KR101750320B1

KR101750320B1 - 내후성이 우수한 강재

Info

Publication number: KR101750320B1
Application number: KR1020157030187A
Authority: KR
Inventors: 신이치 미우라; 이사무 가게; 츠토무 고모리; 신지 미타오
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2017-06-23
Also published as: JP5950037B2; BR112015026453A2; PH12015502184A1; CN105209652A; JPWO2014181534A1; WO2014181534A1; MY178100A; KR20150132566A

Abstract

주로 교량 등의 옥외에서 이용되며, 특히 고온이면서 건기 등의 우량이 적은 건조한 기간이 존재하는 환경하에서 구조용 강재로서 적합한 내후성 강을 제공한다.
특정량의 C, Si, Mn, P, S, Al, Cu, Nb, Sn, 추가로, 적어도 (1)식, (2)식의 어느 것을 만족함과 함께, (3)식을 만족하고, 필요에 따라서, Ni, Cr, Mo, W, Co, Sb, Ti, V, Zr, B, REM, Ca, Mg의 1종 이상, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재. (Cu－0.01)×(Sn－0.005)×(Nb－0.005)×10⁴≥0.08(1), (Cu－0.01)×(Ni－0.01)×(Cr－0.01)×50≥0.08(2), (Cu＋10×Sn)/(2×Ni＋0.5×Si)＜10(3), 여기에서, 각 원소 기호는 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하지 않는 원소는 0으로 한다.

Description

내후성이 우수한 강재{STEEL MATERIAL HAVING EXCELLENT WEATHERABILITY}

본 발명은, 내후성(atmospheric corrosion resistance)이 우수한 강재에 관한 것으로, 주로 교량 등의 옥외에서 이용되며, 특히 고온이면서 건기 등의 우량이 적은 건조한 기간이 존재하는 환경하에서 내후성이 요구되는 구조용 강재(structural steel material)로서 적합한 것에 관한 것이다.

종래, 교량 등의 옥외에서 이용되는 강 구조물(steel structures)에는 내후성 강(weathering steel)이 이용되고 있다. 내후성 강은, 대기 폭로 환경(atmospheric exposure environment)에 있어서, Cu, P, Cr, Ni 등의 합금 원소가 농화된(concentrated) 보호성이 높은 녹층(highly protective rust layer)으로 표면이 덮임으로써 부식 속도(corrosion rate)가 현저하게 저감되는 강재로, 내후성 강을 사용한 교량은 무도장(paintless)인 채로 수십년 간의 공용에 견딜 수 있는 것이 알려져 있다.

내후성 강은 1930년대에 미국에서 개발되어, 건축 등에 적용되었다. 그 후, 일본에도 도입되어, 고로(高爐) 메이커 각 사에서 개발된 내후성 강이, 교량 등에 적용되고 있다. BRICS나 동아시아 지역의 경제 발전이 현저한 나라들은, 현재 인프라스트럭처의 정비 중이지만, 내후성 강을 사용한 무도장 교량은, 도장 교량과 비교하여 메인터넌스 비용을 낮게 억제하는 것이 가능하기 때문에, 적용이 요망되고 있다. 또한, 도장된 교량에 있어서도, 도막 수명(coating life)이 길어지면, 재도장(repaint)의 빈도가 적어져, 메인터넌스 비용이 억제된다. 그 때문에, 도장 수명이 연장 가능한 강재가 요망되고 있다.

이들 나라들에는, 특히 고온의 환경이 되는 나라가 많이 포함되기 때문에, 내후성 강을 적용하는 경우, 그러한 환경에 있어서 우수한 내후성을 갖고, 추가로 저비용인 것이 중요하다.

저비용인 강재의 요건으로서, 합금 비용이 낮은 것 외에, 딜리버리(delivery) 및 생산 효율의 관점에서, 제조가 용이한 것도 필수이다.

BRICS나 동아시아 지역의 여러 나라에서는, 향후, 나사용(used in a paintless state)이 가능하고, 또한 저비용으로 구조용 강으로서의 강도도 구비한 내후성 강에 대한 성능 향상의 요망은 강해질 것으로 예측된다.

