KR20100044107A

KR20100044107A - 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재

Info

Publication number: KR20100044107A
Application number: KR1020090099041A
Authority: KR
Inventors: 신지 사까시따; 사또시 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2010-04-29
Also published as: CN101724782A; CN101724782B; JP5155097B2; JP2010100872A

Abstract

본 발명은, 광물·광석을 저장 또는 수송하기 위한 용기의 구조 부재로서 적합한 수명이 긴 강재이며, 환경 부하가 비교적 높은 원소인 Sb나 Sn 등을 첨가하지 않고도, 그 상태로 광물을 수용하는 용기로서 이용하는 것이 가능한 강재를 제공하는 것을 과제로 한다.

질량％로, C:0.01 내지 0.20％, Si:0.05 내지 1.0％, Mn:0.1 내지 2.0％, P:0.0001 내지 0.05％, S:0.0001 내지 0.03％, Al:0.005 내지 0.10％, Cu:0.01 내지 1.0％, Cr:0.01 내지 1.0％, N:0.002 내지 0.008％, O:0.0001 내지 0.010％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

강재, 불가피적 불순물, 도막, 알루미나 볼, 현수 구멍

Description

광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재 {STEEL FOR CONTAINER RECEIVING MINERAL}

본 발명은, 철광, 황화철광, 크롬철광, 니켈광, 코발트광, 우라늄광, 망간광, 텅스텐광, 몰리브덴광, 금광, 은광, 구리광, 연광, 흑연, 석탄, 아탄, 석회석, 돌로마이트, 규석, 사광 등의 광물이나 광석을 저장 또는 수송하기 위한 용기의 구조 부재로서 이용되는 내식성이 우수한 강재에 관한 것이다.

종래부터, 벌커(벌크 캐리어)의 선창, 광물·광석을 운반(수송)하는 화물 열차, 광석 창고 등에 있어서, 광물·광석을 저장·수송하기 위해 사용되는 용기에 이용되는 강재(구조용 강)는, 광물·광석과 접촉하기 때문에 부식이나 마모에 의한 손상이 발생되는 것이 문제가 되고 있다. 부식은, 용기 내에 빗물 등의 수분이 혼입하여 광물과 접촉함으로써, 황산을 주체로 한 부식성이 높은 산 용액이 생성됨으로써 야기되고, 덧붙여 바닷물이나 비래 염분 등에 의한 염화물이 강재의 부식을 촉진시킨다고 여겨지고 있다. 또한, 광석의 선적 및 하역시에는, 광석의 충돌이나 유동 혹은 하역기 등이 강재에 접촉하는 것에 의한 마모 손상이 일어난다.

이러한 부식이나 마모에의 대책으로서, 강재 표면에의 도장이 실시되고 있 어, 어느 정도의 내구성 향상에는 기여하고 있다. 그러나 환경 차단성은 방식(防食) 도막을 형성함으로써도 완전하지 않고, 수분, 염분 및 산소 등의 부식을 야기하는 화학 물질은 도막을 침투하여, 어느 것은 강재 부식을 야기하게 된다. 특히, 광물과의 접촉에 의해 생성되는 부식성 용액은 도막의 열화도 촉진시키므로, 장기간에 걸쳐 충분한 방식 효과를 얻는 것은 곤란하다. 또한, 현실적으로는 도막에는 결함이 존재할 가능성이 높고, 특히 강재의 에지부나 시공 불량부 등에 방식 도료의 막 두께가 극도로 얇은 부분이 형성되는 경우도 적지 않다. 덧붙여, 광석의 충돌이나 유동 등에 의해 도막에 흠집이 생기거나, 깨지는 경우가 많기 때문에, 소지(素地) 강재가 노출되어, 국부적으로 또한 집중적으로 강재가 부식되어 버려 방식 효과는 그다지 기대할 수 없는 경우가 많다.

이상과 같이, 종래부터 일반적으로 이용되는 도장에 의한 방식 방법에서는, 정기적으로 수선이나 다시 칠하는 것이 필요해, 유지 보수 비용 및 시간 손실 등의 경제적 손실을 초래하게 된다.

