KR20190060801A

KR20190060801A - 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재 그리고 선박

Info

Publication number: KR20190060801A
Application number: KR1020197011973A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이케다; 이타루 사무사와; 게이이치로 기시; 가즈히코 시오타니; 가즈쿠니 하세
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2019-06-03
Also published as: CN109844154B; TWI636144B; PH12019500757A1; JP6264519B1; CN109844154A; JPWO2018066017A1; WO2018066017A1; TW201814069A

Abstract

소정의 성분 조성으로 함과 함께, Sn 편석도를 18 미만으로 함으로써, 우수한 내식성과 우수한 내라멜라티어성을 양립한 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재를 제공한다.

Description

석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재 그리고 선박

본 발명은, 강재를 용접하여 형성되는 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드에 바람직하게 사용할 수 있는, 내식성 및 내라멜라티어성이 우수한 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 상기의 강재를 사용하여 이루어지는 선박에 관한 것이다.

에너지 자원의 운반의 상당수에 상선이 사용되고 있고, 그 중에서도 산적 화물선은, 그 약 30 ％ 의 선복량을 차지하고 있다. 이 산적 화물선에 있어서, 1990년대 초두에 해난 사고가 연달아 발생하여, 국제 문제가 되었다. 특히, 석탄선이나 석탄·광석 겸용선에서의 사고가 수많이 보고되어 있고, 그 원인의 대부분은 선창 (船倉) (이하, 「홀드」라고도 한다) 내에서의 손상이었다.

산적 화물선에서는, 적하를 직접 홀드에 적재하기 때문에, 부식성의 적하의 영향을 받기 쉽고, 홀드 내의 부식, 특히 석탄선이나 석탄·광석 겸용선에 있어서의 홀드 내의 측벽부나 늑골부에서의 공식 (孔食) 에 의해, 국소적으로 강도가 감소하는 것이 문제라고 생각되고 있다. 실제로, 이와 같은 공식이 현저하게 진행된 사례나, 선박의 강도를 확보하는 늑골 부분의 판 두께가 극단적으로 감소되어 있는 사례가 보고되어 있다.

공식이 발생하는 산적 화물선의 홀드 내의 측벽부나 늑골부는, 건습 반복 환경으로 되기 때문에, 결로수가 발생하기 쉽다. 이러한 결로수가 발생한 장소에 석탄의 황 성분이 용출되고, 결로수와 반응하여 황산을 생성하므로, 홀드 내는 황산 부식이 발생하기 쉬운 저 pH 환경으로 되어 있다.

이와 같은 홀드 내의 부식 대책으로서, 홀드 내는, 변성 에폭시계 도장이 피복 두께 : 약 150 ∼ 200 ㎛ 로 실시되어 있다. 그러나, 석탄이나 철광석에 의한 메카니컬 데미지나 적하 반출시의 중기 (重機) 에 의한 흠집이나 마모에 의해, 도막이 박리되는 경우가 많고, 그 부분에서는 충분한 방식 효과가 얻어지지 않는다. 그 대책으로서, 정기적으로 재도장이나 도막의 일부 보수가 실시되고 있지만, 이와 같은 방법에서는, 매우 큰 비용이 든다. 이 때문에, 선박의 메인터넌스 비용을 포함한 라이프 사이클 비용을 저감시킬 수 있는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드 용도에 적합한 강재의 개발이 요구되고 있다.

이와 같은 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드 용도로 언급한 종래 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1 ∼ 3 이 알려져 있다.

즉, 특허문헌 1 에는,

「중량％ 로, C : 0.01 ∼ 0.25 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.05 ∼ 2.0 ％, P : 0.10 ％ 이하, S : 0.001 ∼ 0.10 ％, Cu : 0.01 ∼ 2.00 ％, Al : 0.005 ∼ 0.10 ％, Mg : 0.0002 ∼ 0.0150 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조선용 (造船用) 내식강.」이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는,

「질량％ 로, C : 0.01 ∼ 0.2 ％, Si : 0.01 ∼ 1 ％, Mn : 0.05 ∼ 2 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Cu : 0.05 ∼ 1 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.5 ％, Sn : 0.005 ∼ 0.2 ％, Cr : 0.1 ％ 이하 및 Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, 브리넬 경도 HBW 10/3000 이 140 이상 또한 230 이하인 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 내식성 강재.」가 개시되어 있다.

