KR102021815B1

KR102021815B1 - 석탄·광석 운반선 홀드용 강판

Info

Publication number: KR102021815B1
Application number: KR1020197017266A
Authority: KR
Inventors: 가즈토시 이치카와; 가즈유키 가시마; 미치오 가네코; 가즈히사 야나기타; 뎃페이 오카와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2019-09-18
Also published as: WO2019176112A1; JP6418361B1; JPWO2019176112A1; CN110536973A; CN110536973B

Abstract

소정의 성분의 페라이트 펄라이트 강판이며, 마이크로 조직이 1/4 두께부의 페라이트 면적 분율이 80 내지 95％, 1/4 두께부의 펄라이트 면적 분율이 5 내지 20％로 구성되는 조직이고, 1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 애스펙트비가 1.0 내지 1.5, 1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 입경이 5 내지 20㎛, 1/4 두께부의 페라이트 중의 평균 전위 밀도가 7×10¹²/㎡ 이하, 1㎜ 피치의 비커스 경도의 시험에서, 강판의 표면으로부터 1/4 두께부까지, 또는 3/4 두께부로부터 이면까지의 비커스 경도 평균값이, 1/4 두께부로부터 3/4 두께부까지의 비커스 경도 평균값의 80 내지 105％, 판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 Sn의 최대 농도가 0.01 내지 5.0％인 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

Description

석탄·광석 운반선 홀드용 강판

본 발명은 석탄·광석 운반선 홀드용 강판에 관한 것이다. 예를 들어, 선박의 충돌이 만일 일어난 경우에도, 상기 선박의 선박 측면부의 파괴부를 억제하거나 할 수 있는 판 두께 5㎜ 이상의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판에 관한 것이다.

근년, 최근의 조선 분야에 있어서는, 만일 선박끼리가 충돌 사고를 일으켜도 그 파괴(파괴부)를 최소한에 그치게 하여, 파손부로부터의 침수 등의 피해를 최소한으로 하여, 인명이나 적재 하물을 보호하기 위한 기술이 검토되고 있다.

그 중에서도, 선체용 강재면으로부터의 대처로서, 충돌 시의 에너지를 강재 자체에 많이 흡수시켜 선체의 파괴를 억제하는 것이 제안되어 있다.

예를 들어, 충돌 시의 에너지 흡수 능력을 향상시키는 방법으로서는, 강판의 조직을 페라이트(α) 주체로 하고, 또한 α를 강화하는 기술이 특허문헌 1에 제안되어 있다. 이 기술은 α분율 F가 80％ 이상이고, 또한 α의 경도 H에 대해서는 하한값(H≥400－2.6×F)을 규정하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 강판의 표리층에 잔류 오스테나이트(γ)를 포함시키는 기술이 특허문헌 2에 제안되어 있다. 이 기술은 C, Si, Mn, Al을 함유하고, 또한 필요에 따라 강화 원소를 함유하고, 강판의 적어도 판 두께의 1/8 이상의 표리층에 면적률로 1.0 내지 20％의 잔류 γ를 포함한다는 것이다.

이들 외에, 특허문헌 3에는 강판 금속 조직 중의 페라이트(α)의 분율을 판 두께 중앙부에서 70％ 이상, 판 두께 표층부에서 50％ 이상으로 하고, 균일 연신을 증가시킴으로써, 내충돌성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4에, 강판의 전체 금속 조직에 차지하는 α의 면적 분율을 90％ 이상, 그 평균 α입경을 3 내지 12㎛, 최대 α입경을 40㎛ 이하, 제2 상의 평균 원 상당 직경을 0.8㎛ 이하로 하고, 균일 연신과 파단 응력의 곱을 크게 함으로써, 충돌 흡수성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.

상기한 특허문헌 1과 특허문헌 2에서는, 연신과 강도의 곱(EL×(YP＋TS)/2)을 내충격성을 나타내는 지표(충격 흡수 에너지)로 하여, 이를 높이는 수단이 개시되어 있다. 그런데, 선박끼리가 충돌했을 때의 파괴부 억제라는 관점에서는, 상기 지표보다도 연신의 값 자체 쪽이 더 크게 영향을 미치는 것이 대규모 충돌 시뮬레이션에 의해 점점 밝혀지고 있다. 특허문헌 1의 기술에서는, α입경이 5㎛ 이하이고, α의 경도는 Hv160 내지 190으로 높기 때문에, 연신 자체는 반드시 높지는 않아, 충돌 시의 파괴부를 억제하는 효과는 그다지 기대할 수 없다.

또한, 특허문헌 2의 기술에서는, 조직에 잔류 γ를 포함하도록 하기 위해, 합금 원소가 좀 많이 첨가되어 있고, 실시예로서 개시되어 있는 강은 탄소당량(Ceq)이 높거나, Si가 높은 강종으로 되어 있다. 그 때문에, 용접성이나 조인트 인성을 확보하는 것이 곤란해, 실제 선박에 대한 적용은 한정적이라고 생각된다.

한편, 특허문헌 3의 기술에서는, 합금 원소 첨가량을 낮게 억제하고, 2단계의 냉각에 의해 특히 판 두께 중심부의 α의 분율, 경도, 입경을 제어함으로써, 균일 연신의 향상을 도모하고 있지만, 조선용과 같은 폭넓고 긴 강판을 제조할 때에는, 재질 변동이 발생해 버려, 실용적인 제조 방법이라고는 하기 어렵다.

특허문헌 4에서는, 강재의 화학 성분과 금속 조직의 정보는 개시되어 있지만, 제조 방법에 있어서 실용상 불확실한 점이 많다. 즉, 상세한 설명에 기재되어 있는 제조 방법은 열간 압연, 냉각 후에 재가열을 권장하고 있지만, 염가일 것과, 대량 생산이 필수인 조선용 강판에 있어서, 재가열과 같은 프로세스는 생산 비용과 제조 공사 기간의 관점에서 실용화가 염려된다.

나아가, 선체용 강재를, 특수한 내식성이 요구되는 환경에 놓이는 석탄·광석 운반선 홀드용의 강판으로서 사용하는 경우, 사용 중에 부식이 발생하여, 두께가 감소될 가능성이 있다. 현저하게 두께가 감소된 강재를 사용하고 있으면, 만일 충돌이 일어난 경우에, 두께가 감소되지 않은 재료에 비해, 파괴부가 생길 가능성이 커진다.

특허문헌 5에서는, 충돌 안전성에 관해서는 개시되어 있지만, 부식에 의한 두께 감소는 고려되어 있지 않다.

반대로 특허문헌 6에서는 부식의 억제에 관해서는 개시되어 있지만, 충돌 안전 성능에 관해서는 고려되어 있지 않다.

이상을 감안하면, 석탄·광석 운반선 홀드용의 고강도 고연성 후판 강판으로, 예를 들어 선박이 충돌했을 때 선박 측면부의 파괴부를 억제하거나 할 수 있는 강도와 연성, 나아가 내식성도 겸비한 석탄·광석 운반선 홀드용 강판에 대한 기술은 아직 확립되어 있지 않은 것이 실정이다.

일본 특허 공개 평10－306340호 공보 일본 특허 공개 평11－246935호 공보 일본 특허 공개 제2003－89841호 공보 일본 특허 공개 제2007－162101호 공보 일본 특허 공개 제2016－125077호 공보 일본 특허 공개 제2008－174768호 공보

석탄·광석 운반선 홀드용의 강판으로서 사용하는 경우, 그 부식 환경은 이하의 이유에 의해, 가혹한 것이 된다.

석탄·광석 운반선의 홀드 내는 석탄이나 광석이라는 고형물을 수용하여 운반하기 때문에, 도막이 기계적으로 손상되기 쉬우므로, 홀드 내의 도막의 일부가 손상되거나 도막이 전체면에서 박리되거나 하여, 강재가 직접 부식 환경에 노출되게 된다.

