KR20200089744A

KR20200089744A - 클래드 강판

Info

Publication number: KR20200089744A
Application number: KR1020207018758A
Authority: KR
Inventors: 요타 구로누마; 도모유키 요코타; 가즈쿠니 하세
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-07-27
Also published as: EP3733893A1; KR102439486B1; WO2019130914A1; JPWO2019130914A1; JP6573060B1; CN111527222A; EP3733893B1; EP3733893A4; CN111527222B

Abstract

모재 강판의 편면에, 내식성 합금으로 이루어지는 합재가 접합되어 있는 클래드 강판에 있어서, 모재 강판이 소정의 성분 조성을 갖고, 또, 상기 모재 강판의 표층부의 조직은 면적률에서, 베이나이트상 및/또는 마텐자이트상을 합계 80%이상 포함하고, 또한 상기 모재 강판의 내부의 조직은 면적률에서, 페라이트상을 30%이상 포함하고, 상기 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차를 비커스 경도에서 20이상 80이하로 하는 것에 의해, 고강도와 고인성을 확보하면서, 연성도 우수한 클래드 강판을 얻는다.

Description

클래드 강판

본 발명은 케미컬 탱커(화학제품운반선) 등에서 이용되는 클래드 강판에 관한 것이다.

클래드 강판이란 2종류 이상의 다른 성질의 금속을 맞붙인 강판, 예를 들면 탄소강 등의 소위 보통 강재로 이루어지는 모재 강판에, 높은 내식성을 나타내는 고합금 강재로 이루어지는 합재를 맞붙인 강판이다. 즉, 클래드 강판은 이종 금속을 금속학적으로 접합시킨 것이며, 도금과는 달리 박리될 우려가 없다. 또, 클래드 강판은 단일의 금속이나 합금에서는 도달할 수 없는 각종 특성이 얻어진다.

예를 들면, 합재로서 사용 환경에 따른 내식성을 갖는 강재를 선택하는 것에 의해, 고가의 합금 원소의 사용량을 억제하면서 무구재와 동등한 내식성을 확보할 수 있다. 또, 모재 강판에는 고강도이고 또한 고인성의 탄소강이나 저합금강을 적용할 수 있다.

이와 같이, 클래드 강판에서는 고가의 합금 원소의 사용량을 억제하면서 무구재와 동등한 내식성을 얻을 수 있고, 또, 동시에 탄소강이나 저합금강과 동등한 강도 및 인성을 확보할 수 있으므로, 클래드 강판은 경제성과 기능성을 양립할 수 있다는 이점을 갖는다.

이 때문에, 고합금 강재를 합재에 이용한 클래드 강판은 매우 유익한 기능성 강재로 생각되고 있으며, 근래, 그 요구가 각종 산업 분야에서 점점 더 높아지고 있다.

이러한 클래드 강판에 관한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에는 「2상 스테인리스강을 합재로 하고, 또한 중량%로 C:0.02∼0.15%, Si:0.5%이하, Mn:0.8∼2%, Ni:1%이하, Cu:0.2∼1%, Mo:0.15%이하, V:0.06%이하, Ti:0.008∼0.04%, Al:0.01∼0.07%, N:0.003∼0.015%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강을 모재로 하는 것을 특징으로 하는 2상 스테인리스 클래드강」이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2에는 「C:0.03중량%이하를 함유하는 오스테나이트계 스테인리스강 또는 오스테나이트계 Ni기 합금으로 이루어지는 합재와, C:0.08중량%이하를 함유하는 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 모재로부터 비대칭 클래드 슬래브를 조립하고, 해당 비대칭 클래드 슬래브를, 1050℃이상의 온도역으로 가열하고, 850∼1000℃의 온도역에서 30%이상의 누적 압하를 가한 후, 750∼850℃의 온도역에서 30%이상의 누적 압하를 가하여 750℃이상 800℃미만의 온도역에서 압연을 종료하고, 그 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고인성 클래드 강판의 제조법」이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 가속 냉각 정지 후, 즉시 0.5℃/s이상의 승온 속도로 550∼750℃의 온도까지 재가열을 실시하고, 미변태 오스테나이트 중에 C를 농화시킴으로써, 연질인 베이나이트에 경질인 마텐자이트를 포함한 복합 조직의 저항복 비 클래드 강판이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성7-292445호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 평성 5-154672호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 제2015-224376호

그런데, 클래드 강판에는 가공성 등의 점에서 연성도 요구되며, 케미컬 탱커의 부재 등, 복잡한 형상으로의 가공이 필요한 용도에서는 연성은 특히 중요한 특성으로 된다.

그러나, 특허문헌 1의 클래드강이나 특허문헌 2에 개시되는 강판 및 특허문헌 3의 클래드강에서는 연성에 대해서는 고려가 이루어져 있지 않다.

이 때문에, 고강도 및 고인성에 부가하여, 우수한 연성을 갖는 클래드 강판의 개발이 요망되고 있는 것이 현상이다.

