KR20220059532A - 강재 - Google Patents
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Abstract
화학 조성이, 질량%로, C：0.01~0.10%, Si：0.04~0.40%, Mn：0.30~1.50%, Cu：0.05~0.50%, Sb：0.03~0.30%, Ni：0.01~0.50%, Cr：0.02~0.50%, Al：0.005~0.055%, N：0.002~0.010%, P：0.020% 이하, S：0.0005~0.015%, O：0.0005~0.0035%, Mo：0~0.50%, W：0~0.50%, Sn：0~0.30%, As：0~0.30%, Co：0~0.30%, Ti：0~0.050%, Nb：0~0.10%, V：0~0.10%, Zr：0~0.050%, Ta：0~0.050%, B：0~0.010%, Ca：0~0.010%, Mg：0~0.010%, REM：0~0.010%, 잔부：Fe 및 불순물이며, Si/Al：7.0~15.0, BI：0.55~30.00, EI：1.0~6.0, Ceq：0.150~0.400이고, 강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함하고, MnS의 개수 밀도가 50/mm2 미만이며, MnS의 개수 밀도에 대한, MnS 산화물의 개수 밀도의 비가 0.10 이상인, 강재.
Description
본 발명은, 강재에 관한 것이다.
보일러의 화로 및 폐기물 소각 시설의 소각로 등에서는, 수증기, 황 산화물, 염화수소 등을 포함하는 배기 가스가 발생한다. 이 배기 가스는, 배기 가스 굴뚝 등에 있어서 냉각되면, 응축하여 황산 및 염산이 되어, 황산 노점 부식 및 염산 노점 부식으로 알려져 있는 바와 같이, 배기 가스 유로를 구성하는 강재에 대해, 현저한 부식을 일으킨다.
이러한 문제에 대해, 내황산·염산 노점 부식 강 및 고내식 스테인리스 강이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1~4에서는, Cu, Sb, Co, Cr 등을 첨가한 내황산 노점 부식성이 우수한 강재가 제안되고 있다. 또, 특허문헌 5에서는, Cr 및 Ni 등을 첨가한 고내식 스테인리스 강이 제안되고 있다.
Cu, Sb, Cr 등을 함유하는 강재는, 배기 가스 굴뚝과 같은 황산 부식 환경에 있어서, 우수한 내식성을 발휘한다. 그러나, 보일러 및 소각 설비를 장수명화하기 위해, 더 나은 내식성의 향상이 기대되고 있다.
또, 배기 가스 굴뚝에 더하여, 가스화 용융로, 열 교환기, 가스-가스 히터, 탈황 장치, 전기 집진기 등의 소각로 연도(煙道)에 사용되는 강재에는, 시공성 및 생산성의 관점에서, 내식성뿐만 아니라, 열간 가공성 및 용접성도 요구된다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하여, 황산 부식 환경 및 염산 부식 환경에 있어서 우수한 내식성을 갖고, 또한 열간 가공성 및 용접성이 우수한 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 하기의 강재를 요지로 한다.
(1) 화학 조성이, 질량%로,
C：0.01~0.10%,
Si：0.04~0.40%,
Mn：0.30~1.50%,
Cu：0.05~0.50%,
Sb：0.03~0.30%,
Ni：0.01~0.50%,
Cr：0.02~0.50%,
Al：0.005~0.055%,
N：0.002~0.010%,
P：0.020% 이하,
S：0.0005~0.015%,
O：0.0005~0.0035%,
Mo：0~0.50%,
W：0~0.50%,
Sn：0~0.30%,
As：0~0.30%,
Co：0~0.30%,
Ti：0~0.050%,
Nb：0~0.10%,
V：0~0.10%,
Zr：0~0.050%,
Ta：0~0.050%,
B：0~0.010%,
Ca：0~0.010%,
Mg：0~0.010%,
REM：0~0.010%,
잔부：Fe 및 불순물이며,
Si 함유량과 Al 함유량의 질량비 Si/Al이 7.0~15.0이고,
하기 (i)식으로 정의되는 BI가 0.55~30.0이며,
하기 (ii)식으로 정의되는 EI가 1.0~6.0이고,
하기 (iii)식으로 정의되는 Ceq가 0.150~0.400이며,
강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함하고, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도가 50/mm2 미만이며, 또한 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도에 대한, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS 산화물의 개수 밀도의 비가 0.10 이상인, 강재.
