KR20140079861A

KR20140079861A - 어레스트성이 우수한 고강도 후강판

Info

Publication number: KR20140079861A
Application number: KR1020147013890A
Authority: KR
Inventors: 기요타카 나카시마; 데페이 오카와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-27
Also published as: KR101444646B1; WO2013150687A1; CN103958715B; TWI463018B; JP5445720B1; TW201341543A; CN103958715A; JPWO2013150687A1

Abstract

이 고강도 후강판은 탄소당량 Ceq.가 0.3 내지 0.5％인 성분 조성을 갖고, 면적률로 70％ 이하인 페라이트와, 면적률로 30％ 이상의 베이나이트를 함유하는 마이크로 조직을 갖고, 판 두께의 1/4부에서는, 결정 방위차가 15° 이상인 결정립계의 단위 면적당의 총 길이인 결정립계 밀도가 400 내지 1000㎜/㎟임과 함께, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률이 10 내지 40％이고, 상기 판 두께의 1/2부에서는, 상기 결정립계 밀도가 300 내지 900㎜/㎟임과 함께, 상기 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률이 40 내지 70％이다.

Description

어레스트성이 우수한 고강도 후강판 {HIGH-STRENGTH THICK STEEL PLATE HAVING EXCELLENT ARRESTABILITY}

본 발명은 어레스트성이 우수한 고강도 후강판에 관한 것이다.

본원은 2012년 4월 6일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-087384호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

조선, 건축, 탱크, 해양 구조물, 라인 파이프 등의 구조물에 사용되는 후강판에는 구조물의 취성 파괴를 억제하기 위해, 취성 파괴가 전파되는 것을 억제하는 능력인 어레스트성(취성 파괴 전파 정지 성능)이 요구된다. 최근, 구조물의 대형화에 수반하여, 항복 응력이 390 내지 690㎫, 판 두께가 60 내지 95㎜인 고강도 후강판을 사용하는 경우가 많아지고 있다. 그러나, 상기한 어레스트성은 일반적으로 강도 및 판 두께 각각에 상반되는 경향이 있다. 이로 인해, 고강도 후강판에 있어서 어레스트성을 향상시키는 기술이 요망되고 있다.

어레스트성을 향상시키는 방법으로서, 예를 들어 결정립경을 제어하는 방법, 취화 제2상을 제어하는 방법 및 집합 조직을 제어하는 방법이 알려져 있다.

결정립경을 제어하는 방법으로서는, 특허문헌 1 내지 3, 21에 기재된 기술이 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 페라이트를 모상으로 하고, 이 페라이트를 미립화함으로써, 어레스트성을 향상시킨다. 그와 같은 미립 페라이트를 얻기 위해, 표리층부로부터 주조편 두께 중심 방향으로 주조편 두께의 1/8 이상이 Ar3 이하로 되도록 냉각하여, 극저온 영역에서 압연을 행하고, 그 후 Ac3을 초과하는 온도까지 복열시켜, 페라이트를 재결정시킬 필요가 있다.

특허문헌 2, 3에 기재된 기술에서는 페라이트를 모상으로 하고, 표층부를 일단 Ar1 이하로 냉각하고, 그 후 표층부가 복열되는 과정에서 압연을 행함으로써, 미세한 페라이트 재결정립을 얻는다.

특허문헌 21에 기재된 기술에서는 페라이트의 장축 방향의 평균 결정립경을 5㎛ 이상이고 종횡비가 2 이상 또는 구오스테나이트립의 장축 방향의 평균 입경을 10㎛ 이상이고 종횡비가 2 이상으로 함으로써, 취성 균열 전파 정지 특성을 높이고 있다.

또한, 취화 제2 상을 제어하는 방법으로서는, 특허문헌 4에 기재된 기술이 있다.

특허문헌 4에 기재된 기술에서는 모상이 되는 페라이트 중에 미세한 취화 제2 상(예를 들어, 마르텐사이트)을 분산시킴으로써, 취성 균열 선단부에 있어서 취화 제2 상에 미소 균열을 발생시켜, 균열 선단부의 응력 상태를 완화시킨다.

또한, 집합 조직을 제어하는 방법으로서는, 특허문헌 5 내지 17에 기재된 기술이 있다. 특허문헌 5 내지 17에 기재된 기술에서는 집합 조직으로서 X선면 강도비를, 예를 들어 표층부, 판 두께의 1/4부, 판 두께의 1/2부의 각 판 두께 위치에서 제어함으로써, 균열의 전파 방향을 변화시켜, 어레스트성을 향상시킨다.