본 발명은 상기의 현상을 감안하여 개발된 것으로서, 고강도와 고인성을 확보하면서, 연성도 우수한 클래드 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 발명자들은 상기의 과제를 해결하기 위해 각종 검토를 거듭하고, 이하의 지견을 얻었다.

(A) 클래드 강판의 제조 공정에서는 모재 강판과 합재를 접합함에 있어서, 고온에서의 압하가 실행되지만, 연성의 향상의 관점에서는 모재 강판의 성분 조성을 적정히 조정한 후에, 이 압하 직후에, 모재 강판의 표층부와 내부에서 각각 다른 냉각 속도로 되도록 냉각 조건을 제어하고, 모재 강판의 표층부에서는 베이나이트상 및 마텐자이트상을 주체로 하는 경질의 조직을 형성하는 한편, 모재 강판의 내부에서는 페라이트상을 일정량 이상 갖는 연질의 조직을 형성하는 것이 유효하다.,

(B) 그러나, 모재 강판의 표층부를 경질의 조직으로 하고, 내부를 연질의 조직으로 하는 것만으로는 특히, 항복 응력을 넘는 인장 응력이 가해질 때의 신장이 충분하다고는 할 수 없고(환언하면, 탄성 범위를 넘어 파단에 이를 때까지의 소성 변형 범위가 짧고), 또한 만족시킬 정도의 충분한 연성은 얻어지지 않았다.

(C) 이 점을 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 연성, 특히 탄성 범위를 넘어 파단에 이를 때까지의 소성 변형 범위에 있어서의 신장에는 모재 강판의 판 두께 방향에 있어서의 경도 차가 크게 영향을 주는, 즉 모재 강판의 표층부와 내부의 경도 차가 너무 커지면, 항복 응력을 넘는 인장 응력이 가해졌을 때, 왜곡의 국재화에 의한 네킹 현상이 조기에 발생하고, 이것에 의해, 조기에 파단에 이르는 것을 알 수 있었다

(D) 이 점을 토대로 또한 검토를 거듭한 결과, 상기와 같이, 모재 강판의 표층부를 경질의 조직으로 하고, 내부를 연질의 조직으로 한 후에, 적정한 조건으로 템퍼링 처리를 실행하고, 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차를 비커스 경도에서 20이상 80이하로 하는 것이 중요하며, 이것에 의해서, 원하는 강도를 확보하면서, 왜곡의 국재화가 발생하기 어려워져, 연성이 한층 향상한다는 지견을 얻었다.

본 발명은 상기의 지견에 의거하여, 또한 검토를 가한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

１．모재 강판의 편면에, 내식성 합금으로 이루어지는 합재가 접합되어 있는 클래드 강판으로서, 상기 모재 강판은 질량%로, C:0.02∼0.10%, Si:1.00%이하, Mn:0.50∼2.00%, P:0.030%이하 및, S:0.020%이하를 함유하고, 또한, Ceq가 0.20∼0.50이고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 또, 상기 모재 강판의 표층부의 조직은 면적률에서, 베이나이트상 및/또는 마텐자이트상을 합계 80%이상 포함하고, 또한, 상기 모재 강판의 내부의 조직은 면적률에서, 페라이트상을 30%이상 포함하고, 상기 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차는 비커스 경도에서 20이상 80이하인 클래드 강판:

여기서, Ceq는 다음 식(1)에 의해 정의되고,

Ceq = C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5…(1)

식 중, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V는 모재 강판의 성분 조성에 있어서의 각 원소의 함유량(질량%)이며,

또, 모재 강판의 표층부의 조직 및 경도는 각각, 합재가 접합되어 있지 않은 측의 면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 조직 및 경도로 하고, 또, 모재 강판의 내부의 조직 및 경도는 각각, 모재 강판과 합재의 접합 계면으로부타 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 조직 및 경도로 한다.

２．상기 모재 강판의 성분 조성은 질량%로, Ni:0.01∼1.00%, Cr:0.01∼0.50%, Mo:0.01∼0.50%, V:0.001∼0.100%, Nb:0.005∼0.050%, Ti:0.005∼0.100%, Al:0.005∼0.200%, Cu:0.01∼0.70%, Ca:0.0003∼0.0050%, B:0.0003∼0.0030% 및, REM:0.0003∼0.0100%에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 상기 1에 기재된 클래드 강판.

3．상기 내식성 합금은 스테인리스강인 상기 1 또는 2에 기재된 클래드 강판.

본 발명에 따르면, 내식성은 물론이고, 고강도와 고인성을 확보하면서, 연성도 우수한 클래드 강판을 얻을 수 있다.

또, 상기의 클래드 강판은 연성이 우수하므로, 케미컬 탱커의 부재 등, 복잡한 형상으로의 가공이 필요한 용도에 적용해서 특히 유리하다.

도 1은 클래드 슬래브의 단면을 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 모재 강판의 편면에, 내식성 합금으로 이루어지는 합재가 접합되어 있는 클래드 강판을 대상으로 하는 것이다. 또한, 클래드 강판의 판 두께는 특히 한정되지 않지만, 6∼45㎜가 바람직하다. 또, 모재 강판 및 합재의 판 두께는 각각, 5∼40㎜ 정도 및 1∼5㎜가 바람직하다.

