KR101173719B1 - 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이우수한 강판과 그 제조방법 - Google Patents

취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이우수한 강판과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 강판은 소정 화학 성분을 갖는 동시에, 페라이트를 주체로 하는 조직으로 이루어지고, 강판 표리면 각각의 최표층에서의 판 두께 1%에 상당하는 부분을 제외한 판 두께 방향 전체에 걸친 영역에서, 2개 결정의 방위차가 15°이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원 상당 직경이 8μm 이하인 동시에, 하기 수학식 1의 관계를 만족하는 것이다.
1-(A2-A1)/100≥ 0.8
단, A1: 결정 방위차가 55°이상인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
A2: 결정 방위차가 15°미만인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
각 결정 방위 관계를 적절히 규정함으로써, 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이 우수한 강판이 수득된다.

Description

취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이 우수한 강판과 그 제조방법{STEEL SHEET EXCELLENT IN BRITTLE CRACK PROPAGATION SUSPENSION PROPERTY AND TOUGHNESS OF SHEET THICKNESS CENTER, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 주로 선박이나 교량의 구조 재료의 소재로서 이용되는 강판에 관한 것으로, 특히 발생한 취성 균열의 전파를 정지하는 특성을 개선하는 동시에, 판 두께 중앙부의 모재(母材) 인성도 우수한 강판 및 이러한 강판을 제조하는 유용한 방법에 관한 것이다.
구조 재료의 안전성을 확보하기 위해서는 강판 내에서 취성 파괴에 의한 균열발생을 억제하는 것은 물론이고, 취성 균열이 발생하더라도 취성 균열의 전파를 정지시켜, 취성 균열의 전파 영역을 최소한으로 억제하는 것(이하, 「취성 균열 전파 정지 특성」이라고 한다)도 중요한 요건이다.
상기와 같은 취성 파괴는 강판의 판 두께 중앙부 부근에서 발생한다는 사실이 알려져 있기 때문에, 판 두께 중앙부에서의 조직을 적절히 제어하고 인성을 향 상시킴으로써, 취성 파괴 발생을 억제할 수 있게 된다.
한편, 최근 컨테이너선의 초대형화가 진행되고 있으며, 그에 따라 선박의 구조 부재[예컨대, 해치 코밍(hatch coaming), 코밍 탑(coaming top)등]의 후육화(厚肉化)가 진행되고 있는 상황이다. 예컨대, 2002년 최대 적재 개수 6,000TEU로부터, 현재에는 10,000TEU화 하는 계획이 진행되고 있어, 강판의 추가적인 후육화ㆍ고강도화가 필요해지고 있다. 그러나, 판 두께가 두꺼워질수록 판 두께 중앙부에서의 조직 제어는 어려워진다. 또한, 이에 수반하여 강판(모재)의 판 두께 중앙부에서의 인성 확보가 곤란한 상황이 된다. 이러한 점에서 극후재(極厚材)에서도 강판의 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 모재 인성을 확보하기 위해, 판 두께 전체 영역에 걸쳐 조직 제어된 강판의 개발이 요구되고 있다.
강판의 취성 균열 전파 정지 특성을 높이는데, 강판 표층 영역에서의 등축 페라이트 결정립(α립)을 미세화하는 것이 유효하다는 것은 알려져 있으며, 지금까지 상기 표층 영역의 페라이트 결정립을 미세화하기 위한 연구가 진행되어 왔다. 예컨대, 일본 특허 공개 제 1986-235534호 공보에는, 압연 도중의 냉각과 그 후의 복열(復熱) 과정에서의 압연으로 인한 페라이트 입자의 재결정과, Ar3 변태점 이상으로의 승온에 의한 페라이트 조직으로부터 오스테나이트 조직으로의 역변태를 이용하여 페라이트 결정립을 미세화하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 이 기술에서는 Ar3 변태점 이상의 복열을 필수로 하기 때문에, 생산성의 저하를 피할 수 없을 뿐만 아니라, 판 두께 중앙부까지 조직이 제어되는 것은 아니다.
