KR101367529B1 - 선박 상부 구조물용 내식 강재 - Google Patents

Abstract

선박의 갑판 위라는 가혹한 대기 부식 환경에서 양호한 내식성을 발휘하는 동시에, 선박 상부 구조물에 요구되는 기계 특성, 용접성, 열간 가공성 등을 구비하는 선박 상부 구조물용 내식 강재를 제공한다.
이를 해결하기 위하여, C: 0.01 내지 0.30％(질량％의 의미, 이하 동일), Si: 0.05 내지 1.0％, Mn: 0.1 내지 2.0％, P: 0.005 내지 0.04％, S: 0.0005 내지 0.01％, Al: 0.005 내지 0.10％, Cu: 0.10 내지 5.0％, Ni: 0.10 내지 5.0％, Cr: 0.010 내지 0.4％, Ti: 0.005 내지 0.06％ 및 N: 0.0030 내지 0.008％를 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한 Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]의 비([Ti]/[N])가 1.5 이상 17.0 이하인 것을 특징으로 하는 선박 상부 구조물용 내식 강재를 제공한다.

Description

선박 상부 구조물용 내식 강재 {CORROSION-RESISTANT STEEL FOR SHIP SUPERSTRUCTURE}

본 발명은, 선박 상부 구조물용 내식 강재에 관한 것이고, 탱커, 콘테이너선, 벌크선 등의 화물선, 화객선, 객선, 군함 등의 선박에 있어서의, 상갑판, 선교(船橋), 해치 커버, 크레인, 각종 배관, 계단, 난간 등과 같은 상부 구조물에 사용되는 내식성이 우수한 강재에 관한 것이다.

선박의 갑판 위(선박 상부)에는, 상갑판, 선교, 해치 커버, 크레인, 각종 배관, 계단, 난간 등 여러 강 구조물(이하, 「상부 구조물」이라고 총칭하는 경우가 있다)이 설치되어 있다. 이들 상부 구조물에는, 부식에 의한 열화의 방지나 그 밖의 요구 특성에 따라, 다종다양의 방식 도료를 사용한 방식 도장이 일반적으로 실시되어 있다. 그러나 이 방식 도장은, 경시 열화(구체적으로는, 자외선에 의한 열화나, 보행, 하역 등 기계적 작용에 의한 열화 등)에 의해 손상을 받아, 도막 손상부에서 강재 부식이 진전되기 쉬워진다. 따라서, 정기적인 방식 도막의 유지 보수가 필요하게 된다. 유지 보수로서는, 도크 시의 정기 검사 시에 방식 도막을 재도포하는 경우도 있지만, 항해 중에 승무원이 도막 손상부를 브러시 도포 등으로 보수하는 경우도 적지 않다.

그러나, 선교의 상부 등 발판이 필요한 높은 곳이나 구조적으로 뒤얽힌 부위는, 승무원에 의한 항해 중의 상기 보수가 매우 곤란한 점에서, 상기 부위의 도막 손상부에서는 부식이 진행되기 쉬워, 천공 등의 문제가 발생할 우려가 있다.

따라서 선박의 상부 구조물에는, 도장 유지 보수의 부하 저감이나 도막 손상부의 부식 억제가 요망되고 있다. 지금까지, 도장 내식성의 향상을 도모한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, W나 Sb 등의 특수한 원소를 포함하는 화학 성분 조성으로 함으로써, 강재 자체의 도장 내식성(도료를 도포하여 표면에 도막을 형성한 강재에 있어서, 그 표면에 존재하는 도막 결함부로부터 발생하는 도막 팽창을 저감시키는 성능)을 향상시키는 기술이, 선박의 밸러스트 탱크용으로 제안되고 있다. 그러나 선박 밸러스트 탱크에서는, 해수로 채워지기 때문에 전기 방식(아연 등의 희생 방식)법이 유효한 것에 반하여, 선박의 상부 구조물은, 기본적으로 해상 대기 환경에 있기 때문에 전기 방식법을 적용할 수 없어, 다른 방식 수단을 채용하는 것이 필요해진다.

전기 방식법을 적용할 수 없는 대기 부식 환경에서, 강재의 내식성(내후성)을 향상시키는 기술로서, Cu나 Ni 등을 함유시킴으로써 강재 표면에 보호성이 있는 녹층을 형성하여, 부식의 진전을 억제하는, 소위 내후성 강이 알려져 있다. 그러나, 선박의 갑판 위와 같은 고 염화물 환경에서는 보호성이 있는 녹층이 형성되기 어렵기 때문에, 충분한 내식 효과를 얻지 못한다. 보호성 녹이 형성되기 어려운 고 염화물 환경에서 내식성을 높인 강재로서, 예를 들어 특허문헌 2에는, Sn 등의 특수한 원소를 포함하는 화학 성분 조성의 강재가 제안되어 있다. 그러나 선박 상부는, 해수가 직접 덮치는 데다가, 주행에 의해 고속풍의 작용을 받아, 부식 작용이 매우 현저한 환경이 되기 때문에, 이러한 기술에서는 충분한 내식성을 실현하는 것이 어렵다고 사료된다.