또한, 화학 성분의 조정 등에 의해 강재 자체의 내식성을 향상시킨 내식 강재도 있고, 예를 들어 특허 문헌 1 내지 4로서 제안되어 있다. 그러나 이들 기술을 이용해도 충분한 내식성 향상 효과를 얻을 수 없어, 상기한 경제적 손실의 저감에의 기여는 작고, 더욱 효과적인 방식에 관한 기술이 개발되는 것이 요망되고 있었다. 또한, 특허 문헌 1 내지 4에 기재된 강재는 전부, 합금 원소로서 Sb나 Sn과 같은 환경 부하가 비교적 높은 원소를 이용한 강재이며, 지구 환경 보전의 관점에서도 특별히 권장할 수 있는 것은 아니다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2000-17382호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2007-262555호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2007-262558호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허 출원 공개 제2008-174768호 공보

본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광물·광석을 저장 또는 수송(운반)하기 위한 용기의 구조 부재로서 적합한 수명이 긴 강재이며, 환경 부하가 비교적 높은 원소인 Sb나 Sn 등을 첨가하지 않고도, 그 상태로 광물을 수용하는 용기로서 이용하는 것이 가능한 강재를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다. 또한, 프라이머나 도막에 의한 피복층을 표면에 형성한 경우에 있어서도, 종래보다도 장기간에 걸쳐 방식 수명을 얻을 수 있는 강재를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명에 관한 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재는, 질량％로, C:0.01 내지 0.20％, Si:0.05 내지 1.0％, Mn:0.1 내지 2.0％, P:0.0001 내지 0.05％, S:0.0001 내지 0.03％, Al:0.005 내지 0.10％, Cu:0.01 내지 1.0％, Cr:0.01 내지 1.0％, N:0.002 내지 0.008％, O:0.0001 내지 0.010％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 강재는, 질량％로, Ni:0.01 내지 1.0％, Co:0.01 내지 1.0％ 중 1종 또는 2종을 더 함유해도 좋다.

상기 강재는, 질량％로, Ti:0.001 내지 0.10％, Nb:0.001 내지 0.10％, Zr:0.001 내지 0.10％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

상기 강재는, 질량％로, Ca:0.0003 내지 0.005％, Mg:0.0003 내지 0.005％ 중 1종 또는 2종을 더 함유해도 좋다.

상기 강재는, 질량％로, B:0.00001 내지 0.001％, V:0.01 내지 0.50％ 중 1종 또는 2종을 더 함유해도 좋다.

상기 강재는, 표면에 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층은 아연을 함유하는 프라이머로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 강재는, 표면에 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층은 도료를 도장하여 형성된 도막인 것이 바람직하다.

상기 강재는, 표면에 2층의 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층 중 하층은 아연을 함유하는 프라이머로 형성되어 있고, 상층은 도료를 도장하여 형성된 도막인 것이 바람직하다.

상기 강재는, 벌커(벌크 캐리어)의 선창에 이용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재에 따르면, 광물·광석을 저장 또는 수송(운반)하기 위한 용기용으로서, 내식성이 우수한 수명이 긴 구조 부재로서 이용할 수 있다. 또한, 환경 부하가 비교적 높은 원소인 Sb나 Sn 등을 첨가하지 않고도, 그 상태로 광물·광석을 저장 또는 수송하기 위한 용기용의 구조 부재로서 이용할 수 있다.

나아가서는, 프라이머나 도막에 의한 피복층을 표면에 형성한 경우에 있어서도 종래보다도 장기간에 걸쳐 방식 수명을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시 형태에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다.

광물·광석을 수송(운반) 또는 저장하는 용기의 구조용 강재에 있어서는, 종종 수분과 광물·광석과의 접촉에 의해 생성되는 황산에 염화물이 혼입된 부식성 산 용액에 의한 부식이 발생되는 경우가 있다.

본 발명자들이 상세하게 조사한 결과, 부식이 발생하는 이 환경은 pH가 매우 저하된 산 환경이며, 수소 이온의 환원 반응이 부식의 캐소드 반응으로 되어 있고, 이 캐소드 반응을 억제하는 것이 부식 억제에 가장 효과적인 것을 발견하였다. 캐소드 반응을 억제하기 위해서는, 부식 용해시에 금속 옥소산을 형성하는 성분을 강 중에 첨가하는 것이 유효하고, 구체적으로는 미량의 O, Cu, Cr을 첨가함으로써, 부식 용해시에 Cu 및 Cr이 금속 옥소산을 효과적으로 형성하여 캐소드 반응을 억제하여, 내식성을 높이는 것을 밝혔다.

이러한 내식성 향상 효과는, 또한 Ni, Co 중 1종 또는 2종을 복합 첨가함으로써 더욱 커지는 것도 발견하였다. 이 효과는, Ni, Co가 고염분 환경에 있어서 치밀하고 안정적인 표면 녹 피막을 형성하여, 그 녹 피막 중에 금속 옥소산이 유지됨으로써, 캐소드 반응 억제에 유효한 표면 금속 옥소산 농도를 높이는 작용에 의해 발현되는 것이라 생각된다.