또한, 결정립경과 집합 조직의 양쪽을 제어하는 방법으로서는, 특허문헌 18 내지 20에 기재된 기술이 있다.

특허문헌 18에 기재된 기술에서는 판 두께의 1/2부의 페라이트 분율을 80％ 이상으로 하여, 결정립경과 X선면 강도비를 제어함으로써, 어레스트성을 향상시킨다.

특허문헌 19에 기재된 기술에서는 표층과 판 두께의 1/2부의 결정립경과 X선으로 측정한 집합 조직 강도비를 제어시킴으로써, 어레스트성을 향상시킨다.

특허문헌 20에 기재된 기술에서는 표층과 판 두께의 1/2부의 결정립경과 외부 응력에 대해 수직인 {100}면의 면적률을 제어함으로써, 어레스트성을 향상시킨다.

일본 특허 출원 공개 소61-235534호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-221619호 공보 일본 특허 출원 공개 평5-148542호 공보 일본 특허 출원 공개 소59-47323호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-045174호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-069380호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-111165호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-111166호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-169467호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-169468호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-214652호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-214653호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-214654호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-185343호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-221585호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-235458호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-047805호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-068952호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-214116호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-302993호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-156751호 공보

특허문헌 1 내지 3에 기재된 기술에서는, 강판 표리층부의 페라이트의 재결정을 이용하여 페라이트를 주체로 하고 있으므로, 고강도이고, 또한 판 두께가 두꺼운 강판으로 하는 것이 곤란하다. 또한, 특허문헌 1 내지 3, 21에 기재된 기술과 같이, 결정립경의 제어만으로는, 고강도이고 또한 판 두께가 두꺼운 강판으로 어레스트성을 향상시키는 것은 곤란하다. 또한, 냉각, 압연, 복열 공정을 거칠 필요가 있어, 제조 프로세스가 복잡해지므로, 안정된 재질을 얻는 것은 극히 곤란하다. 또한, 이와 같은 제조 프로세스에서는, 강판면의 냉각이 불균일해지는 것에 기인한 형상 불량이 발생하기 쉽다. 형상 불량이 발생한 경우, 형상 교정에 많은 비용을 필요로 한다.

또한, 특허문헌 4에 기재된 기술에서는, 페라이트 중에 마르텐사이트를 분산시키고 있으므로 취성 균열 발생 특성이 현저하게 열화되어 버린다. 또한, 페라이트를 주체로 하고 있으므로, 상기와 마찬가지로 고강도이고 또한 판 두께가 두꺼운 강판으로 하는 것이 곤란하다. 또한, 취화 제2 상의 제어만으로는, 고강도이고 또한 판 두께가 두꺼운 강판으로 어레스트성을 향상시키는 것은 곤란하다.

또한, 특허문헌 5 내지 17, 19 및 21에 기재된 기술에서는, 고강도이고 또한 판 두께가 두꺼운 강판의 어레스트성을 향상시키기 위해 가장 효과적인 인자인 결정립경의 제어를 행하고 있지 않다. 즉, 집합 조직의 제어만으로는, 고강도이고 또한 판 두께가 두꺼운 강판으로 어레스트성을 비약적으로 향상시킬 수 없다. 또한, X선면 강도비는 국소적인 집합 조직을 나타내고 있는 것이므로, 편차가 크다. 이들 기술은 어레스트성을 향상시키고 또한 열간 압연 시에 높은 생산성이 얻어지는 기술이 아니다. 애당초 특허문헌 5 내지 8, 11 및 21의 기술은 판 두께 방향의 취성 균열 전파 정지 특성을 높이는 기술이고, 본원과 같은 강판 표면에 평행한 방향, 예를 들어 압연 방향과 수직 또는 평행한 방향의 취성 균열 전파 정지 특성의 향상에 관한 기술이 아니다. 이와 같은 기술에 의해, 강판 표면에 평행한 방향의 취성 균열 전파 정지 특성의 향상을 도모할 수는 없다.

특허문헌 9 및 10에 개시된 강판의 어레스트성은 가장 높은 것이라도, 판 두께 60㎜이고 －10℃에서의 Kca가 6500 내지 6600Nㆍ㎜^－0.5 정도이다. 이 레벨은 －20℃에서의 Kca가 6000Nㆍ㎜^－0.5 이하라고 생각되어, 가일층의 어레스트성 향상이 필요하다.