우선, 본 발명의 클래드 강판에 있어서의 모재 강판의 성분 조성에 대해 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 단위는 모두 「질량%」이지만, 이하, 특히 단정하지 않는 한, 단지「%」로 나타낸다.

1．모재 강판의 성분 조성

C:0.02∼0.10%

C는 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, C를 0.02%이상 함유시킨다. 그러나, C 함유량이 0.10%를 넘으면, 용접성 및 인성의 열화를 초래한다. 따라서, C 함유량은 0.02∼0.10%로 한다. 바람직하게는 0.02∼0.08%, 더욱 바람직하게는 0.02∼0.07%이다.

Si:1.00%이하

Si는 탈산에 유효하며, 또 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Si를 0.01%이상 함유시킨다. 그러나, Si 함유량이 1.00%를 넘으면, 강의 표면 성상 및 인성의 열화를 초래한다. 따라서, Si 함유량은 1.00%이하로 한다. 바람직하게는 0.10∼0.70%, 더욱 바람직하게는 0.10∼0.50%이다.

Mn:0.50∼2.00%

Mn은 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Mn을 0.50%이상 함유시킨다. 그러나, Mn 함유량이 2.00%를 넘으면, 용접성이 열화하는 동시에, 합금 코스트가 증대한다. 따라서, Mn 함유량은 0.50∼2.00%로 한다. 바람직하게는 0.80∼1.80%, 더욱 바람직하게는 1.00∼1.80%이다.

P:0.030%이하

P는 강 중의 불가피한 불순물이며, 특히 P 함유량이 0.030%를 넘으면, 인성이 열화한다. 따라서, P 함유량은 0.030%이하로 한다. 바람직하게는 0.0001∼0.020%이다.

S:0.020%이하

S는 P와 마찬가지로, 강 중의 불가피한 불순물이며, 특히, S 함유량이 0.020%를 넘으면, 인성이 열화한다. 따라서, S 함유량은 0.020%이하로 한다. 바람직하게는 0.0001∼0.010%이다.

Ceq:0.20∼0.50

Ceq는 다음 식(1)에 의해 정의되는 강의 담금질성 지표이며, 원하는 조직, 더 나아가서는 원하는 강도 및 인성을 얻기 때문에, Ceq를 적정한 범위로 하는 것이 필요하다. 여기서, Ceq를 0.20이상으로 함으로써, 충분한 담금질성이 확보되고, 원하는 강도가 확보된다. 그러나, Ceq가 0.50을 넘으면, 모재 강판의 표층부의 조직이 과도하게 경질화되어, 인성이 열화한다. 따라서, Ceq는 0.20∼0.50으로 한다. 바람직하게는 0.25∼0.40이다.

Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5…(1)

식 중, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V는 모재 강판의 성분 조성에 있어서의 각 원소의 함유량(질량%)이다. 또한, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및/또는 V가 모재 강판의 성분 조성에 함유되어 있지 않은 경우에는 각각 「0」으로 해서 계산하면 좋다.

또, 상기한 기본 성분에 부가하여, Ni:0.01∼1.00%, Cr:0.01∼0.50%, Mo:0.01∼0.50%, V:0.001∼0.100%, Nb:0.005∼0.050%, Ti:0.005∼0.100%, Al:0.005∼0.200%, Cu:0.01∼0.70%, Ca:0.0003∼0.0050%, B:0.0003∼0.0030% 및 REM:0.0003∼0.0100%에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유시켜도 좋다.

Ni:0.01∼1.00%

Ni는 강의 담금질성을 향상시키는 동시에, 인성의 개선에 효과적인 원소이다. 그 효과는 Ni를 0.01%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Ni 함유량이 1.00%를 넘으면, 용접성이 열화되며, 합금 코스트도 증대한다. 따라서, Ni를 함유시키는 경우, Ni 함유량은 0.01∼1.00%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.01∼0.50%이다.

Cr:0.01∼0.50%

Cr은 강의 담금질성을 향상시키는 원소이며, 압연 후의 강의 강도 및 인성을 향상시킨다. 그 효과는 Cr을 0.01%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Cr 함유량이 0.50%를 넘으면, 용접성 및 인성의 열화를 초래한다. 따라서, Cr을 함유시키는 경우, Cr 함유량은 0.01∼0.50%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.01∼0.30%이다.

Mo:0.01∼0.50%

Mo는 Cr과 마찬가지로, 강의 담금질성을 향상시키는 원소이며, 압연 후의 강의 강도 및 인성을 향상시킨다. 그 효과는 Mo를 0.01%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Mo 함유량이 0.50%를 넘으면, 용접성 및 인성의 열화를 초래한다. 따라서, Mo를 함유시키는 경우, Mo 함유량은 0.01∼0.50%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.01∼0.30%이다.