특허문헌 3 에는,

「질량％ 로, C : 0.01 ∼ 0.2 ％, Si : 0.01 ∼ 1 ％, Mn : 0.05 ∼ 2 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.03 ％ 이하, Cu : 0.05 ％ 이하, Sn : 0.01 ∼ 0.3 ％, Cr : 0.05 ％ 이하 및 Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 석탄·광석 운반선 홀드용 내식성 강재.」가 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2000-17381호 일본 공개특허공보 2007-262555호 일본 공개특허공보 2008-174768호

그런데, 선박용의 강재로는, 카고 오일 탱크용이나 밸러스트 탱크용으로서 개발된 강재가 알려져 있다. 그러나, 석탄선이나 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경은, 상기 서술한 바와 같이, 부식 환경 (온도·습도·부식성 물질 등) 및 내용물에 의한 메카니컬 데미지의 유무 등의 점에서, 카고 오일 탱크나 밸러스트 탱크의 사용 환경과 완전히 상이하다. 이 때문에, 석탄선이나 석탄·광석 겸용선 홀드용의 강재에는, 독자적인 재료 설계나 특성 평가가 필요시된다.

이 점에서, 특허문헌 1 에 개시된 강재는, 선박 외판이나 밸러스트 탱크, 카고 오일 탱크, 광석선 카고 홀드 등의 공통적인 사용 환경에서의 내식성의 개선을 목표로 하고 있고, 강재의 내식성의 평가로서, 카고 오일 탱크 및 밸러스트 탱크의 사용 환경을 고려하고 있다. 그러나, 특허문헌 1 에는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드 사용 환경, 즉, 건습 반복 또한, 석탄의 황 성분에서 기인하는 저 pH 환경을 고려한 부식 시험 결과에 대해서는 나타나 있지 않다.

또, 특허문헌 2 및 3 에서도, 광석 운반선의 홀드의 사용 환경을 모의한 부식 환경에서의 강재의 내식성이 평가되고 있지만, 역시 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드 사용 환경을 고려한 부식 시험 결과에 대해서는 나타나 있지 않다.

또한, 홀드는, 통상적으로 바닥판과 호퍼 플레이트, 상갑판 이판 (裏板) 과 세로 부재 등을 용접하여 구성되어 있고, 그 용접 조인트에서는, 판 두께 방향으로 인장 응력을 받는다. 그리고, 이러한 용접 조인트에서는, 라멜라티어가 발생할 위험성이 있는 것이 최근 분명해져 왔다. 여기서, 라멜라티어란, 십자 조인트, T 조인트, 코너 조인트 등의 판 두께 방향으로 인장 응력을 받는 용접 조인트에 있어서, 인장 응력에 의해 강판 표면에 평행한 방향으로, 강재 내부에 있어서 균열이 진전되어, 크랙이 발생하는 현상이다.

이 때문에, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드용 강재에서는, 상기한 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에서의 내식성에 더하여, 내라멜라티어성도 우수할 것이 요구된다.

그러나, 특허문헌 1 ∼ 3 에서는 모두, 용접 조인트에 있어서 라멜라티어가 발생하는 리스크를 전혀 고려하고 있지 않고, 내라멜라티어성에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않다.

본 발명은, 상기의 현 상황을 감안하여 개발된 것으로서, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성이 우수하고, 또한 내라멜라티어성도 우수한 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 상기 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재를 사용하여 이루어지는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 발명자들은, 상기 과제의 해결을 위하여 예의 연구를 거듭하여, 이하의 지견을 얻었다.

(1) 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경, 즉 건습 반복 또한 석탄의 황 성분에서 기인하는 저 pH 환경에 있어서의 내식성의 향상에는, Sn 과 함께, Cu, Ni, Sb, W, Mo 및 Nb 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 복합 첨가하는 것이 유효하다.

(2) 한편, 내라멜라티어성의 관점에서는, 강 중의 S 를 저감시킴과 함께, Sn 을 저감시키는 것이 유효하다.

이와 같이, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성의 향상의 관점에서는 Sn 의 첨가가 유효하지만, 내라멜라티어성의 관점에서는, Sn 을 저감시키는 것이 유효하다. 그래서, 발명자들은, 상기의 지견을 기초로, 내식성과 내라멜라티어성을 양립하기 위하여, 더욱 검토를 거듭하였다.

그 결과,

(3) Sn 의 중심 편석을 억제하고, Sn 을 강재 전체에 최대한 확산시켜 주면, Sn 을 소정량 함유하고 있어도 우수한 내라멜라티어성이 얻어지는, 즉, Sn 량을 적정하게 조정하면서, Sn 의 중심 편석을 억제하고, Sn 을 강재 전체에 확산시켜 주면 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성과 내라멜라티어성을 양립할 수 있다는 지견을 얻었다.

또,

(4) S 량에 따라 Sn 량을 엄밀하게 제어함으로써, 더욱 내라멜라티어성이 향상된다는 지견을 얻었다.

본 발명은, 상기의 지견에 기초하여, 더욱 검토를 거듭하여 완성시킨 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량％ 로,

C : 0.03 ∼ 0.18 ％,

Si : 0.01 ∼ 1.50 ％,

Mn : 0.10 ∼ 2.00 ％,

P : 0.030 ％ 이하,

S : 0.0070 ％ 이하,

Al : 0.005 ∼ 0.100 ％,

Sn : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및

N : 0.0080 ％ 이하를 함유함과 함께,

Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Ni : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Sb : 0.01 ∼ 0.30 ％,

W : 0.01 ∼ 0.50 ％,

Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및

Nb : 0.0010 ∼ 0.10 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

Sn 편석도가 18 미만인, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.