특허문헌 12, 13, 16 및 19에는 높은 어레스트성을 얻기 위한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 판 두께 방향에서 특이한 집합 조직을 형성하기 위해, 판 두께 중앙부의 온도가 Ar3점 －10℃ 이하, Ar3점 －50℃ 이상의 온도 영역에 있어서 누적 압하율 30％ 이상이고 또한 평균 패스 압하율 8％ 이상의 압연 등이 필요하다. 즉, 매우 낮은 온도에서의 압연이 불가결하고, 압연 시의 생산성이 매우 낮아, 대량 생산은 곤란하다.

특허문헌 14, 15 및 17에 개시된 강판의 판 두께 방향의 어레스트성은 대형 혼성 ESSO 시험(조주판 길이:1600㎜, 시험판 길이:800㎜, 시험체 폭:2400㎜, 부하 응력:235㎏ㆍ㎜^－0.5)으로 평가되어 있다. 그 －20℃에서의 Kca는 6000Nㆍ㎜^－0.5 이하라고 생각된다. 또한, 집합 조직을 형성시키기 위해, 마찬가지로 저온에서의 압연이 불가결하고, 대량 생산은 곤란하다.

또한, 특허문헌 18에 기재된 기술에서는, 판 두께의 1/2부에서만 결정립경과 집합 조직을 제어하고 있으므로, 판 두께가 두꺼운 경우의 어레스트성을 향상시키는 것은 어렵다. 또한, 페라이트를 주체로 하고 있으므로, 고강도이고, 또한 판 두께가 두꺼운 강판으로 하는 것이 곤란하다. 또한, X선면 강도비는 국소적인 집합 조직을 나타내고 있는 것이므로, 편차가 커 어레스트성을 향상시키는 인자로서는 적합하지 않다. 또한, 이 기술은 저온에서의 압연에 의해, 집합 조직을 형성시킴으로써, 압연 방향에 대해 45°의 각도의 어레스트성을 향상시키기 위한 기술이다. 저온에서의 압연이 불가결하고, 대량 생산은 곤란하다.

특허문헌 20에 기재된 기술에서는, 표층과 판 두께의 1/2부에 있어서의 결정립경 및 집합 조직을 제어한다. 그러나, 판 두께가 두꺼운 경우의 어레스트성을 향상시키는 데 있어서, 평면 응력 상태이고, 원래 벽개 파괴가 일어나기 어려운 표층의 기여는 극히 작으므로, 표층의 제어에서는 어레스트성을 비약적으로 향상시키는 것은 곤란하다. 또한, 판 두께 70㎜이고 －10℃에서의 Kca가 210㎫ㆍ㎜^－0.5(즉, 약 6600Nㆍ㎜^－0.5에 상당)인 것이 개시되어 있다. 이 레벨은 －20℃에서의 Kca에서는 6000Nㆍ㎜^－0.5 이하라고 생각되어, 가일층의 어레스트성 향상이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 제조 비용이 낮고, 생산성이 높고, 강도가 높고, 판 두께가 두껍고, 또한 HAZ 인성의 열화가 없는, 어레스트성이 우수한 고강도 후강판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 고강도 후강판은 질량％로, C:0.04 내지 0.16％, Si:0.01 내지 0.5％, Mn:0.75 내지 2.5％, Al:0.001 내지 0.1％, Nb:0.003 내지 0.05％, Ti:0.003 내지 0.05％, N:0.001 내지 0.008％를 함유하고, P이 0.03％ 이하, S이 0.02％ 이하, Cu가 1％ 이하, Ni이 2％ 이하, Cr이 1％ 이하, Mo이 0.5％ 이하, V이 0.15％ 이하, B가 0.005％ 이하, Ca이 0.01％ 이하, Mg이 0.01％ 이하, REM이 0.01％ 이하로 제한되고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 함유하고, 하기 식 A의 탄소당량 Ceq.가 0.30 내지 0.50％인 성분 조성을 갖고, 면적률로 70％ 이하인 페라이트와, 면적률로 30％ 이상인 베이나이트를 함유하는 마이크로 조직을 갖고, 판 두께의 1/4부에서는, 결정 방위차가 15° 이상인 결정립계의 단위 면적당의 총 길이인 결정립계 밀도가 400 내지 1000㎜/㎟임과 함께, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률이 10 내지 40％이고, 상기 판 두께의 1/2부에서는 상기 결정립계 밀도가 300 내지 900㎜/㎟임과 함께, 상기 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률이 40 내지 70％이다.

