KR20070064274A

KR20070064274A - 충돌흡수성 및 모재인성이 우수한 강판

Info

Publication number: KR20070064274A
Application number: KR1020060127762A
Authority: KR
Inventors: 도시오 무라카미; 에이이치 다무라; 요시토미 오카자키
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-06-20
Also published as: CN1982490A; JP4476923B2; JP2007162101A; CN100441723C; KR100914590B1

Abstract

본 발명은 충돌흡수성과 모재인성이 우수한, 490 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강판에 관한 것으로, 본 발명에 따른 강판은 규정된 성분 조성, Ceq 및 Di*을 만족하는 동시에, 금속 조직이 조직 전체에 대한 페라이트 점적률 90%(면적%) 초과, 평균 페라이트 입경 3 내지 12㎛, 최대 페라이트 입경 40㎛ 이하, 및 제2상의 평균 원상당 직경 0.8㎛ 이하, 및 바람직하게는 잔류 오스테나이트 0.5 내지 10%를 만족함에 따라, 충돌흡수성 및 모재인성이 우수하다.

Description

충돌흡수성 및 모재인성이 우수한 강판 {STEEL HAVING SUPERIOR IMPACT ABSORBENCY AND TOUGHNESS OF PARENT MATERIAL}

본 발명은 충돌흡수성과 모재인성이 우수한, 490 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강판에 관한 것이다.

선박끼리의 충돌이나 선박의 좌초 등이 발생할 경우 선박내에서는 침수, 적하, 연료 등의 유출이 일어나며, 이를 방지하기 위한 선체용 강재가 여러 가지 제안되어 왔다. 예컨대, 일본 특허공개 제1999-193438호(표 2)에는 조직의 주상이 페라이트로 이루어지고(페라이트 점적률: 80% 이상), 상기 페라이트 상의 경도(비커스 경도(Hv))가 160 이상이고, 제2상(페라이트 이외의 상)의 평균 원상당 직경이 5㎛ 이하인 강판이 개시되어 있으며, 상기 강판은 강도를 높인 페라이트 주상을 조직으로 하여 충격 흡수에너지를 향상시킨 것이다.

그러나, 상기 기술에서와 같이, 제2상의 평균 원상당 직경이 4㎛ 이상의 크기를 갖고, 페라이트 상이 단단한 경우에는 모재 인성을 높이기 어렵다.

일본 특허공개 제1999-246934호(특허청구범위, 단락[0041],단락[0044],단 락[0076])에는 강판 두께의 적어도 1/8 이상의 표리층에 1.0 내지 20% (면적%)의 잔류 γ를 포함하도록 함으로써 원하는 충격에너지 흡수능을 확보할 수 있음이 개시되어 있다. 그러나, 이 기술은 잔류 γ를 강판 전역에 분산시킨 것이 아니고, 판두께 방향으로 특성이 매우 불규칙한 것으로 판단되므로, 강판 전체의 충격 흡수능을 충분히 높였다고 하기 어렵다. 또한, 상기 특허문헌에서는 잔류 γ를 페라이트 매트릭스중에 미세분산시킴으로써 내연성파괴성능도 높이고 있다. 더욱이, 상기 조직으로 하는 데는 제어 압연이 효과적이며, 구체적으로 주조된 조각을 직접 또는 Ac₃ 이상의 온도로 가열 후 열간 압연을 수행하는 한편, 압연종료 온도를 Ar₃+100℃ 내지 Ar₃-50℃의 온도범위로 한다고 개시되어 있다. 그러나, 이러한 공정에 의해서는 잔류 γ를 보다 미세화하는 것이 어렵고, 모재 인성을 충분히 높이기 어려울 것으로 보인다.

또한, 일본 특허공개 제2001-262272호에는 페라이트상과 경질상으로 이루어지는 조직에 있어서, 상기 페라이트상이 60% 이상의 상분율, 150 (Hv) 이하의 경도, 5㎛ 이상의 평균 입경을 갖고, 상기 경질상의 압연방향/판두께 방향의 종횡비(aspect ratio)가 2 이상인 것이 규정되어 있다. 이와 같이 경질상의 종횡비가 2 이상으로 하는 것에 의해 균일 신장성이 개선된다고 기재하고 있지만, 이 경우 특성의 이방성이 발생할 수 있다. 또한, 상기 특허문헌의 도 1로부터 볼 수 있는 바와 같이, 경질상의 크기가 페라이트상과 동등하기 때문에, 충분히 높은 모재 인성을 확보하는 것은 어렵다.

