KR20130075565A - 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재 - Google Patents

용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화가스 저장 탱크 및 수송설비 등 액화가스 분위기의 저온으로부터 실온까지 광범위의 온도에 사용되는 구조용 강재에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 강재는 중량%로, 망간(Mn): 15~35%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5%이하(0%는 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57(0%는 제외)의 조건을 충족하는 범위, 티타늄(Ti): 0.5%이하, 니오븀(Nb): 0.5%이하, 바나듐(V): 0.5%이하, 질소(N): 1%이하로 포함하고, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 것을 특징으로 한다.
단, 여기서 각 수식의 Mn, C, Cr, Ti, Nb, V, N 은 각각 해당원소의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것을 의미한다.

Description

용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재{AUSTENITIC STEEL WITH EXCELLENT CRYOGENIC TOUGHNESS IN HEAT AFFECTED ZONE}
본 발명은 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화가스 저장 탱크 및 수송설비 등 액화가스 분위기의 저온으로부터 실온까지 광범위의 온도에 사용되는 구조용 강재에 관한 것이다.
액화천연가스 (LNG, Liquefied Natural Gas, 비등점: -164℃), 액체산소 (Liquefied Oxygen, 비등점: -183℃), 액체질소 (Liquefied Nitrogen, 비등점: -196℃) 등과 같은 액화가스는 극저온 저장을 필요로 한다. 그러므로 이들 가스를 저장하기 위해서는 극저온에서 충분한 인성과 강도를 가지는 재료로 이루어지는 압력용기 등의 구조물이 필요하다.
액화가스 분위기의 저온에서 사용 가능한 재료로서 종래부터 AISI304등의 Cr-Ni계 스테인레스 합금이나 9% Ni강 및 5000계열의 알루미늄 합금 등이 사용되어 왔다. 그러나 알루미늄 합금의 경우 합금 비용이 높고 낮은 강도로 인해 구조물의 설계 두께가 증가하게 되며 용접 시공성도 좋지 않아 사용이 제한적이라는 문제를가진다. Cr-Ni계 스테인레스와 9% Ni강 등은 알루미늄의 물성상의 문제점은 많이 극복하였으나 고가의 니켈 함유로 인해 제조 비용이 상승하는 등 적용에 문제가 되어 왔다.
이를 해결하기 위해 고가인 니켈 함량을 저감하여 대신 망간, 크롬 등을 첨가한 기술로서 대한민국 특허공개번호 1998-0058369호와 국제공개번호 WO2007/080646호를 들 수 있다. 상기 대한민국 특허공개번호 1998-0058369은 니켈 함량을 1.5~4%까지 감소시키고 대신 망간, 크롬을 각각 16~22%, 2~5.5% 첨가하여 오스테나이트 조직을 확보함으로써 극저온 인성을 향상시킨 기술이며 국제공개번호 WO2007/080646은 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 발명들 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 미국특허번호 US4257808은 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, 대한민국 특허공개번호 1997-0043149는 13%의 망간을 첨가하여 오스테나이트와 페라이트의 이상역 온도구간에서 4회의 반복열처리를 통해 결정립을 미세화한 후 템퍼링하여 극저온인성을 향상시킨 기술이다. 상기 특허들은 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.
대한민국 특허공개번호 1991-0012277는 니켈을 완전히 배제하는 대신 다량의 망간, 16~35% 및 0.1~0.5% 탄소를 첨가하여 오스테나이트를 안정화 시키고 알루미늄을 1~8%첨가한 극저온 특성이 우수한 고망간강에 대한 기술이며 일본특허공개번호 2007-126715는 15~40% 망간 첨가를 통해 오스테나이트와 입실런 마르텐사이트 혼합조직을 얻음으로써 저온 인성이 우수한 고망간을 얻을 수 있음을 보고하고 있다. 그러나, 탄소의 함량이 낮아 일부 입실런 마르텐사이트 등의 극저온에서 불안정한 조직의 생성으로 인성 열화의 우려가 있으며 알루미늄 첨가로 인해 주조 결함 발생 가능성이 증가하는 등의 문제점이 있다. 망간의 함량이 낮은 경우 오스테나이트를 안정화 시키기 위해서는 탄소의 함량을 증가시켜야 하며 이는 탄화물 형성으로 인해 인성을 열화시킬 우려가 있다. 극저온 인성을 확보하기 위해서는 탄화물 석출 억제가 필요하며 모재의 경우 제조 과정 중 가속 냉각을 통해 억제가 가능하나 용접 열영향부와 같이 냉각 속도의 제어가 용이하지 않은 경우 열영향부에서 탄화물의 석출이 발생하고 이는 극저온 인성을 급격히 열화시키게 된다. 따라서 망간과 탄소의 적절한 제어를 통해 오스테나이트를 안정화시키고 망간 대비 탄화물 형성에 효과적인 합금원소 첨가를 통해 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한, 경제적인 저원가의 극저온용 강재를 개발할 필요가 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 한가지 측면에 따르면, 강재의 성분에서 니켈을 배제한 저원가의 극저온용강재가 제공된다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로부터 충분히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 강재는 중량%로, 망간(Mn): 15~35%, 탄소(C): 23.6C + Mn ≤ 28 및 33.5C - Mn ≤ 23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5%이하(0%는 제외), 크롬(Cr): 28.5C + 4.4Cr ≤ 57 (0%는 제외)의 조건을 충족하는 범위, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 것을 특징으로 한다.
