KR102355570B1 - 고 Mn 강 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
소재나 제조에 필요로 하는 비용을 억제할 수 있는, 저온 인성이 우수한 고 Mn 강에 대하여 제공한다.
질량％ 로, C : 0.100 ％ 이상 0.700 ％ 이하, Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하, Mn : 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.0070 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.07 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이상 7.0 ％ 이하, N : 0.0050 ％ 이상 0.0500 ％ 이하, O : 0.0050 ％ 이하, Ti : 0.0050 ％ 이하 및 Nb : 0.0050 ％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성과 오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직을 갖고, 그 마이크로 조직에 있어서의 Mn 편석부의 Mn 농도를 16 ％ 이상 38 ％ 이하로 하고, KAM 값의 평균을 0.3 이상으로 한다.
질량％ 로, C : 0.100 ％ 이상 0.700 ％ 이하, Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하, Mn : 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.0070 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.07 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이상 7.0 ％ 이하, N : 0.0050 ％ 이상 0.0500 ％ 이하, O : 0.0050 ％ 이하, Ti : 0.0050 ％ 이하 및 Nb : 0.0050 ％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성과 오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직을 갖고, 그 마이크로 조직에 있어서의 Mn 편석부의 Mn 농도를 16 ％ 이상 38 ％ 이하로 하고, KAM 값의 평균을 0.3 이상으로 한다.
Description
본 발명은, 예를 들어 액화 가스 저장조용 탱크 등의, 매우 저온의 환경에서 사용되는 구조용 강에 제공하기에 바람직한, 특히 저온에서의 인성이 우수한 고 Mn 강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액화 가스 저장조용 구조물에 열간 압연 강판을 사용하기에는, 사용 환경이 매우 저온이 되므로, 강판은 고강도인 것에 더하여, 저온에서의 인성이 우수할 것도 요구된다. 예를 들어, 액화 천연 가스의 저장조에 열간 압연 강판을 사용하는 경우에는, 액화 천연 가스의 비점 : -164 ℃ 이하에서 우수한 인성이 확보되어 있을 필요가 있다. 강재의 저온 인성이 떨어지면, 극저온 저장조용 구조물로서의 안전성을 유지할 수 없게 될 가능성이 있기 때문에, 적용되는 강재에 대한 저온 인성의 향상에 대한 요구는 강하다. 이하, -164 ℃ 의 극저온역을 포함하여 저온이라고 총칭한다.
이 요구에 대해, 종래, 저온에서 취성을 나타내지 않는 오스테나이트를 강판의 조직으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강이나 9 ％ Ni 강, 혹은 5000 계 알루미늄 합금이 사용되어 왔다. 그러나, 합금 비용이나 제조 비용이 높은 것으로부터, 저렴하고 저온 인성이 우수한 강재에 대한 요망이 있다.
그래서, 종래의 저온용 강을 대신할 새로운 강재로서, 비교적 저렴한 오스테나이트 안정화 원소인 Mn 을 다량으로 첨가한 고 Mn 강을 저온 환경의 구조용 강으로서 사용하는 것이, 예를 들어 특허문헌 1 에 제안되어 있다.
특허문헌 1 에는, Mn 편석비를 제어하여 결정 입계에 생성되는 탄화물이 파괴의 기점이 되는 것을 회피하는 기술이 제안되어 있다.
특허문헌 1 에 기재된 기술에 의해, 저온 인성이 우수한 고 Mn 강의 제공이 가능하지만, 여기에 기재된 고 Mn 강은 인성을 확보하는 관점에서 Ni 의 함유를 필수로 하는 점, 소재 비용의 저감이 요구되고 있었다. 또한, Mn 편석비를 저감시키기 위해, 가열 온도 (℃) 와 가열 시간 (hr) 의 곱이 30000 ℃·hr 이상인 확산 열처리를 실시할 필요가 있기 때문에, 제조 비용이 높은 것도 문제였다.
그래서, 본 발명은, 소재나 제조에 필요로 하는 비용을 억제할 수 있는, 저온 인성이 우수한 고 Mn 강에 대하여 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이러한 고 Mn 강을 제조하기 위한 유리한 방법에 대하여 제안하는 것을 목적으로 한다. 여기서, 상기 「저온 인성이 우수한」이란, －196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE-196 이 100 J 이상인 것을 말한다.
