KR20190077579A - 저온용 니켈 함유 강 및 저온용 탱크 - Google Patents

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Abstract

Ni 함유량이 5.0 내지 8.0％인 소정의 화학 조직을 갖고, 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트의 체적분율이 3.0 내지 20.0체적％이며, 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위에 있어서의 경도의, 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도에 대한 비가 1.1 이하인 저온용 니켈 함유 강 및 그 저온용 니켈 함유 강을 사용하여 제작된 저온용 탱크.

Description

저온용 니켈 함유 강 및 저온용 탱크
본 개시는, 저온용 니켈 함유 강 및 저온용 탱크에 관한 것이다.
액화 천연 가스(LNG) 등의 저온 물질을 저장하는 탱크에는, 저온에서 우수한 파괴 인성을 갖는 강이 사용되고 있다. 이러한 강으로서, 9％ 정도의 Ni를 함유하는 강(이하 9％ Ni 강이라고 칭함)이 제안되었다(예를 들어, 특허문헌 1, 참조). 지금까지, 육상에서 사용되는 LNG 탱크 등의 용도에는 9％ Ni 강이 폭 넓게 사용되어 오고 있지만, 선박용으로서의 사용 실적은 거의 없는 것이 현재 상황이다.
또한, Ni는 고가인 합금 원소이며, 9％ Ni 강보다도 Ni양을 저감시킨 저온용 니켈 함유 강이 제안되었다(예를 들어, 특허문헌 2, 3, 참조). 그런데, 1270MPa라는 매우 높은 강도와, -70℃에서의 인성과, 해수 등에 대한 내응력 부식 균열성이 요구되는 강에 대해서는, 11.0 초과 내지 13.0％의 Ni를 함유하는 강이 제안되었다(예를 들어, 특허문헌 4, 참조).
일본 특허 공개 제2002-129280호 공보 일본 특허 공개 제2013-14812호 공보 일본 특허 공개 제2015-86403호 공보 일본 특허 공개 평 09-137253호 공보
9％ Ni 강을 선박용 탱크(예를 들어, 선박용 LNG 탱크)에 적용할 때에는, 염화물 환경에 있어서의 응력 부식 균열이 문제가 된다. 선박용 탱크에서는, 과거에, 취항으로부터 대략 25년 경과된 선박에 있어서 9％ Ni강제 탱크에 균열이 발생된 사례가 있고, 현재 상황은 주로 알루미늄 합금이나 스테인리스강이 사용되고 있다.
이후, 저온용 Ni 강을 선박용 탱크에 사용하기 위해서는, 응력 부식 균열 대책이 중요한 과제가 되고 있다. 또한, 비용의 관점에서는, 고가인 합금 원소인 Ni의 함유량을, 9％ Ni 강보다도 저감시키는 것이 바람직하다.
본 개시는, 이러한 실정에 감안하여, 5.0 내지 8.0％의 Ni를 함유하고, 예를 들어 선박용 탱크 등의 저온용 탱크에 요구되는 내응력 부식 균열성을 갖는 저온용 Ni 강 및 그것을 이용한 저온용 탱크의 제공을 과제로 하는 것이다.
<1>
질량％로,
C: 0.01 내지 0.15％,
Si: 0.01 내지 2.00％,
Mn: 0.20 내지 2.00％,
P: 0.010％ 이하,
S: 0.0100％ 이하
Ni: 5.0 내지 8.0％,
Al: 0.005 내지 2.000％,
N: 0.0010 내지 0.0100％,
Cu: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 0.80％,
Sb: 0 내지 0.80％,
Cr: 0 내지 2.00％,
Mo: 0 내지 1.00％,
W : 0 내지 1.00％,
V : 0 내지 1.00％,
Nb: 0 내지 0.100％,
Ti: 0 내지 0.100％,
Ca: 0 내지 0.0200％
B : 0 내지 0.0500％,
Mg: 0 내지 0.0100％,
REM: 0 내지 0.0200％ 및
잔부: Fe 및 불순물이며,
표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트의 체적분율이 3.0 내지 20.0체적％이며,
표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위에 있어서의 경도의, 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도에 대한 비가 1.1 이하인 저온용 니켈 함유 강.
<2>
Si의 함유량이 질량％로, 0.01 내지 0.60％인 <1>에 기재된 저온용 니켈 함유 강.
<3>
Al의 함유량이 질량％로, 0.005 내지 0.100％인 <1> 또는 <2>에 기재된 저온용 니켈 함유 강.
<4>
항복 강도가 590 내지 800MPa, 인장 강도가 690 내지 830MPa, -196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지가 150J 이상인 <1> 내지 <3> 중 어느 한 항에 기재된 저온용 니켈 함유 강.
<5>
두께가 6 내지 50㎜인 <1> 내지 <4> 중 어느 한 항에 기재된 저온용 니켈 함유 강.
<6>
<1> 내지 <5> 중 어느 한 항에 기재된 저온용 니켈 함유 강을 사용하여 제작된 저온용 탱크.
본 개시에 의하면, 5.0 내지 8.0％의 Ni를 함유하고, 예를 들어 선박용 탱크 등의 저온용 탱크에 요구되는 내응력 부식 균열성을 갖는 저온용 Ni 강 및 그것을 이용한 저온용 탱크를 제공할 수 있다.
도 1은 염화물 응력 부식 균열 시험 방법을 설명하는 도면이다.
이하에, 본 개시의 일례인 저온용 니켈 함유 강(이하, 「저온용 Ni 강」 또는 「저온용 Ni 강재」라고도 칭함) 및 저온용 탱크에 관해서, 상세하게 설명한다.
또한, 본 개시에 있어서, 화학 조성의 각 원소의 함유량 「％」 표시는, 「질량％」를 의미한다.
또한, 각 원소의 함유량 ％는, 특별히 설명이 없는 경우, 질량％를 의미한다.
또한, 「내지」를 사용하여 표시되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
또한, 「강의 두께」(이하 「t」 모두 표기함)란, 강이 강판인 경우, 「강판의 판 두께」를 의미하며, 강이 강관인 경우, 「강관의 두께」를 의미하고, 강이 강선 또는 봉강인 경우, 「강선 또는 봉강의 직경」을 의미한다.