V:0.001∼0.100%

V는 탄질화물을 형성함으로써, 강의 강도를 향상시킨다. 그 효과는 V를 0.001%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, V 함유량이 0.100%를 넘으면, 인성이 열화한다. 따라서, V를 함유시키는 경우, V 함유량은 0.001∼0.100%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.005∼0.050%이다.

Nb:0.005∼0.050%

Nb는 V와 마찬가지로, 탄질화물을 형성함으로써, 강의 강도를 향상시킨다. 그 효과는 Nb를 0.005%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Nb 함유량이 0.050%를 넘으면, 인성이 열화한다. 따라서, Nb를 함유시키는 경우, Nb 함유량은 0.005∼0.050%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.005∼0.030%이다.

Ti:0.005∼0.100%

Ti는 탄질화물을 형성하여 결정립을 미세화하는 것에 의해, 강의 강도 및 인성을 향상시킨다. 그 효과는 Ti를 0.005%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Ti 함유량이 0.100%를 넘으면, 용접부를 포함시킨 강의 인성이 열화한다. 따라서, Ti를 함유시키는 경우, Ti 함유량은 0.005∼0.100%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.005∼0.050%이다.

Al:0.005∼0.200%

Al은 탈산제로서 첨가되며, 그 함유량을 0.005%이상으로 함으로써 탈산 효과가 얻어진다. 그러나, Al 함유량이 0.200%를 넘으면, 용접부의 인성의 열화를 초래한다. 따라서, Al을 함유시키는 경우, Al 함유량은 0.005∼0.200%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.005∼0.100%이다.

Cu:0.01∼0.70%

Cu는 강의 담금질성을 향상시키는 원소이며, 압연 후의 강의 강도 및 인성을 향상시킨다. 그 효과는 Cu를 0.01%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Cu 함유량이 0.70%를 넘으면, 용접성 및 인성의 열화를 초래한다. 따라서, Cu를 함유시키는 경우, Cu 함유량은 0.01∼0.70%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.01∼0.50%이다.

Ca:0.0003∼0.0050%

Ca는 용접 열 영향부의 조직을 미세화하며, 인성을 향상시킨다. 그 효과는 Ca를 0.0003%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, Ca 함유량이 0.0050%를 넘으면, 조대한 개재물을 형성하여 인성이 열화된다. 따라서, Ca를 함유시키는 경우, Ca 함유량은 0.0003∼0.0050%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.0003∼0.0030%이다.

B:0.0003∼0.0030%

B는 담금질성을 향상시키며, 압연 후의 강의 강도 및 인성을 향상시킨다. 그 효과는 B를 0.0003%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, B 함유량이 0.0030%를 넘으면, 용접부의 인성이 열화한다. 따라서, B를 함유시키는 경우, B 함유량은 0.0003∼0.0030%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.0003∼0.0020%이다.

REM:0.0003∼0.0100%

REM은 Ca와 마찬가지로, 용접 열 영향부의 조직을 미세화하고, 인성을 향상시킨다. 그 효과는 REM을 0.0003%이상 함유시킴으로써 발현된다. 그러나, REM 함유량이 0.0100%를 넘으면, 조대한 개재물이 형성되어 인성이 열화한다. 따라서, REM을 함유시키는 경우, REM 함유량은 0.0003∼0.0100%로 한다. 더욱 바람직하게는 0.0003∼0.0080%이다.

상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이다.

２．모재 강판의 강 조직

또, 본 발명에서는 클래드 강판을 구성하는 모재 강판의 표층부의 조직을, 면적률에서, 베이나이트상 및/또는 마텐자이트상을 합계 80%이상 포함하는 조직으로 하고, 또한, 모재 강판의 내부의 조직을 면적률에서, 페라이트상을 30%이상 포함하는 조직으로 하는 것이 중요하다.

여기서, 모재 강판의 표층부의 조직은 합재가 접합되어 있지 않은 측의 면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 조직으로 한다.

또, 모재 강판의 내부의 조직은 모재 강판과 합재의 접합 계면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 조직으로 한다.

이하, 모재 강판의 표층부 및 내부의 조직에 대해, 설명한다.

모재 강판의 표층부의 조직: 베이나이트상 및 마텐자이트상의 면적률을 합계 80%이상

클래드 강판 전체의 강도를 확보하기 위해서는 모재 강판의 표층부에서는 경도가 높은 것이 바람직하다. 이 때문에, 모재 강판의 표층부의 경질상에 있어서의 베이나이트상 및 마텐자이트상의 면적률을 합계 80%이상으로 한다. 바람직하게는 90%이상이다. 상한에 대해서는 특히 한정되지 않으며, 100%이어도 좋다.

또, 베이나이트상 및 마텐자이트상 이외의 잔부 조직으로서는 페라이트상이나 펄라이트상 등이 포함되어 있어도 좋으며, 이들 잔부 조직의 합계의 면적률이 20%이하이면 허용할 수 있다. 바람직하게는 10%이하이다. 또한, 잔부 조직의 면적률은 0%이어도 좋다.

