KR20160075746A

KR20160075746A - 해양응용을 위한 내식스틸

Info

Publication number: KR20160075746A
Application number: KR1020167014023A
Authority: KR
Inventors: 앤느 파고트
Original assignee: 아르셀로미탈 커머셜 알피에스 에스.에이.알.엘.
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2016-06-29
Also published as: EA018178B1; IL206086A; EP2231892A1; EP2231892B1; EG27091A; EP2072630A1; DK2231892T3; UA102382C2; BRPI0819481A2; WO2009080714A1; SI2231892T1; KR20100099733A; PL2231892T3; EA201001004A1; CN101903550A; US20100266440A1; TW200936783A; CA2708177A1; ES2642904T3; LT2231892T

Abstract

본 발명의 스틸은 주로 해양응용에 대한 것으로 탄소: 0.05 - 0.20 중량%; 실리콘: 0.15 - 0.55 중량%; 망간: 0.60 - 1.60 중량%; 크롬: 0.75 - 1.50 중량%; 알루미늄: 0.40 - 0.80 중량%; 니오븀 및/또는 바나듐: 0.01 ≤ [Nb] + [V] ≤ 0.60 중량% ; 황: 0.045 이하 중량%; 및 인: 0.045 중량% 이하.

Description

해양응용을 위한 내식스틸 {CORROSION RESISTANT STEEL FOR MARINE APPLICATIONS}

본 발명은 일반적으로 내식스틸 및 내식스틸 제품에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 해양응용분야에의 적용을 위한 제품의 내식 스틸에 관련되어 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 이러한 제품은 그 중에서도 널말뚝(sheet piling), 지지말뚝(bearing piles), 결합된 벽(combined wall) 등 바닷물에 잠겨 사용하는 것을 포함한다.

20세기 초 이후 강널말뚝은 부두와 항구 및 수문과 방파제의 건설, 육상과 수중에서의 수로뿐 아니라 강둑의 보호, 그리고 일반적으로 교량 받침, 지지벽 및 기반 구조물 등의 수로작업에 사용되어왔다.

평널말뚝벽(plain sheet pile) 뿐만 아니라 널말뚝은 구부림에 대하여 고저항을 갖는 깊은 안벽(quay walls)의 건설을 위한 결합된 벽(혹은 콤비-벽)을 제작하기 위하여 엄지말뚝(king pile)간의 충전방식의 흙막이(sheeting)로써 쉽게 사용될 수 있다. 엄지말뚝은 일반적으로 H형강(wide flange beams) 또는 냉간 성형 용접강관(cold formed welded tube)이다. 충전 흙막이는 서로 맞물려있는 막대(커넥터)에 의하여 엄지말뚝에 연결되어 있다.

*강널말뚝벽 및 더욱 일반적으로 스틸 콤비-벽의 설계는 토양, 물 및 과적으로부터 가해지는 힘을 포함하여 작용하는 하중에 의하여 결정된다. 강널말뚝 및 강관과 같은 구조적 요소의 기계적 성능이 상기와 같은 매개변수이다.

콤비-벽 설계에서 고려되어야 할 다른 중요한 면이 내구성이다. 강널말뚝 구조물의 수명은 환경요인에 의하여 확실히 강하게 영향을 받을 것이다. 해양 환경에서 상기의 작용인 부식은 구조물의 장기간 수명을 고려하는데 가장 중요한 요인 중에 하나임은 알려져 있다.

실제로, 염소는 해양환경에서 부식 과정을 촉진하는 것이 밝혀졌고, 스틸에 대한 더 적극적인 공격의 주요한 이유이다. 바람과 파도는 전기-화학적 반응을 위하여 산소와 수분을 제공하고, 마모는 어떠한 녹방지 필름도 제거할 수 있다. 하지만 모든 염수환경이 스틸에 대하여 위험할 정도로 공격적이지는 않다는 것이 알려져 있고, 말뚝 구조물의 높이에 따라 모든 부분이 같은 속도로 공격받는 것은 아니다.

사실, 널말뚝벽의 바다쪽 면은 6가지 부분인 공기, 스플래쉬(splash)(만조 바로 위의 대기 부분), 조수부, 간조부, 침적부 및 토양부에 노출된다. 이러한 부분의 각 부식율은 상당히 다양하다. 일반적으로, 연안 해양환경에서의 강널말뚝은 스플래쉬(평균을 초과하는 만조) 및 간조(평균 미만의 간조) 부분에서 부식율이 가장 높고, 상기 구조물에 있어서 공기 및 토양 부분에서 부식율은 무시할 수 있을만함을 실험에서 보여준다.

