KR101120355B1

KR101120355B1 - 후육 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101120355B1
Application number: KR1020090067553A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 오다; 요시또미 오까자끼; 마사히로 노무라; 하루야 가와노
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2012-02-24
Also published as: CN101633994B; CN101633994A; KR20100011939A; JP2010031309A

Abstract

본 발명은, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 우수한 후육 강판 및 그 제조 방법을 제공한다.

베이나이트의 면적율이 90％ 이상인 마이크로 조직을 갖는 후육 강판으로서, 질량％로, C:0.04 내지 0.15％, Si:0.35％ 이하, Mn:1.3 내지 1.7％, N:0.003 내지 0.010％, Al:0.03 내지 0.06％, Ti:0.008 내지 0.015％, Nb:0.005 내지 0.035％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성으로 하고, 베이나이트 중에서 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도가 1×10⁶개/㎟ 이상이며, 또한 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 40㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

마이크로 조직, 후육 강판, 잔량부, 결정 방위차, 불가피적 불순물

Description

후육 강판 및 그 제조 방법 {THICK STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 조선 등의 용접 구조물에 사용되는 후육 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 조선 등의 용접 구조물에 사용되는 강판에서는 수송 시에 마이너스 온도 영역을 하회하는 해양을 항행할 경우도 있기 때문에 -20℃ 정도의 저온에도 견딜 수 있는 인성이 요구된다. 이러한 용도로 사용되는 강판에 있어서는 판 두께가 두꺼운 강판의 인성을 개선하는 것이 어렵고, 또한 강판의 용접 열 영향부에 있어서는 용접 열에 의한 마이크로 조직 변화에 따라 인성이 저하되기 쉬웠다. 그로 인해, 저온 인성이 우수한 후육의 강판이 강하게 요구되고 있다.

따라서, 저온 인성을 개선한 후육 강판으로서, 예를 들어 특허 문헌1에는 소정량의 C, Si, Mn, P, S, N, B 및 Al, 또는 Nb, Ti를 함유하는 강 조성을 갖고, B를 함유하는 탄화물, 질화물, 탄질화물 중에서 소정 치수의 것의 개수 밀도가 5×10⁷개/㎟ 미만, 베이나이트와 마르텐사이트의 체적률의 합이 60％ 이상이며, 또한 베이나이트 중에서 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 영역의 평균 치수가 20㎛ 이하인 강판이 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌1에는 이러한 강판의 제조 방법으로서, 상기 강 조성을 갖는 강편 또는 주조편을 1050 내지 1350℃의 온도 영역으로 가열하여, 상기 온도 영역에 20분 이상 유지한 후에 압연을 개시하고, Ar3점 내지 900℃에서 압연을 종료한 후, 20초 이내로 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상으로 냉각을 행하고, 350℃ 이상으로 냉각을 종료한 후, 공냉하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 압연을 재결정 온도 미만 700℃ 이상에서 행하는 것이 바람직한 것이 기재되어 있다.

<특허 문헌1> 일본 특허 출원 공개 제2004-156095호 공보

그러나, 특허 문헌1에 기재된 강판은 그 제조의 압연 프로세스에 있어서, 재결정 온도 미만 700℃ 이상의 온도 영역, 즉 부분 재결정 온도 영역을 포함하는 온도 영역에서 압연이 행하여지기 때문에, γ입자가 조대화되어 베이나이트가 조대화된다. 그리고, 이 베이나이트의 조대화에 의해 강판(모재 및 용접 열 영향부)의 저온 인성이 저하된다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하도록 창안된 것으로, 그 목적은 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 우수한 후육 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 청구항 1에 따른 후육 강판은, 베이나이트의 면적율이 90％ 이상의 마이크로 조직을 갖는 후육 강판으로서, 질량％로, C:0.04 내지 0.15％, Si:0.35％ 이하, Mn:1.3 내지 1.7％, N:0.003 내지 0.010％, Al:0.03 내지 0.06％, Ti:0.008 내지 0.015％, Nb:0.005 내지 0.035％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성으로 하고, 상기 베이나이트 중에서 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도가 1×10⁶개/㎟ 이상이며, 또한 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 40㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 베이나이트 주체의 마이크로 조직을 갖고, 소정량의 C, Si, Mn, N, Al, Ti, Nb를 함유하는 강 조성으로 하고, TiN의 개수 밀도, 및 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 소정 범위인 것에 의해, 베이나이트 중의 γ입자의 조대화가 억제되어 베이나이트가 미세화된다.