또한, 「강의 두께 방향」이란, 강이 강판인 경우, 「강판의 판 두께 방향」을 의미하고, 강이 강관인 경우, 「강관의 두께 방향」을 의미하며, 강이 강선 또는 봉강인 경우, 「강선 또는 봉강의 직경 방향」을 의미한다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, 소정의 화학 조성을 갖고, 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트의 체적분율이 3.0 내지 20.0체적％이며, 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도의, 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도에 대한 비가 1.1 이하이다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, 상기 구성에 의해, 5.0 내지 8.0％의 Ni를 함유하고, 예를 들어 선박용 탱크 등의 저온용 탱크에 요구되는 내응력 부식 균열성을 갖는 강이 된다. 본 개시의 저온용 Ni 강은, 다음의 지견에 의해 알아내었다.
과거에 9％ Ni강제의 선박용 탱크(예를 들어, 선박용 LNG 탱크)에, 응력 부식 균열이 발생된 사례에 대해서는, 이미 조사 리포트가 공표되어 있다. 이 조사 리포트에는, 선박용 탱크에 있어서의 응력 부식 균열의 발생 원인에 대해, (1) 설비 트러블에 의해 탱크 내가 결로되었다, (2) 균열이 발생된 용접 열 영향부(HAZ)에서는 경도가 420Hv 정도로 높았다，라는 기재가 있다.
이러한 상황으로부터, 9％ Ni강제의 선박 탱크의 응력 부식 균열은, 수소에 의한 균열이라는 견해가 기재되어 있다. 한편, 부식 생성물에 S(황)분의 흔적이 확인되지 않기 때문에, 황화수소의 영향이라 할 근거도 없다，라는 기재도 있다.
이와 같이, 9％ Ni강제의 선박용 탱크에 실제로 발생된 응력 부식 균열의 원인에 대해서는, 불분명한 점이 많다. 그래서, 본 발명자들은, 선박용 탱크의 건조로부터 운용까지의 공정을 고려하여, 부식 환경과 작용하는 응력에 대해 정리하고, 응력 부식 균열 발생의 원인에 대해 검토하였다. 구체적으로는, 다음과 같다.
우선, 실제로 응력 부식 균열이 발생된 사례에 대해서는, 건조 후 약25년이라는 장기간 경과되고 나서 발생한 것이다. 다음으로, 선박용 탱크에 있어서는 정기적(대략 5년에 1회)으로 개방 점검이 실시된다. 한편, 개방 점검이 없는 육상용 탱크(예를 들어 LNG 탱크)에 있어서는, 이러한 응력 부식 균열의 문제가 없다.
이러한 상황으로부터, 응력 부식 균열 발생의 원인은, 개방 점검 시에 바다로부터 비래하는 염분의 부착과, 선박용 탱크 내의 결로가 원인이라고 생각할 수 있다. 그래서, 본 발명자들은, 용접부의 잔류 응력을 모의하고, 응력을 부가한 시험에 의해, 염화물에 의한 응력 부식 균열(이하 「염화물 응력 부식 균열」이라고도 칭함)을 재현 가능한 시험 방법을 확립하고, 재료면에서의 대책에 대해 검토를 행했다.
그 결과, 이하의 (a) 내지 (c)에 나타내는 지견을 얻었다.
(a) Ni양을 5.0 내지 8.0％로 하면, 내염화물 응력 부식 균열성이 개선된다.
(b) 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위에 있어서의 경도(이하 「표층 경도」라고도 칭함)의 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도(이하 「t/4부 경도」라고도 칭함)에 대한 비를 1.1 이하로 한 경우(표층의 경화를 방지한 경우), 염화물 응력 부식 균열의 발생이 현저하게 억제된다.
(c) 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위의 잔류 오스테나이트 체적분율을 3.0 내지 20.0체적％로 한 경우, 염화물 응력 부식 균열의 진전이 현저하게 억제된다.
이상의 지견에 의해, 본 개시의 저온용 Ni 강은, 5.0 내지 8.0％의 Ni를 함유하고, 예를 들어 선박용 탱크에 요구되는 내응력 부식 균열성(즉, 내염화물 응력 부식 균열성)을 갖는 강이 됨을 알아내었다.
그리고, 본 개시의 저온용 Ni 강을 사용하여 제작된 저온용 탱크는, 저온용 탱크의 점검 시에 비래 염화물의 관리를 할 수 없었던 경우에도, 또한, 탱크 내의 습도 관리에 불비가 있고 탱크 내가 결로가 발생한 경우에도, 염화물에 의한 응력 부식 균열을 방지할 수 있다. 그 때문에, 특히, 저온용 탱크는, 선박용 탱크(예를 들어, 선박용 LNG 탱크)에 적합하다.
또한, 저온용 탱크는, 적어도 본 개시의 저온용 Ni 강을 포함하는 복수의 강을 용접하여 제작된다. 저온용 탱크에는, 원통 탱크, 구상 탱크 등, 다양한 탱크를 예시할 수 있다.
이하, 본 개시의 저온용 Ni 강에 대해 상세하게 설명한다.
[1] 화학 조성에 대해
C: 0.01 내지 0.15％
C는, 강도를 확보하기 위해서 필요한 원소이다. 강도 확보를 위해서는 0.01％ 이상의 C를 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 C의 함유량을 0.02％ 이상, 더 바람직하게는 0.03％ 이상, 0.04％ 이상 또는 0.05％ 이상으로 한다. 한편, C의 함유량이 0.15％를 초과하면 모재 및 용접 열 영향부의 인성이 저하된다. 따라서, C의 함유량은 0.15％ 이하로 한다. 바람직하게는 C의 함유량을 0.12％ 이하, 더 바람직하게는 0.10％ 이하, 0.09％ 또는 0.08％ 이하로 한다.
Si: 0.01 내지 2.00％(바람직하게는 0.01 내지 0.60％)
Si는, 탈산을 위하여 필요한 원소이다. Si에 의한 탈산 효과를 얻기 위해서는 0.01％ 이상의 Si를 함유시킬 필요가 있다. Si에 의한 탈산의 관점에서, 바람직하게는 Si의 함유량을 0.02％ 이상, 더 바람직하게는 0.03％ 이상으로 한다.
또한, Si는, 내염화물 응력 부식 균열성을 개선하는 중요한 원소이다. Si를 많이 함유시킴으로써, 부식 환경에 있어서 양이온 선택성을 갖는 부식 생성물을 형성한다. 그 결과, 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에 대한 염화물 이온의 투과를 억제함으로써 용해를 억제하여, 균열의 진전을 현저하게 억제하는 효과를 갖는다. Si에 의한 균열 진전 억제 효과를 얻기 위해서는, Si의 함유량을 0.60％ 초과로 하는 것이 좋다. Si에 의한 균열 진전 억제의 관점에서, 바람직하게는 Si의 함유량을 0.70％ 이상, 더 바람직하게는 0.80％ 이상으로 한다.
