KR101543915B1 - 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101543915B1
KR101543915B1 KR1020130163354A KR20130163354A KR101543915B1 KR 101543915 B1 KR101543915 B1 KR 101543915B1 KR 1020130163354 A KR1020130163354 A KR 1020130163354A KR 20130163354 A KR20130163354 A KR 20130163354A KR 101543915 B1 KR101543915 B1 KR 101543915B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
temperature
austenite
steel sheet
low
Prior art date
Application number
KR1020130163354A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150075304A (ko
Inventor
이순기
서인식
이학철
박인규
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020130163354A priority Critical patent/KR101543915B1/ko
Publication of KR20150075304A publication Critical patent/KR20150075304A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101543915B1 publication Critical patent/KR101543915B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

본 발명은 액화가스 저장 탱크 및 수송설비 등의 저온에서부터 실온까지 광범위한 온도에 사용할 수 있는 저온용 강판에 관한 것으로서, 오스테나이트의 낮은 항복강도를 향상시키기 위해 오스테나이트 입내 석출을 통하여 오스테나이트의 항복강도를 높인 저온용 강판 및 그 저온용 강판을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법 {AUSTENITIC STEELS FOR LOW TEMPERATURE SERVICES HAVING EXCELLENT STRENGTH AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
액화가스 저장 탱크 및 수송설비 등의 저온에서부터 실온까지 광범위한 온도에 사용할 수 있는 저온용 강판에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 항복강도를 높인 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액화천연가스 및 액체질소 등의 저장용기, 해양구조물 및 극지방 구조물에 사용되는 강재는 극저온에서도 충분한 인성과 강도를 유지하는 저온용강이어야 한다. 이러한 저온용강은 뛰어난 저온 인성과 강도뿐만 아니라 열팽창율과 열전도율이 작아야 하며, 자기특성도 문제가 되는 강이다.
액화가스 분위기의 저온에서 사용 가능한 재료로서 종래부터 AISI304등의 Cr-Ni계 스테인레스강이나 9% Ni강 및 5000계열의 알루미늄 합금 등이 사용되어 왔다. 그러나 알루미늄 합금의 경우 소재 비용이 높고 낮은 강도로 인해 구조물의 설계 두께가 증가하게 되며 용접 시공성도 좋지 않아 사용이 제한적이라는 문제를 가진다. 반면 Cr-Ni계 스테인레스와 9% Ni강 등은 고가의 니켈 함유 및 열처리가 추가로 필요하여 제조 비용이 상승할뿐 아니라 용접 재료 또한 고가의 니켈을 다량 함유하고 있어 광범위한 적용에 문제가 되어 왔다.
이를 해결하기 위해 고가인 니켈 함량을 저감하여 대신 망간, 크롬 등을 첨가한 기술로서 특허문헌 1과 특허문헌 2를 들 수 있다. 상기 특허문헌 1은 니켈 함량을 1.5~4%까지 감소시키고 대신 망간, 크롬을 각각 16~22%, 2~5.5% 첨가하여 오스테나이트 조직을 확보함으로써 극저온 인성을 향상시킨 기술이며, 특허문헌 2 는 니켈 함량을 5.5% 정도로 감소시키고 대신 망간, 크롬을 각각 2.0%, 1.5%이하 첨가하여 반복 열처리 및 템퍼링을 통해 페라이트 결정립을 미세화하여 극저온 인성을 확보하는 기술이다. 그러나 상기 특허문헌 1 및 2는 역시 여전히 고가의 니켈을 함유하고 있으며 또한 극저온 인성을 확보하기 위해 여러 단계의 반복열처리 및 템퍼링을 실시하고 있으므로, 비용적인 측면이나 공정의 간소화 측면에서 유리하지 않다.
