선박 건조 시 사용되는 강재의 종류와 특징을 설명하시오.

조선산업에서 사용되는 철강 소재는 선체구조용 강재, 보일러용 강재, 압력용기용 강재, 형강, 각종 강관, 주조 단조강 및 비철 합금이 있으나, 선체구조용 후판의 사용량이 압도적으로 많다.

 

강도, 치수, 표면, 형상은 물론 구조부위 또는 충격인성 보증온도에 따라 Grade(A, B, D, E, F)가 구분된다.

선급의 제조 인허를 획득한 선급일반강, 고장력강 및 대입열 고효율 용접 시공이 가능한 TMCP형 고장력강 등이 선박 제작에 사용되고 있다.

대형 컨테이너선에 쓰이는 극후판의 경우 용접부 파괴인성(CTOD), 취성균열전파정지특성(BCA) 같은 엄격한 요구사항을 만족해야 한다.

액화가스선에 쓰이는 LPG선용 저온강, LNG탱크용으로 사용되는 스테인리스, 9% 니켈강, 고망간강 등도 있다.

 

형상으로 구분하면,

판재(Plate), 형강재(Angle, H-beam, Channel, Pipe 등), 판재로 제작하는 Built-up재.

 

항복응력에 따라 구분하면,

일반강도강(Normal strength steel) : 항복점 235 MPa

고강도강(Higher strength steel) : HT32(315MPa), HT36(355MPa), HT40(390MPa), HT47(460MPa) 등

 

인성(Toughness)특성에 따라,

A, B, D, E, F 등급으로 구분하며 뒤로 갈수록 인성이 좋음.

응력이 높은 부위 또는 중요구조부위(만곡부, 강력갑판과 선측이 교차하는 부위, 해치 오프닝 코너부, 종방향 해치코밍 등)은 판두께에 따라 A 등급보다 높은 등급의 강재를 사용해야 함.

 

낮은 온도에 노출될 경우,

 

- 극지운항 선박

설계온도, 판두께에 따라 B, D, E, F 등급의 강재 사용

 

- LPG 화물탱크(-55 ~ -50도) : 저온강(LT)

 

- LNG 화물탱크(-163도) : SUS304L, 9% 니켈강, AL5083(알루미늄합금)

 

두께방향의 인성이 필요한 경우(예를 들어, 대형 산적화물선의 스툴 하부의 내저판),

Z Quality 보증강(라멜라균열 방지)

 

화학운반선 화물창과 같이 내부식 성능이 필요한 경우,

스테인레스강 같은 합금강 사용

SUS304, SUS316

 

TMCP 기술

열처리와 추가적인 합금 첨가 없이 후판 제조과정에서 상변태와 미세조직을 제어함으로써 강도와 인성을 동시에 향상시키는 기술로, 용접성도 좋아 조선 생산성 향상에 크게 기여

 

탈산 관련,

선박에 쓰이는 강은 산소가 완전 제거된 강(Fully Killed)이 쓰인다.

단, E Grade를 제외한 일반강도강의 경우 두께에 따라 (semi) killed나 rimmed강이 허용됨.

 

철

용광로에 자철광, 적철광 등의 철광석과 함께 코크스, 목탄 등의 연료와 석회석을 넣고 고압의 뜨거운 바람을 불어 연소시키면 산소가 제거되어 무쇠(pig iron)을 얻을 수 있으며, 이 같은 공정을 제선이라고 한다. 무쇠 또는 선철은 탄소 함량이 2.5~4.5% 정도이고 다량의 불순물을 포함하고 있어, 강도는 크지만 연성이 없는 취성재료이다.

무쇠는 용융점이 낮고 녹은 쇳물의 유동성이 좋아 형틀에 쇳물을 부어 제품을 만드는 주물(casting), 즉 주철(iron casting)을 만드는 데는 적합하지만 단조(forging)에는 부적합하며, 강의 제조 원료가 된다.

주철은 연성과 용접성이 부족한 단점이 있지만, 싸고 강도, 주조성, 가공성, 내식성, 내마모성이 우수하기 때문에 갑판기계, 롤러, 페어리더, 도르래 등에 쓰이고 있다.

 

강

강은 탄소(C) 함유량의 다소에 의해 강도가 크게 변화하기 때문에 탄소함유랑(Ceq)가 가장 중요하게 고려된다.

철을 원료로 강을 제조하는 제강공정은 용광로에서 만들어진 쇳물(용선)에 다시 순도가 높은 산소를 불어 넣어 탄소, 유황, 인 등의 불순물을 태워서 제거하는 과정을 거친다.

연강(Mild steel) 또는 저탄소강은 탄소함유량이 0.12~0.30% 정도이며, 연성이 크고 용접에 적합하기 때문에 구조용 재료로 많이 쓰이고 있다.

제조법에 따라 구분하면,

압연강 : 롤러로 성형하는 강판 또는 형강

주강 : 강을 녹인 쇳물을 형틀에 부어 만듦

단강 : 달군 후 두드려 성형