심한 부식 환경에서 사용할 수 있는 내식 재료로서, Cr 등의 합금 원소를 약 13％ 이상 포함하는 스테인리스강이나 티타늄 합금 등이 알려져 있다. 그러나 이들을 선박 상부 구조물의 재료로서 사용한 경우, 예를 들어 용접부에 있어서 통상적인 강재와 접촉시킨 경우에 이종 금속 접촉 부식이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한 용접성이나 비용면 등에서도 남은 과제가 많다.

일본 특허 출원 공개 제2009-046750호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-163374호 공보

본 발명은 상술한 바와 같은 사정을 주목하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 선박의 갑판 위라는 가혹한 대기 부식 환경에서 양호한 내식성을 발휘하는 동시에, 선박 상부 구조물에 요구되는 기계 특성, 용접성, 열간 가공성 등을 구비하는 선박 상부 구조물용 내식 강재를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 선박 상부 구조물용 내식 강재는,

C: 0.01 내지 0.30％(질량％의 의미, 이하 동일),

Si: 0.05 내지 1.0％,

Mn: 0.1 내지 2.0％,

P: 0.005 내지 0.04％,

S: 0.0005 내지 0.01％,

Al: 0.005 내지 0.10％,

Cu: 0.10 내지 5.0％,

Ni: 0.10 내지 5.0％,

Cr: 0. 010 내지 0.4％,

Ti: 0.005 내지 0.06％ 및

N: 0.0030 내지 0.008％

를 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한, Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]의 비([Ti]/[N])가 1.5 이상 17.0 이하인 점에 특징을 갖는다.

상기 강재는,

Nb: 0. 001 내지 0.1％,

Zr: 0.001 내지 0.1％,

V: 0. 001 내지 0.1％ 및

B: 0.0001 내지 0.005％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하고 있어도 좋다.

상기 강재는, Mg: 0.0003 내지 0.005％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하고 있어도 좋다.

상기 강재는, 그 표면에, 에폭시 수지계 도막, 염화 고무계 도막, 아크릴 수지 도막 및 우레탄 수지 도막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도막을 갖고 있으면 내식성이 보다 높아지므로 바람직하다.

상기 강재 표면과 상기 도막 사이에는, Zn 농도가 90질량％ 이상, 또한 두께가 5 내지 30㎛인 중간층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에는, 상기 강재에 의해 구성되어 있는 점에 특징이 있는 선박 상부 구조물도 포함된다.

본 발명에 따르면, 화학 성분 조성을 엄밀하게 제어함으로써, 현저한 부식 환경에 있는 선박 상부 구조물에 적용할 수 있는, 내식성이 우수한 강재를 실현할 수 있다. 또한 본 발명의 강재를 선박 상부 구조물에 사용하면, 통상 강과의 접촉 부분(예를 들어 용접부)에 있어서 이종 금속 접촉 부식이 발생하지도 않는다. 이러한 본 발명의 내식 강재는, 탱커, 콘테이너선, 벌크선 등의 화물선, 화객선, 객선, 군함 등의 선박에 있어서의 상갑판, 선교, 해치 커버, 크레인, 각종 배관, 계단, 난간 등 여러 강 구조물에 적절하게 사용된다.

도 1은 실시예에서 사용한 시험편의 외관 형상을 도시하는 개략 평면도.
도 2는 실시예의 부식 시험 방법을 설명하기 위한 개략 단면도.
도 3은 실시예의 부식 시험에 있어서의 측정 부위를 설명하기 위한 개략 평면도.

전술한 바와 같이, 선박의 갑판 위는 해수가 직접 덮치는 데다가, 주행에 의해 고속풍의 작용을 받기 때문에, 매우 심한 부식 환경에 있다. 본 발명자들은, 이러한 선박 갑판 위에서의 강재의 부식 메커니즘으로부터 연구를 비롯하여, 하기 (I), (II)의 지식을 얻었다.

(I) 우선 첫번째 지식에 대하여 설명한다. 선박의 속도는, 탱커로 15노트(7.7m/s) 정도, 콘테이너선으로 28노트(14.4m/s) 정도이고, 선박 주행 시에는 해수가 상부 구조물에 고속으로 충돌한다. 따라서 상부 구조물에는, 해수 충돌이라는 기계적 작용이 부식 작용에 중첩된 부식 마모 현상, 소위 침식·부식이 발생한다. 이 침식·부식의 현상으로서, 재료 그 자체를 직접 침식시키지 않을 정도의 매우 약한 기계적 힘이어도, 이하에 설명하는 바와 같은 산소 농담 전지가 형성되어 부식 반응이 가속되는 경우가 발생한다. 강재의 경우, 약 4m/s 이상에서 침식·부식의 작용이 현저해진다고들 한다. 따라서, 상기 속도로 주행하는 선박에 있어서, 그 영향이 매우 크다는 것은 용이하게 상정된다.

