KR20220062365A - 강재 - Google Patents
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Abstract
화학 조성이, 질량%로, C: 0.0010% 이상 0.010% 미만, Si: 0.03~0.60%, Mn: 0.10~1.50%, Cu: 0.05~0.50%, Sb: 0.02~0.30%, Ni: 0.02~0.50%, Cr: 0.02~0.09%, Al: 0.005~0.080%, N: 0.008% 이하, P: 0.025% 이하, S: 0.001~0.015%, 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%, Bi: 0~0.010%, 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 불순물이고, CI: 17.0~30.0, DI: 1.00~3.00, Ceq: 0.100~0.220이며, 강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함하고, MnS의 개수 밀도가 10.0/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, 황산화물, 염화 수소 등을 포함하는 배기 가스가 발생한다. 이 배기 가스는, 배기 가스 연돌 등에 있어서 냉각되면, 응축하여 황산 및 염산이 되고, 황산 노점 부식 및 염산 노점 부식으로서 알려진 바와 같이, 배기 가스 유로를 구성하는 강재에 대하여, 현저한 부식을 일으킨다.
이러한 문제에 대하여, 내황산·염산 노점 부식강 및 고내식 스테인리스강이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1~4에서는, Cu, Sb, Co, Cr 등을 첨가한 내황산 노점 부식성이 우수한 강재가 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 5에서는, Cr 및 Ni 등을 첨가한 고내식 스테인리스강이 제안되어 있다.
Cu, Sb, Cr 등을 함유하는 강재는, 배기 가스 연돌과 같은 황산 부식 환경에 있어서, 우수한 내식성을 발휘한다. 그러나, 보일러 및 소각 설비를 장기 수명화하기 위하여, 추가적인 내식성의 향상이 기대되고 있다.
또한, 배기 가스 연돌에 더하여, 가스화 용융로, 열 교환기, 가스-가스 히터, 탈황 장치, 전기 집진기 등에 사용되는 강재, 특히 전열재(핀재)에 사용되는 강재에는, 시공성 및 생산성의 관점에서, 내식성뿐만이 아니라, 열간 가공성 및 냉간 가공성도 요구된다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하여, 황산 부식 환경 및 염산 부식 환경에 있어서 우수한 내식성을 갖고, 또한, 열간 가공성 및 냉간 가공성이 우수한 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 하기의 강재를 요지로 한다.
(1) 화학 조성이, 질량%로,
C: 0.0010% 이상 0.010% 미만,
Si: 0.03~0.60%,
Mn: 0.10~1.50%,
Cu: 0.05~0.50%,
Sb: 0.02~0.30%,
Ni: 0.02~0.50%,
Cr: 0.02~0.09%,
Al: 0.005~0.080%,
N: 0.008% 이하,
P: 0.025% 이하,
S: 0.001~0.015%,
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%,
Bi: 0~0.010%,
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 불순물이고,
하기 (i) 식으로 정의되는 CI가 17.0~30.0이며,
하기 (ii) 식으로 정의되는 DI가 1.00~3.00이고,
하기 (iii) 식으로 정의되는 Ceq가 0.100~0.220이며,
강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함하고, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도가 10.0/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.
CI=(Cu/64)/(S/32) ···(i)
DI=(Cu/64)/(Ni/59) ···(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%,
Co: 0.01~0.30%, 및
Bi: 0.001~0.010%
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 냉간 가공성의 쌍방이 우수한 강재를 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명자들은 상기한 과제를 해결하기 위하여, 강재의 내식성, 열간 가공성, 냉간 가공성을 상세하게 조사한 결과, 이하의 지견을 얻기에 이르렀다.