여기서, Sn 편석도는, 다음 식 (1) 에 의해 정의된다.

[Sn 편석도] ＝ [중심 편석부의 Sn 농도]/[평균의 Sn 농도] --- (1)

2. 상기 성분 조성에 있어서의 S 함유량과 Sn 함유량이, 다음 식 (2) 의 관계를 만족하는, 상기 1 에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.

10000 × [％S] × [％Sn]² ≤ 1.40 --- (2)

여기서, [％S] 및 [％Sn] 은 각각, 성분 조성에 있어서의 S 및 Sn 의 함유량 (질량％) 이다.

3. 상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,

Cr : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및

Co : 0.01 ∼ 0.50 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종을 함유하는, 상기 1 또는 2 에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.

4. 상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,

Ti : 0.001 ∼ 0.100 ％,

Zr : 0.001 ∼ 0.100 ％ 및

V : 0.001 ∼ 0.100 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.

5. 상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,

Ca : 0.0001 ∼ 0.0100 ％,

Mg : 0.0001 ∼ 0.0200 ％ 및

REM : 0.0002 ∼ 0.2000 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 1 ∼ 4 중 어느 하나에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.

6. 상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,

B : 0.0001 ∼ 0.0300 ％ 를 함유하는, 상기 1 ∼ 5 중 어느 하나에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.

7. 상기 1 ∼ 6 중 어느 하나에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재를 사용하여 이루어지는 선박.

본 발명에 의하면, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성이 우수하고, 또한 내라멜라티어성도 우수한 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재가 얻어진다.

그리고, 본 발명의 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재를 선박의 홀드에 적용함으로써, 높은 안전성을 확보하면서, 홀드의 검사나 도장에 드는 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 먼저, 본 발명에 있어서 강의 성분 조성을 상기의 범위로 한정한 이유에 대해 설명한다. 또한, 강의 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「％」로 나타낸다.

C : 0.03 ∼ 0.18 ％

C 는, 강의 강도를 높이는 원소이며, 원하는 강도 (490 ∼ 620 ㎫) 를 확보하기 위해, C 량은 0.03 ％ 이상으로 한다. 그러나, C 량이 0.18 ％ 를 초과하면, 용접성 및 용접 열 영향부의 인성이 저하된다. 따라서, C 량은 0.03 ∼ 0.18 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.05 ％ 이상, 0.16 ％ 이하이다.

Si : 0.01 ∼ 1.50 ％

Si 는, 탈산제로서 첨가되는 원소이다. 또, Si 는 강의 강도를 높이는 데에 유효한 원소이기도 하며, 원하는 강도를 확보하기 위해, Si 량은 0.01 ％ 이상으로 한다. 그러나, Si 량이 1.50 ％ 를 초과하면, 강의 인성을 저하시킨다. 따라서, Si 량은 0.01 ∼ 1.50 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 1.00 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.04 ％ 이상, 0.50 ％ 이하이다.

Mn : 0.10 ∼ 2.00 ％

Mn 은, 강의 강도를 높이는 원소이며, 상기한 원하는 강도를 확보하기 위해, Mn 량은 0.10 ％ 이상으로 한다. 그러나, Mn 량이 2.00 ％ 를 초과하면, 강의 인성 및 용접성이 저하된다. 또, Mn 의 중심 편석에 의해, 내라멜라티어성도 저하된다. 따라서, Mn 량은 0.10 ∼ 2.00 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.60 ％ 이상, 1.80 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.80 ％ 이상, 1.60 ％ 이하이다.

P : 0.030 ％ 이하

P 는, 인성 및 용접성을 열화시킨다. 이 때문에, P 량은 0.030 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.025 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 0.003 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

S : 0.0070 ％ 이하

S 는, 내라멜라티어성에 관여하는 중요한 원소이다. 즉, S 는, 비금속 개재물인 조대한 MnS 를 형성하고, 이 MnS 가 라멜라티어의 기점이 된다. 특히, S 량이 0.0070 ％ 를 초과하면, 내라멜라티어성의 대폭적인 저하를 초래한다. 따라서, S 량은 0.0070 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0060 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.0050 ％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 0.0003 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Al : 0.005 ∼ 0.100 ％

Al 은, 탈산제로서 첨가되는 원소이며, Al 량은 0.005 ％ 이상으로 한다. 그러나, Al 량이 0.100 ％ 를 초과하면, 강의 인성이 저하된다. 이 때문에, Al 량은 0.005 ∼ 0.100 ％ 의 범위로 한다.