침식·부식이 작용하는 경우, 다음과 같은 현상이 발생하는 점에서 통상의 부식 작용과 크게 상이하다(따라서, 최적의 내식 강재 설계·방식 설계를 행하는 데 있어서, 이 차이점을 충분히 고려할 필요가 있다). 즉, 해수가 충돌한 부분에서는, 부식의 캐소드 반응에 관한 용존 산소의 공급이 촉진되기 때문에, 상기 부분만, 산소의 환원 반응이 국부적으로 촉진되어 전위가 높게 된다. 이에 대해, 그 주변부(산소 공급이 비교적 적은 부위)는 해수 충돌부보다 전위가 상대적으로 낮게 되기 때문에, 전체적으로 국부 전지(산소 농담 전지)가 형성되어, 해수 충돌 주변부의 부식이 진행되기 쉬워진다는 현상이 발생한다.

따라서 본 발명자들은, 이 산소 농담 전지의 형성을 저해하여 부식을 억제하기 위한 수단에 대해 예의 연구를 거듭했다. 그 결과, 특히, Ti 및 N의 함유량과 이들의 비율을 제어하여 티타늄 질화물(이하, 「TiN」이라고 나타내는 경우가 있다)을 존재시키면(바람직하게는 미세한 TiN을 분산시키면) 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다. 이 작용 효과에 대하여 충분히 해명된 것은 아니지만, 이하와 같이 사료된다.

일반적으로 개재물은, 전기 저항이 높아 전기가 흐르기 어렵기 때문에, 부식의 전위 화학 반응에 대하여 불활성이며, 부식에 대한 영향은 거의 없지만, TiN은, 질화물 중에서도 전기 저항이 낮기 때문에, 부식의 캐소드 반응 사이트가 되기 쉽다. 그러나, Ti 및 N의 함유량과 이들의 비율을 제어하여, 상기 TiN을 충분히 형성하면, 부식의 캐소드 반응 사이트가 되기 쉬운 TiN을 이용하여, 해수 충돌부에 있어서의, 용존 산소의 환원 반응에 대한 산소 과전압을 높일 수 있어, 캐소드 반응을 억제할 수 있다고 사료된다. 그리고 그 결과, 해수 충돌부에서의 전위 높아짐이 발생되기 어려워져, 상기 산소 농담 전지의 형성이 저해되어 부식이 억제된다고 추측된다.

(II) 이어서 두번째 지식에 대하여 설명한다. 즉, 본 발명이 상정하고 있는 선박 상부는, 하기 (i), (ii)로부터 통상의 고 염분 환경과 상이한 것도 알았다.

(i) 통상의 고 염분 환경에서는, 염분에 의해 녹의 안정화가 저해된다. 이에 대해 선박 상부에서는, 캐비테이션이 발생함으로써 녹의 안정화가 저해되는 점에서 상이하다. 캐비테이션이란, 고속으로 유동하는 용액 환경에 있어서, 용액과 재료 표면의 상대 속도차가 커져, 정압이 용액의 증기압 정도로 떨어짐으로써, 국부적인 비등이 발생하여 작은 기포가 발생하는 것을 말한다. 또한, 이 캐비테이션에 의해 발생한 용액 중의 기포가 소멸할 때에 충격압이 발생하지만, 이 충격압에 의해 재료가 손상을 받는 것을 「캐비테이션 침식」이라고 한다. 그 중에서도 이 충격압에 의해, 재료 표면의 보호 피막이 파괴되어, 부식이 가속되는 현상을 「캐비테이션 부식」 또는 「캐비테이션 침식 부식」이라고 한다.

선박의 갑판 위에서는, 상부 구조물에 해수가 충돌함으로써 이 캐비테이션 부식 작용이 작용하여 부식 반응의 보호 피막으로서 작용하는 철강 표면의 부식 생성물(녹)이 파괴 혹은 제거되어, 부식 속도가 가속되는 경우가 발생한다. 이와 같이, 고 염분 환경과는 다른 메커니즘으로 녹층이 파괴되기 때문에, 고 염분 환경에 있어서의 대책(고 염분 환경에서 보호성이 높은 녹층을 형성하는 성분 설계)으로는, 충분한 내식 효과를 얻지 못한다.

(ii) 이어서, 선박 갑판 위의 구조물에 부착되는 염분량이 각별히 많은 점에서 통상의 고 염분 환경과 상이하다. 예를 들어 해상 연락교(효고현 A교)에서의 부착 염분량이 200mg/㎡(NaCl 환산)이며, 또한 해안으로부터의 거리가 150m인 교량(나가사키현 B교)에서의 부착 염분량이 110mg/㎡(NaCl 환산)인 것에 반하여, 본 발명자들이 측정한 바, 선박 갑판 위의 구조물(강재)의 부착 염분량은, 최대 5000mg/㎡(NaCl 환산)로 현격한 차이가 있었다. 이렇게 선박 갑판 위의 강재의 부착 염분량이 많은 이유는, 해수를 직접 뒤집어쓰는 것 외에, 선박의 주행에 의한 염분 축적 작용이 있는 것에 따른다고 사료된다. 이러한 초고 염분 환경이면 보호성이 있는 녹층이 통상의 고 염분 환경보다 더 형성되기 어렵다.