발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해, 고 Mn 강을 대상으로, 강판의 성분 조성 및 조직을 결정하는 각종 요인에 관하여 예의 연구를 실시하여, 이하의 a ∼ d 의 지견을 얻었다.
a. 고 Mn 의 오스테나이트강은, Mn 의 확산이 느린 것으로부터, 연속 주조시에 생성되는 Mn 농도가 낮은 Mn 편석부가 열간 압연 후에도 존재한다. 이 Mn 편석부의 Mn 농도가 16 ％ 미만인 경우, 저온에 있어서 가공 유기 마텐자이트가 생성되어, 저온 인성의 열화를 초래한다. 이것으로부터 고 Mn 강의 저온 인성 향상에는, Mn 편석부의 Mn 농도를 높이는 것이 유효하다.
b. 고 Mn 의 오스테나이트강은, Mn 의 확산이 느린 것으로부터, 연속 주조시에 생성되는 Mn 농도가 높은 Mn 편석부가 열간 압연 후에도 존재한다. 이 Mn 편석부가 38 ％ 초과인 경우, 입계 파괴를 초래하기 때문에, 역시 저온 인성의 열화를 초래한다. 이것으로부터 고 Mn 강의 저온 인성 향상에는, Mn 편석부의 Mn 농도를 낮추는 것이 유효하다.
c. 적절한 조건에서 열간 압연을 실시하면, 확산 열처리를 실시하지 않고 상기 a 또는 b 를 실현할 수 있어, 제조 비용을 억제할 수 있다.
d. 적절한 조건에서 열간 압연을 실시함으로써 높은 전위 밀도를 부여하는 것이, 항복 강도 상승에 유효하다.
본 발명은, 이상의 지견을 더욱 검하여 이루어진 것으로, 그 요지는 다음과 같다.
1. 질량％ 로,
C : 0.100 ％ 이상 0.700 ％ 이하,
Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하,
Mn : 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하,
P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.0070 ％ 이하,
Al : 0.01 ％ 이상 0.07 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이상 7.0 ％ 이하,
N : 0.0050 ％ 이상 0.0500 ％ 이하,
O : 0.0050 ％ 이하,
Ti : 0.0050 ％ 이하 및
Nb : 0.0050 ％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성과 오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직을 갖고, 그 마이크로 조직에 있어서의 Mn 편석부의 Mn 농도가 16 ％ 이상 38 ％ 이하이고, KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 평균이 0.3 이상이고, －196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 100 J 이상 또한 항복 강도가 400 ㎫ 이상인 고 Mn 강.
또, KAM 값이란, 결정립 내의 각 픽셀 (0.3 ㎛ 피치) 과 인접하는 픽셀의 방위차의 평균값이다. 열간 압연 후의 강판에 대하여, 500 ㎛ × 200 ㎛ 의 시야에 있어서의 EBSD (Electron Backscatter Diffraction) 해석을 임의의 2 시야에 걸쳐 실시한 결과로부터, 측정한 전영역의 평균값을 평균 KAM 값으로 하였다.
2. 상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,
Mo : 2.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하,
W : 2.0 ％ 이하,
Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하 및
REM : 0.0010 ％ 이상 0.0200 ％ 이하 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 상기 1 에 기재된 고 Mn 강.
3. 상기 1 또는 2 에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 압연 종료 온도가 800 ℃ 이상 또한 총 압하율이 20 ％ 이상인 열간 압연을 실시하는 고 Mn 강의 제조 방법.
4. 상기 3 에 있어서, 추가로, 마무리 압연 종료 온도가 700 ℃ 이상 950 ℃ 미만인 열간 압연을 실시하고, 그 후, (마무리 압연 종료 온도 －100 ℃) 이상의 온도부터 300 ℃ 이상 650 ℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도가 1.0 ℃ /s 이상인 냉각 처리를 실시하는 고 Mn 강의 제조 방법.
여기서, 상기의 각 온도역은, 각각 강 소재 또는 강판의 표면 온도이다.