또한, Ti, Nb, Zr 중 1종 또는 2종 이상을 복합 첨가함으로써도, 내식성 향상이 더욱 커지는 것도 발견하였다. 이 효과는, Ti, Nb, Zr이 부식 용해시에 금속 옥소산을 형성하여 캐소드 반응 억제 효과를 향상시키는 것, 및 치밀한 표면 녹 피막 형성을 촉진함으로써 발현되는 것이라 생각된다.

덧붙여, 부식 선단의 pH 저하를 완화시키는 것, 즉 수소 이온 농도를 저하시키는 것도 캐소드 반응 억지에 유효하고, 이러한 작용을 갖는 원소로서 Ca, Mg가 상기와의 상승 작용을 발현하는 관점에서 적합한 것도 발견하였다.

또한, 광물·광석을 수송 또는 저장하는 용기의 구조용 강재에 있어서는, 광물·광석과의 충돌이나 유동 등에 의해 용기 표면의 마모 손상이 일어난다. 본 발명자들이 상세하게 조사한 결과, 미세 분산 입자를 강 중에 첨가함으로써 마모 손상을 억제할 수 있는 것을 발견하고, 이러한 작용 효과를 갖는 미세 분산 입자로서는 Al의 산화물이나 질화물, Cr의 질화물이 적합한 것을 밝혔다.

또한, 이러한 마모 손상의 가일층의 억제에는, Ti, Nb, Zr의 산화물이나 질화물 또는 Ca, Mg의 산화물을, 분산 입자로서 복합 첨가하는 것이 효과적이고, 또한 그에 부가하여 Ni, Co의 첨가에 의해 모재의 인성 향상을 도모할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명자들은 이상과 같은 관점에서 예의 연구를 거듭한 결과, C, Si, Mn, Al, P, S, Cu, Cr, N, O의 첨가 원소를 적절하게 조정함으로써, 구조 재료로서 필요한 기계 특성이나 용접성을 만족시키면서, 환경 부하가 비교적 높은 원소인 Sb나 Sn을 첨가하지 않고도 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다. 이하에, 이들 필수 첨가 원소의 성분 범위의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 단위는 모두 ％로 기재하지만, 질량％인 것을 나타낸다. 다음의 필수 첨가 원소 이외의 설명에 있어서도 마찬가지로, ％는 질량％를 나타낸다.

ㆍC:0.01 내지 0.20％

C는, 재료의 강도 확보를 위해 필요한 원소이다. 석유류 탱크의 구조 부재로서의 최저 강도, 즉 400㎫ 정도의 강도를 얻기 위해서는, 사용하는 강재의 두께에도 의존하지만, 적어도 0.01％ 이상은 함유시킬 필요가 있다. 그러나 0.20％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 인성이 열화된다. 이러한 점에서, C 함유량의 범위는 0.01 내지 0.20％로 하였다. 또한, C 함유량의 바람직한 하한은 0.02％이고, 보다 바람직하게는 0.04％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, C 함유량의 바람직한 상한은 0.19％이고, 보다 바람직하게는 0.18％ 이하로 하는 것이 좋다.

ㆍSi:0.05 내지 1.0％

Si는 탈산과 강도 확보를 위해 필요한 원소이며, 0.05％에 충족되지 않으면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나 1.0％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 용접성이 열화된다. 또한, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.08％이고, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, Si 함유량의 바람직한 상한은 0.95％이고, 보다 바람직하게는 0.90％ 이하로 하는 것이 좋다.

ㆍMn:0.1 내지 2.0％

Mn도 상기 Si와 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요하고, 0.1％에 충족되지 않으면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나 2.0％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 인성이 열화된다. 또한, Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.15％이고, 보다 바람직하게는 0.20％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, Mn 함유량의 바람직한 상한은 1.9％이고, 보다 바람직하게는 1.8％ 이하로 하는 것이 좋다.

ㆍP:0.0001 내지 0.05％

P는 용해된 경우에 인히비터로서 작용하는 인산염을 생성하여, 내식성을 향상시키는 원소이다. 이러한 작용을 얻기 위해서는, P는 0.0001％ 이상은 필요하다. 그러나 P는 0.05％를 초과하면 인성이나 용접성을 열화시키는 원소이다. 또한, P 함유량의 바람직한 하한은 0.0003％이고, 보다 바람직하게는 0.0005％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, P 함유량의 바람직한 상한은 0.045％이고, 보다 바람직하게는 0.04％ 이하로 하는 것이 좋다.