한편, Si의 함유량이 2.00％를 초과하면 Si에 의한 균열 진전 억제 효과가 포화될 뿐만 아니라, 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, 인성의 관점에서, Si의 함유량은 2.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 Si의 함유량을 1.80％ 이하, 더 바람직하게는 1.50％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.60％ 이하, 0.50％ 이하 또는 0.40％ 이하로 한다. 한층 더 높은 인성 향상을 위하여, Si의 함유량을 0.35％ 이하, 0.25％ 이하, 0.20％ 이하 또는 0.15％ 이하로 해도 된다.
Mn: 0.20 내지 2.00％
Mn은, 강도를 확보하기 위해서 필요한 원소이다. 강도 확보를 위해서는 0.20％ 이상의 Mn을 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 Mn의 함유량을 0.30％ 이상, 더 바람직하게는 0.40％ 이상, 0.50％ 이상 또는 0.60％ 이상으로 한다. 한편, Mn의 함유량이 2.00％를 초과하면 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, Mn의 함유량은 2.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 Mn의 함유량을 1.80％ 이하, 더 바람직하게는 1.50％ 이하, 1.20％ 이하, 1.00％ 이하, 0.90％ 이하 또는 0.85％ 이하로 한다.
P: 0.010％ 이하
P은, 불순물이며, 입계에 편석하여, 인성을 저하시키는 원소이다. P의 함유량이 0.010％를 초과하면 인성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, P의 함유량은 0.010％ 이하로 제한한다. P의 함유량은 적을수록 좋다. 바람직한 P의 함유량의 상한은 0.008％, 더 바람직한 P의 함유량의 상한은 0.006％이다. P의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나, 제조 비용의 관점에서, P를 0.0005％ 이상 또는 0.001％ 이상 함유하는 것을 허용해도 된다.
S: 0.0100％ 이하
S는, 불순물이며, 강 중에서 부식의 기점이 되는 MnS를 형성하여, 내식성을 저하시킨다. 따라서, S의 함유량은 0.0100％ 이하로 제한된다. S의 함유량은 적을수록 좋고, 바람직한 상한은 0.0050％, 더 바람직한 상한은, 0.0040％ 또는 0.0030％이다. S의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나, 제조 비용의 관점에서, S를0.0005％ 이상 또는 0.0010％ 이상 함유하는 것을 허용해도 된다.
Ni: 5.0 내지 8.0％
Ni는, 중요한 원소이다. Ni 함유량이 많을수록 저온에 있어서의 인성은 향상된다. 그 때문에, 필요한 인성을 확보하기 위해서는, N을 5.0％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 Ni의 함유량을 5.5％ 이상, 더 바람직하게는 6.0％ 이상, 6.5％ 이상 또는 7.0％ 이상으로 한다. 한편, Ni 함유량이 8.0％를 초과하면 염화물 환경에 있어서의 내식성이 현저하게 높아진다. 그러나, 내식성이 높기 때문에 국소적인 부식 자국(국소 피트)을 형성하기 쉽고, 국소 피트부에서의 응력 집 중에 의해 염화물 응력 부식 균열이 발생되기 쉬워진다. 따라서, Ni의 함유량은, 염화물 환경에 있어서의 부식 형태를 보다 균일하게 하고, 국소 피트의 형성을 억제하며, 내염화물 응력 부식 균열성을 높이기 위하여, 8.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 Ni의 함유량을 7.5％ 이하로 한다.
Al: 0.005 내지 2.000％(바람직하게는 0.005 내지 0.100％)
Al은, 탈산제로서 필요한 원소이다. Al을 0.005％ 이상 함유시킴으로써 탈산 효과가 얻어진다. Al에 의한 탈산의 관점에서, 바람직하게는 Al 함유량을 0.010％ 이상, 0.015％ 이상 또는 0.020％ 이상으로 한다.
또한, Al은, 내염화물 응력 부식 균열성을 개선하는 중요한 원소이다. Al은, 부식 환경에 있어서 생성된 부식 생성물의 보호성을 현저하게 높이고, 강재 표면에 있어서 부식 피트의 형성을 억제하고, 균열의 발생을 억제하는 효과를 갖는다. Al에 의한 균열 발생 억제 효과를 얻기 위해서는, Al의 함유량을 0.1％ 초과로 하는 것이 좋다. 바람직하게는 Al의 함유량을 0.200％ 이상, 더 바람직하게는 0.300％ 이상으로 한다.
한편, Al의 함유량이 2.000％를 초과하면, Al에 의한 균열 발생 억제 효과가 포화될 뿐만 아니라, 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, 인성의 관점에서, Al의 함유량은 2.000％ 이하로 한다. 바람직하게는 Al의 함유량을 1.800％ 이하, 더 바람직하게는 1.500％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.100％ 이하, 0.080％ 이하, 0.070％ 이하, 0.060％ 이하 또는 0.050％로 한다.
N: 0.0010 내지 0.0100％
N은, Al과 결합해 AlN을 형성함으로써 결정립을 미세화시키는 효과가 있다. 이 효과는 N을 0.0010％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 그러나, N 함유량이 0.0100％를 초과하면 인성이 저하된다. 따라서 N의 함유량은 0.0010 내지 0.0100％로 한다. 또한, N의 함유량의 바람직한 상한은 0.0080％, 더욱 바람직한 상한은 0.0060％ 또는 0.0050％이다. N의 함유량의 바람직한 하한은 0.0015％로 한다.
본 실시 형태에 관한 저온용 Ni 강은, 상기 성분 외에, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것이다. 여기서, 불순물이란, 강을 공업적으로 제조할 때에, 광석이나 스크랩 등과 같은 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 특성에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 단, 불순물 중 P 및 S에 대해서는, 상술한 바와 같이, 상한을 규정할 필요가 있다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, 상기 성분에 더하여, Cu, Sn 및 Sb 중 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 즉, 이들 원소는, 본 개시의 저온용 Ni 강에 함유하지 않아도 되어, 이들 원소의 함유량의 하한은 0％이다.