청구항 2에 따른 후육 강판은, 강 조성이 또 다른 원소로서, B:30ppm 이하, Ca:3 내지 50ppm, Mg:3 내지 50ppm, REM:1 내지 50ppm으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 강 조성이 B, Ca, Mg, REM으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 소정량 포함함으로써 γ입자의 조대화가 보다 한층 억제되어, 베이나이트가 보다 한층 미세화된다.

청구항 3 또는 청구항 4에 따른 후육 강판의 제조 방법은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 강 조성의 강재를 용제, 주조하여 그 강재를 1050 내지 1200℃의 가열 온도로 가열 처리하는 가열 처리 공정과, 상기 가열 처리 공정에서 가열 처리 된 강재를, 하기 수학식 1로 정의되는 부분 재결정 온도 영역(PRTB)의 상한값을 초과하는 온도로 조압연하는 조압연 공정과, 상기 조압연 공정에서 제작된 압연판을, 상기 부분 재결정 온도 영역(PRTB)의 하한값 미만의 온도로 마무리 압연하고, 마무리 압연 종료 후에 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상으로 냉각하여, 후육 강판으로 하는 마무리 압연 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, [C]:탄소 농도(질량％), [N]:질소 농도(질량％), [Ti]:티탄 농도(질량％), [Nb]: 니오브 농도(질량％), [T]: 가열 온도(K)로 한다.

상기 수순에 의하면, 소정 온도로 가열 처리하는 가열 처리 공정을 포함함으로써 베이나이트 중에 미세화된 TiN이 석출되는 동시에 γ입자의 조대화를 억제한다. 또한, 소정 온도로 압연하는 조압연 공정 및 마무리 압연 공정을 포함함으로써 베이나이트 중의 γ입자를 조대화시키는 부분 재결정 온도 영역(PRTB)에서의 압연이 행하여지지 않게 된다. 그 결과, 베이나이트 중의 γ입자의 조대화가 억제되어, 베이나이트가 미세화된다. 또한, 마무리 압연 공정에 있어서의 냉각을 소정의 속도로 행함으로써 강판의 마이크로 조직이 베이나이트 주체의 것으로 된다.

본 발명에 따른 후육 강판은 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 후육 강판의 제조 방법에 의하면, 저온 인성이 우수한 후육 강판을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 후육 강판 및 그 제조 방법의 실시 형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

<후육 강판>

후육 강판은, 베이나이트 주체(면적율 90％ 이상)의 마이크로 조직을 갖는 것으로서, 소정량의 C, Si, Mn, N, Al, Ti, Nb를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성으로 하고, 베이나이트 중의 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도, 및 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 소정 범위의 것이다. 또한, 본 발명에 있어서, 후육이란 판 두께가 40㎜ 이상을 의미한다. 이하, 후육 강판(이하, 강판이라고 칭할 경우가 있다)의 각 구성에 있어서의 수치 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.

(베이나이트의 면적율:90％ 이상)

베이나이트의 면적율이 90％ 미만이면, 강판, 특히 대입열 용접된 강판의 용접 열 영향부의 저온 인성이 개선되지 않는다. 따라서, 베이나이트의 면적율은 90％ 이상일 필요가 있다. 그리고, 베이나이트의 면적율의 제어는 후기하는 강 조성의 C양, 및 마무리 압연 공정에서의 냉각 속도로 제어한다.