ㆍS:0.0001 내지 0.03％

S는 극미량의 존재에 의해 내식성을 높이는 작용을 갖는다. S의 내식성 향상 효과를 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상 필요하다. 그러나 S는 함유량이 많아지면 인성이나 용접성을 열화시키는 원소이므로, 0.03％ 이하로 하는 것이 필요하다. 또한, S 함유량의 바람직한 하한은 0.0002％이고, 보다 바람직하게는 0.0003％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, S의 바람직한 상한은 0.025％이고, 보다 바람직하게는 0.02％ 이하로 하는 것이 좋다.

ㆍAl:0.005 내지 0.10％

Al도 상기한 Si, Mn과 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요하고, 또한 산화물이나 질화물을 형성하여 내마모성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.005％ 이상 필요하다. 그러나 0.10％를 초과하여 첨가하면 용접성을 저해시키므로, Al 첨가량의 범위는 0.005 내지 0.10％로 하였다. 또한, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.008％이고, 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, Al 함유량의 바람직한 상한은 0.09％이고, 보다 바람직하게는 0.08％ 이하로 하는 것이 좋다.

ㆍCu:0.01 내지 1.0％

Cu는, Cr 및 O와의 공존에 의해 부식 용해시에 금속 옥소산을 형성하여, 광물 유래의 황산에 대한 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 또한, Cu는 도막 결함부에 있어서 강재가 부식을 받은 경우에 생성 녹을 치밀화하는 작용도 갖고 있고, 도막 흠집부의 부식 진전을 억제하는 효과를 발현하는 데 유효한 원소이다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 필요하지만, 과잉으로 함유시키면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 1.0％ 이하로 할 필요가 있다. Cu 함유량의 바람직한 하한은 0.03％이고, 보다 바람직한 하한은 0.06％이다. 또한, Cu 함유량의 바람직한 상한은 0.95％이고, 보다 바람직한 상한은 0.90％이다.

ㆍCr:0.01 내지 1.0％

Cr은, Cu 및 O와의 공존에 의해 부식 용해시에 금속 옥소산을 형성하여, 광물 유래의 황산에 대한 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 또한, Cr은 인성을 향상시키는 데 유효하고, 선박용 강재로서 필요한 기계 특성을 얻기 위해서도 필요한 원소이다. 또한, 그에 부가하여, 질화물을 형성하여 내마모성을 향상시키는 데도 유효한 원소이다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 필요하지만, 과잉으로 함유시키면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 1.0％ 이하로 할 필요가 있다. Cr 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.03％ 이고, 0.06％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. Cr 함유량의 보다 바람직한 상한은 0.95％이고, 0.90％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

ㆍN:0.002 내지 0.008％

N은 강 중에 있어서 질화물의 미세 분산 입자를 형성시켜, 내마모성을 향상시키는 데 유효하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.002％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 과잉으로 첨가하면, 고용 N이 증가하여, 연성이나 인성에 악영향을 미치므로, 상한을 0.008％로 한다. 또한, N은 0.0025％ 이상 첨가하는 것이 보다 바람직하고, 0.003％ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, N 첨가량은 보다 바람직하게는 0.0075％ 이하이고, 0.007％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍO:0.0001 내지 0.010％

미량의 O는, Cu나 Cr 등과 금속 옥소산을 형성하여, 광물 유래의 황산에 대한 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 또한, O는 강 중에 있어서 산화물을 형성하여 경도를 높여, 내마모성을 향상시키는 데 유효하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.0001％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 과도하게 함유하면 모재나 용접 열영향부의 인성을 열화시키므로, 상한은 0.010％로 한다. 또한, O는 0.0002％ 이상 첨가하는 것이 보다 바람직하고, 0.0003％ 이상이 더욱 바람직하다. O 함유량의 보다 바람직한 상한은 0.0095％ 이하이고, 0.0090％ 이하가 더욱 바람직하다.

이상이, 본 발명 강재의 필수 첨가 원소의 성분 범위의 한정 이유이지만, 이하에 나타내는 원소를 첨가하면 더욱 유효하다. 이들 첨가 원소의 성분 범위의 한 정 이유에 대해 다음에 설명한다.