본 발명자들은 충돌흡수성이 우수하면서도(즉, 높은 충돌흡수에너지를 나타냄) 모재인성이 우수한 강판을 얻기 위해 예의 연구를 하였으며, 그 결과, 성분 조성을 특정하고, 조직 형태로서, 특히 페라이트의 점적율, 평균 입경 및 최대 입경, 추가로 제2상의 크기를 제어하는 경우 우수한 결과를 얻을 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해, 충돌흡수성과 모재인성이 우수한 강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 충돌흡수성 및 모재인성이 우수한 강판으로서, 질량%(이하 성분에 모두 적용됨) 기준으로,

C 0.02 내지 0.10%, Si 0.05 내지 0.50%, Mn 1.0 내지 1.6%, P 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), S 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), Al 0.015 내지 0.06%, N 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,

하기 수학식 1로 표시되는 Ceq의 값이 0.31 이상이고, 하기 화학식 2로 표시되는 Di*의 값이 4.0 이하이고,

금속 조직이, 조직 전체에 대한 페라이트 점적률 90%(면적%) 초과, 평균 페 라이트 입경 3 내지 12㎛, 최대 페라이트 입경 40㎛ 이하, 및 제2상의 평균 원상당 직경 0.8㎛ 이하를 만족하고,

인장강도가 490 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 강판을 제공한다:

상기 식에서, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Cu 및 B는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

또한, 본 발명의 강판은 하기 수학식 3으로 표시되는 KMs가 490 이하이고, 금속조직이 잔류 오스테나이트를 0.5 내지 10% 포함하는 것이 충돌흡수성이 우수하므로 바람직하다:

상기 식에서, Mn, Cu, Ni, Cr 및 Mo는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

또한, 상기 강판은 (a) 추가 원소로서 Cu 0.35% 이하(0%를 포함하지 않음), Ni 0.40% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr 0.20% 이하(0%를 포함하지 않음), 및 Mo 0.08% 이하(0%를 포함하지 않음)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함 할 수 있다. 또한, 상기 강판은 (b) 추가로 Ti 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, 이때 상기 Ti, N 및 Al이, 하기 수학식 4 및 5를 만족하는 것이, 충돌흡수성 및 모재인성과 함께 용접성도 확보할 수 있어서 바람직하다:

상기 식에서, N, Ti 및 Al은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

상기 강판은 또 다른 추가 원소로서, (c) B 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), 및/또는 Nb 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 (d) Ca, Mg 및 REM 으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 페라이트의 점적률, 평균 페라이트 입경, 최대 페라이트 입경, 제2상의 평균 원상당 직경, 및 잔류 오스테나이트의 점적률은 후술하는 실시예에 제시하는 방법으로 측정할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 강판은 특정의 성분 조성을 가지면서, 조직 형태로서 페라이트의 점적률, 평균 입경과 최대 입경, 및 제2상의 크기가 바람직하게 제어됨에 따라, 높은 충돌흡수성(충돌 흡수에너지)와 함께 우수한 모재인성을 나타내는 것을 특징으로 한다.

<평균 페라이트 입경: 3 내지 12㎛>

본 발명에서는 평균 페라이트 입경을 12㎛ 이하로 한다. 평균 페라이트 입경이 이보다 큰 경우에는 모재인성이 열화되는 동시에 균일신도가 저하되어 우수한 충돌흡수성을 확보하기 어렵다. 보다 바람직한 평균 페라이트 입경은 1O㎛ 이하이다. 한편, 평균 페라이트 입경이 지나치게 작을 경우 균일신도가 작게 되어 충돌흡수성이 저하되기 때문에, 그 하한을 3㎛로 하였다.

<최대 페라이트 입경: 40㎛ 이하>

강판에 변형이 일어나는 경우, 응력은 가장 큰 결정립에 집중된다. 또한, 결정립의 최대직경이 커짐에 따라 집중하는 응력이 높아진다. 그 결과, 균일신도가 작아져 충돌흡수성이 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 최대 페라이트 입경의 상한을 40㎛, 바람직하게는 30㎛로 한다.

<전체 조직에서 차지하는 페라이트의 점적률: 90% 초과>

본 발명에 따르면, 조직을 상기 조건을 만족하는 페라이트로 균일화함으로써 충돌흡수성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 페라이트 점적률은 90% 초과, 바람직하게는 95% 이상인 것이 좋다.