Cu: 0 내지 1.00％
Cu는, 염화물 환경에 있어서 생성된 부식 생성물의 보호성을 높이고, 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에 있어서의 용해를 억제하고, 균열의 진전을 억제하는 효과를 갖는다. 그 때문에, Cu를 함유시켜도 된다. 단, Cu의 함유량이 1.00％를 초과하면 효과가 포화되고, 모재 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cu의 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 Cu 함유량을 0.80％ 이하, 더 바람직하게는 0.60％ 이하 또는 0.30％ 이하로 한다. Cu의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Cu를 0.01％ 이상 함유시켜도 된다. 더 바람직하게는 Cu 함유량을 0.03％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05％ 이상으로 한다.
Sn: 0 내지 0.80％
Sn은, 부식 환경에 있어서 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에 있어서 이온으로서 용출되어, 억제제 작용에 의해, 용해 반응을 억제함으로써, 균열의 진전을 현저하게 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, Sn을 함유시켜도 된다. 단, Sn을 0.80％ 초과로 함유시키면, 모재 인성이 현저하게 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Sn의 함유량은 0.80％ 이하로 한다. 바람직하게는 Sn의 함유량을 0.40％ 이하, 더 바람직하게는 0.30％ 이하, 0.10％ 이하, 0.03％ 이하 또는 0.003％ 이하로 한다. Sn을 0％ 초과로 함유시킴으로써 효과가 얻어지기 때문에, Sn의 함유량을 0％ 초과로 해도 된다.
Sb: 0 내지 0.80％
Sb는, Sn과 동일하게, 부식 환경에서 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에 있어서 이온으로서 용출되어, 억제제 작용에 의해, 용해 반응을 억제함으로써, 균열의 진전을 현저하게 억제하는 효과를 갖는 원소이다. Sb를 함유시켜도 된다. 단, Sb를 0.80％ 초과로 함유시키면, 모재 인성이 현저하게 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Sb양은 0.80％ 이하로 한다. 바람직하게는 Sb의 함유량을 0.40％ 이하, 더 바람직하게는 0.30％ 이하, 0.10％ 이하, 0.03％ 이하 또는 0.003％ 이하로 한다. Sb를 0％ 초과로 함유시킴으로써 효과가 얻어지기 때문에, Sb의 함유량을 0％ 초과로 해도 된다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, 상기 성분에 더하여, Cr, Mo, W 및 V 중 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 즉, 이들 원소는, 본 개시의 저온용 Ni 강에 함유하지 않아도 되어, 이들 원소의 함유량의 하한은 0％이다.
특히, 본 개시의 저온용 Ni 강은, Cr, Mo, W 및 V 중 1종 또는 2종 이상을 함유시킴으로써, 내염화물 응력 부식 균열성이 개선되기 쉬워진다.
Cr: 0 내지 2.00％
Cr은, 강도를 높이는 작용이 있다. 또한, Cr은, 염화물이 존재하는 박막수 환경에 있어서 강의 내식성을 저하시키고 국소 피트의 형성을 억제하고, 염화물 응력 부식 균열의 발생을 억제하는 작용을 갖는다. 그 때문에, Cr을 함유시켜도 된다. 단, Cr의 함유량이 2.00％를 초과하면 효과가 포화되고, 또한, 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cr 함유량은 2.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 Cr 함유량을 1.50％ 이하, 더 바람직하게는 1.00％ 이하, 0.50％ 이하, 0.25％ 이하 또는 0.10％ 이하로 한다. Cr의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Cr을 0.01％ 이상 함유시켜도 된다.
Mo: 0 내지 1.00％
Mo는, 강도를 높이는 작용이 있다. 또한, 부식 환경에 있어서 용출된 Mo가 몰리브덴산 이온을 형성한다. 저온용 Ni 강의 염화물 응력 부식 균열은, 균열 선단에서의 강의 용해에 의해 균열이 진전되지만, 몰리브덴산 이온은 억제제로서 작용한다. 즉, Mo를 함유시키면, 균열이 발생했을 때, 몰리브덴산 이온이 균열의 선단에서의 용해를 억제하기 때문에, 균열 저항성이 대폭 높아진다. 단, Mo의 함유량이 1.00％를 초과하면 효과가 포화되고, 또한, 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Mo의 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 Mo의 함유량을 0.80％ 이하, 더 바람직하게는 0.50％ 이하, 0.15％ 이하 또는 0.08％ 이하로 한다. Mo의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Mo를 0.01％ 이상 함유시켜도 된다. 또한, Mo양을 0.03％ 이상 또는 0.05％ 이상으로 해도 된다.
W: 0 내지 1.00％
W는, Mo와 동일한 작용을 갖는다. 부식 환경에 있어서 용출된 W가 텅스텐산 이온을 형성함으로써, 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에서의 용해를 억제하고, 내염화물 응력 부식 균열성을 향상시킨다. 그 때문에, W를 함유시켜도 된다. 단, W의 함유량이 1.00％를 초과하면 효과가 포화되고, 또한, 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, W의 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 W의 함유량을 0.80％ 이하, 더 바람직하게는 0.50％ 이하, 0.10％ 이하, 또는 0.02％ 이하로 한다. W의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, W를 0.01％ 이상 함유시켜도 된다.
V: 0 내지 1.00％
V도, Mo와 동일한 작용을 갖는다. 부식 환경에 있어서 용출된 V가 바나듐산 이온을 형성함으로써, 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에서의 용해를 억제하고, 내염화물 응력 부식 균열성을 향상시킨다. 그 때문에, V를 함유시켜도 된다. 단, V의 함유량이 1.00％를 초과하면 효과가 포화되고, 또한, 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, V의 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 V의 함유량을 0.8％ 이하, 더 바람직하게는 0.5％ 이하, 0.10％ 이하 또는 0.02％ 이하로 한다. V의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, V를 0.01％ 이상 함유시켜도 된다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, 상기 성분에 더하여, Nb, Ti의 한쪽 또는 양쪽을 함유해도 된다. 즉, 이들 원소는, 본 개시의 저온용 Ni 강에 함유하지 않아도 되어, 이들 원소의 함유량의 하한은 0％이다.
Nb: 0 내지 0.100％
Nb는, 강의 조직을 미세화하여, 강도 및 인성을 높이는 작용을 갖는다. 그 때문에, Nb를 함유시켜도 된다. 단, Nb의 함유량이 0.100％를 초과하면 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Nb의 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는 Nb의 함유량을 0.080％ 이하, 더 바람직하게는 0.050％ 이하, 0.020％ 이하 또는 0.005％ 이하로 한다. Nb의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Nb를 0.001％ 이상 함유시켜도 된다.