또한, 석탄·광석 운반선의 홀드 내의 부식 환경은, SO₄ ^2－와 Cl^－를 포함하는 습윤 환경 혹은 건습 반복 환경이고, 결로수는 SO₄ ^2－에 의해 pH값이 약 2 내지 3으로 저하된다. 그리고, 도막의 손상부 바로 아래는 농후 염화물 환경이고, pH값이 대폭으로 저하되어 있다. 그 때문에, 석탄·광석 운반선의 홀드 내에 있어서, 도막이 기계적으로 손상되기 쉬울 뿐만 아니라, SO₄ ^2－와 Cl^－의 양쪽의 영향을 받기 쉽다.

이와 같이, 석탄·광석 운반선 홀드는 가혹한 부식 환경에 있고, 단순히 사용 개시 시의 강판이 충돌 안전성이 우수해도 경년 사용하는 과정에 있어서, 현저하게 부식 두께가 감소되었으면, 충돌 안전성이 저하된다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여, 석탄·광석 운반선 홀드용 강판, 예를 들어 충돌 시의 선박 측면부의 파괴부를 억제하거나 할 수 있는 강도와 연성을 겸비한 석탄·광석 운반선 홀드용 강판을 제공하는 것에 더하여, 도막이 기계적으로 손상되기 쉽고, 또한 SO₄ ^2－와 Cl^－의 양쪽의 영향을 받기 쉬운 부식 환경이라도, 도막의 수명 연장과 도막이 박리된 후의 부식 억제를 도모할 수 있고, 또한 통상의 제조 방법에 있어서 압연 깨짐의 발생을 방지할 수 있는, 석탄·광석 운반선 홀드용 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

선박이 충돌했을 때 선박 측면부에 파괴부가 발생하는 메커니즘을 고찰한다. 예를 들어, 선박 측벽부에 다른 선박의 뱃머리가 충돌한 경우에는, 선박의 뱃머리의 전체가 선박 측벽부의 평평한 강판에 깊이 박히게 되므로, 선박 측벽부의 강판은 크게 굽힘 변형을 받고, 안측으로 잡아 늘여져 크게 당겨진다. 그리고, 강판이 파괴되면, 선박 측벽부의 강판에 파괴부가 생기게 된다.

따라서, 선박이 충돌했을 때 선박 측면부의 강판에 파괴부를 발생시키지 않도록 하기 위해서는, 충돌 시의 초기 단계에서 강판이 크게 구부러졌을 때, 그 굽힘에 견딜 것, 그리고, 구부러지지 않은 부분이 크게 잡아 늘여져 인장 변형을 일으키게 되지만, 그 부분이 연신되어 파단되지 않을 것이 필요하다.

선박이 충돌했을 때 선박 측면부의 파괴부를 억제하기 위해서는 강판의 연신을 크게 하는 것이 본질적으로 중요하지만, 일반적으로 강판의 강도를 향상시키면 강판의 연신이 열화되므로, 강도와 연신을 양립시킨 고강도 고연성 후판 강판이 요망되고 있다.

본 발명자는, 석탄·광석 운반선 홀드용 강판, 특히 충돌 시의 선박 측면부의 파괴부를 억제하거나 할 수 있는 석탄·광석 운반선 홀드용 내충돌성 강판을 얻기 위해, 강판의 성분 조성 및 마이크로 조직에 착안하여 연구를 진행시킨 결과, 강판 내에서의 강도와 연신의 변동을 억제하기 쉬운 페라이트＋펄라이트 강이고, 마이크로 조직으로서 페라이트(이하 「α」라고도 표기함)의 존재 상태에 의한 연성 향상과 제2 상인 펄라이트에 의한 강도 향상을 도모하고, 또한 판 두께 내의 Sn의 최대 농도, 그리고 판 두께 방향의 경도를 제어하는 것 등에 의해, 강도, 연성 및 내식성을 겸비한 석탄·광석 운반선 홀드용 강판이 얻어진다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성했다.

본 발명의 요지는, 다음과 같다.

〔1〕 질량％로,

C: 0.05 내지 0.20％,

Si: 0.2 내지 1.0％,

Mn: 0.5 내지 2.0％,

Nb: 0.003 내지 0.030％,

Ti: 0.003 내지 0.020％,

Al: 0.002 내지 0.050％,

Sn: 0.010 내지 0.30％,

N: 0.0010 내지 0.0050％,

O: 0.0005 내지 0.0050％,

Ca: 0 내지 0.0080％,

Mg: 0 내지 0.0080％,

REM: 0 내지 0.0080％,

Ca＋Mg＋REM: 0.0005 내지 0.0080％,

P: 0.008％ 이하,

S: 0.003％ 이하,

Cu: 0 내지 0.05％,

Ni: 0 내지 1.0％,

Cr: 0 내지 0.10％ 미만％,

Mo: 0 내지 0.5％,

V: 0 내지 0.050％,

Co: 0 내지 1.0％,

B: 0 내지 0.0030％,

Ti/N: 0.5 내지 4.0,

잔부: Fe 및 불순물

이고;

압연 방향 단면을 관찰했을 때 마이크로 조직이,

1/4 두께부의 페라이트 면적 분율: 80 내지 95％,

1/4 두께부의 펄라이트 면적 분율: 5 내지 20％,

1/4 두께부의 베이나이트 면적 분율: 0 내지 10％ 미만,

1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 애스펙트비: 1.0 내지 1.5,

1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 입경: 5 내지 20㎛,

1/4 두께부의 페라이트 중의 평균 전위 밀도: 7×10¹²/㎡ 이하,

이고;

1㎜ 피치의 비커스 경도의 시험에서,

강판의 표면으로부터 1/4 두께부까지 및 3/4 두께부로부터 이면까지의 비커스 경도 평균값이, 1/4 두께부로부터 3/4 두께부까지의 비커스 경도 평균값의 80 내지 105％,

판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 Sn의 최대 농도가 0.01 내지 5.0％;

인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

〔2〕 판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 P의 최대 농도가 0.02 내지 0.20％;

인 것을 특징으로 하는 본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

〔3〕 하기 식 (1)에서 나타나는 Ar₃이 760 내지 820℃인 것을 특징으로 하는 본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

단, 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다. 또한, 함유되지 않은 원소는 0％인 것으로 한다.

〔4〕 판 두께가 5 내지 50㎜인 것을 특징으로 하는 본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

〔5〕 인장 강도(TS)가 400 내지 650N/㎟인 것을 특징으로 하는 본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판을 석탄·광석 운반선 홀드에 사용함으로써, 만일 선박끼리의 충돌 사고가 일어난 경우라도, 선박의 강판이 파단하여 파괴부를 형성할 가능성을 저감시킬 수 있으므로, 선박 사고 시에 있어서의 충돌 손상부로부터의 침수량을 저감시킬 수 있고, 침몰을 회피하는 것에 의해, 인명이나 화물의 보호나 연료유의 유출에 의한 해양 오염의 가능성을 저감시킬 수 있는 등 환경 보호 및 안전성의 점에서 현저한 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판은 내식성도 우수하므로, 석탄·광석 운반선 홀드에 사용하여, 경년 사용을 거쳐도 양호한 충돌 안전성이 얻어진다는 각별히 현저한 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 석탄·광석 운반선 홀드용 강판의 제조 방법은, 종래의 제조 설비에 대폭적인 개조를 더할 필요가 없고, 통상의 제조 공정에 고안을 더하는 것만으로, 압연 깨짐의 발생을 방지할 수 있는 현저한 효과를 발휘한다.

도 1은 광석 운반선 홀드 내의 부식을 모의한 사이클 시험의 흐름도이다.

이하 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

선박이 충돌했을 때 선박 측면부의 파괴부 형성을 억제하기 위해서는 선박 측면부의 강판의 연신을 크게 하는 것이 본질적으로 중요하다. 연신은 균일 연신과 국부 연신으로 나눌 수 있지만, 이들의 지배 인자는 상이하고, 통상 양립하는 것은 곤란하다. 즉, 균일 연신은 α 자체의 연성 향상에 더하여, 제2 상의 경도 증가에 의해 높일 수 있고, 일반적으로 복합 조직으로 하는 편이 유리하다. 한편, 국부 연신은 경도 분포의 균일화, 제2 상이나 개재물 등의 미세 분산 등, 균일 조직으로 하는 편이 유리하다. 구조물이 충돌했을 때의 파괴를 방지한다는 관점에서는, 어느 연신을 중점적으로 향상시키기보다도, 양자를 균형있게 향상시키는 것이 바람직하다.