본 발명자들의 검토에 의하여, Cu, Sb를 포함하는 강의 내식성 향상에는, 강 중에 CuS를 생성시키는 것이 유효한 것을 알 수 있었다. CuS를 강 중에 생성시키기 위해서는 Cu 및 S가 필요하지만, S는 개재물을 형성하기 쉽고, 강재 표면에서 부식 기점이 되기 쉽다. 그 때문에, Cu 및 S의 밸런스가 중요하고, 하기 (i) 식으로 정의되는 내산성 부식 지수 CI의 값을 적정한 범위로 하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
CI=(Cu/64)/(S/32) ···(i)
또한, Cu는 내식성에 유효하지만 표면 적열 취성을 발생시켜, 강 중의 고용 한계를 초과한 Cu가 결정립계 또는 지철(地鐵) 표면에 편석하여 표면 균열의 원인이 된다. Cu와 함께 Ni를 함유시킴으로써 Cu의 표면 편석을 억제한다. 즉, Cu와 Ni를 동시에 함유시킴으로써, 내식성을 유지하면서 표면 균열의 방지로 이어진다. 그래서, Cu와 Ni의 관계에 대하여 추가로 검토를 행하여, 안정적인 제조성을 유지하기 위해서는, 하기 (ii) 식으로 정의되는 적열 취화 지수 DI의 값을 적정한 범위로 하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
DI=(Cu/64)/(Ni/59) ···(ii)
또한, 내식성을 향상시키면서, 냉간 가공성을 확보하기 위하여, C 함유량을 0.010% 미만으로 하고, 하기 (iii) 식으로 정의되는 Ceq를 적정한 범위로 하는 것이 중요하다고 하는 지견을 얻었다.
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/5+(Cr+Mo+V)/15 ···(iii)
상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, S는 Cu 및 Sb와 함께 함유시킴으로써 내식성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 극단적인 저감은 바람직하지 않다. 한편, 강의 강도 및 인성을 확보함에 있어서 필수의 원소인 Mn이 MnS를 형성하면, 산 부식 환경에서의 내식성을 열화시킨다.
Cu 함유량을 S 함유량과의 관계에 있어서 적정하게 조정함으로써, 많은 S를 CuS로서 고정할 수 있다. 그러나, 특히 핀재 등에 사용되는 강재는 매우 얇아, 부식의 영향을 받기 쉽기 때문에, 약간의 MnS의 혼입을 최대한 저감할 필요가 있다.
이 문제를 해결하기 위하여 본 발명자들이 추가적인 검토를 거듭한 결과, MnS를 미세화함과 더불어, 산소와 결합시켜, MnS 산화물로 함으로써 무해화할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 본 발명에 있어서의 C 함유량이 낮은 성분계에 있어서는, 그 메커니즘은 분명하지는 않지만, Cr은 내황산성을 향상시키는 효과를 갖는 반면, 내염산성을 열화시키는 것을 알 수 있었다. 그 때문에, 내황산성 및 내염산성을 양립시키기 위해서는, Cr 함유량을 엄밀하게 제한할 필요가 있는 것을 발견했다.
본 발명은, 상기 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대하여 상세하게 설명한다.
(A) 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C: 0.0010% 이상 0.010% 미만
C는, 강재의 강도를 향상시키는 원소이다. 그러나, 내식성을 향상시키면서, 냉간 가공성을 확보하기 위해서는, C 함유량을 최대한 저감할 필요가 있다. 그 때문에, C 함유량은 0.0010% 이상 0.010% 미만으로 한다. 강도가 요구되는 경우는, C 함유량은 0.0030% 이상인 것이 바람직하다. 또한, C 함유량은 0.0090% 이하인 것이 바람직하고, 0.0080% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si: 0.03~0.60%
Si는, 탈산 및 강도의 향상에 기여하고, 산화물의 형태를 제어하는 원소이다. 그러나, Si가 과잉 함유된 경우, 산화물이 증가하여, 내식성을 손상시킨다. 그 때문에, Si 함유량은 0.03~0.60%로 한다. Si 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.10% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, Si 함유량은 0.40% 이하인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 바람직하다.
