KR20220047862A - 클래드 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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료스케 사카이
요타 구로누마
준지 시마무라
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 클래드 강판은, 모재 강판에 맞댐재가 접합된 것으로서, 모재 강판의 성분 조성은, 질량％로, C: 0.120∼0.180％, Si: 0.15∼0.40％, Mn: 0.50∼0.90％, P: 0.020％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cu＋Ni＋Cr: 0.800∼1.100％(단, 각 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타냄), Mo: 0.45∼0.60％, Nb: 0.005∼0.025％, Al: 0.005∼0.050％, N: 0.0010∼0.0070％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률은 20％ 이상이고, 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 결정 입경은 15㎛ 이하이다.

Description

클래드 강판 및 그의 제조 방법
본 발명은, 예를 들면 코크 드럼(coke drum) 등에 이용되는 클래드(clad) 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
클래드 강판이란, 탄소강 등의 모재 강판에, 내식성 합금으로 이루어지는 맞댐재를 접합한 강판이다. 클래드 강판은, 구조 부재로서의 기계적 특성과 내식성을 겸비하여, 무구재(無垢材) 내식성 합금과 비교하여 염가라는 특장을 갖고 있다. 그 때문에, 클래드 강판은, 조선, 압력 용기, 에너지 분야를 주로 한 산업 분야에서 널리 사용되고 있고, 자원 개발에 있어서의 부식 환경이 엄격한 물건이 증가하고 있는 것을 배경으로 수요가 높아지고 있다.
종래부터, 예를 들면 압력 용기용 등에 이용되는 클래드 강판으로서, 탄소강보다 고온 강도가 높은 1Cr-1/2Mo강 등을 모재(예를 들면 특허문헌 1 참조)로 한 클래드 강판이 알려져 있다. 또한, 딜레이드 코킹 프로세스(delayed coking process)에 사용되는 코크 드럼에서는, 1·1/4Cr-1/2Mo강이나 1Cr-1/2Mo강이 채용되는 케이스가 많고, 일부 1/2Mo강이 채용되는 케이스도 있다.
코크 드럼에 있어서, 운전 시에는 운전 온도가 약 440℃∼500℃, 운전 압력이 약 1∼7㎏/㎠G가 되고, 코크스 취출(coke removal) 시에는, 상온 및 대기압이 되는 바와 같은 사이클이 16∼24시간 간격으로 반복된다. 한편, 코크 드럼의 내부는 H2S 환경이기 때문에, 고온 황화 대책으로서, 맞댐재에는 SUS405나 SUS410S와 같은 13Cr계 스테인리스강이나 Alloy625와 같은 Ni기 합금이 채용된다.
일본공개특허공보 2001-247915호
전술과 같은 노말라이징(normalizing)에 의해 제조된 클래드 강판에 있어서의 1/2Mo강으로 이루어지는 모재는, 마이크로 조직이 조대한(coarse) 페라이트와 경질인 베이나이트의 복상 조직이 된다. 이 때문에, 모재 인성이 현저하게 열화하는 것이 알려져 있어, 모재 강도와 모재 인성의 양립은 곤란하다.
본 발명은, 상기의 실상을 감안하여 개발된 것으로서, 모재 강도와 모재 인성을 양립한 클래드 강판을, 그의 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로서, 그의 요지는 다음과 같다.
[1] 모재 강판에 맞댐재가 접합되어 있는 클래드 강판으로서,
모재 강판에 맞댐재가 접합되어 있는 클래드 강판으로서,
상기 모재 강판의 성분 조성은, 질량％로,
C: 0.120∼0.180％,
Si: 0.15∼0.40％,
Mn: 0.50∼0.90％,
P: 0.020％ 이하,
S: 0.010％ 이하,
Mo: 0.45∼0.60％,
Nb: 0.005∼0.025％,
Al: 0.005∼0.050％ 및,
N: 0.0010∼0.0070％
를 함유하고, 추가로, Cu, Ni, Cr을,
Cu＋Ni＋Cr: 0.800∼1.100％
(단, 각 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타냄)
를 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률은 20％ 이상이고, 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 결정 입경은 15㎛ 이하인 클래드 강판.
[2] 상기 모재 강판의 성분 조성이, 추가로 질량％로,
Cu: 0.30∼0.40％,
Ni: 0.30∼0.40％,
Cr: 0.20∼0.30％
를 함유하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 클래드 강판.
[3] 상기 모재 강판의 성분 조성이, 추가로 질량％로, V: 0.005∼0.030％, Ti: 0.005∼0.030％, Ca: 0.0005∼0.0040％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 [1] 또는 [2]에 기재된 클래드 강판.
