(57)【要約】      （修正有）【課題】ニッケル等合金成分含量を低くし、同時に後熱処理を利用してフェライトとオーステナイトを形成することにより、機械的物性に優れた２相ステンレス鋼の製造方法を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｎ：０．３〜０．５％、Ｃｒ：１７．５〜１８．５％、Ｍｎ：９．５〜１０．５％、Ｓｉ：０．０１〜０．１％、及び残りは鉄と不可避な不純物からなる母合金を真空溶解炉で真空中で溶融し窒素含量を調節し、半製品鋼を製造する。前記半製品鋼を圧延し、前記の圧延された鋼を３００〜４５０℃／ｓｅｃの速度で昇温し、１２００〜１３５０℃でアニーリング処理し、３０〜７５℃／ｓｅｃの速度で冷却してオーステナイト４０〜７５ｖｏｌ％、及びフェライト２５〜６０ｖｏｌ％を含む２相組織を形成する２相ステンレス鋼の製造方法。【選択図】図１
2014051739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス系合金組成を有する半製品鋼を製造すること；
前記半製品鋼を圧延すること；及び
前記の圧延された鋼を熱処理してオーステナイト及びフェライト分率を調節すること；を含むことを特徴とする２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項２】
前記半製品鋼は、
重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５％以下、窒素（Ｎ）：０．３％ないし０．５％、クロム（Ｃｒ）：１７．５％ないし１８．５％、マンガン（Ｍｎ）：９．５％ないし１０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０１％ないし０．１％、及び残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理は、昇温段階、アニーリング段階及び冷却段階を含み、
前記アニーリング段階は１２００℃ないし１３５０℃で行われることを特徴とする請求項２に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項４】
前記昇温段階は、
３００℃／ｓｅｃないし４５０℃／ｓｅｃの速度で行われることを特徴とする請求項３に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項５】
前記冷却段階は、
３０℃／ｓｅｃないし７５℃／ｓｅｃの速度で行われることを特徴とする請求項３に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項６】
重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５％以下、窒素（Ｎ）：０．３％ないし０．５％、クロム（Ｃｒ）：１７．５％ないし１８．５％、マンガン（Ｍｎ）：９．５％ないし１０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０１％ないし０．１％及び残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなる半製品鋼を製造すること；
前記半製品鋼を圧延すること；及び
前記の圧延された鋼を熱処理してオーステナイト４０ｖｏｌ％ないし７５ｖｏｌ％及びフェライト２５ｖｏｌ％ないし６０ｖｏｌ％を含む２相組織を形成すること；を含むこと  を特徴とする２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、昇温段階、アニーリング段階及び冷却段階を含み、
前記アニーリング段階は１２００℃ないし１３５０℃で行われることを特徴とする請求項６に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項８】
前記昇温段階は、
３００℃／ｓｅｃないし４５０℃／ｓｅｃの速度で行われることを特徴とする請求項７に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項９】
前記冷却段階は、
３０℃／ｓｅｃないし７５℃／ｓｅｃの速度で行われることを特徴とする請求項７に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１０】
前記半製品鋼は、
真空溶解方式で製造されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１１】
前記真空溶解は、
母合金を真空溶解炉に装入することと、
前記真空溶解炉内部を真空に維持することと、
