KR102020386B1 - 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 측면은 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05 mJ/m2 이상이고, 미세조직이 면적분율로 95% 이상(100%포함)의 오스테나이트를 포함하고, 오스테나이트 재결정립내에 변형 결정립계를 면적분율로 6% 이상 포함하는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재 및 그 제조방법을 제공한다.
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
[여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]

Description

고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재 및 그 제조방법 {HIGH MANGANESE AUSTENITIC STEEL HAVING HIGH STRENGTH AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 오스테나이트계 고 망간(Mn) 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도 및 연성이 우수한 오스테나이트계 고 망간 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 고 망간(Mn) 강은 오스테나이트 상 안정성을 높여주는 원소인 망간과 탄소의 함량을 조율하여 상온 또는 극저온에서도 오스테나이트 상이 안정하여 높은 인성을 가지는 특징이 있다. 오스테나이트 상의 특성을 활용하여 높은 비자성 특성을 요구하는 변압기 구조물 등 다양한 용도로 사용된다.
최근 상기와 같은 비자성 강재는 다량의 망간(Mn) 및 탄소(C) 첨가로 오스테나이트를 안정화시킨, 비자성 특성이 우수한 강재가 개발되고 있다.
오스테나이트 상은 상자성체로서 투자율이 낮으며 페라이트 대비 비자성 특성이 우수하다.
그러나, 오스테나이트를 주 조직으로 하는 고 Mn 강의 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 낮추어 원가 절감에는 한계가 있다.
강도를 증가시키기 위해서는 합금 원소 첨가를 통한 고용강화, 석출물 형성 원소 첨가를 통한 석출경화, 압연 마무리 온도 제어를 통한 팬케이킹(pancaking) 압연 등이 있으나 합금원소 첨가에 따른 경제적 비용 증가, 석출물의 높은 오스테나이트내 고용한도 한계 등으로 인한 석출물 생성에서의 한계, 압연 마무리 온도 제어를 통한 pancaking 압연 시 강도 증가에 따른 충격 인성 하락 등 여러 가지 문제가 존재하며, 따라서 경제적이며 효과적인 방법을 통해 연신율을 유지하면서도 고강도를 갖는 오스테나이트 강재를 개발할 필요가 절실히 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2009-0043508호
본 발명의 바람직한 일 측면은 강도 및 연성이 우수한 오스테나이트계 고 망간 강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면은 강도 및 연성이 우수한 오스테나이트계 고 망간 강재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 의하면, 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05 mJ/m2 이상이고, 미세조직이 면적분율로 95% 이상(100%포함)의 오스테나이트를 포함하고, 오스테나이트 재결정립내에 변형 결정립계를 면적분율로 6% 이상 포함하는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재가 제공된다.
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
[여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 의하면, 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식(1)로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05mJ/m2 이상인 슬라브를 준비하는 단계;
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
[여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
상기 슬라브를 1050~1300℃의 온도에서 재가열하는 슬라브 재가열 단계;
상기 재가열된 슬라브를 열간압연하여 열연 강재를 얻는 열간압연단계; 및
열연강재를 냉각하는 냉각단계를 포함하고,
상기 냉각단계 중에 또는 상기 냉각 단계 후에 열연강재를 약압연하는 단계를 실시하며, 25 ~ 180℃의 온도에서 약압연하는 경우 0.1 ~ 10%의 약 압하율로 약압연하고, 180 ~ 600℃의 온도에서 약압연하는 경우 0.1 ~ 20%의 약 압하율로 약압연하는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재의 제조방법이 제공된다.
상기 약 압연 단계 전의 상기 열연강재의 오스테나이트의 평균 결정립도는 5㎛ 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 측면에 따르면, 균일한 오스테나이트 상을 가지면서 결정립 내부 입계의 분율을 증가시켜 강도 및 연성이 우수한 오스테나이트계 고 망간 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 약압하량에 따른 전체 결정립계 밀도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 약압하 후에 오스테나이트 재결정립 내의 변형 결정립계 분율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예의 발명예 2의 약압하 후 오스테나이트 재결정립 내에 변형 결정립계가 형성되었음을 나타내는 이미지와 그 결정립계의 미스오리엔테이션 프로파일(Misorientation profile)을 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재는 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05 mJ/m2 이상이고, 미세조직이 면적분율로 95% 이상(100%포함)의 오스테나이트를 포함하고, 오스테나이트 재결정립내에 변형 결정립계를 면적분율로 6%이상 포함한다.