강재의 내후성을 향상시키는 수법은 종래부터 여러 가지 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 Cu와 1질량％ 이상의 Ni를 첨가한 고내후성 강재가 개시되어 있다. 특허문헌 2에는 1질량％ 이상의 Ni와 Mo를 첨가한 내후성이 우수한 강재가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 Ni에 더하여, Cu, Ti를 첨가한 내후성이 우수한 강재가 개시되어 있다. 특허문헌 4에는 Ni를 다량으로 함유하고, 더하여 Cu, Mo, Sn, Sb, P 등을 함유한 용접 구조용 강재가 개시되고, 특허문헌 5에는 Sn을 첨가한 내식성이 우수한 강재가 개시되어 있다.

일본공개특허공보 평11-172370호 일본공개특허공보 2002-309340호 일본공개특허공보 평11-71632호 일본공개특허공보 평10-251797호 일본공개특허공보 2012-255184호

그러나, 특허문헌 1∼3과 같이 Ni의 함유량을 증가시킨 경우나, 특허문헌 4와 같이 Ni 및 P의 함유량을 증가시켜, Cu, Mo, Sn, Sb 등을 함유한 강재에서는 합금 비용의 상승에 의해 강재의 가격이 상승한다. 특허문헌 4의 경우는, 또한 P의 함유량이 높기 때문에 용접성이 저하된다. 특허문헌 5에서는, Sn의 함유량을 증가시키기 때문에, 표면 적열 취성(surface hot shortness)이 조장된다.

그래서, 본 발명은, Ni, Mo 등의 고가인 합금 원소의 함유량을 적게하여, 제조성도 양호한 염가로, 구조용 강으로서의 강도도 구비한 내후성이 우수한 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 검토하고, 성분 조성에 있어서, 일정량의 Cu에, 미량의 Nb 및 Sn을 복합하여 함유함으로써, 고온의 환경에 있어서의 강재의 나사용(steel material without paint coating) 시의 내후성 및 도장의 내구성(durability)이 향상되는 것을 발견했다. 우수한 내후성 및 도장의 내구성을 나타내는 상세한 이유는 불명하기는 하지만, 이하와 같이 추정된다.

1. Cu는 녹입자(rust particle)를 미세화시킴으로써 녹층을 치밀화(dense)시키기 때문에, 산소나 염화물 이온과 같은 부식 촉진 인자(corrosion-accelerating factor)가 녹층을 투과하여 기재(the base material)(강(steel))에 도달하는 것을 방지한다. 또한, Cu는 강의 계면의 근방에 있어서 농화(concentrate)되기 때문에, 강의 애노드 반응은 억제된다.

2. Nb는 기재(강)의 계면 근방에 농화됨으로써 강의 애노드 반응 및 캐소드 반응을 억제한다.

3. Sn은 Nb와 동일하게 기재(강)의 계면 근방에 있어서 농화되기 때문에, 강의 애노드 반응 및 캐소드 반응은 억제된다.

4. Cu, Nb, Sn을 복합하여 함유한 경우, 이들 합금 원소를 단독으로 함유한 경우보다 내식성이 현저하게 향상된다.

본 발명은 얻어진 인식을 기초로, 추가로 검토를 더하여 이루어진 것으로, 즉, 본 발명은,

(1) 성분 조성이, 질량％로,

C: 0.030％ 이상, 0.200％ 미만,

Si: 0.10％ 이상, 1.00％ 이하,

Mn: 0.20％ 이상, 2.00％ 이하,

P: 0.003％ 이상, 0.030％ 이하,

S: 0.0001％ 이상, 0.020％ 이하,

Al: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하,

Cu: 0.01％ 이상, 0.50％ 이하,

Nb: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

Sn: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

추가로, 적어도 (1)식, (2)식 중 어느 것을 만족함과 함께, (3)식을 만족하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 강재.

(Cu－0.01)×(Sn－0.005)×(Nb－0.005)×10⁴≥0.08　　　(1)

(Cu－0.01)×(Ni－0.01)×(Cr－0.01)×50≥0.08　　　　(2)

(Cu＋10×Sn)/(2×Ni＋0.5×Si)＜10　　　　(3)

여기에서, 각 원소 기호는 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하지 않는 원소는 0으로 한다.