Mn: 0.10~1.50%
Mn은, 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Mn이 과잉 함유된 경우, 조대한 MnS가 생성되어, 내식성 및 기계 특성이 열화한다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.10~1.50%로 한다. Mn 함유량은 0.30% 이상인 것이 바람직하고, 0.50% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, Mn 함유량은 1.20% 이하인 것이 바람직하고, 1.00% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.80% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
Cu: 0.05~0.50%
Cu는, Sb와 동시에 함유시키면, 황산 및 염산에 대한 내식성을 현저하게 발현하는 원소이다. 그러나, Cu가 과잉 함유된 경우, 열간 가공성이 저하하여, 생산성을 손상시킨다. 그 때문에, Cu 함유량은 0.05~0.50%로 한다. Cu 함유량은 0.10% 이상, 0.15% 이상, 또는 0.20% 이상인 것이 바람직하다. 또한, Cu 함유량은 0.40% 이하인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Sb: 0.02~0.30%
Sb는, Cu와 동시에 함유시키면, 황산 및 염산에 대한 내식성을 현저하게 발현하는 원소이다. 그러나, Sb가 과잉 함유된 경우, 열간 가공성이 저하하여, 생산성을 손상시킨다. 그 때문에, Sb 함유량은 0.02~0.30%로 한다. Sb 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.06% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.10% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, Sb 함유량은 0.20% 이하인 것이 바람직하고, 0.15% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Ni: 0.02~0.50%
Ni는, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소이며, 이에 더하여 Cu를 함유하는 강에 있어서, 제조성을 높이는 효과를 갖는다. Cu는, 내식성을 향상시키는 효과가 크지만, 편석하기 쉽고, 단독으로 함유시키면 주조 후의 균열을 조장하는 경우가 있다. 이에 대하여, 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 함유량을 0.02~0.50%로 한다. Ni 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.10% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.15% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, Ni 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하고, 0.25% 이하인 것이 바람직하다.
Cr: 0.02~0.09%
Cr은, 담금질성을 높여 강도를 향상시킴과 더불어, 내황산성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, Cr은 내염산성을 저하시킨다. 그 때문에, Cr 함유량은 엄밀하게 제한할 필요가 있어, 0.02~0.09%로 한다. Cr 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.06% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, Cr 함유량은 0.08% 이하인 것이 바람직하다.
Al: 0.005~0.080%
Al은, 탈산제로서 첨가된다. 그러나, Al이 과잉 함유된 경우, 개재물의 증가에 의하여 내식성을 손상시킨다. 그 때문에, Al 함유량은 0.005~0.080%로 한다. Al 함유량은 0.010% 이상인 것이 바람직하고, 0.020% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, Al 함유량은 0.070% 이하인 것이 바람직하고, 0.050% 이하인 것이 보다 바람직하다.
N: 0.008% 이하
N은, 불순물이며, 강재의 기계 특성 및 생산성을 저하시킨다. 그 때문에, N 함유량에 상한을 설정하여 0.008% 이하로 한다. N 함유량은 0.006% 이하인 것이 바람직하고, 0.004% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, N 함유량은 0%여도 되지만, 극도의 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, N 함유량은 0.001% 이상으로 해도 된다. 또한, N은, 미세한 질화물로서 석출함으로써 기계 특성 등의 향상에 기여하는 효과를 갖는다. 그 효과를 얻고 싶은 경우는, N 함유량은 0.002% 이상으로 해도 된다.
P: 0.025% 이하
P는, 불순물이며, 강재의 기계 특성 및 생산성을 저하시킨다. 그 때문에, P 함유량에 상한을 설정하여 0.025% 이하로 한다. P 함유량은 0.020% 이하인 것이 바람직하고, 0.015% 이하인 것이 보다 바람직하다. 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: 0.001~0.015%
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 0.001~0.015%로 한다. S 함유량은 0.003% 이상, 또는 0.005% 이상인 것이 바람직하다. 또한, S 함유량은 0.013% 이하인 것이 바람직하고, 0.011% 이하인 것이 보다 바람직하다.