前記母合金を溶融して溶融合金を形成することと、
前記溶融合金の窒素含量を調節することと、
前記溶融合金を攪拌することと、
前記溶融合金から半製品鋼を形成することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１２】
前記圧延は、
前記半製品鋼を再加熱することと、
前記の再加熱された半製品鋼を熱間圧延することを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼の製造方法に関するものであり、より詳しくは、後熱処理を利用した２相ステンレス鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼は、微細組織によってオーステナイトステンレス鋼、フェライトステンレス鋼、２相ステンレス鋼に大きく分類される。
【０００３】
これらのうち２相ステンレス鋼は、フェライトとオーステナイトをそれぞれ約５０％ 前後含むことにより、応力腐食割れに対する抵抗性および機械的強度を同時に確保したステンレス鋼である。このような２相ステンレス鋼は、既存の炭素鋼やオーステナイト系ステンレス鋼に比べて優れた耐食性、機械的特性を有することにより、構造材適用時の維持費用削減等の長所を有しているため、多くの分野で活用されている。
【０００４】
２相ステンレス鋼は通常、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等の耐食性向上元素を多量に含む。特に、２相ステンレス鋼の場合は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて低いニッケルを含有しているが、炭素鋼に比べて多量のニッケルを含有することにより、製造原価の上昇および環境汚染の問題を起こし得る。
【０００５】
本発明と関連する背景技術としては、特許文献１に開示されている金属間相の形成が抑制された耐食性、耐脆化性、鋳造性および熱間加工性に優れたスーパーデュープレックスステンレス鋼がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許公報第１０−２００３−００７７２３９号（２００３．１０．０１．公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ニッケル等の高価な合金成分含量を低くし、同時に後熱処理を利用してフェライトとオーステナイトを形成することにより、機械的物性に優れた２相ステンレス鋼の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明の実施例にかかる２相ステンレス鋼の製造方法は、ステンレス系合金組成を有する半製品鋼を製造すること；前記半製品鋼を圧延すること；及び前記の圧延された鋼を熱処理してオーステナイト及びフェライト分率を調節すること；を含むことを特徴とする。
【０００９】
このとき前記半製品鋼は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５％以下、窒素（Ｎ）：０．３％ないし０．５％、クロム（Ｃｒ）：１７．５％ないし１８．５％、マンガン（Ｍｎ）：９．５％ないし１０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０１％ないし０．１％、及び残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなり得る。この場合、前記熱処理は、昇温段階、アニーリング段階及び冷却段階を含み、前記アニーリング段階は１２００℃ないし１３５０℃で行われることが好ましい。
【００１０】
前記目的を達成するための本発明の他の実施例にかかる２相ステンレス鋼の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５％以下、窒素（Ｎ）：０．３％ないし０．５％、クロム（Ｃｒ）：１７．５％ないし１８．５％、マンガン（Ｍｎ）：９．５％ないし１０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０１％ないし０．１％及び残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなる半製品鋼を製造すること；前記半製品鋼を圧延すること；及び前記の圧延された鋼を熱処理してオーステナイト４０ｖｏｌ％ないし７５ｖｏｌ％及びフェライト２５ｖｏｌ％ないし６０ｖｏｌ％を含む２相組織を形成すること；を含むことを特徴とする。
【００１１】
このとき前記熱処理は、昇温段階、アニーリング段階及び冷却段階を含み、前記アニーリング段階は１２００℃ないし１３５０℃で行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる２相ステンレス鋼の製造方法は、高価な元素であるニッケル（Ｎｉ）の添加を排除し、クロム（Ｃｒ）の含量を大きく下げ、これにより発生し得るオーステナイト安定化問題および強度低下問題を、マンガン（Ｍｎ）及び窒素（Ｎ）の含有及び後熱処理を通じて解決することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる２相ステンレス鋼の製造方法によると、アニーリング温度によってフェライトとオーステナイト分率を自由に変えることができ、これにより多様な物性を有する２相ステンレス鋼を製造することができる。よって、本発明にかかる方法で製造された２相ステンレス鋼は、化学プラント、船舶等の多様な分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例にかかる２相ステンレス鋼の製造方法を概略的に表す順序図である。
【図２】本発明に適用される合金組成において温度によるオーステナイト及びフェライト分率変化を表したグラフである。
【図３】比較例に該当する鋼試片１の微細組織写真である。
【図４】比較例に該当する鋼試片２の微細組織写真である。
【図５】実施例に該当する鋼試片３の微細組織写真である。
【図６】実施例に該当する鋼試片４の微細組織写真である。
【図７】実施例に該当する鋼試片５の微細組織写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照して、本発明にかかる後熱処理を利用した２相ステンレス鋼の製造方法について詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる２相ステンレス鋼の製造方法を概略的に表す順序図である。
【００１６】
図１を参照すると、本発明にかかる２相ステンレス鋼の製造方法は、半製品鋼の製造段階（Ｓ１１０）、圧延段階（Ｓ１２０）及び後熱処理段階（Ｓ１３０）を含む。
半製品鋼の製造段階（Ｓ１１０）では、ステンレス系合金組成を有する半製品鋼を製造する。
【００１７】
より好ましくは、本発明に適用されるステンレス系合金組成は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５％以下、窒素（Ｎ）：０．３％ないし０．５％、クロム（Ｃｒ）：１７．５％ないし１８．５％、マンガン（Ｍｎ）：９．５％ないし１０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０１％ないし０．１％及び残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなり得る。
【００１８】
前記ステンレス系合金組成の場合、ニッケル（Ｎｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）の添加が排除されて価格競争力が高く、クロム（Ｃｒ）の含量が１７．５重量％ないし１８．５重量％であり従来より相対的に低いという特徴がある。また、前記合金組成の場合、低いクロム含量等に起因してオーステナイト安定性が低下することを防ぐために、マンガン（Ｍｎ）：９．５重量％ないし１０．５重量％及び窒素（Ｎ）：０．３重量％ないし０．５重量％が含まれるという特徴がある。
【００１９】
より具体的には、本発明では、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）を含む。前記成分以外に残りは鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物である。
【００２０】
ここで、不可避な不純物とは、意図的に含まれるものではない製鋼過程等で不可避に含まれる成分であって、ニッケル（Ｎｉ）：０．０１重量％以下、リン（Ｐ）：０．０４重量％以下、硫黄（Ｓ）：０．０１％以下、アルミニウム(Ａｌ）：０．０５重量％以下等になり得る。不純物として含まれ得る元素のうち、ニッケルは環境問題を引き起こし、リンと硫黄は機械的物性の低下を引き起こし、アルミニウムは窒素添加効果を低下させるため、製鋼時に除去されることが好ましく、不純物として残留しても前記範囲に制限されることが好ましい。
【００２１】
以下、本発明にかかる２相ステンレス鋼が製造方法に適用される合金組成について説明する。
【００２２】
炭素（Ｃ）
炭素（Ｃ）は、ステンレス鋼の機械的物性、高温強度の向上を助ける。前記炭素は、鋼全体重量の０．０５重量％以下で含まれることが好ましい。炭素の含量が０．０５重量％を超える場合、結晶粒界に炭化クロム（Ｃｒ２３Ｃ６）析出によって腐食抵抗性を低下させる要因になる。
【００２３】
窒素（Ｎ）
窒素（Ｎ）は、オーステナイト安定化元素であって、ニッケルを代替できる元素で、孔食抵抗性を大きく増加させ得る。前記窒素は、鋼全体重量の０．３重量％ないし０．５重量％で含まれることが好ましい。窒素の含量が０．３重量％未満だとその添加効果が十分でない。逆に、窒素の含量が０．５重量％を超えると、常圧下での製鋼時に窒素含量調節に困難がある。
【００２４】
クロム（Ｃｒ）
クロム（Ｃｒ）は、鋼表面にクロム酸化層を生成して耐食性の向上を助ける。
前記クロムは、鋼全体重量の１７．５重量％ないし１８．５重量％で含まれることが好ましい。クロムの含量が１７．５重量％未満だとその添加効果が十分でない。逆に、クロムの含量が１８．５重量％を超えると、フェライト安定性が増加することにより２相組織制御時に困難がある。
【００２５】
マンガン（Ｍｎ）
マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイトを安定化させ、窒素固溶度を増加させるのに有効な元素である。前記マンガンは、鋼全体重量の９．５重量％ないし１０．５重量％で含まれることが好ましい。マンガンの含量が９．５重量％未満の場合、本発明においてニッケルが添加されないことを考慮すると、オーステナイト安定性の確保が困難になり得る。逆に、マンガンの含量が１０．５重量％を超えると、オーステナイト安定性が増加することにより、２相組織制御時に困難があり、腐食抵抗性が減少する。
【００２６】
シリコン（Ｓｉ）
シリコン（Ｓｉ）は、フェライト形成元素であり、また脱酸剤として作用する。前記シリコンは、鋼全体重量の０．０１重量％ないし０．１重量％で含まれることが好ましい。シリコンの含量が０．０１重量％未満だとその添加効果が十分でない。逆に、シリコンが０．１重量％を超えて過剰添加されると、鋼の靭性を低下させるという問題点がある。
【００２７】
前記合金成分からなる半製品鋼は、スラブ、インゴット、ビレット等の形態になり得る。
【００２８】
このような半製品鋼は、多様な方式で製造でき、一つの例として真空溶解方式を提示できる。
【００２９】
真空溶解は、母合金装入段階、真空維持段階、母合金溶融段階、窒素含量調節段階、溶融合金攪拌段階、半製品鋼形成段階を含む一連の過程で行うことができる。
【００３０】
母合金装入段階では、電解鉄、Ｆｅ−５０重量％Ｍｎ、Ｆｅ−６０重量％Ｃｒ、Ｆｅ−５８．８重量％Ｃｒ−６．６重量％Ｎ等のような、母合金を製造しようとする２相ステンレス鋼の合金組成比に応じて秤量した後、真空溶解炉に装入する。
【００３１】
次に、真空維持段階では、真空溶解のために、真空溶解炉内部を約１０−３ｔｏｒｒ以下の真空に維持する。
【００３２】
次に、母合金溶融段階では、電気抵抗加熱、誘導加熱等を通じて真空溶解炉を約１６００℃以上に加熱して、母合金を溶融させ溶融合金を形成する。
【００３３】
次に、窒素含量調節段階では、窒素ガス注入を通じて溶融合金の窒素含量を０．１重量％ないし０．３重量％に調節する。このとき、目標とする窒素含量を得るために真空溶解炉内部を加圧することができるが、必ずしもこれを行わなければならないのではない。
【００３４】
次に、溶融合金攪拌段階では、溶融合金を攪拌して合金元素の片石を除去したり合金元素片石の発生が抑制されるようにする。
【００３５】
次に、半製品鋼形成段階では、真空溶解炉内部から溶融合金を出湯して、インゴット、スラブ、ビレット等の形態の半製品鋼を形成する。
【００３６】
次に、圧延段階（Ｓ１２０）では半製品鋼を圧延する。
圧延は、前記半製品鋼をオーステナイト単相域で再加熱して均質化する段階と、前記の再加熱された半製品鋼を約９００℃ないし１０００℃で熱間圧延する段階を含み得る。熱間圧延以降は、室温までクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する過程を行うことができる。
【００３７】
次に、後熱処理段階（Ｓ１３０）では圧延された鋼を熱処理してオーステナイト及びフェライト分率を調節する。
このとき、熱処理は昇温段階、アニーリング段階及び冷却段階を含み得る。
【００３８】
本発明では、アニーリング段階を１２００℃ないし１３５０℃で約１時間以内に行う。
このようなアニーリング条件下で、オーステナイト４０ｖｏｌ％ないし７５ｖｏｌ％及びフェライト２５ｖｏｌ％ないし６０ｖｏｌ％を含む２相組織を形成できる。これは図２を参照するとより明確に理解できる。
【００３９】
図２は、本発明に適用される合金組成において、温度によるオーステナイト及びフェライト分率変化を示したグラフであり、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃプログラム（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｉｎｃ．）を利用した。