해양환경에서 부식의 효과는 예비 희생스틸(sacrificial steel reserve) 및/또는 보호방법(페인팅, 음극화보호)에 의하여 보장될 수 있다. 하지만 보호 페인팅 또는 콘크리트 층은 스틸 구조물이 침적되지 않은 부분에만 적용될 수 있다.

또한 탄소강에 대한 특정한 합금 요소의 첨가는 몇몇의 환경에서 향상된 성능을 제공한다. 일찍이 1913년, 스틸 산업에 의한 실험적인 작업은 소량의 구리가 탄소 스틸의 공기의 내부식성을 향상시키는 것을 보여주었다.

1960년대, 이른바 “마리너(Mariner)” 등급이 개발되었고, 오늘날 해양환경에 대하여 강널말뚝을 위한 탄소강의 대체용품으로 잘 알려져 있다. ASTM 기준 A690은 고강도 저합금강 (high strength, low alloy)(HSLA)의 화학적 구조를 주고 있으며, 전형적인 탄소구조강(carbon structural steel) 보다 높은 농도의 구리 (0.08-0.11 중량%), 니켈 (0.4-0.5 중량%) 및 인 (0.08-0.11 중량%)을 포함한다. 실험은 전형적인 탄소구조강보다 스플래쉬 부분에 노출된 해양구조물에서 바닷물 부식에 대하여 상당히 향상된 내식성을 보여주었다.

또한 해양환경에서 스틸 부식에 관련된 코러스(Corus UK) 사는 해양응용을 위한 널말뚝 제품을 위한 CrAlMo 내식 스틸과 관련하여 2002년 9월 12일자로 특허출원하고 GB2392919로 공개되었다. 상기 공개된 발명의 스틸 조성은 게시되어있다 : 탄소 0.05 - 0.25 (중량%); 실리콘 0.60 (중량%) 이하; 망간 0.80 - 1.70 (중량%); 크롬 0.75 - 1.50 (중량%); 몰리브덴 0.20 - 0.50 (중량%); 알루미늄 0.40 - 0.80 (중량%); 티타늄 0.05 (중량%) 이하; 인 0.045 (중량%) 이하; 황 0.045 (중량%) 이하; 나머지는 철 및 부수 및/또는 잔여 불순물. 코러스사에 의하여 수행된 목적은 용접할 수 있는 내식성 스틸을 제공하는 것이었고, 그것은 해수에 대하여 특히 저항성이 있으며 다음과 같은 기계적 특성을 갖는다:

- 최소 약 355 MPa의 항복 응력

- 최소 약 480 Mpa의 인장 강도

- 0 ℃의 실험 온도에서 최소 27 J의 샤피 흡착 충격 에너지

불행하게도, 널말뚝 제품을 위해 고안된 이 CrAlMo 스틸은 몇 가지 충분하지 못한 기계적 특성 뿐 아니라 연속적인 캐스팅 공정에서 초기 어려움에 직면하였기 때문에 산업적 규모로 결코 제조될 수 없었다. 더구나, 상기 스틸에 대하여 본 발명의 출원인에게 알려진 실험결과는 주장되었던 기계적 성능에 도달할 수 없었다. 특히, 상기의 CrAlMo 스틸은 낮은 인성과 연성을 보였다.

과거에 다양한 연구와 실험이 저합금강(low alloy steels)의 내식성에 대한 합금 원소의 효과를 결정하기 위하여 수행되었다는 것은 잘 알려져 있다. 하지만 전반적으로 그러한 연구의 입안자들은 특정한 합금원소의 효과에서 주어진 부식 부분 및 주어진 기간에 걸쳐 몇 가지 경향을 관찰할 수 있었으나, 결론은 항상 중도적이었다. 게다가 모순적인 결과가 많다.

일반적인 법칙에 따라, 해양환경에서 스틸의 내식성과 합금 원소 사이의 관계는 해양환경의 변화에서 상당히 다르다는 것을 명심해야만 한다. 당업계에 알려진 바와 같이, 스플래쉬와 침적 부분에서 부식방지 스틸에 대하여 같은 합금 원소의 효과는 명확히 다를 수 있다. 사실, 주어진 합금 원소는 한 개의 부분에서 스틸의 내식성을 향상시키나, 다른 부분에서는 그렇지 않거나 심지어는 다른 부분에서 부식속도를 가속시킨다. 게다가, 예를 들어 크롬의 증가는 초기에는 내식성을 향상시킬 수 있으나, 일정한 시간 후의 상태는 반대로 된 것이 관찰되어 왔다. 또한 몇 가지 상승적 효과가 합금하는 원소들 사이에 존재할 수 있을 것이며, 그러한 상승적 효과는 농도를 따르게 되지만, 일반적으로 농도에 대하여 선형적으로 변하는 것은 아니다.