(C:0.04 내지 0.15질량％)

C는 용접 시에 있어서의 강판의 용접 열 영향부의 내용접 균열성과 모재 강도를 양립시키고, 또한 용접(특히, 대입열 용접)된 강판의 모재와 용접 열 영향부의 저온 인성을 개선하기 위하여 중요한 원소이다. C가 0.15질량％를 초과하면, 베이나이트가 아니라 마르텐사이트가 생성되어 내용접 균열성이 저하된다. 또한, 저냉각 속도측에서는 마르텐사이트가 다량으로 생성되게 되기 때문에 인접 조직과 의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커져, 용접 열 영향부의 저온 인성이 개선되지 않는다. 한편, C가 0.04질량％ 미만에서는 모재 강도가 저하된다. 따라서, C는 0.04 내지 0.15질량％일 필요가 있다.

(Si:0.35질량％ 이하)

Si는 탈산제로서 유용한 원소이다. Si가 0.35질량％를 초과하여 첨가되면, 강판의 용접성 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하된다. 따라서, Si는 0.35질량％ 이하일 필요가 있다.

(Mn:1.3 내지 1.7질량％)

Mn은 켄칭 개선 작용을 갖는 동시에, 베이나이트의 결정립을 미세화하여 강판의 용접 열 영향부의 저온 인성을 개선하기 위하여 유용한 원소이다. Mn이 1.7질량％를 초과하면, 용접 열 영향부의 저온 인성의 개선 효과가 포화되는 동시에 강판의 용접 열 영향부의 내용접 균열성이 저하된다. 한편, Mn이 1.3질량％ 미만에서는 용접 열 영향부의 저온 인성의 개선 효과를 충분히 확보할 수 없는 동시에, 충분한 모재 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, Mn은 1.3 내지 1.7질량％일 필요가 있다.

(N:0.003 내지 0.010질량％)

N은 Ti와 질화물(TiN)을 형성하는 동시에, 베이나이트 중의 γ입자를 미세화하여, 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성을 개선하기 위하여 중요한 원소이다. N이 0.003질량％ 미만에서는, 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀 도가 작아진다. 또한, γ입자가 미세화되지 않기 때문에, 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성의 개선 효과를 충분히 확보할 수 없다. 한편, N이 0.010질량％를 초과하면, 마르텐사이트가 다량으로 생성되게 되기 때문에 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커져, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하된다. 따라서, N은 0.003 내지 0.010질량％일 필요가 있다. 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도를 충분히 확보하기 위하여 N은 0.004질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.005질량％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(Al:0.03 내지 0.06질량％)

Al은 탈산제로서 유용한 원소이다. Al이 0.03질량％ 미만에서는 AlN계 석출물을 생성하여 강판의 용접 열 영향부의 저온 인성을 개선하는 효과를 충분히 확보할 수 없다. 한편, Al이 0.06질량％를 초과하여 첨가되면, 산화물계 개재물량이 증대되어, 강판의 모재의 저온 인성이 저하된다. 따라서, Al은 0.03 내지 0.06질량％일 필요가 있다.

(Ti:0.008 내지 0.015질량％)

Ti는 N과 질화물(TiN)을 형성하는 동시에, 베이나이트 중의 γ입자를 미세화하여 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성을 개선하기 위하여 중요한 원소이다. Ti가 0.008질량％ 미만에서는 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀 도가 작아진다. 또한, γ입자가 미세화되지 않기 때문에, 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성의 개선 효과를 충분히 확보할 수 없다. 한편, Ti가 0.015질량％를 초과하면, 조대한 TiN이 생성하게 되기 때문에 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도가 작아진다. 또한, γ입자가 미세화되지 않기 때문에 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하된다. 따라서, Ti는 0.008 내지 0.015질량％일 필요가 있다.

