KR20100061350A - 선박용 강재 - Google Patents

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KR20100061350A
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아끼히꼬 다쯔미
신지 사까시따
사또시 요시다
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 과제는, 내식성(특히, 내간극 부식성)이 높여진 선박용 강재를 제공하는 것이다.
C:0.01 내지 0.3％, Si:0.01 내지 2％, Mn:0.01 내지 2％, Al:0.005 내지 0.1％, S:0.010％ 이하, Cu:0.01 내지 5％, Ni:0.01 내지 5％, Cr:0.01 내지 5％, Ti:0.005 내지 0.2％ 및 Ca:0.0005 내지 0.02％를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재이며, 압연면과 수직인 단면에 있어서, 페라이트 조직을 주체로 하는 동시에, 펄라이트 조직의 면적률이 전체 조직에 대해 10％ 이하이고, 압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서, 어스펙트비가 2 이상인 펄라이트 조직의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율이 40％ 이상이고, 압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률로부터, 압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서의 펄라이트 면적률을 뺀 차가 8％ 이하이다.
Figure 112009071944581-PAT00001
선박용 강재, 페라이트 조직, 압연면, 펄라이트 면적률, 어스펙트비

Description

선박용 강재{SHIP STRUCTURAL STEEL}
본 발명은, 원유 탱커, 화물선, 화객선, 객선, 군함 등의 선박에 있어서, 주요한 구조재로서 이용되는 선박용 내식강에 관한 것이며, 해수에 의한 염분이나 고온 다습에 노출되는 환경하에 있어서의 내식성이 우수한 선박용 강재에 관한 것이다.
상기 각종 선박에 있어서 주요한 구조재(예를 들어, 외판, 밸러스트 탱크, 원유 탱크 등)로서 이용되고 있는 강재는, 해수에 의한 염분이나 고온 다습에 노출되므로 부식 손상을 받는 경우가 많다. 이러한 부식은, 침수나 침몰 등의 해난 사고를 초래할 우려가 있으므로, 강재에는 어떠한 방식(防食) 수단을 실시할 필요가 있다. 지금까지 행해지고 있는 방식 수단으로서는, (a) 도장이나 (b) 전기 방식 등이 종래부터 잘 알려져 있다.
이 중, 중도장(重塗裝)으로 대표되는 도장에서는, 도막 결함이 존재할 가능성이 높고, 제조 공정에 있어서의 충돌 등에 의해 도막에 흠집이 생기는 경우도 있으므로, 소지(素地) 강재가 노출되어 버리는 경우가 많다. 이러한 강재 노출부에 있어서는, 국부적 또한 집중적으로 강재가 부식되어 버려, 내포되어 있는 석유계 액체 연료의 조기 누설로 이어지게 된다.
한편, 전기 방식에 있어서는, 해수 중에 완전히 침지된 부위에 대해서는 매우 유효하지만, 대기 중에서 해수 비말(飛沫)을 받는 부위 등에서는 방식에 필요한 전기 회로가 형성되지 않아, 방식 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 또한, 방식용의 유전 양극이 이상 소모나 탈락하여 소실된 경우에는, 즉시 심한 부식이 진행되는 경우가 있다.