<제2상의 평균 원상당 직경: 0.8㎛ 이하>

본 발명의 강판은, 상기 페라이트 이외의 조직(제2상)으로서 MA (마르텐사이트-오스테나이트 성분), 잔류γ, 펄라이트(pearlite), 탄화물 등을 포함할 수 있지만, 그러한 제2상이 거칠고 큰 경우에는 변형시에 파괴 기점이 되어 모재인성이 열화된다. 따라서, 본 발명에서는 제2상의 평균 원상당 직경을 0.8㎛이하, 바람직하게는 0.7㎛ 이하로 한다.

<전체 조직에서 차지하는 잔류 오스테나이트(잔류 γ, γ_R)의 점적률: 0.5~10%>

조직에 잔류 γ을 존재시켜 TRIP 현상을 발현시킴으로써, 연성을 보다 높여 충돌흡수성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해서는 잔류 γ를 0.5% 이상, 보다 바람직하게는 1.0% 이상 존재시키는 것이 좋다. 그러나, 잔류 γ과 같은 경질의 제2상이 다량 존재하여, 상기 페라이트의 점적률이 상대적으로 저하되는 경우 우수한 충돌흡수성을 확보할 수 없으며, 따라서 잔류 γ는 많더라도 10%로 한다.

이와 같이, 잔류 γ를 존재시키기 위해서는, 하기 수학식 3으로 표시되는 KMs가 490 이하를 만족시키는 것이 바람직하다. 상기 KMs는, 오스테나이트 안정화 원소량의 지표이며, 이 값이 작을수록 잔류 γ는 안정적으로 존재하고, 충분한 TRIP 효과의 발현을 기대할 수 있다. KMs는 485이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

<수학식 3>

본 발명은, 상술한 바와 같이, 특히 조직 형태를 제어하는 점에 특징이 있지만, 이러한 조직 형태를 용이하게 제어하는 한편, 또한 우수한 모재인성이나 고강도를 나타내는 강판을 얻기 위해서는, 강판의 성분 조성을 하기와 같이 제어하는 것이 필요하다.

<C: 0.02 내지 0.10%>

C는 강화 원소로서, 페라이트 점적률, 제2상의 크기 또는 잔류 γ의 형성에 기여하는 원소이다. 충분한 강도를 확보하기 위해서는, C 함량을 0.02% 이상으로 조절하는 것이 필요하고, 잔류 γ를 규정량 확보하는 관점으로부터도 상기 함량의 C를 함유시키는 것이 좋으며, 더욱 바람직한 함량은 0.03% 이상이다. 한편, C 함량이 과잉인 경우, 규정량의 페라이트를 확보하기 어려워진다. 또한, 제2상의 원상당 직경이 커져, 우수한 모재인성 및 연성을 확보하기 어렵게 된다. 따라서, C 함량은 0.10% 이하, 바람직하게는 0.08% 이하로 한다.

<Si: 0.05 내지 0.50%>

Si는 탈산제로서 작용하는 원소이며, 또한 페라이트의 고용 강화 원소로서 강도 향상에 기여하기도 한다. 또한, γ의 분해를 억제하는 효과도 가지며, 잔류 γ의 형성에도 기여한다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해서는 Si 함량을 0.05% 이상, 바람직하게는 O.1% 이상으로 한다. 그러나, Si 함량이 지나치게 과잉인 경우, 충돌흡수성 뿐만 아니라 모재인성 또는 HAZ 인성도 저하되기 때문에, Si 함량은 0.50% 이하, 바람직하게는 0.45% 이하로 한다.

<Mn: 1.0 내지 1.6%>

Mn은 탈산제로서 작용하며, 오스테나이트 안정화 원소이기도 하여 잔류 γ의 형성에 기여한다. 또한, 상변태 온도를 저하시켜 페라이트의 미세화에 기여한다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, Mn 함량을 1.0% 이상, 바람직하게는 1.2% 이상으로 한다. 한편, Mn 함량이 지나치게 과잉인 경우, 소입성(燒入性)이 필요이상으로 높아져, 페라이트의 최대 입경이 오히려 커져 연성 저하를 초래한다. 따라서, Mn 함량은 1.6% 이하로 제어한다.