또한, 강판의 연신이 일반 강에 비해 약 1.4배가 됨으로써, 선박의 측면으로부터 충돌되었을 때 구멍이 뚫리기까지의 충격 흡수 에너지가 약 3배로 되고, 종래의 강재에 비해 선체에 구멍이 뚫리기 어려워지는 특징을 갖는 것이 알려져 있으므로, 본 발명에서는 연신의 목표는 일반 강의 약 1.4배인 24％ 이상으로 했다. 단, 인장 시험편은 JIS Z2241:2011의 1B호 시험편[폭(W): 25㎜, 원표점 거리(GL): 20㎜]으로 했다. 또한, 그 밖의 특성으로서는, 항복 응력(YP) 355 내지 500N/㎟, 인장 강도(TS) 490 내지 620N/㎟이고, 강판 판 두께(t) 5 내지 50㎜를 목표값으로 했다.

이 강도의 목표값은, 예를 들어 일본 해사 협회가 제정한 「강선 규칙 K편 재료」에 있어서의 「재료 기호 KA36, KD36, KE36, KF36」[YP36 규격: 항복점 또는 내력 355N/㎟(㎫) 이상, 인장 강도 490 내지 620N/㎟(㎫)]에 대응한다.

본 발명자들은, 이와 같은 목표값을 달성할 수 있는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판으로서, 강판 내에서의 강도와 연신의 변동을 억제하기 쉬운 페라이트＋펄라이트강을 전제로 하여, 페라이트의 연성 향상과 제2 상인 펄라이트에 의한 강도 향상을 도모한다는 지침 하에, 강판의 화학 성분, 제조 조건의 영향에 대하여 상세한 조사를 행하여, 이하의 것을 지견했다.

α의 연성을 향상시키기 위해서는, α의 청정도를 가능한 한 높일 필요가 있다. 단, 강판의 강도는 담보할 필요가 있다는 점에서, 펄라이트를 형성하는 C와, 치환형 고용 원소인 Si, Mn 등은 일정량 첨가할 수밖에 없다.

본 발명자는, 이하의 점에 대하여 지견했다.

α 중에서 석출물을 형성하는 Nb, Ti 등의 원소는 필요 최소한의 첨가에 그치고, 침입형으로 고용하여 항복 응력을 현저하게 상승시키는 N이나, 불순물 원소인 P, S 등을 최대한 저감시키는 것이 효과적이다.

Ca, Mg, REM(La, Ce 등의 희토류 원소)의 단독 또는 복합 첨가에 의해 이들을 함유하는 황화물을 형성시켜, 조대한 개재물(연신 MnS 등)의 생성을 억제하는 것이 연신 향상에 유효하다.

α 중의 전위 밀도가 높아지면, 소성 변형에 의해 용이하게 증식하여 α를 경화시켜, 연신을 저하시키는 원인이 되기 때문에, 전위 밀도를 저감시켜 둔다.

마찬가지로, 내식성 향상에 필요한 Sn도 판 두께 중심부에 편석하면, 취화 영역을 형성하여 깨짐을 발생시킴과 함께 연신을 열화시키므로, Sn의 최대 농도를 저하시키도록 만들어 넣는 것이 필요하다는 것도 지견했다.

또한, 제2 상인 펄라이트를 분산시킴으로써 강도 향상이 도모되지만, 선박이 충돌했을 때 선박 측면부의 파괴부를 억제하기 위해서는, 강판 판 두께 방향의 조직을 균일화하고, 강판 판 두께 방향의 경도의 분포를 균일화하는 것에 효과가 있다는 것 등을 지견했다.

본 발명에서는, 이들 지견에 기초하여, 석탄·광석 운반선 홀드용 내충돌성 강판의 강 성분 및 마이크로 조직을 결정했다.

먼저, 본 발명 강판의 강성분의 한정 이유를 설명한다. 여기서, 성분에 대한 「％」는 모두 질량％를 의미한다.

(C: 0.05 내지 0.20％)

C는 펄라이트를 형성하여 강도를 높이는 데 불가결한 원소이기 때문에 0.05％ 이상 함유한다. 한편, C양이 증가하면 용접성이나 조인트 인성 확보가 곤란해지기 때문에 0.20％를 상한으로 한다. 또한, C양은 0.10％ 이상, 0.16％ 이하가 바람직하다.

(Si: 0.2 내지 1.0％)

Si는 저렴한 탈산 원소이고, 고용 강화에 효과가 있음과 함께, 변태점을 상승시켜 α 중의 전위 밀도 저감에 기여하기 위해 0.2％ 이상 함유한다. 한편, Si양이 1.0％를 초과하면 용접성과 조인트 인성을 열화시키기 때문에 상한을 1.0％로 한다. Si양은 0.3％ 이상, 0.5％ 이하가 바람직하다.

(Mn: 0.5 내지 2.0％)

Mn은 모재의 강도 및 인성을 향상시키는 원소로서 유효하기 때문에 0.5％ 이상 함유한다. 한편, Mn을 과잉으로 함유하면, 조인트 인성, 용접 깨짐성을 열화시키기 때문에 2.0％를 상한으로 한다. Mn양은 0.8％ 이상, 1.6％ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.9％ 이상, 1.5％ 이하이다.

(Nb: 0.003 내지 0.030％)

Nb는 미량의 첨가에 의해 조직 미세화에 기여하고, 특히 YP36 등의 고강도강의 연성 향상과 모재 강도 확보에 유효한 원소이기 때문에, 0.003％ 이상을 함유한다. 0.030％ 초과의 Nb를 함유하면, 용접부를 경화시켜 현저하게 인성을 열화시키기 때문에, 0.030％를 상한으로 한다.

(Ti: 0.003 내지 0.020％)

Ti는 미량의 첨가에 의해 모재와 용접부의 조직 미세화를 통해 연성 향상과 인성 향상에 기여하기 위해, 0.003％ 이상 함유한다. 한편, 과잉으로 첨가하면 용접부를 경화시켜 현저하게 인성을 열화시키기 때문에, 0.020％를 상한으로 한다. Ti양은 0.006 내지 0.013％가 바람직하다.

(Al: 0.002 내지 0.050％)

Al은 중요한 탈산 원소이기 때문에 0.002％ 이상 함유한다. 한편, Al을 과잉으로 함유하면 강편의 표면 품위를 손상시키고, 인성에 유해한 개재물을 형성하기 때문에 0.050％를 상한으로 한다. Al양은, 바람직하게는 0.002 내지 0.040％이고, 더욱 바람직하게는 0.010 내지 0.040％이다.

(Sn: 0.010 내지 0.30％)

합금 원소로서 Sn을 함유시키면, 도장부의 내식성이 현저하게 향상될 뿐만 아니라, 석탄이나 광석이라는 고형물을 수용하여 운반하기 때문에 도막이 기계적으로 손상되고, 도막이 박리되어 나강이 된 후의 내식성도 현저하게 향상된다. 이것은 석탄·광석 운반선 홀드 내의 pH가 저하된 환경에 있어서, Sn이 용해되어 강재 상에 석출되지만, Sn은 수소 과전압이 큰 원소이기 때문에, Sn이 석출된 부분에서는 저pH 환경에 있어서의 캐소드 반응인 수소 발생 반응이 현저하게 억제되게 되고, 그 결과, 내식성이 향상된다. 또한, Sn은 이온으로서 존재하는 경우에 있어서도, 강재의 용해 반응인 애노드 반응을 억제하는 효과가 있다. 이것은, Sn 이온의 작용에 의해 철의 용해 경로가 되는 철 표면으로의 OH^－나 Cl^－의 흡착을 억제하고, 철의 용해 자체를 억제하기 때문이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 0.010％ 이상의 함유량이 필요하지만, 0.30％를 초과하여 함유시켜도 상기한 효과는 포화될 뿐만 아니라, 연신이나 인성의 현저한 열화를 초래한다. 따라서, 함유량은 0.010 내지 0.30％로 한다. 바람직하게는 0.02 내지 0.25％이다.