상기 기술 외에, 강재의 내식성을 향상시키는 기술이, 예를 들어 특허 문헌 1 및 2에 개시되어 있다. 특허 문헌 1에서는, 강재의 화학 성분, 강재 조직, 개재물의 크기나 분포 밀도를 적절하게 조정함으로써, 카고 오일 탱크용 강재의 내식성을 향상시키는 것이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에서는, 강재의 화학 성분, 강재 조직 및 탄질화물 사이즈를 적절하게 제어함으로써, 구조용 강의 내식성을 향상시키는 것이 개시되어 있다. 이들 기술에 의해, 종래에 비해 어느 정도의 내식성을 확보할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2003-82435호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2000-144309호 공보
그러나 상기 특허 문헌 1 및 2의 기술은, 보다 엄격한 부식 환경하에서의 내식성에 대해서는 여전히 충분한 것이라고는 할 수 없으며, 가일층의 내식성의 향상이 요구되고 있다. 또한 특허 문헌 1 및 2에서는, 모두 전면 부식이나 국부 부식에 대한 내식성만이 고려되고, 이른바「간극 부식」은 고려되어 있지 않다. 여기서 간극 부식이라 함은, 구조적으로 형성되는 간극 부분이나, 이물질과 강재의 접촉 등에 의해 형성되는 간극 부분에 있어서의 부식을 의미한다. 이 간극 부식이 현저해져, 선박의 수명을 저하시키는 경우가 있다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은 도장이나 전기 방식을 실시하지 않아도, 해수에 의한 염분이나 고온 다습에 노출되는 환경하나, 석유류 등에 유래되는 유황분을 포함하는 환경하에 있어서의 내식성(특히, 내간극 부식성)이 높여진 선박용 강재를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 선박용 강재라 함은,
C:0.01 내지 0.3％(질량％의 의미, 성분 조성에 대해 이하 동일),
Si:0.01 내지 2％,
Mn:0.01 내지 2％,
Al:0.005 내지 0.1％,
S:0.010％ 이하,
Cu:0.01 내지 5％,
Ni:0.01 내지 5％,
Cr:0.01 내지 5％,
Ti:0.005 내지 0.2％, 및
Ca:0.0005 내지 0.02％
를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재이며,
압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서, 페라이트 조직을 주체로 하는 동시에, 펄라이트 조직의 면적률이 전체 조직에 대해 10％ 이하이고,
압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서, 어스펙트비가 2 이상인 펄라이트 조직의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율이 40％ 이상이고,
압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률로부터, 압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서의 펄라이트 면적률을 뺀 차가 8％ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 강재에는, 상기 화학 성분 외에, 필요에 따라서,
(1) Zr 및/또는 Hf를 합계 0.2％ 이하(0％를 포함하지 않음),
(2) Mg, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음),
(3) B:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Nb:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 등을 더 함유시키는 것도 유효하며, 함유시키는 성분의 종류에 따라서 강 재의 특성이 더욱 개선된다.
본 발명에 따르면, 압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면, 및 평행인 단면의 양쪽에서 펄라이트 조직을 적절하게 제어함으로써, 선박용 강재의 내식성(특히, 내간극 부식성)을 향상시킬 수 있다.
본 발명자들은, 내전면 부식성, 부식 균일성(국부 부식), 내간극 부식성, 및 도장 내식성 전부가 높여진 선박용 강재를 제공하기 위해, 강재의 화학 성분 및 마이크로 조직에 유의하여 검토를 행하였다. 이하에서는, 우선 본 발명의 강재의 화학 성분부터 설명한다.
<C:0.01 내지 0.3％>
C는 강재의 강도 확보를 위해 필요한 원소이다. 선박의 구조 부재로서의 최저 강도(사용하는 강재의 두께에도 의존하지만, 대체로 400㎫ 정도)를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 0.3％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 인성이 열화되는 동시에, 원하는 펄라이트 면적률이 얻어지지 않는다. 이러한 점으로부터, C 함유량의 범위는 0.01 내지 0.3％로 하였다. 또한, C 함유량의 바람직한 하한은 0.02％이고, 보다 바람직하게는 0.04％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, C 함유량의 바람직한 상한은 0.28％이고, 보다 바람직하게는 0.26％ 이하로 하는 것이 좋다.
<Si:0.01 내지 2％>
Si는 탈산과 강도 확보를 위해 필요한 원소이며, 0.01％에 충족되지 않으면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나 2％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 용접성이 열화된다. 또한, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.02％이고, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, Si 함유량의 바람직한 상한은 1.5％이고, 보다 바람직하게는 1.0％ 이하로 하는 것이 좋다.
<Mn:0.01 내지 2％>
Mn도 Si와 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요한 원소이며, 0.01％에 충족되지 않으면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나 2％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 인성이 열화된다. 또한, Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.05％이고, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, Mn 함유량의 바람직한 상한은 1.8％이고, 보다 바람직하게는 1.6％ 이하로 하는 것이 좋다.
<Al:0.005 내지 0.1％>
Al도 Si, Mn과 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요한 원소이며, 0.005％에 충족되지 않으면 탈산에 효과가 없다. 그러나 0.1％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 용접성을 저해하기 때문에, Al 함유량의 범위는 0.005 내지 0.1％로 하였다. 또한, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.010％이고, 보다 바람직하게는 0.015％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, Al 함유량의 바람직한 상한은 0.04％이고, 보다 바람직하게는 0.05％ 이하로 하는 것이 좋다.