<P: 0.05% 이하 (0%를 포함하지 않음), S: 0.05% 이하 (0%를 포함하지 않음)>

이들 원소는, 강재를 쪼개지기 쉽게 하기 때문에 가능한 소량으로 사용하는 것이 좋으며, 본 발명에서는 P을 0.05% 이하(바람직하게는 0.03% 이하), S를 0.05% 이하(바람직하게는 0.03% 이하)로 한다.

<Al: 0.015 내지 0.06%>

Al은 강재의 탈산에 유효한 원소이며, 또한 강철 중의 고용 N을 AlN으로 고 정하여 연성이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, Al 함량을 0.015% 이상, 바람직하게는 0.02% 이상으로 한다. 한편, Al 함량이 지나치게 과잉인 경우, 경질의 거칠고 큰 비금속 개재물(Al₂O₃)이 생성되어 모재인성이 저하되므로, Al 함량을 0.06% 이하, 바람직하게는 0.04% 이하로 한다.

<N: 0.01% 이하 (0%를 포함하지 않음)>

N은 TiN을 형성하여 HAZ 인성을 개선하므로 우수한 용접성의 확보에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, N을 0.001% 이상(보다 바람직하게는 0.003% 이상) 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, N이 과잉으로 함유되는 경우, TiN이 거칠고 커져 HAZ 인성이 오히려 저하되기 쉽다. 따라서, N 함량을 0.01% 이하, 바람직하게는 0.008% 이하로 한다.

한편, Ti를 함유시켜 TiN을 형성함으로써 HAZ 인성을 확실히 높이는 경우에는, N과 Ti의 함량관계, N, Ti 및 Al의 함량 관계가 후술하는 수학식 4 및 5의 관계를 만족하는 것이 좋다.

하기 수학식 1로 표시되는 Ceq는, 강판 강도의 지표이며, 이 값이 높아짐에 따라 강도가 높아지게 된다. 본 발명에서는, 490 MPa 이상의 인장강도를 달성하는 동시에 우수한 충돌흡수성을 얻기 위해, 상기 Ceq를 0.31 이상, 바람직하게는 0.33 이상으로 한다. 한편, 쪼개짐에 견디는 성질의 관점에서는 상기 Ceq를 0.40 이하로 하는 것이 바람직하다.

<수학식 1>

상기 식에서, C, Si, Mn, Ni, Cr 및 Mo는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

<Di* ≤ 4.0>

하기 수학식 2로 표시되는 Di*은 소입성 특성의 지표이며, 이 값이 높아짐에 따라 소입성이 높아진다. 소입성이 필요이상으로 높아질 경우, 열간 압연후의 냉각에 의해 거칠고 큰 베이나이트(bainite)가 형성되어, 최대 페라이트 입경이 커지고 연성이 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 Di*가 4.0 이하, 바람직하게는 3.8이하이다.

<수학식 2>

상기 식에서, C, Si, Mn, Cr, Mo, Cu, Ni 및 B는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

본 발명에서 규정하는 함유 원소는 상술한 바와 같고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이며, 상기 불가피 불순물은 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라 반입되는 원소의 혼입에 의해 생기는 것이다.

추가로, 본 발명에서는

의 원소를 적극적으로 함유시킬 수 있으며, 이들 원소는 상기 수학식 3으로 정의한 KMs의 산출에서 "마이너스(-)" 항목으로 작용하는 원소로서, 잔류 γ를 안정화시켜 강도와 연성의 균형을 개선시키는데 효과적이다. 그러한 효과를 발휘하기 위해서는, Cu는 0.1% 이상, Ni은 0.1% 이상, Cr은 0.02% 이상, Mo는 0.02% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 이들 원소가 과잉으로 포함될 경우, 소입성이 필요이상으로 높아져 페라이트 입경이 커지고 그에 따라 충돌흡수 에너지는 작아진다. 따라서, Cu는 0.35% 이하, Ni는 0.40% 이하, Cr는 0.20% 이하 및 Mo는 0.08% 이하로 하는 것이 좋다.

<Ti: 0.1% 이하 (0%를 포함하지 않음)>

<Al≥ 1.93× N - 0.564× Ti>

Ti는 TiN을 형성하여 HAZ 인성을 개선하므로 우수한 용접성의 확보에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, Ti를 0.002% 이상(보다 바람직하 게는 0.005% 이상) 함유시키는 것이 좋다. 또한, 상기 TiN의 형성에 의해 HAZ 인성을 확실히 높이기 위해서는, Ti와 N의 함량 관계가 하기 수학식 4를 만족하여, TiN을 미세화하는 것이 효과적이다.