ㆍNi:0.01 내지 1.0％

Ni는 고염분 환경에 있어서, 내식성 향상에 크게 기여하는 치밀한 표면 녹 피막을 형성하는 데 유효하다. 또한, Ni는 Cu와 마찬가지로 방식 도막 하에서 발생하는 부식 반응을 억제하는 작용을 갖고 있고, 도장의 박막 부분 등에서 발생하기 쉬운 도막 하 부식에 의한 도막 팽창을 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 또한, Ni는 P의 인히비터 효과를 증대시키는 작용도 갖는다. 또한, Ni는 모재 인성을 향상시켜 내마모성을 향상시키는 데도 유효하다. 또한, Ni는 Cu 첨가에 의한 적열 취성을 방지하는 데 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.03％이고, 0.06％ 이상이 더욱 바람직하다. Ni를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.95％이고, 0.90％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍCo:0.01 내지 1.0％

Co는 Ni와 마찬가지로 고염분 환경에 있어서, 내식성 향상에 크게 기여하는 치밀한 표면 녹 피막을 형성하는 데 필요 불가결한 원소이다. 또한, Co는 Ni와 마찬가지로 모재 인성을 향상시켜 내마모성을 향상시키는 데도 유효하다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Co는 0.01％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 1.0％를 초과하여 첨가하면 용접성이 열화되기 때문에, Co 첨가량의 범위는 0.01 내지 1.0％로 하였다. Co를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.03％이고, 0.06％ 이상 이 더욱 바람직하다. Co를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.95％이고, 0.90％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍTi:0.001 내지 0.10％

Ti는 내식성 향상에 유효한 원소이다. Ti는 염화물 부식 환경에 있어서 생성되는 녹을 치밀화하는 작용을 갖고 있어, 도막 손상부에 있어서의 부식 진전을 억제하는 원소이다. 또한, Ti는 산화물 및 질화물의 미세 분산 입자를 강 중에 형성하여, 내마모성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 0.10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ti를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.003％이고, 0.006％ 이상이 더욱 바람직하다. Ti를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.095％이고, 0.09％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍNb:0.001 내지 0.10％

Nb는 내식성 향상에 유효한 원소이다. Nb도 Ti와 마찬가지로, 염화물 부식 환경에 있어서 생성되는 녹을 치밀화하는 작용을 갖고 있고, 도막 손상부에 있어서의 부식 진전을 억제하는 원소이다. 또한, Nb는 Ti와 마찬가지로 산화물 및 질화물의 미세 분산 입자를 강 중에 형성하여, 내마모성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 0.10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.003％이 고, 0.006％ 이상이 더욱 바람직하다. Nb를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.095％이고, 0.09％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍZr:0.001 내지 0.10％

Zr은 내식성 향상에 유효한 원소이다. Zr은 상기한 Ti나 Nb와 마찬가지로, 염화물 부식 환경에 있어서 생성되는 녹을 치밀화하는 작용을 갖고 있어, 도막 손상부에 있어서의 부식 진전을 억제하는 원소이다. 또한, Zr은 Ti나 Nb와 마찬가지로, 산화물 및 질화물의 미세 분산 입자를 강 중에 형성하여, 내마모성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 0.10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Zr을 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.003％이고, 0.006％ 이상이 더욱 바람직하다. Zr을 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.095％이고, 0.09％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍCa:0.0003 내지 0.005％

Ca는 내식성 향상에 유효한 원소이다. Ca는 부식 선단의 pH 저하를 완화하는 작용을 갖고 있고, pH 저하에 의한 부식 촉진을 억제하는 효과를 발휘하여, 내식성을 발현하는 데 유효하다. 또한, Ca는 산화물의 미세 분산 입자를 강 중에 형성하여, 내마모성을 향상시키는 원소이다. 이러한 작용은, Ca를 0.0003％ 이상 함유시킴으로써 유효하게 발휘된다. 그러나 0.005％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 가공성과 용접성을 열화시키게 된다. Ca를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.0005％이고, 0.0008％ 이상이 더욱 바람직하다. Ca를 함유시킬 때의 보다 바 람직한 상한은 0.0045％이고, 0.004％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍMg:0.0003 내지 0.005％

Mg는 상기한 Ca와 마찬가지로 부식 선단의 pH 저하를 완화하는 작용을 갖고 있고, pH 저하에 의한 부식 촉진을 억제하는 효과를 발휘하여, 내식성을 발현하는 데 유효하다. 또한, Mg는 Ca와 마찬가지로 산화물의 미세 분산 입자를 강 중에 형성하여, 내마모성을 향상시키는 원소이다. 이러한 작용은, Mg를 0.0003％ 이상 함유시킴으로써 유효하게 발휘된다. 그러나 0.005％를 초과하여 첨가하면 가공성과 용접성을 열화시킨다. 이러한 이유에서, 첨가량은 0.0003 내지 0.005％의 범위가 적정하다. Mg를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.0005％이고, 0.0008％ 이상이 더욱 바람직하다. Mg를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.0045％이고, 0.004％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍB:0.00001 내지 0.001％

B는 켄칭성을 향상시키므로 강도 향상에 유효한 원소이다. 이러한 작용을 얻기 위해서는, B는 0.00001％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 0.001％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 모재 인성이 열화되므로 바람직하지 않다. 또한, B는 0.00003％ 이상 첨가하는 것이 보다 바람직하고, 0.00005％ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, B 첨가량은 보다 바람직하게는 0.0009％ 이하이고, 0.0008％ 이하가 더욱 바람직하다.

