 종료 온도를 850℃ 이상으로 하며, 그 후, 850℃~650℃의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도를 0.5℃/s 이상으로 하는, 2상 스테인리스 클래드 강판의 제조 방법.
  7. 삭제
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