<수학식 4>

상기 식에서, N 및 Ti는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

상기 수학식 4에서 볼 수 있는 바와 같이, Ti에 대한 N의 원자비를 높임으로써 TiN을 미세화할 수 있지만, 과잉의 고용 N이 존재할 경우 HAZ 인성이 오히려 열화된다. 따라서, 본 발명에서는 Ti 및 N이 하기 수학식 5를 만족하도록 Al를 함유시켜, 고용 N을 AlN으로서 고정함으로써 HAZ 인성을 보다 향상시키는 것이 좋다.

<수학식 5>

상기 식에서, Al, N 및 Ti은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

한편, Ti가 과잉으로 포함될 경우, TiN이 거칠고 커져 HAZ 인성이 오히려 열화되기 쉽다. 따라서, Ti 함량은 0.1% 이하, 바람직하게는 0.05% 이하, 더욱 바람직하게는 0.03% 이하이다.

<B: 0.005% 이하 (0%를 포함하지 않음), 및/또는 Nb: 0.05% 이하 (0%를 포함하지 않음)>

B 및 Nb는, 강재의 소입성을 높여 HAZ 부분의 조직을 미세화함으로써 HAZ 인성을 향상시키고 그에 따라 우수한 용접성을 확보하는데 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, B는 0.0003% 이상 및 Nb는 0.01% 이상으로 포함되는 것이 좋다. 그러나, B가 과잉으로 포함될 경우, 소입성이 높아지면서 거칠고 큰 베이나이트(bainite)가 형성되어 최대 페라이트 입경이 커진다. 따라서, B는 0.005% 이하로 한다. 또한, Nb가 과잉으로 포함될 경우, 모재중에 NbC로 석출하여, 모재인성 및 균일신도를 저하시킨다. 따라서, Nb는 0.05% 이하로 한다.

<Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상: 0.1% 이하 (0%를 포함하지 않음)>

Ca, Mg, REM(희토류 원소; La, Ce 등)은, 개재물을 미세화하여 HAZ 인성을 개선하는데 효과적인 원소이며, Ca, Mg 및 REM으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소가 0.001% 이상일 때 상기 효과가 충분히 발휘된다. 그러나, Ca, Mg 및 REM이 과잉 존재할 경우, 상기 효과에 대한 추가 개선이 있는 것은 아니므로, 이들의 총량은 0.1% 이하로 하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 강판의 제조방법은 특별히 한정되지는 않지만, 다음과 같은 공정으로 제조되는 것이 적합하다.

<열간 압연 단계에서의 마무리 압연 온도: 700 내지 850℃>

<열간 압연 단계에서의 마무리 압연시의 압하율: 20% 이상>

열간 압연후 조직을 미세화하는 공정으로, 제조되는 강판의 조직을 확실히 미세화시킬 수 있다. 이때, 마무리 압연 온도가 지나치게 낮을 경우, 페라이트의 형태변화 구역에서 압연하기 때문에 열간 압연후 조직을 미세화할 수 없다. 따라서, 마무리 압연 온도는 700℃ 이상 (보다 바람직하게는 720℃ 이상)으로 하는 것이 좋다. 한편, 마무리 압연 온도가 지나치게 높을 경우, 압연직후 오스테나이트가 회복하여 재결정이 생기기 때문에, 열간 압연후 조직을 미세화할 수 없다. 따라서, 마무리 압연 온도는 850℃ 이하 (보다 바람직하게는 800℃ 이하)로 하는 것이 좋다.

또한, 마무리 압연시에 충분한 가공을 실시하지 않으면 오스테나이트에 충분한 변형을 부여할 수 없어 열간 압연후 조직을 미세화할 수 없으므로, 마무리 압연시의 압하율을 20% 이상 (보다 바람직하게는 40% 이상)으로 한다.

<열간 압연후의 냉각조건: 700℃에서 500℃까지의 온도 범위에서 3℃/s 이상으로 냉각>

열간 압연후, 700℃에서 500℃까지의 온도 범위에서 3℃/s 이상 (보다 바람직하게는 4℃/s 이상)으로 냉각함으로써, 페라이트 상변태 온도의 저하와 상변태된 페라이트의 입자 성장을 억제할 수 있으며, 그 결과 조직, 특히 평균 페라이트 입경을 미세화할 수 있다. 한편, 냉각 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 본 발명의 강판에 있어서 그 상한은 30℃/s 정도로 한다.