본 발명에 의하면, 저온 인성이 우수한 고 Mn 강을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 고 Mn 강은, 액화 가스 저장조용 탱크 등의, 저온 환경에서 사용되는 강 구조물의 안전성이나 수명의 향상에 크게 기여하여, 산업상 각별한 효과를 나타낸다. 또, 본 발명의 제조 방법에서는, 생산성의 저하 및 제조 비용의 증대를 일으키는 경우가 없기 때문에, 경제성이 우수한 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은, Mn 편석부의 Mn 농도와 샤르피 흡수 에너지 (vE-196) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, Mn 편석부의 Mn 농도와 샤르피 흡수 에너지 (vE-196) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, Mn 편석부의 Mn 농도와 샤르피 흡수 에너지 (vE-196) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 고 Mn 강에 대하여 상세하게 설명한다.
[성분 조성]
먼저, 본 발명의 고 Mn 강의 성분 조성과 그 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 「％」표시는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.
C : 0.100 ％ 이상 0.700 ％ 이하
C 는, 저렴한 오스테나이트 안정화 원소이며, 오스테나이트를 얻기 위해 중요한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해, C 는 0.100 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.700 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 과도하게 생성되어, 저온 인성이 저하된다. 이 때문에, C 는 0.100 ％ 이상 0.700 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.200 ％ 이상 0.600 ％ 이하로 한다.
Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하
Si 는, 탈산재로서 작용하여, 제강상 필요할 뿐만 아니라, 강에 고용되어 고용 강화에 의해 강판을 고강도화하는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과를 얻기 위해, Si 는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.00 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접성이 열화된다. 이 때문에, Si 는 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.07 ％ 이상 0.50 ％ 이하로 한다.
Mn : 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하
Mn 은, 비교적 저렴한 오스테나이트 안정화 원소이다. 본 발명에서는, 강도와 저온 인성을 양립시키기 위해 중요한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해, Mn 은 20.0 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 35.0 ％ 를 초과하여 함유한 경우, 저온 인성이 열화된다. 또, 용접성, 절단성이 열화된다. 또한, 편석을 조장하여, 응력 부식 균열의 발생을 조장한다. 이 때문에, Mn 은 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 23.0 ％ 이상 30.0 ％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 28.0 ％ 이하로 한다.
P : 0.030 ％ 이하
P 는, 0.030 ％ 를 초과하여 함유하면, 입계에 편석되어, 응력 부식 균열의 발생 기점이 된다. 이 때문에, 0.030 ％ 를 상한으로 하고, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, P 는 0.030 ％ 이하로 한다. 또한, 과도한 P 저감은 정련 비용을 상승시켜 경제적으로 불리해지기 때문에, 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 0.005 ％ 이상 0.028 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.024 ％ 이하로 한다.
S : 0.0070 ％ 이하
S 는, 모재의 저온 인성이나 연성을 열화시키기 때문에, 0.0070 ％ 를 상한으로 하고, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, S 는 0.0070 ％ 이하로 한다. 또한, 과도한 S 의 저감은 정련 비용을 상승시켜 경제적으로 불리해지기 때문에, 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.0020 ％ 이상 0.0060 ％ 이하로 한다.
Al : 0.01 ％ 이상 0.07 ％ 이하
Al 은, 탈산제로서 작용하여, 강판의 용강 탈산 프로세스에 있어서, 가장 범용적으로 사용된다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 은 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.07 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접시에 용접 금속부에 혼입되어, 용접 금속의 인성을 열화시키기 때문에, 0.07 ％ 이하로 한다. 이 때문에, Al 은 0.01 ％ 이상 0.07 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상 0.06 ％ 이하로 한다.
Cr : 0.5 ％ 이상 7.0 ％ 이하
Cr 은, 적당량의 첨가로 오스테나이트를 안정화시켜, 저온 인성과 모재 강도의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cr 은 0.5 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 7.0 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물의 생성에 의해, 저온 인성 및 내응력 부식 균열성이 저하된다. 이 때문에, Cr 은 0.5 ％ 이상 7.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.0 ％ 이상 6.7 ％ 이하, 보다 바람직하게는 1.2 ％ 이상 6.5 ％ 이하로 한다. 또, 내응력 부식 균열을 한층 더 향상시키기 위해서는, 2.0 ％ 이상 6.0 ％ 이하가 더욱 바람직하다.