[4] 상기 맞댐재는, 스테인리스강으로 이루어지는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 클래드 강판.
[5] 상기 맞댐재는, Ni기 합금으로 이루어지는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 클래드 강판.
[6] [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 모재 강판의 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재와 스테인리스강으로 이루어지는 맞댐재의 소재를 조립한 조립 슬래브(slab assembly)를, 표면 온도로 1050℃∼1200℃의 온도역으로 가열하고,
가열한 상기 조립 슬래브에 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서의 압하비 1.5 이상으로 하는 압연을 실시하여 압연판을 제작하고,
상기 압연판에, 상기 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 온도로 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하의 노말라이징을 2회 이상 실시하는
클래드 강판의 제조 방법.
[7] [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 모재 강판의 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재와 Ni기 합금으로 이루어지는 맞댐재의 소재를 조립한 조립 슬래브를, 표면 온도로 1050℃∼1200℃의 온도역으로 가열하고,
가열한 상기 조립 슬래브에 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서의 압하비 2.0 이상이고, 압연 종료 온도를 상기 조립 슬래브의 표면 온도 800℃ 이상으로 하는 압연을 실시하여 압연판을 제작하고,
상기 압연판에, 상기 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 온도로 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하의 노말라이징을 2회 이상 실시하는
클래드 강판의 제조 방법.
[8] 상기 조립 슬래브를, 모재 강판의 소재, 맞댐재의 소재, 맞댐재의 소재, 모재 강판의 소재의 순으로 적층하여, 또는 모재 강판의 소재와 맞댐재의 소재를 적층하여 조립하는 [6] 또는 [7]에 기재된 클래드 강판의 제조 방법.
본 발명의 클래드 강판 및 그의 제조 방법에 의하면, 베이나이트의 면적률을 20％ 이상으로 하여 모재 강도를 확보하면서, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 결정 입경을 15㎛ 이하로 하여 모재 인성을 확보할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 클래드강은, 모재의 편면 또는 양면에 맞댐재가 접합된 구조를 갖는다. 맞댐재로서는, 예를 들면 내식성의 스테인리스강 또는 Ni기 합금을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 용도에 따라서 여러 가지의 합금을 이용할 수 있다. 또한, 클래드 강판의 판두께는 예를 들면 70㎜ 정도이지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 통상, 모재 강판의 판두께는 5∼66㎜ 정도이고, 맞댐재의 판두께는 1.5∼4.0㎜ 정도이다.
우선, 본 발명의 클래드 강판에 있어서의 모재 강판의 성분 조성에 대해서 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히 「％」로 나타낸다.
모재 강판의 성분 조성은, 질량％로, C: 0.120∼0.180％, Si: 0.15∼0.40％, Mn: 0.50∼0.90％, P: 0.020％ 이하, S: 0.010％ 이하, Cu＋Ni＋Cr: 0.800∼1.100％(단, 각 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타냄), Mo: 0.45∼0.60％, Nb: 0.005∼0.025％, Al: 0.005∼0.050％, N: 0.0010∼0.0070％를 함유한다. 이하, 각 성분 조성에 대해서 상세히 설명한다.
C: 0.120∼0.180％
C는, 탄화물로서 석출 강화에 기여하는 원소이다. 여기에서, C 함유량이 0.120％ 미만에서는, 충분한 모재 강도를 확보할 수 없다. 한편, C 함유량이 0.180％를 초과하면, 조대한 탄화물(시멘타이트)의 석출에 의해, 모재 인성 및 용접 열영향부 인성을 열화시킨다. 따라서, C 함유량은 0.120∼0.180％로 한다. 바람직한 상한값은 0.165％이다.
Si: 0.15∼0.40％
Si는, 탈산이나 고용 강화에 의한 모재 강도 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 여기에서, Si 함유량이 0.15％ 미만에서는, 그 효과가 충분하지 않다. 한편, Si 함유량이 0.40％를 초과하면, 모재 인성이나 용접 열영향부 인성을 열화시킨다. 따라서, Si 함유량은 0.15∼0.40％로 한다. 바람직한 하한값은 0.20％이다.
Mn: 0.50∼0.90％
Mn은, 퀀칭성(hardenability) 향상에 의한 모재 강도 확보 및 모재 인성 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 여기에서, Mn 함유량이 0.50％ 미만에서는, 그 효과가 충분하지 않다. 한편, Mn 함유량이 0.90％를 초과하면, 용접성이 열화한다. 따라서, Mn 함유량은 0.50∼0.90％로 한다. 바람직한 하한값은 0.70％이다.