이에 대해, 일본 특허 공개 제 1992-141517호 공보에는 생산성의 저하를 완화하기 위해서, 압연 도중의 냉각과 그 후 승온 중의 압연에 의한 복열 온도를 Ar3 변태점 미만으로 억제함으로써 페라이트 입자를 재결정화시키고, 그에 따라 표층부 영역의 페라이트 입자를 미세화하는 기술이 개시되어 있다. 또한 이 기술에서는, 강판 표층 영역뿐만 아니라 표층 영역과 판 두께 방향 내부의 변형 저항차에 의해 판 두께 내부 조직도 미세화된다는 취지로 기술되어 있다.
그러나, 이러한 기술에 의해서도 초후육화하는 강판의 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 모재 인성을 충분히 확보할 수 있다고는 할 수 없고, 한층 더 개량이 요구되고 있는 것이 실정이다.
본 발명은 위와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 각 결정 방위관계를 적절히 규정함으로써, 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이 우수한 강판 및 이러한 강판을 제조하기 위한 유용한 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 강판은, C: 0.01 내지 0.06%(「질량%」의 의미이고, 화학 성분 조성에 대해 이하 동일함), Si: 0.01 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Al: 0.01 내지 0.08%, Nb: 0.02 내지 0.08% 및 Ni: 0.20 내지 0.8%를 각각 함유하고, 페라이트상이 90면적% 이상을 차지하는 조직으로 이루어지며, 강판의 표리면 각각의 최표층에서의 판 두께 1%에 상당하는 부분을 제외한 판 두께 방향 전체에 걸친 영역에서, 2개 결정의 방위차가 15°이상인 대각(大角)입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원 상당 직경이 8μm 이하이고, 하기 수학식 1의 관계를 만족하는 조직을 갖는다.
[수학식 1]
1-(A2-A1)/100≥ 0.8
단, A1: 결정 방위차가 55°이상인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
A2: 결정 방위차가 15°미만인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
또한, 본 발명에서 말하는「결정 방위차가 55°이상인 결정립」이란 어느 하나의 결정립에 착안했을 경우, 그 결정립이 인접하는 모든 결정립에 대해 결정 방위차가 55°이상이면, 그 착안된 결정립은 결정 방위차가 55°이상인 결정립에 해당한다. 또한, 「결정 방위차가 15°미만인 결정립」이란 어느 하나의 결정립에 착안했을 경우, 그 결정립이 인접하는 모든 결정립에 대해 결정 방위차가 15°미만이면, 그 착안된 결정립은 결정 방위차가 15°미만인 결정립에 해당한다.
본 발명의 강판에서는 필요에 따라, 추가로 (a) Cu: 0.05 내지 0.08%, (b) Cr: 0.05 내지 0.5% 및/또는 Mo: 0.05 내지 0.5%, (c) Ti: 0.005 내지 0.03%, (d) B: 0.00003 내지 0.0003%, (e) N: 0.003 내지 0.008%, (f) Ca: 0.0005 내지 0.0030% 및/또는 희토류 원소: 0.0050 내지 0.030% 등을 함유하는 것도 유효하며, 함유된 원소의 종류에 따라 그 특성이 더욱 개선된다.
상기와 같은 본 발명의 강판을 제조함에 있어서, 슬라브를 1,050 내지 1,250℃의 온도로 가열하고, 강판 표면 온도가 950℃ 이하인 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 누적 압하율 20% 이상의 압연을 실시한 후, 강판 표면 온도가 850℃ 이하인 미(未)재결정 온도 영역에서 누적 압하율을 30% 이상으로 하여 Ar3 변태점 이상에서 압연을 종료하고, 마무리 압연 종료 후 즉시 평균 냉각 속도: 5℃/초 이상으로 가속 냉각하면 된다.
본 발명의 강판에 있어서는 화학 성분 조성과 함께, 강판 표리면 각각의 최표층에서의 판 두께 1%에 상당하는 부분을 제외한 판 두께 방향 전체에 걸친 영역 에 있어서, 각 결정 방위 관계 및 특정한 결정 방위차를 갖는 결정립의 입경을 적절히 규정함으로써, 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이 우수하게 되는 뛰어난 강판을 실현할 수 있고, 이러한 강판은 조선이나 교량 분야를 비롯한 각종 구조 재료의 소재로서 유용하다.