ㆍV:0.001 내지 0.30％

V는 강도 향상에 유효한 원소이다. 이러한 작용을 얻기 위해서는, V는 0.001％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 0.030％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 모재 인성이 열화되므로 바람직하지 않다. 또한, V는 0.003％ 이상 첨가하는 것이 보다 바람직하고, 0.006％ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, V 첨가량은 보다 바람직하게는 0.29％ 이하이고, 0.28％ 이하가 더욱 바람직하다.

본 발명 강재에 첨가시키는 첨가 원소의 성분 범위의 한정 이유는 이상과 같으며, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물은 강재의 여러 특성을 저해시키지 않을 정도로 첨가할 수 있고, 합계 0.05％ 이하, 바람직하게는 0.04％ 이하로 억제함으로써 본 발명의 내식성 발현 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명 강재는, 그 표면에 도장 등에 의해 피복층을 형성하지 않고도 우수한 내식성 및 내마모성을 발휘하는 것이지만, 프라이머나 도료 등을 도포하는 표면 처리에 의해 피복층을 형성하는 것도 가능하다. 프라이머로서는, 무기 징크리치 프라이머나 유기 징크리치 프라이머 등의 아연을 함유하는 프라이머를 이용하여 피복층을 형성하는 것이 적합하고, 그 막 두께는 5 내지 50㎛ 정도가 권장된다. 또한, 도료로서는 변성 에폭시 도료나 타르 에폭시 도료 등의 에폭시 수지계를 비롯하여, 부티랄계나 우레탄계 등의 도료를 이용하여 피복층(도막)을 형성할 수 있고, 그 막 두께로서는 100 내지 400㎛ 정도가 권장된다.

또한, 1차 방청의 역할도 겸한 프라이머를 하도(下塗)로 하고, 그 위에 도료에 의한 도장을 실시하여 2층으로 이루어지는 피복층을 형성하는 것이 권장된다. 이들의 표면 처리에 의해 본 발명 강재의 표면에 피복층을 형성함으로써, 종래의 표면에 도장을 실시한 강재와 동등 이상의 도장 내구성을 얻을 수 있고, 또한 어떠한 원인에 의해 표면에 흠집이 발생하여 강재가 노출된 경우라도, 흠집부의 부식 진전은 억제되므로, 종래의 강재보다 우수한 내구 수명을 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니며, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

[공시재의 제작]

표 1에 나타내는 다양한 성분 조성의 강재를 진공 용해로에 의해 용제(溶製)하여, 50㎏의 강괴로 하였다. 얻어진 강괴를 1150℃로 가열한 후, 열간 압연을 행하여, 판 두께 10㎜의 강 소재로 하였다. 이때, 열간 압연 종료 온도는 650 내지 850℃의 범위, 열간 압연 종료 후로부터 500℃까지의 냉각 속도를 0.1 내지 15℃/초 이하의 범위에서 적절하게 조정하였다. 강 소재로부터 50×30×4(㎜)의 크기의 테스트 피스를 잘라내어, 무도장 상태와 도장 상태의 테스트 피스를 제작하였다.

무도장 상태에서의 내식성[나내식성(裸耐食性)]을 평가하기 위한 테스트 피스를 도 1에 도시한다. 이 테스트 피스는, 습식 회전 연마기로 #600까지 전체면을 연마하고, 수세 및 아세톤 세정을 한 후 시험에 공시하였다. 또한, 부식 시험시에 매달기 위해 테스트 피스의 단부에는 3㎜Φ의 현수 구멍(1)을 형성하였다.