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
[여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
먼저, 강재의 성분 및 성분범위에 대하여 설명한다.
망간(Mn): 20~ 23중량%
상기 망간의 함량은 20~23 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 망간은 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소이다.
상기 망간은 극저온에서의 오스테나이트 상을 안정화시키기 위하여 20 중량% 이상 포함될 수 있다.
상기 망간의 함량이 20% 미만이면, 탄소 함량이 작은 강재의 경우 준안정상인 ε(입실론)-마르텐사이트가 형성되어 극저온에서의 가공유기변태에 의해 쉽게 α′(알파다시)-마르텐사이트로 변태할 수 있어, 강재의 인성이 낮아질 수 있다.
또한, 강재의 인성을 확보하기 위하여 탄소의 함량을 증가시킨 강재의 경우, 탄화물 석출로 인하여 강재의 물성이 급격히 감소할 수 있다.
상기 망간의 함량이 23 중량%를 초과하면, 제조원가 상승으로 인하여 강재의 경제성이 감소할 수 있다.
탄소(C): 0.3~0.5 중량%
상기 탄소의 함량은 0.3~0.5 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 탄소는 오스테나이트를 안정화시키며, 강재의 강도를 증가시키는 원소이다.
상기 탄소는 냉각공정 혹은 가공에 의한 오스테나이트,ε-마르텐사이트 또는 α′-마르텐사이트의 변태점인 Ms 및 Md 를 낮추는 역할을 할 수 있다.
상기 탄소의 함량이 0.3 중량% 미만이면, 오스테나이트의 안정도가 부족하여 극저온에서 안정한 오스테나이트를 얻을 수 없으며, 외부 응력에 의해 쉽게 ε-마르텐사이트 또는 α′-마르텐사이트로 가공유기변태를 일으켜 강재의 인성 및 강도를 감소시킬 수 있다.
상기 탄소의 함량이 0.5 중량%를 초과하면, 탄화물 석출로 인하여 강재의 인성이 급격히 열화될 수 있으며, 강재의 강도가 지나치게 높아져 강재의 가공성이 감소할 수 있다.
보다 바람직한 탄소 함량은 0.3 ~ 0.5 중량%이고, 보다 더 바람직한 탄소 함량은 0.3 ~ 0.5 중량%이다.
Si: 0.05~0.5 중량%
Si은 Al과 같이 탈산제로 필수불가결하게 미량 첨가되는 원소이다. Si이 과도하게 첨가되는 경우 입계에 산화물을 형성하여 고온연성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시킬 우려가 있다. 그러나 강 중에서 Si 첨가량을 줄이기 위해서는 과도한 비용이 소요되므로, 그 하한은 0.05%로 제한하는 것이 바람직하다. Al과 비교하여 산화성이 높으므로 0.5%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화물을 형성하여 크랙 등을 형성하므로 표면품질이 저하되므로 Si함량은 0.05~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함)
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, 크롬의 함량은 탄소 및 기타 함께 첨가되는 원소들과의 관계를 고려하여 결정하는 것이 바람직하며, 고가의 원소임을 감안하여, 그 함량은 2.5중량% 이하(0%포함)로 한정하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 크롬 함량은 0 ~ 2 중량%이고, 보다 더 바람직한 크롬 함량은 0.001 ~ 2중량%이다.
붕소(B): 0.0005~0.01중량%
상기 붕소의 함량은 0.0005~0.01중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 붕소는 오스테나이트 입계를 강화하는 입계 강화 원소이다.
상기 붕소는 소량만 첨가하여도 오스테나이트 입계를 강화하여 고온에서의 강재의 균열 민감도를 낮출 수 있다.
상기 붕소의 함량이 0.0005중량% 미만이면, 오스테나이트 입계 강화 효과가 적어 표면 품질 향상에 크게 기여하지 않을 수 있다.