금속 구조물이 받을 수 있는 부식의 다른 형태는 이른바 "전식(galvanic corrosion)"이라는 것이다. 전식은 전해액에서 더 불활성인 금속과 전기적 접촉으로 인하여 금속의 부식을 가속화시키는 것으로 정의된다. 해수의 더 높은 전기전도도는 금속구조에서 발견될 수 있는 다른 2가지 형태의 금속에서 그러한 부식의 형태를 가능하게 한다. 그러므로 콤비-벽을 설계할 때, 주의할 점은 비조질강(micro-alloyed steel)으로 만들어진 것과 탄소강 구조원소를 연관 지어서는 안 된다는 것이다.

최근에 들어, 미생물 부식(MIC, microbiologically influenced corrosion)과 같은 일반적으로 명시된 부식의 원인이 관심을 끌고 있다. 실제로, 국부적인 부식의 형태가 해양환경에서의 스틸 구조물에 대하여 간조 부분에서 발생하고 있음이 증명되었다. 이러한 현상은 가속화된 간조 부식(ALWC, Accelerated Low Water Corrosion)으로서 알려져 있으며, 극도로 높은 부식속도에 대한 원인이기도 하다.

상기로부터 해양환경에 콤비-벽을 건설함에 있어서 고려되어야 할 많은 요인들이 나타났다. 다른 구조적 원소를 위하여 선택된 스틸은 바람직한 기계적 성능을 만족시켜야 하지만, 그와 동시에 해수에 대하여 향상된 내식성을 갖는 스틸이 바람직할 수 있다는 것이다.

특정 합금 원소의 첨가는 내식성을 향상시키기 위하여 도움을 줄 수 있지만, 이에 의하여 기계적 특성이 악화되서는 안된다. 탄소강을 합금하는 것은 바람직한 강도 및 인성을 달성하기 위하여 주의 깊게 수행되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 부분에서 부식을 가속화시키지 않는 반면, 지지대 용접능과 제품의 가격을 염두에 둬야 한다.

실제로, 해양환경에서 스틸의 심각한 부식은 1950년대 이후 중요한 문제로 인식되어 왔음에도 불구하고, 오늘 날 해양 환경에서 사용하는 널말뚝과 강관을 위한 강널말뚝의 대다수는 일반 탄소강으로 제조되어 왔다는 것을 주목해야 한다.

본 발명의 목적은 특히 해수에 대하여 향상된 내식성을 제공하고 해양환경에서 콤비벽과 다른 구조물의 건축에 관련된 스틸 제품의 적절한 기계적 성능을 갖춘 내식 스틸을 제공하는 것이다.

본 발명은 탄소: 0.05 ~ 0.20 중량%; 실리콘: 0.15 ~ 0.55 중량%; 망간: 0.60 ~ 1.60 중량%; 크롬: 0.75 ~ 1.50 중량%; 알루미늄: 0.40 ~ 0.80 중량%; 니오븀 및/또는 바나듐: 0.01 ≤ [Nb] + [V] ≤ 0.60 중량%; 황: 0.045 중량% 이하; 및 인: 0.045 중량% 이하를 포함하는 스틸로 열연환경에서 미세구조를 갖는 스틸을 제공한다.

본 발명에 따른 스틸은 해수에 대하여 향상된 내식성을 가지고 있어 침적부분에서 부식율이 작다.

실제로 본 발명은 강널말뚝 구조물과 더 일반적으로는 해양환경에서 스틸 콤비-벽의 수명을 향상시키고 유지관리를 간단히 하기 위한 아이디어에서 시작되었으며, 다른 구조적 요소를 제조하는데 적합한 단일 스틸 (화학적) 구조는 배제하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련하여 콤비-벽은 다른 기준을 적용한 강관 및 강널말뚝으로부터, 통상적으로 제조된다는 것을 기억해야 하고, 이는 구조적 요소의 화학적 조성에서 다양한 요구사항을 함축한다.