이상과 같은 캐비테이션의 발생이나 초고 염분 환경까지 고려하여, 선박 갑판 위의 부식 환경에 있어서의 내식성을 향상시키기 위해 그 수단에 대하여 예의 연구를 행한 결과, 전술한 Ti 및 N의 함유량, 및 이들의 비율을 적정하게 조정하는 것 외에, Cu, Ni, Cr, P, S의 함유량을 적정하게 조정한다는 것을 발견했다.

이하, 본 발명에 있어서의 Ti, N의 함유량 및 이들의 비율, 및 Cu, Ni, Cr, P, S의 함유량에 대하여 상세하게 설명한다.

[Ti: 0.005 내지 0.06％]

Ti는 강재 중에서 TiN을 형성하여, 상술한 바와 같이 산소 농담 전지 형성에 의한 부식을 억제하는 작용을 갖고 있으며, 내식성 향상에 필요한 원소이다. 본 발명에서는, 이러한 효과를 발휘시키기 위하여 Ti량을 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.006％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.007％ 이상이다. 한편, Ti량이 과잉이 되면, 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, Ti량은 0.06％ 이하로 한다. Ti량의 바람직한 상한은 0.055％이며, 보다 바람직한 상한은 0.05％이다.

[N: 0.0030 내지 0.008％]

N도, Ti와 마찬가지로, 강재 중에서 TiN을 형성하여, 산소 농담 전지 형성에 의한 부식을 억제하는 작용을 갖고 있으며, 내식성 향상에 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, N량을 0.0030％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0032％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.0034％ 이상이다. 한편, N량이 과잉이 되면 고용 N량도 증가하기 쉬워지지만, 이 고용 N은 내식성을 저하시키기 위하여 최대한 적은 편이 좋다. 또한, 고용 N은 연성이나 인성에도 악영향을 미친다. 따라서 N량의 상한을 0.008％로 한다. N량의 바람직한 상한은 0.0075％이며, 보다 바람직한 상한은 0.007％이다.

[Ti]/[N]: 1.5 이상 17.0 이하

상기 TiN에 의한 작용 효과를 확실하게 발현시키는 동시에, 특히 고용 N에 의한 내식성 저하를 억제하여 우수한 내식성을 확보하기 위해서는, Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]의 비([Ti]/[N])를 적절하게 조정할 필요가 있다. [Ti]/[N]이 1.5에 미치지 않는 경우, 충분한 양의 TiN을 확보할 수 없을 뿐만 아니라, 고용 N의 영향에 의해 내식성이 오히려 저하된다.

따라서, 본 발명에서는, [Ti]/[N]이 1.5 이상으로 되도록 한다. [Ti]/[N]은 바람직하게는 1.8 이상이며, 보다 바람직하게는 2.0 이상이다. [Ti]/[N]은 더욱 바람직하게는 3.4 이상, 보다 더욱 바람직하게는 4.1 이상이다. 한편, [Ti]/[N]이 17.0를 초과하여 N에 대하여 Ti가 과잉으로 존재하면, TiN에 의한 산소 농담 전지 형성의 저해 효과가 발현되기 어려워진다. 따라서 [Ti]/[N]의 상한은 17.0으로 한다. [Ti]/[N]은 바람직하게는 15 이하이고, 보다 바람직하게는 14 이하이다.

[Cu: 0.10 내지 5.0％]

Cu는, 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하여, 캐비테이션 부식을 발생하기 어렵게 하는 작용을 갖고 있으며, 내식성 향상에 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해 Cu량을 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.15％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.2％ 이상이다. 더욱 바람직하게는 0.30％ 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.40％ 이상, 특히 바람직하게는 0.50％ 이상이다. 한편, Cu를 과잉으로 함유시키면 용접성이나 열간 가공성이 열화되는 점에서, 5.0％ 이하로 한다. Cu 함유량의 바람직한 상한은 4.8％이며, 보다 바람직한 상한은 4.6％이다.

[Ni: 0.10 내지 5.0％]

Ni도, 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하여, 캐비테이션 부식을 발생하기 어렵게 하는 작용을 갖고 있으며, 내식성 향상에 필요한 원소이다. 또한, Ni는 모재 인성의 향상에도 유효한 원소이다. 나아가, Cu에 의한 적열 취성의 방지에도 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Ni량을 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.12％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 더욱 바람직하게는 0.20％ 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.25％ 이상, 특히 바람직하게는 0.30％ 이상이다. 한편, Ni량이 과잉이 되면, 용접성이나 열간 가공성이 열화되는 점에서, Ni량은 5.0％ 이하로 한다. Ni량의 바람직한 상한은 4.8％이며, 보다 바람직한 상한은 4.6％이다.

[Cr: 0.010 내지 0.4％]

Cr은, 내후성 강이 사용될 정도의 염분 환경에서는 내식성에 유해한 원소로 되어 있지만, 본 발명의 강재가 노출되는 캐비테이션과 초고 염분이 작용하는 환경에서는, 녹의 보호성을 높이는 작용을 발휘하여, 내식성 향상에 기여한다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Cr량을 0.010％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상이다. 한편, Cr이 과잉으로 포함되면, 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, Cr 함유량은 0.4％ 이하로 한다. Cr 함유량의 바람직한 상한은 0.38％이며, 보다 바람직한 상한은 0.36％, 더욱 바람직하는 상한은 0.10％이다.