본 발명에 따르면, 각 결정 방위 관계를 적절히 규정함으로써, 취성 균열 전파 정지 특성 및 판 두께 중앙부의 인성이 우수한 강판 및 이러한 강판을 제조할 수 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서, 그 강판에 있어서의 피로 균열 정지 억제 및 강판 중앙부의 인성을 개선하기 위한 수단에 대해 다양한 각도로 검토했다. 그 결과, 다음과 같은 지견이 얻어졌다. 즉, 강판의 조직에서는 여러 가지 방위 관계를 가지고 생성하게 되지만, 강판의 화학 성분 조성, 조직의 생성 온도, 그 밖의 조건 등에 의해서 선택되는 각 결정 격자의 방위 관계가 변화함으로써, 일정한 결정 방위차를 갖는 결정 입계에서는 특히 취성 균열 정지 특성이 양호해진다는 점 및 특정한 결정 방위차를 갖는 결정립을 미세화하면 강판 중앙부의 모재 인성이 양호해진다는 점을 발견하고, 본 발명을 완성했다. 이하, 본 발명을 완성시킨 경위에 따라, 본 발명의 작용 효과에 대해 설명한다.
입계는 균열 진전의 저항이 되는 것이라 생각되는 바, 취성 균열 전파 시에 입계와 균열이 충돌하는 빈도를 높이면, 균열의 진전을 정지할 수 있다고 생각되었다. 즉, 입계를 작게 함으로써 균열과의 충돌 빈도를 높이면 된다라는 지견이 얻어졌다. 단, 입계를 형성하는 양 끝의 방위차가 작은(예컨대, 15°미만) 소각(小角)입계[소경각(小傾角) 경계]에서는 입계 에너지가 작아져 그 효과가 작기 때문에, 상기 방위차가 15°이상인 대각 입계(대경각 경계)를 가능한 많게 할 필요가 있다. 또한, 대각 입계 중에서도, 2개의 인접하는 결정립끼리의 방위차가 55°이상인 비율이 높아질수록, 균열은 입계에서 굴곡ㆍ우회 혹은 정류하게 되어 정지하기 용이해져, 양호한 취성 균열 전파 정지 특성이 수득된다는 것도 판명하였다.
상기 지견에 근거하여, 본원 발명자가 다시 검토한 결과, 대각 입계(결정 방위차가 55°이상)의 결정립과 소각 입계(결정 방위차가 15°미만)의 결정립이 하기 수학식 1의 관계를 만족했을 때, 양호한 취성 균열 전파 정지 특성이 수득되는 것이다.
[수학식 1]
1-(A2-A1)/100≥ 0.8
단, A1: 결정 방위차가 55°이상인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
A2: 결정 방위차가 15°미만인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
본 발명의 강판에 있어서는 대각 입계(결정 방위차≥ 55°)의 결정립 비율을 소각 입계의 결정립 비율에 비해 증가시킴으로써, 양호한 취성 균열 전파 정지 특성이 수득되는 것이다. 또한 이러한 관점에서, 상기 수학식 1의 좌변의 값[1-(A2- A1)/100]은 0.9 이상인 것이 바람직하다. 단, 대각 입계의 결정립 비율(A1)이 소각 입계의 결정립 비율(A2)보다도 큰 경우[즉, 상기 수학식 1의 좌변의 값이 1.0 초과]도 있을 수 있다. 또한, 대각 입계의 결정립 비율을 증가시키기 위해서는 결정립을 미세화시키는 것이 효과적이며, 이를 위해서는 재결정 영역 압연으로 오스테나이트를 미세화하고, 다시 미재결정 영역 압연으로 변형대를 도입시키는 것이 필요하다. 본 발명의 강판에서는, Nb나 Ni를 함유시키고 있기 때문에, 상기 재결정 영역 압연, 미재결정 영역 압연의 효과를 쉽게 얻을 수 있게 되어 있다.
한편, 판 두께 중앙부의 모재 인성을 양호하게 하기 위해서는, 결정 방위차가 15°이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립으로, 동일 면적의 원으로 환산했을 때의 직경(원 상당 직경)의 평균값을 8μm 이하로 한 결정립으로 하면 된다는 것도 판명했다. 또한, 상기「결정 방위차」는 「어긋난 각」혹은「경각(傾角)」이라고도 불린다. 또한, 이러한 결정 방위차를 측정하기 위해서는 EBSP법(Electoron Backscattering Pattern Method)을 채용하면 된다.