단, 여기서 각 수식의 Mn, C, Cr, Ti, Nb, V, N는 각각 해당원소의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것을 의미한다.
그리고, 용접 열영향부의 오스테나이트 조직이 면적분율로 95% 이상인 것이 유리하다.
또한, 용접 열영향부에서의 양호한 극저온 인성을 가지기 위해서 용접 열영향부내 오스테나이트 입계에 존재하는 탄화물이 면적분율로 5% 이하인 것이 유리하다.
본 발명의 일측면에 따른 유리한 강재는 필요에 따라, 티타늄(Ti): 0.5%이하, 니오븀(Nb): 0.5%이하, 바나듐(V): 0.5%이하, 질소(N): 1%이하 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 니켈 및 알루미늄을 첨가하지 않으면서도 망간의 함량을 비교적 낮은 범위로 제어할 수 있어, 저비용의 강재를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 저온에서 안정한 오스테나이트 상을 형성하고, 구리에 의해 탄화물 형성을 효과적으로 억제함으로써 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 구조용 강재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 제어하는 탄소 및 망간의 범위를 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강판의 상온 광학 미세조직 사진, 그리고
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 강판의 -196℃에서의 샤르피 충격시험 후 파면을 사진으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 발명자들은 니켈을 첨가하지 않는 강재가 극저온에서 유리한 인성을 얻기 위해서는, 강재의 유리한 성분계와 함께, 강재의 주조직을 오스테나이트 조직으로 할 필요가 있으며, 특히 용접 열영향부에서의 오스테나이트 입계에 탄화물 생성을 제어할 필요가 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 본 발명의 일측면에 따른 강재의 유리한 성분계는 중량%로, 망간(Mn): 15~35%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥ 28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5%이하(0%는 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0%는 제외)의 조건을 충족하는 범위, 티타늄(Ti): 0.5%이하, 니오븀(Nb): 0.5%이하, 바나듐(V): 0.5%이하, 질소(N): 1%이하로 포함하고 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가진다. 단, 여기서 각 수식의 Mn, C, Cr, Ti, Nb, V, N은 각각 해당원소의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것을 의미한다(예를 들면 Mn이 20중량%의 경우에는 20을 대입하면 됨). 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 발명과 같은 고망간강에 첨가되는 중요한 원소로서, 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. 모재의 경우 제조 과정중 가속 냉각을 통해 탄화물 석출을 억제할 수 있으나 용접 열영향부는 냉각 속도 제어가 쉽지 않으므로 본 발명에서는 탄화물 석출 억제에 매우 효과적인 원소인 구리를 첨가하는 것이다. 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.
또한, 본 발명의 한가지 측면에 따른 강재는 상기 조성에 덧붙여서 필요에 따라, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 바나듐(V) 또는 질소(N)을 하기하는 범위 내로 더 포함할 수 있다. 상기 성분들은 단독으로 포함거나 2종 이상이 복합적으로 포함될 수 있다.