강관 또는 H형강과 같은 구조적 요소를 제조하기 위하여 동일한 스틸을 사용할 경우, 콤비-벽의 강널말뚝과 커넥터가 서로 연결된 구조적 구성들 사이에서 전식의 문제를 완화시킨다. 더 나아가, 부식이 같은 부분의 구조물에 대하여 균일하게 진행될 것이다.

특히 유지관리와 관련하여, 본 발명자들은 침적부분에서 최소한 향상된 내식성을 갖는 스틸 조성을 개발하는 것이 목적이었다. 이것은 콤비-벽 또는 널말뚝벽의 유지관리를 용이하게 하기 위한 것으로 결정되었다. 실제로, 스틸 구조물의 잠긴 부분의 유지관리는 대기 또는 스플래쉬 부분, 항상 물에 잠겨 있는 부분에서 보다도 확실히 덜 용이하다.

그러한 스틸 개발의 어려움은 이와 같이 매개변수의 합이 고려되어야 하고, 게다가 다른 경로로 제조되어 온 강널말뚝 및 강관, 그들 각각의 제조방법, 특히 그들이 다룰 수 있는 스틸 조성에 관련한 시설 및 노하우가 고려되어야 한다. 본 발명이 발명되는 동안, 발명자들은 다양한 매개변수에 대하여 고려하였다 : 기계적 성능(강도와 연성, 미세구조); 특히 해수에서 내식성; 용접성; 스틸 조성이 오랫동안 그리고 균일한 제품을 위한 생산 경로에 사용하기에 적합해야하는 산업적 용이성; 마지막으로 비용.

본 발명에 따르면, 스틸은 철 및 하기의 물질을 포함한다:

탄소: 0.05 - 0.20 중량%;

실리콘: 0.15 - 0.55 중량%;

망간: 0.60 - 1.60 중량%;

크롬: 0.75 - 1.50 중량%;

알루미늄: 0.40 - 0.80 중량%;

니오븀 및/또는 바나듐: 0.01 ≤ [Nb] + [V] ≤ 0.60 중량%;

황: 0.045 중량% 이하; 및

인: 0.045 중량% 이하.

바람직하게는 나머지는 철과 부수적인 및/또는 잔여 불순물일 것이다. 하지만 스틸은 다른 원소를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 비조질강(micro-alloyed steel)은 특히 해수에 대하여 향상된 내식성, 바꾸어 말하면 침적 부분에서 부식율이 감소되는 것으로 평가된다. 침적부분에서 향상된 내식성은 침적된 지역이 페인트나 콘크리트 캡핑에 의하여 보호될 수 없기 때문에 유리하다.

이론에 반드시 한정되지는 않으나, 향상된 내식성은 침적 및 간조 부분에서 형성된 접착 및 치밀층(compact layer)에서 비롯되는 것일 수 있다. 이 층은 미세합금(micro alloying) 원소가 풍부하여 발생하고, 균일한 부식의 발생을 위하여 필요한 산소에 대하여 장벽으로 작용한다.

본 발명의 스틸 조성은 MIC에, 특히 ALWC에 대하여 향상된 내식성을 갖는 것을 확인하였다.

콤비-벽이 충격망치(impact hammer) 또는 진동식 항타기(vibrodriver)를 사용하여 땅에 박힐 때, 다양한 구성요소는 설치하는 동안 발생되는 응력에 대하여 저항해야 한다. 이와 관련하여, 본 발명의 스틸의 더 유리한 면이 높은 응력 레벨(파단A 에서 연신에 의하여 변환된)에서 인성 및 연성이라는 것을 알게 될 것이다.

이 향상된 내식성은 기계적 성능을 희생시키지 않으며, 하기 성능이 얻어질 수 있다 :

- 강널말뚝에 대한 최소 항복응력은 약 355 Mpa 이고, 강관에 대해서는 400 Mpa;

- 강널말뚝에 대한 최소 인장강도는 480 Mpa이고, 강관에 대해서는 500 Mpa이다.

더구나, 0 ℃에서 27J의 최소 파괴인성은 본 조성으로 보장될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 스틸은 EN10248-1에 따른 S355GP 등급의 최소 기계적 성능을 갖는 강널말뚝(다시 말하면 U, Z 또는 H 엄지말뚝)을 제조하는 것을 가능하게 한다. 또한 API 5L 기준에서 EN 10219-1 또는 X60의 S420MH 등급의 최소 기계적 성능을 갖는 강관을 제조하는 것을 가능하게 한다.