N : 0.0050 ％ 이상 0.0500 ％ 이하
N 은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 저온 인성 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, N 은 0.0050 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.0500 ％ 를 초과하여 함유하면, 질화물 또는 탄질화물이 조대화되어, 인성이 저하된다. 이 때문에, N 은 0.0050 ％ 이상 0.0500 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0060 ％ 이상 0.0400 ％ 이하로 한다.
O : 0.0050 ％ 이하
O 는, 산화물의 형성에 의해 저온 인성을 열화시킨다. 이 때문에, O 는 0.0050 ％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.0045 ％ 이하이다. 또한, 과도한 O 의 저감은 정련 비용을 상승시켜 경제적으로 불리해지기 때문에, 0.0010 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ti 및 Nb 의 함유량을 각각 0.005 ％ 이하로 억제
Ti 및 Nb 는, 강 중에서 고융점의 탄질화물을 형성하여 결정립의 조대화를 억제하고, 그 결과 파괴의 기점이나 균열 전파의 경로가 된다. 특히, 고 Mn 강에 있어서는 저온 인성을 높여, 연성을 향상시키기 위한 조직 제어의 방해가 되기 때문에, 의도적으로 억제할 필요가 있다. 즉, Ti 및 Nb 는, 원재료 등으로부터 불가피적으로 혼입되는 성분으로, Ti : 0.005 ％ 초과 0.010 ％ 이하 및 Nb : 0.005 ％ 초과 0.010 ％ 이하의 범위로 혼입하는 것이 통례이다. 그래서, 후술하는 수법에 따라, Ti 및 Nb 의 불가피 혼입을 회피하고, Ti 및 Nb 의 함유량을 각각 0.005 ％ 이하로 억제할 필요가 있다. Ti 및 Nb 의 함유량을 각각 0.005 ％ 이하로 억제함으로써, 상기한 탄질화물의 악영향을 배제하고, 우수한 저온 인성 및 연성을 확보할 수 있다. 바람직하게는, Ti 및 Nb 의 함유량을 0.003 ％ 이하로 한다. 물론, Ti 및 Nb 의 함유량은 0 ％ 여도 된다.
상기한 성분 이외의 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 여기서의 불가피적 불순물로는, H 등을 들 수 있고, 합계로 0.01 ％ 이하이면 허용할 수 있다.
[조직]
오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직
강재의 결정 구조가 체심 입방 구조 (bcc) 인 경우, 그 강재는 저온 환경하에서 취성 파괴를 일으킬 가능성이 있기 때문에, 저온 환경하에서의 사용에는 적합하지 않다. 여기에, 저온 환경하에서의 사용을 상정했을 때, 강재의 기지상은, 결정 구조가 면심 입방 구조 (fcc) 인 오스테나이트 조직인 것이 필수가 된다. 또한,「오스테나이트를 기지상으로 한다」란, 오스테나이트상이 면적률로 90 ％ 이상인 것을 의미한다. 오스테나이트상 이외의 잔부는, 페라이트상 또는 마텐자이트상이다. 더욱 바람직하게는 95 ％ 이상이다.
상기와 같이, Mn 을 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하로 포함하는 고 Mn 강에서는, 성분 조성에 있어서의 Mn 함유량에 비해 Mn 농도가 낮은 편석부 및 동 Mn 농도가 높은 편석부가 생성된다. 이들 Mn 의 농도차가 있는 부분은, 저온 인성을 악화시키는 요인이 되는 것이, 이하에 나타내는 바와 같이 판명되었다.
즉, 상기한 성분 조성의 강 소재에 여러 가지 조건의 열간 압연을 실시하여 얻은 강판에 대하여, Mn 편석부의 Mn 농도 그리고 －196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지를 측정하였다. 여기서, Mn 편석부란, Mn 편석 밴드 간의 Mn 농도가 낮거나 또는 높은 영역이고, 구체적으로는, 열간 압연 후의 강판의 압연 방향 단면의 연마면에 있어서의 EBSD (Electron Backscatter Diffraction) 해석에 의해 측정되는 Mn 농도가 가장 낮거나 또는 높은 영역으로 대표된다.