티타늄(Ti): 0.5% 이하
니오븀은 고용, 석출경화 효과를 통해 강도를 증가시키는 원소이며, 특히 용접 열영향부에서 티타늄 탄.질화물로 인해 결정립 성장을 억제하여 강도의 열화를 방지할 수 있는 유리한 원소이다. 다만, 0.5%를 초과하여 첨가하는 경우 조대한 석출물이 생성되어 오히려 강재의 물성을 열화시키므로 그 함량의 상한은 0.5%로 한정하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.5% 이하
니오븀은 고용, 석출경화 효과를 통해 강도를 증가시키는 원소이며, 특히 강의 재결정 정지온도(Tnr)를 증가시켜 저온 압연시 결정립 미세화를 통해 항복강도를 향상시킬 수 있으나, 0.5%를 초과하여 첨가하는 경우 조대한 석출물이 생성되어 오히려 강재의 물성을 열화시키므로 그 함량의 상한은 0.5%로 한정하는 것이 바람직하다.
바나듐 (V): 0.5% 이하
바나듐은 고용, 석출경화 효과를 통해 강도를 증가시키는 원소이나 0.5%를 초과하여 첨가하는 경우 조대한 석출물이 생성되어 오히려 강재의 물성을 열화시키므로 그 함량의 상한은 0.5%로 한정하는 것이 바람직하다.
질소(N): 1% 이하
질소는 탄소와 더불어 오스테나이트를 안정화시키는 원소이며, 특히 탄소와 같이 고용 강화를 통해 강도를 향상시키는데 매우 유리한 원소이다. 다만, 1%를 초과하여 포함되는 경우 조대한 질화물이 형성되어 강재의 물성을 열화시킨다. 따라서, 상기 질소의 함량은 1% 이하로 한정하는 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.
상기 강재의 용접 열영향부 내 오스테나이트는 면적분율로 95% 이상이다. 즉, 본 발명의 강재는 용접되어 용접 열영향부를 가지는 강재를 포함하는 개념으로서 그 내부조직 중 오스테나이트의 비율은 면적분율로 95% 이상인 것이 바람직하다. 상술한 오스테나이트 조직의 비율은 -196℃에서 41J 이상의 인성을 가지기 위해서 필요한 범위이다. 상술한 오스테나이트 조직의 면적분율은 강재내 석출물이나 개재물을 고려하지 않은 각 조직들 사이의 면적분율을 의미하는 것임에 유의할 필요가 있다.
또한, 본 발명의 강재는 용접열영향부에서의 오스테나이트 입계에 존재하는 탄화물의 비율이 면적분율로 5% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 탄화물은 용접열영향부의 인성을 감소시키는 유해한 성분으로서 가급적 형성되지 않는 것이 바람직하다. 상기 탄화물의 비율은 전체 면적 중 탄화물이 차지하는 비율임에 유의할 필요가 있다.
본 발명의 강재는 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명의 기술분야에서 널리 알려진 방법을 이용하여 용이하게 제조할 수 있을 것이다. 다만, 본 발명의 강재는 상술한 성분계를 만족하는 소재를 열간압연(조압연 및 사상압연) 및 냉각 공정을 통해 제조되거나 혹은 추가적인 열처리를 통하여 제조될 수 있다.
뿐만 아니라, 용접 열영향부를 가지는 본 발명의 강재는 모재를 준비하고, 용접한 후, 냉각할 때 용접 열영향부의 냉각속도를 10℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 냉각속도는 본 발명과 같이 탄화물 형성원소인 Cr, C의 첨가량이 큰 경우에도 용접 열영향부에 탄화물이 형성되지 않도록 하는 최소 온도인 것이다. 상기 냉각속도의 상한은 특별히 한정할 필요 없지만, 통상 100℃/s 이하의 범위에서 결정된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 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 1에 기재된 성분계를 충족하는 슬라브를 표 2에 개시한 바와 같은 조건으로 가열-열간압연-냉각-용접하여 강재를 제조한 후 미세조직, 항복강도, 인장강도, 연신율, 용접 열영향부 (HAZ) 샤르피 충격인성 등을 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
구분
(중량%)		 Mn C 23.6C+Mn 33.5C-Mn Cu Cr 28.5C+4.4Cr Ti Nb V N
발명예1 18.12 0.62 32.8 2.7 0.12 0.2 17.9 0.002 0.012
발명예2 18.15 0.91 39.6 12.3 0.3 0.1 26.4 - 0.013
발명예3 21.98 0.59 35.9 -2.2 0.08 2.76 29.0 0.01 0.02 0.001 0.017
발명예4 30.6 0.28 37.2 -21.2 0.12 1.2 13.3 - 0.13
발명예5 30.5 0.29 37.3 -20.8 0.13 0.2 9.1 0.02 0.02 0.02 0.021
발명예6 25.4 0.37 34.1 -13.0 1.12 3.85 27.5 0.02 0.018
발명예7 18.13 0.61 32.5 2.3 1.5 1.25 22.9 - 0.012
발명예8 24.32 1.06 49.3 11.2 1.25 0.8 33.7 0.01 0.02 0.001 0.023
발명예9 15.2 0.95 37.6 16.6 2.1 0.4 28.8 - 0.009
비교예1 17.03 0.26 23.2 -8.3 　 　 7.4 　 0.009
비교예2 18.25 1.36 50.3 27.3 　 　 38.8 　 0.011
비교예3 14.2 0.67 30.0 8.2 　 　 19.1 　 0.008
비교예4 12.5 0.81 31.6 14.6 　 　 23.1 　 0.006
비교예5 21.54 0.63 36.4 -0.4 5.15 　 18.0 　 0.015
비교예6 10.51 0.42 20.4 3.6 　 　 12.0 　 0.009
비교예7 14.6 0.94 36.8 16.9 　 　 26.8 　 0.012
비교예8 22 1.15 49.1 16.5 6.5 61.4 0.01 0.016
비교예9 15 0.97 37.9 17.5 2.12 0.41 29.4 0.009
구분 가열로 온도 (℃) 압연종료온도 (℃) 냉각속도 (℃/s) 용접열영향부 냉각속도 (℃/s)
발명예1 1160 920 5.2 18
발명예2 1160 925 11.5 25
발명예3 1140 895 15.3 28
발명예4 1180 887 3.54 12
발명예5 1180 932 3.62 12
발명예6 1160 875 18.7 16
발명예7 1160 912 16.7 21
발명예8 1140 896 25.4 32
발명예9 1160 926 18.4 22
비교예1 1160 859 4.15 9
비교예2 1140 921 12.6 16
비교예3 1160 918 8.42 12
비교예4 1160 915 5.62 13
비교예5 1140 - - -
비교예6 1160 875 3.85 8
비교예7 1160 907 9.45 16
비교예8 1140 945 17.4 15
비교예9 1160 925 18.5 7.2
구분 용접 열영향부 탄화물 면적 분율(%) 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 용접 열영향부 -196℃ 샤르피 충격값(J)
발명예 1 0.8 363 1006 70 62
발명예 2 0.8 372 972 58 73
발명예 3 0.6 432 984 48 131
발명예 4 0 385 865 54 125
발명예 5 0 365 845 57 134
발명예 6 0.3 470 896 45 135
발명예 7 0.2 405 1012 56 65
발명예 8 1 442 1013 56 116
발명예 9 1.1 407 1021 42 70
비교예 1 0(오스테나이트+입실런마르텐사이트) 342 826 35 26
비교예 2 16.5 403 692 5 5
비교예 3 1.2 327 821 38 23
비교예 4 5.6 342 864 35 7
비교예 5 - - - - -
비교예 6 0(오스테나이트+페라이트) 352 765 12 4
비교예 7 6.7 356 832 31 21
비교예 8 12.6 430 912 6 3
비교예 9 9.7 411 726 18 8
발명예1 내지 9는 본 발명에서 제어하는 성분계 및 조성범위를 만족하는 강종으로서, 용접 열영향부내 탄화물 형성을 면적 분율로 5%이하로 제어하고 안정한 오스테나이트가 얻어지며 극저온에서 우수한 인성을 얻을 수 있음을 보여 주고 있다. 비교적 낮은 망간 함량 범위에서도 적절한 함량의 탄소 첨가로 인해 안정한 오스테나이트가 얻어지며 특히 탄소의 함량이 높은 경우 구리 첨가를 통해 탄화물 형성을 억제할 수 있으며 강도 향상 및 오스테나이트 안정도 향상으로 충격 인성이 향상됨을 확인할 수 있다. 특히 발명예9는 구리를 약 2.1% 첨가하여 탄화물이 효과적으로 억제되었음을 알 수 있으며 이는 구리를 첨가하지 않은 비교예7에 비하여도 상기 효과가 보다 우수함을 알 수 있다.
이에 반해, 비교예1은 탄소의 함량이 본 발명에서 제어하는 범위에 해당하지 않아 오스테나이트 안정화 효과가 부족하여 준 안정상인 입실런 마르텐사이트의 형성으로 인해 인성이 좋지 못함을 확인 할 수 있다.