BI=(Cr/52)/(N/14) ···(i)
EI=(Cu/64)/((Sb/122)＋(Sn/119)) ···(ii)
Ceq=C＋Mn/6＋(Cu＋Ni)/5＋(Cr＋Mo＋V)/15 ···(iii)
단, 상기 식 중의 원소 기호는, 강재 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 0을 대입하는 것으로 한다.
(2) 상기 화학 조성이, 질량%로,
Mo：0.01~0.50%,
W：0.01~0.50%,
Sn：0.01~0.30%,
As：0.01~0.30%, 및
Co：0.01~0.30%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1)에 기재된 강재.
(3) 상기 화학 조성이, 질량%로,
Ti：0.001~0.050%,
Nb：0.001~0.10%,
V：0.005~0.10%,
Zr：0.005~0.050%,
Ta：0.001~0.050%, 및
B：0.0003~0.010%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강재.
(4) 상기 화학 조성이, 질량%로,
Ca：0.0005~0.010%,
Mg：0.0001~0.010%, 및
REM：0.0001~0.010%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 강재.
본 발명에 의하면, 산 부식 환경에 있어서 양호한 내식성을 갖고, 열간 가공성 및 용접성이 둘 다 우수한 강재를 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명자들은 상기한 과제를 해결하기 위해, 강재의 내식성, 열간 가공성, 용접성을 상세하게 조사한 결과, 이하의 지견을 얻기에 이르렀다.
본 발명자들은, 부식의 기점이 되는 산화물 및 탄화물에 주목하고, 산 부식 환경에 있어서의 강재의 내식성을 향상시키기 위해 검토를 행했다. 그리고, Si/Al비를 적절한 범위로 함으로써, 부식의 기점이 되는 산화물의 생성이 억제되는 것을 알았다.
또, Cr은, 산 부식 환경에서의 내식성의 향상에는 유효하지만, 과잉으로 함유시키면, 그 질화물이 부식 기점이 되는 것을 발견했다. 그래서, Cr 및 N의 함유량의 관계성에 대해서 더 상세한 검토를 행하여, 하기 (i)식으로 정의되는 내산성 부식 지수 BI의 관계식을 도출했다. 그리고, 내산성 부식 지수 BI를 적절한 범위로 함으로써, 예상을 뛰어넘는 내식성이 발현된다는 지견을 얻었다.
BI=(Cr/52)/(N/14) ···(i)
또한, Cu 및 Sb를 동시에 함유시키면 산 부식 환경에서의 내식성은 향상되지만, 열간 가공성을 저하시킨다. 이에 대해, 하기 (ii)식으로 정의되는 가공성 계수 EI 및 하기 (iii)식으로 정의되는 Ceq를 적절한 범위로 함으로써, 우수한 내식성, 열간 가공성 및 용접성이 얻어진다는 지견을 얻었다.
EI=(Cu/64)/((Sb/122)＋(Sn/119)) ···(ii)
Ceq=C＋Mn/6＋(Cu＋Ni)/5＋(Cr＋Mo＋V)/15 ···(iii)
Mn는 강의 강도 및 인성을 확보하는데 있어서 필수 원소이지만, 한편으로 MnS를 형성하여 산 부식 환경에서의 내식성을 열화시킨다. 또, 본 발명에 있어서는, S는 Cu 및 Sb와 함께 함유시킴으로써 내식성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 극단적인 저감은 바람직하지 않다.
이 문제를 해결하기 위해 본 발명자들이 더욱 검토를 거듭한 결과, MnS를 미세화하는 것과 더불어, 산소와 결합시켜, MnS 산화물로 함으로써 무해화할 수 있는 것을 발견했다.
본 발명은, 상기 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대해서 자세하게 설명한다.
(A) 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C：0.01~0.10%
C는, 강재의 강도를 향상시키는 원소이다. 그러나, C가 과잉으로 함유된 경우, 탄화물이 증가하여, 내식성이 열화된다. 그 때문에, C 함유량은 0.01~0.10%로 한다. C 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, C 함유량은 0.09% 이하인 것이 바람직하고, 0.08% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si：0.04~0.40%
Si는, 탈산 및 강도의 향상에 기여하고, 산화물의 형태를 제어하는 원소이다. 그러나, Si가 과잉으로 함유된 경우, 산화물이 증가하여, 내식성을 저해한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.04~0.40%로 한다. Si 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.10% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Si 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하다.