(2) 추가로, 질량％로,

Ni: 0.01％ 이상, 1.00％ 이하,

Cr: 0.01％ 이상, 1.00％ 이하,

Mo: 0.005％ 이상, 1.000％ 이하,

W: 0.010％ 이상, 1.000％ 이하,

Co: 0.010％ 이상, 0.500％ 이하,

Sb: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 내후성이 우수한 강재.

(3) 추가로, 질량％로,

Ti: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

V: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

Zr: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

B: 0.0001％ 이상, 0.0050％ 이하,

로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 내후성이 우수한 강재.

(4) 추가로, 질량％로,

REM: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하,

Ca: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하,

Mg: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하,

로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 내후성이 우수한 강재.

(5) 추가로, 질량％로,

Ta: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하,

Bi: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하,

Se: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하,

Hf: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하,

로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 내후성이 우수한 강재.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 조성을 갖는 강재의 표면에, 도막을 갖는 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 강재.

본 발명에 의하면, 제조성이 우수하고, 합금 비용이 낮은 염가의 내후성이 우수한 구조용 강재가 얻어져, 산업상, 매우 유용하다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에, 본 발명을 상세하게 설명한다. 설명에 있어서, ％는 질량％로 한다.

C: 0.030％ 이상, 0.200％ 미만

C는 강재의 강도를 향상시키는 원소이며, 구조용 강으로서의 소정의 강도를 확보하기 위해, 0.030％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.200％ 이상에서는 용접성(weldability) 및 인성(toughness)이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.030％ 이상, 0.200％ 미만으로 한다.

Si: 0.10％ 이상, 1.00％ 이하

Si는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Si는, 녹층 전체의 녹입자를 미세화시켜 치밀한 녹층을 형성하고, 이에 따라 강재의 내후성을 향상시킨다. 또한, 열간 압연시의 강재 표면의 균열을 방지하는 효과를 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해, 0.10％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 1.00％를 초과하여 함유하면 인성 및 용접성이 현저하게 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.10％ 이상, 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.20％ 이상, 0.80％ 이하, 보다 바람직하게는, 0.40％ 이상, 0.60％ 이하이다.

Mn: 0.20％ 이상, 2.00％ 이하

Mn은 강재의 강도를 향상시키는 원소이며, 구조용 강으로서의 소정의 강도를 확보하기 위해 0.20％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 2.00％를 초과하여 함유하면 인성 및 용접성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 0.20％ 이상, 2.00％ 이하로 한다.

P: 0.003％ 이상, 0.030％ 이하

P는 강재의 내후성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.003％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.030％를 초과하여 함유하면 용접성이 저하된다. 따라서, P 함유량은 0.003％ 이상, 0.030％ 이하로 한다.

S: 0.0001％ 이상, 0.020％ 이하

S는 0.020％를 초과하여 함유하면 용접성 및 인성이 저하된다. 한편, 함유량을 0.0001％ 미만까지 저하시키면, 생산 비용이 증대된다. 따라서, S 함유량은 0.0001％ 이상, 0.020％ 이하로 한다.

Al: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하

Al은, 제강시의 탈산(deoxidation)에 필요한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.100％를 초과하면 용접성에 악영향을 미친다. 따라서, Al 함유량은 0.001％ 이상, 0.100％ 이하로 한다.

Cu: 0.01％ 이상, 0.50％ 이하

Cu는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Nb 및 Sn과 공존시킴으로써, 강재의 내후성을 현저하게 향상시키는 효과를 갖는다. Cu는, 녹층과 기재(강)와의 계면(이하, 단순히 녹층-기재(강) 계면, 또는, 강 계면이라고 칭하는 경우도 있음) 근방에 농화됨으로써 강의 애노드 반응을 억제한다. 또한, 녹층의 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하고, 부식 촉진 인자인 염화물 이온의 기재(강)로의 투과를 억제하는 효과를 갖는다. 이러한 효과는 함유량이 0.01％ 이상에서 얻어진다. 한편, 0.50％를 초과하면 Cu 함유량 증가에 수반되는 합금 비용 상승을 초래한다. 따라서, Cu 함유량은 0.01％ 이상, 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.05％ 이상, 0.40％ 이하, 보다 바람직하게는, 0.07％ 이상, 0.30％ 이하이다.