[P: 0.005 내지 0.04％]

P는, 강재 표면에 인산염을 생성하여, 염분에 의한 부식의 속도를 저감시켜, 내식성 확보에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위하여 P량을 0.005％ 이상으로 한다. P량은, 바람직하게는 0.006％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.007％ 이상이다. 그러나, P가 과잉으로 포함되면 인성이나 용접성이 열화된다. 따라서 P 함유량의 상한을 0.04％로 한다. P량의 바람직한 상한은 0.038％이며, 보다 바람직한 상한은 0.035％, 더욱 바람직하는 상한은 0.020％, 보다 더욱 바람직하는 상한은 0.015％이다.

[S: 0.0005 내지 0.01％]

S는, 강재 표면에 황산염을 생성함으로써 염분에 의한 부식의 속도를 저감시켜, 내식성 확보에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위하여 S량을 0.0005％ 이상으로 한다. S량은, 바람직하게는 0.0006％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.0008％ 이상이다. 그러나, S가 과잉으로 포함되면 인성이나 용접성이 열화된다. 따라서 S 함유량의 상한을 0.01％로 한다. S량의 바람직한 상한은 0.009％이며, 보다 바람직한 상한은 0.008％, 더욱 바람직하는 상한은 0.005％이다.

상기 성분 조성을 채용함으로써, 환경 부하 면에서 그다지 권장되지 않는 Sb나 Sn 등의 원소를 사용하지 않아도, 선박 상부 구조물의 내식성을 향상시킬 수 있다.

또한, 구조 재료로서 필요한 기계 특성이나 용접성을 구비시키기 위해서는, 상술한 원소 외에, C, Si, Mn, Al의 함유량을 적절하게 조정하는 것도 필요하다. 이하, 이들 원소에 대하여 설명한다.

[C: 0.01 내지 0.30％]

C는, 시멘타이트의 생성에 의해 재료의 기계 특성을 향상시키는 효과가 있어, 강도 확보를 위하여 필요한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위하여 C량을 0.01％ 이상 함유시킨다. C량은, 바람직하게는 0.02％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 그러나, C를 과잉으로 함유시키면, 캐소드 사이트로서 작용하는 시멘타이트의 생성량이 많아져, 내식성이 열화된다. 따라서 C 함유량은 0.30％ 이하로 한다. C량의 바람직한 상한은 0.29％이며, 보다 바람직한 상한은 0.28％이다.

[Si: 0.05 내지 1.0％]

Si는, 탈산과 강도 확보를 위하여 필요한 원소이다. 본 발명에서는, 구조 부재로서의 최저 강도를 확보하기 위해, Si량을 0.05％ 이상으로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.08％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 그러나, 1.0％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 용접성이 열화되기 때문에, 본 발명에서는 Si량의 상한을 1.0％로 한다. Si량의 바람직한 상한은 0.95％이며, 보다 바람직한 상한은 0.90％이다.

[Mn: 0.1 내지 2.0％]

Mn도 Si와 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위하여 필요한 원소이다. 본 발명에서는, 구조 부재로서의 최저 강도를 확보하기 위해, Mn량을 0.1％ 이상으로 한다. Mn량은, 바람직하게는 0.15％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.20％ 이상이다. 그러나, 2.0％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 인성이 열화되기 때문에, 본 발명에서는 Mn량의 상한을 2.0％로 한다. Mn량의 바람직한 상한은 1.9％이며, 보다 바람직한 상한은 1.8％, 더욱 바람직하는 상한은 1.4％, 보다 더욱 바람직하게는 상한은 1.25％이다.

[Al: 0.005 내지 0.10％]

Al도 Si나 Mn과 마찬가지로, 탈산 및 강도 확보를 위하여 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Al량을 0.005％ 이상으로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.008％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 그러나, Al양이 0.10％를 초과하여 포함되면, 용접성이 열화되기 때문에, 본 발명에서는 Al양의 상한을 0.10％로 한다. Al량의 바람직한 상한은 0.09％이며, 보다 바람직한 상한은 0.08％, 더욱 바람직하는 상한은 0.05％이다.

본 발명 강재의 성분은 상기 대로이며, 잔량부는 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 것이다. 불가피 불순물은 강재의 여러 특성을 해하지 않을 정도로 포함되어 있어도 좋고, 합계 0.1％ 정도 이하, 바람직하게는 0.09％ 정도 이하로 억제함으로써, 본 발명의 내식성 발현 효과를 충분히 발휘시킬 수 있다.

또한, 상기 원소 외에, 하기에 나타내는 대로 Nb나 Zr, V, B, Mg, Ca를 적당량 더 함유시킴으로써 내식성을 더 높일 수 있다. 이하, 이들 원소에 대하여 상세하게 설명한다.