액화가스에 사용되는 구조용강에 관한 또 다른 기술로는 니켈을 완전히 배제한 소위 니켈-프리(Ni-free) 고망간강을 들 수 있다. 상기 고망간강은 망간의 첨가량에 따라 각각 페라이트계와 오스테나이트계로 나뉘어 진다. 예를 들면 특허문헌 3은 9% 니켈 대신에 5% 망간을 첨가하고 이를 오스테나이트와 페라이트가 공존하는 이상역 온도 구간에서 4회의 반복열처리를 통해 결정립을 미세화한 후 템퍼링 하여 극저온인성을 향상시킨 기술이다. 또한, 특허문헌 4는 13%의 망간을 첨가하여 오스테나이트와 페라이트의 이상역 온도구간에서 4회의 반복열처리를 통해 결정립을 미세화한 후 템퍼링하여 극저온인성을 향상시킨 기술이다. 상기 특허문헌 3 및 4는 페라이트를 주조직으로 하고 있으며, 극저온 인성을 얻기 위해 4회 이상의 반복열처리 및 템퍼링을 통해 페라이트 결정립을 미세화시키는 것들을 주된 골자로 하고 있다. 그러나, 이러한 기술들은 열처리 회수의 증가로 인해 비용 증가 및 열처리 설비 부하가 생기는 문제점이 있다. 따라서 주 조직을 페라이트가 아닌 오스테나이트 (혹은 오스테나이트와 입실런 마르텐사이트의 혼합조직)로 하여 극저온 인성을 얻기 위한 기술이 개발되었다.
오스테나이트를 주 조직으로 하는 저온용강의 경우 저온에서도 연성 파괴의 특성으로 인해 저온 인성이 우수하다는 장점은 있으나, 고유의 결정 구조인 면심입방구조로 인해 강도, 특히 항복강도가 낮아 구조물의 설계 시 강판의 설계 두께를 증가시켜 재료비의 상승과 함께 구조 하중을 증가시키게 되는 단점이 있다. 이러한 저온용강의 강도를 증가시키기 위하여, 합금 원소 첨가를 통한 고용강화, 석출물 형성 원소 첨가를 통한 석출경화, 압연 마무리 온도 제어를 통한 압연 등을 사용하고 있다. 그러나 상기 종래기술들은 합금원소 첨가에 따른 경제적 비용 증가, 석출물의 높은 오스테나이트내 고용한도 한계 등의 문제점이 있으므로, 경제적이며 효과적인 방법을 통해 항복강도가 우수한 저온용강의 개발이 절실히 요구되고 있다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허 제1998-0058369호 특허문헌 2: 국제공개특허 제WO2007-080646호 특허문헌 3: 미국등록특허 제4257808호 특허문헌 4: 대한민국 공개특허 제1997-0043149호
본 발명은 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 망간(Mn): 15~35중량%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5중량% 이하 (0중량% 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0중량% 제외)의 조건을 충족하는 범위 및 질소(N): 0.001~0.3중량% (0중량% 제외)를 포함하고, 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하 및 바나늄(V): 0.5중량% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 추가적으로 포함하며, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판에 의하여 달성된다.
[단, 각 수식의 Mn, C 및 Cr 은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
여기에서, 바람직하게는 상기 저온용 강판의 미세조직은 면적분율로 95% 이상의 오스테나이트로 이루어져 있다.
바람직하게는, 상기 오스테나이트의 입계에 존재하는 탄화물은 면적분율로 5% 이하이다.
바람직하게는, 상기 오스테나이트 결정립내에 1㎛이하의 크기를 갖는 석출물이 100㎛2당 10개 이상 포함한다.
또한, 본 발명은 망간(Mn): 15~35중량%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5중량% 이하 (0중량% 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0중량% 제외)의 조건을 충족하는 범위 및 질소(N): 0.001~0.3중량% (0중량% 제외)를 포함하고, 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하 및 바나늄(V): 0.5중량% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 추가적으로 포함하며, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 상기 슬라브를 1050~1250℃의 온도에서 재가열하는 단계; 이어서 상기 슬라브를 미재결정온도(Tnr) 이하의 온도에서 전체 압하율의 30%이상의 압하율로 마무리 압연하는 단계; 및 이후, 500~750℃에서 후속 열처리 하는 단계를 포함하는 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 제조 방법에 의하여 달성된다.