<S:0.010％ 이하>
S는 강재의 인성이나 용접성을 열화시키는 원소이며, 가능한 한 함유량을 억제하는 것이 바람직하다. 또한, S 함유량이 과잉이 되면 MnS를 생성하기 쉬워져, MnS를 기점으로 한 펄라이트가 생성되기 쉬워진다. 그 결과, 전체량이 적고 또한 층상 펄라이트의 비율이 많은 원하는 펄라이트 조직이 얻어지지 않게 된다[즉, 펄라이트의 전체량이 많고, 또한 괴상(塊狀) 펄라이트의 비율이 많아짐]. 또한, S 함유량이 과잉이 되면, 선박용 강재로서의 용접성을 확보할 수 없다. 이러한 점으로부터, S 함유량은 0.010％ 이하로 억제할 필요가 있다. 또한, S 함유량의 바람직한 상한은 0.008％이고, 보다 바람직하게는 0.007％ 이하로 억제하는 것이 좋다.
<Cu:0.01 내지 5％>
Cu는 내식성 향상에 크게 기여하는 치밀한 표면 녹 피막을 형성하는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 그러나 Cu를 과잉으로 함유시키면 용접성이나 열간 가공성이 열화되므로, 그 상한을 5％로 할 필요가 있다. Cu 함유량의 바람직한 하한은 0.05％이고, 보다 바람직한 상한은 4.5％이다.
<Ni:0.01 내지 5％>
Ni는 내식성 향상에 크게 기여하는 치밀한 표면 녹 피막을 안정화시키는 데 유효한 원소이며, 특히 도막하에서의 부식 진전을 억제하여 도장 내식성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.01％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 Ni 함유량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 5％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량의 바람직한 하한은 0.05％이고, 바람 직한 상한은 4.5％이다.
<Cr:0.01 내지 5％>
Cr은 내식성 향상에 크게 기여하는 치밀한 표면 녹 피막을 형성하는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 Cr을 과잉으로 함유시키면 용접성이나 열간 가공성이 열화되기 때문에, 5％ 이하로 할 필요가 있다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.05％이고, 바람직한 상한은 4.5％이다.
<Ti:0.005 내지 0.2％>
Ti는 내식성 향상에 크게 기여하는 표면 녹 피막을 치밀화하여 그 환경 차단성을 향상시키는 동시에, 간극 내부에 있어서의 부식을 억제하여, 내간극 부식성도 향상시키는 원소이다. 이러한 환경하에서 요구되는 내식성을 확보하기 위해서는, Ti는 0.005％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 0.2％를 초과하여 Ti를 과잉으로 함유시키면 가공성과 용접성을 열화시키게 된다. Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.008％이고, 바람직한 상한은 0.15％이다.
<Ca:0.0005 내지 0.02％>
Ca는 용해됨으로써 pH 상승 작용을 나타내므로, 철의 용해가 일어나고 있는 국부 애노드에 있어서의 가수 분해 반응에 의한 pH 저하를 억제하여 부식 반응을 억제하고, 내식성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이 효과를 얻기 위해, Ca를 0.0005％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 0.02％를 초과하여 과잉으로 Ca를 함유시키면, 가공성 및 용접성을 열화시킨다. 이러한 이유로부터, Ca 함유량을 0.0005 내지 0.02％의 범위로 정하였다. Ca 함유량의 바람직한 하한은 0.008％이고, 바람직한 상한은 0.018％이다.
본 발명의 강재의 기본 성분 조성은 상기한 바와 같고, 잔량부는 실질적으로 철이다. 단, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 반입되는 불가피 불순물(예를 들어, P, O, N, W, Mo 등)이 강재 중에 포함되는 것은, 당연히 허용된다. 단, 이들 불가피 불순물이 과잉이 되면 인성 등의 강재의 특성이 열화되므로, 그 양은 0.5％ 정도 이하, 바람직하게는 0.1％ 정도 이하로 억제해야 한다.
또한, 본 발명의 강재는 필요에 따라서 이하의 선택 원소를 함유하고 있어도 좋다.
<Zr 및/또는 Hf를 합계 0.2％ 이하(0％를 포함하지 않음)>
Zr 및 Hf는 표면 녹 피막을 치밀화하여 그 환경 차단성을 향상시켜 내식성 향상에 크게 기여하는 동시에, 간극 내부에 있어서의 부식을 억제하여, 내간극 부식성도 향상시키는 원소이다. 충분한 내식성을 확보하기 위해서는, 이들을 합계 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 합계 0.2％를 초과하여 이들을 과잉으로 함유시키면, 가공성과 용접성을 열화시키게 된다. 함유시키는 경우의 이들의 합계량의 보다 바람직한 하한은 0.008％이고, 보다 바람직한 상한은 0.15％이다.