모재 강판의 내부의 조직: 페라이트상의 면적률을 30%이상

클래드 강판 전체의 연성과 인성을 확보하기 위해서는 모재 강판의 내부는 연질인 것이 바람직하다. 이 때문에, 모재 강판의 내부의 조직에서는 페라이트상의 면적률을 30%이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 35%이상이다. 더욱 바람직하게는 40%이상이다. 상한에 대해서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 전체의 강도를 확보하는 관점에서, 페라이트상의 면적률의 상한은 95% 정도로 하는 것이 바람직하다.

또, 페라이트상 이외의 잔부 조직으로서는 베이나이트상이나 마텐자이트상 등이 포함되어 있어도 좋으며, 이들 잔부 조직의 합계의 면적률이 70%이하이면 허용할 수 있다. 바람직하게는 65%이하, 더욱 바람직하게는 60%이하이다. 또한, 잔부 조직의 합계의 면적률의 하한은 5% 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 마텐자이트상 및 베이나이트상에는 각각, 소위 템퍼링 마텐자이트 및 템퍼링 베이나이트도 포함된다.

３．모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차: 비커스 경도에서 20이상 80이하

상술한 바와 같이, 모재 강판의 연성, 특히 탄성 범위를 넘어 파단에 이를 때까지의 소성 변형 범위에 있어서의 신장에는 모재 강판의 판 두께 방향에 있어서의 경도 차가 크게 영향을 주고 있다. 경질인 모재 강판의 표층부와 연질인 모재 강판의 내부의 경도 차가 너무 커지면, 항복 응력을 넘는 인장 응력이 가해졌을 때, 왜곡의 국재화에 의한 네킹 현상이 조기에 발생하고, 이것에 의해, 조기에 파단에 이른다. 그 때문에, 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차를 비커스 경도에서 80이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 60이하이다.

단, 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차가 너무 작아지면, 강도와 연성을 양립시키는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차는 20이상으로 한다. 바람직하게는 25이상, 더욱 바람직하게는 30이상이다.

여기서, 모재 강판의 표층부의 경도는 합재가 접합되어 있지 않은 측의 면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 경도로 한다. 또, 모재 강판의 내부의 경도는 모재 강판과 합재의 접합 계면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 경도로 한다.

４．합재

본 발명의 클래드 강판에서는 모재 강판의 편면에, 내식성 합금으로 이루어지는 합재가 접합되어 있다.

여기서, 내식성 합금으로서는 스테인리스강(예를 들면, JIS에서 규정되는 SUS304, SUS304L, SUS316 및 SUS316L 등의 오스테나이트계 스테인리스강이나, JIS에서 규정되는 SUS329J1이나 SUS329J3L, SUS329J4L, SUS323L, SUS821L1, SUS327L1 등의 오스테나이트-페라이트계 2상 스테인리스강(이하, 2상 스테인리스강이라고도 함)) 및, 니켈기 합금(예를 들면, JIS에서 규정되는 NCF625나 NCF825) 등을 들 수 있으며, 용도 등에 따라 적절히 선택하면 좋다. 예를 들면, 케미컬 탱커의 카고 탱크 용도에는 오스테나이트계 스테인리스강(SUS316L)이나 2상 스테인리스강 등이 바람직하다.

５．제조 방법

다음에, 본 발명의 클래드 강판의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

우선, 상기한 모재 강판의 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재와, 내식성 합금으로 이루어지는 합재의 소재를 적층하여 이루어지는 슬래브를 준비한다. 또한, 모재 강판의 소재는 상법에 의해 용제하면 좋다.

도 1에, 예로서 클래드 슬래브(10)의 단면도를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 모재 강판의 소재(1)와 합재의 소재(2)를 적층한 것을 합재의 소재끼리가 대향하도록 중첩하는 것에 의해, 클래드 슬래브(10)를 형성할 수 있다. 이 때, 합재의 소재(2)와 합재의 소재(2) 사이에는 박리제(3)를 도포할 수 있다. 박리제(3)로서는 특히 한정되지 않지만, Al₂O₃와 같이 비교적 저렴하고, 충분한 박리성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 도 1 중, '4'는 스페이서, '6'은 용접부이다.

이와 같이 모재 강판의 소재와 합재의 소재의 조합을, 합재의 소재끼리가 대향하도록 적층하여 중첩하면, 제조에 있어서 효율적이며, 유리하다. 또한, 냉각시의 휨 등을 고려하면, 모재 강판의 소재끼리 및 합재의 소재끼리는 각각 동등한 두께인 것이 바람직하다.

다음에, 상기의 슬래브를, 슬래브 두께의 1/2 위치의 온도에서 1000℃이상의 온도역으로 가열한 후, 해당 슬래브에, 압하비:2.0이상으로 되는 압연을 실시하여 모재 강판과 합재로 이루어지는 클래드 압연재로 한다.