(N: 0.0010 내지 0.0050％)

N은 Al과 함께 질화물을 형성하여 조인트 인성을 향상시키기 위해, 함유량의 하한을 0.0010％ 이상, 바람직하게는 0.002％ 이상으로 한다. 한편, N의 함유량이 과잉이면, 고용 N에 의한 취화나 연신의 저하가 발생하기 때문에, 상한을 0.0050％로 한다. 바람직하게는 0.0040％ 이하이다.

(O: 0.0005 내지 0.0050％)

O는 Mg, Ca, REM과 함께 산화물을 형성한다. 0.0050％를 초과하면 산화물이 조대화되어 연신이나 인성이 저하되므로, 0.0050％ 이하로 한다. 한편, O는 적을수록 좋지만, O를 저감시키기 위해서는, 예를 들어 RH 진공 탈가스 장치에서의 환류 작업이 장시간으로 되어 현실적이지는 않으므로, 0.0005％ 이상으로 한다. 여기서, O는 총 산소(T.O)이다.

(Ca: 0 내지 0.0080％, Mg: 0 내지 0.0080％, REM: 0 내지 0.0080％, Ca＋Mg＋REM: 0.0005 내지 0.0080％)

Ca, Mg, REM은 모두 황화물을 형성함으로써 조대한 개재물(연신 MnS 등)의 생성을 억제하는 중요한 원소이다. 이들 원소는 동등한 효과를 갖기 때문에, 개개의 함유량은 상관없지만, Ca 함유량, Mg 함유량 및 REM 함유량의 합계로서는 0.0005 내지 0.0080％로 할 필요가 있다. 이들의 함유량의 합계, 즉 Ca＋Mg＋REM이 0.0005％ 미만이면 연신 향상의 효과가 안정적으로 얻어지지 않는다. 한편, 0.0080％를 초과하여 과잉 함유해도 효과는 포화되고, 조대한 산·황화물을 형성하여 인성이나 연신을 열화시킨다. 따라서, 이들의 함유량의 합계는 0.0005 내지 0.0080％로 했지만, 바람직하게는 0.0010 내지 0.0060％, 더욱 바람직하게는 0.0015 내지 0.0040％이다. 또한, Ca, Mg, REM에 대하여, 개개의 함유량은 모두 0 내지 0.008％(5 내지 80ppm)로 하지만, 적어도 어느 하나의 원소의 함유량을 0.0005 내지 0.008％(5 내지 80ppm)로 하는 것이 바람직하다.

(P: 0.008％ 이하, S: 0.003％ 이하)

P, S는 불가피 불순물이고, 특히 여기서는, 연신이나 인성에 대해서는 바람직하지 않은 합금인 Sn을 의도적으로 함유하고 있기도 하므로, 이들 특성을 확보하기 위해서는 P 및 S의 함유량은 적을수록 바람직하므로, P는 0.008％, S는 0.003％를 상한으로 한다.

(Ti/N이 0.5 내지 4.0)

Ti/N을 0.5 내지 4.0으로 하는 것은, Ti를 N으로 고정하여 연신의 열화의 원인이 되는 TiC의 생성을 억제하기 때문에, 적은 쪽이 좋지만, 0.5 미만이 되면 N양이 많아지고, 고용 N이 생겨 연신을 열화시키는 원인이 되고, 또한 슬래브의 표면 흠집의 발생의 원인이 된다. 한편, 4.0을 초과하면 TiC가 생성되어, 연신을 열화시킨다. 따라서, Ti/N은 0.5 내지 4.0으로 했다.

이상의 원소가, 필수 성분, 혹은 불가피하게 포함되는 성분이다. 이어서, 임의 첨가 원소에 대하여 설명한다.

또한, 강도 확보를 위해, 선택 원소로서, Cu: 0 내지 0.05％, Ni: 0 내지 1.0％, Cr: 0 내지 0.10％ 미만％, Mo: 0 내지 0.5％, V: 0 내지 0.050％, Co: 0 내지 1.0％, B: 0 내지 0.0030％의 군 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

Cu는 ?칭성을 향상시켜, 고강도화에 유효하지만, Cu를 과잉으로 함유하는 강재는 그 제조 과정에 있어서, 압연 시에 깨짐이 발생하기 쉽고, 특히 Sn과 공존하면 깨짐 감수성이 더욱 높아진다는 문제가 있으므로, 0.05％를 상한으로 한다. 바람직하게는 Cu의 함유량은 0.01％ 미만으로 한다.

특히 Ni는 강도 확보와 인성 향상에 유효함과 함께, 산성 환경에 있어서 내식성을 향상시키는 원소이고, 모재의 내식성과 녹의 방식성의 양쪽의 효과에 의해 부식을 억제하는 작용을 갖는다. 그러나, Ni를 1.0％ 초과 함유시킨 경우, Sn의 석출이 억제되기 때문에, Sn에 의한 내식성 개선 효과가 저하된다. 따라서, Ni 함유량은 1.0％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.01 내지 1.0％이고, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이지만, 그 미만이라도 본 발명의 효과를 저해하지 않는다.

Cr은 ?칭성을 향상시켜, 고강도화에 유효하지만, 저pH 환경에 있어서의 내식성을 저하시키는 원소이기 때문에, 0.10％ 미만으로 한다. 보다 바람직하게는, 0.04％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.02％ 미만이다.

Mo는 ?칭성을 향상시켜, 고강도화에 유효하고, 나강의 내식성 및 도장부의 내식성을 향상시키는 효과도 갖지만, 과잉으로 함유하면, 조인트의 경도가 상승하여 인성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 0.5％ 이하 함유하는 것이 바람직하다. 그 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 그 미만이라도 본 발명의 효과를 저해하지 않는다.

V는 석출 강화에 의해 강도 상승에 기여하기 위해, 0.050％ 이하를 함유하는 것이 바람직하다. 0.050％ 초과의 V를 함유하면, 조인트 인성을 손상시키는 경우가 있기 때문에, 0.050％를 상한으로 한다. V 첨가의 효과를 얻기 위해서는 0.010％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 그 미만이라도 본 발명의 효과를 저해하지 않는다.

본 발명에 있어서는, 내식성을 향상시키기 위해 Sn을 함유하고 있지만, 더욱 내식성을 향상시키기 위해, Sn에 더하여, Co를 함유시켜도 된다. Co는 산성 환경에 있어서 내식성을 향상시키는 원소이고, 모재의 내식성과 녹의 방식성의 양쪽의 효과에 의해 부식을 억제하는 작용을 갖는다. 그러나, Co를 1.0％ 초과 함유시킨 경우, Sn의 석출이 억제되기 때문에, Sn에 의한 내식성 개선 효과가 저하된다. 또한, 페라이트를 경화시키고, 연신이 저감된다. 바람직하게는, 0.01 내지 1.0％이다.

B는 미량 첨가에 의해 ?칭성을 높여 모재 강도 향상에 기여하므로, 0.0030％ 이하 함유하는 것이 바람직하다. 0.0030％를 초과하여 첨가하면 연신과 조인트 인성을 열화시킨다. B 첨가의 효과를 얻기 위해서는 0.0003％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 그 미만이라도 본 발명의 효과를 저해하지 않는다.

이들 선택 원소의 하한은 0％여도 된다.

또한, 이상에 설명한 화학 조성의 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다.

이어서, 본 발명 강판의 마이크로 조직 등의 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하의 마이크로 조직은 압연 방향 수직 단면에 대하여, 관찰했을 때의 수치이다. 또한, 압연 방향 수직 단면이란, 압연 방향에 수직이고, 또한 강판 표면에 수직인 면으로 한다.

(1/4 두께부의 페라이트 면적 분율이 80 내지 95％, 1/4 두께부의 펄라이트 면적 분율이 5 내지 20％, 1/4 두께부의 베이나이트 면적 분율: 0 내지 10％ 미만)

페라이트(α) 면적 분율이 높아질수록 균일 연신 특성이 향상되고, α 면적 분율이 80％ 이상이 되면, 급격하게 연신 특성이 개선된다. 조직은 판 두께 방향으로 다소 변화되지만, 충분한 연신을 확보하기 위해 1/4 두께부의 페라이트 면적 분율이 80％ 이상 필요하다. 한편, 95％를 초과하면 강도를 확보할 수 없으므로, 1/4 두께부의 페라이트 면적 분율을 80 내지 95％로 했다. 이 판 두께 1/4 두께부는 냉각 시에 있어서, 판 두께 중앙부에 비해 상대적으로 냉각 속도가 빨라져, 경질상이 생성되기 쉽고, 균일 연신이 열화되기 쉬운 영역이다. 판 두께 전체를 고려한 경우, 판 두께 중앙부와의 특성차를 고려할 필요가 있으므로, 1/4 두께부의 페라이트 면적 분율을 80 내지 95％로 한정했지만, 85 내지 90％가 보다 바람직하다.