상기 합금하는 원소의 바람직한 농도는 : 탄소 0.06 - 0.10 중량%; 실리콘: 0.16 - 0.45 중량%; 망간: 0.70 - 1.20 중량%; 크롬: 0.80 - 1.20 중량%; 알루미늄: 0.40 - 0.70 중량%; 니오븀 및/또는 바나듐: 0.01 ≤ [Nb] + [V] ≤ 0.20 중량%; 황: 0.008 중량% 이하; 인: 0.020 중량% 이하이다.

이론에 반드시 한정되지는 않으나, 몇 가지 설명이 몇 가지 원소의 선택 및 그들 각각의 양에 따라 주어질 수 있다.

본 발명의 스틸 조성은 침적 부분에서 내식성을 향상시키는 크롬 및 알루미늄의 상승적 효과에 기초를 두고 있다. 또한 상기 합금원소는 ALWC에 대하여 특히 효과적임을 증명한 것으로 알려졌다.

크롬이 강도에 기여하는 것은 알려져 왔으나, 본 발명에서는 주로 해수에 대한 내식성을 위하여 사용되었다. 크롬의 높은 농도는 상기 효과의 전환으로 이끄는 것으로 사료되고, 크롬의 양은 다른 원소 특히 알루미늄을 고려하여 선택되었다. 범위는 0.75 - 1.5 중량%로 선택되었다.

스틸을 제조하는 산업의 대부분에서 알루미늄은 탈산을 목적으로 소량 (0.05 중량% 이하) 사용되는 반면, 알루미늄은 본 발명에서 크롬과 함께 주요 합금 원소이다. 0.40 - 0.80 중량%로 높게 선택된 범위는 탄소강에 대하여 해수에 대한 부식 및 바이오 부식에 향상된 저항성을 가능하게 하는 크롬으로 바람직한 상승적 효과를 제공한다.

0.05 중량%의 최소 탄소 함량은 적절한 강도를 확보하기 위하여 선택되었다. 탄소의 상한은 스틸의 향상된 용접을 위하여 0.20 중량%로 고정되었다. 망간은 원소를 강하게 하는 효과적인 고용체(solid solution)인 것으로 알려져 있다. 0.60 - 1.60 중량%의 범위는 강도, 경화성 및 인성을 절충하여 선택되었다.

니오븀 및/또는 바나듐의 첨가는 침전을 경화시키고 결정립 미세화(grain refinement)를 야기하여, 열간압연 환경(hot-rolled condition)에서 더 높은 항복강도를 달성할 수 있게 한다. 니오븀 또는 바나듐은 단독으로 첨가될 수 있다. 낮은 탄소 함량(특히 0.10 중량% 미만)을 갖는 스틸에서 니오븀 및 바나듐의 결합된 사용은 펄라이트의 양을 감소시키고 인성, 연성 및 용접성을 향상시킨다.

몰리브덴은 본 발명의 스틸에 임의적으로 첨가될 수 있다. 몰리브덴의 첨가는 향상된 강도를 제공한다. 그럼에도 불구하고 몰리브덴의 지나치게 높은 양은 콤비-벽의 산업적 생산에서 많은 문제가 될 수 있다. 게다가, 몰리브덴의 효과는 침적 부분에서 내식성 향상과 관련하여 특히 효과적인 것으로 여겨지지 않았다. 그러므로 몰리브덴의 농도는 0.001 - 0.27 중량%가 되어야하고, 바람직하게는 0.10 중량%이다.

다른 임의적 합금 원소는 티타늄으로, 이는 질소 및 황을 침전시킬 수 있다. 부정적인 효과를 피하기 위해서, 티타늄의 바람직한 상한은 0.05 중량% 이고, 하한은 0.001 중량%로 설정된다.

이와 관련하여 본 발명의 스틸로부터 제조된 압연(long rolled) 제품의 향상된 마무리 작업을 위하여, 질소 함량은 바람직하게는 0.005 중량%를, 더 바람직하게는 0.004 중량%를 초과하지 않도록 제어한다. 이것은 몇 가지 특정한 환경하에서 캐스팅 동안 형성되어 표면 결함을 초래하는 질화알루미늄의 침전을 최소화한다. 당업자들에게 알려진 바와 같이, 다양한 수단이 질소의 상기 효과를 방지/억제하도록 알려진 첨가 원소(티타늄, 니오븀 및 바나듐은 질소에 대하여 특별한 친화도를 갖는다)와 함께 질소가 결합하거나/또는 연속 캐스팅(예를 들어 보호 흐름 등)동안 적절한 방법을 취하는 것으로써 이용될 수 있다.