[식 A]

(2) 상기 (1)에 기재된 고강도 후강판은 상기 판 두께가 60 내지 95㎜여도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고강도 후강판은 항복 응력이 390 내지 690㎫이어도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 고강도 후강판에서는 상기 마이크로 조직이 면적률로 10％ 이하인 펄라이트를 함유해도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 고강도 후강판에서는 상기 마이크로 조직이, 페라이트 면적률이 50％ 미만이고, 펄라이트 면적률이 5％ 이하이고, 베이나이트 면적률이 50％ 이상이어도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 고강도 후강판에서는 상기 판 두께 1/4부의 상기 결정립계 밀도가 500 내지 900㎜/㎟, 상기 판 두께 1/2부의 상기 결정립계 밀도가 400 내지 800㎜/㎟여도 된다.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 고강도 후강판에서는 상기 Cu를 0.5％ 이하, 상기 Ni을 1％ 이하, 상기 Cr을 0.5％ 이하, 상기 Mo을 0.2％ 이하, 상기 V을 0.07％ 이하로 더욱 제한해도 된다.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 고강도 후강판에서는 상기 B를 0.002％ 이하로 더욱 제한해도 된다.

(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 고강도 후강판에서는 상기 Ca을 0.003％ 이하, 상기 Mg을 0.003％ 이하, 상기 REM을 0.003％ 이하로 더욱 제한해도 된다.

본 발명에 따르면, 강판 표면에 평행한 방향, 예를 들어 압연 방향과 수직 또는 평행한 방향의 어레스트성이 극히 우수하고, 또한 판 두께가 두꺼워도 강도가 높고, HAZ 인성의 열화가 없는 강판이 되므로, 용접 강 구조물의 저비용화나 안전성 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판에 대해, 사진 좌측 방향의 V 노치로부터 충격을 가하여 발생시킨 균열 전파의 형태를 나타내는 사진이다.
도 1b는 도 1a에 도시하는 균열의 파단면의 사진이다.
도 2a는 비교예에 관한 강판에 대해, 사진 좌측 방향의 V 노치로부터 충격을 가하여 발생시킨 균열 전파의 형태를 나타내는 사진이다.
도 2b는 도 2a에 나타내는 균열의 파단면의 사진이다.
도 3a는 비교예에 관한 강판에 대해, 사진 좌측 방향의 V 노치로부터 충격을 가하여 발생시킨 균열 전파의 형태를 나타내는 사진이다.
도 3b는 도 3a에 나타내는 균열의 파단면의 사진이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구하고, 그 결과, 고강도 강판의 성분 조성, 마이크로 조직, 판 두께 방향의 결정립계 밀도 및 판 두께 방향의 집합 조직을 제어함으로써, 열간 압연 시의 생산성이 높고 또한 강판 표면에 평행한 방향, 예를 들어 압연 방향과 수직 또는 평행한 방향의 어레스트성을 향상시킨 고강도 강판이 얻어지는 것을 발견하였다.

이하, 상술한 지식에 기초하여 이루어진 본 발명의 일 실시 형태에 관한 고강도 후강판(이하, 단순히 강판이라고 칭하는 경우가 있음)에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 강판은 성분 조성과, 마이크로 조직과, 판 두께 방향의 결정립계 밀도와, 판 두께 방향의 집합 조직을 제어함으로써, 강판 표면에 평행한 방향, 예를 들어 압연 방향과 수직 또는 평행한 방향의 어레스트성을 향상시킨다.

(마이크로 조직)

본 실시 형태에 관한 강판은 페라이트 및 베이나이트의 혼합 조직, 또는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트의 혼합 조직이고, 페라이트 면적률이 70％ 이하, 베이나이트 면적률이 30％ 이상인 마이크로 조직을 갖는다.

페라이트 면적률이 70％ 초과에서는 판 두께가 두껍고 강도가 높은 강판으로 하는 것이 곤란하다. 원하는 판 두께, 강도의 강판을 얻을 수 있으면, 제2 상으로서 베이나이트, 또는 펄라이트 및 베이나이트로 하는 것이 가능하다. 본 발명은 후육 고강도강을 대상으로 하고 있고, 페라이트 면적률의 상한을 50％ 미만, 30％ 미만, 20％ 미만 또는 10％ 미만으로 제한해도 된다.

베이나이트 면적률이 30％ 미만에서는, 판 두께가 두껍고 강도가 높은 강판을 얻는 것이 곤란하다. 페라이트 면적률을 확보하여, 취성 균열 전파의 장해가 되는 결정립계를 증가시키기 위해, 베이나이트 면적률의 상한은 95％여도 된다. 본 발명은 후육 고강도강을 대상으로 하고 있고, 베이나이트 면적률의 하한을 50％ 이상, 60％ 이상, 70％ 이상 또는 80％ 이상으로 제한해도 된다.