P: 0.020％ 이하
P는, 모재 인성을 열화시키는 불가피적 불순물이다. 따라서, P 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0080％ 이하이다.
S: 0.010％ 이하,
S는, 일반적으로 강 중에 있어서는 황화물계 개재물로서 존재하고, 모재 인성을 열화시킨다. 따라서, S는 최대한 저감하는 것이 바람직하고, S 함유량은 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.
Mo: 0.45∼0.60％,
Mo는 석출 강화에 의해 모재 강판의 고강도화에 기여한다. 여기에서, Mo 함유량이 0.45％ 미만에서는 그 효과는 충분하지 않다. 한편, Mo 함유량이 0.60％를 초과하면, 용접 열영향부의 인성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, Mo를 함유시키는 경우, 그의 함유량은 0.45∼0.60％ 이하로 한다. 바람직한 하한값은 0.50％이다.
Nb: 0.005∼0.025％
Nb는, 석출 강화나 퀀칭성 증대에 의해 모재 강판의 고강도화에 기여한다. 또한, Nb는 탄질화물을 형성하고, 그 탄질화물에 의한 피닝 효과(pinning effect)로 오스테나이트의 조대화를 억제하여, 모재 인성 향상에 기여한다. 그러나, Nb 함유량이 0.005％ 미만에서는, 그 효과가 충분하지 않다. 따라서, Nb 함유량은 0.005％ 이상으로 하고, 0.015％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 0.025％를 초과하면, 섬 형상 마르텐사이트나 조대한 Nb 탄질화물의 생성을 초래하여, 용접 열영향부의 인성이 열화한다. 따라서, Nb 함유량은 0.025％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.020％ 이하이다.
Al: 0.005∼0.050％
Al은, 질화물에 의한 피닝 효과로 오스테나이트의 조대화를 억제하여, 모재 인성 향상에 기여하는 원소이다. 또한, 탈산을 위해 첨가되는 원소이다. 그러나, Al 함유량이 0.005％ 미만에서는, 이들 효과가 충분하지 않다. 한편, Al 함유량이 0.050％를 초과하면, 알루미나 클러스터를 형성하여 연성을 열화시킨다. 따라서, Al 함유량은 0.005∼0.050％로 한다. 바람직한 하한값은 0.020％이다.
N: 0.0010∼0.0070％
N은, 0.0010％ 이상 함유시킴으로써, 질화물에 의한 피닝 효과로 오스테나이트의 조대화를 억제하여, 모재나 용접 열영향부의 인성 향상에 기여한다. 그러나, N 함유량이 0.0070％를 초과하면, 용접 열영향부의 인성이 열화한다. 따라서, N 함유량은 0.0010∼0.0070％로 한다. 바람직한 하한값은, 0.0020％이다.
Cu＋Ni＋Cr: 0.800∼1.100％(단, 각 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타냄)
Cu, Ni, Cr은 모두, 퀀칭성을 향상시키는 원소이고, 모재 강도 확보 및 모재 인성 확보를 위해 첨가하는 원소이다. 여기에서, Cu, Ni, Cr의 합계 함유량이 0.800％ 미만에서는, 충분한 강도-인성 밸런스를 확보할 수 없다. 따라서, Cu, Ni, Cr의 합계 함유량은 0.800％ 이상으로 하고, 0.950％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu, Ni, Cr은 고가의 원소이기 때문에, 다량으로 함유시키면 비용의 증가를 초래한다. 따라서, Cu, Ni, Cr의 합계 함유량은 1.100％ 이하로 한다.
또한, Cu, Ni, Cr의 모든 원소를 함유시킬 필요는 없고, 어느 1종 혹은 2종을 함유시켜 상기 합계 함유량을 충족하고 있으면 좋다. Cu, Ni, Cr을 모두 함유시키는 경우, Cu: 0.30∼0.40％, Ni: 0.30∼0.40％ 및, Cr: 0.20∼0.30％로 각각 함유시켜도 좋다. Cu 함유량이 0.30％ 미만, Ni 함유량이 0.30％ 미만, 또는 Cr 함유량이 0.20％ 미만에서는, 충분한 강도-인성 밸런스를 확보할 수 없다. 이 때문에, Cu, Ni 및, Cr을 함유시키는 경우에는, Cu 함유량은 0.30％ 이상으로 하고, 0.35％ 이상인 것이 바람직하고, Ni 함유량은 0.30％ 이상으로 하고, 0.35％ 이상인 것이 바람직하고, Cr 함유량은 0.20％ 이상으로 하고, 0.25％ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Cu, Ni, Cr은 고가의 원소이기 때문에, 다량으로 함유시키면 비용의 증가를 초래한다. 따라서, Cu, Ni, Cr을 함유시키는 경우에는, Cu 함유량은 0.40％ 이하, Ni 함유량은 0.40％ 이하, Cr 함유량은 0.30％ 이하로 한다.