O: 0.0005~0.0035%
O는, MnS와 결합함으로써, MnS를 무해화하여, 내식성 및 기계 특성의 악화를 방지하는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, O가 과잉 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. 또한, 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 위하여, 추가로 Mo, W, Sn, As, Co, Bi로부터 선택되는 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 또한, 이들 원소는, 강재에 있어서 반드시 필수는 아닌 점에서, 함유량의 하한값은 0%이다. 각 원소의 한정 이유에 대하여 설명한다.
Mo: 0~0.50%
Mo는, Cu 및 Sb와 동시에 함유시킴으로써, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mo는 고가의 원소이기 때문에, 과잉 함유는 경제성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Mo 함유량은 0.50% 이하로 한다. Mo 함유량은 0.40% 이하인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.20% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Mo 함유량은 0.01% 이상, 0.02% 이상, 0.05% 이상, 또는 0.10% 이상인 것이 바람직하다.
W: 0~0.50%
W는, Mo와 마찬가지로 Cu 및 Sb와 동시에 함유시킴으로써, 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, W는 고가의 원소이기 때문에, 과잉 함유는 경제성의 저하를 초래한다. 그 때문에, W 함유량은 0.50% 이하로 한다. W 함유량은 0.40% 이하인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.20% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, W 함유량은 0.01% 이상, 0.02% 이상, 0.05% 이상, 또는 0.10% 이상인 것이 바람직하다.
Sn: 0~0.30%
Sn은, Cu와 동시에 함유시키면 산 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Sn이 과잉 함유된 경우, 열간 가공성이 저하한다. 그 때문에, Sn 함유량은 0.30% 이하로 한다. Sn 함유량은 0.25% 이하인 것이 바람직하고, 0.20% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.15% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Sn 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.05% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
As: 0~0.30%
As는, Sb 및 Sn에 비하여 현저한 효과는 없지만, 산 부식 환경에 있어서의 내식성의 향상에 유효한 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, As가 과잉 함유된 경우, 열간 가공성이 저하한다. 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 더욱 바람직하다.
Co: 0~0.30%
Co는, Sb 및 Sn에 비하여 현저한 효과는 없지만, 산 부식 환경에 있어서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Co가 과잉 함유된 경우, 경제성이 저하한다. 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 더욱 바람직하다.
Bi: 0~0.010%
Bi는, Sb 및 Sn에 비하여 현저한 효과는 없지만, 산 부식 환경에 있어서의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Bi가 과잉 함유된 경우, 열간 가공성이 저하한다. 그 때문에, Bi 함유량은 0.010% 이하로 한다. Bi 함유량은 0.007% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Bi 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.002% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.005% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 강의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 기계 특성 등을 향상시키기 위하여, 추가로 Ti, Nb, V, Zr, Ta, B로부터 선택되는 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 또한, 이들 원소는, 강재에 있어서 반드시 필수는 아닌 점에서, 함유량의 하한값은 0%이다. 각 원소의 한정 이유에 대하여 설명한다.
Ti: 0~0.050%
Ti는, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화 및 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ti가 과잉 함유된 경우, 질화물이 조대해져, 기계 특성이 열화한다. 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 더욱 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Ti 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.002% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.005% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
Nb: 0~0.10%
Nb는, Ti와 마찬가지로, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화 및 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Nb가 과잉 함유된 경우, 질화물이 조대해져, 기계 특성이 열화한다. 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 더욱 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Nb 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.002% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.005% 이상인 것이 더욱 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 과잉 함유된 경우, 질화물이 조대해져, 기계 특성이 열화한다. 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 더욱 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. 이에 더하여, Zr이 과잉 함유된 경우, 질화물이 조대해져, 기계 특성이 열화한다. 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 더욱 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Zr 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하다.