(Nb:0.005 내지 0.035질량％)

Nb는 질화물의 형성에 의한 고용 N양에 영향을 미치고, 미세 석출물(Nb 탄질화물)에 의한 석출 강화에 유효한 원소인 동시에, 베이나이트 중의 γ입자를 미세화하여, 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성을 개선하기 위하여 중요한 원소이다. Nb가 0.005질량％ 미만에서는 입자가 미세화되지 않기 때문에 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성의 개선 효과를 충분히 확보할 수 없다. 한편, Nb가 0.035질량％를 초과하면, 조대한 Nb 탄질화물의 생성에 의해 입자가 미세화되지 않기 때문에 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 모재 및 용접 열 영향부의 저 온 인성이 저하된다. 따라서, Nb는 0.005 내지 0.035질량％일 필요가 있다.

(불가피적 불순물)

불가피적 불순물로서는, 예를 들어 P, S 등을 예로 들 수 있다. 이들 P, S는, 적극적으로 저감하는 것도 유효하여, 예를 들어 P는 0.015질량％ 이하(바람직하게는 0.010질량％ 이하)로 저감하는 것이 좋다. P가 많아지면 용접성이 열화되기 때문이다. 또한, P가 0.001질량％ 이하이면 거의 실해는 발생하지 않는다.

또한, S는 0.005질량％ 이하(바람직하게는 0.003질량％ 이하)로 저감되는 것이 좋다. S가 많아지면 황화물계 개재물이 증대되어 강판의 모재의 저온 인성이 저하되기 쉬워지기 때문이다. 또한, S는 0.001질량％ 이하이면 거의 실해는 발생하지 않는다.

(원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도:1×10⁶개/㎟ 이상)

원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도는 1×10⁶개/㎟ 미만이면 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하되기 때문에 1×10⁶개/㎟ 이상일 필요가 있다. 그리고, 강판의 제조에 있어서, 소정량의 N, Ti를 함유하는 강재를 사용하여 강재를 소정의 가열 온도로 가열 처리함으로써 강판의 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도가 1×10⁶개/㎟ 이상으로 된다.

(인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경:40㎛ 이하)

인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경은 40㎛를 초과하면 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하되기 때문에, 40㎛ 이하일 필요가 있다. 그리고, 강판의 제조에 있어서, 소정량의 C, N, Ti, Nb를 함유하는 강재를 사용하여 강재를 소정 온도 영역에서 조압연, 마무리 압연[부분 재결정 온도 영역(PRTB)에서 압연을 행하지 않는다]하는 동시에, 압연에 의해 제작된 압연판을 소정의 평균 냉각 속도로 냉각함으로써, 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 40㎛ 이하로 된다. 여기서, 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역이란, 도 3에 도시된 A, B 및 C의 영역이다. 도 3은 마이크로 조직의 모식도이며, 굵은 선은 베이나이트 블록, 세선은 구 오스테나이트 입계, A, B 및 C는 베이나이트 패킷이다.

본 발명에 따른 후육 강판은, 상기 강 조성 외에 추가로 B, Ca, Mg, REM으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 소정량 포함하는 것이어도 좋다. 이하에, B, Ca, Mg, REM의 수치 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.

(B:30ppm 이하)

B는 켄칭 개선 작용을 갖는 동시에, 베이나이트 중의 γ입자를 미세화하여 강판의 모재의 저온 인성을 개선하는 효과를 갖는 원소이다. B가 30ppm을 초과하면, γ입자가 미세화되지 않기 때문에 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커 져 모재의 저온 인성이 저하된다. 또한, 용접 열 영향부의 내용접 균열성이 저하된다. 따라서, B는 30ppm 이하가 바람직하다.

(Ca, Mg, 3 내지 50ppm, REM:1 내지 50ppm)

Ca, Mg, REM은, 개재물(산화물, 황화물, 산 황화물 등)을 형성함으로써, 베이나이트 중의 γ입자를 미세화시켜, 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성을 안정화시키기 위하여 유용한 원소이다. Ca, Mg은 3ppm 미만, REM은 1ppm 미만에서는 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성을 안정화시키는 효과를 충분히 확보할 수 없다. 한편, Ca, Mg, REM이 50ppm을 초과하면 개재물이 조대화되어 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커져, 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성을 저하시킨다. 따라서, Ca, Mg는 3 내지 50ppm이 REM은 1 내지 50ppm이 바람직하다.