상기와 같이 결정 방위 관계를 적절히 제어함으로써, 양호한 취성 균열 전파 정지 특성 및 모재 인성을 수득하게 되지만, 이러한 제어는 강판 표리면 각각의 최표층에서의 판 두께 1%에 상당하는 부분을 제외한 판 두께 방향 전체에 걸친 영역에서 실시하면 된다. 여기서, 「판 두께 1%에 상당하는 부분」을 제외한 것은 일반적으로 강판 표면부(판 두께 1% 부분)에서는 수냉 시에「담금질」이 지나치게 행해져, 조직 제어가 어렵기 때문이다.
본 발명의 강판에 있어서는 그 화학 성분 조성에 관해서도 적절하게 제어할 필요가 있는데, 이들 성분의 범위를 한정한 이유는 다음과 같다.
[C: 0.01 내지 0.06%]
C는 강판의 강도 확보를 위해 필요한 원소이다. 강판으로서의 최저 강도, 즉 대략 490MPa 정도(사용하는 강재의 두께에도 기인하지만)를 얻기 위해서는, 0.01% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 0.06%를 초과하여 과잉으로 함유시키면, 베이나이트 조직이 되기 쉬어, 본 발명에서 목적으로 하는 페라이트 조직으로 하기가 어려워진다. 이러한 점에서, C 함유량은 0.01 내지 0.06%로 했다. 한편, C 함유량의 바람직한 하한은 0.03%이며, 바람직한 상한은 0.05%이다.
[Si: 0.01 내지 0.8%]
Si는 탈산과 강도 확보를 위해 필요한 원소이며, 0.01% 미만이면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나, 0.8%를 초과하여 과잉으로 함유시키면 용접성이 열화된다. 한편, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.05%이며, 바람직한 상한은 0.35%이다.
[Mn: 1.0 내지 1.8%]
Mn은 강판의 강도 상승을 위해 유효한 원소이며, 이러한 효과를 발휘시키기위해서는 1.0% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 과잉으로 함유시키면 용접성을 저해하기 때문에, 1.8% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Mn 함유량의 바람직한 하한은 1.40%이며, 바람직한 상한은 1.60%이다.
[Al: 0.01 내지 0.08%]
Al은 탈산 및 AlN을 생성하여 결정립의 미세립화에 유효한 원소이다. 이러 한 효과를 발휘시키기 위해서는, Al를 0.01% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, A1 함유량이 지나치게 되면 강판의 인성이 조대해지기 때문에, 0.08% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이며, 바람직한 상한은 0.04%이다.
[Nb: 0.02 내지 0.08%]
Nb는 압연에서의 오스테나이트 결정립의 미세화 및 변형대의 도입을 촉진하여, 페라이트 변태핵의 생성 사이트를 현저하게 증대시킨다. 그 결과, 오스테나이트→ 페라이트 변태 시간에 생성되는 다수의 페라이트 입자가 페라이트의 생성을 조장하는 효과를 발휘한다. 또한, 조직을 미세화함으로써, 소각 입계의 비율을 감소시킬 수 있다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Nb를 0.02% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Nb 함유량이 과잉이 되면 강판의 용접성을 저해하기 때문에, 0.08% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.04%이며, 바람직한 상한은 0.06%이다.
[Ni: 0.2 내지 0.8%]
Ni는 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 저온에서 오스테나이트를 압연할 수 있고 이로 인해 많은 변형대를 도입하여, 변태 후의 조직의 미세화에 유효하다. 또한, 조직을 미세화 시킴으로써 소각 입계의 비율을 감소시킬 수 있다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ni를 0.2% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Ni 함유량이 과잉이 되어도 그 효과가 포화되기 때문에, 0.8% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Ni 함유량의 바람직한 하한은 0.30%이며, 바람직한 상한은 0.60%이다.
본 발명의 강판에서의 기본 성분은 상기한 바와 같고, 잔부는 철 및 불가피 불순물(예컨대, P, S, O 등)로 이루어지지만, 필요에 따라, (a) Cu: 0.05 내지 0.08%, (b) Cr: 0.05 내지 0.5% 및/또는 Mo: 0.05 내지 0.5%, (c) Ti: 0.005 내지 0.03%, (d) B: 0.00003 내지 0.0003%, (e) N: 0.003 내지 0.008%, (f) Ca: 0.0005 내지 0.003% 및/또는 희토류 원소: 0.0050 내지 0.030% 등을 함유하는 것도 효과적이며, 함유되는 원소의 종류에 따라 그 특성이 더욱 개선된다. 이들 원소를 함유시킬 때의 범위 한정 이유는 다음과 같다.