[단, 각 수식의 Mn, C 및 Cr 은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
본 발명은 오스테나이트의 낮은 항복강도를 향상시키기 위하여, 미재결정온도 이하에서 오스테나이트 팬케이킹 (pancaking)을 통해 입내 석출물 핵생성 사이트 (site)를 미리 만들어주고, 이후 열처리를 통해 오스테나이트의 입내에 미세한 석출물을 생성시켜 오스테나이트의 항복강도를 높인 저온용 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 제어하는 탄소 및 망간의 범위를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 오스테나이트 입내 석출을 통하여 오스테나이트의 항복강도를 높인 저온용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판은 망간(Mn): 15~35중량%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5중량% 이하 (0중량% 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0중량% 제외)의 조건을 충족하는 범위 및 질소(N): 0.001~0.3중량% (0중량% 제외)를 포함하고, 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하 및 바나늄(V): 0.5중량% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 추가적으로 포함하며, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 강재의 각 조성을 한정한 이유에 대하여 설명한다. 단, 각 성분의 함량에 한해서는 특별히 언급하지 않는 한 중량%를 의미함에 유의할 필요가 있다.
망간(Mn): 15~35%
망간은 본 발명에서 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소이다. 본 발명에서 극저온에서의 오스테나이트상을 안정화 시키기 위해서 15% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 망간의 함량이 15% 미만인 경우에는 탄소 함량이 작은 경우, 준안정상인 입실런 마르텐사이트가 형성되어 극저온에서의 가공유기변태에 의해 쉽게 알파 마르텐사이트로 변태하므로 인성을 확보할 수 없으며, 이를 방지하기 위해 탄소함량을 증가시켜 오스테나이트의 안정화를 도모할 경우에는 오히려 탄화물 석출로 인해 물성이 급격히 열화되므로 바람직하지 못하다. 따라서 망간의 함량은 15% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 반면에, 망간의 함량이 35%를 초과하는 경우에는 강재의 부식속도의 저하를 초래하고 함량 증가로 인해 경제성이 감소하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 망간의 함량은 15~35%로 한정하는 것이 바람직하다.
탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23의 관계를 만족
탄소는 오스테나이트를 안정화시키고 강도를 증가시키는 원소이며, 특히 냉각과정 혹은 가공에 의한 오스테나이트에서 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로의 변태점인 Ms 및 Md를 낮추는 역할을 한다. 따라서, 탄소가 불충분하게 첨가될 경우에는 오스테나이트의 안정도가 부족하여 극저온에서 안정한 오스테나이트를 얻을 수 없으며 또한 외부 응력에 의해 쉽게 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로 가공유기변태를 일으켜 인성을 감소시키며 또한 강재의 강도도 감소시켜며 반대로 탄소의 함량이 과다할 경우에는 탄화물 석출로 인해 인성이 급격히 열화되며 강도의 지나친 증가로 가공성이 나빠지는 단점이 있다.