Ti: 0 내지 0.100％
Ti는, N과 결합하여 TiN을 형성함으로써 용접 열 영향부의 인성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그 때문에, Ti를 함유시켜도 된다. 단, Ti의 함유량이 0.100％를 초과하면 효과가 포화되고, 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Ti의 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는 Ti의 함유량을 0.080％ 이하, 더 바람직하게는 0.050％ 이하, 0.020％ 이하 또는 0.010％ 이하로 한다. Ti의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Ti를 0.001％ 이상 함유시켜도 된다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, 상기 성분에 더하여, Ca, B, Mg 및 REM 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다. 즉, 이들 원소는, 본 개시의 저온용 Ni 강에 함유하지 않아도 되어, 이들 원소의 함유량의 하한은 0％이다.
Ca: 0 내지 0.0200％
Ca는, 강 중의 S와 반응하여 용강 중에서 산 황화물(옥시술파이드)을 형성한다. 이 산 황화물은, MnS 등과 상이하여 압연 가공에 의해 압연 방향으로 연장되는 경우가 없으므로, 압연 후도 구상이다. 이 구상의 산 황화물은, 균열이 발생된 경우, 균열의 선단에서의 용해를 억제하고, 내염화물 응력 부식 균열성을 향상시킨다. 그 때문에, Ca를 함유시켜도 된다. 단, Ca의 함유량이 0.0200％를 초과하면, 인성의 열화를 초래하는 경우가 있다. 그 때문에, Ca의 함유량은 0.0200 이하로 한다. 바람직하게는 Ca의 함유량을 0.0080％ 이하, 더 바람직하게는 0.0040％ 이하 또는 0.0020％ 이하로 한다. Ca의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Ca를0.0003％ 이상 함유시켜도 된다. 더 바람직하게는 Ca의 함유량을 0.0005％ 이상 더욱 바람직하게는 0.0010％ 이상으로 한다.
B: 0 내지 0.0500％
B는, 모재의 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 단, B양이 0.0500％를 초과하면, 조대한 붕소 화합물의 석출을 초래하여 모재 인성을 열화시키는 경우가 있다. 그 때문에, B의 함유량은 0.0500％ 이하로 한다. 바람직하게는 B양을0.0100％ 이하, 더 바람직하게는 0.0050％ 이하 또는 0.0020％ 이하로 한다. B의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, B를 0.0003％ 이상 함유시켜도 된다.
Mg: 0 내지 0.0100％
Mg는, 미세한 Mg 함유 산화물을 생성하고, 잔류 오스테나이트의 입경(원 상당 직경)을 미세화하는 효과를 갖는 원소이다. 단, Mg양이 0.0100％를 초과하면, 산화물이 너무 많아져서 모재 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Mg의 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 바람직하게는 Mg의 함유량을 0.0050％ 이하 또는 0.0010％ 이하로 한다. Mg의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Mg를 0.0002％ 이상 함유시켜도 된다.
REM: 0 내지 0.0200％
REM은, 알루미나, 황화망간 등의 개재물의 형태를 제어할 수 있고, 인성의 향상에 유효한 원소이다. 단, REM을 과잉으로 함유시키면, 개재물이 형성되어 청정도가 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, REM의 함유량은 0.0200％ 이하로 한다. 바람직하게는 REM의 함유량을 0.0020％ 이하, 더 바람직하게는 0.0010％ 이하로 한다. REM의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, REM을 0.0002％ 이상 함유시켜도 된다.
또한, REM이란, 란타노이드의 15 원소에 Y 및 Sc를 합한 17 원소의 총칭이다. 그리고, REM양은, 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다.
[2] 조직에 대해
·「표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트의 체적분율(이하 「잔류 오스테나이트양」이라고도 칭함)이 3.0 내지 20.0체적％」
강 중의 잔류 오스테나이트는 균열의 진전을 억제하고, 내염화물 응력 부식 균열성을 현저하게 향상시킨다. 이 이유는, 잔류 오스테나이트에는 Ni가 농화되어 있고, 염화물 박막수 환경에 있어서의 용해가 대폭 억제되어, 균열의 진전이 현저하게 억제되기 때문이다. 또한, 염화물 응력 부식 균열은 강재 표면에서 일어나는 현상이기 때문에, 강재 표면으로부터 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트양이 중요하다.
한편, 잔류 오스테나이트양이 많을수록 내염화물 응력 부식 균열 특성이 향상되지만, 너무 많으면 강도가 저하되기 때문에 필요한 강도를 확보할 수 없다.
그 때문에, 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜ 위치의 잔류 오스테나이트 체적분율을 3.0 내지 20.0체적％로 한다.
잔량 오스테나이트양은, 내염화물 응력 부식 균열을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 4.0체적％ 이상으로 하고, 더 바람직하게는 5.0체적％ 이상으로 하는 것이 좋다. 한편, 잔류 오스테나이트양은, 강도의 저하 억제의 관점에서, 바람직하게는 15.0체적％ 이하로 하고, 더 바람직하게는 12.0체적％ 이하, 10.0체적％ 이하 또는 8.0체적％ 이하로 해도 된다.
잔류 오스테나이트양(체적분율)은, 다음의 방법에 의해 측정한다.
강재의 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 위치를 관찰면으로 하는 시험편(두께 방향 1.5㎜×폭 방향 25㎜×길이 압연 방향 25㎜로 하고, 관찰면은 한변이 25㎜인 정사각형의 면으로 함)을 채취한다. 시험편에 대해, X선 회절 측정에 의해 bcc구조α상의(110)(200)(211)면과 fcc구조γ상의(111)(200)(220)면의 적분 강도로부터 잔류 오스테나이트 상의 체적분율을 정량하여 구한다.
[3] 경도에 대해
·「표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위(이하 「표층」이라고도 칭함)에 있어서의 경도의, 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위(이하 「t/4부」라고도 칭함)에 있어서의 경도에 대한 비가 1.1 이하」
경도는, 염화물 응력 부식 균열의 발생과 밀접한 관계에 있고, 경도가 높을수록 균열이 발생하기 쉽다. 또한 염화물 응력 부식 균열은 강재 표면에 있어서의 현상이며, 통상 강도를 평가하는 t/4부(t: 두께)에서의 경도에 비하여, 표층의 경도가 너무 높아지지 않는 것이 중요하다. 표층 경도(표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위에 있어서의 경도)의 t/4부 경도(표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도)에 대한 비가 작으면, 염화물 응력 부식 균열 발생의 기점이 되는 미끄럼 스텝의 밀도가 대폭 적어져, 염화물 응력 부식 균열의 발생이 현저하게 억제된다.