Ta: 0~0.050%
Ta는, 강도의 향상에 기여하는 원소이며, 또한, 메커니즘은 반드시 분명하지는 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 더욱 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 향상시켜, 강도를 높이는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, B를 과잉 함유시켜도 효과가 포화하여, 모재 및 HAZ의 인성이 저하하는 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 더욱 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 반드시 필수는 아닌 점에서, 함유량의 하한값은 0%이다. 각 원소의 한정 이유에 대하여 설명한다.
Ca: 0~0.010%
Ca는, 주로 황화물의 형태의 제어에 이용되는 원소이며, 또한, 미세한 산화물을 형성시키기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ca를 과잉 첨가하면, 기계 특성이 손상될 우려가 있다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.010% 이하로 한다. Ca 함유량은 0.005% 이하인 것이 바람직하고, 0.003% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Ca 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.002% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
Mg: 0~0.010%
Mg는, 미세한 산화물을 형성시키기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mg를 과잉 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 더욱 바람직하다.
REM: 0~0.010%
REM(희토류 원소)은, 주로 탈산에 이용되는 원소이며, 미세한 산화물을 형성시키기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, REM을 과잉 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 더욱 바람직하다.
여기서, REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 상기 원소의 합계량을 의미한다. 또한, 란타노이드는, 공업적으로는, 미슈 메탈의 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 의하여 혼입하는 성분이며, 본 발명에 따른 강재에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
CI: 17.0~30.0
내산성 부식 지수 CI는, 강 중에 CuS를 생성시키면서, 부식 기점이 되기 쉬운 개재물을 억제하기 위하여 도출된 지표이다. CuS를 강 중에 생성시키기 위해서는 Cu 및 S가 필요하지만, Cu 및 S의 밸런스가 중요하다. 산 부식 환경에서의 내식성을 현저하게 향상시키기 위해서는, 내산성 부식 지수 CI는 17.0~30.0으로 한다. 내산성 부식 지수 CI는, 18.0 이상인 것이 바람직하고, 19.0 이상인 것이 보다 바람직하며, 20.0 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 내산성 부식 지수 CI는, 28.0 이하인 것이 바람직하고, 26.0 이하인 것이 보다 바람직하며, 24.0 이하인 것이 더욱 바람직하다.
내산성 부식 지수 CI는, 하기 (i) 식으로 정의되는 바와 같이, Cu 원자의 수와 S원자의 수의 비이다. 즉, Cu/64, S/32는, 각각, Cu, S의 함유량을 각 원소의 질량수로 나눈 항이다.
CI=(Cu/64)/(S/32) ···(i)
DI: 1.00~3.00
적열 취화 지수 DI는, 결정립계 또는 지철 표면에 편석하는 Cu에 의한 표면 균열을, Ni를 함유시킴으로써 억제하기 위한 지표이며, 열간 가공성을 확보하기 위하여 중요하다. Cu 함유량에 대하여 Ni 함유량이 너무 적으면 열간 가공성이 저하한다. 한편, 적열 취화 지수 DI를 작게 하는 것이, 열간 가공성을 확보하기 위해서는 바람직하지만, 그 값이 너무 낮아도 효과가 포화한다. 또한, Cu가 부족하면, 산 부식 환경에서의 내식성의 향상의 효과가 불충분해진다. 열간 가공성 및 내식성을 양립하는 관점에서, 적열 취화 지수 DI는 1.00~3.00으로 한다. 적열 취화 지수 DI는, 내식성 향상의 관점에서는, 1.25 이상인 것이 바람직하고, 1.50 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 열간 가공성 향상의 관점에서는, 적열 취화 지수 DI는, 2.80 이하인 것이 바람직하고, 2.60 이하인 것이 보다 바람직하다.
적열 취화 지수 DI는, 하기 (ii) 식으로 정의되는 바와 같이, Cu 원자의 수와 Ni원자의 수의 비이다. 즉, Cu/64, Ni/59는, 각각, Cu, Ni의 함유량을 각 원소의 질량수로 나눈 항이다.
DI=(Cu/64)/(Ni/59) ···(ii)
Ceq: 0.100~0.220
Ceq는, 경도의 상승에 의한 냉간 가공성의 열화를 나타내는 지표이다. Ceq가 과잉이면 냉간 가공성을 확보할 수 없게 된다. 한편, Ceq가 너무 낮으면 기계 특성이 불충분해진다. 그 때문에, Ceq는 0.100~0.220으로 한다. Ceq는 0.110 이상인 것이 바람직하고, 0.120 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, Ceq는 0.210 이하인 것이 바람직하고, 0.200 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 10.0/mm2 미만이다. 이에 더하여, 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 간단하게 MnS라고 부르고, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS 산화물을 간단하게 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 10.0/mm2 미만으로 제한할 필요가 있다. MnS의 개수 밀도는 8.0/mm2 이하인 것이 바람직하고, 6.0/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 기점은 되기 어려워진다. 그 점에서, 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 의하여 측정한다. 측정 배율은 1000배로 하고, 시야 내에 검출되는 MnS 및 MnS 산화물의 최대 길이를 측정한다. 그리고, 각각 최대 길이가 2.0μm 이상인 개재물의 개수를 세고, 시야 면적으로 나눔으로써, 개수 밀도를 구한다.
개재물의 동정은, EDS에 의하여 행하고, Mn과 S의 합계 함유량이 90질량% 이상인 개재물을 MnS라고 판단하고, 또한 O의 피크가 검출되고, Mn과 S와 O의 합계 함유량이 90질량% 이상인 개재물을 MnS 산화물이라고 판단한다.
(C) 제조 방법
본 발명의 일 실시 형태에 따른 강재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 강재에는, 열간 압연을 실시하고, 또한 필요에 따라 냉간 압연을 실시하여 제조되는 강판, 형강, 강관 등이 포함된다. 그 중에서도, 본 발명에 따른 강재는, 핀재 등에 사용되는 박판으로서 적합하게 이용할 수 있다. 그 때문에, 강재의 두께는, 0.5~2.5mm인 것이 바람직하고, 0.7~2.3mm인 것이 보다 바람직하며, 1.0~1.6mm인 것이 더욱 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 강재는, 통상의 방법으로 강을 용제(溶製)하고, 성분의 조정 후, 주조하여 얻어진 강편을 열간 압연하고, 또한 필요에 따라 냉간 압연을 실시하여 제조된다. CuS의 생성을 촉진하고, MnS의 생성을 최대한 억제함과 더불어, 불가피적으로 강재 중에 존재하는 MnS 및 MnS 산화물의 개수 밀도의 비를 상술한 범위로 제어하기 위해서는, 열간 압연 전의 가열 온도를 비교적 저온으로 하는 것이 중요하고, 구체적으로는 1000~1130℃로 하는 것이 바람직하다.
열간 압연 전의 가열 온도를 낮게 함으로써, MnS의 성장을 억제함과 더불어, 압연 시에 미세화하는 것이 가능해진다. 미세화된 MnS는 상대적으로 표면적이 크기 때문에, 산소와 결합하기 쉬워져, MnS 산화물이 되기 쉬워진다. MnS의 개수 밀도를 6.0/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 가해진다. 그때, 강판은 온도 저하하지만, 열연 완료로부터 400℃에 도달할 때까지의 시간은 4시간 이상인 것이 바람직하다. 열간 압연 후, 냉간 압연하여 냉연 강판으로 해도 된다. 또한 냉간 압연 후에는 열 처리를 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 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 또 본 발명은, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
실시예
표 1 및 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 강(A1~26, B1~12)을 용제하고, 강괴에 대하여 표 3 및 4에 나타내는 조건으로 열간 압연을 행하여, 두께가 20mm인 열연 강판을 제조했다. 열연 후에 권취를 모의한 냉각을 행한 후, 추가로 냉간 압연을 행하여, 두께가 1.3mm인 냉연 강판으로 했다.