또한, 강도 특성인 항복점 또는 내력(YP), 인장 강도(TS)는 연신 특성 EL과는 일반적으로 트레이드 오프의 관계에 있고, 양자를 동시에 향상시키는 것은 일반적으로 곤란하게 되어 있고, 페라이트 면적 분율을 증가시킴으로써 연신 특성이 개선되지만, 연신이 향상되면 인장 강도가 저하되므로, 페라이트 면적 분율의 증가만으로는 강도 특성의 확보에 한도가 있다.

그래서, 본 발명에서는, 연신 특성을 확보하면서, 강도 특성인 항복점 또는 내력(YP), 인장 강도(TS)를 확보하기 위해 1/4 두께부의 펄라이트 면적 분율을 5％ 이상으로 했다. 그러나, 20％를 초과하면 연신을 확보할 수 없게 되므로, 상한을 20％로 했다. 바람직하게는 10 내지 15％이다.

또한, 1/4 두께부의 페라이트 면적 분율 및 펄라이트 면적 분율의 합계는, 90％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 10％ 미만의 베이나이트가 존재하고 있어도 본 발명의 효과를 저해하는 것은 아니다. 즉, 베이나이트 면적 분율의 하한은 0％이고, 그 상한은 10％ 미만이다. 또한, 페라이트 면적 분율 및 펄라이트 면적 분율은 광학 현미경에 의해 500배의 배율로 마이크로 조직을 촬영하고, 화상 해석에 의해 각 상의 면적 분율을 구한 것이다. 페라이트 및 펄라이트 이외의 잔부 조직의 전부는 베이나이트이고, 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 이외의 조직은 존재하지 않는다. 여기서 말하는, 「존재하지 않는다」란, 광학 현미경으로 관찰하는 한, 그 존재를 확인할 수 없는 것을 말한다.

(1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 애스펙트비가 1.0 내지 1.5)

1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 애스펙트비는 작을수록 바람직하고, 1.5를 초과하면 전위 밀도가 높아 연신이 열화되므로, 상한을 1.5로 했다. 또한, 하한은 페라이트 입자가 구형으로 되는 1.0으로 했다.

(1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 입경이 5 내지 20㎛)

1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 입경이 20㎛를 초과하면 강도를 확보할 수 없게 되므로, 상한을 20㎛로 했다. 또한, 페라이트 입자는 미립일수록 바람직하지만 5㎛ 미만은 공업상 실현이 어려우므로, 하한을 5㎛로 했다. 여기서 한정하는 평균 입경이란, 예를 들어 500배로 촬영한 250㎛×200㎛×5시야의 광학 현미경 조직 사진으로부터 추출할 수 있다. 페라이트 입경은 이와 같은 조직 사진으로부터 각 결정립의 면적에 의해 환산한 원 상당 직경을 단순 평균으로 산출한, 결정립의 평균 원 상당 직경으로서 구할 수 있다.

(1/4 두께부의 페라이트 중의 평균 전위 밀도가 7×10¹²/㎡ 이하)

연신을 확보하기 위해서는 페라이트(α) 중의 평균 전위 밀도를 7×10¹²/㎡ 이하로 할 필요가 있다. 전위 밀도가 7×10¹²/㎡ 초과이면, 강판의 소성 변형에 의해 전위가 현저하게 증식하여 페라이트(α)가 단단해져, 충분한 전체 연신(T.EL％)을 얻을 수 없다. 전위 밀도는 낮으면 낮을수록 좋지만, 통상 1×10¹²/㎡를 하회하는 경우는 거의 없다. 평균 전위 밀도의 바람직한 상한은 6×10¹²/㎡이다.

(1㎜ 피치의 비커스 경도의 시험에서, 강판의 표면으로부터 1/4 두께부까지 및 3/4 두께부로부터 이면까지의 비커스 경도 평균값이, 1/4 두께부로부터 3/4 두께부까지의 비커스 경도 평균값의 80 내지 105％)

두꺼운 강판의 냉각 시에 있어서, 판 두께 표리층부는 판 두께 중앙부에 비해 상대적으로 냉각 속도가 빨라져, 경질화되기 쉽고, 표층부 근방의 경도가 지나치게 크면 연신을 열화시킨다. 판 두께 전체의 연신 특성을 고려한 경우, 판 두께 표리층부의 경질화의 영향은 어느 정도는 허용할 수 있지만, 판 두께 표리층부와 판 두께 중앙부의 경도 차가 커지면 영향을 무시할 수 없게 된다. 그 때문에, 1㎜ 피치의 비커스 경도의 시험에서, 판 두께 표리층부(강판의 표면으로부터 1/4 두께부까지 및 3/4 두께부로부터 이면까지)의 비커스 경도(Hv)의 평균값을, 판 두께 중심부(판 두께의 1/4 두께부로부터 3/4 두께부까지)의 비커스 경도(Hv)의 평균값의 80 내지 105％로 하는 것이 필요하다. 연신을 확보하기 위해서는, 판 두께 표리층부의 경도를 억제하는 편이 좋고, 판 두께 표리층부의 비커스 경도의 공업적으로 가능한 하한은, 판 두께 중심부의 비커스 경도 평균값의 80％이다. 또한, 105％를 초과하면 연신의 확보가 곤란해진다. 따라서, (판 두께 표리층부의 비커스 경도 평균값)/(판 두께 중심부의 비커스 경도 평균값)을 80 내지 105％로 했다. 또한, 비커스 경도는 JIS Z 2244의 HV10(즉, 시험력 98.07N의 비커스 경도)으로 한다.

(판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 Sn의 최대 농도가 0.01 내지 5.0％)

Sn은 연속 주조 시에 중심 편석하여 판 두께 중심부에 취화 영역을 형성하고, 깨짐을 발생시켜 국부 연신을 열화시키므로, Sn의 최대 농도는 작은 편이 바람직하다. Sn의 최대 농도의 상한은, 연신을 확보하기 위해서는, 판 두께 중심부(판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위를 의미함)의 Sn의 최대 농도는 5.0％ 이하가 필요하다. 보다 바람직하게는, 0.01 내지 1.0％이다. 또한, Sn의 첨가 농도의 하한값이 0.01％이므로, 판 두께 중심부의 Sn 농도의 하한값은 저절로 0.01％가 된다.

Sn은 내식성을 향상시키고, 경년 사용한 경우라도 두께 감소를 억제하므로, 결과적으로 충돌 안전 성능도 향상시킨다. 그러나 단순히 Sn을 첨가하기만 해서는, 특히 판 두께 중심 부분에 많이 편석되고, 연신에 유해하므로, Sn의 활용은 본건과 같은 충돌 안전 성능을 감안한 경우, 용이하지 않다. 편석을 억제함으로써, Sn이 판 두께 전체에 걸쳐 비교적 균일하게 적정 농도로 분포되기 때문에, 강판 표면에서의 내식성이 더 향상되고, 경년 사용에서의 부식 반응에 의한 판 두께가 감소가 더 억제된다. 바람직하게는, 상기한 판 두께 중심부의 Sn의 최대 농도를 판 표면 아래 1㎜의 Sn의 평균 농도로 나눈 값을 60 이하로 한다.

Sn의 최대 농도는, 중심 편석을 발생하기 쉬운 판 두께 중심부의 ±(판 두께의)10％의 범위, 예를 들어 판 두께 10㎜라면, 판 두께의 중심부 20％(±10％)인 정사각형, 즉 한 변이 2㎜(±1㎜)인 정사각형에 대하여, EPMA(Electron Probe Micro Analyser: 전자 프로브 미소 분석기)에 의해, 가속 전압: 15㎸, 빔 직경: 20㎛, 조사 시간: 20ms, 측정 피치: 20㎛로, 상기 한 변이 2㎜인 정사각형의 측정 범위를 측정했을 때의 Sn의 농도의 최댓값이다.