특히, 본 발명에서 탄소의 함량은 탄소 및 기타 함께 첨가되는 원소들과의 관계에 주의하며 결정하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 본 발명자가 발견한 탄화물 형성에 대한 탄소와 망간의 관계를 도 1에 나타내었다. 도면에서 볼 수 있듯이, 물론 탄화물은 탄소로 인하여 형성되는 것이나, 탄소가 독립적으로 탄화물의 형성에 영향 미치는 것이 아니라, 망간과 복합적으로 작용하여 그 형성 경향에 영향을 미치는 것이다. 도면에서 적정 탄소 함량을 나타내었다. 도면에 탄화물 형성을 방지하기 위해서는 다른 성분이 본 발명에서 규정하는 범위를 충족한다는 전제하에 23.6C+Mn (C, Mn은 각 성분의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것임)의 값을 28이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 이는 도면의 평행사변형 영역의 경사진 왼쪽 경계를 의미한다. 23.6C+Mn이 상기 28 미만일 경우에는 오스테나이트의 안정도가 감소하여 극저온에서의 충격에 의해 가공유기변태를 일으켜 충격인성을 저하시키게 된다. 탄소 함량이 너무 높은 경우 즉, 33.5C-Mn이 23보다 클 경우 과다한 탄소의 첨가로 인해 탄화물이 석출하여 저온 충격 인성을 낮추는 문제가 발생한다. 결론적으로, 본 발명에서 탄소는 15~35, 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 만족하도록 첨가하는 것이 바람직하다. 도면에서도 알 수 있듯이, 상기 수식을 충족시키는 범위내에서 C 함량은 최하한은 0% 이다.
구리(Cu): 5% 이하 (0%는 제외)
구리는 탄화물 내 고용도가 매우 낮고 오스테나이트 내 확산이 느려서 오스테나이트와 핵생성된 탄화물 계면에 농축되는데, 이에 따라 탄소의 확산을 방해함으로써 탄화물 성장을 효과적으로 늦추게 되고, 결국 탄화물 생성을 억제하는 효과가 있다. 또한 구리는 오스테나이트를 안정화시켜 극저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 다만, Cu의 함량이 5%를 초과하는 경우에는 강재의 열간가공성을 저하시키는 문제점이 있으므로, 상한은 5%로 제한하는 것이 바람직하다. 상술한 탄화물 억제 효과를 얻기 위한 구리의 함량은 0.5% 이상인 것이 보다 바람직하다.
상술한 원소 이외에도 본 발명의 오스테나이트 강재는 Cr을 더 포함할 수 있다. 이때, Cr은 탄소와의 관계를 고려하여 아래와 같은 범위내로 첨가되는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr ≤ 57 (0%는 제외)
크롬은 적정한 첨가량의 범위까지는 오스테나이트를 안정화시켜 저온에서의 충격 인성을 향상시키고 오스테나이트내에 고용되어 강재의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 또한 크롬은 강재의 내식성을 향상시키는 원소이기도 하다. 다만 크롬은 탄화물 원소로써 특히, 오스테나이트 입계에 탄화물을 형성하여 저온 충격을 감소시키는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에서 첨가되는 크롬의 함량은 탄소 및 기타 함께 첨가되는 원소들과의 관계에 주의하며 결정하는 것이 바람직한데, 탄화물 형성을 방지하기 위해서는 다른 성분이 본 발명에서 규정하는 범위를 충족한다는 전제하에 28.5C+4.4Cr (C, Cr은 각 성분의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것임)의 값을 57이하로 제어하는 것이 바람직하다. 28.5C+4.4Cr의 값이 57을 초과하는 경우 과도한 크롬 및 탄소 함량으로 인해 오스테나이트 입계에서의 탄화물 생성을 효과적으로 억제하기 힘들며 따라서 저온에서의 충격인성이 감소하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서 크롬은 28.5C+4.4Cr ≤ 57을 만족하도록 첨가하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0.001~0.3% (0%는 제외)
질소는 탄소와 더불어 오스테나이트를 안정화시켜 인성을 향상시키는 원소이며, 특히 탄소와 같이 고용 강화 또는 석출물 형성을 통해 강도를 향상시키는데 매우 유리한 원소이다. 다만, 0.3%를 초과하여 첨가되는 경우 탄질화물의 조대화로 인해 물성이나 표면 품질의 열화가 발생하므로 상한은 0.3중량%로 제한하는 것이 바람직하다. 또한 0.001중량% 미만으로 첨가되는 경우 그 효과가 미미하므로 하한은 0.001중량%로 제한하는 것이 바람직하다. 상기 질소의 하한은 보다 바람직하게는 0.01중량%이다.