[Nb: 0.001 내지 0.1％, Zr: 0.001 내지 0.1％, V: 0.001 내지 0.1％ 및 B: 0.0001 내지 0.005％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소]

Nb, Zr, V 및 B는 질화물을 형성하여, 티타늄 질화물의 산소 농담 전지에 의한 부식 억제 작용을 조장하는 작용이 있다. 또한, 강재의 강도 향상에도 유효한 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, Nb, Zr, V의 경우, 바람직한 함유량은 각각 0.001％ 이상(보다 바람직하게는 0.002％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.003％ 이상)으로 하는 것이 좋다. 또한, B를 함유시키는 경우에는 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0002％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.0003％ 이상이다.

한편, 이들 원소가 과잉으로 포함되면 모재 인성이 열화된다. 따라서 Nb, Zr, V의 어떤 경우든, 함유량의 상한은 0.1％로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 상한은 0.095％이며, 더욱 바람직한 상한은 0.09％이다. 또한 B의 경우에는, 상한을 0.005％로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 상한은 0.0045％, 더욱 바람직한 상한은 0.004％이다.

[Mg: 0.0003 내지 0.005％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소]

Mg 및 Ca는, 해수 충돌부에 있어서의 캐소드 반응을 억제하여 내식성을 향상시키기에 유효한 원소이다. 이러한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mg, Ca의 어떤 경우든, 0.0003％ 이상(보다 바람직하게는 0.0004％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.0005％ 이상)으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 이들 원소가 과잉으로 포함되면 가공성과 용접성이 열화된다. 따라서, 어떤 경우든, 함유량의 상한은 0.005％로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 상한은 모두 0.0045％이며, 더욱 바람직한 상한은 모두 0.004％이다.

본 발명의 강재는, 예를 들어 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다. 우선, 전로 또는 전기로로부터 레이들에 출강한 용강에 대하여, RH 진공 탈가스 장치를 사용하여, 성분 조정·온도 조정을 포함하는 2차 정련을 행한다(바람직하게는, RH진공 탈가스 장치를 사용하여, 용강 온도 1550℃ 이상에서 성분 조정함으로써 TiN을 미세하게 분산시킬 수 있다). 그 후, 연속 주조법, 조괴법 등의 통상의 주조 방법에 의해 강괴로 한다. 또한, 탈산 형식으로서는, 기계 특성이나 용접성의 관점에서 킬드강을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 Al 킬드강이 권장된다.

이어서 얻어진 강괴를, 1000 내지 1300℃의 온도 영역으로 가열한 후, 열간 압연을 행하여, 원하는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이때의 열간 압연 종료 온도를 650 내지 850℃로 제어하고, 열간 압연 종료 후부터 500℃까지의 냉각 속도를 0.1 내지 15℃/초의 범위로 제어하는 것이 모재의 기계 특성을 확보하는 관점에서 권장된다.

본 발명의 선박용 강철재는, 기본적으로는 도장을 실시하지 않아도 강재 자체가 우수한 내식성을 발휘하지만, 필요에 따라서는 강재 표면에, 에폭시 수지계 도막, 염화 고무계 도막, 아크릴 수지 도막 및 우레탄 수지 도막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도막을, 방식 도막으로서 형성하는 등, 다른 방식법과 병용하는 것도 가능하다.

상기 에폭시 수지계 도막의 형성용 도료로서는, 방식 도료로서 사용되는 것이면, 특별히 한정되지 않고, 비히클로서 에폭시 수지를 포함하는 것이면 된다. 예를 들어, 에폭시 수지 도료, 변성 에폭시 수지 도료, 타르 에폭시 수지 도료 등을 들 수 있다. 염화 고무계 도막도, 염화 고무나 염소화 폴로올레핀 등의 염소화 수지를 주원료로 하여 이루어지는 도료를 사용하여 형성한 도막이면 되며, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 아크릴 수지 도막으로서는, 통상의 아크릴 수지 도료, 아크릴 에멀전 수지 도료, 아크릴우레탄계 에멀전 도료, 아크릴실리콘계 에멀전 도료, 아크릴래커 등의 도료를 사용하여 형성한 도막을 사용할 수 있다. 우레탄 수지 도막으로서는, 예를 들어 폴리우레탄 수지 도료, 폴리에스테르우레탄 수지 도료, 습기 경화 폴리우레탄 수지 도료, 에폭시우레탄 도료, 변성 에폭시우레탄 수지 도료 등을 사용하여 형성한 도막을 사용할 수 있다.

이들 수지 도막은, 건조막 두께로, 예를 들어 100 내지 400㎛의 두께로 하는 것을 들 수 있다.

또한, 필요에 따라 상기 강재 표면과 상기 도막 사이에, Zn 농도가 90질량％ 이상, 또한 두께가 5 내지 30㎛인 중간층을 형성하는 것도 가능하다. 이 중간층에는, 고농도의 아연 분말을 함유하는 징크 리치 도료가 실시된 피복층(아연 분말, 알킬실리케이트 또는 에폭시 수지, 안료 및 용제를 주된 원료로 한 징크 리치 프라이머를 들 수 있다. JIS K 5552:2002로 규정되어 있는 징크 리치 프라이머로서, 무기 징크 리치 프라이머, 유기 징크 리치 프라이머를 들 수 있다) 외에, 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 증착 아연 도금층, 합금화 아연 도금층 등을 들 수 있다.