또한, 상기한 성분 조성에 더하여, 추가로 V: 0.005∼0.030％, Ti: 0.005∼0.030％, Ca: 0.0005∼0.0040％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 좋다.
V: 0.005∼0.030％
V는, 석출 강화에 의해 모재 강판의 고강도화에 기여한다. 여기에서, V 함유량이 0.005％ 미만에서는 그 효과가 충분하지 않다. 한편, V 함유량이 0.030％를 초과하면, 용접 열영향부의 인성이 열화한다. 따라서, V를 함유시키는 경우, 그의 함유량은 0.005∼0.030％ 이하로 한다. 더욱 바람직한 하한값은 0.025％이다.
Ti: 0.005∼0.030％
Ti는, 0.005％ 이상 함유시킴으로써, 질화물에 의한 피닝 효과로 오스테나이트의 조대화를 억제하여, 모재나 용접 열영향부의 인성 향상에 기여한다. 또한, Ti는, 석출 강화에 의한 강판의 고강도화에 유효한 원소이다. 그러나, Ti 함유량이 0.030％를 초과하면, 질화물이 조대화하여 취성 파괴나 연성 파괴의 기점이 된다. 따라서, Ti를 함유시키는 경우, 그의 함유량은 0.005∼0.030％로 한다. 바람직한 상한값은 0.020％이다.
Ca: 0.0005∼0.0040％
Ca는, 강 중의 S를 고정하여 모재 인성이나 내HIC 특성을 향상시키는 기능이 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ca를 0.0005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Ca 함유량이 0.0040％를 초과하면, 강 중의 개재물을 증가시켜, 모재 인성이나 내HIC 특성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, Ca를 함유시키는 경우, 그의 함유량은 0.0005∼0.0040％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 0.0020∼0.0030％이다.
또한, 상기 모재 강판에 있어서 상기 조성 성분의 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다. 불가피 불순물이란, 원료 중에 존재하고, 혹은 제조 공정에 있어서 불가피적으로 혼입하는 것으로, 본래는 불필요한 것이지만, 미량이고, 특성에 영향을 미치지 않기 때문에, 함유가 허용되어 있는 불순물을 의미한다. 따라서, 불가피적 불순물이 포함되어 있어도 모재의 특성에 현저한 변화는 생기지 않는다. 예를 들면, 0.003％ 이하의 산소(O)가 함유되는 것은 허용된다.
이상, 클래드강의 모재의 적정 조성 범위에 대해서 설명했지만, 당해 성분 조성의 제어에 더하여 모재 강판의 강 조직을 제어함으로써, 모재 강도 및 모재 인성의 향상을 도모할 수 있다. 우선, 모재 강도를 확보하기 위해, 모재 강판의 강 조직은 베이나이트를 포함하는 조직으로 되어 있다. 구체적으로는, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률을 20％ 이상으로 한다. 또한, 모재 인성을 확보하기 위해서는, 모재 강판에 있어서 취성 균열의 기점이 될 수 있는 조대한 탄화물(시멘타이트)의 저감과 취성 균열 전파 저항을 증대시키는 조직의 미세화를 동시에 행하는 것이 유효하다. 구체적으로는, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 결정 입경을 15㎛ 이하로 한다. 이하에 베이나이트의 면적률 및 페라이트의 평균 결정 입경에 대해서 나누어 설명한다.
모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률: 20％ 이상
모재 강판의 강 조직은, 강도 확보의 관점에서 베이나이트를 포함하는 조직으로 할 필요가 있고, 이 베이나이트는 변태 조직 강화에 의해 강판의 강도 향상에 유효하게 기여한다. 구체적으로는, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치(이하, 간단히 판두께 1/2 위치라고도 함)에 있어서의 강 조직 전체에 대한 베이나이트의 면적률로 20％ 이상으로 한다. 또한, 모재 강판은, 베이나이트를 면적률로 20％ 이상 함유하는 것이면 좋고, 페라이트와 베이나이트의 합계의 면적률이 100％로 이루어지는 것이라도 좋고, 페라이트와 베이나이트 이외의 강 조직을 함유하는 것이라도 좋다.