Sn : 0.01 ∼ 0.20 ％

Sn 은, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성을 향상시키기 위해서 필요한 원소임과 함께, 내라멜라티어성에 관여하는 중요한 원소이다. 구체적으로는, Sn 은, 내식성을 향상시키는 한편으로, 내라멜라티어성을 저하시키는 원소이다.

즉, Sn 은, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 건습 반복 또한 저 pH 의 부식 환경에 있어서, 강재 표면에 난용성 피막을 형성한다. 이와 함께, Sn 은, 강재 표면의 녹 중에 유입되어, 부식을 촉진시키는 SO₄ ^2- 등의 아니온종의 확산을 억제한다. 이로써, 내식성이 향상된다. 이와 같은 효과는 Sn 량을 0.01 ％ 이상으로 함으로써 발현된다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다.

한편으로, Sn 은 강재 중심부에 편석되기 쉽고, 이러한 편석부에서는, 경도가 현저하게 증대되기 때문에, 내라멜라티어성이 열화된다. 특히, Sn 량이 0.20 ％ 를 초과하면, 내라멜라티어성이 크게 열화된다. 따라서, 내라멜라티어성의 확보의 관점에서, Sn 량은 0.20 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.15 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.

N : 0.0080 ％ 이하

N 은, 인성을 저하시키는 유해한 원소이므로, 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 특히, N 량이 0.0080 ％ 를 초과하면, 인성의 저하가 커진다. 따라서, N 량은 0.0080 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0070 ％ 이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 0.0005 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.50 ％, Sb : 0.01 ∼ 0.30 ％, W : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및 Nb : 0.0010 ∼ 0.10 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상

Cu, Ni, Sb, W, Mo 및 Nb 는, Sn 과 함께 복합 첨가됨으로써, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성을 향상시키는 원소이다.

상기 서술한 바와 같이, Sn 은 내식성의 향상에 유효한 원소이지만, 내라멜라티어성의 관점에서 다량으로는 함유시킬 수 없다. 이 때문에, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경에 있어서의 내식성과 내라멜라티어성을 양립하기 위해서는, Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.50 ％, Sb : 0.01 ∼ 0.30 ％, W : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및 Nb : 0.0010 ∼ 0.10 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유시킬 필요가 있다.

여기서, Cu, Ni, Sb 및 Nb 는 각각, 부식의 진행에 수반하여, 강재 표면으로부터 Cu^2＋, Ni^2＋, Sb^5＋ 및 Nb^4＋ 로서 유리되어, 부식 생성물을 치밀하게 함으로써, 강 계면 (녹층과 지철의 계면) 으로의 SO₄ ^2- 등의 부식성 아니온의 투과를 억제한다. 또, W 및 Mo 는 각각, WO₄ ^2- 및 MoO₄ ^2- 로서 유리되어, 녹 중에 유입되어, 녹에 카티온 선택 투과성을 부여하고, 강 계면으로의 SO₄ ^2- 등의 부식성 아니온의 투과를 전기적으로 억제한다.

이들 효과는, 상기 서술한 Sn 의 방식 작용이 공존한 경우에 있어서 현재화되고, Cu, Ni, Sb, W 및 Mo 량에 대해서는 각각 0.01 ％ 이상에서, Nb 량에 대해서는 0.0010 ％ 이상에서 발현된다. 그러나, 어느 원소도 많이 함유시키면, 용접성이나 인성을 열화시키고, 비용의 관점에서도 불리해진다.

따라서, Cu 량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위, Ni 량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위, Sb 량은 0.01 ∼ 0.30 ％ 의 범위, W 량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위, Mo 량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위, Nb 량은 0.0010 ∼ 0.10 ％ 의 범위로 한다.

바람직하게는, Cu 량은 0.02 ％ 이상, 0.40 ％ 이하, Ni 량은 0.02 ％ 이상, 0.40 ％ 이하, Sb 량은 0.02 ％ 이상, 0.25 ％ 이하, W 량은 0.02 ％ 이상, 0.40 ％ 이하, Mo 량은 0.02 ％ 이상, 0.40 ％ 이하, Nb 량은 0.0020 ％ 이상, 0.08 ％ 이하이다.

또, 상기 서술한 바와 같이, Sn 에 의한 내라멜라티어성의 저하 기구는, S 에 의한 내라멜라티어성의 저하 기구와는 상이하다. 그러나, S 와 Sn 에 의한 내라멜라티어성의 저하는 서로 상승하여 작용한다. 이 때문에, 내라멜라티어성을 더욱 향상시키는 관점에서는, S 및 Sn 의 함유량에 대해, 다음 식 (2) 의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

10000 × [％S] × [％Sn]² ≤ 1.40 --- (2)

상기 게재된 (2) 식은, 내라멜라티어성에 대한 Sn 량의 영향이 S 량의 영향에 비해 매우 큰 것을 의미하고 있다. 즉, Sn 을 엄밀하게 관리하는 것이, 내라멜라티어성을 확보하는 데에 있어 특히 중요한 것을 의미하고 있다.