<Mg, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)>
Mg, Sr 및 Ba는, 용해됨으로써 pH 상승 작용을 나타내므로, 철의 용해가 일 어나고 있는 국부 애노드에 있어서의 가수 분해 반응에 의한 pH 저하를 억제하여 부식 반응을 억제하고, 내식성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이 효과를 얻기 위해, 이들을 합계 0.0005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 합계 0.02％를 초과하여 이들을 함유시키면, 가공성 및 용접성을 열화시킨다. 그로 인해 함유시키는 경우의 이들의 합계량을 0.02％ 이하로 정하였다. 이들의 합계량의 보다 바람직한 하한은 0.0008％이고, 보다 바람직한 상한은 0.018％이다.
<B:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Nb:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상>
선박용 강재에서는 적용하는 부위에 따라서 가일층의 고강도화가 필요한 경우가 있다. 그리고 B, V 및 Nb는 가일층의 강도 향상에 유용한 원소이다.
B는 강재의 켄칭성을 향상시켜 강도 향상에 기여한다. 이 효과를 충분히 발휘시키기 위해 B 함유량은, 바람직하게는 0.0001％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0003％ 이상이다. 그러나 B 함유량이 과잉이 되면, 모재 인성이 열화된다. 따라서 함유시키는 경우의 B 함유량의 상한을 0.01％로 정하였다. 이 바람직한 상한은 0.009％이다.
강도 향상을 위해 V 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이상, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상이다. 그러나 V 함유량이 과잉이 되면 강재의 인성 열화를 초래한다. 따라서 함유시키는 경우의 V 함유량의 상한을 0.5％로 정하였다. 이 바람직한 상한은 0.45％이다.
강도 향상을 위해 Nb 함유량은, 바람직하게는 0.003％ 이상, 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 그러나 Nb 함유량이 과잉이 되면 강재의 인성 열화를 초래한다. 따라서 함유시키는 경우의 Nb 함유량의 상한을 0.5％로 정하였다. 이 바람직한 상한은 0.45％이다.
본 발명은 화학 성분뿐만 아니라, 강재의 마이크로 조직을 적정하게 제어함으로써, 강재의 내식성(특히, 내간극 부식성)을 한층 더 향상시키고 있는 것을 특징으로 한다. 이하에서는, 본 발명의 강재의 마이크로 조직에 대해 설명한다.
본 발명자들이 선박용 강재의 내식성을 높이기 위해 검토를 거듭한 결과, 특히 국부 부식이나 간극 부식의 억제를 위해 압연면과 평행인 단면의 조직뿐만 아니라, 압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면(이하, 단순히「압연면과 수직인 단면」이라고 하는 경우가 있음)의 조직에도 착안하였다. 강재의 각 단면의 마이크로 조직에 착안한 것은, 가령 강재의 성분 조성이나 강재 조직을 제어하였다고 해도, 국부 부식이나 간극 부식이 발생한 경우에는, 압연면에 대해 평행인 면과 수직인 면이 동시에 부식 환경에 노출되는 것과 같은 경우가 발생하여, 각 면의 강재 조직을 제어하지 않으면, 원하는 내식성이 발현되지 않을 우려가 있기 때문이다. 그리고 본 발명자들은,
압연면과 수직인 단면에 있어서, 페라이트 조직을 주체로 하는 동시에, 펄라이트 조직의 면적률을 전체 조직에 대해 10％ 이하로 하고,
압연면과 수직인 단면에 있어서, 어스펙트비가 2 이상인 펄라이트 조직의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율을 40％ 이상으로 하고,
압연면과 평행인 단면에 있어서의 평균 펄라이트 면적률의 값으로부터, 압연면과 수직인 단면에 있어서의 평균 펄라이트 면적률의 값을 뺀 차를 8％ 이하로 함으로써, 충분히 우수한 내식성(특히, 내간극 부식성)을 발휘하는 선박용 강재를 실현할 수 있는 것을 발견하였다. 이하, 이들의 각 조직에 대해 차례로 설명한다.
<압연면과 수직인 단면에 있어서, 페라이트 조직을 주체로 하는 동시에, 펄라이트 조직의 면적률이 전체 조직에 대해 10％ 이하>
펄라이트 조직은 페라이트 조직에 비해 부식되기 쉽기 때문에, 페라이트 조직을 주체로 할 필요가 있다. 여기서「페라이트 조직이 주체」라 함은, 페라이트 조직의 면적률이 전체 조직에 대해 50％ 이상인 것을 의미한다. 페라이트 조직의 면적률은, 바람직하게는 70％ 이상이다. 또한, 펄라이트 조직의 면적률은, 10％ 이하, 바람직하게는 8％ 이하이다.