판두께 1/2 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률은, 이하와 같이 하여 구한 것이다. 즉, 면적률은, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 L단면(압연 방향에 평행하고 압연면 법선 방향에 평행한 단면)을 경면 연마 후, 나이탈에 의해 부식하고, 무작위로 선택한 1.2㎟의 영역을, 광학 현미경을 이용하여 배율: 100배 관찰하여, 화상 해석함으로써 구한 것이다.
페라이트의 평균 결정 입경: 15㎛ 이하
페라이트의 결정 입계는, 취성 균열 전파의 저항이 되기 때문에, 결정립의 미세화는 모재 인성의 향상에 기여한다. 따라서, 페라이트의 평균 결정 입경은 15㎛ 이하로 한다. 또한, 페라이트의 평균 결정 입경은 JIS G 0551에 준거하여 평가한 것이다.
클래드강에 있어서, 모재 강판에 접합된 맞댐재는, 예를 들면 내식성 합금으로 이루어져 있다. 내식성 합금은 특별히 한정되는 것은 아니지만, SUS405나 SUS410S 등의 스테인리스강 혹은 Ni기 합금으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 모재 강판의 조직 제어를 행하려면, 성분 조성 및 제조 조건, 특히 압연 후의 노말라이징 조건을 적정하게 제어하는 것이 중요하다. 그래서, 상기 클래드 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 이 클래드 강판의 제조 방법은, 상기한 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재와, 스테인리스강 혹은 Ni기 합금으로 이루어지는 맞댐재의 소재를 적층하여 이루어지는 조립 슬래브를, 표면 온도로 1050℃∼1200℃의 온도역으로 가열하고, 조립 슬래브에, 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서 맞댐재의 종류에 따른 압하비로 압연을 실시한 후, 공냉하여 모재 강판과 맞댐재로 이루어지는 압연판을 제작하고, 제작한 압연판에, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 온도로 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하의 노말라이징을 2회 이상 실시하는 것이다.
여기에서, 조립 슬래브는, 예를 들면, 모재 강판의 소재와 맞댐재의 소재를 적층하여, 또는, 모재 강판의 소재, 맞댐재의 소재, 맞댐재의 소재, 모재 강판의 소재의 순으로 적층하여 조립할 수 있다. 또한, 맞댐재끼리를 서로 겹칠 때, 맞댐재 사이에 박리제를 미리 도포해 두고, 노말라이징 처리의 종료 후에, 상부와 하부를 박리함으로써, 제품판이 되는 모재 강판의 편면에 맞댐재가 접합되어 있는 클래드 강판이 얻어진다. 또한, 조립 슬래브는, 예를 들면 10－4torr 이하의 진공(부압)이 되는 환경하에서 모재 강판끼리를 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접하여, 모재 강판과 맞댐재를 가부착한 것이라도 좋다.
슬래브 가열 온도가 표면 온도로 1050℃∼1200℃에서의 가열
슬래브 가열 온도가 1050℃ 미만에서는, 모재 강판과 맞댐재의 접합성의 확보가 곤란해진다. 한편, 슬래브 가열 온도가 1200℃를 초과하면, 모재 강판에 있어서 오스테나이트가 조대화하여, 인성이 열화한다. 따라서, 슬래브 가열 온도는 1050℃∼1200℃로 한다. 바람직하게는 1050∼1100℃이다.
표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서 맞댐재의 종류에 따른 압하비로의 압연
클래드 강판의 모재 강판과 맞댐재의 접합성은, 고온역에서의 압연에 의해 확보된다. 즉, 고온역에서의 압연에서는, 모재 강판과 맞댐재의 변형 저항이 작아져 양호한 접합 계면이 형성되기 때문에, 접합 계면에서의 원소의 상호 확산이 용이해져, 모재 강판과 맞댐재의 접합성이 확보된다.
모재 강판과 맞댐재의 접합성의 관점에서, 맞댐재의 종류에 따라서 압하비가 설정된다. 맞댐재가 스테인리스강으로 이루어지는 경우, 압연되는 재료의 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서의 압하비를 1.5 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 표면 온도 1000℃ 이상의 온도역에서의 압하비를 2.0 이상으로 한다.
맞댐재가 Ni기 합금으로 이루어지는 경우, 압연되는 재료의 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서의 압하비를 2.0 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 표면 온도 1000℃ 이상의 온도역에서의 압하비를 2.5 이상으로 한다. 또한, 맞댐재가 Ni기 합금으로 이루어지는 경우, 압연 종료 온도가 표면 온도로 800℃를 하회하면, 모재와 맞댐재의 계면에 전단 응력이 가해져, 접합성이 열화하는 경우가 있다. 따라서, 압연 종료 온도는, 조립 슬래브의 표면 온도로 800℃ 이상으로 한다.