다음에, 본 발명에 따른 후육 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 여기서, 도 1은 후육 강판의 제조 방법을 나타내는 공정 플로우, 도 2는 압연 패스 스케줄을 도시하는 모식도이다. 후육 강판의 제조 방법은, 가열 처리 공정(S1)과, 조압연 공정(S2)과, 마무리 압연 공정 S3을 포함한다. 또한, 조압연 공정(S2) 및 마무리 압연 공정(S3)의 압연 패스 스케줄은, 도 2의 스케줄 A에 따라 행한다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

(가열 처리 공정:S1)

가열 처리 공정(S1)은 상기한 강 조성을 갖는 강재를 용제, 주조하여 그 강재를 1050 내지 1200℃의 가열 온도로 가열 처리하는 공정이다. 여기서, 용제, 주 조는 종래 공지의 방법으로 행한다. 이하, 가열 온도의 수치 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.

가열 온도가 1200℃를 초과하면, TiN이 조대화되어 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도가 작아지는 동시에, 베이나이트 중의 γ입자가 조대화되어, 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하된다. 가열 온도가 1050℃ 미만이면, 후기하는 조압연 공정(S2), 마무리 압연 공정(S3)에서의 압하 저항이 증가되게 되어, 강판의 생산성이 저하된다. 또한, 가열 처리 시간에 대해서는, 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 4 시간이 바람직하다.

(조압연 공정:S2)

조압연 공정(S2)은 상기 가열 처리 공정(S1)에서 가열 처리된 강재를, 하기수학식 1로 정의되는 부분 재결정 온도 영역(PRTB)의 상한값을 초과하는 온도로 조압연하는 공정이다. 또한, PRTB의 상한값을 초과하는 온도란, 상기 강 조성을 갖는 강재의 재결정 온도 영역을 의미한다(도 1의 스케줄 A 참조). 또한, 하기 수학식 1에 대해서는, 미리 실험 등을 행하여 산출한 것이다.

[수학식 1]

여기서, [C]:탄소 농도(질량％), [N]:질소 농도(질량％), [Ti]:티탄 농도(질량％), [Nb]:니오브 농도(질량％), [T]:가열 온도(K)로 한다.

조압연을 PRTB의 상한값 이하의 온도, 즉 PRTB로 행하면, 베이나이트 중의 γ입자가 조대화되어 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하된다. 따라서, 조압연을 PRTB의 상한값을 초과하는 온도(재결정 온도 영역)로 행할 필요가 있다. 또한, 조압연은 종래 공지의 방법으로 행하고 그 압하율은 30 내지 60％가 바람직하다.

또한, 조압연 종료 후의 압연판은, 공냉, 수냉 등의 냉각 방법으로 냉각한다. 이에 의해, PRTB에 압연판이 유지되는 시간이 단축되어, γ입자의 조대화를 억제할 수 있다. 또한, 조압연 공정(S2)에 있어서의 조압연은 1패스에 특정되지 않고, 복수 패스 행해도 된다.

(마무리 압연 공정:S3)

마무리 압연 공정(S3)은 상기 조압연 공정(S2)에서 제작된 압연판을, PRTB의 하한값 미만의 온도로 마무리 압연하고, 마무리 압연 종료 후에 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상으로 냉각하여, 후육 강판으로 하는 공정이다. 또한, PRTB의 하한값미만의 온도란, 상기 강 조성의 압연판의 미재결정 온도 영역을 의미한다(도 1의 스케줄 A 참조).

마무리 압연을 PRTB의 하한값 이상의 온도, 즉 PRTB로 행하면, 베이나이트중의 γ입자가 조대화되어 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경 계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 커진다. 그 결과, 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 저하된다. 따라서, 마무리 압연을 PRTB의 하한값 미만의 온도(미재결정 온도 영역)로 행할 필요가 있다. 또한, 마무리 압연은 종래 공지의 방법으로 행하고 그 압하율은 30 내지 60％가 바람직하다.