여기서, 10000 × [％S] × [％Sn]² 는, 1.20 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 10000 × [％S] × [％Sn]² 의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.001 로 하는 것이 바람직하다.

또한, 라멜라티어를 억제함에 있어서는, S 량과 Sn 량을 모두 상기한 범위로 한정하는 것이 전제가 되는 것은 말할 필요도 없다.

이상, 기본 성분에 대해 설명했지만, 본 발명의 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재에서는, 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Cr : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및 Co : 0.01 ∼ 0.50 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종

Cr 및 Co 는, 부식의 진행에 수반하여 녹층 중으로 이행되고, SO₄ ^2- 등의 부식성 아니온의 녹층으로의 침입을 차단함으로써, 녹층과 지철의 계면으로의 SO₄ ^2- 등의 부식성 아니온의 농축을 억제하고, 이로써, 내식성의 더 나은 향상에 기여한다.

이와 같은 효과는, Cr 량 또는 Co 량이 0.01 ％ 미만에서는 충분히는 얻어지지 않는다. 한편, Cr 량 또는 Co 량이 0.50 ％ 를 초과하면, 용접부의 인성을 열화시킨다. 또, Cr 에 대해서는, 가수분해 반응을 일으키는 원소이고, 부식부에서의 pH 를 저하시킨다. 즉, Cr 을 과잉으로 첨가하면, 토탈로서의 내식성을 열화시킬 우려도 있다.

따라서, Cr 및 Co 를 함유시키는 경우, 그 양은 모두 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 0.30 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상, 0.20 ％ 이하이다.

Ti : 0.001 ∼ 0.100 ％, Zr : 0.001 ∼ 0.100 ％ 및 V : 0.001 ∼ 0.100 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상

Ti, Zr 및 V 는, 원하는 강도를 확보하는 관점에서, 단독 또는 복합하여 첨가할 수 있다. 그러나, 어느 원소도 과잉으로 함유시키면, 인성 및 용접성을 열화시킨다. 이 때문에, Ti, Zr 및 V 를 함유시키는 경우, 그 양은 모두 0.001 ∼ 0.100 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.005 ％ 이상, 0.050 ％ 이하이다.

Ca : 0.0001 ∼ 0.0100 ％, Mg : 0.0001 ∼ 0.0200 ％ 및 REM : 0.0002 ∼ 0.2000 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상

Ca, Mg 및 REM 은 용접부의 인성을 향상시키는 관점에서, 단독 또는 복합하여 첨가할 수 있다. 그러나, 어느 원소도 과잉으로 함유시키면, 오히려 용접부의 인성 열화를 초래한다. 또, 비용도 증가한다. 따라서, Ca, Mg 및 REM 을 함유시키는 경우, Ca 량은 0.0001 ∼ 0.0100 ％, Mg 량은 0.0001 ∼ 0.0200 ％, REM 량은 0.0002 ∼ 0.2000 ％ 의 범위로 한다.

B : 0.0001 ∼ 0.0300 ％

B 는, 강재의 ?칭성을 향상시키는 원소이다. 또, 원하는 강도를 확보하는 관점에서, B 를 함유시킬 수 있다. 이와 같은 관점에서는, B 량을 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 유효하다. 그러나, B 를 과잉으로 함유시키면, 특히 B 량이 0.0300 ％ 를 초과하면, 인성의 대폭적인 열화를 초래한다. 따라서, B 를 함유시키는 경우, 그 양은 0.0001 ∼ 0.0300 ％ 의 범위로 한다.

상기 이외의 성분은, Fe 및 불가피적 불순물이다.

이상, 본 발명의 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재의 성분 조성에 대해 설명했지만, 본 발명의 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재에서는, Sn 편석도를 다음과 같이 제어하는 것이 매우 중요하다.

Sn 편석도 : 18 미만

Sn 의 중심 편석에 의해, 편석부의 경도는 크게 증가한다. 그리고, 이와 같은 편석부가 라멜라티어 발생의 기점이 된다. 즉, Sn 을 함유하는 성분 조성에 있어서 우수한 내라멜라티어 특성을 확보하기 위해서는, Sn 의 중심 편석을 억제하여 편석부의 경도 증가를 억제하는 것이 중요하다. 이와 같은 관점에서, Sn 편석도는 18 미만으로 한다. 바람직하게는 16 미만이다. 보다 바람직하게는 15 이하이다. 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 2 로 하는 것이 바람직하다.

또한, 여기서 말하는 Sn 편석도란, 강재의 압연 방향과 평행하게 절단한 단면 (강재 표면에 수직인 단면) 에 있어서, 전자선 마이크로애널라이저 (이하, EPMA 라고 나타낸다) 의 선 분석에 의해 얻어지는 평균의 Sn 농도에 대한 중심 편석부의 Sn 농도의 비이다.