상기 붕소의 함량이 0.01중량%를 초과하면, 오스테나이트의 입계에 입계 편석이 발생하며, 이로 인해 고온에서의 강재의 균열 민감도를 증가시킬 수 있어 강재의 표면 품질이 저하될 수 있다.
보다 바람직한 붕소 함량은 0.0005 ~ 0.006 중량%이고, 보다 더 바람직한 붕소 함량은 0.001 ~ 0.006 중량%이다
알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외)
상기 알루미늄의 함량은 0.05중량% 이하(0% 제외)로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 알루미늄은 탈산제로서 첨가된다. 상기 알루미늄은 C나 N과 반응하여 석출물을 생성할 수 있으며, 상기 석출물에 의해 열간 가공성이 저하될 수 있으므로, 상기 알루미늄의 함량은 0.05중량% 이하(0% 제외)로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 알루미늄의 함량은 0.005 ~ 0.05중량%이다.
S: 0.005 중량% 이하(0% 제외)
S는 개재물의 제어를 위하여 0.005% 이하로 제어될 필요성이 있다. S의 양이 0.005%를 초과하면 열간취성의 문제점이 발생한다.
P: 0.03 중량% 이하(0% 제외)
P는 편석이 쉽게 발생되는 원소로 주조시 균열발생을 조장한다. 이를 방지하기 위하여 0.03% 이하로 제어되어야 한다. P의 양이 0.03%를 초과하면 주조성이 악화될 수 있으므로 그 상한은 0.03%로 한다.
N: 0.03 중량% 이하(0% 제외)
N은 Ti와 결합하여 Ti 질화물을 형성, N 함량이 0.03 중량%를 초과할 때는 Ti와 결합하지 못한 자유 N이 시효경화를 일으켜 모재인성을 크게 저해하고, 또한 슬라브 및 강판 표면에 크랙을 유발하여 표면품질을 저해하는 등 유해한 특성을 나타내므로 그 상한을 0.03 중량%로 한다.
본 발명의 강재는 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
통상의 철강 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있어, 이를 배제할 수는 없다.
이들 불순물은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 발명에서는 언급하지는 않는다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재는 하기 관계식(1)로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05 mJ/m2 이상이다.
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
[여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
적층결함에너지(SFE)가 3.05 미만인 경우에는 ε-마르텐사이트 및 α′-마르텐사이트가 발생 할 수 있으며, 특히 α′-마르텐사이트 발생시 투자율이 급격히 증가한다. 적층결함에너지(SFE)가 증가할수록 오스테나이트 안정도는 높아져서 그 상한은 한정하지는 않으나, 17.02 이상인 경우 성분 효율성이 높지 않아 그 상한은 17.02로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재는 면적분율로 95% 이상(100%포함)의 오스테나이트를 포함하고, 오스테나이트 재결정립내에 변형 결정립계를 면적분율로 6% 이상 포함한다.
상자성체로서 투자율이 낮으며, 페라이트 대비 비자성 특성이 우수한 오스테나이트는 비자성 특성을 확보하기 위한 필수 미세조직이다.
상기 오스테나이트의 면적분율이 95% 미만이면, 비자성 특성의 확보가 어려울 수 있다.
상기 강재의 오스테나이트 재결정립내의 변형 결정립계의 면적분율이 6%미만인 경우에는 강화효과가 미비하며, 6% 이상일 경우 강도가 급격히 증가한다. 상기 변형 결정립계의 면적분율은 6 ~ 95%일 수 있다.
여기서, 변형 결정립계는 약 압연시 부여된 변형에 의해 형성된 결정립계를 의미한다.
상기 미세조직은 개재물 및 입실론(ε) 마르텐사이트 중 1종 또는 2종을 면적분율로 5% 이하(0% 포함) 포함할 수 있다.
상기 개재물 및 입실론(ε) 마르텐사이트 중 1종 또는 2종의 면적분율이 5%를 초과하면, 오스테나이트의 결정립계에 석출되어 입계 파단의 원인이 되며, 강재의 인성 및 연성이 감소할 수 있다.
상기 개재물은 오스테나이트의 결정립계에 포함될 수 있다.