[Cu: 0.05 내지 0.08%]
Cu는 용접열 영향부(HAZ)의 인성을 열화시키지 않으면서도, 강도를 상승시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Cu를 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Al 함유량이 과잉이 되면 시간 균열이 생기기 쉬워지기 때문에, 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Cr: 0.05 내지 0.5% 및 /또는 Mo: 0.05 내지 0.5%]
Cr 및 Mo는 강판의 강도를 상승시킬 때 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 모두 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 이들의 함유량이 과잉이 되면, 용접성이 열화되기 때문에, 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Ti: 0.005 내지 0.03%]
Ti는 강철 중에 TiN을 미세 분산시켜 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하는 동시에, 페라이트 변태핵으로서 효과적으로 작용하고, 페라이트 결정립을 미세 화하여 모재(강판)의 인성 및 HAZ 인성을 개선할 때 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti를 0.005% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Ti의 함유량이 과잉이 되면 오히려 HAZ 인성이 저하되기 때문에, 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[B: 0.00003 내지 0.0003%]
B는 미량의 첨가에 의해서 가속 냉각에 의한 강도 상승 효과를 발휘하는 원소이다. 이러한 효과는 그 함유량이 증대함에 따라 증가하나, 0.0003%를 초과하여 과잉이 되면 용접성을 저해하기 때문에, 0.0003% 이하로 하는 것이 바람직하다. B 에 의한 효과를 발휘시킬 때 바람직한 하한은 0.00003%이다.
[N: 0.003 내지 0.008%]
N은 상기 Al, Nb, Ti 등의 원소와 질화물을 형성하고, 모재 조직을 세립화시키는 효과를 발휘하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, N을 0.003% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, N의 함유량이 과잉이 되면 고용 N의 증대를 초래하고, 용접부의 인성이 열화되기 때문에, 0.008% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Ca: 0.0005 내지 0.003% 및/또는 희토류 원소(REM): 0.005 내지 0.03%]
Ca 및 REM은 강판의 기계적 강도 등의 이방성의 개선, 라멜라 티어(Lamella Tear) 억제 특성의 향상 및 모재 인성의 향상에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ca를 0.0005% 이상, REM을 0.005% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Ca를 과잉으로 함유시켜도 그 효과가 포화되기 때문에, Ca 함유량은 0.003% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, REM 함유량이 과잉이 되면 대형 비금속 개재물이 생성되어 내부 청정도를 열화시키기 때문에, 그 함유량은 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 강판을 제조할 때에는, 슬라브를 1,050 내지 1,250℃의 온도로 가열하고, 강판 표면 온도가 950℃ 이하인 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 누적 압하율 20% 이상의 압연을 실시한 후, 강판 표면 온도가 850℃ 이하인 미재결정 온도 영역에서 누적 압하율을 30% 이상으로 하여 Ar3 변태점 이상에서 압연을 종료하고, 마무리 압연 종료 후 즉시 평균 냉각 속도: 5℃/초 이상으로 가속 냉각하면 된다. 이하, 순서대로 설명한다.
슬라브를 가열하는 온도는 1,050 내지 1,250℃로 하는 것이 바람직하다. 강 중의 Nb(0.02% 이상)를 고용시켜 앞서 설명한 바와 같은 효과를 발휘시키기 위해, 가열 온도는 1,050℃ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 1,250℃를 초과하여 가열하면 초기 오스테나이트 조직이 과도하게 조대화되기 때문에, 이러한 오스테나이트 조직을 압연하여 재결정시키더라도 오스테나이트 조직을 충분히 미세화하기 어려워진다. 따라서 가열 온도는 1,250℃ 이하로 하는 것이 좋다.