Mn：0.30~1.50%
Mn는, 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Mn이 과잉으로 함유된 경우, 조대한 MnS가 생성되어, 내식성 및 기계 특성이 열화된다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.30~1.50%로 한다. Mn 함유량은 0.50% 이상인 것이 바람직하고, 0.80% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Mn 함유량은 1.20% 이하인 것이 바람직하고, 1.00% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Cu：0.05~0.50%
Cu는, Sb와 동시에 함유시키면, 황산 및 염산에 대한 내식성을 현저하게 발현하는 원소이다. 그러나, Cu가 과잉으로 함유된 경우, 열간 가공성이 저하되어, 생산성을 저해한다. 그 때문에, Cu 함유량은 0.05~0.50%로 한다. Cu 함유량은 0.10% 이상인 것이 바람직하고, 0.15% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.20% 이상인 것이 더 바람직하다. 또, Cu 함유량은 0.40% 이하인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Sb：0.03~0.30%
Sb는, Cu와 동시에 함유시키면, 황산 및 염산에 대한 내식성을 현저하게 발현하는 원소이다. 그러나, Sb가 과잉으로 함유된 경우, 열간 가공성이 저하되어, 생산성을 저해한다. 그 때문에, Sb 함유량은 0.03~0.30%로 한다. Sb 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.08% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.10% 이상인 것이 더 바람직하다. 또, Sb 함유량은 0.15% 이하인 것이 바람직하다.
Ni：0.01~0.50%
Ni는, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소이며, 덧붙여 Cu를 함유하는 강에 있어서, 제조성을 높이는 효과를 갖는다. Cu는, 내식성을 향상시키는 효과가 크지만, 편석되기 쉬어, 단독으로 함유시키면 주조 후의 균열을 조장하는 경우가 있다. 이에 반해, Ni는 Cu의 표면 편석을 경감하는 작용이 있다. Ni를 함유시킴으로써, Cu의 편석 및 주편 균열의 억제에 더하여, 편석에 기인하는 국부 부식의 발생도 억제되기 때문에, 내식성을 향상시키는 효과가 얻어진다. 그러나, Ni는 고가의 원소이며, 다량의 함유는 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.01~0.50%로 한다. Ni 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하고, 0.25% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, Ni 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.10% 이상인 것이 더 바람직하다.
Cr：0.02~0.50%
Cr은, Cu 및 Sb와 마찬가지로 내식성을 향상시키는 원소이다. 특히, Cr을 Cu 및 Sb와 동시에 함유시킴으로써, 고온·고농도가 되는 산성 환경에 있어서 우수한 내식성을 발휘한다. 그러나, Cr이 과잉으로 함유된 경우, 부식의 기점이 되는 질화물의 증가에 의해 내식성을 저해한다. 그 때문에, Cr 함유량은 0.02~0.50%로 한다. Cr 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하고, 0.20% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, Cr 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하다.
Al：0.005~0.055%
Al은, 탈산제로서 첨가된다. 그러나, Al이 과잉으로 함유된 경우, 개재물의 증가에 의해 내식성을 저해한다. 그 때문에, Al 함유량은 0.005~0.055%로 한다. Al 함유량은 0.010% 이상인 것이 바람직하고, 0.020% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Al 함유량은 0.050% 이하인 것이 바람직하고, 0.040% 이하인 것이 보다 바람직하다.
N：0.002~0.010%
N은, 미세한 질화물로서 기계 특성의 향상에 기여한다. 그러나, N이 과잉으로 함유된 경우, Cr과 질화물을 형성하여, 내식성을 저하시킨다. 그 때문에, N 함유량은 0.002~0.010%로 한다. N 함유량은 0.003% 이상인 것이 바람직하다. 또, N 함유량은 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.006% 이하인 것이 보다 바람직하다.
P：0.020% 이하
P는, 불순물이며, 강재의 기계 특성 및 생산성을 저하시킨다. 그 때문에, P 함유량에 상한을 두어 0.020% 이하로 한다. 또한, P 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하고, 즉 함유량이 0%여도 되지만, 극도의 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, P 함유량은 0.001% 이상으로 해도 된다.
S：0.0005~0.015%
S는, 일반적으로 불순물이며, 강재의 기계 특성 및 생산성을 저하시킨다. 그러나, 본 발명에 있어서, S는, Cu 및 Sb와 동시에 함유시킴으로써, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그 때문에, S 함유량은 0.0005~0.015%로 한다. S 함유량은 0.0010% 이상, 0.0050% 이상, 또는 0.010% 이상인 것이 바람직하다. 또, S 함유량은 0.013% 이하인 것이 바람직하고, 0.011% 이하인 것이 보다 바람직하다.