Nb: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하

Nb는, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Cu 및 Sn과 공존시킴으로써, 강재의 내후성을 현저하게 향상시키는 효과를 갖는다. Nb는, 애노드부에 있어서 녹층과 기재(강)와의 계면 부근에 농화되기 때문에, 애노드 반응 및 캐소드 반응을 억제한다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.200％를 초과하면 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Nb 함유량은 0.005％ 이상, 0.200％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.008％ 이상, 0.100％ 이하, 더욱 바람직하게는, 0.010％ 이상, 0.030％ 이하이다.

Sn: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,

Sn은, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Cu 및 Nb와 공존시킴으로써, 강재의 내후성을 현저하게 향상시키는 효과가 있다. Sn은, 강 계면에 Sn을 포함하는 산화 피막을 형성하고, 강의 애노드 반응 및 캐소드 반응을 억제함으로써 강재의 내후성을 향상시킨다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.200％를 초과하면 강의 연성이나 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Sn 함유량은 0.005％ 이상 0.200％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.010％ 이상, 0.100％ 이하, 보다 바람직하게는, 0.020％ 이상, 0.050％ 미만이다.

(Cu－0.01)×(Sn－0.005)×(Nb－0.005)×10⁴≥0.08··(1)

(Cu－0.01)×(Ni－0.01)×(Cr－0.01)×50≥0.08··(2)

(1)식은, 녹층-기재(강) 계면 근방에 합금 원소를 농화시켜 부식 반응을 억제함으로써 내식성을 향상시키기 위해 규정한다. 본 발명에서 인식한 녹층-기재(강) 계면에서의 내식성 향상 효과는, 녹층 전체가 아니라, 주로 계면 부근에서 효과를 발휘하기 때문에, 이러한 효과를 갖는 Nb나 Sn의 기재(강)로의 첨가량은 미량이면 좋다. 그러나, Nb, Sn은 Cu와의 공존에 의해 효과가 발현되기 때문에, Cu, Sn, Nb는, (Cu－0.01)×(Sn－0.005)×(Nb－0.005)×10⁴≥0.08을 만족하도록 함유시킨다.

(2)식은, 녹층 전체를 치밀화하고 부식 촉진 인자의 투과를 억제함으로써 내식성을 향상시키기 위해 규정한다. 내후성 강은 Cu, Cr, Ni 등의 원소가 농화된 치밀한 녹층에 의해, 부식 촉진 인자인 산소나 염화물 이온의 투과를 억제함으로써 내식성을 향상시킨다. 대기 환경에서의 내식성 향상 효과를 얻기 위해, Cu, Ni, Cr은 (Cu－0.01)×(Ni－0.01)×(Cr－0.01)×50≥0.08을 만족하도록 함유시킨다.

본 발명에서는, (1)식 및 (2)식 중, 적어도 어느 하나의 식을 충족하도록, 성분 조성을 조정한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 있어서, Ni 및 Cr은 선택 원소이다. Ni 및 Cr을 함유하지 않는 경우는, (2)식에 있어서의 Ni 및 Cr은 각각 0으로 한다. 본 발명에서는, (1)식 및 (2)식의 좌변을 내식성(corrosion resistance) 지표라고 칭한다.

(Cu＋10×Sn)/(2×Ni＋0.5×Si)＜10····(3)

본 발명에 따른 강재는, Cu, Sn을 동시에 함유하기 때문에, 열간 압연(hot rolling)시의 표면 균열(surface crack)이 문제가 되는 경우가 있다. Ni나 Si는 이러한 표면 균열을 억제하는 효과를 갖기 때문에, 표면 균열을 막기 위해 (3)식을 만족하도록 성분 조성을 조정한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 있어서, Ni는 선택 원소이다. Ni를 함유하지 않는 경우는, (3)식에 있어서의 Ni는 0으로 한다. 본 발명에서는 (3)식의 좌변을 표면 적열 취성(surface hot shortness) 지표라고 칭한다.

또한, (1)식, (2)식 및 (3)식에 있어서, 각 원소는 함유량(질량％)이며, 함유하지 않는 원소는 0으로 한다.