<재가열 온도: (Tc1 - 50℃)~(Tc1 + 50℃)에서 3분 이상, 단 Tc1 = 80.67C + 14.10Si + 43.06Mn + 29.73Cr - 102.87Mo - 21.07Cu - 43.27Ni + 729>

열간 압연 및 냉각 이후, 상기 온도범위에서의 재가열에 의해, 상기 열간 압연 공정에서 일부 형성된 펄라이트, 베이나이트 또는 MA를 규정 크기의 페라이트와 미세한 제2상(구상의 세멘타이트 등)으로 만들 수 있다. 또한, 잔류 γ의 형성에도 효과적이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, 특히 재가열 온도를 (Tc1 - 50℃) 이상, 보다 바람직하게는 (Tc1 - 40℃) 이상으로 하여 이 온도에서 3분 이상 (바람직하게는 10분 이상) 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 재가열 온도가 지나치게 높을 경우, MA가 거칠고 커져, 모재인성이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 재가열 온도를 Tc1 + 50℃ 이하, 보다 바람직하게는 Tc1 + 40℃ 이하로 한다.

더욱이, 잔류 오스테나이트를 0.5% 이상 확보하여 TRIP 현상을 발현시킴으로써 연성과 충돌흡수성을 보다 개선시키기 위해서는 상기 재가열을 (Tc1 + 10℃)~(Tc1 + 50℃)의 온도범위에서 3분 이상, 또한 재가열 이후 600℃에서 500℃까지의 온도 범위에서 냉각을 2℃/s 이상의 속도로 수행하는 것이 바람직하다. 재가열을 상기 온도범위에서 수행함에 따라, 탄화물 또는 MA이 부분적으로 오스테나이트로 되고, 상기 속도로의 냉각에 의해 잔류 γ를 실온에서 잔존시킬 수 있다.

본 발명은 특히 두꺼운 강판을 대상으로 하는 것이며, 판 두께는 약 7mm 이상이고, 그 상한은 특별히 한정되지 않지만, 보통 60mm 이하 정도이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 작용효과를 보다 구체적으로 설명하 지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 상술하거나 후술하는 취지에 적합할 수 있는 범위로 적당히 변경하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 이들 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 화학성분 조성의 강재(형상: 120 mm× 170 mm× 200 mm)을 용제법으로 얻었다. 이것을 1200℃에서 30분간 가열한 후, 판 두께가 60mm로 될 때까지 수회 패스 압연하고, 이어서 800℃까지 방냉하고, 다시 수회 패스 압연을 실시하여, 판 두께를 30mm로 만들고 나서 냉각하였다. 최종 패스압연(마무리 압연)은 압하율을 50%로 하여 실시하였다. 최종 패스압연(마무리 압연)에 있어서의 마무리 압연온도, 상기 마무리 압연 이후의 700℃에서 500℃까지 범위에서의 냉각 속도를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 열간 압연후에는 재가열에 의해 상기 온도를 일정시간 유지한 후(재가열 온도 및 유지시간은 하기 표 2에 나타낸다), 600℃에서 500℃까지의 온도 구역을 하기 표 2에 나타내는 속도로 냉각했다.

이렇게 하여 수득된 강판을 이용하여, 하기 요령으로 금속조직을 관찰하는 동시에, 인장특성을 측정하여 충돌흡수성을 평가했다. 또한, 모재인성 및 HAZ 인성을 평가하였다.

<금속조직의 관찰>

금속조직은, 강판의 t/4(t는 판두께, 이하 같음) 부위에 있어서의 C 방향을 관찰할 수 있도록 샘플을 제작하여, 평균 페라이트 입경, 최대 페라이트 입경, 페라이트 점적률, 제2상의 크기, 및 잔류 γ의 점적률을 하기요령으로 측정하였다.

·평균 페라이트 입경

3% 나이탈로 샘플을 부식시킨 후, 주사전자현미경으로 배율 2000배, 10 시야의 사진을 촬영했다. 상기 현미경 사진으로부터 선분법(JISG 0552)으로 평균 페라이트 입경을 구했다.