여기서, 가열 온도가 1000℃미만이 되면, 고온역에서의 압연량을 충분히 확보할 수 없어, 접합성이 열화한다. 따라서, 합재의 내식성의 확보, 및 합재와 모재 강판의 접합성의 확보의 관점에서, 가열 온도는 1000℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1050℃이상이다. 단, 가열 온도가 1300℃를 넘으면, 결정립이 조대화되어, 모재 강판의 인성의 열화를 초래할 우려가 있으므로, 가열 온도는 1300℃이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 모재 강판과 합재의 접합에서는 고온에서 압하하는 것에 의해 금속 상호의 결합력이 얻어지며, 압하비를 2.0이상으로 함으로써 모재 강판과 합재를 양호하게 접합할 수 있다. 또, 압하비를 2.0이상으로 함으로써, 모재 강판의 결정립이 세립화되고, 모재 강판의 인성이 향상한다. 바람직하게는 3.0이상이다. 또, 압하비의 상한에 대해서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 20.0 정도이다.

또한, 압하비란 (압연 전의)슬래브의 두께/(압연 후의)클래드 압연재의 두께이다.

또, 합재의 석출물 생성을 회피하고, 내식성을 담보하는 목적에서는 압연 종료시의 강판 표면의 온도가 900℃이상인 것이 바람직하다.

다음에, 클래드 압연재를, 모재 강판의 표면(합재가 접합되어 있지 않은 측의 모재 강판의 표면)에 있어서의 냉각 속도가 30℃/s이상(바람직하게는 40℃/s이상)이고, 또한 모재 강판의 내부에 있어서의 냉각 속도가 15℃/s이하(바람직하게는 10℃/s이하)로 되도록, 모재 강판의 표면(합재가 접합되어 있지 않은 측의 모재 강판의 표면)에 있어서의 온도가 Ar₃점 이하로 될 때까지 냉각한다.

또한, Ar₃점은 다음 식(2)에서 계산되는 값으로 한다.

Ar₃(℃)=868-396C+25Si-68Mn-21Cu-36Ni-25Cr-30Mo…(2)

여기서,(2)식 중의 각 원소 기호는 강판 중의 각 원소의 함유량(질량%)이며, 해당 원소를 함유하지 않는 경우에는 0으로 해서 계산한다.

합재의 석출물 생성을 회피하고, 내식성을 담보하는 목적에서는 냉각 개시 온도는 850℃이상인 것이 바람직하다.

또한, 모재 강판의 내부에 있어서의 냉각 속도의 하한은 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.5℃/s 정도이다.

또, 냉각 정지 온도의 하한은 특히 한정되는 것은 아니지만, 모재 강판의 내부에 있어서의 온도에서 통상 200℃이상이다.

이러한 냉각을 실행함으로써, 모재 강판의 표층부의 조직을, 면적률에서, 베이나이트상 및/또는 마텐자이트상을 합계 80%이상 포함하는 조직으로 하고, 또한 모재 강판의 내부의 조직이 면적률에서, 페라이트상을 30%이상 포함하는 조직으로 할 수 있다.

또한, 상기의 냉각을 실행하기 위해서는 모재 강판 및 합재의 판 두께나 슬래브의 형태 등을 고려하여, 냉각 방법 및 냉각 조건을 설정할 필요가 있다.

예를 들면, 모재 강판의 소재/합재의 소재/합재의 소재/모재 강판의 소재의 순으로 적층한 슬래브를 사용하여 얻은 클래드 압연재(클래드 압연재의 각 모재 강판의 두께가 10㎜, 각 합재의 두께가 3㎜)의 경우, 수냉에 의해, 클래드 압연재를 양측으로부터 냉각하고, 클래드 압연재의 표면(합재가 접합되어 있지 않은 측의 모재 강판의 표면)에 있어서의 냉각 속도를 30℃/s이상 50℃/s이하로 함으로써, 모재 강판의 내부에 있어서의 냉각 속도를 15℃/s이하로 제어할 수 있다.

또한, 모재 강판의 표면(합재가 접합되어 있지 않은 측의 모재 강판의 표면)의 온도는 방사 온도계나 열전대 등에 의해 측정할 수 있다. 또, 모재 강판의 내부의 온도는 판 두께, 표면 온도 및 냉각 조건 등에 따라, 시뮬레이션 계산 등에 의해 구해진다. 예를 들면, 차분법을 이용하고, 판 두께 방향의 온도 분포를 계산하는 것에 의해, 모재 강판의 내부의 온도가 구해진다. 모재 강판의 표면 및 내부의 냉각 속도는 상술한 바와 같이 구해진 온도로부터 계산할 수 있다.

다음에, 얻어진 클래드 압연재에, 템퍼링 온도:550∼750℃, 유지 시간:100분 이하의 담금질 처리를 실시한다. 이러한 조건의 템퍼링 처리를 실행함으로써, 모재 강판의 표층부에 있어서의 경도가 저하하여, 표층부의 경도와 내부의 경도의 차가 작아지고, 그 결과, 모재 강판의 연성이 향상한다.

그 때문에, 템퍼링 온도는 550∼750℃, 유지 시간은 100분 이하로 한다. 바람직한 템퍼링 온도는 600∼700℃이다. 또, 바람직한 유지 시간은 1∼60분이다.