또한, 본 발명의 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판은 상기 합금 성분에 더하여, 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하, 바나늄(V): 0.5중량% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 추가적으로 포함한다. 상기 Ti, Nb, V는 TiC, NbC, VC 등과 같이 단독 혹은 복합으로 석출물을 생성하여, 오스테나이트 결정립을 미세화 시켜 강도 및 인성을 증가시키는 원소이다. 또한, 오스테나이트 결정립내에 충분한 석출물 생성사이트가 존재하는 경우 결정립내에 미세한 석출물을 형성하여 석출경화를 통해 강도를 증가시키는 원소이다. 다만 상기, Ti, Nb, V가 상한치를 초과하는 경우에는 제강 공정 시 다량의 산화물을 생성하여, 연속 주조 시 공정 및 주편 등에 문제를 일으키거나 탄질화물이 조대화 되어 강재의 연신율, 인성 및 표면품질 등의 열화를 일으키므로, 상기 Ti, Nb, V는 각각 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하, 바나늄(V): 0.5중량% 이하(모두 0중량% 제외)의 범위는 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다. 다만, 통상의 철강 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판은 오스테나이트 조직을 면적분율로 95% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 저온에서도 연성 파괴를 보이는 대표적인 연질 조직인 오스테나이트는 저온 인성을 확보하기 위한 필수 미세조직으로 면적분율로 95% 이상 포함하여야 하며 95% 미만인 경우 충분한 저온 인성, 즉 -196도에서 41J 이상의 충격인성을 확보하기에 충분하지 못하므로 그 하한은 95%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 오스테나이트 입계에 존재하는 탄화물은 면적분율로 5% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서 오스테나이트 이외에 존재 가능한 조직으로는 대표적으로 탄화물이 있으며 이는 오스테나이트 결정립계에 석출하여 입계 파단의 원인이 되어 저온 인성 및 연성을 열위하게 만드므로 그 상한은 5%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판은 오스테나이트 결정립 내부에 1㎛이하의 크기를 갖는 석출물이 100㎛2당 10개 이상인 것이 바람직하다. 석출물의 크기가 1㎛를 초과하는 경우는 조대화로 인해 강화 효과를 얻기 힘들며, 밀도가 100㎛2당 10미만인 경우도 충분한 강도 상승의 효과를 기대하기 힘들다. 이러한 오스테나이트 결정립 내부의 석출물에 대한 기준은 모든 열처리를 마치고 완성된 오스테나이트계 저온용 강판을 기준으로 하는 것이다.
이하, 본 발명의 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판의 제조 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다. 상기와 같은 조성을 가지는 슬라브를 준비하는 단계; 상기 슬라브를 1050~1250℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 슬라브를 미재결정온도(Tnr) 이하의 온도에서 전체 압하율의 30%이상의 압하율로 마무리 압연하는 단계; 및 이후, 500~750℃에서 후속 열처리 하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 합금조성을 가지는 강 슬라브의 재가열 온도는 1050~1250℃의 온도에서 실시한다. 이는 슬라브 제조 단계에서 생성되는 주조 조직 및 편석, 2 차 상들의 고용 및 균질화를 위한 것이며, 1050℃미만인 경우 균질화가 부족하거나 가열로 온도가 너무 낮아 열간 압연 시 변형저항이 커지는 문제가 있고, 1250℃를 초과하는 경우 주조 조직 내 편석대에서의 부분 용융 및 표면 품질의 열화가 발생할 수 있다. 따라서 상기 슬라브의 재가열 온도는 1050~1250℃의 범위를 갖는다.