상기 중간층의 막 두께는 5㎛ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상이며, 30㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 25㎛ 이하이다.

본 발명의 내식 강재는, 그 형태로서, 예를 들어 강판, 강관, 강봉, 선재, 형강 등의 것을 들 수 있고, 예를 들어 탱커, 콘테이너선, 벌크선 등의 화물선, 화객선, 객선, 군함 등의 선박에 있어서, 예를 들어 상갑판, 선교, 해치 커버, 크레인, 각종 배관, 계단, 난간 등 여러 상부 강 구조물에 적절하게 사용된다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론, 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니고, 설명하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[시험용재의 제작]

표 1 및 표 2에 나타내는 다양한 성분 조성의 강재를 진공 용해로에 의해 용제하여, 50kg의 강괴로 했다. 얻어진 강괴를 1150℃로 가열한 후, 열간 압연을 행하여, 판 두께 10㎜의 강 소재로 했다. 이때의 열간 압연 종료 온도는 650 내지 850℃의 범위로 하고, 열간 압연 종료 후부터 500℃까지의 냉각 속도를 0.1 내지 15℃/초 이하의 범위에서 적절히 조정했다. 상기 강 소재로부터 크기 100×30×5(㎜)의 테스트 피스를 잘라냈다. 모든 테스트 피스는, 전체면을 샌드블라스트하고, 수세 및 아세톤 세정을 행하고 나서, 시험면(100×30(㎜)의 편면)에 이하의 도장을 실시했다.

우선, 도장 A로서는, 염화 고무계 도료(주고쿠 도료(주)제, 「라백스」(등록 상표))를 건조막 두께가 150㎛로 되도록 도장했다. 또한, 도장 B로서, 징크 리치 프라이머(주고쿠 도료(주)제, 「세라본드(등록 상표) 2000」)를 평균 건조막 두께가 15㎛로 되도록 도장하고, 그 위에 변성 에폭시 수지계 도료(주고쿠 도료(주)제, 「노바 2000」)를 건조막 두께가 200㎛로 되도록 도장했다. 도장 후, 시험면 이외의 면은 테플론(등록 상표) 테이프에 의해 피복했다. 시험면에 도장한 도막에는, 강재 소지까지 도달하는 길이 50㎜, 폭 2㎜의 커트 흠집을 형성했다(도 1).

[부식 시험 방법]

고 염분 환경에서의 내식성 평가 방법으로서, 염수 분무 시험이나 염분을 부여한 상태에서의 건습 반복 시험(복합 사이클 시험) 등이 공지이지만, 그들 시험에서는 해수의 충돌을 가미할 수 없기 때문에 선박 상부의 환경을 정확하게 모의할 수 없다. 따라서, 선박 상부 환경을 모의하는 부식 시험으로서, 인공 해수를 시험면에 분사하여 부식시키는 부식 촉진 시험을 고안하여, 실시했다. 구체적으로는 이하와 같다.

즉, 시험 용액의 인공 해수는 온도 35℃, 충돌하는 인공 해수의 유속은 10m/s로 했다. 인공 해수를 분사하는 노즐의 구멍 직경은 2㎜φ로 했다. 노즐 선단부터 도막 표면까지의 거리는 5㎜이다. 도 2(모식 단면도)에 도시한 바와 같이, 인공 해수를 커트 흠집 전체에 널리 퍼지도록 스프레이 상태로 10분간 분사하고, 그 후 50분간은 방치(분위기는 온도 30℃의 대기)한다는 사이클을 반복했다. 시험 기간은 3개월간으로 했다.

그리고, 3개월간의 시험이 종료된 후, 흠집부의 도막 팽창폭의 최대값 및 흠집부의 강재의 최대 부식 깊이를 측정하여, 도장 내식성을 평가했다. 또한, 흠집부의 도막 팽창폭의 최대값은, 도 3에 도시한 바와 같이, 커트 흠집의 단부면으로부터 팽창 발생 부분의 최대 거리를 측정했다. 또한, 흠집부의 강재의 최대 부식 깊이는 초점 심도법에 의해 측정했다. 부식 시험에는, 표 1 및 표 2에 나타낸 No.1 내지 47의 강재의 테스트 피스를 각각 3매씩 사용했다. 그리고, 도막 팽창폭의 최대값 및 흠집부의 강재의 최대 부식 깊이는, 상기 테스트 피스 3매 중 최대값으로 했다.

표 3에 시험 결과를 나타낸다. 또한, 표 3에 있어서, 도막 팽창폭의 최대값 및 흠집부의 강재의 최대 부식 깊이의 값은, No.1의 강재(종래 강)의 값을 100으로 했을 때의 상대값으로 나타내고 있다. 또한, 표 3에 있어서의 내식성의 평가는, 하기 기준에 의한 것이다.