이상이 본 발명의 기본 성분 조성이고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 여기에서 불가피적 불순물로서, N: 0.010％ 이하, O: 0.010％ 이하를 허용할 수 있다. 또한, 불가피적 불순물로서 Ca를 함유하는 경우는, 강 중에 다량으로 존재하면 용접 열영향부의 인성을 저하시키기 때문에, 0.0010％ 이하가 바람직하다.

또한, 특성을 향상시키는 경우, 선택 원소로서, Ni, Cr, Mo, W, Co, Sb로부터 선택되는 1종 이상을 첨가할 수 있다.

Ni: 0.01％ 이상, 1.00％ 이하

Ni는 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하고, 구조용 강재의 내후성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.01％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 1.00％를 초과하여 함유하면 합금 비용의 상승을 초래한다. 따라서, Ni를 함유하는 경우, 함유량은 0.01％ 이상, 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.01％ 이상, 0.20％ 미만, 보다 바람직하게는, 0.01％ 이상, 0.10％ 미만이다.

Cr: 0.01％ 이상, 1.00％ 이하

Cr은, 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하고, 내후성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 한편, Cr을 과잉하게 첨가하면 용접성이 저하된다. 따라서, Cr을 함유하는 경우, 함유량은 0.01％ 이상, 1.00％ 이하로 한다.

Mo: 0.005％ 이상, 1.000％ 이하

Mo는, 강의 애노드 반응에 수반하여 MoO₄ ² ^－가 용출되고, 녹층 중에 MoO₄ ² ^－가 분포됨으로써, 부식 촉진 인자의 염화물 이온이 녹층을 투과하여 기재(강)에 도달하는 것을 방지한다. 또한, 강 계면에 Mo를 포함하는 화합물이 침전됨으로써, 강의 애노드 반응을 억제한다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 1.000％를 초과하면 Mo 소비량 증가에 수반되는 비용 상승을 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, Mo 함유량은 0.005％ 이상, 1.000％ 이하로 한다.

W: 0.010％ 이상, 1.000％ 이하

W는, 강의 애노드 반응에 수반하여 WO₄ ² ^－가 용출되고, 녹층 중에 WO₄ ² ^－로서 분포됨으로써, 부식 촉진 인자의 염화물 이온이 녹층을 투과하여 기재(강)에 도달하는 것을 정전적으로 방지한다. 또한, 강 계면에 W를 포함하는 화합물이 침전됨으로써, 강의 애노드 반응을 억제한다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.010％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 1.000％를 초과하면 W 소비량 증가에 수반되는 비용 상승을 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, W 함유량은 0.010％ 이상, 1.000％ 이하로 한다.

Co: 0.010％ 이상, 0.500％ 이하

Co는 녹층 전체에 분포하고, 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.01％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.500％를 초과하면 Co 소비량 증가에 수반되는 비용 상승을 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, Co 함유량은 0.010％ 이상, 0.500％ 이하로 한다.

Sb: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하

Sb는 강의 애노드 반응을 억제함과 함께, 캐소드 반응인 수소 발생 반응을 억제함으로써 강재의 내후성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, Sb를 과잉하게 함유하면 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Sb를 함유하는 경우, 함유량은 0.005％ 이상, 0.200％ 이하로 한다.

또한, 특성을 향상시키는 경우, 선택 원소로서, Ti, V, Zr, B로부터 선택되는 1종 이상을 첨가할 수 있다.

Ti: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하

Ti는, 강도를 높이기 위해 필요한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.200％를 초과하면 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, Ti 함유량은 0.005％ 이상, 0.200％ 이하로 한다.

V: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하

V는, 강도를 높이기 위해 필요한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.200％를 초과하면 효과가 포화된다. 따라서, 함유하는 경우, V 함유량은 0.005％ 이상, 0.200％ 이하로 한다.

Zr: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하

Zr은, 강도를 높이기 위해 필요한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.200％를 초과하면 효과가 포화된다. 따라서, 함유하는 경우, Zr 함유량은 0.005％ 이상, 0.200％ 이하로 한다.

B: 0.0001％ 이상, 0.0050％ 이하

B는, 강도를 높이기 위해 필요한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.0050％를 초과하면 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, B 함유량은 0.0001％ 이상, 0.0050％ 이하로 한다.

또한, 특성을 향상시키는 경우, 선택 원소로서, REM, Ca, Mg로부터 선택되는 1종 이상을 첨가할 수 있다.