마이크로 조직에 있어서의 Mn 편석부의 Mn 농도가 16 ％ 이상 38 ％ 이하
먼저, Mn 농도가 낮은 Mn 편석부에 대하여, 그 Mn 농도 그리고 －196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지를 측정한 결과를 도 1 에 나타내는 바와 같이, Mn 편석부의 Mn 농도를 16 ％ 이상으로 하면, 상기 흡수 에너지 : 100 J 이상이 실현되는 것을 알 수 있다. Mn 편석부의 Mn 농도는 바람직하게는 17 ％ 이상이다.
또한, Mn 농도가 높은 Mn 편석부에 대하여, 그 Mn 농도 그리고 －196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지를 측정한 결과를 도 2 에 나타내는 바와 같이, Mn 편석부의 Mn 농도를 38 ％ 이하로 하면, 상기 흡수 에너지 : 100 J 이상이 실현되는 것을 알 수 있다. Mn 편석부의 Mn 농도는 바람직하게는 37 ％ 이하이다.
KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 평균이 0.3 이상
KAM 값은, 상기 서술한 바와 같이, 열간 압연 후의 강판에 대하여, 500 ㎛ × 200 ㎛ 의 시야에 있어서의 EBSD (Electron Backscatter Diffraction) 해석을 임의의 2 시야에 걸쳐 실시한 결과로부터, 결정립 내의 각 픽셀 (0.3 ㎛ 피치) 과 인접하는 픽셀의 방위차의 평균값으로서 구해지는 값이다. 이 KAM 값은, 조직에 있어서의 전위에 의한 국소적 결정 방위 변화를 반영하고 있고, KAM 값이 높을수록, 측정점과 서로 이웃한 부위의 방위차가 큰 것을 나타내고 있다. 즉, KAM 값이 높을수록, 입 내의 국소적인 변형 정도가 높은 것을 의미하기 때문에, 압연 후의 강판에 있어서 KAM 값이 높을수록, 전위 밀도가 높아진다. 그리고, 이 KAM 값의 평균이 0.3 이상이면, 다량의 전위가 축적되어 있기 때문에, 항복 강도가 향상된다. 바람직하게는, 0.5 이상이다. 한편, KAM 값의 평균이 1.3 을 초과하면 인성이 열화될 우려가 있기 때문에, 1.3 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상의 Mn 편석부의 Mn 농도 : 16 ％ 이상 38 ％ 이하와, KAM 값 평균 : 0.3 이상은, 상기한 성분 조성하, 후술하는 조건에 따른 열간 압연을 실시함으로써 실현할 수 있다.
본 발명에서는, 강도 및 저온 인성을 더욱 향상시키는 것을 목적으로 하여, 상기의 필수 원소에 더하여, 필요에 따라 하기의 원소를 함유할 수 있다.
Mo : 2.0 ％ 이하, V : 2.0 ％ 이하, W : 2.0 ％ 이하, Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0010 ％ 이상 0.0200 ％ 이하의 1 종 또는 2 종 이상
Mo, V, W : 2.0 ％ 이하
Mo, V 및 W 는, 오스테나이트의 안정화에 기여함과 함께 모재 강도의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo, V 및 W 는 0.001 ％ 이상으로 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 2.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 조대한 탄질화물이 생성되어, 파괴의 기점이 되는 경우가 있는 것 이외에, 제조 비용을 압박한다. 이 때문에, 이들 합금 원소를 함유하는 경우에는, 그 함유량은 2.0 ％ 로 한다. 바람직하게는 0.003 ％ 이상 1.7 ％ 이하, 보다 바람직하게는 1.5 ％ 이하로 한다.
Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0010 ％ 이상 0.0200 ％ 이하
Ca, Mg 및 REM 은, 개재물의 형태 제어에 유용한 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 개재물의 형태 제어란, 전신 (展伸) 된 황화물계 개재물을 입상의 개재물로 하는 것을 말한다. 이 개재물의 형태 제어를 통해, 연성, 인성 및 내황화물 응력 부식 균열성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca, Mg 는 0.0005 ％ 이상, REM 은 0.0010 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 어느 원소도 많이 함유시키면, 비금속 개재물량이 증가하여, 오히려 연성, 인성, 내황화물 응력 부식 균열성이 저하되는 경우가 있다. 또, 경제적으로 불리해지는 경우가 있다.