경도의 비, 즉, 표층 경도/(t/4부 경도)가 1.1을 초과하면, 경도가 높은 표층에 있어서, 다수의 미끄럼 스텝이 형성되어, 염화물 응력 부식 균열이 발생하기 쉬워지는 점에서, 경도의 비는 1.1 이하로 한다. 바람직하게는 경도의 비를 1.05이하로 한다. 경도의 비의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 표면의 쪽이 경도가 더욱 상승되기 쉬워, 경도의 비를 0.9보다도 작게 하기는 어렵다. 따라서, 경도의 비는 0.9 이상으로 하는 것이 좋다.
또한, 경도의 비는, 측정 방법에는 영향받지 않지만, 비커스 경도(시험기)의 비로 한다.
비커스 경도(시험기)는, JIS Z 2244(2009년)에 준거하여 HV10을 측정한다.
여기서, 저온용 탱크가, 선박 상에 있어서의 흔들림 또는 거대 지진에 대해 충분한 내 파괴 특성을 갖기 위해서, 본 개시의 저온용 강은, 모재 강도(항복 강도가 590 내지 800MPa, 인장 강도가 690 내지 830MPa), 모재 인성(-196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지(3개의 시험편의 평균값)가 150J 이상)을 갖는 것이 바람직하다. 이상과 같은 화학 조성, 금속 조직을 갖는 본 개시의 저온용 Ni 강은, -60℃ 이하의 저온 영역, 특히, -165℃ 부근의 저온 환경에서의 인성이 우수하고, 게다가 내염화물 응력 부식 균열 특성이 우수하며, LPG, LNG 등의 액화가스를 저온 영역에서 저장하는 용도에도 바람직하다.
본 개시의 저온용 Ni 강의 항복 강도는, 600 내지 700MPa가 바람직하다.
본 개시의 저온용 Ni 강의 인장 강도는, 710 내지 800MPa가 바람직하다.
본 개시의 저온용 Ni 강의 「-196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지」는, 150J 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 200J 이상이다. 그 상한을 특별히 정할 필요는 없고, 400J 이하로 해도 된다. 단, 「-196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지」는, 3개의 시험편에 의한 샤르피 충격 흡수 에너지의 평균값이다.
또한, 항복 강도(YS) 및 인장 강도(TS)는, 다음과 같이 측정한다. 강재 폭 방향 일단부로부터의 거리가 강재 폭의 1/4인 강재의 위치로부터 압연 방향에 직각인 방향의 JIS Z 2241(2011) 부속서 D에 정하는 4호 시험편(두께 20㎜ 초과의 경우) 또는 5호 시험편(두께 20㎜ 이하의 경우)을 채취한다. 채취한 시험편을 사용하여, JIS Z 2241(2011)에 준거하여, 항복 강도(YS) 및 인장 강도(TS)를 측정한다. 항복 강도(YS) 및 인장 강도(TS)는, 상온(25℃)에서 시험편 2개를 측정한 평균값으로 한다.
-196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지는, 다음과 같이 측정한다. 강재 폭 방향 일단부로부터의 거리가 강재 폭의 1/4인 강재의 위치로부터 압연 방향의 JIS Z2224(2005)의 V 노치 시험편을 3개 채취한다. 채취한 3개의 시험편을 사용하여, JIS Z2224(2005)에 준하여, -196℃의 온도 조건으로, 샤르피 충격 시험을 실시한다. 그리고, 그 3개의 샤르피 충격 흡수 에너지의 평균값을 시험 결과로 한다.
또한, 압연이 실시되지 않은 강재에 대해서는, 시험편은 임의의 방향으로 채취해도 된다.
또한, 본 개시의 저온용 Ni 강의 두께는, 4.5 내지 80㎜ 이하가 바람직하고, 6 내지 50㎜가 더 바람직하고, 12 내지 30㎜가 더욱 바람직하다.
다음에, 본 개시의 저온용 Ni 강의 제조 방법에 대해 설명한다.
표층과 t/4부의 경도 차는, ?칭 열처리 시, 두께 방향으로 냉각 속도가 다르기 때문에 생긴다. 이 이유는, 표층의 냉각 속도가 크고, 경질 조직이 형성되기 때문이다. 그래서, ?칭 열처리 후의 템퍼링 열처리 공정에 있어서 승온 속도를 크게 함으로써, 표층은 t/4부에 비해 조기에 목표 온도에 도달할 수 있고, 목적의 템퍼링 온도(이하 「템퍼링 열처리의 가열 온도」라고도 칭함)에서의 유지 시간을 t/4부에 비하여 길게 할 수 있다. 표층의 승온 속도와 t/4의 승온 속도의 비를 1.3 이상으로 한다. 그 후, 목적의 템퍼링 온도에서 30분 이상 유지한다. 그 결과, 표층은 t/4부에 비하여 템퍼링이 진행되고, 표층의 경도와 t/4의 경도비가 1.1 이하가 되고, 또한 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트를 3.0 내지 20.0체적％로 할 수 있다.
이와 같이, 템퍼링 열처리 공정에 있어서, t/4부에 비하여 표층의 승온 속도를 빠르게 하여 승온한 후, 목적의 템퍼링 온도에서 30분 이상 유지하기 위해서는, 예를 들어 유도 가열 장치를 이용한 가열 후, 목적의 템퍼링 온도로 유지된 열처리로에 삽입하는 방법을 채용할 수 있다. 표층의 승온 속도와 t/4부의 승온 속도의 비는 클수록 바람직하지만, 2.0 초과로 하는 것은 기술적으로 곤란하다. 템퍼링 열처리 공정에 있어서 승온 속도를 빠르게 하고, 표층의 유지 시간을 t/4부에 비하여 길게 하여 조직을 제어함으로써, 필요한 강도를 확보하면서, 내염화물 응력 부식 균열성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 단순히 유도 가열 장치를 이용한 고속 가열만으로는, 목적의 템퍼링 온도에서 30분 이상 유지할 수는 없기 때문에, 필요한 강도·인성과 내염화물 응력 부식 균열성을 확보할 수는 없다.
이하에서는, 바람직한 제조 조건의 일례에 대해 설명한다.