REM: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하

REM은 녹층 전체에 분포하고, 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.0100％를 초과하면 그 효과는 포화된다. 따라서, 함유하는 경우, REM 함유량은 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하로 한다.

Ca: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하

Ca는 강 중의 S를 고정(fix)하여 용접 열영향부(weld heat-affected zone)의 인성 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.0001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.0100％를 초과하면 강 중의 개재물(inclusions)의 양이 증가하여, 오히려 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, Ca 함유량은 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하로 한다.

Mg: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하

Mg는, 강 중의 S를 고정하여 용접 열영향부의 인성 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.0100％를 초과하면 강 중의 개재물의 양이 증가하여, 오히려 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, Mg 함유량은 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하로 한다.

또한, 특성을 향상시키는 경우, 선택 원소로서, Ta, Bi, Se, Hf로부터 선택되는 1종 이상을 첨가할 수 있다.

Ta: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하

Ta는 녹층 전체에 분포하고, 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.100％를 초과하면 그 효과는 포화된다. 따라서, 함유하는 경우, Ta 함유량은 0.001％ 이상, 0.100％ 이하로 한다.

Bi: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하

Bi는 녹층 전체에 분포하고, 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.100％를 초과하면 그 효과는 포화된다. 따라서, 함유하는 경우, Bi 함유량은 0.001％ 이상, 0.100％ 이하로 한다.

Se: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하

Se는, 강의 애노드 반응에 수반하여 산소산 이온이 용출되고, 녹층 중에 분포함으로써, 부식 촉진 인자의 염화물 이온이 녹층을 투과하여 기재(강)에 도달하는 것을 방지한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.100％를 초과하면 Se 소비량 증가에 수반되는 비용 상승을 초래한다. 따라서, 함유하는 경우, Se 함유량은 0.001％ 이상, 0.100％ 이하로 한다.

Hf: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하

Hf는 녹층 전체에 분포하고, 녹입자를 미세화함으로써 치밀한 녹층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.100％를 초과하면 그 효과는 포화된다. 따라서, 함유하는 경우, Hf 함유량은 0.001％ 이상, 0.100％ 이하로 한다.

본 발명의 내후성이 우수한 강재는, 상기 성분 조성을 갖는 강을 통상의 연속 주조(continuous cast)나 분괴법(blooming)에 의해 얻어진 슬래브를 열간 압연함으로써 후판(steel plate)이나 형강(shaped steel), 박강판(steel sheet), 봉강(bar steel) 등의 강재로 제조되어, 얻어진다.

가열, 압연 조건은, 요구되는 재질에 따라서 적절하게 결정하면 좋고, 제어 압연(controlled rolling), 가속 냉각(accelerated cooling), 혹은 재가열 열처리 등의 조합도 가능하다.

또한, 각 원소의 함유량은, 스파크 방전 발광 분광 분석법(spark discharge-emission spectrochemical analysis), 형광 X선 분석법(X-ray Fluorescence Analysis), ICP 발광 분광 분석법(Atomic Emission Spectrometry) 및 ICP 질량 분석법(Mass Spectrometry), 연소법(combustion method) 등에 의해 구할 수 있다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성의 강을 용제하여, 1150℃로 가열한 후, 열간 압연을 행하여, 실온까지 공랭하고 두께 12㎜의 강판을 시작(試作)했다. 이어서, 얻어진 강판으로부터 35㎜×35㎜×5㎜의 시험편을 채취했다. 시험편은, 표면을 표면 거칠기 Ra가 1.6㎛ 이하가 되도록 연삭 가공하여, 단면, 이면을 테이프 시일하고, 표면 노출부의 면적이 25㎜×25㎜가 되도록 표면도 테이프 시일했다.