이 때문에, Ca 및 Mg 를 함유하는 경우에는, 각각 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM 을 함유하는 경우에는, 0.0010 ％ 이상 0.0200 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, Ca 량은 0.0010 ％ 이상 0.0040 ％ 이하, Mg 량은 0.0010 ％ 이상 0.0040 ％ 이하, REM 량은 0.0020 ％ 이상 0.0150 ％ 이하로 한다.
본 발명에 관련된 고 Mn 강은, 상기한 성분 조성을 갖는 용강을, 전로, 전기로 등, 공지된 용제 방법으로 용제할 수 있다. 또, 진공 탈가스로로 2 차 정련을 실시해도 된다. 그 때, 바람직한 조직 제어의 방해가 되는 Ti 및 Nb 를 상기 서술한 범위로 제한하기 위해, 원료 등으로부터 불가피적으로 혼입되는 것을 회피하여, 이들의 함유량을 저감시키는 조치를 취할 필요가 있다. 예를 들어, 정련 단계에 있어서의 슬래그의 염기도를 낮춤으로써, 이들 합금을 슬래그로 농화시켜 배출하여 최종적인 슬래브 제품에 있어서의 Ti 및 Nb 의 농도를 저감시킨다. 또, 산소를 취입하여 산화시켜, 환류시에 Ti 및 Nb 의 합금을 부상 분리시키는 등의 방법이어도 된다. 그 후, 연속 주조법 등, 공지된 주조 방법에 의해, 소정 치수의 슬래브 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 강 소재를 저온 인성이 우수한 강재로 제조하기 위한 제조 조건에 대하여 규정한다.
[강 소재 가열 온도 : 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하]
상기한 구성의 고 Mn 강을 얻기 위해서는, 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 압연 종료 온도가 800 ℃ 이상 또한 총 압하율이 20 ％ 이상인 열간 압연을 실시하는 것이 중요하다. 여기서의 온도 제어는, 강 소재의 표면 온도를 기준으로 한다.
즉, 열간 압연으로 Mn 의 확산을 촉진하기 위해, 압연 전의 가열 온도는 1100 ℃ 이상으로 한다. 한편, 1300 ℃ 를 초과하면 강의 용해가 시작될 우려가 있기 때문에, 가열 온도의 상한은 1300 ℃ 로 한다. 바람직하게는, 1150 ℃ 이상 1250 ℃ 이하이다.
[압연 종료 온도가 800 ℃ 이상 또한 총 압하율이 20 ％ 이상]
또한, 압연시의 총 압하율을 20 ％ 이상으로 높게 함으로써, Mn 편석부와 편석부의 거리를 줄여 Mn 의 확산을 촉진시키는 것도 중요하다. 마찬가지로, 압연시의 Mn 의 확산을 촉진시키는 관점에서, 압연 종료 온도를 800 ℃ 이상으로 한다. 왜냐하면, 800 ℃ 미만에서는 Mn 의 융점의 3 분의 2 를 크게 밑돌기 때문에, 충분히 Mn 을 확산시킬 수 없기 때문이다. 바람직하게는 950 ℃ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1000 ℃ 이상 1050 ℃ 이하이다. 또, 총 압하율은 바람직하게는 30 ％ 이상이다. 또한, 총 압하율의 상한은 특별히 정할 필요는 없지만, 압연 능률 향상의 관점에서, 98 ％ 로 하는 것이 바람직하다.
또, 필요에 따라, 상기한 열간 압연 후에, 다음의 조건을 만족하는 2 회째의 열간 압연을 추가하는 것이 KAM 값을 높이기 위해 유리하다. 그 때, 상기한 1 회째의 열간 압연의 종료 온도가 1100 ℃ 이상이면, 그대로 2 회째의 열간 압연을 속행하면 되지만, 1100 ℃ 에 못 미치는 경우에는, 1100 ℃ 이상의 재가열을 실시한다. 여기서도, 1300 ℃ 를 초과하면 강의 용해가 시작될 우려가 있기 때문에, 가열 온도의 상한은 1300 ℃ 로 한다. 또한, 온도 제어는, 강 소재의 표면 온도를 기준으로 한다. 바람직하게는, 1150 ℃ 이상 1250 ℃ 이하이다.