압연면과 수직인 단면에 있어서의 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 면적률의 측정법은, 이하와 같다 : 우선 강재의 압연면과 수직인 단면(압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면)을 잘라내고, 그 단면에 경면 연마(예를 들어, 다이아몬드 페이스트 1㎛ 정도까지)를 실시하고, 계속해서 그 단면을 질산 알코올 용액(나이탈액) 등의 에칭 용액에 의해 부식시켜 관찰용 샘플을 제작한다. 이 관찰용 샘플로 판 두께의 중앙부에 대응하는 20시야를, 광학 현미경(관찰 배율 100배, 관찰 면적 0.90㎜×0.70㎜)으로 관찰한다. 그리고 각 관찰 부위의 전체 조직에 대한 페라이트 조직의 면적률 및 펄라이트 조직의 면적률을 화상 해석으로 구한다. 그리고 20시야의 평균값을, 각각 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 면적률로 한다.
<압연면과 수직인 단면에 있어서, 어스펙트비가 2 이상인 펄라이트 조직의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율이 40％ 이상>
본 발명의 선박용 강재는, 압연면과 수직인 단면(압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면)에 있어서, 어스펙트비가 2 이상인 펄라이트 조직(층상 펄라이트 조직)의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율이 40％ 이상인 것을 특징 중 하나로 한다. 본 발명의 강재에서는, 페라이트 조직 중에 펄라이트 조직이, 압연면과 평행인 방향으로 연신된 상태로 분산되어 있다(도 1). 그로 인해, 본 발명의 강재에서는 페라이트에 비해 부식되기 쉬운 펄라이트가, 압연면과 평행, 또한 층상으로 존재하기 때문에, 강재 표면(압연면)으로부터의 펄라이트의 부식의 진행이 페라이트에 의해 억제되어, 내식성이 향상된다. 한편, 종래의 강판은, 도 2에 도시하는 바와 같이 펄라이트가 괴상으로 존재하기 때문에, 펄라이트의 부식이 억제되지 않아, 내식성이 열화된다. 층상 펄라이트 조직의 면적 비율은, 바람직하게는 50％ 이상이다.
압연면과 수직인 단면에 있어서의 층상 펄라이트 조직의 면적 비율의 측정법은, 이하와 같다 : 상기와 마찬가지로 하여 관찰용 샘플을 제작한다. 이 관찰용 샘플로 판 두께의 중앙부에 대응하는 20시야를, 광학 현미경(관찰 배율 400배, 관찰 면적 0.23㎜×0.18㎜)으로 관찰한다. 그리고 화상 해석에 의해, 각 펄라이트의 어스펙트비(= 압연면과 대략 평행인 입자의 장축의 길이/장축에 수직인 축의 길이) 및 어스펙트비가 2 이상인 층상 펄라이트 조직의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율을 구한다. 이 20시야의 평균값을, 층상 펄라이트 조직의 면적 비율로 한다.
<압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률로부터, 압연면과 수직인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률을 뺀 차가 8％ 이하>
본 발명의 선박용 강재는, (압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률) - (압연면과 수직인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률) ≤ 8％인 것을 특징 중 하나로 한다. 이 차는, 바람직하게는 6％ 이하이다. 국부 부식이나 간극 부식의 부분에서는, 강재 표면(압연면)에 대한 평행면 및 수직면이 부식 환경에 노출된다. 이때 2개의 면의 펄라이트 조직의 면적률의 차가 크면, 매크로 전지가 형성되기 쉬워, 국부 부식 및 간극 부식이 더욱 조장되는 경향이 있다(도 3). 그로 인해, 2개의 단면의 펄라이트 면적률의 차를 작게 제어함으로써, 국부 부식이나 간극 부식에 대한 내식성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
「압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률」및「압연면과 수직인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률」은 각각, 각 단면에 있어서의 전체 조직에 대한 펄라이트 면적률을 의미한다. 압연면과 수직인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률의 측정법은, 상기한 바와 같다. 또한, 압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률의 측정법은, 이하와 같다. : 우선 강재의 강재 표면(압연면)의 밀스케일을 연삭한 샘플을 준비한다. 이 연삭면에 경면 연마(예를 들어, 다이아몬드 페이스트 1㎛ 정도까지)를 실시하고, 계속해서 질산 알코올 용액(나이탈액) 등의 에칭 용액에 의해 부식시켜 관찰용 샘플을 제작한다. 이 관찰용 샘플의 연삭면의 20시야를, 광학 현미경(관찰 배율 100배, 관찰 면적 0.90㎜×0.70㎜)으로 관찰한다. 그리고 각 관찰 부위의 전체 조직에 대한 펄라이트 조직의 면적률을 화상 해석으로 구한다. 그리고 20시야의 평균값을, 압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 면적률로 한다.