(판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위의 P의 최대 농도가 0.02 내지 0.20％)

P는 연속 주조 시에 중심 편석하여 판 두께 중심부에 취화 영역을 형성하고, 깨짐을 발생시켜 국부 연신을 열화시키므로, P의 최대 농도는 작은 편이 바람직하다. P의 최대 농도의 상한은 특별히 특정하는 것은 아니지만, 연신을 확보하기 위해서는, 판 두께 중심부[판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위를 의미함]의 P의 최대 농도는 0.20％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, P의 최대 농도를 0.02％ 미만으로 하는 것은 현실적으로 곤란하므로, 0.02％를 하한으로 하고 0.02 내지 0.20％를 바람직한 범위로 했다.

P의 최대 농도는, 중심 편석을 발생하기 쉬운 판 두께 중심부의 ±(판 두께의)10％의 범위, 예를 들어 판 두께 10㎜라면, 판 두께의 중심부 20％(±10％)인 정사각형, 즉 한 변이 2㎜(±1㎜)인 정사각형에 대하여, EPMA(Electron Probe MicroAnalyser: 전자 프로브 미소 분석기)에 의해, 가속 전압: 15㎸, 빔 직경: 20㎛, 조사 시간: 20ms, 측정 피치: 20㎛로, 상기 한 변이 2㎜인 정사각형의 측정 범위를 측정했을 때의 P의 농도의 최댓값이다.

(냉각할 때의 페라이트 변태 개시 온도 Ar₃이 760 내지 820℃)

강을 냉각할 때의 페라이트 변태 개시 온도 Ar₃은 강 조성으로서의 Ar₃이 높을수록 고온에서 페라이트 변태되기 때문에, 페라이트 입자 내의 전위 밀도가 저하되고, 연신이 향상된다. 따라서, 강의 Ar₃이 큰 편이 바람직하지만, 820℃를 초과하여 지나치게 크면 페라이트가 조대화되어 강도가 저하되므로, 상한을 820℃로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ar₃이 지나치게 낮으면 베이나이트를 형성하여 연신이 열화되므로, 760℃를 하한으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 냉각할 때의 페라이트 변태 개시 온도 Ar₃은 공지의 하기 식 (1)로 나타난다.

단, 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다. 또한, 함유되어 있지 않은 원소는 0％인 것으로 한다.

계속해서, 본 발명에 관한 강판의 적합한 제조 조건을 설명한다.

먼저, 주조 전처리로서, 용강으로부터 탄소를 제외한 1차 정련을 행한 후, 용강의 성분 조정을 함에 있어서, 진공 탈가스 처리에 의해 용강의 용존 산소량을 바람직하게는 65ppm 이하, 더욱 바람직하게는 40ppm 이하로 조정한다. 용강의 용존 산소량을 특히 40ppm 이하로 조정하기 위해서는, 예를 들어 RH 진공 탈가스 장치의 진공도가 1 내지 5torr(133 내지 667㎩)이고, 용강을 1 내지 3분 환류하여 조정한다. 용강의 용존 산소량이 40ppm 이하로 된 후, 용강에 Al을 Al의 최종 함유량이 0.002 내지 0.050％가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 용강 중의 용존 산소량이 40ppm을 이하로 되면, 탈산재로서 Al을 첨가하고, RH 진공 탈가스 장치에서 환류 작업을 행함으로써, 용강 중의 최종 용존 산소량을 16ppm 이하, 특히 10ppm 이하로 조정할 수 있다. 또한, 용존 산소량은 적을수록 좋고, 용강의 용존 산소량의 하한에 대해서는 설정할 필요는 없다.

계속해서, 용강의 용존 산소량을 10ppm 이하로 조정한 후, Ca, Mg, REM의 1종 또는 2종 이상을 Ca, Mg, REM의 1종 또는 2종 이상의 합계의 최종 함유량이 0.0005 내지 0.0080％가 되도록 첨가하여 우선적으로 황화물화하여, MnS 생성을 억제하는 것이 바람직하다.

용존 산소량을 10ppm 이하로 하면, Ca, Mg, REM을 첨가해도 황화물 제어를 충분히 할 수 있다.

용강의 용존 산소량을 10ppm 이하로 조정하기 위해서는, 예를 들어 탈산제로서 Al을 첨가 후, RH 진공 탈가스 장치의 진공도가 1 내지 5torr(133 내지 667㎩)에서, 용강을 10 내지 60분 환류하여, 용강의 용존 산소량을 10ppm 이하로 조정한다. 진공도가 1 내지 5torr(133 내지 667㎩)에서, 용강을 10 내지 60분 환류하지 않으면, 용존 산소량을 10ppm 이하로 할 수 없다. 또한, 용존 산소량은 적을수록 좋고, 용강의 용존 산소량의 하한에 대해서는 설정할 필요는 없다.

성분 조정한 용강을 연속 주조하여 주조편을 제조할 때, 주조편의 응고 말기인 주조편의 중심 고상률이 0.2 내지 0.7인 범위에 있어서, 주조 롤의 간극을, 주조 진행 방향 1m에 대하여 0.2㎜ 내지 3.0㎜, 바람직하게는 주조 진행 방향 1m에 대하여 0.5 내지 2.0㎜, 더욱 바람직하게는 주조 진행 방향(1m)에 대하여 0.7 내지 1.5㎜로 좁혀서 경압하하면서 주조하고, Sn, P 등의 농화 용강을 상류측으로 배출시키는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 유해한 중심 편석을 저감시키는 것이 가능해진다. 여기서 말하는 중심 고상률이란, 주조편 두께 방향의 중심부이고, 또한 주조편 폭 방향의 용융 부분의 고상률이라고 정의할 수 있고, 전열, 응고 계산에 의해 구할 수 있다는 것 등이 알려져 있다. 또한, 경압하를 하는 것이 바람직하지만, Sn, P 함유량이 낮은 화학 조성의 경우에는 경압하를 하지 않아도 된다.

계속해서, 주조한 주조편(강편)을 열간 압연한다.

열간 압연에서는, 압연 전에 먼저, 주조편을 1200 내지 1300℃에서 4 내지 48시간 가열한 후에 실온까지 냉각한다. 내식성에는 필요하지만, 편석되면 인성에는 반드시 바람직하지는 않은 Sn의 편석을 확산시켜, 판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 Sn의 최대 농도가 0.01 내지 5.0％로 하기 때문에, 이 열처리(SP 처리)가 특히 유효하다는 것을 지견한 것에 의해 도입했다. 바람직하게는, 1200 내지 1300℃에서 24시간 내지 48시간 가열한다.

그 후, 다시 주조한 강편을 950 내지 1300℃, 바람직하게는 1000 내지 1100℃, 보다 바람직하게는 1000 내지 1050℃의 범위에서 저온 가열한다. 이 저온 가열을, SP 처리의 가열에 이어서 행하는 점에서 2회째의 가열이라고 칭한다. 2회째의 가열 온도를 1300℃ 이하로 하여 가열하면 오스테나이트(γ라고 칭하는 경우가 있음) 입자를 미세화하고, 페라이트를 미립화함과 함께 γ→α변태 온도를 높여 전위 밀도를 저감시킬 수 있으므로, 1300℃를 상한으로 했다. 또한, 950℃ 미만이면 γ화가 불충분해 인성이 열화되므로 950℃를 하한으로 했다.

가열한 강편을 조압연한 후, 누적 압하율이 50 내지 75％인 마무리 압연을 행한다. 누적 압하율이 50％를 초과하면 γ 중의 α핵 생성 사이트가 증가하고, α를 미립화함과 함께 γ→α 변태 온도를 높일 수 있지만, 75％를 초과하면 생산성이 저하되므로, 누적 압하율을 50 내지 75％로 했지만, 바람직하게는 55 내지 65％이다.