또한, 마무리 압연 종료 후의 냉각을 평균 냉각 속도인 0.5℃/s 미만으로 행하면, 제작되는 후육 강판이 페라이트 주체의 마이크로 조직으로 되어, 본 발명에 따른 강판의 베이나이트 주체(면적율로 90％ 이상)로 하는 마이크로 조직과는 다른 조직이 생성되어 강판의 모재 및 용접 열 영향부의 저온 인성이 부족하다. 따라서, 마무리 압연 종료 후의 냉각은, 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상으로 행할 필요가 있다. 또한, 냉각 방법으로서는, 공냉, 수냉 등의 방법을 사용한다. 또한, 마무리 압연 공정(S3)에 있어서의 마무리 압연은, 1패스에 특정되지 않고, 복수 패스 행해도 된다.

<실시예>

다음에, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(제1 실시예 내지 제21 실시예)

표 1에 나타내는 강 조성(강종 No.1 내지 21)의 강재를 용제, 주조했다. 이들 강재를, 표 2에 나타내는 가열 온도 T로 가열 처리하였다(가열 처리 시간은 모두 2시간 이상으로 했다). 가열 처리된 강재를, 도 2에 도시하는 스케줄 A의 압연 패스 스케줄로 압연했다. 구체적으로는, 재결정 온도 영역에서 표 2에 나타내는 온도 T1(압연 종료 온도), 압하율로 조압연하여 압연판으로 하였다. 그 후, 급냉하여, 이들 압연판을 미재결정 온도 영역에서 표 2에 나타내는 온도 T2(압연 개시 온도), 압하율로 마무리 압연하고, 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도로 냉각하여 후육 강판을 제작하였다.

다음에, 제작된 후육 강판(제1 실시예 내지 제21 실시예)에 대해, 이하의 측정 방법으로 베이나이트 면적율(표 2에서는 B 면적율), 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN 개수 밀도(표 2에서는 TiN 개수 밀도), 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경(표 2에서는 원 상당 직경)을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

(베이나이트 면적율)

후육 강판의 표면을 나이탈로 부식시키고, 판 두께/4의 위치에서 압연면과 평행한 부식면에 있어서의 임의의 측정 영역(50㎛×50㎛)을 FE-SEM(주사형 전자 현미경)으로 관찰하였다(관찰 배율:1500배). 그리고, SEM 화상으로부터 색조차에 따라 베이나이트를 식별하여 마이크로 조직의 전체 조직에 대한 베이나이트의 면적율을 산출했다. 또한, SEM 화상에 있어서 베이나이트는 농회색을 나타낸다.

(원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN 개수 밀도)

후육 강판의 표면을, TEM(투과형 전자 현미경)으로, 관찰 배율:15000배, 관찰 시야:2㎛×2㎛, 관찰 깊이:판 두께/4, 관찰 개소:5개소의 조건으로 관찰했다. 그리고 화상 해석에 의해, 그 시야 내의 각 Ti 함유 질화물의 면적을 측정하여, 이 면적으로부터 각 Ti 함유 질화물의 원 상당 직경을 산출했다. 또한, Ti 함유 질화 물인 것은, EDX(에너지 분산형 X선 검출기)에 의해 판별했다. 그리고, 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하로 되는 Ti 함유 질화물의 개수를, 1㎟당 환산하여 개수 밀도로 했다.

(인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경)

후육 강판의 20000㎛²의 영역에 대해, EBSP(전자 후방 산란 회절상)를 사용하여 화상 해석하여 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역을 추출했다. 그 영역의 평균 면적을 측정하여 그 평균 면적으로부터 원 상당 직경을 계산했다. 또한, 화상 해석에는 EDAX/TSL사의 OIM 시스템을 사용했다. 또한, 측정 소프트는 OIM Data Collection, 해석 소프트는 OIM Analysis를 사용했다.

