KR100482217B1 - 인성이 우수한 Ｍｎ-Ｍｏ-Ｎｉ계 압력용기용 강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전소의 보일러, 압력용기 등의 소재에 적용되는 Mn-Mo-Ni계 탄소강에 관한 것으로서, Mn-Mo-Ni계에 미량의 B, Ti 등을 첨가하여 탄화물과 질화물을 미세하게 석출시킴으로써 인장강도를 높이고, B을 모재에 고용시킴에 의해 인성을 향상시킬 수 있는 압력용기용 강을 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.10~0.14%, Si:0.1~0.4%, Mn:1.0~1.5%, Mo:0.4~0.6%, Ni:0.4~0.7%, B:0.0005~0.003%, Ti:0.005~0.02%, Al:0.01~0.03%, P:0.010%이하, S:0.003% 이하, N:0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인성이 우수한 Mn-Mo-Ni계 압력용기용 강을 그 기술적 요지로 한다.

Description

인성이 우수한 Ｍｎ-Ｍｏ-Ｎｉ계 압력용기용 강{A Mn-Mo-Ni BASED STEEL FOR PRESSURE VESSEL HAVING SUPERIOR TOUGHNESS}

본 발명은 발전소의 보일러, 압력용기 등의 소재에 적용되는 Mn-Mo-Ni계 탄소강에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Mn-Mo-Ni계 강에 적절한 성분을 첨가함으로써 향상된 인장강도 및 인성을 나타낼 수 있는 압력용기용 강에 관한 것이다.

종래 Mn-Mo-Ni계 강인 A302C(ASTM규격)는 Fe의 5대 원소 이외에 Mo과 Ni이 첨가되고 Cr-Mo계 합금강과는 달리 소준열처리를 거쳐 제조된 것으로서, 고온에서의 기계적 특성을 확보하여 중·고온용 압력용기의 소재로 사용된다.

그러나, 현재의 발전설비들은 그 사용환경이 더욱 더 가혹해지고 있는 실정이므로, 상기 A302C강(ASTM 규격)을 소준열처리만 한 경우에는 소재의 물성이 발전설비의 설계요구치에 못미치게 되는 경우가 종종 발생할 수 있다.

따라서, 소재의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 Mn-Mo-Ni계에 미량의 B, Ti 등을 첨가하여 탄화물과 질화물을 미세하게 석출시킴으로써 인장강도를 높이고, B을 모재에 고용시킴에 의해 인성을 향상시킬 수 있는 압력용기용 강을 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로, C:0.10~0.14%, Si:0.1~0.4%, Mn:1.0~1.5%, Mo:0.4~0.6%, Ni:0.4~0.7%, B:0.0005~0.003%, Ti:0.005~0.02%, Al:0.01~0.03%, P:0.010%이하, S:0.003% 이하, N:0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인성이 우수한 Mn-Mo-Ni계 압력용기용 강에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 압력용기용 강의 성분은, Mn-Mo-Ni계에 미량의 B, Ti 등을 첨가하여 탄화물과 질화물을 미세하게 석출시킴으로써 인장강도를 높이고, B을 모재에 고용시킴으로써 인성을 향상시키도록 조성된 것으로, 각 성분들의 수치 설정이유는 다음과 같다.

본 발명에서 C는 소재의 강도와 경도를 결정하는 중요한 원소로서, 그 함량이 0.1% 미만이면 강도 및 경도가 저하하고, 0.14% 보다 많으면 용접성이 나빠져 압력용기 제작이 어렵기 때문에, 0.10~0.14%로 첨가하는 것이 바람직하다.

Si는 제강중 산소를 제거하는 탈산제로서, 그 함량이 0.1% 미만이면 탈산효과가 불안정하고, 0.4% 보다 많으면 강도는 향상되나 인성이 나빠지므로, 그 함량을 0.1~0.4%로 설정하는 것이 바람직하다.

Mn은 강도유지 및 열처리특성을 향상시키는 원소로서, 그 함량이 1.0% 미만이면 강도가 저하하고, 1.5% 보다 많으면 용접성에 중요한 영향을 미치는 탄소당량값이 높아져 용접성이 나빠지므로, 1.0~1.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.

P은 소재를 열처리하는 과정과 고온에서 사용하는 소재의 뜨임취성을 일으키기 때문에, 가능한 낮은 함량을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 P의 함량은 0.010% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

S은 Mn과 MnS를 형성하여 충격인성을 저해하고 고온강도를 해치는 유해한 원소로서, 가능한 낮은 함량을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 S의 함량은 0.003% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

Mo은 고온강도를 높이고, 뜨임취성에 대한 저항성을 높이는 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.4% 이상 첨가해야 하지만, 그 함량이 0.6%보다 많으면 용접성이 나빠지므로, 그 상한은 0.6%로 설정하는 것이 바람직하다.