강의 용제 방법은, 예를 들어 용강 온도를 1650℃ 이하로 하고, 용강 중의 각 원소의 함유량 조정을 행한 후, 연속 주조에 의해, 강편을 제조한다. 얻어진 강편을 가열하고, 열간 압연을 실시하고, 공랭 또는 수랭하여 강으로 한다. 필요에 따라, 재가열하여 ?칭 열처리 및 중간 열처리를 실시한다. 또한, 템퍼링 열처리를 행한다.
열간 압연에서는, 가열 온도를 950 내지 1150℃로 한다. 가열 온도는, AlN 등의 조대화를 억제하여 저온 인성을 확보하기 위해서, 950℃ 이상으로 한다. 한편, 가열 온도가 너무 높으면, 입경이 조대해져서, 저온 인성이 저하되는 경우가 있으므로, 1150℃ 이하로 한다. 가열 유지 시간은 30분 내지 180분으로 한다.
열간 압연에서는, 금속 조직을 미립화하기 위해서 950℃ 이하에서의 압하율을 80％ 이상으로 한다. 압하율을 높이면, 압연 시간이 길어져, 생산성에 문제가 생기는 경우가 있으므로, 950℃ 이하에서의 압하율의 상한은 95％ 이하로 한다.
열간 압연의 종료 온도의 하한은 700℃ 이상으로 한다. 한편, 열간 압연의 종료 온도는, 압연에 의해 도입된 전위의 회복을 억제하고, 금속 조직을 미세하게 하기 위해서, 800℃ 이하로 한다.
열간 압연 후, 재가열하여 ?칭 열처리를 실시하는 경우는, 150℃ 이하까지 공랭하면 된다. 그러나, 재가열 ?칭 열처리를 생략하는 경우는, 150℃ 이하까지 수랭한다. 수랭 개시 온도는, 550℃ 이상으로 한다. 수랭 개시 온도가 550℃를 하회하면, 조대한 베이나이트가 일부에 생성되어, 저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 수랭 개시 온도의 상한은 특히 규제할 필요는 없고, 열간 압연의 종료 후, 즉시 수랭을 개시한다.
재가열하여 ?칭 열처리를 실시하는 경우, 가열 온도는, 금속 조직을, 일단, 오스테나이트로 변태시키기 위하여, 780℃ 이상으로 한다. 한편, 가열 온도가 860℃를 상회하면 오스테나이트 입경 및 AlN의 조대화에 의해 저온 인성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 860℃ 이하로 한다. 재가열 ?칭 시의 유지 시간은 20분 내지 180분으로 한다. 가열 후의 냉각(?칭)은, 150℃ 이하까지 수랭을 행한다.
중간 열처리는, 결정 입경의 미립화와 잔류 오스테나이트의 확보에 유효하다. 이 때문에, 필요에 따라, 중간 열처리를 행해도 된다. 잔류 오스테나이트를 확보하기 위해서, 가열 온도는 600℃ 이상으로 한다. 중간 열처리의 가열 온도는, 너무 높으면 오스테나이트의 양이 증가하여 불안정해지고, 잔류 오스테나이트의 양이 감소되는 경우가 있기 때문에, 700℃ 이하로 한다. 중간 열처리의 유지 시간은 20분 내지 180분으로 한다. 중간 열처리 시의 냉각 방법은, 템퍼링 취화를 피하기 위해서 150℃ 이하까지 수랭을 행한다.
템퍼링 열처리는 중요한 공정이며, 상술한 바와 같이, 표층의 승온 속도를 빠르게 하는 것이 필요하다. 또한, 템퍼링 열처리는 잔류 오스테나이트의 확보에 유효하고, 템퍼링 열처리의 가열 온도(템퍼링 온도)는 잔류 오스테나이트를 확보하기 위해서, 530℃ 이상으로 한다. 한편, 템퍼링 열처리의 가열 온도는, 너무 높으면 오스테나이트의 양이 증가하여 불안정해진다. 그리고, 저온으로 냉각한 경우, 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여 인성을 저하시키는 경우가 있다. 그 때문에, 템퍼링 열처리의 가열 온도는 600℃ 이하로 한다. 템퍼링 열처리의 유지 시간(템퍼링 온도로 유지하는 시간)은 30분 내지 180분으로 한다. 냉각은, 취화를 피하기 위해서 150℃ 이하까지 수랭으로 한다.
본 실시 형태에 관한 저온용 Ni 강은, 두꺼운 강판, 박강판, 강관, 강선, 막대선, 형강 등이어도 된다. 판 형상 등의 단조품이어도 된다. 예를 들어, 강관으로서는, 심리스 강관, 용접 강관(전봉 강관, UO 강관 등) 등이 예시된다. 형강으로서는, H형강, I형강, T형강, 산형강, 홈형강, 강철 시트 파일 등이 예시된다.
저온용 Ni 강의 두께(판 두께, 두께, 직경)는, 주로 6 내지 80㎜로 하지만, 6㎜ 미만(예를 들어, 두께 4.5㎜ 또는 3㎜)이어도, 80㎜ 초과 (예를 들어 100㎜)여도 된다.
실시예
표 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 강을 용제하고, 주조하여 두께가 300㎜인 슬래브로 하고, 표 2에 나타내는 제조 방법종(단, 각 제조 방법의 조건은 표 1에 나타냄)에 따라, 열간 압연, 열처리(재가열 ?칭 열처리, 중간 열처리, 템퍼링 열처리, 템퍼링 열처리)를 실시하여, 표 2에 나타내는 판 두께 12 내지 80㎜의 강판을 제조했다.
여기서, 템퍼링 열처리는, 다음과 같이 실시했다. 유도 가열 장치를 이용하여 표층의 승온 속도와 두께 방향의 1/4의 부위(t/4부)의 승온 속도의 비(승온 속도비)를 제어하여, 목적으로 하는 온도까지 가열했다. 그 후, 균열로에 있어서, 표층의 템퍼링 온도 및 표층의 유지 시간(즉 표층의 템퍼링 온도에서의 유지 시간)에서 열처리했다.
열간 압연 후의 냉각은, 150℃ 이하까지 공랭 또는 수랭을 실시했다. 재가열 ?칭 열처리, 중간 열처리, 템퍼링 열처리 후의 각 냉각은, 150℃ 이하까지 수랭을 실시했다.
또한, 표 1의 「승온 속도비((표층)/(t/4부))는, 승온 속도비가, 표층의 승온 속도를 t/4의 승온 속도로 나눈 비인 것을 의미하고 있다.