본 발명에 부합되는 스틸 및 스틸 제품은 종래 스틸의 제조(용광로(shaft/blast furnace), 기본적인 산소 또는 전기 아크로) 및 가공(예를 들면 고온압연(hot rolling), 냉간 성형(cold forming)) 기술을 사용하여 제조될 수 있다.

스틸에서 특성 및 불순물의 농도는 스틸을 제조하는 경로에 따를 것으로 이해될 것이다. 용광로로부터의 스틸은 매우 순수하기는 하지만, 강널말뚝은 보통 전기 아크로에서 스틸(즉, 고철)을 시작한 것으로 제조된다. 후자의 경우, 구리, 니켈 또는 주석과 같은 원소가 상대적으로 높은 농도에서 잔여 원소로써 존재할 수 있다는 것이 당업자들에게 알려져 있다.

향상된 용접성을 위하여, 탄소당량값(CEV)이 바람직하게는 0.43 미만이 되어야 하고, CEV는 하기의 식에 따라 계산되었다 :

(상기 식에서 C, Mn, Cr , Mo . V, Ni , 및 Cu는 해당 합금성분의 함유량을 중량%로 나타낸 값임).

본 발명의 스틸 조성은 주로 페라이트와 펄라이트를 포함하는 미세구조의 스틸을 제조할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 특히 열연 강널말뚝을 위한 미세구조는 예를 들면 4 : 1 비율의 페라이트(주요 상)와 펄라이트를 포함한다.

GB2 392 919에 설명된 CrAlMo 스틸에 비교하면, 본 발명의 스틸은 실제로 산업적으로 제조될 수 있으며 기계적 성능이 뛰어나다. 특히, 최신 설계 방법(극한한계상태에 기반한)에 의하여 요구되는 것과 같은 높은 응력(인장 테스트에서 연신으로 표현되는)에서 상당한 연성을 갖는다. 본 발명자는 알루미늄과 크롬을 주 합금 원소로 사용하여 좋은 내식성을 가지며 향상된 기계적 성능을 갖는 스틸을 개발하였으며, GB2 392 919는 3개의 합금원소 크롬, 알루미늄 및 몰리브덴의 사용을 주장했고, 후자는 강도 및 내식성이 추가되었다.

특히, 본 발명자는 바람직한 성능을 달성하기 위하여 몰리브덴이 요구되는 것은 아니고, 너무 많은 몰리브덴의 함량은 미세구조에서 이질성을 초래하며, 압연기(rolling mill)에서 문제를 야기하는 것을 알아냈다. 또한 몰리브덴의 사용은 생산비를 상당히 증가시킨다.

또한 본 발명과 관련한 스틸 생산, 중간강(intermediate steel) 생산 및 스틸 구조물은 상기 스틸로 제조하였다. 콤비-벽 또는 강널말뚝벽과 같은 스틸구조물에 관련하여 모든 각각의 스틸 원소는 상기 규정된 범위 및 바람직하게는 같은 조성(예를 들면, 각 합금 원소에 대하여 대체로 같은 농도)으로 제조된다.

<실험예 1>

본 발명의 스틸의 다양한 조성은 산업적 강널말뚝의 실현가능성을 모방한 실험실에서 테스트하였다. 실험실 열연은 공장에서 사용되는 일반적인 압연 매개변수(온도, 탈산)를 사용하여 스틸 샘플에 수행되었다.

표 1 에 도시된 바와 같이 스틸 조성(나머지는 철 및 부수물 및/또는 잔여 불순물)을 갖는 샘플은 실험실에서 제조되었다. 이러한 샘플의 기계적 성능은 표준 요구사항과 비교하기 위하여 테스트되었다. 샘플 B119, B121 및 B123은 실험실 열연강널말뚝(sheet pile hot rolling)에 적용되었다. 샘플 B125는 강판 생산을 압연 시뮬레이션 하여 적용되었다.