상기 열간 압연은 마무리 압연온도가 미재결정온도(Tnr) 이하의 온도에서 전체 압하율의 30%이상의 압하율이 되도록 실시하는데, 이는 미재결정온도 이하에서 오스테나이트 결정립 내부에 충분한 석출물 형성사이트를 만들어주기 위해서이다. 미재결정온도 이상의 온도에서 압연을 종료하는 경우 회복, 재결정 등의 과정을 통해 석출물의 핵생성사이트가 되는 전위 밀도를 충분히 확보할 수 없기 때문이다. 또한 상기 압하율은 미재결정온도 이하에서 전체 압하율의 30%이상의 압하율로 실시하는데, 이것은 후속 열처리 공정 시 석출물이 오스테나이트 결정립 내부에 석출할 수 있도록 충분한 밀도의 전위를 만들어 주기 위해서이다.
이어서, 상기 압연된 강판은 이후 500~750℃에서 후속 열처리 하는 단계를 실시한다. 통상 오스테나이트 강재의 경우, 합금원소의 높은 고용한도로 인해 석출물의 형성이 용이하지 않으므로, 따라서 본 발명에서 전술한 압연 방법을 통해 강판을 압연하여 결정립 내부에 에너지를 증가시켜 석출물의 생성이 가능한 핵생성사이트를 다수 형성되도록 한 뒤, 후속 열처리를 행함으로써 내부에 미세한 석출물이 다량 석출되도록 하여 우수한 강도를 확보할 수 있다. 다만, 상기 열처리 온도가 500℃ 미만일 경우에는 낮은 열처리 온도로 인해 석출물이 충분히 생성되지 않아 그 효과가 미미하며, 750℃를 초과하는 경우 오스테나이트 입내에 석출물의 조대화가 조장되거나 오스테나이트 입계에 석출하게 되어 강도 증가의 효과가 미미하거나 충격인성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 열처리 온도는 500~750℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
[ 실시예 ]
하기 표 1에 기재된 성분계를 충족하는 슬라브를 하기 표 2에 기재된 제조 조건에 따라, 열연강판을 얻은 뒤 상기 상판의 열처리를 행하였다. 이와 같이 얻어진 강판에 대하여 미세조직 분율, 석출물 개수, 인장성질 및 저온 충격인성을 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 C Mn Cu Cr N Ti Nb V 23.6C+Mn 33.5C-Mn 28.5C+4.4Cr
비교예1 0.62 18.12 0.12 0.2 0.012 32.8 2.5 18.6
비교예2 0.91 18.15 0.3 0.1 0.013 39.6 12.1 26.4
비교예3 0.59 21.98 0.08 2.76 0.017 0.12 0.11 35.9 -2.4 29.0
비교예4 0.28 30.6 0.12 1.2 0.13 37.2 -21.3 13.3
비교예5 0.29 30.5 0.13 0.2 0.021 37.3 -20.9 9.1
비교예6 0.42 24.3 0.53 1.98 0.012 0.03 0.02 34.2 -10.4 20.7
발명예1 0.65 19.03 0.15 0.3 0.008 0.04 0.02 34.37 2.55 19.8
발명예2 0.28 29.1 0.2 1.5 0.016 0.3 35.708 -19.804 14.6
발명예3 0.87 18.3 0.41 0.13 0.026 0.03 38.832 10.584 25.4
발명예4 0.6 21.8 0.1 2.51 0.021 0.03 0.12 35.96 -1.88 28.1
발명예5 0.41 24.2 0.54 2.01 0.009 0.03 0.02 33.876 -10.588 20.5
구분 가열로 온도 (oC) 압연종료온도 (oC) Tnr이하 압하율 (%) 열처리온도 (oC) 오스테나이트 분율 (%) 석출물 분율 (%) 열처리 후 결정립 내 석출물 개수 (개/100㎛2)
비교예1 1160 920 99 1
비교예2 1160 925 99 1
비교예3 1140 800 68 705 99 1 3
비교예4 1180 887 100 0
비교예5 1180 932 100 0
비교예6 1190 820 25 850 93 7 4
발명예1 1190 832 65 620 98 2 285
발명예2 1190 826 60 650 98 2 340
발명예3 1180 845 75 680 97.5 2.5 274
발명예4 1190 795 72 595 98 2 216