이상에 의해 얻어진 시험편에 대해서, 건습 반복 부식 시험(wet and dry cyclic corrosion test)을 행하고, 나사용 시의 내후성을 평가했다. 내후성의 평가 시험으로서는, 실제의 교량 등의 구조물에 있어서 가장 혹독한 환경이라고 생각되는, 비에 노출되는 곳이 없는 가더(girder) 내부의 환경을 모의한 부식 시험을 행했다. 또한, 본 평가 시험에서는, 고온 환경을 상정했다. 부식 시험의 조건은 이하와 같다. 온도 50℃, 상대 습도 35％ RH의 건조 공정을 15시간, 그 후, 이행 시간을 1시간 취한 후, 온도를 30℃, 상대 습도를 95％ RH의 습윤 공정을 7시간으로 하고, 그 후 1시간 이행 시간을 취하여, 합계 24시간으로 1사이클로 했다. 또한, 시험편 표면에 부착하는 염분량이 0.05mdd가 되도록 조정한 인공 해수 용액을 주(週) 1회, 건조 공정 중에 시험편의 표면에 도포했다(시험편 표면에 부착하는 염분량이 Cl 환산으로 5.6㎎이 되도록 조제한 희석 인공 해수 용액을 주 1회 건조 공정 중에 피펫으로 시험편 표면에 적하함). 이 조건에서, 12주간으로 84사이클의 시험을 행했다.

부식 시험 종료 후, 시험편을 염산에 헥사메틸렌테트라민을 더한 수용액에 침지하여 탈청(remove rust)하고 나서 중량을 측정하고, 얻어진 중량과 초기 중량과의 차를 구하여 편면의 평균 판두께 감소량을 구했다. 이 평균 판두께 감소량이 14㎛ 이하이면, 내후성이 우수하다고 평가했다.

또한, 고온 인장 시험을 실시하고, 강재의 표면 적열 취성(surface hot shortness)을 평가했다. 먼저 서술한 방법으로 시작한 두께 12㎜의 강판으로부터, 평행부의 직경이 6㎜에서, 평점 간 거리가 16㎜가 되는 인장 시험편을 채취하고, 고온 인장 시험에 제공했다. 인장 시험편의 길이 방향과 압연 방향의 방향이 동일해지도록, 인장 시험편을 채취했다. 시험은, 대기 중, 1030℃에서 1시간 가열한 후, 변형 속도 5/s, 변위량 6㎜의 조건으로 변형을 부여했다. 시험 후, 시험편 평행부를 시험편 중심을 통과하도록 장축 방향으로 절단하고, 단면을 관찰했다. 50배의 배율로 10시야 관측하여, 균열의 깊이를 조사했다. 균열의 최대 깊이가 150㎛ 이하이면, 표면 적열 취성(surface hot shortness)에 문제가 없다고 판단했다.

표 2에 부식량(평균 판두께 감소량 ㎛) 및 고온 인장 시험에서의 최대 균열 깊이를 나타낸다. 표 1, 표 2로부터, 내식성 지표가 0.08 이상, 또한 표면 적열 취성(surface hot shortness) 지표의 값이 10 미만이 되는 본 발명강 No. 1∼22, 26, 27은, 평균 판두께 감소량이 14㎛ 이하이고, 또한, 고온 인장 시험에서의 최대 균열 깊이도 150㎛ 이하인 점에서, 우수한 내후성을 갖고, 열간 압연시의 표면 균열도 문제가 없는 것을 알 수 있다.

한편, 내식성 지표가 0.08 미만인 비교강 No. 23은 평균 판두께 감소량이 16.8㎛, No. 24는 평균 판두께 감소량이 14.5㎛, 비교강 No. 25는 평균 판두께 감소량이 14.9㎛이고, 본 발명강에 비해 내후성이 뒤떨어져 있다. 또한, 비교강 No. 25는, 표면 적열 취성(surface hot shortness) 지표가 16.42로 10을 초과하고 있으며, 최대 균열 깊이가 150㎛를 초과하고 있는 점에서, 표면 적열 취성(surface hot shortness)이 현저한 것을 알 수 있다. 또한, 표 1에 있어서, 내식성 지표는, 식 (1), 식 (2)의 좌변 중 값이 큰 것을 채용하고 있다.

다음으로 도장의 내구성을 조사하기 위해, 강 No. 1, 2, 7, 12, 15, 17, 18, 20, 23에 대해서, 이하의 요령으로 시험을 실시했다.