샘플	C	Mn	Si	Cr	Al	P	S	Nb	CEV
샘플	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	CEV
B119	0.074	0.76	0.22	0.96	0.55	0.02	0.014	0.022	0.39
B121	0.077	0.76	0.23	0.95	0.54	0.02	0.014	0.070	0.39
B123	0.077	0.74	0.47	0.96	0.55	0.021	0.014	0.024	0.39
B125	0.079	0.78	0.25	0.97	0.58	0.02	0.008	0.024	0.39

다음의 표 2는 테스트된 샘플의 기계적 성능 결과뿐만 아니라, 적절한 기준(현재 기준은 충격저항의 값을 규정하는 것은 아니다)에 의하여 규정된 값을 나타내었다. 볼 수 있는 바와 같이 유럽 강널말뚝 기준의 S355GP 등급에 대하여 샘플 B119, B121 및 B123은 항복강도(Rp0.2), 인장강도(TS) 및 연신값은 상기 규정된 값을 초과한다.

또한 실험에서 강관을 대표하는 B125 샘플은 용접강관에 대한 등급인 X60과 S420MH (16 - 40 mm 사이의 벽두께)를 초과하는 기계적 성능을 보여준다. 연신 A로 나타낸 모든 샘플의 연성이 규정된 값을 눈에 띄게 초과함을 나타내는데 주목해야 될 것이다.

샘플 (또는 기준)	인장테스트			샤피 0℃
샘플 (또는 기준)	Rp_0,2 Mpa	TS Mpa	연신 A5 %	충격 에너지 J
EN 10248-1	최소 355	최소 480	최소 22	/
B119	425	501	30,5	216
B121	488	550	26,6	207
B123	438	525	29,6	216
B125	449	576	26.6
API 5L X60	최소 414	최소 517	최소 19
EN 10219-1 S420MH 16<T<40mm	최소 400	최소 500-600	최소 19

<실험예 2> 산업적 수준의 시험

테스트는 강널말뚝 및 강관 모두에 대하여 산업적 수준에서 수행되었다. 2가지 테스트가 AZ18 및 AZ26의 기준하의 강널말뚝에 대하여 아래에 제시되어 있다. 슬래브는 연속적인 캐스팅에 의하여 생산된다. Z-프로파일(AZ18 및 AZ26) 강널말뚝은 얻어진 슬래브로부터 산업 열간 압연기에서 열간 압연된다. 생산한 스틸(나머지는 철 및 부수적인 및/또는 잔여 불순물)의 분석결과가 아래 표 3에 제시되어 있다.

샘플	C	Mn	Si	Cr	Al	P	S	Nb
샘플	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%
AZ18	0.074	0.896	0.447	0.926	0.547	0.010	0.002	0.036
AZ26	0.081	0.890	0.433	0.879	0.551	0.013	<0.003	0.038

이러한 강널말뚝의 기계적 성능이 표 4에 요약되어 있으며, 표 4(항복강도-ReH, 인장강도-Rm 및 연신-A5d)에서 e는 금속판 두께를 뜻한다. 각 널말뚝에 대하여, 금속판 및 플랜지로부터 2개의 샘플이 테스트되었다. 탄성실험에 있어서, 몇 개의 샘플을 취하였고 0 ~ -20℃에서 테스트했으며, 마지막 행은 평균값을 나타낸 것이다.

Sample	e (mm)	인장 테스트			파괴인성
		ReH	Rm	신장도 A5	온도	평균충격에너지
		Mpa	Mpa	%	°C	J
AZ18a (플랜지)	9.5	467	526	28.4	0 -20	215 207
AZ18b (금속판)	9.5	481	530	25.3	0 -20	218 202
AZ18c (플랜지)	9.5	461	517	27.7	0 -20	213 199
AZ18d (금속판)	9.5	499	552	25.1	0 -20	229 204
AZ26a (금속판)	12.2	459	520	26.0	0 -20	311 288
AZ26a (플랜지)	12.2	417	501	28.5	0 -20	304 287
AZ26b (금속판)	12.2	433	515	26.3	0 -20	321 260
AZ26b (플랜지)	12.2	419	496	27.0	0 -20	313 269

보는 바와 같이, 상기 강널말뚝은 기계적 성능 항목에서 S355GP(EN 10248-1)에 비하여 상당히 뛰어나다.

알려진 기술로써 용접강관은 스틸 코일로부터 제조된다. 표 5 (나머지는 철 및 부수 및/또는 잔여 불순물)의 스틸 조성을 갖는 코일은 종래의 평범한 생산 산업 환경(연속 캐스팅하고 열간압연)하에서 제조되었고 인장 및 파괴인성 테스트를 실행하였다 ; 결과는 표 6에 제시되어 있다(e는 호일 두께). 상기 테스트가 용접강관의 기계적 성능에 좋은 증거를 제시하는 것은 결코 아니라는 것이 당업자들에게 인지되어 있으나, 샘플은 용접강관이 아닌 코일에서 채취되었음에도 불구하고 용접강관의 항복응력 및 인장강도가 아주 조금 낮다.