가열한 슬라브는 강판 표면 온도가 950℃ 이하인 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 누적 압하율을 20% 이상으로 하여 조(粗)압연한다. 오스테나이트의 재결정 온도 영역에서 누적 압하율을 20% 이상으로 하여 압연함으로써 재결정과 압하에 의해 오스테나이트를 미세화할 수 있고, 그 결과 변태 후의 페라이트 조직을 미세화할 수 있다. 재결정 온도 영역에서의 누적 압하율이 20% 미만이면, 재결정 온도 영역에서의 압하에 의한 미세화가 불충분해지기 때문에, 압연 후 조대한 오스테나이트 결정립이 혼재한다. 그 때문에 최종적으로 수득되는 금속 조직도 조대한 페라이트 결정립과 미세한 페라이트 결정립이 혼재된 혼립(混粒) 상태가 되기 쉽다. 이와 같이 금속 조직이 혼립 상태가 되면 판 두께 중앙부에서의 양호한 모재 인성을 얻을 수 없게 된다.
다음으로, 강판 표면 온도가 850℃ 이하인 미재결정 온도 영역에서 누적 압하율을 30% 이상으로 하여 압연한다. 이때의 누적 압하율을 30% 이상으로 하여 압연함으로써, 오스테나이트를 편평하게 해서 변태핵 생성 사이트를 도입할 수 있고, 그 결과 변태 후의 페라이트 조직을 미세화 할 수 있다. 이 압연을 종료하는 온도(마무리 압연 온도)는 Ar3 변태점 이상으로 할 필요가 있지만, 이는 페라이트 생성을 이 단계에서 발생시키지 않게 하기 위함이다. 한편, 상기 미재결정 온도 영역이란, 강재를 압연해도 오스테나이트 조직이 재결정되지 않는 온도 영역이다.
압연 후의 냉각에 관해서는, 5℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 가속 냉각을 실시할 필요가 있다. 이는 변태 후의 조직에서 결정 방위차가 55°이상인 대각 입계의 비율을 증가시켜 상기 수학식 1의 관계를 만족시키기 위함이다. 한편, 가속 냉각의 정지 온도에 관해서는, 도상(島狀) 마르텐사이트(MA)의 발생에 의한 인성 저하를 방지한다는 관점에서 500℃ 정도로 한다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하 기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니고, 전ㆍ후기 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 이 역시 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
[실시예]
하기 표 1에 표시된 화학 성분 조성의 각종 강 슬라브를 이용하여, 하기 표 2에 표시된 제조 조건으로(슬라브 가열 온도, 미재결정 영역 압하율, 재결정 영역 압하율, 마무리 온도, 냉각 속도, 마무리 두께) 각종 강판을 제조했다. 이 때의 온도에 관해서는 강판 표면 온도로 관리한 것이고, 상세한 온도 관리 순서는 하기와 같다. 또한, 표 1에 나타난 Ar3 변태점은 하기 수학식 2에 의해서 계산한 것이다.
Figure 112008033748467-pat00001
Figure 112008033748467-pat00002
[압연 중의 온도 측정 방법]
1. 프로세스 컴퓨터를 이용하여, 가열 개시부터 가열 종료까지의 분위기 온도나 노(爐)에 있는 시간에 근거하여 강편의 가열 온도를 산출한다.
2. 산출된 가열 온도를 이용하여 압연 중인 압연 패스 스케쥴이나 패스 간의 냉각 방법(수냉 또는 공냉)의 데이터에 근거하여 압연을 실시한다.
3. 강판의 표면 온도는 압연 라인 상에 설치된 방사형 온도계를 이용해서 실측한다. 단, 프로세스 컴퓨터에서도 이론치를 계산해 둔다.
4. 조압연 개시시, 조압연 종료시, 및 마무리 압연 개시시에 각각 실측한 강판의 표면 온도를 프로세스 컴퓨터로부터 산출되는 계산 온도와 대조한다.
5. 계산 온도와 실측 온도의 차가 ±30℃ 이상인 경우에는 계산 표면 온도가 실측 온도와 일치하도록 재계산하여 프로세스 컴퓨터 상의 계산 온도로 하고, ±30℃ 미만인 경우에는 프로세스 컴퓨터로부터 산출된 계산 온도를 그대로 이용한다.
6. 상기 산출된 계산 온도를 이용하여, 제어 대상으로 하고 있는 영역의 압연 온도를 관리한다.