「-」라는 표기는, 처리를 실시하지 않은 것을 의미하고 있다.
얻어진 강판의 표층 및 t/4부에 있어서의 경도는, 비커스 경도(시험기)계를 사용하고, JIS Z 2244(2009년)에 준거하여, 이미 설명한 조건으로 측정했다. 표층의 경도는, 강판의 표면으로부터 1.0㎜의 위치에서 측정했다. 잔류 오스테나이트양은, 강판의 표면으로부터 1.5㎜의 위치를 측정면으로 하는 잔류 오스테나이트 측정용 시험편을 제작하여, 이미 설명한 X선 회절법에 의해 측정했다.
또한, 얻어진 강판의 한쪽 표면이 시험면이 되도록 반대측으로부터 연삭하여, 폭 10㎜, 길이 75㎜, 두께 2㎜의 응력 부식 균열 시험편을 채취했다. 시험편의 시험면을 연마지로 600번까지 연마하고, 시험면을 상방을 향하여 4점 굽힘 시험 지그에 세트하고, 590MPa의 응력을 부가했다.
다음에, 시험면에 단위 면적당 부착 염분량이 5g/㎡가 되도록 염화나트륨 수용액을 도포하고, 온도 60℃, 상대 습도 80％ RH의 환경에서 부식시켰다. 시험 기간은 1000시간이다. 또한, 이 방법은, 탱크 내에 염이 부착되어, 강 표면에 박막수가 형성되는 환경을 모의한 염화물 응력 부식 균열 시험이다. 시험편 표면에 수용액을 도포한 상태의 도면을 도 1에 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 표면에, 염화나트륨 수용액의 도포에 의해, 부착 염분(1)을 형성한 시험편(2)은, 세라믹 등으로 이루어지는 지지막대(3)로, 지그(4)에 고정되어, 하면 중앙이 압박되어서, 소정의 응력이 부하되도록 되어 있다.
시험 후의 시험편으로부터 부식 생성물을 물리적 방법 및 화학적 방법에 의해 제거하고, 부식부 단면을 현미경 관찰함으로써 균열 유무의 평가를 행했다. 또한, 부식으로 인한 요철을 고려하여, 표면보다 50㎛ 이상 깊이 방향으로 진전된 것을 균열 「있음」으로 했다.
구체적으로는, 나이탈 에칭된 부식부 단면에 있어서의 500배의 광학 현미경 사진(270㎛×350㎛)을 20시야 관찰하고, 부식으로 인한 요철을 고려하여, 표면보다 깊이 방향으로 진전된 길이를 측정했다. 그리고, 이 길이의 최댓값을 「최대 균열 깊이」라 했다.
또한, 얻어진 강판의 기계적 특성(항복 강도(YS), 인장 강도(TS), -196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지(vE-196))를 표 3에 나타낸다. 또한, 각 강판의 기계적 특성은, 이미 설명한 방법에 따라 측정했다.
표층의 경도의 t/4부의 경도에 대한 비(표 중 「표층과 t/4부의 경도비」로 표기), 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트양(표 중 「표층 1.5㎜의 잔류 γ」라고 표기), 염화물 응력 부식 균열 시험 결과(즉 최대 균열 깊이), 기계적 특성 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
본 개시에 규정하는 화학 조성을 가지며, 또한 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위에 있어서의 경도의 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도에 대한 비(표 중 「표층과 t/4부와의 경도비」)가 1.1 이하이고, 또한 표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트양(표 중 「표층 1.5㎜의 잔류γ」)이 3.0 내지 20.0체적％인 강 No.1 내지 19에 대해서는, 본 시험 조건에서 균열없음으로 판정되어, 내염화물 응력 부식 균열성이 우수하다. 한편, 화학 조성 또는 조직이 본 개시가 범위 외로 되는 강 No.20, 20 내지 21에 대해서는 균열 있음으로 판정되어, 염화물 응력 부식 균열의 감수성이 높다. 강 No.21은, 균열없음으로 판정되어, 염화물 응력 부식 균열의 감수성이 낮았지만, 저온용 Ni 강으로서의 기계적 특성이 얻어지지 않았다.
본 개시의 저온용 Ni 강은, LNG 선박 등의 선박용 탱크에 사용한 경우, 해안 부근 등의 염화물 부식 환경 하에서도, 안정된 내응력 부식 균열성을 확보할 수 있어, 산업상의 이용 효과는 크다.
일본 특허 출원 제2016-234558호 공보의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격을 참조에 의해 도입되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 원용된다.

Claims (6)

  1. 질량％로,
    C: 0.01 내지 0.15％,
    Si: 0.01 내지 2.00％,
    Mn: 0.20 내지 2.00％,
    P: 0.010％ 이하,
    S: 0.0100％ 이하
    Ni: 5.0 내지 8.0％,
    Al: 0.005 내지 2.000％,
    N: 0.0010 내지 0.0100％,
    Cu: 0 내지 1.00％,
    Sn: 0 내지 0.80％,
    Sb: 0 내지 0.80％,
    Cr: 0 내지 2.00％,
    Mo: 0 내지 1.00％,
    W : 0 내지 1.00％,
    V : 0 내지 1.00％,
    Nb: 0 내지 0.100％,
    Ti: 0 내지 0.100％,
    Ca: 0 내지 0.0200％
    B : 0 내지 0.0500％,
    Mg: 0 내지 0.0100％,
    REM: 0 내지 0.0200％ 및
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    표면으로부터 두께 방향으로 1.5㎜의 부위에 있어서의 잔류 오스테나이트의 체적분율이 3.0 내지 20.0체적％이며,
    표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜의 부위에 있어서의 경도의, 표면으로부터 두께 방향으로 두께의 1/4의 부위에 있어서의 경도에 대한 비가 1.1 이하인 저온용 니켈 함유 강.
  2. 제1항에 있어서, Si의 함유량이 질량％로, 0.01 내지 0.60％인 저온용 니켈 함유 강.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Al의 함유량이 질량％로, 0.005 내지 0.100％인 저온용 니켈 함유 강.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 항복 강도가 590 내지 800MPa, 인장 강도가 690 내지 830MPa, -196℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지가 150J 이상인 저온용 니켈 함유 강.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 두께가 6 내지 50㎜인 저온용 니켈 함유 강.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 저온용 니켈 함유 강을 사용하여 제작된 저온용 탱크.
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