<강재의 제조 방법>
본 발명의 선박용 강재는, 이하의 방법으로 제조할 수 있다.
우선 전로, 전기로로부터 레이들에 출강(出鋼)한 용강에 대해, 성분 조정·온도 조정을 포함하는 2차 정련을 RH(Ruhrstahl-Heraeus) 진공 탈가스 장치로 행하여, 강재 중의 S량을 0.01％ 이하까지 저감한다. S량을 충분히 저감하지 않으면, 개재물로서 MnS가 강재 중에 많이 생성되고, MnS를 기점으로 하여 괴상 펄라이트 조직이 많이 형성되어, 층상 펄라이트 조직이 얻어지기 어려워진다. 또한, S량이 많으면, 전체 펄라이트 조직의 양도 많아진다.
2차 정련 공정에 있어서는, 필요에 따라서 LF(Ladle Furnace)에 의한 탈S 처리 등, RH 이외의 장치에 의한 처리를 부가해도 좋다. 2차 정련 후, 연속 주조법이나 조괴법(造塊法) 등의 통상의 주조 방법으로 강괴로 한다. 2차 정련에 있어서의 탈산 형식으로서는, 기계 특성이나 용접성의 관점에서 킬드강(특히, Al 킬드강)을 이용하는 것이 권장된다.
계속해서 얻어진 강괴를 1100 내지 1200℃의 온도 영역으로 가열한 후 열간 압연을 행하여, 원하는 치수 형상으로 한다. 이때 열간 압연의 종료 온도는 680 내지 780℃로 하고, 열간 압연 종료 후로부터 500℃까지의 냉각 속도를 0.1 내지 10℃/s의 범위로 제어한다. 강괴의 가열 온도나 열연 종료 온도가 높으면, 페라이트의 결정립이 커져, 단위 면적당의 입계가 적어진다. 그 결과, 냉각시에 석출되 는 펄라이트는 조대해져, 압연면의 수직 단면에 있어서의 펄라이트 면적률이 커진다. 또한, 냉각 속도가 빠르면, 베이나이트나 마르텐사이트 등의 펄라이트 이외의 조직이 형성되기 쉬워진다. 그 결과, 층상 펄라이트 조직이 감소하고, 또한 압연면과 평행인 단면과 수직인 단면의 펄라이트의 면적률의 차가 커진다.
<방식법의 병용>
본 발명의 선박용 강재는, 도장이나 전기 방식 등을 실시하지 않아도, 우수한 내식성을 발휘할 수 있다. 그러나 필요에 따라서, 본 발명의 선박용 강재에, 후기 실시예에 나타내는 변성 에폭시 수지 도료 또는 그 밖의 대표적인 중방식 도장, 징크리치 페인트, 숍 프라이머, 전기 방식 등의 방식법을 실시해도 좋다. 후기 실시예에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 선박용 강재는 도장막 자체의 내식성(도장 내식성)도 양호하다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니며, 상기·하기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
<강재의 제작>
표 1 및 표 2에 나타내는 화학 성분 조성의 강재를 전로에서 용제하고, 2차 정련을 행하여 S량을 조정한 후, 연속 주조법에 의해 슬래브를 제작하였다. 계속해서 이 슬래브에, 표 3에 나타내는 조건으로 열간 압연을 실시하여 각종 강재를 제작하였다.
<강재의 조직>
제작한 각종 강재에 대해, 압연면과 수직인 단면에 있어서의 페라이트 조직의 면적률, 펄라이트 조직의 면적률, 및 압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 조직의 면적률로부터 압연면과 수직인 단면에 있어서의 펄라이트의 면적률을 뺀 차를, 상술한 방법에 의해 측정하였다. 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4에서는, 층상 펄라이트의 면적 비율이 40％ 이상인 것은 ○로, 40％ 미만인 것에는 ×의 판정도 기입하고 있다.