노말라이징 온도: 판두께 1/2 위치의 온도로 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하에서의 노말라이징
상기의 클래드 압연 후, 압연판을 가열하여 노말라이징을 행한다. 또한, 여기서 말하는 노말라이징 온도는, 압연판의 모재 강판 부분에 있어서의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 온도이다. 노말라이징 온도가 Ac3 변태점 미만이면, 오스테나이트 변태가 완료되지 않고, 최종 조직이 불균일해져 모재 강판의 인성이 열화한다. 한편, 노말라이징 온도가 1000℃를 초과하면, 오스테나이트의 피닝에 작용하는 Al의 질화물이나 Nb의 탄질화물의 용해에 의해, 오스테나이트가 조대화하여 모재 강판의 인성이 열화한다. 따라서, 노말라이징 온도는 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하로 한다. 바람직하게는 900℃∼1000℃이다. 또한, Ac3 변태점은, 하기 (1)식에 의해 구할 수 있다.
Ac3(℃)＝912.0?230.5×C＋31.6×Si?20.4×Mn?39.8×Cu?18.1×Ni?14.8×Cr＋16.8×Mo…(1)
여기에서, 상기식 (1)에 있어서의 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, 당해 원소가 함유되어 있지 않은 경우에는 제로로 한다.
노말라이징 횟수: 2회 이상
최종 조직의 페라이트는, 노말라이징 시의 오스테나이트의 미세화에 의한 페라이트 변태핵 생성 사이트의 증가에 의해 미세화한다. 여기에서, 노말라이징의 가열 시의 오스테나이트의 입경은, 노말라이징 전 조직의 입경과 노말라이징 시의 석출물의 분산 상태가 영향을 미친다. 노말라이징 전 조직의 미세화, 석출물의 양의 증가 및 사이즈의 저하를 시킴으로써, 노말라이징의 가열 시의 오스테나이트는 미세화한다. 전술과 같이, 클래드 강판은 맞댐재와 모재의 접합성 확보를 위해, 고온에서의 압연이 필요하여, 모재의 노말라이징 전 조직이, 모재를 클래드가 아닌 탄소강 단독으로 제조하는 무구재의 조직에 비해 조대해지기 쉽다. 그래서, 노말라이징을 2회 이상 실시함으로써, 석출물의 분산 상태에 현저한 변화는 없지만, 노말라이징 전 조직이 미세화함으로써 최종 조직의 페라이트가 미세화하여 모재 인성을 확보할 수 있다. 따라서, 노말라이징 횟수는 2회 이상으로 한다. 각 회의 노말라이징의 가열 시의 온도의 상호의 관계에 대해서는, 특별히 제약되는 것이 아니며, 적절히 선택해도 좋다.
실시예 1
실시예 1에 있어서, 하기표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재를 제작했다. 또한, 맞댐재는 SUS410S로 이루어지는 스테인리스강으로 했다. 표 1∼3에 있어서, 하선 부분은, 본 발명의 범위 외인 것을 의미하고, 「－」은 함유하고 있지 않은, 혹은 불가피 불순물로서 함유하고 있는 경우를 의미한다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)의 모재 강판의 소재와 맞댐재(SUS410S)의 소재를 적층하여 조립한 조립 슬래브에, 하기표 2에 나타내는 조건으로 가열한 후에 압연을 실시하여 압연판을 제작하고, 이어서, 얻어진 압연판에, 표 2에 나타내는 조건으로 노말라이징을 실시하여, 판두께 69㎜의 클래드 강판(모재 강판의 판두께: 65㎜, 맞댐재의 판두께: 4㎜)을 제조했다. 노말라이징을 2회 실시한 경우의 노말라이징 온도는, 1회째와 2회째에서 동일한 온도로 했다.
Figure pct00002
이렇게 하여 얻어진 클래드 강판에 대하여, JIS Z2241에 준거한 인장 시험(시험편 형상: 4호, 시험편 채취 위치: 판두께 1/2 위치, 시험편 채취 방향: C방향, 시험 온도: 실온) 및 JIS Z2242에 준거한 샤르피 충격 시험(노치 형상: V노치, 시험편 채취 위치: 판두께 1/2 위치, 시험편 채취 방향: C 방향)을 실시하여, 항복 강도(YS) 및 인장 강도(TS), 연성 취성 전이 온도(vTrs)를 구했다. 또한, 인장 시험 및 샤르피 충격 시험의 시험편 채취 위치가 판두께 1/2 위치라는 것은, 모재 강판의 판두께 1/2 위치인 것을 가리킨다.