발명예5 1190 815 70 710 98.5 1.5 198
구분 항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 연신율(%) 충격인성(J, -196℃)
비교예1 342 986 71 81
비교예2 365 995 60 105
비교예3 415 962 52 148
비교예4 386 843 53 140
비교예5 365 854 57 162
비교예6 375 825 9 15
발명예1 468 1002 58 121
발명예2 471 1012 68 157
발명예3 546 981 49.8 98.4
발명예4 496 985 62 149
발명예5 525 978 56 118
발명예 1 내지 5는 본 발명에서 제어하는 성분계 및 조성범위를 만족하는 강종으로서, 미세조직 내 오스테나이트 분율이 95% 이상, 입계 탄화물이 5%이하로 제어되어 안정한 오스테나이트가 얻어져 극저온에서 우수한 인성을 얻을 수 있음을 보여주고 있다. 또한 Ti, Nb, V의 첨가 및 열처리로 인해 오스테나이트 결정립 내부에 높은 밀도의 석출물이 형성되어 비교예에 비하여 높은 항복강도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이에 반해, 비교에 1내지 2는 높은 인성을 얻을 수 있음에도 불구하고 본 발명에서 제시하는 석출물 형성원소인 Ti, Nb, V가 미첨가되어 발명강과 비교하여 낮은 항복강도 값을 보여주고 있다.
또한 비교예 3은 본 발명에서 제시하는 석출물 형성원소인 Ti 및 V가 첨가되었으나 그 범위가 상한을 초과함으로써 석출물의 조대화로 인하여 오스테나이트 결정립 내 밀도가 낮은 값을 가져 강도 향상에 역할을 하지 못함을 알 수 있다.
또한, 비교예 4 내지 5는 높은 인성을 얻을 수 있음에도 불구하고 본 발명에서 제시하는 석출물 형성원소인 Ti, Nb 및 V가 미첨가 되어 발명강과 비교하여 낮은 항복강도 값을 보여주고 있다.
또한, 비교예 3은 본 발명에서 제시하는 범위내로 석출물 형성원소인 Ti, Nb 및 V가 첨가되었으나, 열처리 온도가 본 발명에서 제시하는 온도인 500~750℃를 초과하는 850℃에서 유지되어 오스테나이트 결정립 내 석출물이 조대화되어 밀도가 낮을 뿐만 아니라 오스테나이트 입계로 동반 석출하여 입계 탄화물의 분율이 본 발명에서 제시하는 5%를 초과하여 석출함으로써 강도 증가의 효과가 미비하며 동시에 입계 파단을 유발하여 매우 낮은 연신율 및 충격 인성치를 보임을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

Claims (5)

  1. 망간(Mn): 15~35중량%, 탄소(C): 0% 초과, 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5중량% 이하 (0중량% 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0중량% 제외)의 조건을 충족하는 범위 및 질소(N): 0.001~0.3중량% (0중량% 제외)를 포함하고, 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하 및 바나늄(V): 0.5중량% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 추가적으로 포함하며, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 오스테나이트 결정립내에 1㎛이하의 직경을 갖는 석출물이 100㎛2당 10개 이상 포함하는 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판.
    [단, 각 수식의 Mn, C 및 Cr 은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저온용 강판의 미세조직은 면적분율로 95% 이상의 오스테나이트로 이루어져 있는 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 오스테나이트의 입계에 존재하는 탄화물은 면적분율로 5% 이하인 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판.