상기 개재물은 탄화물일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재의 제조방법은 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식(1)로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05mJ/m2 이상인 슬라브를 준비하는 단계;
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
[여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
상기 슬라브를 1050~1300℃의 온도에서 재가열하는 슬라브 재가열 단계;
상기 재가열된 슬라브를 열간압연하여 열연 강재를 얻는 열간압연단계; 및
열연강재를 냉각하는 냉각단계를 포함하고,
상기 냉각단계 중에 또는 상기 냉각 단계 후에 열연강재를, 25 ~ 180℃의 온도에서는 0.1 ~ 10%의 약 압하율로 약압연하고, 180 ~ 600℃의 온도에서는 0.1 ~ 20%의 약 압하율로 약압연하는 단계를 실시한다.
슬라브 재가열 단계
상기한 강 조성을 갖는 슬라브를, 열간압연을 위해 가열로에서 1050~1300℃의 온도에서 재가열한다.
이때 재가열 온도가 1050℃ 미만으로 너무 낮을 경우에는 압연 중에 하중이 크게 걸리는 문제가 있으며, 합금성분도 충분히 고용되지 않는다. 반면, 재가열 온도가 너무 높을 경우에는 결정립이 과도하게 성장하여 강도가 낮아지는 문제가 있고 강재의 고상선 온도를 초과하여 재가열 됨으로써 강재의 열간압연성을 해칠 우려가 있기 때문에 재가열 온도의 상한은 1300℃로 제한하는 것이 바람직하다.
열간압연단계
상기 재가열된 슬라브를 열간압연하여 열연 강재를 얻는다.
열간압연단계는 조압연공정 및 마무리압연공정을 포함할 수 있다.
이 때 열간 마무리압연 온도는 800 ~ 1050℃로 한정하는 것이 바람직하다. 열간 마무리압연 온도가 800℃ 미만인 경우에는 압연 하중이 크게 걸리고, 1050℃를 초과하는 경우에는 결정립이 조대하게 성장하여 목표로 하는 강도를 얻을 수 없으므로 그 상한은 1050℃로 한정하는 것이 바람직하다.
냉각단계
열간압연단계에서 얻어진 열연강재를 냉각한다.
열간 마무리 압연 후 열연강재의 냉각은 입계 탄화물 형성을 억제하기에 충분한 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 냉각속도는 1~100℃/s일 수 있다.
냉각속도가 1℃/s미만인 경우 탄화물 형성을 피하기에 충분하지 않아 냉각 도중 입계에 탄화물이 석출되어 강재의 조기 파단에 따른 연성 감소 및 이로 인한 내마모성의 열화가 문제가 되므로 냉각 속도는 빠를수록 유리하며 가속냉각의 범위내라면 상기 냉각속도의 상한은 특별히 제한할 필요가 없다. 다만, 통상의 가속냉각시에는 냉각속도는 100℃/s를 초과하기 어려운 점을 고려하여 그 상한은 100℃/s로 한정할 수 있다,
열연강재의 냉각 시. 냉각정지온도는 600℃ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 빠른 속도로 냉각하더라도, 높은 온도에서 냉각이 정지될 경우에는 탄화물이 생성 및 성장될 수도 있다.
약 압연 단계
상기 냉각단계 중에 또는 상기 냉각 단계 후에 열연강재를 약압연하는 단계를 실시하며, 25 ~ 180℃의 온도에서 약압연하는 경우 0.1 ~ 10%의 약 압하율로 약압연하고, 180 ~ 600℃의 온도에서 약압연하는 경우 0.1 ~ 20%의 약 압하율로 약압연한다.
상기 약압연 단계전의 상기 열연강재의 오스테나이트의 평균 결정립도는 5㎛이상일 수 있다. 결정립도가 크게 증가하면 강재의 강도가 낮아질 수 있으므로, 상기 오스테나이트의 결정립도는 5 ~ 150㎛이다.
상기 약 압연 온도가 25℃ 미만인 경우에는 ε-마르텐사이트 또는 α′-마르텐사이트로의 상변태의 가능성이 있고, 600℃를 초과하는 경우에는 강도향상 위한 효율성이 저하되는 문제가 있다.