구체적으로는, 강재의 두께를 t (㎜), 폭 (강재의 압연 방향 및 두께 방향과 직각인 방향) 을 W (㎜) 로 했을 때, 먼저, 강재의 압연 방향과 평행하게 절단한 단면 (강재 표면에 수직인 단면) 의 강재의 두께 방향 : (0.5 ± 0.1) × t, 압연 방향 : 15 ㎜ 의 면 영역 (즉, 강재의 두께 방향의 중심 위치를 포함하는 면 영역) 에 있어서, 빔 직경 : 20 ㎛, 피치 : 20 ㎛ 의 조건으로, Sn 의 EPMA 면 분석을 실시한다. 또한, Sn 의 EPMA 면 분석은, 1/4 × W, 1/2 × W 및 3/4 × W 의 위치의 3 개의 단면 시야에서 실시한다.

이어서, 상기 EPMA 면 분석으로부터 각 단면 시야에 있어서 Sn 농도가 가장 높은 위치를 선택하고, 당해 위치에 있어서 각각, 강재의 두께 방향으로 빔 직경 : 5 ㎛, 피치 : 5 ㎛ 의 조건으로, Sn 의 EPMA 선 분석을 실시한다. 또한, EPMA 선 분석의 실시에 있어서는, 강재의 표리면으로부터 각각 25 ㎛ 까지의 영역은 제외한다.

그리고, 측정 라인마다 Sn 농도 (질량 농도) 의 최대값을 구하고, 이것들의 평균값을 중심 편석부의 Sn 농도 (질량 농도) 로 하고, 이 중심 편석부의 Sn 농도를, 측정 라인의 전체 측정값의 산술 평균값인 평균의 Sn 농도 (질량 농도) 로 나눈 값을, Sn 편석도로 한다.

즉,

[Sn 편석도] ＝ [중심 편석부의 Sn 농도]/[평균의 Sn 농도] 이다.

상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재는, 우수한 내라멜라티어 특성을 확보하는 관점에서, Sn 의 중심 편석을 억제하는, 즉, Sn 의 중심 편석의 정도를 나타내는 Sn 편석도를 소정값 이하로 제어하는 것이 매우 중요하다. 여기서, Sn 편석도는, 성분 조성이 동일해도, 제조 조건에 따라 크게 변화한다. 이 때문에, Sn 의 중심 편석을 억제하기 위해서는, 강재의 제조 방법을 적절히 제어하는 것이 매우 중요하다.

이하, 본 발명의 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

즉, 본 발명의 강재는, 상기한 성분 조성으로 조정한 강을, 전로 (轉爐) 나 전기로, 진공 탈가스 등, 공지된 정련 프로세스를 사용하여 용제하고, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강 소재 (슬래브) 로 하고, 이어서 이 강 소재를 필요에 따라 재가열하고 나서 열간 압연함으로써, 강판 또는 형강 등으로 함으로써 제조할 수 있다. 또한, 강재의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 2 ∼ 100 ㎜ 이다. 보다 바람직하게는 3 ∼ 80 ㎜ 이다. 더욱 바람직하게는 4 ∼ 60 ㎜ 이다.

여기서, 연속 주조의 경우, 주조 속도 (인발 속도) 를 0.3 ∼ 2.8 m/min 으로 하는 것이 바람직하다. 주조 속도가 0.3 m/min 미만에서는, 조업 효율이 나빠진다. 한편, 주조 속도가 2.8 m/min 을 초과하면, 표면 온도 불균일이 발생하고, 또 주편 내부에 대한 용강 공급이 불충분해져, Sn 의 중심 편석이 촉진된다. Sn 의 중심 편석을 억제하는 관점에서는, 보다 바람직하게는 0.4 m/min 이상, 2.6 m/min 이하이다. 더욱 바람직하게는 1.5 m/min 이하이다.

또, 미응고층을 갖는 응고 말기의 주편을, 응고 수축량과 열 수축량의 합에 상당하는 정도의 압하 총량 및 압하 속도로, 압하롤군에 의해 서서히 압하하면서 주조하는 경압하법을 실시하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기의 강 소재를 원하는 치수 형상으로 열간 압연할 때에는, 900 ℃ ∼ 1350 ℃ 의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 900 ℃ 미만에서는 변형 저항이 크고, 열간 압연이 어려워진다. 한편, 가열 온도가 1350 ℃ 를 초과하면, 표면흔이 발생하거나, 스케일 로스나 연료 원단위가 증가하거나 한다.