또, 여기서 말하는 템퍼링 온도는 클래드 압연재의 모재 강판 부분에 있어서의 판 두께 방향의 판 두께 1/2 위치에서의 온도이다.

또한, 모재 강판의 소재/합재의 소재/합재의 소재/모재 강판의 소재의 순으로 적층한 슬래브를 이용한 경우, 얻어진 클래드 압연재에 대해, 박리제를 도포한 합재-합재 사이를 박리함으로써 최종 제품판으로 한다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물)의 모재 강판의 소재와, 표 2에 나타내는 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물)으로 되는 오스테나이트계 스테인리스강 혹은 오스테나이트·페라이트계 스테인리스강의 합재의 소재를 모재 강판의 소재(두께:60㎜)/합재의 소재(두께:18㎜)/합재의 소재(두께:18㎜)/모재 강판의 소재(두께:60㎜)의 순으로 적층한 슬래브에, 표 3에 나타내는 조건으로 압연을 실시하여 클래드 압연재로 하고, 다음에, 얻어진 클래드 압연재에, 표 3에 나타내는 조건으로 Ar₃점 이하의 온도까지의 냉각 및 템퍼링을 실시한 후, 합재-합재 사이를 박리하여, 클래드 강판을 얻었다. 여기서, 템퍼링 시간은 모두 10분으로 하였다. 또한, 표 3의 제조 조건 (b)는 일반적인 담금질·템퍼링 프로세스이며, 구체적으로는 클래드 압연재를, 압연 후에 냉각한 후, 900℃로 재가열하고, 재가열 후에 수냉을 실행하여 실온까지 냉각하고, 그 후, 재차, 550℃까지 가열하여, 그 온도에서 10분간 유지하는 것이다.

이렇게 해서 얻어진 클래드 강판으로부터 각종 시험편을 채취하고, 이하의 요령으로, (1) 금속 조직 관찰, (2) 경도 시험, (3) 인장 시험, (4) 인성의 평가, 및 (5) 내식성의 평가를 실시하였다. 이들 결과를 표 4에 나타낸다.

(1) 금속 조직 관찰

얻어진 클래드 강판으로부터, 모재 강판의 표면에 평행한 면이 관찰면으로 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취한다. 다음에, 관찰면을 연마하고, 3vol% 나이탈액으로 부식하여 조직을 출현하고, 조직을 주사형 전자현미경(배율:3000배)으로 관찰하고, 촬상한다. 얻어진 조직 사진으로부터, 영상 해석에 의해, 조직을 동정한다.

구체적으로는 모재 강판의 표면(합재가 접합되어 있지 않은 측)으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에 있어서, 상기의 금속 조직 관찰을 10시야에서 실행하고, 각 시야에서의 조직 사진 중의 각 상의 점유 면적률의 평균값을, 모재 강판의 표층부에 있어서의 각 상의 면적률로 한다.

또, 모재 강판과 합재의 접합 계면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에 있어서, 상기의 금속 조직 관찰을 10시야에서 실행하고, 각 시야에서의 조직 사진 중의 각 상의 점유 면적률의 평균값을 모재 강판의 내부에 있어서의 각 상의 면적률로 한다.

(2) 경도 시험

모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차는 비커스 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는 클래드 강판의 압연 방향에 평행한 판 두께 단면(L단면)이 측정면으로 되도록, 모재 강판으로부터 시험편을 채취하였다. 그리고, 채취한 시험편을 이용하고, 모재 강판의 표층부의 경도 및 내부의 경도로서 각각, 모재 강판의 표면(합재가 접합되어 있지 않은 측)에서 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치, 및 모재 강판과 합재의 접합 계면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서, 비커스 경도를 측정하였다. 여기서, 비커스 경도는 시험 하중:10kgf로 하여 JIS Z 2244에 준거하여 측정하였다. 다음에, 측정한 표층부의 경도에서 내부의 경도를 빼고, 그 값을, 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차로 하였다.

(3) 인장 시험

모재의 강도와 신장을 인장 시험에 의해 평가하였다. 구체적으로는 클래드 강판에서, 합재 부분을 기계 가공에 의해서 제거하고, 모재 강판 부분으로부터 JIS 1A호의 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 준거하는 인장 시험을 실시하고, 인장 강도(TS) 및 전체 신장(El)을 구하였다. 그리고, 인장 강도(TS)가 490MPa이상의 것을 강도가 양호하고, 또, 전체 신장(El)이 16.0%이상의 것을 연성이 양호하다고 각각 평가하였다.

(4) 인성의 평가

인성은 샤르피 충격 시험에 의해서 평가하였다. 구체적으로는 모재 강판으로부터 샤르피 충격 시험편(길이:55㎜×폭:10㎜×높이:10㎜, 노치형상:(판 두께 방향 단면에 마련한) V노치)을 채취하고, JIS Z 2242에 준거한 샤르피 충격 시험을 실행하였다. 그리고, -40℃에 있어서의 샤르피 충격 시험에서 측정되는 흡수 에너지가 100J를 넘는 것을 인성이 양호하다고 평가하였다.