도장 상태에서의 내식성(도장 내식성)을 평가하기 위한 테스트 피스를 도 2에 도시한다. 우선, 도장면(50×30㎜의 1면)을 샌드블래스트 마무리하고, 수세 및 아세톤 세정 후, 징크리치 프라이머를 평균 막 두께가 15㎛(±3㎛)가 되도록 하여 도포하고, 24시간 이상 데시케이터(desicator) 내에서 건조시켰다. 그 후, 방식 도료로서 변성 에폭시 수지계 도료를 에어리스 스프레이에 의해 두께가 350㎛(±20㎛)가 되도록 하여 도포하였다. 시험면 이외가 부식되는 것을 방지하기 위해, 도장면 이외에 실리콘 실란트를 도포하여 피복을 실시하였다. 도막(2) 및 실리콘 실란트가 건조된 후, 길이 40㎜, 폭 0.5㎜의 강재 소지까지 도달하는 컷트 자국(3)을 시험면측에 커터 나이프로 형성하였다.

[부식 시험 방법]

광물을 수용하는 용기가 노출되는 환경을 모의한 부식 시험으로서, 황산에 의해 pH를 2.0으로 조정한 3％ NaCl 수용액을 부식액으로 하여, 침지 부식 시험을 실시하였다. 이 용액은, 광물·광석과 접촉한 수분에 의해 생성되는 황산 및 비래 염분 등에 의한 염화물 혼입을 상정한 환경 조건을 모의하고 있다. 시험 용액은 워터 배스에 의해 온도 30℃로 유지하고, 시험 기간은 10일간으로 하였다.

부식 시험에는, 표 1 및 표 2에 나타낸 No.1 내지 54의 강재의 각각에 대해, 무도장 5매, 도장 5매의 합계 10매씩을 공시하였다. 무도장의 테스트 피스는 나일론선을 이용하여 부식 시험조 내에 매달고, 도장한 테스트 피스는 도장면을 상면으로 하여 시험조 바닥에 수평으로 설치하였다.

무도장 테스트 피스는, 시험 전후의 중량 감소량(부식량)을 측정하고, 공시한 5매의 평균치를 구하여 평균 부식량으로 하였다. 도장 테스트 피스에 대해서는, 도막 흠집부의 부식 깊이를 딥스 게이지로 측정하고, 각각 공시한 5개의 시험 편 중 가장 부식 깊이가 깊은 것을 최대 부식 깊이로 하였다. 또한, 시험 후의 테스트 피스는 10％ 구연산수소2암모늄 수용액(실온) 중에서의 음극 차지에 의해 부식 생성물을 제거하고, 중량 측정 또는 딥스 게이지에 의한 깊이 측정에 제공하였다.

[마모 시험 방법]

광물·광석의 유동 등에 의한 강재의 마모 특성을 평가하기 위한 시험으로서, JIS R 1613에 준하여 볼온디스크(ball-on-disk)식의 마모 시험을 실시하였다. 도 3에 도시하는 바와 같이, Φ40×5㎜의 디스크 형상으로 가공한 No.1 내지 54의 강재에, 알루미나 볼(4)(Φ10㎜)을 압력 10N으로 압박하여, 64rpm(회전/매분)의 회전 속도로 디스크 형상 강재(5)를 회전시켰다. 총 회전수 2만회전까지 시험을 행하여, 시험 전후의 디스크 형상 강재(5)의 중량 변화(강재의 마모량)를 측정하였다. 마모 시험은 No.1 내지 54의 강재의 각각에 대해 3회씩 행하고, 측정된 마모량의 평균값을 구하여 평균 마모량으로 하였다.

[시험 결과]

부식 시험 및 마모 시험의 결과를 표 3에 나타낸다. 평균 부식량, 최대 부식 깊이 및 마모량은 No.1의 강재(보통강)를 100으로 하였을 때의 상대값으로 나타내고 있다.

또한, 이상의 나내식성, 도장 내식성 및 내마모성의 시험 결과로부터 종합 평가를 행하였다. 평가 기준으로서는, No.1의 강재를 100으로 한 경우에, 평균 부식량이 50 미만, 최대 부식 깊이가 60 미만, 평균 마모량이 90 미만의 전부를 만족 하는 것을「○」로 하였다. 또한, 평균 부식량이 40 미만, 최대 부식 깊이가 45 미만, 평균 마모량이 75 미만의 전부를 만족하는 것은「○∼◎」로 하였다. 또한, 평균 부식량이 35 미만, 최대 부식 깊이가 35 미만, 평균 마모량이 60 미만의 전부를 만족하는 것은「◎」로 하였다. 또한, 평균 부식량이 30 이하, 최대 부식 깊이가 20 이하, 평균 마모량이 50 이하의 전부를 만족하는 것을「◎◎」로 하였다.