또, 특히, 가열 온도가 높을수록 중심 편석부의 Sn 의 확산이 촉진되기 때문에, 내라멜라티어성을 확보하는 관점에서는 유리해진다. 이와 같은 관점에서, 가열 온도는 1030 ℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 가열 온도에 있어서의 유지 시간은, 60 min 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 중심 편석부에 있어서의 Sn 의 확산이 충분히 촉진된다. 보다 바람직하게는 150 min 이상이다. 또한, 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1000 min 으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 강 소재의 온도가, 원래 1030 ∼ 1350 ℃ 의 범위의 경우이고, 또한, 그 온도 범위로 60 min 이상 유지되어 있던 경우에는, 가열하지 않고, 그대로 열간 압연에 제공해도 된다. 또, 열간 압연 후에 얻어진 열연판에, 재가열 처리, 산성, 냉간 압연을 실시하여, 소정 판 두께의 냉연판으로 해도 된다.

열간 압연에서는, 마무리 압연 종료 온도를 650 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 종료 온도가 650 ℃ 미만에서는, 변형 저항의 증대에 의해 압연 하중이 증가하여, 압연의 실시가 곤란해진다.

열간 압연 후의 냉각은, 공냉, 가속 냉각 중 어느 방법이어도 되는데, 보다 높은 강도를 얻고 싶은 경우에는, 가속 냉각을 실시하는 것이 바람직하다.

여기서, 가속 냉각을 실시하는 경우에는, 냉각 속도를 2 ∼ 100 ℃/s, 냉각 정지 온도를 700 ∼ 400 ℃ 로 하는 것이 바람직하다. 즉, 냉각 속도가 2 ℃/s 미만, 및/또는 냉각 정지 온도가 700 ℃ 초과에서는, 가속 냉각의 효과가 작아, 충분한 고강도화가 달성되지 않는 경우가 있다. 한편, 냉각 속도가 100 ℃/s 초과, 및/또는 냉각 정지 온도가 400 ℃ 미만에서는, 강재의 인성이 저하되거나, 강재의 형상에 변형이 발생하는 경우가 있다. 단, 후공정에 있어서 열처리를 실시하는 경우에는 그에 한정되는 것은 아니다.

실시예

표 1 에 나타내는 성분 조성이 되는 강 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다)을, 진공 용해로 또는 전로에서 용제하여, 표 2 에 나타내는 조건의 연속 주조에 의해 강 슬래브로 하였다. 이들 강 슬래브를 1150 ℃ 로 재가열 후, 표 2 에 나타내는 조건으로 유지하고, 마무리 압연 종료 온도 : 930 ℃ 의 열간 압연을 실시하여, 판 두께 : 30 ㎜ 의 강판을 얻었다. 또한, 열간 압연 후의 냉각은, 냉각 속도 : 10 ℃/s, 냉각 정지 온도 : 550 ℃ 의 수냉 (가속 냉각) 으로 하였다.

그리고, 상기한 방법에 의해, 얻어진 강판에 있어서의 Sn 편석도를 구하였다. 결과를 표 2 에 병기한다.

또, 상기와 같이 하여 얻어진 강판에 대해, 이하의 요령으로, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드의 사용 환경을 모의한 부식 시험을 실시하여, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드 사용 환경에서의 내식성의 평가를 실시하였다.

(1) 내식성의 평가

상기와 같이 하여 얻은 No.1 ∼ 60 의 강판으로부터 각각, 5 ㎜t × 50 ㎜W × 75 ㎜L 의 시험편을 채취하고, 그 표면을 숏 블라스트하여, 표면의 스케일이나 유분을 제거하였다. 이 면을 시험면으로 하여, 도막 박리 후의 강재의 내식성을 평가하였다. 이면과 단면 (端面) 을 실리콘계 시일로 코팅한 후, 아크릴제의 지그에 끼워 넣고, 그 위에 석탄 5 g 을 전면에 깔고, 항온항습기에 의해, 분위기 A (온도 : 60 ℃, 상대습도 : 95 ％, 20 시간) ⇔ 분위기 B (온도 : 30 ℃, 상대습도 : 95 ％, 3시간), 각 천이 시간 : 0.5 시간의 온도 습도 사이클을 84 일간 부여하였다. 여기서, 기호 「⇔」은 반복이라는 의미로 사용하고 있다. 또한, 석탄은, 5 g 을 칭량하여, 상온에서 100 ㎖ 의 증류수에 2 시간 침지한 후, 여과를 실시하여 200 ㎖ 로 희석한 석탄 삼출액의 pH 가 3.0 이 되는 것을 사용하였다. 여기서는, 상기의 조건으로 시험을 실시함으로써, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선의 홀드 내 바닥판의 부식 환경을 모의하고 있다.

시험 후, 녹 박리액을 사용하여, 각 시험편의 녹을 박리하고 각 시험편의 부식 시험 전후에서의 질량 감소량을 측정하여, 이것을 부식량으로 하였다. 또, 뎁스 미터를 사용하여, 각 시험편에 있어서의 최대 공식 깊이를 측정하였다. 그리고, Sn 이나 Cu, Ni, Sb, W, Mo 및 Nb 를 첨가하고 있지 않은 No.53 을 베이스강으로 하여, 이 베이스강에 대한 질량 감소량 및 최대 공식 깊이의 비율에 의해, 이하의 기준으로 내식성을 평가하였다.