◎◎… 도막 팽창폭의 최대값이 모두 30 이하를 만족시키는 동시에, 최대 부식 깊이가 모두 50 이하를 만족시키는 경우

◎… 도막 팽창폭의 최대값이 모두 50 이하를 만족시키는 동시에, 최대 부식 깊이가 모두 60 이하를 만족시키는 경우

○ 내지 ◎… 도막 팽창폭의 최대값이 모두 60 이하를 만족시키는 동시에, 최대 부식 깊이가 모두 70 이하를 만족시키는 경우

○… 도막 팽창폭의 최대값이 모두 75 이하를 만족시키는 동시에, 최대 부식 깊이가 모두 75 이하를 만족시키는 경우

△… 도막 팽창폭의 최대값이 모두 95 이하를 만족시키는 동시에, 최대 부식 깊이가 모두 96 이하를 만족시키는 경우

×… 모두 100(No.1)

이들 결과로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. 우선 No.11 내지 47의 강재는, 성분 조성이 본 발명의 규정을 만족하고 있기 때문에, 모두 도막 팽창폭 및 최대 부식 깊이가 No.1의 강재(본 발명에서 규정하는 Cu나 Ni, Cr, Ti를 포함하지 않는 종래 강)의 80％ 이하로 억제되고 있어, 내식성이 우수하다. 이러한 우수한 내식성은, Ti량, N량 및 [Ti]/[N]의 제어, 및 그 밖의 성분의 제어에 의해, 산소 농담 전지 형성의 저해 작용이 충분히 발현된 것에 따른다고 사료된다. 이 내식성은, 또한 Nb, Zr, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소나, Mg 및 Ca로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 규정량 함유시킴으로써 더 높아지고 있는 것을 알았다.

이에 대해, No.2 내지 10은, Cu, Ni, Cr 및 Ti를 포함하지만, 그 함유량 등이 본 발명의 규정 범위를 벗어나고 있기 때문에, 도막 팽창폭 및 최대 부식 깊이가 종래 강(No.1)의 80 내지 95％ 정도로, 부식 억제가 충분하지 않다.

구체적으로, No.2, 3 및 4는, 각각 Cu, Ni 및 Cr의 함유량이 지나치게 적기 때문에, 부식 억제 효과가 불충분했다고 사료된다.

No.5는, Ti량 및 [Ti]/[N]이 규정 범위를 벗어나기 때문에, 본 발명의 내식 성 향상 효과를 얻지 못했다고 사료된다.

No.6은 N량이 지나치게 적기 때문에, TiN의 생성량이 적어, 충분한 내식성을 얻지 못했다고 사료된다.

No.7은 N량이 지나치게 많기 때문에, 고용 N량도 과잉이 되어, 부식 억제 효과를 얻지 못했다고 사료된다.

No.8 및 9는, Ti 및 N의 함유량은 규정을 만족하지만, [Ti]/[N]이 규정 범위를 벗어나기 때문에, 고용 N이 내식성을 저해하여, 부식 억제 효과를 얻지 못했다고 사료된다.

No.10은, Ti 및 N의 함유량은 규정을 만족하지만, [Ti]/[N]이 규정의 상한값을 초과했기 때문에 부식 억제 효과를 얻지 못한 것으로 사료된다.

Claims (7)

1. C: 0.0l 내지 0.30％(질량％의 의미, 이하 동일),
   Si: 0.05 내지 1.0％,
   Mn: 0.1 내지 2.0％,
   P: 0.005 내지 0.04％,
   S: 0.0005 내지 0.01％,
   Al: 0.005 내지 0.10％,
   Cu: 0.10 내지 5.0％,
   Ni: 0.10 내지 5.0％,
   Cr: 0.010 내지 0.4％,
   Ti: 0.005 내지 0.06％ 및
   N: 0.0030 내지 0.008％를 만족하고,
   이하의 Nb: 0.001 내지 0.1％, Zr: 0.001 내지 0.1％ 및 V: 0.001 내지 0.1％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하고,
   잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한, Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]의 비([Ti]/[N])가 1.5 이상 17.0 이하인 것을 특징으로 하는, 선박 상부 구조물용 내식 강재.
2. 제1항에 있어서, Mg: 0.0003 내지 0.005％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는, 선박 상부 구조물용 내식 강재.
3. 제1항에 있어서, 상기 강재 표면에, 에폭시 수지계 도막, 염화 고무계 도막, 아크릴 수지 도막 및 우레탄 수지 도막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도막을 갖는, 선박 상부 구조물용 내식 강재.
4. 제2항에 있어서, 상기 강재 표면에, 에폭시 수지계 도막, 염화 고무계 도막, 아크릴 수지 도막 및 우레탄 수지 도막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도막을 갖는, 선박 상부 구조물용 내식 강재.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 강재 표면과 상기 도막 사이에, Zn 농도가 90질량％ 이상, 또한 두께가 5 내지 30㎛인 중간층이 형성된, 선박 상부 구조물용 내식 강재.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 강재에 의해 구성된 것을 특징으로 하는, 선박 상부 구조물.
7. 제5항에 기재된 강재에 의해 구성된 것을 특징으로 하는, 선박 상부 구조물.

Images