·최대 페라이트 입경

베라하 시약(성분: Na₂S₂O₃·5H₂O 16g, K₂S₂O 3g, H₂O 94㎖)로 샘플을 부식시킨 후, 광학현미경으로 배율 400배, 10 시야의 칼러 사진을 촬영하고, 같은 콘트라스트의 영역을 동방위의 페라이트 입자와 판별하여, 그 경계를 입계로서 추적하고 화상해석소프트웨어(마이크로미디어사 제품, "Image-pro")로 해석하여 각 페라이트 입자의 면적을 측정하였다. 그리고, 최대 페라이트 입자의 원상당 직경을 최대 페라이트 입경으로 하였다.

·페라이트 점적률

3% 나이탈로 샘플을 부식시킨 후, 광학현미경으로 배율 400배 및 10시야의 사진을 촬영하여, 흰 등축상의 영역을 페라이트, 그 밖의 영역을 제2상으로서 추적하고, 이것을 상기 화상해석소프트웨어로 해석하여 페라이트의 점적률을 구하였다.

·제2상의 평균 원상당 직경

3% 나이탈로 샘플을 부식시킨 후, 주사전자현미경으로 배율 2000배, 3 시야의 사진을 촬영하고, 회색 또는 백색의 콘트라스트 영역을 제2상으로 하고, 각 입자의 면적으로부터 원상당의 직경을 산출하여, 그 평균치를 제2상의 평균 원상당 직경으로 정하였다.

·잔류 오스테나이트 함량(γ _R 함량)

잔류 오스테나이트 함량은, 시료의 포화자화(飽和磁化)를 측정함으로써 산출하였다. 즉, 강판의 t/4 부위로부터 길이 30mm×폭 4mm의 크기로 절단해 내어, 그 표면의 산화막을 에머리(emery)지로 연마하여 제거한 시료를 우선 준비하였다. 이것을, 직류자기측정장치(리겐덴시 주식회사)로서, 인가자장 4k Oe에서 자장을 양극 및 음극에 반전시켜, 각각의 포화자화(gauss)의 평균치를 시료의 포화자화로 산출하였다. 그리고 나서, 상기 측정치를 하기 수학식 6에 대입하여 잔류 오스테나이트 함량(γ_R 함량)을 구했다.

상기 식에서, I는 표준시료의 포화자화이고, I_m은 시료의 포화자화이다.

<인장특성의 측정 및 충돌흡수성의 평가>

각 강판의 t/4 부위로부터, 압연 방향에 대하여 직각의 방향으로 JIS Z2201의 4호 시험편을 채취하여, JISZ 2241의 방법에 따라 인장력 시험을 수행하고, 항 복점(YP), 인장강도(TS), 최고하중점에서의 신장율(UE)을 측정하였다. 그 다음 충돌흡수성을 TS× UE 으로 평가하였다. 여기서, TS가 490 MPa 이상이고, UE이 15% 이상을 만족하는 것으로서, TS× UE가 9000 (MPa·%) 이상인 것을 충돌흡수성이 우수한 것으로 평가하였다.

<모재인성의 평가>

각 강판의 t/4 부위로부터 JIS Z2202의 V 노치 시험편을 채취하여, JIS Z2242의 방법에 따라 충격시험을 수행하여, 파면천이온도(vTrs) 및 시험온도 -60℃에서의 흡수에너지(vE_-60)를 측정하였다. 그리고, vTrs가 -60℃ 이하이고, vE_-60이 150 J 이상인 경우를 모재인성이 우수한 것으로 평가하였다.

후술하는 실험예 1 내지 15에 대해서 HAZ 인성을 평가하였다. 먼저, 용접했을 때의 이음새 근방의 열 영향부를 모의(模擬)하고, 샘플(크기: 12.5 mm× 55 mm× 120 mm)을 1350℃에서 5초간 가열한 후, 800℃에서 500℃까지의 온도 영역을 40초간 냉각하였다. 그 다음, 열처리된 샘플로부터 JIS Z2202의 시험편을 잘라내어, JIS Z2242의 방법에 따라 샤르피 충격 시험을 실시하여 시험온도 -20℃에서의 흡수에너지(vE_-20)를 측정하였다. 여기서, vE_-20가 10OJ 이상인 경우를 HAZ 인성이 우수한 것으로 평가하였다.

상기 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.

상기 표 1 내지 4의 결과로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 규정한 조건을 만족하는 실험예 1 내지 11, 16, 17 및 25의 강판은 충격흡수성이 우수함과 동시에 모재인성이 우수하였다. 특히, 규정량의 잔류 γ를 포함하는 실험예 4 내지 11, 및 25는 충격흡수성 및 모재인성과 함께, HAZ 인성이 우수할 뿐만 아니라 양호한 용접성도 나타내었다. 이에 반해, 본 발명의 규정을 만족하지 않은 실험예 12 내지 15, 및 18 내지 21은 각각 하기와 같은 불량한 물성을 나타내었다.