O：0.0005~0.0035%
O는, MnS와 결합함으로써, MnS를 무해화하고, 내식성 및 기계 특성의 악화를 막는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, O가 과잉으로 함유된 경우, 산 부식 환경에 있어서 부식의 기점이 되는 조대한 산화물을 생성한다. 그 때문에, O 함유량은 0.0005~0.0035%로 한다. O 함유량은 0.0010% 이상인 것이 바람직하고, 0.0015% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, O 함유량은 0.0030% 이하인 것이 바람직하고, 0.0025% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 강의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키기 위해, 추가로 Mo, W, Sn, As, Co로부터 선택되는 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 또한, 이들 원소는, 강재에 있어서 반드시 필수는 아니기 때문에, 함유량의 하한값은 0%이다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
Mo：0~0.50%
Mo는, Cu, Sb, Cr과 동시에 함유시킴으로써, 산성 환경에서의 내식성, 특히 염산에 대한 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mo는 고가의 원소이기 때문에, 과잉으로 함유하는 것은 경제성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Mo 함유량은 0.50% 이하로 한다. Mo 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하고, 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 효과를 얻고 싶은 경우에는, Mo 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.05% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.10% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
W：0~0.50%
W는, Mo와 마찬가지로, Cu, Sb, Cr과 동시에 함유시킴으로써, 산성 환경에서의 내식성, 특히 염산에 대한 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, W도 고가의 원소이기 때문에, 과잉으로 함유하는 것은 경제성의 저하를 초래한다. 그 때문에, W 함유량은 0.50% 이하로 한다. W 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하고, 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 효과를 얻고 싶은 경우에는, W 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.05% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.10% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
Sn：0~0.30%
Sn은, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Sn이 과잉으로 함유된 경우, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, Sn 함유량은 0.30% 이하로 한다. Sn 함유량은 0.20% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Sn 함유량은 0.01% 이상, 0.02% 이상 또는 0.05% 이상인 것이 바람직하다.
As：0~0.30%
As는, Sb 및 Sn에 비해 현저한 효과는 없지만, 산 부식 환경에 있어서의 내식성의 향상에 유효한 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, As가 과잉으로 함유된 경우, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, As 함유량은 0.30% 이하로 한다. As 함유량은 0.20% 이하인 것이 바람직하고, 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, As 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.05% 이상인 것이 더 바람직하다.
Co：0~0.30%
Co는, Sb 및 Sn에 비해 현저한 효과는 없지만, 산 부식 환경에 있어서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Co가 과잉으로 함유된 경우, 경제성이 저하된다. 그 때문에, Co 함유량은 0.30% 이하로 한다. Co 함유량은 0.20% 이하인 것이 바람직하고, 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Co 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.05% 이상인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 강의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 기계 특성 등을 향상시키기 위해, 추가로 Ti, Nb, V, Zr, Ta, B로부터 선택되는 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 또한, 이들 원소는, 강재에 있어서 반드시 필수는 아니기 때문에, 함유량의 하한값은 0%이다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
Ti：0~0.050%
Ti는, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화 및 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ti가 과잉으로 함유된 경우, 질화물이 조대하게 되어, 기계 특성이 열화된다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.050% 이하로 한다. Ti 함유량은 0.040% 이하인 것이 바람직하고, 0.030% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.020% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Ti 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.005% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Nb：0~0.10%
Nb는, Ti와 마찬가지로, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화 및 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Nb가 과잉으로 함유된 경우, 질화물이 조대하게 되어, 기계 특성이 열화된다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.10% 이하로 한다. Nb 함유량은 0.050% 이하인 것이 바람직하고, 0.030% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.020% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Nb 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.005% 이상인 것이 보다 바람직하다.
V：0~0.10%
V는, Ti, Nb와 마찬가지로, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화 및 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, V가 과잉으로 함유된 경우, 질화물이 조대하게 되어, 기계 특성이 열화된다. 그 때문에, V 함유량은 0.10% 이하로 한다. V 함유량은 0.050% 이하인 것이 바람직하고, 0.030% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.020% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, V 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하다.
Zr：0~0.050%
Zr은, Ti, Nb, V와 마찬가지로, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화 및 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Zr은 고가의 원소이며, 다량의 함유는 제강 비용의 증대를 초래한다. 덧붙여, Zr이 과잉으로 함유된 경우, 질화물이 조대하게 되어, 기계 특성이 열화된다. 그 때문에, Zr 함유량은 0.050% 이하로 한다. Zr 함유량은 0.040% 이하인 것이 바람직하고, 0.030% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.020% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Zr 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하다.