또한, 제작된 후육 강판에 대해, 이하의 측정 방법으로 파면 천이 온도(vTrs)를 측정하여 저온 인성의 평가 기준으로 했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

(파면 천이 온도:vTrs)

후육 강판의 판 두께/4 위치로부터 압연 방향으로 JIS Z 2202에 규정된 V노치 시험편을 채취하여, JIS Z 2242에 준거하여 샤르피 충격 시험을 행하고, 샤르피 시험편의 취성 파면율이 50％로 되는 온도를 근사하여 파면 천이 온도(vTrs)로서 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

여기서, 파면 천이 온도(vTrs)가 -40℃보다 낮을 때, 후육 강판(모재 및 용접 열 영향부)의 저온 인성이 우수하다고 평가할 수 있다.

실시예에 기재하는 후육 강판과 비교하기 위해 이하에 기재하는 후육 강판(제1 비교예 내지 제32 비교예)을 제작했다.

(제1 비교예 내지 제18 비교예)

표 1에 나타내는 강 조성(제1 실시예 내지 제9 실시예와 마찬가지의 강종 No.1 내지 9)의 강재를 용제, 주조했다. 이들 강재를, 표 3에 나타내는 가열 온도 T로 가열 처리하였다(가열 처리 시간은 모두 2시간 이상으로 했다). 가열 처리된 강재를, 도 2에 도시하는 스케줄 B(제1 비교예 내지 제9 비교예), 스케줄C(제10 비교예 내지 제18 비교예)의 압연 패스 스케줄로 압연했다. 구체적으로는, 재결정 온도 영역에서 표 3에 나타내는 온도 T1(압연 종료 온도), 압하율로 조압연하여 압연판으로 했다. 그 후, 급냉하여, 이들 압연판을 부분 재결정 온도 영역(PRTB)에서 표 3에 나타내는 압하율로 압연하고, 그 후 급냉하여 미재결정 온도 영역에서 표 3에 나타내는 온도 T2(압연 개시 온도), 압하율로 마무리 압연하고, 표 3에 나타내는 평균 냉각 속도로 냉각하여 후육 강판을 제작했다.

다음에, 제작된 후육 강판(제1 비교예 내지 제18 비교예)에 대해서, 실시예와 마찬가지로 하여, 베이나이트 면적율(표 3에서는 B 면적율), 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN 개수 밀도(표 3에서는 TiN 개수 밀도), 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경(표 3에서는 원 상당 직경), 파면 천이 온도(vTrs)를 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

(제19 비교예 내지 제32 비교예)

표 4에 나타내는 강 조성(강종 No.22 내지 35)의 강재를 용제, 주조했다. 이들 강재를, 표 5에 나타내는 가열 온도 T로 가열 처리하였다(가열 처리 시간은 모두 2시간 이상으로 했다). 가열 처리된 강재를, 도 2에 도시된 스케줄 A의 압연 패스 스케줄로 압연했다. 구체적으로는, 재결정 온도 영역에서 표 5에 나타내는 온도 T1, 압하율로 조압연하여 압연판으로 했다. 그 후, 급냉하여, 이들 압연판을 미재결정 온도 영역에서 표 5에 나타내는 온도 T2, 압하율로 마무리 압연하고, 표 5에 나타내는 평균 냉각 속도로 냉각하여 후육 강판을 제작했다.

다음에, 제작된 후육 강판(제19 비교예 내지 제32 비교예)에 대해서, 실시예와 마찬가지로 하여 베이나이트 면적율(표 5에서는 B 면적율), 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN 개수 밀도(표 5에서는 TiN 개수 밀도), 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경(표 5에서는 원 상당 직경), 파면 천이 온도(vTrs)를 측정했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