마무리 압연은 α를 미립화하기 위해 중요한 공정이고, 압연 도중의 강편의 표면 온도가 공지의 다음 식 (1)로 나타내는 냉각할 때의 페라이트 변태 개시 온도 Ar₃－30℃ 이상, 다음 식 (2)로 나타내는 결정립의 성장이 개시되는 재결정 개시 온도 T_rex℃ 이하에서 행한다. 온도가 Ar₃－30℃ 미만이면 2상 영역 압연이 되고, 연신한 페라이트를 형성하고, 연신이 열화된다. 또한, T_rex 초과이면 미재결정 영역 압연이 되지 않고, 페라이트가 조대화되어 연신을 열화시킨다.

여기서, [Nb*]는 하기 식 (3)에 의해 구하는 것으로 한다.

T_rex는 통상의 후판 압연의 패스간 시간(10 내지 15초간 정도)에 대략 재결정을 완료시키기 위해 필요한 온도(재결정 한계 온도)를 의미하고, Nb 첨가량을 사용하여 상기한 식 (2)로 나타낼 수 있다.

또한, 식 (3)의 T는 강편의 2회째의 가열 온도이고, 단위는 섭씨 온도(℃)인 것으로 하고,

[Nb]≥[Sol.Nb]의 경우는, [Nb*]＝[Sol.Nb],

[Nb]<[Sol.Nb]의 경우는, [Nb*]＝[Nb],

인 것으로 한다. 여기서, [Nb]는 Nb 함유량(질량％)을, [Sol.Nb]는 식 (3)에서 구한 Sol.Nb(고용 Nb)(질량％)를 나타낸다.

또한, T_rex의 식 (2)는 실험식에서, 저온 가열함으로써 고용되지 않은 Nb도 있으므로, 고용 Nb양(Sol.Nb양)을, 고용 Nb와 재결정 온도의 관계로부터 구한 식이다.

마무리 압연 후의 냉각 공정으로서는, 마무리 압연된 두꺼운 강판을 냉각 속도 1℃/초 이하의 공랭, 또는 강판의 표면 온도 Ar₃－150℃ 이상, Ar₃－50℃ 이하의 온도까지 냉각 속도 1℃/초 초과, 20℃/초 이하로 수랭한 후 공랭한다. 또한, 공랭 종료 온도는 실온이다.

냉각 속도 1℃/초 이하의 공랭은 냉각 속도가 느리기 때문에, 페라이트 변태 온도가 고온화되므로 페라이트 입자 내의 전위 밀도가 저하되어, 연신을 향상시킬 수 있다. 공랭의 냉각 속도의 하한은 특별히 한정할 필요가 없다.

압연 완료 후에는 공랭이어도 되지만, 강도를 높이기 위해서는 강판의 표면 온도 Ar₃－150℃ 이상, Ar₃－50℃ 이하의 온도까지 냉각 속도 1℃/초 초과, 20℃/초 이하의 수랭 후에 공랭해도 된다. 냉각 정지 온도가 Ar₃－150℃ 미만이면 변태 온도가 저온화되고, 페라이트 입자 내의 전위 밀도 상승이나 베이나이트 형성이 일어나, 연신이 열화된다. 한편, Ar₃－50℃ 초과이면 효과를 얻을 수 없다. 수랭의 냉각 속도가 20℃/초를 초과하면, 변태 온도가 저온화되어 연신이 열화되므로, 수랭의 냉각 속도의 상한은 20℃/초로 했다. 수랭은 공랭의 냉각 속도 이상이라면 효과가 있으므로, 수랭의 냉각 속도의 하한은 1℃/초 초과인 것으로 했다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 표 1 내지 표 4를 참조하여 설명한다.

표 1의 화학 성분을 갖는 강편을 사용하여, 표 2, 표 3의 제조 조건에 의해 판 두께 6 내지 40㎜의 강판을 시험 제작했다. 또한, 표 2, 표 3의 Ca, Mg, REM 전 용존 산소량은 Ca, Mg, REM의 1종 또는 2종 이상을 첨가하기 전을 의미한다. 용존 산소는 ZrO₂(MgO) 고체 전해질을 사용한 산소 농담 전지를 갖는 산소 프로브를 용강에 삽입함으로써 측정했다. 환류 시간은 탈산제로서 Al 첨가 후부터 Ca, Mg, REM 첨가까지의 시간, 주조 시의 압하량은 중심 고화율 0.2 내지 0.7에서의 압하량(㎜/m), Ar₃은 (1) 식, T_rex는 (2) 식, [Sol.Nb]는 (3) 식으로부터 구했다. 냉각 조건 란의 냉각 속도(℃/s)는 실측된 표면 온도로부터, 공지의 차분법에 의한 열전도 해석에 의해 구한 1/2 두께부에서의 냉각 속도이다. 표 2, 표 3의 냉각 패턴 란에 기재된 「공랭」은 수랭(가속 냉각)을 행하지 않고 공랭을 행한 예이고, 그리고, 「일부 수랭」은 압연 후, 일부 수랭을 행한 후에 공랭을 행한 예이다.

표 4, 5에 나타내는 제조한 각 강판의 조직적 특징을, 이하의 요령으로 측정했다.

먼저, 강판의 마이크로 조직은, 강판의 압연 방향 수직 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 채취하고, 광학 현미경에 의해 표면으로부터 1㎜, 판 두께 1/4, 판 두께 중심부의 금속 조직을 500배의 배율로 촬영했다. 이어서, 화상 해석 소프트웨어를 사용하여 적절한 조건에서 2치화 처리를 실시한 후, α와 제2 상(펄라이트 및 베이나이트)의 총 면적을 구하고, 촬영부의 전체 면적으로 나눔으로써 각 상의 분율(면적 분율％)을 구했다. 또한, 표 4, 표 5 중, 소수점 이하는 반올림하였다.

페라이트 입자의 평균 애스펙트비는 500배로 촬영한 250㎛×200㎛×5시야의 광학 현미경 조직 사진으로부터 페라이트 입경을 추출하고, 그 시야 중의 각 페라이트 입자를 타원 근사시켜, 그 장축과 단축의 비의 평균값을 구함으로써 산출했다. 한편, 페라이트 입경은 원 상당 직경을 단순 평균으로 산출한, 결정립의 평균 원 상당 직경이다.

강판(판 두께 t)의 표면으로부터 1/4 두께부까지(표면 내지 t/4), 또는 3/4 두께부로부터 이면까지(이면 내지 3t/4), 그리고, 1/4 두께부로부터 3/4 두께부까지(t/4 내지 3t/4 두께부의 중심부)의 각각의 비커스 경도 평균값은, 1㎜ 피치의 비커스 경도의 시험을, JIS Z 2244의 HV10, 즉 시험력 98.07N의 조건에서 측정하고, 평균값을 구했다.

α 중의 평균 전위 밀도는 상기 판 두께 각 위치로부터 박막 시료를 채취하고, 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 배율을 40000배로 하여 명시야의 관찰 촬영을 행하고, 얻어진 TEM상으로부터 임의의 직선(길이: L)과 전위선의 교절점의 수(N)를 측정하고, 막 두께:t의 값을 사용하여, 이하의 식 (4)에 의해 평균 전위 밀도(ρ)를 산출했다.

표 6에 기계적 성질{항복점 또는 내력(YP), 인장 강도(TS), 전체 연신(T.EL)}을 측정한 결과를 나타낸다.

기계적 성질은 판 두께 중심부로부터 압연 방향과 직각인 방향으로 채취한 JIS Z 2241(2011)의 1B호 인장 시험편을 사용하여 인장 강도(TS)를 평가했다. 항복점은 JIS Z2241(2011)의 상항복 응력(상항복점) ReH라고 하고, 예외적으로 항복 현상이 없는 경우만 오프셋법의 0.2％ 내력으로 했다. 전체 연신(T.EL)은 JIS Z2241(2011)의 파단 시 전체 연신 At를 의미하고, 시험편은 JIS1B호를 사용했다.

표 6 중에서, 각 강은 YP36 규격으로서 제조된 것이다.

또한, 각 강판으로부터, 폭이 60㎜, 길이가 100㎜, 두께가 3㎜인 시험편을 채취하고, 전체면에 쇼트 블라스트 가공을 실시한 후, 일부의 시험편에 대해서는 변성 에폭시계 도료를 건조 막 두께로 200㎛ 피복했다. 피복면 중 편면에, 커터 나이프에 의해 폭 1㎜, 길이 10㎜에 걸치는 흠집(X표)을 2개소 낸 강재면을 노출시키고, 광석 운반선에 있어서의 도막 결함을 모의한 부식 시험편으로 했다.