Ta：0~0.050%
Ta는, 강도의 향상에 기여하는 원소이며, 또, 메커니즘은 꼭 명확하지 않지만, 내식성의 향상에도 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ta는 고가의 원소이며, 다량의 함유는 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Ta 함유량은 0.050% 이하로 한다. Ta 함유량은 0.040% 이하인 것이 바람직하고, 0.030% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.020% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Ta 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.005% 이상인 것이 보다 바람직하다.
B：0~0.010%
B는 담금질성을 향상시키고, 강도를 높이는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, B를 과잉으로 함유시켜도 효과가 포화되어, 모재 및 HAZ의 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, B 함유량은 0.010% 이하로 한다. B 함유량은 0.0050% 이하인 것이 바람직하고, 0.0030% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.0020% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, B 함유량은 0.0003% 이상인 것이 바람직하고, 0.0005% 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 강의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 탈산 및 개재물의 제어를 목적으로 하여, Ca, Mg, REM으로부터 선택되는 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 또한, 이들 원소는, 강재에 있어서 꼭 필수는 아니기 때문에, 함유량의 하한값은 0%이다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
Ca：0~0.010%
Ca는, 주로 황화물의 형태의 제어에 이용되는 원소이며, 또, 미세한 산화물을 형성시키기 위해, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ca가 과잉으로 함유된 경우, 기계 특성이 저해되는 경우가 있다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.010% 이하로 한다. Ca 함유량은 0.005% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Ca 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.002% 이상인 것이 더 바람직하다.
Mg：0~0.010%
Mg는, 미세한 산화물을 형성시키기 위해, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mg를 과잉으로 첨가하는 것은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Mg 함유량은 0.010% 이하로 한다. Mg 함유량은 0.005% 이하인 것이 바람직하고, 0.003% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Mg 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하고, 0.0003% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.0005% 이상인 것이 더 바람직하다.
REM：0~0.010%
REM(희토류 원소)는, 주로 탈산에 이용되는 원소이며, 미세한 산화물을 형성시키기 위해, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, REM을 과잉으로 첨가하는 것은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, REM 함유량은 0.010% 이하로 한다. REM 함유량은 0.005% 이하인 것이 바람직하고, 0.003% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, REM 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하고, 0.0003% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.0005% 이상인 것이 더 바람직하다.
여기서, REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17 원소의 총칭이며, REM의 함유량은 상기 원소의 합계량을 의미한다. 또한, 란타노이드는, 공업적으로는, 미슈메탈의 형태로 첨가된다.
본 발명의 강재의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서 불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료 그 외의 요인에 의해 혼입되는 성분으로서, 본 발명에 따른 강재에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
Si/Al：7.0~15.0
Si/Al비(질량비)는, 강재 표면에서 부식 기점이 되기 쉬운 산화물을 억제하기 위해 중요한 지표이다. 산화물의 생성을 억제하려면, Al에 비해 산화력이 약한 Si를 활용하는 것이 유효하며, Si/Al을 7.0 이상으로 함으로써 내식성이 현저하게 향상된다. 한편, Si/Al비가 15.0을 초과해도 효과가 포화되며, 또, Al량의 감소에 따라 탈산이 불충분해져, 산화물에 의해 내식성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Si/Al비는 7.0~15.0으로 한다. Si/Al비는, 8.0 이상 또는 9.0 이상인 것이 바람직하다. 또, Si/Al비는, 14.0 이하 또는 13.0 이하인 것이 바람직하다.
BI：0.55~30.0
내산성 부식 지수 BI는, 강재 표면에서 부식 기점이 되기 쉬운 질화물을 억제하기 위해 도출된 지표이다. Cr은, 내식성의 향상에 유효하지만, 함유량이 과잉이면 부식의 기점이 되는 질화물을 형성하기 쉬워진다. 산 부식 환경에서의 내식성을 현저하게 향상시키려면, 내산성 부식 지수 BI는 0.55~30.0으로 한다. 내산성 부식 지수 BI는, 0.60 이상인 것이 바람직하고, 0.70 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 내산성 부식 지수 BI는, 15.0 이하인 것이 바람직하고, 10.0 이하인 것이 보다 바람직하며, 5.00 이하인 것이 더 바람직하다.
내산성 부식 지수 BI는, 하기 (i)식으로 정의되는 바와 같이, Cr 원자의 수와, N 원자의 수의 비이다. 즉, Cr/52, N/14는, 각각, Cr, N의 함유량을 각 원소의 질량수로 나눈 항이다.