  4. 삭제
  5. 망간(Mn): 15~35중량%, 탄소(C): 0% 초과, 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5중량% 이하 (0중량% 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0중량% 제외)의 조건을 충족하는 범위 및 질소(N): 0.001~0.3중량% (0중량% 제외)를 포함하고, 티타늄(Ti): 0.1중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.1중량% 이하 및 바나늄(V): 0.5중량% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 추가적으로 포함하며, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 슬라브를 1050~1250℃의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 슬라브를 미재결정온도(Tnr) 이하의 온도에서 전체 압하율의 30%이상의 압하율로 마무리 압연하는 단계; 및
    이후, 500~750℃에서 후속 열처리 하는 단계를 포함하는 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 제조 방법.
    [단, 각 수식의 Mn, C 및 Cr 은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
KR1020130163354A 2013-12-25 2013-12-25 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법 KR101543915B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130163354A KR101543915B1 (ko) 2013-12-25 2013-12-25 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130163354A KR101543915B1 (ko) 2013-12-25 2013-12-25 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150075304A KR20150075304A (ko) 2015-07-03
KR101543915B1 true KR101543915B1 (ko) 2015-08-11

Family

ID=53788346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130163354A KR101543915B1 (ko) 2013-12-25 2013-12-25 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101543915B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102109270B1 (ko) * 2017-10-18 2020-05-12 주식회사 포스코 표면품질이 우수한 저온용 고 망간강재 및 제조방법
KR20230132902A (ko) 2022-03-10 2023-09-19 주식회사 세아에삽 극저온용 고망간강 용접을 위한 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150075304A (ko) 2015-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101543916B1 (ko) 표면 가공 품질이 우수한 저온용강 및 그 제조 방법
KR101253890B1 (ko) 중심부 물성 및 수소유기균열 저항성이 우수한 압력용기용 극후물 강판 및 그 제조방법
JP5820889B2 (ja) 極低温靭性に優れた高強度鋼材及びその製造方法
KR101657828B1 (ko) Ｐｗｈｔ 후 인성이 우수한 고강도 압력용기용 강재 및 그 제조방법
KR101647227B1 (ko) 표면 가공 품질이 우수한 저온용 강판 및 그 제조 방법
KR101665821B1 (ko) 표면 가공 품질이 우수한 저온용 강판 및 그 제조방법
KR101417231B1 (ko) 저온인성 및 인장특성이 우수한 압력용기용 극후강판 및 그 제조 방법
KR101353843B1 (ko) 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재
KR20150075305A (ko) 항복강도가 우수한 저온용강 및 그 제조 방법
KR101465088B1 (ko) 저온 인성이 우수한 저탄소 고강도 강판 및 그 제조방법
KR20160078624A (ko) 저온인성 및 강도가 우수한 강관용 열연강판 및 그 제조방법
KR101543915B1 (ko) 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용 강판 및 그 제조 방법
KR101560943B1 (ko) 저온 인성이 우수한 강관용 열연강판 및 그 제조방법
KR20150075336A (ko) 피로균열 저항성이 우수한 저온용강
KR101461736B1 (ko) 피삭성 및 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트계 강재 및 그의 제조방법
JPH05195156A (ja) 溶接熱影響部靱性の優れた高マンガン超高張力鋼およびその製造方法
KR101585743B1 (ko) 고강도 저온용 강관 및 그 제조방법
KR102259806B1 (ko) 고온 내크립 특성이 향상된 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
KR101638007B1 (ko) 강도와 인성이 우수한 니켈 저감형 저원가 오스테나이트계 스테인리스 강
KR101568546B1 (ko) 절삭성이 우수한 저온용강 및 그 제조방법
KR101543917B1 (ko) 표면 가공 품질이 우수한 저온용 강판 및 그 제조 방법
KR102237486B1 (ko) 중심부 극저온 변형시효충격인성이 우수한 고강도 극후물 강재 및 그 제조방법
KR20150075333A (ko) 피삭성이 우수한 저온용강 및 그 제조방법
KR101568526B1 (ko) 용접 열영향부 인성이 우수한 오스테나이트 강재
KR101568532B1 (ko) 고온 항복강도 및 저온 충격인성이 우수한 후강판 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant