KR20200033903A - 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

높은 강도를 가지며, 또한 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 성분 조성이 C: 0.12질량% 이하, Si: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하, Mn: 0.1질량% 이상 3.0질량% 이하, P: 0.05질량% 이하, S: 0.01질량% 이하, Cr: 13.0질량% 이상 22.0질량% 이하, Ni: 4.0질량% 이상 12.0질량% 이하, Cu: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하, Mo: 5.0질량% 이하, Al: 0.03질량% 이하, Nb: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하, 및 N: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하를 충족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며, 결정립도 번호가 7.0 이상인 오스테나이트계 스테인리스강이다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 스테인리스강은 강도, 가공성, 내식성 등이 우수한 강재로서, 각종 용도에 널리 사용되고 있다. 또한, 용도 등에 따른 성능을 보다 높이기 위해, 성분 조성이나 결정 조직 등을 제어한 여러 오스테나이트계 스테인리스강이 개발되었다(특허문헌 1∼5 참조).
한편, 자동차용 연료 분사관에도, 경량화, 피로 파괴 방지, 염수에 대한 내식성 등의 관점에서, 2상 스테인리스강과 같은 고강도의 스테인리스강 등이 사용되고 있다. 이러한 자동차용 연료 분사관의 재료에서도, 장수명화나 고성능화 등에 대응하기 위해, 종래의 재료 이상의 높은 강도(내력, 인장 강도) 등을 갖는 재료의 개발이 요구되고 있다. 또한, 자동차용 연료 분사관의 제조에서는, 강관의 납땜 열처리가 행해지는 경우가 있다. 이러한 열처리가 행해진 경우, 강관의 강도가 저하되는 경우가 있고, 아울러 2상 스테인리스강에서는 직관 형상을 유지할 수 없다고 하는 문제도 있다.
일본 특허 제6137434호 공보 일본 특허 제5131794호 공보 일본 특개 2017-12244호 공보 일본 특개 2016-44332호 공보 일본 특허 제2787044호 공보
본 발명은 이상과 같은 사정에 기초하여 행해진 것이며, 그 목적은 높은 강도를 가지며, 또한 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 행해진 발명은 성분 조성이 C: 0.12질량% 이하, Si: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하, Mn: 0.1질량% 이상 3.0질량% 이하, P: 0.05질량% 이하, S: 0.01질량% 이하, Cr: 13.0질량% 이상 22.0질량% 이하, Ni: 4.0질량% 이상 12.0질량% 이하, Cu: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하, Mo: 5.0질량% 이하, Al: 0.03질량% 이하, Nb: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하, 및 N: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하를 충족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며, 결정립도 번호가 7.0 이상인 오스테나이트계 스테인리스강이다.
당해 오스테나이트계 스테인리스강은 상기 성분 조성 및 결정립도를 갖기 때문에, 고용 강화나 결정립의 미세화에 의해, 높은 강도(내력 및 인장 강도)를 갖는다. 또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강은 상기 성분 조성 및 결정립도를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강이기 때문에, 열처리 후의 형상 유지성이 양호하게 된다.
상기 성분 조성에 있어서, 하기 식 (1)을 더 충족시키는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 납땜 등의 열처리를 시행해도, 결정립의 조대화가 억제된다. 이 때문에, 열처리 후의 강철의 강도 저하가 억제된다.
200≤-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]≤300···(1)
(식 (1) 중, [%C], [%Cr], [%N] 및 [%Nb]는 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
당해 오스테나이트계 스테인리스강의 최대 결정립경이 60㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 납땜 등의 열처리를 시행해도, 결정립의 조대화가 억제된다. 이 때문에, 열처리 후의 강의 강도 저하가 억제된다.
상기 성분 조성에 있어서, 하기 식 (2)를 더욱 충족시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 탄소 및 질소의 함유량을 제어함으로써, 강도를 보다 높이는 것 등을 할 수 있다.
0.20≤[%C]+[%N]≤0.40···(2)
(식 (2) 중 [%C] 및 [%N]은 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 최대 높이 Ry가 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 당해 오스테나이트계 스테인리스강 표면의 평활성을 높임으로써, 내식성 등을 높일 수 있다.
당해 오스테나이트계 스테인리스강은 심리스 강관인 것이 바람직하다. 심리스 관인 경우, 용접부가 기점이 되어 생기는 파괴를 피할 수 있다. 따라서, 심리스 관인 경우, 내압의 반복 응력이 부가되는 자동차 연료 분사관 등에, 보다 적합하게 사용할 수 있다.
당해 오스테나이트계 스테인리스강은 강도가 우수하기 때문에, 자동차 엔진의 직분고압화에도 충분히 대응 가능하여, 자동차 연료 분사관에 적합하게 사용된다. 또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강은 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 점에서도, 납땜 열처리가 행해지는 자동차 연료 분사관에 적합하게 사용된다.
상기 과제를 해결하기 위해 행해진 다른 발명은, 강재에 대하여, 1회의 가공률이 20% 이상인 냉간 가공을 행하는 공정과, 상기 냉간 가공 공정의 전후에 마련되어, 상기 강재에 대하여 열처리를 행하는 공정을 구비하고, 상기 열처리 공정에 있어서의 열처리 온도 T(℃)가 하기 식 (3)을 충족시키는 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법 a이다.
1,000≤T≤-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]+900···(3)
(식 (3) 중 [%C], [%Cr], [%N] 및 [%Nb]는 상기 강재에 있어서의 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
당해 제조 방법 a에 의하면, 고용 강화나 결정립 미세화 강화가 도모됨으로써, 높은 강도를 유지하고, 또한 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 행해진 발명은, 강재에 대하여, 1회의 가공률이 20% 이상인 냉간 가공을 행하는 공정과, 상기 냉간 가공 공정의 전후에 마련되어, 상기 강재에 대하여 열처리를 행하는 공정을 구비하고, 상기 열처리 공정에 있어서의 열처리 온도 T(℃)가 1,000℃ 이상 1,200℃ 이하인 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법 b이다.
당해 제조 방법 b에 의해서도, 고용 강화나 결정립 미세화 강화가 도모됨으로써, 높은 강도를 가지며, 또한 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.
당해 제조 방법 a 및 제조 방법 b에서는, 상기 냉간 가공 공정 후의 최종의 열처리 공정이 광휘 소둔인 것이 바람직하다. 예를 들면, 최종 열처리가 대기 소둔인 경우, 그 후의 산세가 필요하게 되어, 스케일 박리나 산에 의한 용해로 표면 거질어짐이 생긴다. 그러나, 이와 같이 최종 열처리 공정으로서 광휘 소둔을 행함으로써, 산세가 불필요하게 되어, 상기 표면 거칠어짐이 생기지 않기 때문에, 얻어지는 오스테나이트계 스테인리스강은 평활성이 높고, 그 결과, 내식성 등이 우수한 것이 된다.
본 발명에 따르면, 높은 강도를 가지며, 또한 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 1 실시형태에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
[오스테나이트계 스테인리스강]
본 발명의 1 실시형태에 따른 오스테나이트계 스테인리스강은 특정 성분 조성과 결정립도를 가지며, 이것에 의해, 높은 강도가 발현된다. 또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강은 실질적으로 오스테나이트상 단상으로 이루어져, 페라이트·오스테나이트 2상 스테인리스강과 비교하여 열처리 후의 형상 유지성이 양호하게 된다. 당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 통상, 조직의 99% 이상이 오스테나이트상이다.
(성분 조성)
당해 오스테나이트계 스테인리스강의 성분 조성은 소정량의 C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, Mo, Al, Nb 및 N을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 이하, 각 성분의 함유량의 수치 범위와 그 한정 이유에 대해 설명한다.
(C: 0.12질량% 이하)
C(탄소)는 고용 강화 및 오스테나이트상의 안정화에 유효한 원소이다. 아울러, Cr, Nb 및 N과 함께 첨가함으로써 비금속간 화합물을 형성하여, 열처리에 의한 결정립 조대화 억제에 유효하게 작용하는 원소이다. 그렇지만, 과잉 첨가에 의해 탄화물을 형성하기 때문에 목표한 비금속간 화합물 형성을 위해서는 함유량을 0.12질량% 이하로 한다. 탄화물의 형성 억제 등의 점에서, C의 함유량의 상한은 0.10질량%가 바람직하고, 0.08질량%가 보다 바람직하고, 0.06질량%가 더욱 바람직하다. 한편, C의 함유량의 하한은 0질량% 초과이어도 되고, C 첨가에 의한 고용 강화 등으로, 0.01질량%가 바람직하고, 0.02질량%가 보다 바람직하다.
(Si: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하)
Si(규소)는 스테인리스강의 고용 강화에 유효한 원소이다. 한편으로, 스테인리스강이 납땜하여 사용되는 경우에는, Si가 납땜성을 저해하는 요인이 되기 때문에 첨가량은 1.0질량% 이하으로 할 필요가 있다. Si의 함유량의 상한은 0.8질량%가 바람직하다. 또한, Si는 용해 주조할 때의 예비 탈산으로서 사용하는 원소이기도 하며, 함유량의 하한으로서는 0.2질량%가 바람직하고, 0.3질량%가 보다 바람직하고, 0.35질량%가 더욱 바람직하고, 0.4질량%가 더욱 바람직한 경우도 있고, 0.5질량%가 더욱 바람직한 경우도 있다.
(Mn: 0.1질량% 이상 3.0질량% 이하)
Mn(망간)은 오스테나이트 형성 원소이다. Mn 첨가에 의해 고가의 원소인 Ni의 첨가량을 낮출 수 있다. 그렇지만, Mn 첨가는 MnS와 같은 내식성에 유해한 비금속간 화합물의 형성을 촉진하기 때문에 과잉의 첨가는 피할 필요가 있다. 따라서, Mn 함유량은 0.1질량% 이상 3.0질량% 이하로 한다. Mn의 함유량의 하한으로서는 0.3질량%가 바람직하고, 0.5질량%가 보다 바람직하고, 0.7질량%가 더욱 바람직하다. 한편, 이 함유량의 상한은 2.7질량%가 바람직하고, 2.4질량%가 더욱 바람직하다.