[마무리 압연 종료 온도 : 700 ℃ 이상 950 ℃ 미만]
2 회째의 열간 압연은, 700 ℃ 이상 950 ℃ 미만에서 1 패스 이상의 최종 마무리 압연을 필요로 한다. 즉, 950 ℃ 미만에서 바람직하게는 10 ％ 이상의 압연을 1 패스 이상 실시함으로써, 1 회째의 압연으로 도입된 전위가 회복되기 어려워 잔류되기 쉬워지기 때문에, KAM 값을 높일 수 있다. 또, 950 ℃ 이상의 온도 영역에서 마무리하면, 결정 입경이 과도하게 조대해져 원하는 항복 강도가 얻어지지 않게 된다. 그 때문에 950 ℃ 미만에서 1 패스 이상의 최종 마무리 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 마무리 온도는 바람직하게는 900 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 850 ℃ 이하이다.
한편, 마무리 온도가 700 ℃ 미만이 되면 인성이 열화되기 때문에, 700 ℃ 이상으로 한다. 또한, 750 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 950 ℃ 미만의 압하율은 바람직하게는 20 ％ 이상, 보다 바람직하게는 50 ％ 이상이다. 단, 95 ％ 초과의 압하를 실시하면, 인성이 열화되기 때문에 95 ％ 이하가 바람직하다.
[(마무리 압연 종료 온도 －100 ℃) 이상의 온도부터 300 ℃ 이상 650 ℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도 : 1.0 ℃/s 이상]
열간 압연 종료 후에는 신속하게 냉각을 실시한다. 열간 압연 후의 강판을 완만하게 냉각시키면 석출물의 생성이 촉진되어 저온 인성의 열화를 초래한다. 이들 석출물의 생성은, 1.0 ℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각시킴으로써 억제할 수 있다. 또, 과도한 냉각을 실시하면 강판이 변형되어, 생산성을 저하시킨다. 특히 판 두께 10 ㎜ 미만의 강재에서는 공랭시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 냉각 개시 온도의 상한은 900 ℃ 로 한다. 이상의 이유로부터, 열간 압연 후의 냉각은, (마무리 압연 종료 온도 －100 ℃) 이상의 온도부터 300 ℃ 이상 650 ℃ 이하의 온도역까지의 강판 표면의 평균 냉각 속도는 1.0 ℃/s 이상으로 한다. 또한, 압연 상태에서 Mn 편석부의 Mn 농도의 범위가 좁아져 있으므로, 그 후의 열처리는 불필요하다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
전로-취과 (取鍋) 정련-연속 주조법으로, 표 1 에 나타내는 성분 조성이 되는 강 슬래브를 제작하였다. 이어서, 얻어진 강 슬래브를 표 2 에 나타내는 조건에서 분괴 압연 (제 1 회 열간 압연) 및 열간 압연 (제 2 회 열간 압연) 에 의해 10 ∼ 30 ㎜ 두께의 강판으로 하였다. 얻어진 강판에 대하여, 인장 특성, 인성 및 조직 평가를 하기의 요령으로 실시하였다.
(1) 인장 시험 특성
얻어진 각 강판으로부터, JIS 5 호 인장 시험편을 채취하여, JIS Z 2241 (1998년) 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 시험 특성을 조사하였다. 본 발명에서는, 항복 강도 400 ㎫ 이상 및 인장 강도 800 ㎫ 이상을 인장 특성이 우수한 것으로 판정하였다. 또한, 연신율 40 ％ 이상을 연성이 우수한 것으로 판정하였다.
(2) 저온 인성
판 두께 20 ㎜ 를 초과하는 각 강판의 판 두께 1/4 위치, 혹은 판 두께 20 ㎜ 이하의 각 강판의 판 두께 1/2 위치의 압연 방향과 평행한 방향에서, JIS Z 2242 (2005년) 의 규정에 준거하여 샤르피 V 노치 시험편을 채취하여, JIS Z 2242 (2005년) 의 규정에 준거하여 각 강판에 대해 3 개의 샤르피 충격 시험을 실시하고, －196 ℃ 에서의 흡수 에너지를 구하여, 모재 인성을 평가하였다. 본 발명에서는, 3 개의 흡수 에너지 (vE-196) 의 평균값이 100 J 이상을 모재 인성이 우수한 것으로 하였다. 또한, 판 두께 10 ㎜ 미만의 각 강판에 대해서는, 판 두께 1/2 위치의 압연 방향과 평행한 방향에서, JIS Z 2242 (2005년) 의 규정에 준거하여 5 ㎜ 서브 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편을 채취하여, JIS Z 2242 (2005년) 의 규정에 준거하여 각 강판에 대해 3 개의 샤르피 충격 시험을 －196 ℃ 에서 실시하였다. 여기서는, 3 개의 흡수 에너지 (vE-196) 의 평균값이 67 J 이상을 모재 인성이 우수한 것으로 하였다.