BI=(Cr/52)/(N/14) ···(i)
EI：1.0~6.0
가공성 지수 EI는, Cu에 의한 열간 가공성의 저하를 조장하는 Sb 및 Sn의 영향을 고려한 지표이다. Cu의 함유량에 대해 Sb 및 Sn의 함유량이 너무 많으면 열간 가공성이 저하된다. 한편, 가공성 지수 EI를 크게 하는 것이, 열간 가공성을 확보하기 위해서는 바람직하지만, 그 값이 과잉이어도 효과가 포화된다. 또, Sb 및 Sn이 부족하면, 산 부식 환경에서의 내식성의 향상의 효과가 불충분해진다. 열간 가공성 및 내식성을 양립하는 관점에서, 가공성 지수 EI는 1.0~6.0으로 한다. 가공성 지수 EI는, 2.0 이상인 것이 바람직하고, 3.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 가공성 지수 EI는, 5.9 이하인 것이 바람직하고, 5.8 이하인 것이 보다 바람직하다.
가공성 지수 EI는, 하기 (ii)식으로 정의되는 바와 같이, Cu 원자의 수와, Sb 원자의 수 및 Sn 원자의 수의 비이다. 즉, Cu/64, Sb/122, Sn/119는, 각각, Cu, Sb, Sn의 함유량을 각 원소의 질량수로 나눈 항이다.
EI=(Cu/64)/((Sb/122)＋(Sn/119)) ···(ii)
Ceq：0.150~0.400
Ceq는, 경도의 상승에 따른 용접성의 열화를 나타내는 지표이다. Ceq가 과잉이면 용접성을 확보할 수 없게 된다. 한편, Ceq가 너무 낮으면 기계 특성이 불충분해진다. 그 때문에, Ceq는 0.150~0.400으로 한다. Ceq는 0.180 이상인 것이 바람직하고, 0.200 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ceq는 0.350 이하인 것이 바람직하고, 0.330 이하인 것이 보다 바람직하다. Ceq는, 하기 (iii)식으로 정의된다.
Ceq=C＋Mn/6＋(Cu＋Ni)/5＋(Cr＋Mo＋V)/15 ···(iii)
또한, 상기 (i)~(iii)식 중의 원소 기호는, 강재 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 0을 대입하는 것으로 한다.
(B) 개재물
본 발명에 따른 강재는, 강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함한다. 그리고, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도가 50/mm2 미만이다. 덧붙여, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도에 대한, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS 산화물의 개수 밀도의 비가 0.10 이상이다.
또한, 최대 길이가 2.0μm 미만인 MnS는 강재의 내식성에는 거의 영향을 주지 않기 때문에, 본 발명에 있어서는, 최대 길이가 2.0μm 이상인 개재물을 대상으로 하는 것으로 한다. 이하의 설명에서는, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS를 단순히 MnS라고 부르며, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS 산화물을 단순히 MnS 산화물이라고 부른다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 강재에 있어서, MnS의 형성은 피할 수 없다. 그러나, MnS는 부식의 기점이 되어 산 부식 환경에서의 내식성을 열화시킨다. 그 때문에, MnS의 개수 밀도를 50/mm2 미만으로 제한할 필요가 있다. MnS의 개수 밀도는 40/mm2 이하인 것이 바람직하고, 30/mm2 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, Mn 및 S의 함유량의 극단적인 저감은, 본 발명의 강재에 있어서는, 강도, 인성 및 내식성을 향상시키는 관점에서 바람직하지 않다. 이들을 양립하기 위해서는, MnS를 무해화할 필요가 있다. MnS가 산소와 결합하여, MnS 산화물이 되면 무해화되어, 부식의 기점이 되기는 힘들어진다. 그로부터, 본 발명에 있어서는, MnS의 개수 밀도에 대한, MnS 산화물의 개수 밀도의 비를 0.10 이상으로 한다. 상기의 비는 0.12 이상인 것이 바람직하고, 0.15 이상인 것이 보다 바람직하다.
MnS의 개수 밀도, 및 MnS 산화물의 개수 밀도는, 주사 전자 현미경(SEM)이 구비하는 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의해 측정한다. 측정 배율은 1000배로 하고, 시야 내에 검출되는 MnS 및 MnS 산화물의 최대 길이를 측정한다. 그리고, 각각 최대 길이가 2.0μm 이상인 개재물의 개수를 세어, 시야 면적으로 나눔으로써, 개수 밀도를 구한다.
개재물의 동정은, EDS에 의해 행하여, Mn과 S의 합계 함유량이 90질량% 이상인 개재물을 MnS로 판단하고, 또한 O의 피크가 검출되어, Mn과 S와 O의 합계 함유량이 90질량% 이상인 개재물을 MnS 산화물로 판단한다.
(C) 제조 방법
본 발명의 일 실시 형태에 따른 강재의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 강재에는, 열간 압연을 실시하고, 또한 필요에 따라 냉간 압연을 실시하여 제조되는 강판, 형강, 강관 등이 포함된다. 바람직하게는 판두께가 3mm 이상, 보다 바람직하게는 6mm 이상인 후강판이다.
본 실시 형태에 따른 강재는, 상법으로 강을 용제하고, 성분의 조정 후, 주조하여 얻어진 강편을 열간 압연하고, 또한 필요에 따라 냉간 압연을 실시하여 제조된다. 강재 중에 존재하는 MnS 및 MnS 산화물의 개수 밀도의 비를 상술한 범위로 제어하기 위해서는, 열간 압연 전의 가열 온도를 비교적 저온으로 하는 것이 중요하며, 구체적으로는 1000~1130℃로 하는 것이 바람직하다.
열간 압연 전의 가열 온도를 낮게 함으로써, MnS의 성장을 억제하는 것과 더불어, 압연 시에 미세화하는 것이 가능해진다. 미세화된 MnS는 상대적으로 표면적이 크기 때문에, 산소와 결합하기 쉬워져, MnS 산화물이 되기 쉬워진다. MnS의 개수 밀도를 30/mm2 미만으로 하고, MnS에 대한 MnS 산화물의 개수 밀도의 비를 0.12 이상으로 하기 위해서는, 열간 압연 전의 가열 온도는 1080℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
열간 압연 후의 열연 강판에 대해서는, 절단 또는 코일 권취 등의 다음 공정이 더해진다. 그 때, 강판은 온도 저하되지만, 열연 완료로부터 400℃에 도달할 때까지의 시간은 4시간 이상인 것이 바람직하다. 이 온도역에 노출됨으로써 MnS와 산소의 결합이 촉진된다. 열간 압연 후, 냉간 압연하여 냉연 강판으로 해도 된다. 또한 냉간 압연 후에는 열처리를 실시해도 된다.
얻어진 강판으로부터 강관을 제조하는 경우는, 강판을 관 형상으로 성형하여 용접하면 되고, 예를 들면, UO 강관, 전봉 강관, 단접 강관, 스파이럴 강관 등으로 할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예로 한정되는 것이 아니다. 또 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 여러 가지 조건을 채용할 수 있는 것이다.
실시예
표 1 및 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 강(A1~26, B1~11)을 용제하고, 강괴에 대해 표 3 및 4에 나타내는 조건으로 열간 압연을 행하여, 두께가 20mm인 열연강판을 제조했다. 일부의 강판에 대해서는, 열연 후에 권취를 모의한 냉각을 행한 후, 또한 냉간 압연을 행하여, 두께가 3.4mm인 냉연 강판으로 했다.
얻어진 각 강판으로부터 SEM 관찰용 시험편을 잘라내어, SEM이 구비하는 EDS에 의해 개재물의 개수 밀도의 측정을 행했다. 측정 배율은 1000배로 하고, 시야 내에 검출되는 MnS 및 MnS 산화물의 최대 길이를 측정하여, 각각 최대 길이가 2.0μm 이상인 개재물의 개수를 세고, 시야 면적으로 나눔으로써, 개수 밀도를 구했다.
또한, 얻어진 각 강판을 이용하여, 이하에 나타내는 각종 성능 평가 시험을 행했다.
＜내황산성, 내염산성＞
각 강판으로부터 판두께 3mm, 폭 25mm, 길이 25mm의 시험편을 판두께 중앙부로부터 채취하고, 습식 ＃400 연마로 마무리하여, 내식성 평가용 시험편으로 했다. 내식성의 평가는 황산 침지 시험 및 염산 침지 시험에 의해 행했다. 황산 침지 시험에서는, 시험편을 70℃의 50% 황산 수용액에 6시간 침지하고, 염산 침지 시험에서는, 시험편을 80℃의 10% 염산 수용액 중에 5시간 침지했다.
그 후, 황산 침지 시험 및 염산 침지 시험에 의한 시험편의 부식 감량으로부터, 각각 부식 속도를 산출했다. 본 실시예에 있어서는, 황산 침지 시험에 의한 부식 속도가 20.0mg/cm2/h 이하인 경우에, 내황산성이 우수하다고 판단하고, 염산 침지 시험에 의한 부식 속도가 15.0mg/cm2/h 이하인 경우에, 내염산성이 우수하다고 판단했다.
＜열간 가공성＞
상기 조건으로 압연한 열간 압연재의 표면을 외관 목시(目視)하여, 균열이 생긴 것을 ×, 균열이 생기지 않은 것을 ○로 하여, 열간 가공성을 평가했다.
＜용접 균열＞
JIS Z 3158：2016에 준거하여, y형 용접 균열 시험을 행했다. 두께 3mm의 시험편을 이용하며, 전류 170A로 편면측으로부터 용접 후, 48시간이 경과하고 나서 표면 및 단면의 균열 유무를 확인했다.
＜인장 강도＞
JIS Z 2241：2011에 준거하여 인장 시험편을 제작하고, 인장 시험을 행하여, 인장 강도를 구했다. 또한, 두께 20mm의 열연 강판으로부터는 12mm 두께의 시험편을, 두께 3.4mm의 냉연 강판으로부터는 3.4mm 두께의 시험편을 채취하여, 인장 시험에 제공했다. 인장 강도가 400MPa 이상인 것을 ○, 400MPa 미만인 것을 ×로 했다.
표 5 및 6에, 개재물의 개수 밀도의 측정 결과, 그리고 내황산 침지 시험, 내염산 침지 시험, 열간 가공성, 용접 균열 시험 및 인장 시험의 평가 결과를 정리하여 나타낸다.
표 5 및 6에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 규정을 모두 만족하는 시험 No.1~26에서는, 어느 성능 평가 시험에 있어서도 우수한 결과가 되었다. 이에 반해, 비교예인 시험 No.27~40에서는, 내황산성, 내염산성, 열간 가공성 및 용접성 중 적어도 어느 하나에 있어서, 악화되는 결과가 되었다.
본 발명의 강재는, 중유, 석탄 등의 화석 연료, 액화 천연 가스 등의 가스 연료, 도시 쓰레기 등의 일반 폐기물, 폐유, 플라스틱, 폐 타이어 등의 산업 폐기물 및 하수 오니 등을 연소시키는 보일러의 배연 설비에 사용할 수 있다. 구체적으로는, 배연 설비의 연도 덕트, 케이싱, 열 교환기, 2기의 열 교환기(열 회수기 및 재가열기)로 구성되는 가스-가스 히터, 탈황 장치, 전기 집진기, 유인 송풍기, 회전 재생식 공기 예열기의 바스켓재 및 전열 엘리먼트 판 등에 적합하게 사용할 수 있다.
Claims (4)
- 화학 조성이, 질량%로,
C：0.01~0.10%,
Si：0.04~0.40%,
Mn：0.30~1.50%,
Cu：0.05~0.50%,
Sb：0.03~0.30%,
Ni：0.01~0.50%,
Cr：0.02~0.50%,
Al：0.005~0.055%,
N：0.002~0.010%,
P：0.020% 이하,
S：0.0005~0.015%,
O：0.0005~0.0035%,
Mo：0~0.50%,
W：0~0.50%,
Sn：0~0.30%,
As：0~0.30%,
Co：0~0.30%,
Ti：0~0.050%,
Nb：0~0.10%,
V：0~0.10%,
Zr：0~0.050%,
Ta：0~0.050%,
B：0~0.010%,
Ca：0~0.010%,
Mg：0~0.010%,
REM：0~0.010%,
잔부：Fe 및 불순물이며,
Si 함유량과 Al 함유량의 질량비 Si/Al이 7.0~15.0이고,
하기 (i)식으로 정의되는 BI가 0.55~30.0이며,
하기 (ii)식으로 정의되는 EI가 1.0~6.0이고,
하기 (iii)식으로 정의되는 Ceq가 0.150~0.400이며,
강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함하고, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도가 50/mm2 미만이며, 또한 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도에 대한, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS 산화물의 개수 밀도의 비가 0.10 이상인, 강재.
BI=(Cr/52)/(N/14) ···(i)
EI=(Cu/64)/((Sb/122)＋(Sn/119)) ···(ii)
Ceq=C＋Mn/6＋(Cu＋Ni)/5＋(Cr＋Mo＋V)/15 ···(iii)
단, 상기 식 중의 원소 기호는, 강재 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 0을 대입하는 것으로 한다. - 청구항 1에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
Mo：0.01~0.50%,
W：0.01~0.50%,
Sn：0.01~0.30%,
As：0.01~0.30%, 및
Co：0.01~0.30%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강재. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
Ti：0.001~0.050%,
Nb：0.001~0.10%,
V：0.005~0.10%,
Zr：0.005~0.050%,
Ta：0.001~0.050%, 및
B：0.0003~0.010%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강재. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
Ca：0.0005~0.010%,
Mg：0.0001~0.010%, 및
REM：0.0001~0.010%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강재.
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