(P: 0.05질량% 이하)
P(인)는 불순물로서 함유하는 원소이다. P는 열간 가공성, 용접성, 강도 등을 저하시키기 때문에, P의 함유량은 0.05질량% 이하로 한다. P의 함유량의 상한은 0.04질량%가 바람직하고, 0.03질량%가 보다 바람직하고, 0.02질량%가 더욱 바람직하다. P의 함유량의 하한은 0질량% 초과이어도 되고, 0.001질량% 또는 0.005질량%이어도 된다.
(S: 0.01질량% 이하)
S(유황)는 불순물로서 함유하는 원소로, Mn이나 Ca와 결합하여 내식성이나 기계적 특성에 유해한 비금속간 화합물을 형성하는 원소이다. 황화물을 형성하여 내식성을 저하시키기 때문에 첨가량은 최대한 제한해야 한다. 따라서 S의 함유량의 상한은 0.01질량%로 할 필요가 있고, 0.005질량%가 바람직하고, 0.003질량%가 보다 바람직하다. 한편, S의 함유량의 하한은 0질량% 초과이어도 되고, 0.0001질량% 또는 0.0003질량%이어도 된다.
(Cr: 13.0질량% 이상 22.0질량% 이하)
Cr(크롬)은 내식성 향상 및 고용 강화에 유효한 원소이다. 또한, C, Nb 및 N과 복합하여 첨가됨으로써 비금속간 화합물을 형성하여, 열처리에 의해 결정립이 조대화되는 것을 억제한다. Cr 첨가량을 늘리면 비금속간 화합물이 안정한 온도가 고온측으로 이행하여, 보다 고온으로 열처리를 행해도 미세조직을 유지할 수 있게 된다. 그렇지만, Cr은 페라이트 형성 원소로서 작용하기 때문에, C, Mn, Ni 및 N의 첨가량이 적은 경우 등에는 과잉 첨가를 피할 필요가 있다. 따라서, Cr의 함유량은 13.0질량% 이상 22.0질량% 이하로 한다. Cr의 과잉 첨가는 가격의 증가나 오스테나이트상의 안정성 저하로 이어지므로, Cr의 함유량의 상한은 21.0질량%가 바람직하고, 20.0질량%가 보다 바람직하다. 한편, 상기 효과를 높이는 것 등에서, Cr의 함유량의 하한은 15.0질량%가 바람직하고, 16.0질량%가 보다 바람직하고, 18.0질량%가 더욱 바람직하다.
(Ni: 4.0질량% 이상 12.0질량% 이하)
Ni(니켈)는 오스테나이트 형성에 유효한 원소이다. 그렇지만, Ni의 과잉 첨가는 재료 가격의 증가로 이어지기 때문에, Ni의 함유량은 4.0질량% 이상 12.0질량% 이하로 한다. Ni의 함유량의 하한은 5.0질량%가 바람직하고, 7.0질량%가 보다 바람직하고, 7.8질량%가 더욱 바람직하다. 또한, Ni의 함유량을 비교적 늘림으로써, 단상의 오스테나이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다. 한편, Ni의 함유량의 상한은 11.0질량%가 바람직하고, 10.0질량%가 보다 바람직하다.
(Cu: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하)
Cu(구리)는 오스테나이트 형성 원소이다. 스테인리스강 스크랩 등으로부터 혼입되는 원소이기 때문에, 과잉한 저감은 원료 가격의 증가로 이어진다. 따라서, Cu의 함유량은 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하로 한다. Cu의 함유량의 하한은 0.05질량%가 바람직한 경우도 있고, 0.1질량%가 바람직한 경우도 있다. 한편, Cu의 함유량의 상한은 0.40질량%가 바람직하다.
(Mo: 5.0질량% 이하)
Mo(몰리브덴)은 내식성의 향상 및 고용 강화에 유효한 원소이다. 그렇지만 Mo는 고가의 원소로서 원료 가격의 증가로 이어지기 때문에, 함유량은 5.0질량% 이하로 한다. Mo의 함유량의 상한은 1.0질량%가 바람직한 경우고 있고, 0.50질량%가 보다 바람직한 경우도 있고, 0.45질량%가 더욱 바람직한 경우도 있고, 0.40질량%가 보다 더욱 바람직한 경우도 있다. 한편, Mo의 함유량의 하한은 0질량% 초과이어도 되고, 0.01질량%가 바람직하고, 0.05질량%가 보다 바람직하고, 0.1질량%가 더욱 바람직하다.
(Al: 0.03질량% 이하)
Al(알루미늄)은 탈산 작용이 있는 원소이지만, Al은 페라이트 안정화 원소이기 때문에, 과잉으로 포함되면 오스테나이트의 안정성이 저하되고, 열간 가공성이나 연성이 저하된다. 또한 Al계 개재물은 가공성이나 경면 상처의 원인이 된다. 따라서, Al의 함유량의 상한은 0.03질량%로 하고, 0.02질량%가 바람직하다. 한편, Al의 함유량의 하한은 0질량% 초과이어도 되고, 0.001질량%가 바람직한 경우도 있고, 0.005질량%가 보다 바람직한 경우도 있다.
(Nb: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하)
Nb(니오브)는 C, Cr 및 N과 복합되어 첨가함으로써 비금속간 화합물을 형성하여, 열처리에 의해 결정립이 조대화하는 것을 억제한다. Nb 첨가량을 늘리면 비금속간 화합물이 안정한 온도가 고온측으로 이행하여, 보다 고온으로 열처리를 행해도 미세조직을 유지할 수 있게 된다. 그렇지만, Nb는 고가의 원소이기 때문에, 가격의 관점에서 과잉한 첨가를 피할 필요가 있다. 따라서 Nb의 함유량의 범위는 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하로 한다. Nb의 함유량의 하한은 0.07질량%가 바람직하고, 0.09질량%가 보다 바람직하다. 한편, Nb의 함유량의 상한은 0.20질량%가 바람직하고, 0.15질량%가 보다 바람직하다.
(N: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하)
N(질소)은 오스테나이트 안정화, 내식성 향상 및 고용 강화에 유효한 원소이다. 아울러, C, Cr 및 N과 복합하여 첨가함으로써 비금속간 화합물을 형성하여, 열처리에 의해 결정립이 조대화하는 것을 억제한다. N 첨가량을 늘리면 비금속간 화합물이 안정한 온도가 고온측으로 이행하여, 보다 고온에서 열처리를 행해도 결정립이 조대화하는 것을 억제한다. 그렇지만, N 첨가량을 늘리면 가공성 등이 저하된다. 따라서, N의 함유량의 범위는 0.10질량% 이상 0.50% 이하로 한다. 또한 N 첨가에 의한 오스테나이트 안정화의 효과 및 가공성에의 영향을 고려하면, N의 함유량의 하한은 0.15질량%가 바람직하고, 0.20질량%가 바람직하다. N의 함유량의 상한은 0.35질량%가 바람직하고, 0.30질량%가 보다 바람직하다.
(Fe 및 불가피적 불순물)
당해 오스테나이트계 스테인리스강을 구성하는 성분 조성의 기본 성분은 상기한 바와 같으며, 잔부 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물은 제조 시에 불가피하게 혼입되는 불순물이며, 강관의 여러 특성을 해치지 않는 범위에서 함유된다. 또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 성분 조성은 본 발명의 효과에 악영향을 주지 않는 범위에서, 상기 성분에 더하여, 다른 원소를 더 함유하고 있어도 된다.
(식 (1)에 대하여)
당해 오스테나이트계 스테인리스강의 성분 조성에서는, 하기 식 (1)을 더 충족시키는 것이 바람직하다.
200≤-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]≤300···(1)
(식 (1) 중 [%C], [%Cr], [%N] 및 [%Nb]는 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
본 발명자들은, C, Cr, N 및 Nb의 함유량을 제어함으로써, C, Cr, N 및 Nb의 화합물(Z상)이 열처리 전후에서 안정하게 존재하고, 열처리 전후에서 결정립경이나 석출 물량을 유지하고, 열처리 후에도 결정립 미세화 강화나 석출 강화를 활용할 수 있는 것을 발견했다. 즉, -2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]의 값이 200 이상 300 이하가 되는 성분 조성으로 함으로써, Z상 고용 온도가 1, 100℃ 이상이 되는 것이 발견되었다. 한편, 예를 들면, 자동차 연료 분사관에 사용되는 강관은, 일반적으로 구리납 등을 사용하여 납땜 열처리를 행하여 부품으로 가공된다. 구리납은 융점이 1, 082℃이므로, 열처리는 1, 080℃∼1, 150℃ 정도에서 행해지는 경우가 많다. 따라서, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 성분 조성이 상기 식 (1)을 얻는 경우, 상기 온도범위의 납땜 열처리를 행해도, 석출물에 의한 입계 핀 고정 효과 등을 얻을 수 있다. 이와 같이, 상기 식 (1)을 충족시키는 경우, 열처리 후의 결정립 조대화를 억제하여, 결정립 미세화에 의한 강도 상승이나 석출 강화를 활용할 수 있다. 또한, 상기 식 (1)을 충족시키는 경우, 혼립(混粒)을 억제할 수 있기 때문에, 피로 파괴의 기점이 되는 약점 부분의 형성을 억제하는 것에도 기여된다.
(식 (2)에 대하여)
당해 오스테나이트계 스테인리스강의 성분 조성에서는, 하기 식 (2)를 더 충족시키는 것이 바람직하다.
0.20≤[%C]+[%N]≤0.40···(2)
(식 (2) 중 [%C] 및 [%N]은 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
C 및 N은 고용 강화 원소로서 유효하게 작용한다. [%C]+[%N]의 값을 0.20 이상으로 함으로써, 충분한 고용 강화가 일어나, 내력과 인장 강도 등을 높일 수 있다. [%C]+[%N]의 하한은 0.25가 바람직하다. 한편으로, [%C]+[%N]의 값을 0.40 이하로 함으로써, 충분한 가공성을 발휘할 수 있어, 냉간 가공을 행했을 때에 깨짐이 발생하는 빈도가 저감된다. [%C]+[%N]의 상한은 0.35가 바람직하다.
(결정립도)
당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 오스테나이트 결정의 결정립도 번호의 하한이 7.0이며, 8.0이 바람직하고, 9.0이 보다 바람직하고, 9.5가 더욱 바람직하다. 당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 이와 같이, 특정한 성분 조성으로 하는 것에 더하여, 결정립도 번호를 상기 하한 이상으로 함으로써, 결정립 미세화 강화가 도모되어, 강한 강도를 발현할 수 있다. 또한, 통상, 스테인리스강의 강화에는 고용 원소로서 질소나 탄소를 첨가하는 것이 유효하지만, 이들 원소를 과잉으로 첨가함으로써 변형 시효에 의해 가공성이 저하된다. 이 때문에, 당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 질소나 탄소의 함유량을 억제하면서, 스테인리스강의 고강도화를 도모하기 위해 결정립 미세화 강화를 활용하고 있다.
한편, 당해 오스테나이트 결정의 결정립도 번호의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 16.0이어도 되고, 14.0, 13.0, 12.0, 11.5 또는 11.0이어도 된다. 또한, 상기 결정립도 번호는 JIS G0551(2013)에 준거하여 측정되는 값이며, 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법에 따라 구해지는 값이다.
또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 결정립도는, 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 냉간 가공 전후의 열처리 온도 등에 의해 제어할 수 있다.
(최대 결정립경)
당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 오스테나이트 결정의 최대 결정립경의 상한은, 예를 들면, 200㎛, 150㎛ 또는 100㎛이어도 되지만, 60㎛인 것이 바람직하고, 50㎛인 것이 보다 바람직하고, 40㎛인 것이 더욱 바람직하고, 30㎛인 것이 보다 더욱 바람직하다. 당해 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 상술한 바와 같이 결정립도 번호가 큰, 즉 결정립경의 평균이 작은 것에 더하여, 최대 결정립경을 작게 함으로써, 열처리 후의 결정립 조대화나 혼립을 억제하고, 그 결과, 열처리 후의 강의 강도 저하가 억제된다.
한편, 이 최대 결정립경의 하한으로서는, 예를 들면, 1㎛이며, 5㎛이어도 되고, 10㎛이어도 된다. 또한, 이 최대 결정립경은 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정한 값으로 한다.
또한, 예를 들면, 열처리 온도 시의 온도를 제어하고, 또한 상기 식 (1)을 충족시키는 것과 같은 성분 조성으로 하는 것 등에 의해, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 최대 결정립경을 60㎛ 이하로 할 수 있다.
(표면거칠기)
당해 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서는, 최대 높이 Ry의 상한이 10㎛인 것이 바람직하고, 8㎛인 것이 보다 바람직하고, 6㎛인 것이 더욱 바람직하다. 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 최대 높이를 상기 상한 이하로 하여, 표면의 평활성을 높임으로써, 내식성과 피로 강도 등을 높일 수 있다. 즉, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 최대 높이를 상기 상한 이하로 함으로써, 자동차용 연료 분사관 등에 채용한 경우의 장수명화를 도모하는 것 등을 할 수 있다.
한편, 상기 최대 높이 Ry의 하한으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.5㎛이며, 1㎛ 또는 2㎛이어도 된다. 또한, 상기 최대 높이 Ry는 JIS B0601(1994)에 준거하여 측정되는 값을 말한다. 또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강이 강관인 경우, 상기 최대 높이 Ry는 외면의 측정값으로 할 수 있다.
또한, 당해 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서의 표면거칠기(최대 높이 Ry)는, 후술하는 바와 같이, 최종 공정으로서 광휘 소둔을 행하거나, 그 외에, 경면 가공을 시행하는 것 등으로 작게 할 수 있다.
(형상, 용도 등)
당해 오스테나이트계 스테인리스강의 형상으로서는 특별히 한정되지 않고, 판상, 봉상, 관상 등이어도 되지만, 관상인 것이 바람직하다. 즉, 당해 오스테나이트계 스테인리스강은 강관으로서 적합하게 사용된다. 강관으로서는 심리스 강관, 전봉 강관, UOE 강관이나 스파이럴 강관 등의 아크 용접 강관, 단접 강관 등을 들 수 있다. 바람직하게는 심리스 강관이다.
당해 오스테나이트계 스테인리스강은 강도가 높고, 각종 용도에 적용할 수 있는데, 그중에서도, 자동차 연료 분사관에 적합하게 사용할 수 있다. 특히, 상술한 바와 같이, 당해 오스테나이트계 스테인리스강은 납땜 열처리 후의 변형을 억제할 수 있고, 또한, 조성의 조정 등에 의해, 열처리 후에도 강도가 높은 결정 조직을 유지하도록 할 수 있다. 이 때문에, 당해 오스테나이트계 스테인리스강은 납땜 열처리를 행하는 자동차 연료 분사관 재료로서 적합하다.
[오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법]
오스테나이트계 스테인리스강은 이하의 방법에 의해 적합하게 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 1 실시형태에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법은,
강재에 대하여, 1회의 가공률이 20% 이상인 냉간 가공을 행하는 공정 (1)과,
상기 공정 (1)의 전후에 마련되어, 상기 강재에 대하여 열처리를 행하는 공정 (2)
를 구비한다.
(냉간 가공 공정 (1))
상기 공정 (1)에서는, 상기 성분 조성을 갖는 강재에 대하여, 1회의 가공률이 20% 이상의 냉간 가공을 행한다. 상기 냉간 가공으로서는 냉간 압연 가공, 냉간 인발 가공 등을 들 수 있고, 최종 제품의 형상 등에 따라 선택된다. 예를 들면, 강관을 얻는 경우는, 냉간 압연 가공이 적합하게 채용된다.
냉간 가공에서는, 중앙부보다 표층 근방에 변형히 생기기 쉽다. 가공률이 20% 미만의 경우는 중앙부에 충분한 변형을 도입할 수 없어, 중앙부의 결정립을 미세하게 하는 것이 곤란하다. 따라서, 냉간 가공에 의한 가공률은 20% 이상이며, 25% 이상이 바람직하다. 한편, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 균일 신율을 고려하여 한 번의 가공률의 상한은 50%가 바람직하고, 40%가 보다 바람직하다.
(열처리 공정 (2))
상기 냉간 가공 공정 (1)의 전후에 있어서, 상기 공정 2로서는, 상기 강재에 대하여 열처리를 행한다. 이 열처리 공정 (2)에 있어서의 열처리 온도 T(℃)는 냉간 가공 공정 (1)의 전후의 열처리와 함께, 하기 식 (3)을 만족시키면 좋다. 이것에 의해, 열처리에 의한 결정립의 조대화를 억제할 수 있어, 얻어지는 오스테나이트계 스테인리스강의 강도를 높일 수 있다.
1,000≤T≤-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]+900···(3)
(식 (3) 중 [%C], [%Cr], [%N] 및 [%Nb]는 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
또한, 이 제조 방법을 채용하는 경우, 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서의 성분 조성에 있어서, -2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]의 값은 100 이상이다.
또한, 상기 열처리 공정 (2)에 있어서의 열처리 온도 T(℃)는 냉간 가공 공정 (1)의 전후의 열처리와 함께, 1,000℃ 이상 1,200℃ 이하인 것도 바람직하다. 이것에 의해, 열처리에 의한 결정립의 조대화를 억제할 수 있고, 얻어지는 오스테나이트계 스테인리스강의 강도를 높일 수 있다. 또한, 상기 열처리 온도 T의 상한은 1, 150℃가 바람직하고, 1, 130℃가 보다 바람직하다.
상기 열처리 공정 (2)에 있어서의 열처리 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 방법을 이용할 수 있다. 단, 냉간 가공 공정 (1) 뒤에 행하는 열처리가 광휘 소둔인 것이 바람직하다. 또한, 이 냉간 가공 공정 (1) 뒤에 행하는 열처리가 최종의 열처리 공정인 것이 바람직하다. 광휘 소둔은 환원성 분위기에서 행하는 열처리이며, 스테인리스강의 표면을 산화시키지 않고 열처리를 행할 수 있다. 그것에 의해, 열처리 후의 산세 공정을 생략할 수 있어, 평활성이 높은, 즉 내식성 등이 우수한 스테인리스강을 얻을 수 있다.
당해 제조 방법에 있어서, 상기 냉간 가공 공정 (1) 및 열처리 공정 (2) 이외의 공정은 공지의 방법을 채용할 수 있다.
[그 밖의 실시형태]
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지는 않고, 상기 태양 외에, 여러 변경, 개량을 시행한 태양으로 실시할 수 있다. 예를 들면, 당해 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법에서는, 최종 열처리 공정을 대기 소둔으로 행하고, 산세한 후, 표면을 경면 가공하여 평활성을 높여도 된다.
실시예
이하, 실시예에 따라 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1∼7, 비교예 1∼3] 강판(판재)의 제작
진공 유도 용해로(VIF)를 사용하여, 표 1에 기재된 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)의 20kg의 원주상 잉곳을 제작했다. 잉곳을 1, 250℃ 이상에서 24hr열처리하고, 1,200℃∼1,000℃의 온도 영역에서 열간 단조를 행하여, W60mmХL250mmХt17mm의 판재를 제작했다. 이 판재에 대하여, 표 1에 기재된 냉간 가공 전 열처리 온도(Tc)에서 열처리를 행했다. 이어서, 이 판재에 대하여, 가공률 30%로 냉간 압연 가공을 행했다. 그 후, 최종 열처리로서 광휘 소둔로를 사용하여 표 1에 기재된 냉간 가공 후 열처리 온도(Tf)에서 열처리를 행하여, 실시예 1∼7, 및 비교예 1∼3의 공시재를 얻었다. 또한, 실시예 1∼7 및 비교예 1∼2는 오스테나이트계 스테인리스강이며, 비교예 3은 2상 스테인리스강이다.
[실시예 8] 강관의 제작
진공 유도 용해로(VIF)를 사용하여, 표 1에 기재된 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)의 150kg의 원주상 잉곳을 제작했다. 잉곳을 1, 250℃ 이상에서 24hr 열처리하고, 1,200℃∼1,000℃의 온도 영역에서 열간 단조를 행하여, φ150mm의 블룸을 제작했다. 이 블룸으로부터 φ146mmХ330mm의 빌렛을 제작하고, 유진 세쥴식 열간 압출법에 의해 강관을 얻었다. 강관에 복수회의 열처리와 냉간 가공을 시행한 후, 이 강관에 대하여, 표 1에 기재된 냉간 가공 전 열처리 온도(Tc)에서 열처리를 행했다. 그 후, 이 강관에 대하여, 가공률 35%로 냉간 가공에 의해 형성했다. 그 후, 최종 열처리로서, 광휘 소둔로를 사용하여 표 1에 기재된 냉간 가공 후 열처리 온도(Tf)에서 열처리를 행하고, 실시예 8의 공시재(오스테나이트계 스테인리스강)를 얻었다.
(결정립도 번호)
실시예 1∼7 및 비교예 1∼3에서 얻어진 각 공시재(판재)로부터 1cm×1cm×1.2cm의 시료를 잘라내고, 폭×두께의 단면이 보이도록 수지 마운팅을 행하고, 표면이 경면이 될 때까지 연마하고, 65% 질산 전해 에칭으로 조직을 출현시켰다. 또한, 실시예 8에서 얻어진 공시재(강관)로부터, 길이 방향에 수직한 면이 보이도록 시료를 잘라내고, 폭×두께의 단면이 보이도록 수지 마운팅을 행하고, 표면이 경면이 될 때까지 연마하고, 65% 질산 전해 에칭으로 조직을 출현시켰다. 조직의 관찰은 광학 현미경으로 400배로 관찰하고, 5시야에서 결정립도 번호를 측정하고, 중간값을 결정립도 번호로 했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표면 중의 「-」는 측정을 행하지 않은 것을 나타낸다.
(최대 결정립경)
상기 결정립도 번호를 측정한 5시야에서 관측되는 가장 큰 결정립의 단경과 장경의 평균값을 최대 결정립경으로 했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표면 중의 「-」는 측정을 행하지 않은 것을 나타낸다.
(최대 높이 Ry)
JIS B0601(1994)에 준거하여 최대 높이 Ry를 구했다. 조도계를 사용하여, 축 방향으로 3mm 측정했다. 한편, 실시예 8의 공시재(강관)에 대해서는, 외면을 길이 방향으로 3mm 측정했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[평가]
(인장 시험: 0.2% 내력 및 인장 강도)
실시예 1∼7 및 비교예 1∼3의 각 공시재(판재)로부터 평행부가 φ4×L15의 인장 시험편을 제작하고 인장 시험에 제공했다. 또한, 실시예 8(강관)에 대해서는, JIS Z 2241에 준거한 11호 시험편을 제작하고, 인장 시험에 제공했다. 인장 시험은 초기 변형 속도 2.0×10-3s-1로 등속으로 시료를 잡아 당겼다. 0.2% 내력 및 인장 강도을 측정했다. 0.2% 내력에 대해서는, 400MPa 이상을 A, 370MPa 이상 400MPa 미만을 B, 370MPa 미만을 C로 평가했다. 인장 강도에 대해서는, 800MPa 이상을 A, 710MPa 이상 800MPa 미만을 B, 710MPa 미만을 C로 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(열처리 후 휨량)
공시재를 사용하여 와이어 컷으로 길이 200mm×두께 2.0mm의 판재를 제작하고, 양끝에서 50mm 위치의 2점에서 지지한 상태에서 1100℃×5min, 공냉의 조건으로 열처리를 행했다. 열처리 후의 판재의 휨량 측정은 화상 데이터를 사용하여 판재 양끝을 연결한 선으로부터 그은 수선의 길이가 최대가 되었을 때의 길이를 열처리에 의한 휨량으로 했다. 휨량이 0.1mm 이하의 것을 A, 0.1mm을 초과하고 1mm 이하의 것을 B, 1mm를 초과하는 것을 C로 평가했다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
(1100℃×5min 열처리 후의 결정 조직)
공시재에 대하여, 1, 100℃×5min 수냉의 조건으로 열처리를 행했다. 이어서, 실시예 1∼7 및 비교예 1∼3의 각 공시재(판재)에 대해서는, 폭×두께 단면이 보이도록 절단 후, 수지 마운팅을 행하고, 표면이 경면이 될 때까지 연마하고, 65% 질산 전해 에칭으로 조직을 출현시켰다. 실시예 8의 공시재(강관)에 대해서는, 길이 방향에 수직한 면이 보이도록 절단 후, 수지 마운팅을 행하고, 표면이 경면이 될 때까지 연마하고, 65% 질산 전해 에칭으로 조직을 출현시켰다. 조직의 관찰은 광학 현미경으로 400배로 관찰하고, 5시야에서 결정립도 번호를 측정하고, 중간값을 결정립도 번호로 했다. 이 입도 번호가 9.0 이상의 것을 열처리 후에도 결정립의 조대화가 억제된 것으로 하여 A, 9.0 미만의 것을 B로 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 중의 「-」는 측정을 행하지 않은 것을 나타낸다.
또한, 혼립의 유무의 평가로서 결정립도 번호가 2 이상 다른 결정립이 1시야의 5% 이하인 경우를 A, 결정립도 번호가 2 이상 다른 결정립이 1시야의 5% 초과 20% 이하인 경우를 B, 결정립도 번호가 2 이상 다른 결정립이 1시야 내의 20% 초과를 차지하는 경우를 C로 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 중의 「-」는 측정을 행하지 않은 것을 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
표 2에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1∼8은 모두 0.2% 내력 및 인장 강도의 평가가 A 또는 B로, 높은 강도를 가지며, 또한 열처리 후 휨량이 A로, 열처리 후의 형상 유지성이 양호한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 중에서도, X(=-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb])가 200 이상 300 이하이며, 최대 결정립경이 60㎛ 이하인 실시예 1∼5 및 8은 1100℃×5min 열처리 후의 결정 조직의 평가에 있어서, 결정립도 번호의 평가가 A, 혼립의 평가가 A 또는 B이다. 이것으로부터, 실시예 1∼5 및 8은 열처리 후의 결정립의 조대화가 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1∼5 및 8에서는, 강도가 강한 것과 더불어, 열처리 후도 그 강도의 높이가 지속된다고 할 수 있다. 또한, 실시예 1∼5 및 8 중에서도, Y(=[%C]+[%N])가 0.20 이상 0.40 이하인 실시예 1∼4 및 8은 0.2% 내력 및 인장 강도의 평가가 A로, 강도가 특히 높은 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 3은 최종 열처리를 광휘 소둔으로 행하고 있음에도 불구하고, Ry가 10㎛를 초과하고 있다. 이것은 비교예 8은 오스테나이트 단상의 조직이 아니고, α/γ 2상 스테인리스강으로 되어 있고, α상과 γ상이란 각각 강도나 변형 거동이 상이하므로, Ry가 커진 것으로 생각된다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 오스테나이트계 스테인리스강은 자동차 연료 분사관 등에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 성분 조성이
    C: 0.12질량% 이하,
    Si: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하,
    Mn: 0.1질량% 이상 3.0질량% 이하,
    P: 0.05질량% 이하,
    S: 0.01질량% 이하,
    Cr: 13.0질량% 이상 22.0질량% 이하,
    Ni: 4.0질량% 이상 12.0질량% 이하,
    Cu: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하,
    Mo: 5.0질량% 이하,
    Al: 0.03질량% 이하,
    Nb: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하, 및
    N: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하
    를 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며,
    결정립도 번호가 7.0 이상인 오스테나이트계 스테인리스강.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성분 조성에서, 하기 식 (1)을 더 충족시키는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
    200≤-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]≤300···(1)
    (식 (1) 중 [%C], [%Cr], [%N] 및 [%Nb]는 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    최대 결정립경이 60㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 조성에서, 하기 식 (2)를 더 충족시키는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
    0.20≤[%C]+[%N]≤0.40···(2)
    (식 (2) 중 [%C] 및 [%N]은 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    최대 높이 Ry가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    심리스 강관인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    자동차 연료 분사관에 사용되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강.
  8. 강재에 대하여, 1회의 가공률이 20% 이상인 냉간 가공을 행하는 공정과,
    상기 냉간 가공 공정의 전후에 마련되어, 상기 강재에 대하여 열처리를 행하는 공정
    을 구비하고,
    상기 열처리 공정에서의 열처리 온도 T(℃)가 하기 식 (3)을 충족시키는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
    1,000≤T≤-2090[%C]+12.8[%Cr]+320[%N]+42.3[%Nb]+900···(3)
    (식 (3) 중 [%C], [%Cr], [%N] 및 [%Nb]는 상기 강재에서의 각각의 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  9. 강재에 대하여, 1회의 가공률이 20% 이상인 냉간 가공을 행하는 공정과,
    상기 냉간 가공 공정의 전후에 마련되어, 상기 강재에 대하여 열처리를 행하는 공정
    을 구비하고,
    상기 열처리 공정에서의 열처리 온도 T(℃)가 1,000℃ 이상 1,200℃ 이하인제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 냉간 가공 공정 후의 최종의 열처리 공정이 광휘 소둔인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 방법.
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