취성 파면율
－196 ℃ 에서 샤르피 충격 시험 후, SEM 관찰 (500 배로 10 시야) 을 실시하여, 취성 파면율을 측정하였다. 취성 파면율이 0 ％ 를 저온 인성이 우수한 것으로 하였다.
(3) 조직 평가
KAM 값
열간 압연 후의 강판에 대하여, 압연 방향 단면의 연마면에 있어서의, 500 ㎛ × 200 ㎛ 의 시야에 있어서의 EBSD (Electron Backscatter Diffraction) 해석(측정 스텝 : 0.3 ㎛) 을 임의의 2 시야 (판 두께 4 분의 1 위치 및 판 두께 2 분의 1 위치) 에 걸쳐 실시하여 측정한 전영역의 평균값을 평균 KAM 값으로 하였다.
가공 유기 마텐자이트
샤르피 충격 시험 후, 시험편을 노치 바닥까지 넣어 연마하고, EBSD 해석 (측정 스텝 : 0.08 ㎛) 에 의해, 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 시야를 5 시야 관찰하여, 가공 유기 마텐자이트의 유무를 측정하였다.
Mn 농도
또한, 상기 KAM 값의 EBSD 측정 위치에 있어서, EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) 분석을 실시함으로써, Mn 농도를 구하여, Mn 농도가 가장 낮은 곳 및 가장 높은 곳을 편석부로 하였다.
이상에 의해 얻어진 결과를, 표 3 에 나타낸다.
본 발명에 따른 고 Mn 강은, 상기 서술한 목표 성능 (모재의 항복 강도가 400 ㎫ 이상, 저온 인성이 흡수 에너지 (vE-196) 의 평균값으로 100 J 이상) 을 만족하는 것이 확인되었다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 항복 강도 및 저온 인성 중 어느 하나 이상이, 상기 서술한 목표 성능을 만족하지 않는다.
Claims (4)
- 질량％ 로,
C : 0.100 ％ 이상 0.700 ％ 이하,
Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하,
Mn : 20.0 ％ 이상 35.0 ％ 이하,
P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.0070 ％ 이하,
Al : 0.01 ％ 이상 0.07 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이상 7.0 ％ 이하,
N : 0.0050 ％ 이상 0.0500 ％ 이하,
O : 0.0050 ％ 이하,
Ti : 0.005 ％ 이하 및
Nb : 0.005 ％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성과 오스테나이트를 면적률로 90 ％ 이상 함유하는 마이크로 조직을 갖고, 그 마이크로 조직에 있어서의 Mn 편석부의 Mn 농도가 16 ％ 이상 38 ％ 이하이고, KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 평균이 0.3 이상이고, －196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 100 J 이상 또한 항복 강도가 400 ㎫ 이상인 고 Mn 강. - 제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,
Mo : 2.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하,
W : 2.0 ％ 이하,
Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하 및
REM : 0.0010 ％ 이상 0.0200 ％ 이하 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 고 Mn 강. - 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 고 Mn 강의 제조 방법으로서, 상기 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 압연 종료 온도가 800 ℃ 이상 또한 총 압하율이 20 ％ 이상인 열간 압연을 실시하고,
추가로, 마무리 압연 종료 온도가 700 ℃ 이상 950 ℃ 미만인 열간 압연을 실시하고, 그 후, (마무리 압연 종료 온도 －100 ℃) 이상의 온도부터 300 ℃ 이상 650 ℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도가 1.0 ℃/s 이상인 냉각 처리를 실시하는 고 Mn 강의 제조 방법. - 삭제
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