Figure 112009071944581-PAT00002
Figure 112009071944581-PAT00003
Figure 112009071944581-PAT00004
Figure 112009071944581-PAT00005
<부식 시험>
(1) 시험편의 제작
내전면 부식성 및 부식 균일성을 조사하기 위한 시험편으로서, 얻어진 강재를 절단 및 표면 연삭함으로써, 최종적으로 100㎜×100㎜×25㎜의 크기의 시험편 A를 제작하였다. 시험편 A의 외관 형상을 도 4에 나타낸다.
내간극 부식성을 조사하기 위한 시험편으로서, 큰 시험편(100㎜×100㎜×25㎜)에 4개의 작은 시험편(20㎜×20㎜×5㎜)을 부착하여, 간극부를 형성한 시험편 B를 제작하였다. 각 시험편 B의 큰 시험편 및 작은 시험편은, 동일한 화학 성분 조성의 강재를 사용하고, 모두 표면 연삭(표면 마감)을 실시하였다. 작은 시험편의 중심에 5㎜φ의 구멍을 형성하고, 큰 시험편에 나사 구멍을 형성하여, M4 플라스틱제 나사로 고정함으로써, 이들을 부착하였다. 시험편 B의 외관 형상을 도 5에 도시한다.
도장 내식성을 조사하기 위한 시험편으로서, 100㎜×100㎜×25㎜의 크기의 시험편에 평균 두께 250㎛의 변성 에폭시 수지 도장[하도(下塗) : 징크리치 프라이머]을 전면에 실시하고, 이 도막에 소지 사이에 도달하는 컷트 흠집(길이 : 100㎜, 폭 : 약 0.5㎜)을 커터 나이프로 형성하여, 시험편 C를 제작하였다. 시험편 C의 외관 형상을 도 6에 도시한다.
(2) 부식 시험 방법 A(해양 모의 환경)
선박이 노출되는 해양 환경을 모의하여, 해수 분무 시험과 항온 항습 시험의 반복에 의한 복합 사이클 부식 시험을 행하였다. 해수 분무 시험에서는, 수평으로부터 60°의 각도로 기울여 시험편 A 내지 C를 시험조 내에 설치하고, 35℃의 인공 해수(염수)를 안개 형상으로 분무시켰다. 염수의 분무는 항시 연속해서 행하였다. 이때 시험조 내에 있어서, 수평으로 설치한 면적 80㎠의 원형 접시에 1시간당 1.5±0.3mL의 인공 해수가 임의의 위치에서 채취되는 것과 같은 분무량으로 미리 조정하였다. 항온 항습 시험은, 온도 : 60℃, 습도 : 95％로 조정한 시험조 내에, 각 시험편을 수평으로부터 60°의 각도로 기울여 설치하여 행하였다. 해수 분무 시험 : 4시간, 항온 항습 시험 : 4시간을 1사이클로 하여, 이들을 교대로 행하여 각 시험편을 부식시켰다. 토탈의 시험 시간은 6개월간으로 하였다. 이 부식 시험 방법에서는, 시험편 A 내지 C를, 각각 5개씩 이용하였다.
(3) 부식 시험 방법 B(원유 탱크 모의 환경)
원유 탱크 환경을 모의하여, 시험편 A 내지 C를, 원유 탱커로부터 채취한 원유 슬러지와 효고현 가코가와시에서 채취한 천연 해수를 체적비로 1:1로 혼합한 원유 모의 용매에 침지하고, 시험조 내에는 분압비로 5％O2-0.5％H2S-10％CO2(잔량부 N2)의 혼합 가스를 도입하였다. 시험 기간은 1년간이다. 이 부식 시험 방법에서는, 시험편 A 내지 C를, 각각 5개씩 이용하였다.
(4) 내식성의 평가
부식 시험 방법 A(해양 모의 환경)에서는 표 5에 나타내는 판정 기준으로, 부식 시험 방법 B(원유 탱크 모의 환경)에서는 표 6에 나타내는 판정 기준으로, 이하와 같은 방법으로 내전면 부식성, 부식 균일성, 내간극 부식성 및 도장 내식성을 평가하였다. 이들의 결과를 표 7에 나타낸다.