(5) 내식성의 평가

내식성은 황산·황산구리 부식 시험에 의해서 평가하였다. 구체적으로는 클래드 강판의 합재 부분으로부터 1㎜×10㎜×70㎜의 부식 시험편을 각각 채취하고, 채취한 부식 시험편을 이용하여, JIS G 0575(2012)에 준거한 황산·황산구리 부식 시험을 실시하였다. 그리고, 구부림 시험 후의 구부림 정점에 깨짐이 생기지 않은 것을 내식성이 양호하다고 평가하였다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

표 4로부터, 발명예는 모두, 고강도와 고인성, 더 나아가서는 내식성을 확보하면서, 연성도 우수한 것을 알 수 있다.

한편, No.25에서는 모재 강판의 C 함유량이 너무 많기 때문에, 모재 강판의 내부에 있어서 충분한 양의 페라이트상이 형성되지 않으며, 연성 및 인성이 뒤떨어지고 있었다.

No.26에서는 모재 강판의 Ceq가 충분하지 않기 때문에, 담금질성이 불충분하게 되어, 충분한 강도가 얻어지지 않았다.

No.27에서는 모재 강판의 Ceq가 너무 크기 때문에, 모재 강판의 내부에 있어서 충분한 양의 페라이트상이 형성되지 않으며, 인성이 뒤떨어지고 있었다. 또, 연성도 뒤떨어지고 있었다.

No.28에서는 압연 후에 냉각한 클래드 강판을, 900℃로 재가열한 것에 수반하여, 내식성이 열화되었다.

No.29에서는 압연 후의 냉각에 있어서의 모재 강판의 표면에서의 냉각 속도가 충분하지 않기 때문에, 모재 강판의 표층부에 있어서 충분한 양의 베이나이트상 및 마텐자이트상이 형성되지 않으며, 강도가 뒤떨어지고 있었다.

No.30에서는 압연 후의 냉각에 있어서의 모재 강판의 내부에서의 냉각 속도가 너무 빠르기 때문에, 모재 강판의 내부에 있어서 충분한 양의 페라이트상이 형성되지 않으며, 인성이 뒤떨어지고 있었다.

No.31에서는 압연 후의 냉각에 있어서의 표면에서의 냉각 속도가 충분하지 않기 때문에, 모재 강판의 표층부에 있어서 충분한 양의 베이나이트상 및 마텐자이트상이 형성되지 않아, 강도가 뒤떨어지고 있었다. 또, 압연 후의 냉각에 있어서의 모재 강판의 내부에서의 냉각 속도가 너무 빠르기 때문에, 모재 강판의 내부에 있어서 충분한 양의 페라이트상이 형성되지 않으며, 인성이 뒤떨어지고 있었다.

1; 모재 강판의 소재 2; 합재의 소재
3; 박리제 4; 스페이서
5; 용접부 10; 클래드 슬래브

Claims

모재 강판의 편면에, 내식성 합금으로 이루어지는 합재가 접합되어 있는 클래드 강판으로서,
상기 모재 강판은 질량%로,
C:0.02∼0.10%,
Si:1.00%이하,
Mn:0.50∼2.00%,
P:0.030%이하 및,
S:0.020%이하
를 함유하고, 또한, Ceq가 0.20∼0.50이고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
또, 상기 모재 강판의 표층부의 조직은 면적률에서, 베이나이트상 및/또는 마텐자이트상을 합계 80%이상 포함하고, 또한 상기 모재 강판의 내부의 조직은 면적률에서, 페라이트상을 30%이상 포함하고,
상기 모재 강판의 표층부의 경도와 내부의 경도의 차는 비커스 경도에서 20이상 80이하인 클래드 강판:
여기서, Ceq는 다음 식(1)에 의해 정의되고,
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5…(1)
식 중, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V는 모재 강판의 성분 조성에 있어서의 각 원소의 함유량(질량%)이며,
또, 모재 강판의 표층부의 조직 및 경도는 각각, 합재가 접합되어 있지 않은 측의 면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 조직 및 경도로 하고, 또, 모재 강판의 내부의 조직 및 경도는 각각, 모재 강판과 합재의 접합 계면으로부터 판 두께 방향으로 깊이:1㎜의 위치에서 측정되는 조직 및 경도로 한다.
제 1 항에 있어서,
상기 모재 강판의 성분 조성은 질량%로,
Ni:0.01∼1.00%,
Cr:0.01∼0.50%,
Mo:0.01∼0.50%,
V:0.001∼0.100%,
Nb:0.005∼0.050%,
Ti:0.005∼0.100%,
Al:0.005∼0.200%,
Cu:0.01∼0.70%,
Ca:0.0003∼0.0050%,
B:0.0003∼0.0030% 및,
REM:0.0003∼0.0100%
에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 클래드 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내식성 합금은 스테인리스강인 클래드 강판.