Ar3 변태점(℃)=868-369×[C]+24.6×[Si]-68.1×[Mn]-36.1×[Ni]-20.7×[Cu]-24.8×[Cr]
단, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cu] 및 [Cr]은 각각 C, Si, Mn, Ni, Cu 및 Cr의 함유량(질량%)을 나타낸다.
수득된 각 강판에 대하여, A1(결정 방위차가 55°이상인 결정립이 전체에서 차지하는 비율: 면적%), A2(결정 방위차가 15°미만인 결정립이 전체에서 차지하는 비율), 상기 수학식 1의 좌변의 값 [1-(A2-A1)/100], 및 결정 방위차가 15°이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 직경 D를 측정함과 동시에, 취성 균열 전파 정지 특성(Kca 값), 판 두께 중앙부의 모재 인성(vTrs)을 하기의 방법에 의해서 측 정했다. 이러한 결과를 정리해서, 하기 표 3에 나타낸다.
[A1, A2, 1-(A2-A1)/100의 측정 방법]
(a) 강판의 압연 방향으로 평행하게 절단한, 판 두께의 표리면을 포함하는 샘플을 준비했다.
(b) #150 내지 #1,000까지의 습식 에머리 연마지 혹은 그와 동등한 기능을 갖는 연마방법을 이용하여 단면을 연마하고, 다이아몬드 슬러리 등의 연마제를 이용하여 경면 마무리를 실시한다.
(c) 상기 단면에 있어서, Tex SEM Laboratries사의 EBSP 장치(상품명: 「OIM」)을 이용하여, 판 두께 방향 각 측정위치에서, 측정 영역: 200×200(μm), 측정 피치: 0.5μm 간격으로 측정하고, 결정 방위차의 데이터(결정 방위차 1°단위 구분에 있어서 각 구분에 포함되는 결정립의 개수를 카운트한 것)를 해석했다.
(d) 텍스트 데이터의 해석법으로서, 결정 방위차가 5°이하인 것에 대해서는 측정 노이즈라고 판단하고, 결정 방위차 55°이상 및 15°미만인 비율(A1, A2)을 구하고, 이에 근거하여 [1-(A2-A1)/100]의 값을 계산했다. 이 때, 결정 방위차 15°이상인 결정립의 평균 입경(원 상당 직경)에 대해서도 측정했다(결정 입경 2.0μm 이하는 측정 노이즈라고 판단).
(e) 판 두께 방향에 있어서, 표리면으로부터 1mm(2군데), t/4 (t: 판 두께), 3t/4, t/2의 각 위치에서(합계 5군데), 상기 (c), (d)를 실시하고, 상기 수학식 1의 값에서는 가장 낮은 값을 판 두께 전체 값으로 하고, 결정 방위차 15°이상인 결정립의 평균 입경에 있어서는 가장 높은 값을 판 두께 전체 값으로 하여, 하기 표 3에 나타냈다.
[취성 균열 정지 특성의 평가]
취성 균열 정지 특성은 사단법인 일본 용접 협회(WES) 발행의 강종(鋼種) 인정 시험 방법(2003년 3월 31일 제정)으로 규정되는 「취성 파괴 전파 정지 시험」에 준하여 실시했다. 시험은 취성 파괴 전파 정지 시험 방법의 도 7.2에 나타낸 형상의 시험편을 이용하여, 상기 시험편에 -190℃ 내지 +60℃의 범위에서 선택되는 임의의 온도 범위에서 온도 구배를 취하여 4시험체분 실시했다. Kca 값은 하기 수학식 3으로 산출했다. 하기 수학식 3에서, c는 전파부 입구에서 취성 균열 선단까지의 길이, T는 취성 균열 선단의 온도(단위는 K),σ는 전파부의 그로스 응력, W는 전파부 폭을 나타내고 있다.
Figure 112008033748467-pat00003
X축을 1/T, Y축을 산출한 Kca 값으로 하여 1/T와 Kca 값의 상관 관계를 나타내는 그래프를 작성하고, 4점의 근사 곡선과 273K와의 교점을 0℃에서의 Kca값으로 했다. 0℃에서의 Kca 값을 하기 표 3에 나타낸다. 본 발명에서는 0℃에서의 Kca가 5,900 N/mm1 .5 이상인 경우를 합격(취성 균열 정지 특성이 우수함)으로 한다.