(4-1) 내전면 부식성 및 부식 균일성(시험편 A)
시험편 A의 시험 전후의 질량 변화를 평균 판 두께 감소량 D-ave(㎜)로 환산하고, 시험편 5개의 평균치를 산출하여, 내전면 부식성을 평가하였다. 또한, 촉침식 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 시험편 A의 최대 침식 깊이 D-max(㎜)를 구하고, 평균 판 두께 감소량{D-ave(㎜)}으로 규격화하여(즉, D-max/D-ave를 산출하여), 부식 균일성을 평가하였다. 또한, 시험 후의 질량 측정 및 판 두께 측정은, 구연산수소2암모늄 수용액 중에서의 음극 전해법(JISK8284)에 의해 철녹 등의 부식 생성물을 제거하고 나서 행하였다.
(4-2) 내간극 부식성(시험편 B)
시험편 B의 간극부(접촉면)를 육안으로 관찰하여, 간극 부식의 유무를 조사하였다. 간극 부식이 확인되는 경우에는, 시험편 A와 동일한 방법으로 음극 전해법에 의해 부식 생성물을 제거하고 나서, 촉침식 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 최대 간극 부식 깊이 D-crev(㎜)를 측정하여, 내간극 부식성을 평가하였다.
(4-3) 도장 내식성(시험편 C)
시험편 C의 컷트 흠집에 수직 방향의 도막 팽창 폭을 버니어캘리퍼스로 측정하고, 시험편 5개의 최대값인 최대 팽창 폭으로부터 도장 내식성을 평가하였다.
Figure 112009071944581-PAT00006
Figure 112009071944581-PAT00007
Figure 112009071944581-PAT00008
표 7의 결과에 나타내어져 있는 바와 같이, 부식 시험 방법 A 및 B의 어떠한 경우라도, 본 발명의 조직 요건을 만족하지 않는 강재 No.2 내지 5는, 강재 No.1(종래 강)에 비해 어느 부식 시험에서도 내전면 부식성은 약간 개선되어 있지만, 부식 균일성(국부 부식) 및 내간극 부식성에서는 개선이 확인되지 않는다. 이에 대해, 본 발명의 성분 및 조직 요건을 만족하는 강재 No.6 내지 27은, 모두 내식성이 우수하다. 또한, 본 발명의 선박용 강재에 Zr, Mg 등의 내식성 향상 원소를 함유시킴으로써, 내식성이 한층 더 향상된다.
도 1은 본 발명의 선박용 강재의 압연면(강재 표면)과 수직인 단면을 도시하는 모식도.
도 2는 종래의 강재의 압연면과 수직인 단면을 도시하는 모식도.
도 3은 압연면에 대한 평행면 및 수직면의 조직의 차이에 의한 매크로 전지의 형성 및 공식 진전을 도시하는 모식도.
도 4는 부식 시험에 이용한 시험편 A의 외관 형상을 도시하는 설명도.
도 5는 부식 시험에 이용한 시험편 B의 외관 형상을 도시하는 설명도.
도 6은 부식 시험에 이용한 시험편 C의 외관 형상을 도시하는 설명도.

Claims (8)

  1. C:0.01 내지 0.3％(질량％의 의미, 성분 조성에 대해 이하 동일),
    Si:0.01 내지 2％,
    Mn:0.01 내지 2％,
    Al:0.005 내지 0.1％,
    S:0.010％ 이하,
    Cu:0.01 내지 5％,
    Ni:0.01 내지 5％,
    Cr:0.01 내지 5％,
    Ti:0.005 내지 0.2％, 및
    Ca:0.0005 내지 0.02％
    를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재이며,
    압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서, 페라이트 조직을 주체로 하는 동시에, 펄라이트 조직의 면적률이 전체 조직에 대해 10％ 이하이고,
    압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서, 어스펙트비가 2 이상인 펄라이트 조직의 전체 펄라이트 조직에 대한 면적 비율이 40％ 이상이고,
    압연면과 평행인 단면에 있어서의 펄라이트 조직의 면적률로부터, 압연면과 수직이며 압연 방향을 따른 단면에 있어서의 펄라이트의 면적률을 뺀 차가 8％ 이하인 것을 특징으로 하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  2. 제1항에 있어서, Zr 및/또는 Hf를 합계 0.2％ 이하(0％를 포함하지 않음) 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  3. 제1항에 있어서, Mg, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음) 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  4. 제2항에 있어서, Mg, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음) 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  5. 제1항에 있어서, B:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Nb:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  6. 제2항에 있어서, B:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Nb:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  7. 제3항에 있어서, B:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Nb:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
  8. 제4항에 있어서, B:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Nb:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는, 내식성이 우수한 선박용 강재.
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