이들 나재 및 도장재의 시험편에 대하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 습윤, 침지, 건조의 순으로 행하여 1사이클이라고 하고, 이것을 반복하는 사이클 시험을 실시하여, 광석 운반선 홀드 내의 부식을 모의했다. 여기서, 100％RH, 50％RH란, 각 온도에서의 포화 수증기량에 대한 ％인 상대 습도를 의미한다. 또한, 침지에 있어서 사용한 침지액은 0.5질량％NaCl＋0.1질량％CaCl₂＋0.5질량％Na₂SO₄ 수용액이다. 또한, 이 수용액의 질량％는 용액에 대한 ％이다.

상기 시험을 40사이클(40일간) 실시하고, 시험 후의 각 시험편으로부터 도막 및 부식 생성물을 제거한 후, 나강에 대해서는 시험 후의 중량 감량으로부터 부식량(판 두께가 감소)을 계산했다. 도장재에 대해서는, 부식이 인정되는 면적의 시험 면적에 대한 비율을 부식 면적률로서 구했다. 또한, 부식부에 있어서의 최대 부식 깊이도 동시에 측정했다. 이들 내식성에 관한 평가는 경년 사용에 있어서의 두께 감소의 평가로서 타당하다. 표 6에 상기한 시험 결과를 나타낸다.

본 발명예의 번호 1 내지 24는 화학 성분, 제조 조건이 적절하여, 본 발명의 범위 내의 마이크로 조직이 되었기 때문에, 모두 전체 연신(T.EL) 24％ 이상, 항복점 또는 내력(YP) 355N/㎟ 이상, 인장 강도(TS) 490N/㎟ 이상을 확보할 수 있었다.

또한, 표 6으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예 번호 1 내지 24에 있어서는, 압연 깨짐도 발생하지 않고, 또한 나재 및 도장재의 어느 것에 대해서도 내식성은 양호하다.

한편, 비교예의 번호 25 내지 46은 화학 성분, 제조 조건의 어느 것이 본 발명의 범위를 일탈하였기 때문에, 본 발명의 마이크로 조직(페라이트 등)이 되지 않아, 본 발명의 목적으로 하는 기계적 성질(YP, TS, T.EL), 혹은 내식성의 어느 것을 얻을 수 없었다.

즉, 번호 25는 50 내지 75％의 마무리 압연 시의 강편의 온도가 지나치게 낮았기 때문에, 1/4 두께부의 페라이트 중의 평균 전위 밀도가 높고, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 26, 27은 2회째의 가열 온도가 지나치게 높았기 때문에, 마무리 압연으로 γ를 미립화할 수 없고, 페라이트가 본 발명의 요건(분율, 애스펙트비, 입경, 평균 전위 밀도의 어느 하나 이상)을 만족시키고 있지 않아, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 28, 29, 30은 마무리 압연의 누적 압하율이 부족하고, 페라이트가 본 발명의 요건(분율, 애스펙트비, 입경, 평균 전위 밀도의 어느 하나 이상)을 만족시키고 있지 않고, 본 발명의 요건을 만족시키고 있지 않기 때문에, 강도(YP, TS), 전체 연신(T.EL)의 어느 것이 낮았다. 번호 31, 32는 마무리 압연의 종료 온도가 지나치게 높았기 때문에, 페라이트(입경, 평균 전위 밀도)가 본 발명의 요건을 만족시키고 있지 않고, 번호 31은 전체 연신(T.EL)이 낮고, 번호 32는 강도(YP, TS)가 낮았다.

번호 33은 Si양이 부족했기 때문에, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 34는 S양이 과잉이었기 때문에, 전체 연신(T.EL)이 저하되어 있었다. 번호 35는 P양이 과잉이었기 때문에, 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위(중심부)에서의 P의 최대 농도가 높고, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 36은 Nb양이 과잉이었기 때문에, 전체 연신(T.EL)이 저하되어 있었다.

번호 37은 Ca＋Mg＋REM의 양이 과잉으로 되어 있었기 때문에 페라이트 입경이 크고, 평균 전위 밀도가 크기 때문에, 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 38은 Ti/N의 값이 높고 TiC가 생성되고, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 39는 Sn의 함유량이 낮고, 양호한 내식 성능을 얻을 수 없었다. 번호 40은 Sn의 함유량이 높고, 압연 시에 깨짐이 발생함과 함께, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 41은 Co의 함유량이 높고, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 42는 SP 처리를 행하지 않았으므로, 판 두께 중심부의 Sn의 농도가 높고, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 43은 Sn을 함유하지 않기 때문에, 기계적 특성은 양호하지만, 내식성이 떨어지는 결과가 되었다. 번호 44는 Nb의 함유량이 낮고, 강도(YP, TS)와 연신이 낮았다. 번호 45는 Ti의 함유량이 낮기 때문에, 전체 연신(T.EL)이 낮았다. 번호 46은 Ca＋Mg＋REM의 함유량이 낮기 때문에, 전체 연신(T.EL)이 낮았다.

Claims

질량％로,
C: 0.05 내지 0.20％,
Si: 0.2 내지 1.0％,
Mn: 0.5 내지 2.0％,
Nb: 0.003 내지 0.030％,
Ti: 0.003 내지 0.020％,
Al: 0.002 내지 0.050％,
Sn: 0.010 내지 0.30％,
N: 0.0010 내지 0.0050％,
O: 0.0005 내지 0.0050％,
Ca: 0 내지 0.0080％,
Mg: 0 내지 0.0080％,
REM: 0 내지 0.0080％,
Ca＋Mg＋REM: 0.0005 내지 0.0080％,
P: 0.008％ 이하,
S: 0.003％ 이하,
Cu: 0 내지 0.05％,
Ni: 0 내지 1.0％,
Cr: 0 내지 0.10％ 미만,
Mo: 0 내지 0.5％,
V: 0 내지 0.050％,
Co: 0 내지 1.0％,
B: 0 내지 0.0030％,
Ti/N: 0.5 내지 4.0,
잔부: Fe 및 불순물
이고;
압연 방향 단면을 관찰했을 때 마이크로 조직이,
1/4 두께부의 페라이트 면적 분율: 80 내지 95％,
1/4 두께부의 펄라이트 면적 분율: 5 내지 20％,
1/4 두께부의 베이나이트 면적 분율: 0 내지 10％ 미만,
1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 애스펙트비: 1.0 내지 1.5,
1/4 두께부의 페라이트 입자의 평균 입경: 5 내지 20㎛,
1/4 두께부의 페라이트 중의 평균 전위 밀도: 7×10¹²/㎡ 이하,
이고;
1㎜ 피치의 비커스 경도의 시험에서,
강판의 표면으로부터 1/4 두께부까지 및 3/4 두께부로부터 이면까지의 비커스 경도 평균값이, 1/4 두께부로부터 3/4 두께부까지의 비커스 경도 평균값의 80 내지 105％,
판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 Sn의 최대 농도가 0.01 내지 5.0％;
인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.
제1항에 있어서, 판 두께의 두께 방향의 1/2 두께±(판 두께의)10％ 범위에서 P의 최대 농도가 0.02 내지 0.20％;
인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.
제1항에 있어서, 하기 식 (1)에서 나타나는 Ar₃이 760 내지 820℃인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

단, 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다. 또한, 함유되어 있지 않은 원소는 0％인 것으로 한다.
제2항에 있어서, 하기 식 (1)에서 나타나는 Ar₃이 760 내지 820℃인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.

단, 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다. 또한, 함유되어 있지 않은 원소는 0％인 것으로 한다.
제1항에 있어서, 판 두께가 5 내지 50㎜인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.
제2항에 있어서, 판 두께가 5 내지 50㎜인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.
제3항에 있어서, 판 두께가 5 내지 50㎜인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.
제4항에 있어서, 판 두께가 5 내지 50㎜인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 인장 강도(TS)가 490 내지 620N/㎟인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 강판.