표 1, 표 2의 결과로부터, 제1 실시예 내지 제21 실시예의 후육 강판은, 파면 천이 온도가 -40℃보다 낮아, 저온 인성이 우수했다. 이에 대해, 표 1, 표 3의 결과로부터, 제1 비교예 내지 제18 비교예의 후육 강판은, 부분 재결정 온도 영역에서 압연을 행했기 때문에, 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상이 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 본 발명의 청구 범위를 벗어났다. 그 결과, 파면 천이 온도가 -40℃보다 높아, 저온 인성이 떨어졌다. 또한, 제14 비교예의 후육 강판은, 마무리 압연 공정에서의 평균 냉각 속도도 본 발명의 청구 범위를 벗어나고 있었다. 또한, 표 4, 표 5의 결과로부터 제19 비교예 내지 제32 비교예의 후육 강판은 부분 재결정 온도 영역에서 압연을 행하지 않았지만, 제19 비교예 내지 제29 비교예, 제31 비교예, 제32 비교예는 강 조성이 본 발명의 청구 범위를 벗어나고, 제30 비교예는 가열 처리 공정의 가열 온도가 본 발명의 청구 범위를 벗어나고 있었기 때문에, TiN 개수 밀도, 및 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸이는 영역의 원 상당 직경이 본 발명의 청구 범위를 벗어났다. 그 결과, 파면 천이 온도가 -40℃보다 높아, 저온 인성이 떨어져 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 후육 강판의 제조 방법을 나타내는 공정 플로우.

도 2는 압연 패스 스케줄을 도시하는 모식도.

도 3은 강판의 마이크로 조직의 모식도.

<부호의 설명>

S1 : 가열 처리 공정

S2 : 조압연 공정

S3 : 마무리 압연 공정

A, B, C : 베이나이트 패킷

Claims

베이나이트의 면적율이 90％ 이상인 마이크로 조직을 갖는 후육 강판이며,

질량％로,

C:0.04 내지 0.15％,

Si:0.35％ 이하(0%는 포함하지 않음),

Mn:1.3 내지 1.7％,

N:0.003 내지 0.010％,

Al:0.03 내지 0.06％,

Ti:0.008 내지 0.015％,

Nb:0.005 내지 0.035％,

B:30ppm 이하(0ppm은 포함하지 않음),

Ca:3 내지 50ppm,

Mg:3 내지 50ppm,

REM:1 내지 50ppm를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성으로 하고,

상기 베이나이트 중에서 원 상당 직경이 0.05㎛ 이하인 TiN의 개수 밀도가 1×10⁶개/㎟ 이상이며, 또한 인접 조직과의 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 곳을 경계선으로 하여 당해 경계선으로 둘러싸인 영역의 원 상당 직경이 40㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 후육 강판.
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질량％로,

C:0.04 내지 0.15％,

Si:0.35％ 이하(0%는 포함하지 않음),

Mn:1.3 내지 1.7％,

N:0.003 내지 0.010％,

Al:0.03 내지 0.06％,

Ti:0.008 내지 0.015％,

Nb:0.005 내지 0.035％,

B:30ppm 이하(0ppm은 포함하지 않음),

Ca:3 내지 50ppm,

Mg:3 내지 50ppm,

REM:1 내지 50ppm를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성의 강재를 용제, 주조하여 그 강재를 1050 내지 1200℃의 가열 온도로 가열 처리하는 가열 처리 공정과,

상기 가열 처리 공정에서 가열 처리된 강재를, 하기 수학식 1로 정의되는 부분 재결정 온도 영역(PRTB)의 상한값을 초과하는 온도로 조압연하는 조압연 공정과,

상기 조압연 공정에서 제작된 압연판을 상기 부분 재결정 온도 영역(PRTB)의 하한값 미만의 온도로 마무리 압연하고, 마무리 압연 종료 후에 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상으로 냉각하여 후육 강판으로 하는 마무리 압연 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 후육 강판의 제조 방법.

<수학식 1>

여기서, [C]:탄소 농도(질량％), [N]:질소 농도(질량％), [Ti]:티탄 농도(질량％), [Nb]:니오브 농도(질량％), [T]:가열 온도(K)로 한다.
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