[판 두께 중앙부의 모재 인성의 평가]
판 두께 중앙부의 모재 인성은 V노치 샤르피 시험을 실시하고 (JIS Z 2242에 준거한 시험 방법)으로 충격 시험을 실시하여, JIS에 준거한 방법으로 취성 파면 율(혹은「연성 파면율」)을 구하고, (시험 온도 vs 취성 파면율)의 곡선으로부터 취성 파면율이 50%가 되는 취성 파면 천이 온도 vTrs를 구했다. 이 때, 시험편 형상은 NK(일본 해사 협회) 선급이 정하는 U4호 시험편을 이용했다. NK 선급에 있어서의 선박 E 등급에서는 모재의 충격 특성을 시험 온도: -40℃에서 평가하기 때문에, vTrs이 -50℃ 이하인 경우를 합격(판 두께 중앙부의 모재 인성이 양호)으로 했다.
Figure 112008033748467-pat00004
표 3의 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 것(시험 No.1, 2, 4, 5, 11 내지 15, 21, 23)에서는 양호한 취성 균열 전파 정지 특성 및 모재 인성이 발휘되었다는 것을 알 수 있다.
이에 비해, 시험 No.3, 6 내지 10, 16 내지 20, 22, 24에서는, 본 발명에서 규정하는 요건 중 어느 하나를 결여한 것으로, 적어도 어느 한 특성이 열화되었다.
이러한 결과에 근거하여, [1-(A2-A1)/100]의 값과 취성 균열 전파 정지 특성(Kca)과의 관계를 도 1에, 재결정 온도 영역 압하율과 판 두께 방향 평균 입경의 관계를 도 2에, 판 두께 방향 평균 입경과 판 두께 중앙부 vTrs의 관계를 도 3에 각각 나타낸다.
도 1은 [1-(A2-A1)/100]의 값과 취성 균열 전파 정지 특성(Kca)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 재결정 온도 영역 압하율과 판 두께 방향 평균 입경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 판 두께 방향 평균 입경과 판 두께 중앙부 vTrs의 관계를 나타내는 그래프이다.

Claims (8)

  1. C: 0.01 내지 0.06%(「질량%」의 의미이고, 화학 성분 조성에 대해 이하 동일함), Si: 0.01 내지 0.8%, Mn: 1.0 내지 1.8%, Al: 0.01 내지 0.08%, Nb: 0.02 내지 0.08% 및 Ni: 0.42 내지 0.8%를 각각 함유하고 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
    페라이트상이 90면적% 이상을 차지하는 조직으로 이루어지며,
    강판 표리면 각각의 최표층에서의 판 두께 1%에 상당하는 부분을 제외한 판 두께 방향 전체에 걸친 영역에서, 2개 결정의 방위차가 15°이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원 상당 직경이 8μm 이하이고,
    하기 수학식 1의 관계를 만족하는 조직을 갖는 강판.
    [수학식 1]
    1-(A2-A1)/100≥ 0.8
    단, A1: 결정 방위차가 55°이상인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
    A2: 결정 방위차가 15°미만인 결정립이 전체에서 차지하는 비율(면적%)
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로 Cu: 0.05 내지 0.08%를 함유하는 강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    추가로 Cr: 0.05 내지 0.5% 및 Mo: 0.05 내지 0.5% 중 하나 이상을 함유하는 강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    추가로 Ti: 0.005 내지 0.03%를 함유하는 강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    추가로 B: 0.00003 내지 0.0003%를 함유하는 강판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    추가로 N: 0.003 내지 0.008%를 함유하는 강판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    추가로 Ca: 0.0005 내지 0.0030% 및 희토류 원소: 0.0050 내지 0.030% 중 하나 이상을 함유하는 강판.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 강판을 제조하는 방법으로서,
    슬라브를 1,050 내지 1,250℃의 온도로 가열하는 공정;
    강판 표면 온도가 950℃ 이하인 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 누적 압하율 20% 이상의 압연을 실시한 후, 강판 표면 온도가 850℃ 이하인 미재결정 온도 영역에서 누적 압하율을 30% 이상으로 하여 Ar3 변태점 이상에서 압연을 종료하는 공정; 및
    마무리 압연 종료 후 즉시 평균 냉각 속도: 5℃/초 이상으로 가속 냉각하는 공정을 포함하는 방법.
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