상기 약 압하율이 0.1%미만인 경우에는 강도향상이 낮은 문제가 있고, 25 ~ 180℃의 온도에서 10%를 초과하거나 180 ~ 600℃의 온도에서 20%를 초과하는 경우에는 연신율 저하의 문제가 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재의 제조방법에 의하면, 면적분율로 95% 이상(100%포함)의 오스테나이트를 포함하고, 오스테나이트 재결정립내의 변형 결정립계를 면적분율로 6% 이상 포함하는 미세조직을 갖는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1의 성분, 성분범위 및 적층결함에너지(SFE)를 만족하는 슬라브를 1200℃ 의 온도에서 재가열한 후, 표 2의 열간 마무리 압연 온도조건으로 열간압연하여 하기 표 2의 두께를 갖는 열연 강재를 제조한 후, 20℃/s 의 냉각속도로 300 ℃의 온도까지 냉각하였다.
상기 냉각 후에 하기 표 3의 조건으로 약 압연하였다.
상기와 같이 제조된 열연강판(강재)의 전체 결정립계밀도(입계밀도), 입내에 변형에 의해 새롭게 형성된 변형 결정립계 분율(입내 결정립계 분율), 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(El) 및 투자율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
하기 표 1에서 SFE는 적층결함에너지를 나타내는 것으로서, 하기 관계식 1에 의해 구해진 값이다.
[관계식 1]
SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
(여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함)]
한편, 발명예 및 비교예에 대한 약압하량에 따른 전체 결정립계 밀도 변화를 도 1에 나타내고, 약압하 후에 오스테나이트 재결정립 내의 변형 결정립계 분율의 변화를 도 2에 나타내었다.
또한, 발명예 2의 약압하 후 오스테나이트 재결정립 내에 변형 결정립계가 형성되었음을 나타내는 이미지와 그 결정립계의 미스오리엔테이션 프로파일(Misorientation profile)을 도 3에 나타내었다.
구분 C Si Mn Cr P S Al B N SFE (mJ/m2)
발명예1 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예2 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예3 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예4 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예5 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예6 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예7 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예8 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예9 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예10 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예11 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예12 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
비교예1 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
비교예2 0.39 0.206 22.30 2.20 0.0198 0.0011 0.022 0.0028 0.0127 9.87
비교예3 0.39 0.206 22.30 2.20 0.0198 0.0011 0.022 0.0028 0.0127 9.87
비교예4 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예13 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
발명예14 0.40 0.156 21.51 1.99 0.0178 0.0022 0.035 0.0024 0.0113 9.72
구분 가열로온도 (℃) 추출온도 (℃) 압연마무리온도 (℃) 최종두께 (mm)
발명예1 1195 1201 921 9
발명예2 1195 1201 921 9
발명예3 1195 1201 921 9
발명예4 1195 1201 921 9
발명예5 1195 1201 921 9
발명예6 1195 1201 921 9
발명예7 1195 1201 921 9
발명예8 1195 1201 921 9
발명예9 1195 1201 921 9
발명예10 1195 1201 921 9
발명예11 1195 1201 921 9
발명예12 1195 1201 921 9
비교예1 1195 1201 921 9
비교예2 1170 1120 899 20
비교예3 1150 1110 888 20
비교예4 1195 1201 921 9
발명예13 1195 1201 921 9
발명예14 1195 1201 921 9
구분 약압하조건 결정립계 형성 인장특성 투자율
판온도 (℃) 최종두께 (mm) 압하율 (%) 전체 입계밀도 (1/㎛) 입내 결정립계 분율 (%) YS (Mpa) TS (Mpa) El (%)
발명예1 25 8.91 1 0.18 45.7 478 954 51 1.003
발명예2 25 8.73 3 0.34 69.1 596 994 45 1.003
발명예3 25 8.55 5 0.3 66.1 670 1032 43 1.003
발명예4 25 8.1 10 0.36 67.8 837 1148 22 1.004
발명예5 180 8.91 1 0.14 26.7 448 952 52 1.003
발명예6 180 8.73 3 0.18 40.8 507 965 51 1.003
발명예7 180 8.55 5 0.19 43.0 577 989 46 1.005
발명예8 180 8.1 10 0.28 67.3 718 1045 38 1.005
발명예9 600 8.91 1 0.15 25.9 429 950 55 1.004
발명예10 600 8.73 3 0.18 32.0 480 974 52 1.005
발명예11 600 8.55 5 0.2 42.9 503 982 51 1.005
발명예12 600 8.1 10 0.19 42.1 596 1004 45 1.004
비교예1 - 9 0 0.12 3.1 417 917 53 1.003
비교예2 - 20 0 0.19 5.2 410 889 49 1.004
비교예3 - 20 0 0.22 5.6 435 918 53 1.004
비교예4 25 7.2 20 - - 1089 1429 12 1.008
발명예13 180 7.2 20 0.33 70.1 918 1187 26 1.005
발명예14 600 7.2 20 0.22 55.4 759 1095 36 1.004
상기 표 1 내지 3 및 도 1 및 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 성분, 성분범위 및 적층결함에너지(SFE)를 만족하는 슬라브를 사용하여 본 발명에 부합되는 제조조건(열간압연, 냉각, 약압하 조건)으로 제조된 열연강재인 발명예(1-14)는 본 발명에 부합되는 입내 결정립계 분율을 가질 뿐만 아니라 본 발명의 약압하 조건을 벗어나는 비교예(1-4)에 비하여 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(El)이 우수함을 알 수 있다.