얻어진 각 강판으로부터 SEM 관찰용 시험편을 잘라 내고, SEM이 구비하는 EDS에 의하여 개재물의 개수 밀도의 측정을 행했다. 측정 배율은 1000배로 하고, 시야 내에 검출되는 MnS 및 MnS 산화물의 최대 길이를 측정하고, 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 판 두께 1mm, 폭 25mm, 길이 25mm의 시험편을 판 두께 중앙부로부터 채취하고, 습식 #400 연마로 마무리하여, 내식성 평가용 시험편으로 했다. 내식성의 평가는 황산 침지 시험 및 염산 침지 시험에 의하여 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 15.0mg/cm2/h 이하인 경우에, 내황산성이 우수하다고 판단하고, 염산 침지 시험에 의한 부식 속도가 10.0mg/cm2/h 이하인 경우에, 내염산성이 우수하다고 판단했다.
<열간 가공성>
상기 조건으로 압연한 열간 압연재의 표면의 외관을 육안으로 보아, 균열이 발생한 것을 ×, 균열이 발생하지 않은 것을 ○로 하여, 열간 가공성을 평가했다.
<인장 강도 및 전체 신도>
JIS Z 2241:2011에 준거하여, 두께 1mm의 인장 시험편을 제작하고, 인장 시험을 행하여, 인장 강도 및 전체 신도를 구했다. 인장 강도가 350MPa 이상인 것을 ○, 350MPa 미만인 것을 ×로 했다. 전체 신도는 냉간 가공성의 지표로 하여, 30% 이상인 것을 ○, 30% 미만인 것을 ×로 했다.
표 5 및 6에, 개재물의 개수 밀도의 측정 결과, 그리고 내황산 침지 시험, 내염산 침지 시험, 열간 가공성 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 대하여, 비교예인 시험 No. 27~36에서는, 내황산성, 내염산성, 열간 가공성 및 냉간 가공성 중 적어도 어느 하나에 있어서, 악화하는 결과가 되었다.
본 발명의 강재는, 중유, 석탄 등의 화석 연료, 액화 천연 가스 등의 가스 연료, 도시 쓰레기 등의 일반 폐기물, 폐유, 플라스틱, 폐타이어 등의 산업 폐기물 및 하수 오니 등을 연소시키는 보일러의 배연 설비에 사용할 수 있다. 구체적으로는, 배연 설비의 연도(煙道) 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 엘리먼트판 등에 적합하게 사용할 수 있다.
Claims (4)
- 화학 조성이, 질량%로,
C: 0.0010% 이상 0.010% 미만,
Si: 0.03~0.60%,
Mn: 0.10~1.50%,
Cu: 0.05~0.50%,
Sb: 0.02~0.30%,
Ni: 0.02~0.50%,
Cr: 0.02~0.09%,
Al: 0.005~0.080%,
N: 0.008% 이하,
P: 0.025% 이하,
S: 0.001~0.015%,
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%,
Bi: 0~0.010%,
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 불순물이고,
하기 (i) 식으로 정의되는 CI가 17.0~30.0이며,
하기 (ii) 식으로 정의되는 DI가 1.00~3.00이고,
하기 (iii) 식으로 정의되는 Ceq가 0.100~0.220이며,
강재 중에 MnS 및 MnS 산화물을 포함하고, 최대 길이가 2.0μm 이상인 MnS의 개수 밀도가 10.0/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.
CI=(Cu/64)/(S/32) ···(i)
DI=(Cu/64)/(Ni/59) ···(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%,
Co: 0.01~0.30%, 및
Bi: 0.001~0.010%
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 하나에 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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