○ (합격) : 베이스강에 대한 질량 감소량 및 최대 공식 깊이의 비율이 모두 70 ％ 미만

△ (불합격) : 베이스강에 대한 질량 감소량 및 최대 공식 깊이의 비율 중, 어느 일방이 70 ％ 이상, 80 ％ 미만이고, 또한, 타방이 80 ％ 미만

× (불합격) : 베이스강에 대한 질량 감소량 및 최대 공식 깊이의 비율 중, 적어도 일방이 80 ％ 이상

또한, 이하의 요령으로, 내라멜라티어성의 평가를 실시하였다.

(2) 내라멜라티어성의 평가

ClassNK 강선 (鋼船) 규칙·동 검사 요령 (K 편, 제2장) 에 준거하여, 상기와 같이 하여 얻어진 No.1 ∼ 60 의 강판에 대해, 강판의 판 두께 방향 (Z 방향) 의 인장 시험을 실시하여, 단면 수축률 (reduction of area) (RA) 을 산출하였다. 그리고, 산출된 단면 수축률 (RA) 에 기초하여, 이하의 기준으로 내라멜라티어성을 평가하였다.

◎ (합격, 특히 우수하다) : 70 이상

○ (합격) : 35 이상 70 미만

△ (불합격) : 25 이상 35 미만

× (불합격) : 25 미만

(1) 및 (2) 의 평가 결과를 표 2 에 병기한다. 또한, 표 2 중의 종합 평가는, 상기한 (1) 및 (2) 의 평가가 모두 「○」또는 「◎」인 경우를 「합격」, (1) 및 (2) 의 평가에 있어서 1 개라도 「△」또는 「×」가 있는 경우를 「불합격」으로 하고 있다.

[표 1]

[표 1 (계속)]

[표 2]

표 2 에 나타낸 바와 같이, 발명예는 모두 우수한 내식성과 내라멜라티어성을 겸비하고 있다.

이에 반해, 비교예에서는, 내식성 및 내라멜라티어성 중 적어도 일방에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

즉, 비교예 No.50 및 52 는 S 량이 상한을 초과하고 있고, 또 소정량의 Cu, Ni, Sb, W, Mo 및 Nb 가 함유되어 있지 않기 때문에, 내식성 및 내라멜라티어성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 No.51, 55 및 58 은, Sn 량이 상한을 초과하고 있기 때문에, 내라멜라티어성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 No.54 는, S 량 및 Sn 량이 상한을 초과하고 있기 때문에, 내라멜라티어성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 No.56 및 60 은, S 량이 상한을 초과하고 있기 때문에, 내라멜라티어성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 No.57 은, 소정량의 Cu, Ni, Sb, W, Mo 및 Nb 가 함유되어 있지 않기 때문에, 내식성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 No.59 는 S 량이 상한을 초과하고 있고, 또 Sn 량이 하한을 하회하고 있기 때문에, 내식성 및 내라멜라티어성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 No.61 ∼ 64 는, Sn 편석도가 상한을 초과하고 있기 때문에, 내라멜라티어성에 대해, 충분한 특성이 얻어지지 않았다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.03 ∼ 0.18 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.50 ％,
Mn : 0.10 ∼ 2.00 ％,
P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.0070 ％ 이하,
Al : 0.005 ∼ 0.100 ％,
Sn : 0.01 ∼ 0.20 ％ 및
N : 0.0080 ％ 이하를 함유함과 함께,
Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Ni : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Sb : 0.01 ∼ 0.30 ％,
W : 0.01 ∼ 0.50 ％,
Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및
Nb : 0.0010 ∼ 0.10 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
Sn 편석도가 18 미만인, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.
여기서, Sn 편석도는, 다음 식 (1) 에 의해 정의된다.
[Sn 편석도] ＝ [중심 편석부의 Sn 농도]/[평균의 Sn 농도] --- (1)
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성에 있어서의 S 함유량과 Sn 함유량이, 다음 식 (2) 의 관계를 만족하는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.
10000 × [％S] × [％Sn]² ≤ 1.40 --- (2)
여기서, [％S] 및 [％Sn] 은 각각, 성분 조성에 있어서의 S 및 Sn 의 함유량 (질량％) 이다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
Cr : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및
Co : 0.01 ∼ 0.50 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종을 함유하는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
Ti : 0.001 ∼ 0.100 ％,
Zr : 0.001 ∼ 0.100 ％ 및
V : 0.001 ∼ 0.100 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
Ca : 0.0001 ∼ 0.0100 ％,
Mg : 0.0001 ∼ 0.0200 ％ 및
REM : 0.0002 ∼ 0.2000 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로 질량％ 로,
B : 0.0001 ∼ 0.0300 ％ 를 함유하는, 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 석탄선 및 석탄·광석 겸용선 홀드용 강재를 사용하여 이루어지는 선박.