한편, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 약압하 조건을 약압하는 경우(발명예 2), 오스테나이트 재결정립 내에 변형 결정립계가 다량 형성됨을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05 mJ/m2 이상이고, 미세조직이 면적분율로 95% 이상(100%포함)의 오스테나이트를 포함하고, 오스테나이트 재결정립내에 변형 결정립계를 면적분율로 6% 이상 포함하는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재.

    [관계식 1]
    SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
    [여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
  2. 제1항에 있어서, 상기 적층결함에너지(SFE)가 3.05 ~ 17.02 mJ/m2 인 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오스테나이트 재결정립내의 변형 결정립계의 면적분율이 6 ~ 95%인 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미세조직은 개재물 및 입실론(ε) 마르텐사이트 중 1종 또는 2종을 면적분율로 5% 이하 포함하는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 개재물은 탄화물인 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 고 망간 강재.
  6. 제4항에 있어서, 상기 개재물은 오스테나이트의 결정립계에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재.
  7. 망간(Mn): 20~23중량%, 탄소(C): 0.3~0.5중량%, 규소(Si): 0.05~0.50중량%, 인(P): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 황 (S): 0.005중량%이하 (0% 제외), 알루미늄(Al): 0.050중량%이하(0% 제외), 크롬(Cr): 2.5중량%이하(0%포함), 붕소(B): 0.0005~0.01중량%, 질소(N): 0.03중량% 이하 (0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식(1)로 표시되는 적층결함에너지(SFE)가 3.05mJ/m2 이상인 슬라브를 준비하는 단계;
    [관계식 1]
    SFE (mJ/m2) = -24.2 + 0.950*Mn + 39.0*C - 2.53*Si - 5.50*Al - 0.765*Cr
    [여기서, Mn, C, Cr, Si, Al은 각 성분함량의 중량%를 의미함]
    상기 슬라브를 1050~1300℃ 온도에서 재가열하는 슬라브 재가열 단계;
    상기 재가열된 슬라브를 열간압연하여 열연 강재를 얻는 열간압연단계; 및
    열연강재를 냉각하는 냉각단계를 포함하고,
    상기 냉각단계 중에 또는 상기 냉각 단계 후에 열연강재를 약압연하는 단계를 실시하며, 25 ~ 180℃의 온도에서 상기 약압연하는 경우 0.1 ~ 10%의 약 압하율로 약압연하고, 180 ~ 600℃의 온도에서 상기 약압연하는 경우 0.1 ~ 20%의 약 압하율로 약압연하는 고 강도 오스테나이트계 고 망간 강재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 약 압연 단계 전의 상기 열연강재의 오스테나이트의 평균 결정립도는 5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고 망간 강재의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 약 압연 단계 전의 상기 열연강재의 오스테나이트의 평균 결정립도는 5 ~ 150㎛인 것을 특징으로 하는 고강도 고 망간 강재의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 열간압연 시 열간 마무리압연 온도가 800 ~ 1050℃인 것을 특징으로 하는 고강도 고 망간 강재의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 냉각 시 냉각속도가 1 ~ 100℃/s인 것을 특징으로 하는 고강도 고 망간 강재의 제조방법.
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