Ni은 고온강도를 높이고 인성을 향상시키는 원소로서, 0.4% 미만으로 첨가되는 경우에는 그 효과가 미미하고, 0.7% 보다 많이 첨가되면 용접성을 해치기 때문에, 그 함량을 0.4~0.7%로 설정하는 것이 바람직하다.

Al은 탈산제로서 저온인성을 높이는 효과가 있는 원소로, 0.01% 미만 첨가되는 경우에는 그 효과가 미미하고, 0.03% 보다 많이 첨가되면 고온강도를 해치기 때문에, 그 함량을 0.01~0.03%로 설정하는 것이 바람직하다.

B은 보론화합물을 형성하거나 모재에 고용되어 강도와 인성을 높이는 역할을 하는 원소로서, 그 함량이 0.0005% 미만인 경우에는 소준열처리시 그 효과가 미미하고 0.003% 보다 많이 첨가되는 경우에는 강도가 지나치게 높아 인성을 해치므로, 0.0005~0.003%로 첨가하는 것이 바람직하다.

Ti과 N는 용강중에서 반응해 TiN을 형성하여 B에 의한 소재의 담금질성을 향상시키는데 효과적인 원소들이다. 상기 Ti의 함량이 0.005%보다 많고 N의 함량이 0.005%보다 많으면, N가 B과 반응해 BN을 형성하여 열처리특성을 저하시키므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 Ti의 함량이 0.02%미만이고 N의 함량이 0.005%보다 많으면 용접성을 해치므로 바람직하지 않다.

따라서, 상기 Ti의 함량은 0.005~0.02%로, 상기 N의 함량은 0.005% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, Al과 Ti을 첨가하여 용강중 O, N와 반응시키거나 TiN을 생성시키면, B첨가에 의한 소재의 기계적 특성 향상효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 조성된 저합금 탄소강은 통상의 제강-연속주조-압연-소준열처리 등의 공정을 거쳐 압력용기 등의 소재로 제조된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표1과 같이 조성된 발명강 및 종래강의 기계적 특성을 비교하기 위해, 두께 25mm인 소재들을 모두 900℃에서 1시간 유지한 후 공냉하는 방식으로 열처리하여 인장시험 시편, 충격시험 시편 및 미세조직 관찰을 위한 시편으로 하였다. 그후, 인장시험, 충격시험을 실시하고 미세조직을 분석하여, 그 결과를 하기 표2와 도1(a),(b)에 나타내었다. 이 때, 도1(a)는 종래재의 미세조직사진이고, 도1(b)는 발명재(2)의 미세조직사진이다.

구분	성분(wt%)
	C	Si	P	S	Mn	Mo	Ni	B	Al	Ti	N
종래강	0.17	0.273	0.009	0.003	1.41	0.504	0.584	­	0.03	­	­
발명강1	0.142	0.251	0.010	0.003	1.40	0.482	0.545	0.0009	0.021	0.005	0.0038
발명강2	0.146	0.253	0.009	0.003	1.38	0.483	0.550	0.0014	0.021	0.01	0.0037
발명강3	0.110	0.253	0.009	0.003	1.39	0.503	0.548	0.0018	0.02	0.011	0.0034

구분	사용강종	항복강도(kg/㎟)	인장강도(kg/㎟)	연신율(%)	충격에너지(J)
					상온(℃)	0(℃)	-20(℃)
종래재	종래강	52	67	20	15.4	9.1	7.1
발명재1	발명강1	53	75	22	43.4	27.3	14.1
발명재2	발명강2	54	74	21	45.1	31.2	21.5
발명재3	발명강3	55	70	20	41.0	28.1	25.2

상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 발명재(1)~(3)은 인장강도, 항복강도, 및 연신율에 있어서 종래재 대비 동등 이상의 효과를 갖는 것을 알 수 있다. 특히, 충격인성은 종래재 대비 매우 우수한 것을 알 수 있다.

한편, 도1(a),(b)에 나타난 바와 같이, 도1(a)의 종래재는 도1(b)의 발명재(2)에 비해 입도가 크고, 페라이트 조직보다는 베이나이트 조직이 더 많이 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 발명재(2)는 페라이트+베이나이트 조직에 있어서, 페라이트가 종래재 대비 보다 많이 분포되어 있어서, 우수한 충격특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 강중에 B, Ti,N를 첨가함으로써 용접성에 큰 영향을 미치는 탄소의 함량을 줄이면서도 종래강 대비 우수한 강도 및 충격인성을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도1 a는 종래재의 미세조직을 나타내는 미세조직사진

도1 b는 발명재(2)의 미세조직을 나타내는 미세조직사진

Claims (1)

1. 중량%로, C:0.10~0.14%, Si:0.1~0.4%, Mn:1.0~1.5%, Mo:0.4~0.6%, Ni:0.4~0.7%, B:0.0005~0.003%, Ti:0.005~0.02%, Al:0.01~0.03%, P:0.010%이하, S:0.003% 이하, N:0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인성이 우수한 Mn-Mo-Ni계 압력용기용 강