Sb 및 Sn을 첨가한 No.2 및 No.3은 나내식성의 향상(평균 부식량의 저감)은 확인되지만, 도장 내식성이나 내마모성이 충분하지 않다. 또한, No.4는 Cu 첨가량이, No.5는 Cr 첨가량이, No.6은 N 첨가량, No.7은 O 첨가량이 각각 청구항 1에서 규정한 첨가량의 범위에 충족되지 않으므로, 특성 향상 효과가 불충분한 결과이며, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재로서는 만족할 수 있는 것이 아니다.

이에 대해, 본 발명의 성분 범위로 제어한 No.8 내지 No.10의 강재는 Sb 첨가 강(No.2) 혹은 Sn 첨가 강(No.3)에 비하면 나내식성은 동등 이상이고, 도장 내식성 및 내마모성은 매우 우수한 결과로 되어 있다. 또한, Ni, Co 등의 원소 첨가량을 적절하게 조정한 경우(No.11 내지 54)에는, 각 특성이 비약적으로 향상되는 결과가 얻어졌다. 특히, C, Si, Mn, Al, P, S, Cu, Cr, N, O의 본 발명 강재의 필수 첨가 원소의 첨가량을 적절하게 조정하는 것에 부가하여, Ni, Co로부터 선택되는 1종 이상을 함유시키고, 또한 Ti, Nb, Zr로부터 선택되는 1종 이상을 함유시키고, 나아가서는 Ca, Mg로부터 선택되는 1종 이상을 함유시킴으로써 매우 우수한 특성(종합 평가에서 ◎◎)을 발현시킬 수 있다. 이 작용 효과는, 금속 옥소산 형성과 치밀한 표면 녹 피막 형성에 의한 부식 억제 및 미세 분산 입자 형성에 의한 마 모 억제에 의해 발현되는 것이라 생각된다.

이상과 같이, 본 발명 강재는 모두 무도장 사양에서의 내식성과 내마모성이 향상되어 있는 것이 명백하고, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재로서 적합하다. 또한, 도막 흠집부의 부식 진전도 종래 강보다도 작아, 도장 내식성도 비약적으로 향상되어 있고, 도장 사양에서도 종래보다도 긴 수명이 얻어지는 것이 명백하다.

도 1은 무도장 상태에서의 내식성(나내식성)을 평가하기 위한 테스트 피스를 도시하는 평면도.

도 2는 도장 상태에서의 내식성(도장 내식성)을 평가하기 위한 테스트 피스를 도시하는 평면도.

도 3은 마모 특성을 평가하기 위한 시험 방법을 도시하는 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 현수 구멍

2 : 도막

3 : 컷트 자국

4 : 알루미나 볼

5 : 디스크 형상 강재

Claims

질량％로,

C:0.01 내지 0.20％,

Si:0.05 내지 1.0％,

Mn:0.1 내지 2.0％,

P:0.0001 내지 0.05％,

S:0.0001 내지 0.03％,

Al:0.005 내지 0.10％,

Cu:0.01 내지 1.0％,

Cr:0.01 내지 1.0％,

N:0.002 내지 0.008％,

O:0.0001 내지 0.010％

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제1항에 있어서, 질량％로, 이하의 (a) 내지 (d)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.

(a) Ni:0.01 내지 1.0％ 및 Co:0.01 내지 1.0％로 이루어지는 군으로부터 선 택되는 적어도 1종

(b) Ti:0.001 내지 0.10％, Nb:0.001 내지 0.10％ 및 Zr:0.001 내지 0.10％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종

(c) Ca:0.0003 내지 0.005％ 및 Mg:0.0003 내지 0.005％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종

(d) B:0.00001 내지 0.001％, 및 V:0.01 내지 0.50％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종.
제1항에 있어서, 표면에 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층은 아연을 함유하는 프라이머로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제2항에 있어서, 표면에 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층은 아연을 함유하는 프라이머로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제1항에 있어서, 표면에 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층은 도료를 도장하여 형성된 도막인 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제2항에 있어서, 표면에 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층은 도료를 도장하여 형성된 도막인 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제1항에 있어서, 표면에 2층의 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층 중 하층은 아연을 함유하는 프라이머로 형성되어 있고, 상층은 도료를 도장하여 형성된 도막인 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제2항에 있어서, 표면에 2층의 피복층이 형성되어 있고, 상기 피복층 중 하층은 아연을 함유하는 프라이머로 형성되어 있고, 상층은 도료를 도장하여 형성된 도막인 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 벌커의 선창에 이용되는 것을 특징으로 하는, 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 광물을 수용하는 용기에 이용되는 강재를 구조 부재로서 구비한, 광물을 수용하는 용기.