실험예 12는 C 함량이 과도하여, 최대 페라이트 입경이 상한을 초과함에 따라 충돌흡수성 및 모재인성이 저하되었다. 실험예 13은 Si 함량이 과도하여, 충돌흡수성 뿐만 아니라 모재인성 및 HAZ 인성도 저하되는 결과를 얻었다. 실험예 14는 Mn 함량이 부족하여 강도가 불충분하였다. 또한, 실험예 15는 Mn 함량이 과도하여, 최대 페라이트 입경이 상한을 초과하였으며, 그 결과, 우수한 충돌흡수성을 확보하지 못하였다.

실험예 18 내지 21의 강판은 바람직한 조건으로 제조되지 않아 규정의 조직이 얻어지지 않은 예로서, 실험예 18은 페라이트 분율이 작고, 제2상의 크기가 커서 충돌흡수성 및 모재인성이 불량하였다. 실험예 19 및 21은 평균 페라이트 입경, 최대 페라이트 입경이 동시에 크면서, 제2상의 크기도 크기 때문에, 충돌흡수성 및 모재인성이 불량하였다. 실험예 20은 제2상의 크기가 지나치게 크기 때문에, 충돌흡수성 및 모재인성이 불량하였다.

실험예 22는 최대 페라이트 입경이 지나치게 크고, 실험예 23은 평균 페라이트 입경이 지나치게 크며, 또한 실험예 24는 페라이트 분율이 지나치게 작아, 이들 모두 충돌흡수성이 불량하였다.

본 발명의 강판은 높은 충돌흡수성과 함께 우수한 모재인성을 나타내어, 선체외벽에 사용할 경우, 선박끼리의 충돌이나 선박의 좌초 등이 발생하더라도 선박내로의 침수나 적하, 연료 등의 유출을 방지할 수 있다.

Claims

질량% 기준으로, C 0.02 내지 0.10%, Si 0.05 내지 0.50%, Mn 1.0 내지 1.6%, P 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), S 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), Al 0.015 내지 0.06%, N 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,

하기 수학식 1로 표시되는 Ceq의 값이 0.31 이상이고, 하기 화학식 2로 표시되는 Di*의 값이 4.0 이하이고,

금속 조직이, 조직 전체에 대한 페라이트 점적률 90%(면적%) 초과, 평균 페라이트 입경 3 내지 12㎛, 최대 페라이트 입경 40㎛ 이하, 및 제2상의 평균 원상당 직경 0.8㎛ 이하를 만족하며,

인장강도가 490 MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 충격흡수성 및 모재인성이 우수한 강판:

<수학식 1>

<수학식 2>

상기 식에서, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Cu 및 B는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타 낸다.
제1항에 있어서,

하기 수학식 3으로 표시되는 KMs가 490 이하이고, 금속조직이 잔류 오스테나이트를 0.5 내지 10% 포함하는, 강판:

<수학식 3>

상기 식에서, Mn, Cu, Ni, Cr 및 Mo는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Cu 0.35% 이하(0%를 포함하지 않음), Ni 0.40% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr 0.20% 이하(0%를 포함하지 않음), 및 Mo 0.08% 이하(0%를 포함하지 않음)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ti 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, Ti, N 및 Al이 하기 수학식 4 및 5를 만족하는, 강판:

<수학식 4>

<수학식 5>

상기 식에서, N, Ti 및 Al은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제3항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ti 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, Ti, N 및 Al이 하기 수학식 4 및 5를 만족하는, 강판:

<수학식 4>

<수학식 5>

상기 식에서, N, Ti 및 Al은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 B 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 Nb 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 이들 둘다를 포함하는, 강판.
제3항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 B 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 Nb 0.05% 이하(0% 를 포함하지 않음), 또는 이들 둘다를 포함하는, 강판.
제4항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 B 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 Nb 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 이들 둘다를 포함하는, 강판.
제5항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 B 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 Nb 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), 또는 이들 둘다를 포함하는, 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.
제3항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.
제4항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.
제5항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.
제6항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.
제7항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.
제8항에 있어서,

추가의 다른 원소로서 Ca, Mg 및 REM 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하는, 강판.