또한, JISG0601에 준거한 전단 시험을 실시하여 모재 강판과 맞댐재의 접합 계면 전단 강도를 구하여, 모재 강판과 맞댐재의 접합성을 평가했다. 접합 계면 전단 강도가 300㎫ 이상인 경우에 접합성이 양호하다고 했다. 또한, 전술한 방법에 의해, 강 조직의 동정(同定) 및 각 상의 면적률의 산출, 그리고 페라이트의 평균 결정 입경의 산출을 행했다. 이들의 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
평가 기준으로서, 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서, 인장 강도(TS)(Tensile Strength)≥515[㎫](노말라이징 후, PWHT640℃-3hr 후, PWHT640℃-21hr 후), 항복 강도 YS(Yield Strength)≥295[㎫](노말라이징 후, PWHT640℃-21hr 후), 항복 강도 YS≥390[㎫](PWHT640℃-3hr 후), 연성 취성 전이 온도 vTrs＜－10[℃](PWHT640℃-21hr 후)인 것을, 예를 들면 300℃ 이상에서 사용되는 코크 드럼 등의 압력 용기용의 클래드 강판에 요구되는 특성(모재 강도 및 모재 인성)을 만족하는 것이라고 평가했다.
표 3의 발명예에서는, 모두 상기 모재 강도 및 모재 인성을 만족하는 결과가 얻어지고 있고, 접합성도 양호하다는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 No.2는, 모재 강판의 C, Mn 및 Mo 함유량이 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 냉각 중에 생긴 베이나이트의 양도 적고, 소망하는 인장 특성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.9는, 모재 강판의 C 함유량 및 Si 함유량이 적정 범위를 상회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예의 No.10은, 모재 강판의 C 함유량이 적정 범위를 상회하고 있고, Cu, Ni, Cr의 합계 함유량이 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다.
비교예 No.11은, Al, Nb 및 N 함유량이 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.16은, 슬래브 가열 온도가 적정 범위를 상회하고 있고, 또한, 노말라이징 횟수가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.18은, 노말라이징 온도가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.19는, 노말라이징 온도가 적정 범위를 상회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 특성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.21은, 슬래브 가열 온도 및 950℃ 이상에서의 압하비가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 강판과 맞댐재의 접합성이 얻어지지 않는다. 비교예의 No.22는, 노말라이징 횟수가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예의 No.23은, 슬래브 가열 온도가 적정 범위를 상회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 이상과 같이, 맞댐재로서 스테인리스강을 이용한 경우, 당해 성분 조성의 제어에 더하여 모재 강판의 강 조직을 제어함으로써, 클래드 강판에 있어서의 모재 강도 및 모재 인성의 향상을 도모할 수 있었다.
실시예 2
실시예 2에 있어서, 전술한 표 1에 나타내는 실시예 1과 동일한 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재를 제작했다. 단, 맞댐재의 소재는 Alloy625로 이루어지는 Ni기 합금으로 했다.
표 1에 나타내는 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)의 모재 강판의 소재와 맞댐재의 소재를, 전술한 수법에 의해 적층하여 조립한 조립 슬래브에, 하기표 4에 나타내는 조건으로 압연을 실시하여 압연판을 제작했다. 이어서, 얻어진 압연판에, 표 4에 나타내는 조건으로 노말라이징을 실시하여, 판두께 69㎜의 클래드 강판(모재 강판의 판두께: 65㎜, 맞댐재의 판두께: 4㎜)을 제조했다. 노말라이징을 2회 실시한 경우의 노말라이징 온도는, 1회째와 2회째에서 동일한 온도로 했다.
Figure pct00004
이렇게 하여 얻어진 클래드 강판에 대하여 실시예 1과 동일한 평가 시험을 행하여, 항복 강도(YS), 인장 강도(TS), 연성 취성 전이 온도(vTrs) 및 접합 계면전단 강도를 구했다. 이들의 결과를 표 5에 나타낸다.