또한, 비교예2는 탄소의 함량이 본 발명에서 제어하는 범위를 초과하여 첨가됨으로써 탄화물이 형성되어 연신율 및 인성이 저하됨을 확인할 수 있다. 또한, 비교예3 및 4는 탄소는 본 발명에서 제어하는 범위에 해당되지만 망간의 함량이 부족하여 극저온에서의 오스테나이트 안정성이 감소하여 극저온에서의 충격시험 시 오스테나이트의 가공유기변태로 인해 충격 인성이 좋지 못함을 확인할 수 있다.
또한, 비교예5는 망간 및 탄소의 함량은 본 발명에서 제어하는 범위에 해당하지만 구리가 본 발명이 제어하는 범위 이상으로 첨가되어 재료의 열간가공성이 급격히 열화되어 열간가공 시 심한 크랙이 발생하여 건전한 압연재를 얻을 수 없다.
또한, 비교예6은 망간 및 탄소 함량 모두 본 발명에서 제어하는 범위에 해당하지 않으며 이로 인해 페라이트가 형성되어 충격 인성이 좋지 못함을 확인할 수 있다.
또한, 비교예7은 망간의 함량이 본 발명에서 제어하는 범위에 해당하지 않아 극저온에서의 오스테나이트 안정성이 감소하여 극저온에서의 충격시험 시 오스테나이트의 가공유기변태로 인해 충격 인성이 좋지 못함을 확인할 수 있다.
또한, 비교예8은 탄소 및 망간 함량 모두 본 발명에서 제어하는 범위에 해당하지만 크롬이 본 발명에서 제어하는 범위 이상으로 첨가됨으로 인해 탄화물이 석출하여 충격 인성이 좋지 못함을 확인할 수 있다.
또한, 비교예9는 조성은 본 발명에서 규정하는 범위를 충족하나, 용접 열영향부의 냉각속도가 10℃/s에 미달하는 경우로서, 탄화물이 다량 생성됨으로써 저온 인성이 좋지 못함을 알 수 있었다.
도 2는 상기 발명예3에 따라 제조된 강판의 미세조직 사진을 나타낸 것으로, 모든 조직이 오스테나이트와 면적 분율로 5%이내의 탄화물로 이루어짐을 확인할 수 있으며 도 3은 동일 발명예의 극저온 충격 시험편의 파면 사진을 나타낸 것으로 연성파괴의 형상을 보여주고 있어, 본 발명의 성분계 및 조성범위 제어에 의해 오스테나이트 안정화가 효과적으로 가능했음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

Claims (6)

  1. 중량%로, 망간(Mn): 15~35%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5%이하(0%는 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0%는 제외)의 조건을 충족하는 범위로 포함하고, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 용접 열영향부 극저온 인성이 우수한 오스테나이트 강재.
    단, 여기서 각 수식의 Mn, C, Cr 은 각각 해당원소의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것을 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서, 용접 열영향부에서의 오스테나이트 조직이 면적분율로 95% 이상인 용접 열영향부 인성이 우수한 오스테나이트 강재.
  3. 제 1 항에 있어서, 용접 열영향부에서의 오스테나이트 입계에 존재하는 탄화물이 면적분율로 5% 이하인 용접 열영향부 인성이 우수한 오스테나이트 강재.
  4. 제 1 항에 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 중량%로, 티타늄(Ti): 0.5%이하, 니오븀(Nb): 0.5%이하, 바나듐(V): 0.5%이하 및 질소(N): 1%이하 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 추가적으로 포함하는 용접 열영향부 인성이 우수한 오스테나이트 강재.
  5. 중량%로, 망간(Mn): 15~35%, 탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, 구리(Cu): 5%이하(0%는 제외), 크롬(Cr): 28.5C+4.4Cr≤57 (0%는 제외)의 조건을 충족하는 범위로 포함하고, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 모재를 준비하는 단계;
    상기 모재를 용접하는 단계;
    상기 용접된 용접 열영향부를 10℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 용접 열영향부 인성이 우수한 오스테나이트 강재의 제조방법.
    단, 여기서 각 수식의 Mn, C, Cr 은 각각 해당원소의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것을 의미한다.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 강재는 중량%로, 티타늄(Ti): 0.5%이하, 니오븀(Nb): 0.5%이하, 바나듐(V): 0.5%이하 및 질소(N): 1%이하 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 추가적으로 포함하는 용접 열영향부 인성이 우수한 오스테나이트 강재의 제조방법.
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