【００４０】
図２を参照すると、後熱処理時にアニーリング温度が１２００℃以上、そして１３５０℃以下でフェライト分率が２５ｖｏｌ％ないし６０ｖｏｌ％になり得る。アニーリング温度が１２００℃未満だったり１３５０℃を超えると、フェライト分率が低くなり過ぎたり高くなり過ぎて２相ステンレス鋼の特性を発揮し難くなる。
【００４１】
一方、後熱処理時にアニーリング温度までの昇温は３００℃／ｓｅｃないし４５０℃／ｓｅｃの速度で約１００℃ないし４００℃まで行うことがより好ましい。昇温速度が３００℃／ｓｅｃ未満だと、結晶粒粗大化により製造される鋼の強度が低下し得る。逆に、昇温速度が４５０℃／ｓｅｃを超えると、過度な加熱によって鋼の製造コストが大きく増加し得、昇温速度の制御が難しくなり得る。
【００４２】
また、後熱処理時のアニーリング以降の冷却は、３０℃／ｓｅｃないし７５℃／ｓｅｃの速度で行うことがより好ましい。冷却速度が３０℃／ｓｅｃ未満 の場合は、目的とする層変態が発生し得る。逆に、冷却速度が７５℃／ｓｅｃを超えると、冷却速度の制御に困難がある。
【００４３】
実施例
以下、本発明の好ましい実施例を通じて本発明の構成及び作用をより詳しく説明する。但し、これは本発明の好ましい例示として提示するものであり、如何なる意味でもこれによって本発明が制限されると解釈してはならない。ここに記載していない内容は、本技術分野の熟練者であれば技術的に類推できるもののため、その説明は省略する。
【００４４】
１．鋼試片の製造
表１に記載した組成及び残りの鉄からなる鋼試片１ないし５を製造した。
【表１】
2014051739.tif 000003
【００４５】
鋼試片１及び２は、該当合金組成からなるインゴットを１０００℃で１時間再加熱し、９００℃まで熱間圧延した後、室温までクエンチングして製造した。
【００４６】
鋼試片３ないし５は、該当合金組成からなるインゴットを１０００℃で１時間再加熱し、９００℃まで熱間圧延し、室温までクエンチングする過程までは鋼試片１及び２と同一だが、クエンチング後、表２に記載した条件で後熱処理を行って製造した。
【表２】
2014051739.tif 000004
【００４７】
２．物性評価
鋼試片１ないし５に対して、ＡＳＴＭ試験片による引張試験を行い、その結果を表３に示した。
【表３】
2014051739.tif 000005
【００４８】
表３を参照すると、本発明で提示した後熱処理を含む方法で製造された鋼試片３ないし５は、ニッケル、モリブデン等の元素が添加されていないにもかかわらず、後熱処理が行われなかった鋼試片１ないし２に比べて強度特性が相対的に優れていることが分かる。
【００４９】
３．微細組織評価
図３及び図４は、比較例に該当する鋼試片１（図３）、及び鋼試片２（図４）の微細組織写真である。図５ないし図７は、実施例に該当する鋼試片３（図５）、鋼試片４（図６）及び鋼試片５（図７）の微細組織写真である。
【００５０】
図３ないし図７を参照すると、鋼試片１ないし５全てがフェライトとオーステナイト２相組織を有することが分かる。つまり、鋼試片１及び２の場合のように、クロム、ニッケル及びモリブデンが多量含有されると２相組織が形成できるが、本発明で提示した後熱処理を行うと、このようなニッケル及びモリブデンを排除し、クロムの含量を低くした状態でも２相組織の形成が可能になる。
【００５１】
一方、図３ないし図５を参照すると、鋼試片１ないし２（図３ないし４）は、典型的な２相ステンレス組織を表すのに対し、鋼試片３ないし５（図５ないし７）は、オーステナイト粒界にフェライトが形成されている２相ステンレス組織を表すことが分かる。
【００５２】
本発明は、実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該技術が属する分野で通常の知識を有する者であれば、これにより多様な変形および均等な他実施例が可能だという点を理解できると考える。よって、本発明の真正な技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定めなければならない。
【符号の説明】
【００５３】
Ｓ１１０：半製品鋼製造段階
Ｓ１２０：圧延段階
Ｓ１３０：後熱処理段階
【図１】
2014051739.tif 000006
【図２】
2014051739.tif 000007
【図３】
2014051739.tif 000008
【図４】
2014051739.tif 000009
【図５】
2014051739.tif 000010
【図６】
2014051739.tif 000011
【図７】
2014051739.tif 000012