Figure pct00005
그리고, 상기 실시예 1과 동일한 평가 기준을 이용하여, 모재 강도, 모재 인성 및 모재 강판과 맞댐재의 접합성을 평가했다. 표 5의 발명예에서는 모두, 전술한 항복 강도(YS), 인장 강도(TS), 연성 취성 전이 온도(vTrs) 및 접합 계면 전단 강도의 기준을 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 No.26은, 모재 강판의 C, Mn 및 Mo 함유량이 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 냉각 중에 생긴 베이나이트의 양도 적고, 소망하는 인장 특성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.33은, 모재 강판의 C 및 Si 함유량이 적정 범위를 상회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.34는, 모재 강판의 C 함유량이 적정 범위를 상회하고 있고, Cu, Ni, Cr의 합계 함유량이 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.35는, Al, Nb 및 N 함유량이 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다.
비교예 No.40은, 슬래브 가열 온도가 적정 범위를 상회하고 있고, 또한, 노말라이징 횟수가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.41은, 슬래브 가열 온도 및 950℃ 이상에서의 압하비가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 강판과 맞댐재의 접합성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.42는, 노말라이징 온도가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.43은, 노말라이징 온도가 적정 범위를 상회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 특성이 얻어지지 않는다. 비교예 No.44는, 압연 종료 온도가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 강판과 맞댐재의 접합성이 얻어지지 않는다. 비교예의 No.45는, 노말라이징 횟수가 적정 범위를 하회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 비교예의 No.46은, 슬래브 가열 온도가 적정 범위를 상회하고 있기 때문에, 소망하는 모재 인성이 얻어지지 않는다. 이상과 같이, 맞댐재로서 Ni기 합금을 이용한 경우, 당해 성분 조성의 제어에 더하여 모재 강판의 강 조직을 제어함으로써, 클래드 강판에 있어서의 모재 강도 및 모재 인성의 향상을 도모할 수 있었다.

Claims (8)

  1. 모재 강판에 맞댐재가 접합되어 있는 클래드 강판으로서,
    상기 모재 강판의 성분 조성은, 질량％로,
    C: 0.120∼0.180％,
    Si: 0.15∼0.40％,
    Mn: 0.50∼0.90％,
    P: 0.020％ 이하,
    S: 0.010％ 이하,
    Mo: 0.45∼0.60％,
    Nb: 0.005∼0.025％,
    Al: 0.005∼0.050％ 및,
    N: 0.0010∼0.0070％
    를 함유하고, 추가로, Cu, Ni, Cr을,
    Cu＋Ni＋Cr: 0.800∼1.100％
    (단, 각 원소 기호는 각 원소의 함유량을 나타냄)
    를 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    상기 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률은 20％ 이상이고, 판두께 방향의 판두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 결정 입경은 15㎛ 이하인 클래드 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모재 강판의 성분 조성이, 추가로 질량％로,
    Cu: 0.30∼0.40％,
    Ni: 0.30∼0.40％,
    Cr: 0.20∼0.30％
    를 함유하는 클래드 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모재 강판의 성분 조성이, 추가로 질량％로, V: 0.005∼0.030％, Ti: 0.005∼0.030％, Ca: 0.0005∼0.0040％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 클래드 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞댐재는, 스테인리스강으로 이루어지는 클래드 강판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞댐재는, Ni기 합금으로 이루어지는 클래드 강판.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 모재 강판의 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재와 스테인리스강으로 이루어지는 맞댐재의 소재를 조립한 조립 슬래브를, 표면 온도로 1050℃∼1200℃의 온도역으로 가열하고,
    가열한 상기 조립 슬래브에 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서의 압하비 1.5 이상으로 하는 압연을 실시하여 압연판을 제작하고,
    상기 압연판에, 상기 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 온도로 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하의 노말라이징을 2회 이상 실시하는
    클래드 강판의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 모재 강판의 성분 조성을 갖는 모재 강판의 소재와 Ni기 합금으로 이루어지는 맞댐재의 소재를 조립한 조립 슬래브를, 표면 온도로 1050℃∼1200℃의 온도역으로 가열하고,
    가열한 상기 조립 슬래브에 표면 온도 950℃ 이상의 온도역에서의 압하비 2.0 이상이고, 압연 종료 온도를 상기 조립 슬래브의 표면 온도 800℃ 이상으로 하는 압연을 실시하여 압연판을 제작하고,
    상기 압연판에, 상기 모재 강판의 판두께 방향의 판두께 1/2 위치의 온도로 Ac3 변태점 이상 1000℃ 이하의 노말라이징을 2회 이상 실시하는
    클래드 강판의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 조립 슬래브를, 모재 강판의 소재, 맞댐재의 소재, 맞댐재의 소재, 모재 강판의 소재의 순으로 적층하여, 또는 모재 강판의 소재와 맞댐재의 소재를 적층하여 조립하는 클래드 강판의 제조 방법.
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