얻어진 강판으로부터 150㎜×70㎜×5㎜의 시험편을 채취했다. 시험편은, 표면을 표면 거칠기가 ISO Sa 2.5가 되는 바와 같이 쇼트 블라스트를 실시하고, 아세톤 중에서 초음파 탈지를 5분간 행하고, 풍건하여 시험편으로 했다. 편면을 도장하기 위한 면으로 하고, 나머지 편면과 단면은 용제형의 에폭시 수지 도료(solvent based epoxy resin paint)로 시일하고, 또한 실리콘계의 시일제(silicone sealant)로 피복했다. 도장은, 표 3에 나타내는 사양으로 실시했다. 도장 후, 시험편의 중앙부에 폭 1㎜, 길이 70㎜의 크로스컷을 넣어, 초기 결함을 형성했다. 이어서, 이하에 나타내는 조건으로 부식 시험을 실시했다. JIS K 5621에 준거하여, 염수 분무를 0.5시간(5％ NaCl), 상대 습도 95％를 1.5시간, 50℃의 열풍 건조를 2시간, 30℃의 온풍 건조를 2시간으로 하는 사이클로 했다. 도장계 1은 50사이클, 도장계 2는 150사이클, 도장계 3은 220사이클로 했다. 부식 시험 종료 후, 크로스컷으로부터의 도막 부풀음폭(coating film blister)을 10지점 측정하고, 평균값을 구하여, 도장의 내구성의 평가 지표로 했다. 도막 부풀음은, 컷을 중심으로 양측으로 부풀어 있지만, 그 편측의 폭을 도막 부풀음폭으로 했다. 도막 부풀음폭의 평균값이, 도장계 1은 10㎜ 이하, 도장계 2 및 도장계 3은 5㎜ 이하이면 도막의 내구성이 우수하다고 판단했다.

표 4에 도막 부풀음폭의 평균값을 나타낸다. 표 4로부터, 본 발명강에서는 도막 부풀음폭의 평균값이 도장계 1에서는 10㎜ 이하, 도장계 2 및 도장계 3에서는 5㎜ 이하이며, 도막의 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 한편, 비교강에서는, 도막 부풀음폭의 평균값이 도장계 1에서는 10㎜, 도장계 2 및 도장계 3에서는 5㎜를 각각 초과하고 있으며, 도막의 내구성이 뒤떨어지는 것을 알 수 있다.

Claims

성분 조성이, 질량％로,
C: 0.030％ 이상, 0.200％ 미만,
Si: 0.36％ 이상, 1.00％ 이하,
Mn: 0.20％ 이상, 2.00％ 이하,
P: 0.003％ 이상, 0.030％ 이하,
S: 0.0001％ 이상, 0.020％ 이하,
Al: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하,
Cu: 0.05％ 이상, 0.09％ 이하,
Nb: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하,
Sn: 0.005％ 이상, 0.050％ 미만,
추가로, 적어도 (1)식, (2)식 중 어느 것을 만족함과 함께, (3)식을 만족하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 강재.
(Cu－0.01)×(Sn－0.005)×(Nb－0.005)×10⁴≥0.08　　　(1)
(Cu－0.01)×(Ni－0.01)×(Cr－0.01)×50≥0.08　　　　(2)
(Cu＋10×Sn)/(2×Ni＋0.5×Si)＜10　　　　(3)
여기에서, 각 원소 기호는 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하지 않는 원소는 0으로 한다.
제1항에 있어서,
추가로, 하기의 그룹 (A) 내지 (D) 중 적어도 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 강재.
(A) 질량%로, Ni: 0.01％ 이상, 1.00％ 이하, Cr: 0.01％ 이상, 1.00％ 이하, Mo: 0.005％ 이상, 1.000％ 이하, W: 0.010％ 이상, 1.000％ 이하, Co: 0.010％ 이상, 0.500％ 이하, Sb: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하로부터 선택되는 1종 이상
(B) 질량％로, Ti: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하, V: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하, Zr: 0.005％ 이상, 0.200％ 이하, B: 0.0001％ 이상, 0.0050％ 이하로부터 선택되는 1종 이상
(C) 질량％로, REM: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하, Ca: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하, Mg: 0.0001％ 이상, 0.0100％ 이하로부터 선택되는 1종 이상
(D) 질량％로, Ta: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하, Bi: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하, Se: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하, Hf: 0.001％ 이상, 0.100％ 이하로부터 선택되는 1종 이상
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제1항 또는 제2항에 기재된 조성을 갖는 강재의 표면에, 도막을 갖는 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 강재.