샘플	C	Mn	Si	Cr	Al	P	S	Nb
샘플	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%
C1	0.076	0.885	0.456	0.944	0.600	0.001	0.002	0.038
C2	0.076	0.894	0.463	0.947	0.564	0.011	0.002	0.038

샘플	e (mm)	인장 테스트			파괴인성
		ReH	Rm	연신 A50	온도	평균 충격 에너지
		Mpa	Mpa	%	°C	J
코일 1	14	495	602	29	-10	128
코일 2	14	487	579	33	-10	163

다시, 값은 S420MH (EN 10219-1) 또는 X60의 필요조건에 비하여 명확하게 뛰어나다. 얻어진 파괴인성 값은 정보로 주어진다.

마지막으로 C9-형태 커넥터는 표 7(나머지는 철 및 부수적 및/또는 잔여 불순물)에 나타낸 바와 같은 스틸 조성을 갖는 블룸(bloom)으로부터 산업적으로 생산되었고 기계적 시험이 수행되었고, 이를 표 8에 나타내었다.

샘플	C	Mn	Si	Cr	Al	P	S	Nb
샘플	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%	중량%
C9-(캐스트)	0.078	0.89	0.46	0.95	0.6	0.01	0.002	0.038

샘플	인장 테스트			파괴인성
	ReH	Rm	연신 A50	온도	평균 충격 에너지
	Mpa	Mpa	%	°C	J
C9-1	434	515	26.7	0	262
C9-2	416	512	27.2	0	259
C9-3	425	514	27.5	0	280

<실험예 3> 부식 시험

가속화된 부식 시뮬레이션을 사용한 실험실에서 초기 부식 테스트는 종래의 탄소강에 비교하면 모든 샘플에서 향상된 내식성을 보여주었다.

나아가 실험실 시험은 말뚝 구조물의 해양환경에서 부식을 촉진하기 위하여 수행되었다. 스틸 샘플은 박테리아가 없는 환경뿐만 아니라 박테리아(스틸의 가속화된 부식에 적용되는 것으로 알려진)가 있는 환경에 15주 동안 노출되었다. 실험 매개변수는 종래의 말뚝탄소강 뿐만 아니라 알려진 GB2392919의 해양 등급 스틸을 비교함으로써 본 발명의 스틸 등급의 상대적인 양태를 관찰하기 위하여 부식을 가속화하는 것이 선택되었다. 이러한 테스트는 본 발명의 스틸이 상기 두 환경 모두에서 GB2392919의 해양스틸 등급의 것과 비교할만한 부식 패턴을 보이고, 둘 모두는 탄소강에 비하여 향상된 내식성을 보이는 것을 나타내었다.

본 발명을 완성하기 위하여, 본 발명의 스틸로 제조된 스틸 샘플을 간조와 침적 높이에서 항구 환경에 노출시켰다. 노출 8개월 후 질량 감량의 측정을 통하여 종래의 탄소강과 비교하여 본 발명에 따른 스틸의 향상된 내식성을 확인하였다.

상기 실험으로부터 본 발명의 스틸은 적절한 기준에 의하여 상기 규정된 기계적 성능보다 우수함을 보여주었으며 해양환경에서 향상된 내식성을 갖는 콤비-벽, 주로 강널말뚝, 강관 및 커넥터를 위하여 바람직한 다양한 요소를 제조할 수 있다는 것을 보여준다.

상기의 예에서, 강널말뚝 및 강관은 같은 캐스트로부터 성공적으로 생산되었으며, 충분히 동일한 화학적 조성을 갖는다. 이것은 벽에 함께 사용되었을 때 전식의 영향을 방지하게 할 것이다.

Claims

탄소: 0.05 ~ 0.20 중량%;
실리콘: 0.15 ~ 0.55 중량%;
망간: 0.60 ~ 1.60 중량%;
크롬: 0.75 ~ 1.50 중량%;
알루미늄: 0.40 ~ 0.80 중량%;
니오븀 및/또는 바나듐: 0.01 ≤ [Nb] + [V] ≤ 0.60 중량%;
몰리브덴: 0.15 중량% 이하;
티타늄: 0.05 중량% 이하
황: 0.045 중량% 이하;
인: 0.045 중량% 이하; 및
잔부로 철 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양응용을 위한 스틸.