펄라이트는 원하는 판 두께, 강도의 강판을 얻을 수 있으면 함유해도 된다. 따라서, 펄라이트 면적률을 10％ 이하, 5％ 이하, 또는 3％ 이하로 제한해도 된다. 펄라이트 면적률의 하한은 0％이다.

페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 이외에, 미세한 섬 형상 마르텐사이트(MA:Martensite-Austenite-Consituent)가 존재하고 있어도 되지만, MA 면적률은 5％ 이하로 한다. MA 면적률을 3％ 이하, 2％ 이하 또는 1％ 이하로 제한해도 되고, 0％가 가장 바람직하다.

(판 두께 방향의 결정립계 밀도)

어레스트성 향상에 있어서의 지배 인자는 결정립계의 기여가 가장 크다. 결정립계가 취성 균열 전파의 장해가 되기 때문이다. 즉, 결정립계에 있어서는 인접 결정립 사이에서 결정 방위가 다르기 때문에, 이 부분에 있어서 균열이 전파되는 방향이 변화된다. 이로 인해 미파단 영역이 발생하고, 미파단 영역에 의해 응력이 분산되어, 균열 닫힘 응력이 된다. 따라서, 균열 전파의 구동력이 저하되고, 어레스트성이 향상된다. 또한, 미파단 영역이 최종적으로 연성 파괴되므로, 취성 파괴에 필요로 하는 에너지가 흡수된다. 이로 인해, 어레스트성이 향상된다.

지금까지는, 이 결정립계를 증가시키기 위해 결정립경을 미세하게 하는 것이 필요하다고 생각되고 있었다. 페라이트가 주체인 조직에서는 그렇게 하면 되지만, 판 두께가 두껍고 고강도인 강에서는, 베이나이트의 이용이 불가결하다. 이 베이나이트는 페라이트와 달리, 하부 조직의 형상이 복잡하므로, 결정립의 정의가 극히 어렵다. 이로 인해, 원 상당 직경으로 환산하여 결정립경과 어레스트성의 관계를 구해도 편차가 크고, 어레스트성 향상에 필요한 결정립경을 결정하는 것이 곤란했다. 따라서, 결정립계가 균열 전파의 장해가 된다고 하는 기본 원리로 돌아가, 단위 면적당의 결정립계의 총 길이(이하, 결정립계 밀도라고 함)를 정의하고, 그것을 사용하여 어레스트성과의 관계를 정리하면 가장 상관이 양호한 것을 발견하였다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 강판에 있어서는,

(A) 판 두께의 1/4부에 있어서 결정립계 밀도를 400 내지 1000㎜/㎟로 하고,

(B) 판 두께의 1/2부에 있어서 결정립계 밀도를 300 내지 900㎜/㎟로 한다.

여기서, 「결정립계 밀도」라 함은, 「결정 방위차가 15° 이상인 결정립계의 단위 면적당의 총 길이」를 의미한다. 결정 방위차를 15° 이상으로 한 이유는, 15° 미만에서는, 결정립계가 취성 균열 전파의 장해가 되기는 어렵고, 어레스트성 향상 효과가 감소하기 때문이다.

즉, 결정립계 밀도가, 판 두께의 1/4부, 1/2부에서 각각 400, 300㎜/㎟ 이상이라고 하는 요건을 만족시켰을 때에 －20℃에 있어서의 어레스트 인성값(Kca)이 6000Nㆍ㎜^-0.5 이상인 고어레스트성을 나타낸다. 더욱 안정적으로 어레스트성을 향상시키기 위해서는, 결정립계 밀도를 판 두께의 1/4부, 1/2부에서 각각 500, 400㎜/㎟ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또는 각각 600, 400㎜/㎟ 이상으로 하면 더욱 바람직하다.

결정립계 밀도는 증가할수록 어레스트성은 향상되지만, 과도하게 증가시키는 것은 압연의 부하가 커져 생산성을 저하시켜 버리므로, 결정립계 밀도의 상한은 판 두께의 1/4부, 1/2부에서 각각 1000, 900㎜/㎟로 한다. 각각의 상한을, 각각 900, 800㎜/㎟ 또는 각각 800, 700㎜/㎟로 제한해도 된다.

결정립계 밀도를 판 두께의 1/4부, 1/2부에서 규정하는 이유는, 극후재의 어레스트성 향상을 위해서는 판 두께 전체의 결정립계 밀도를 증가시킬 필요가 있고, 판 두께의 1/4부, 1/2부를 제어함으로써, 판 두께 평균의 결정립계 밀도의 대표값으로 할 수 있기 때문이다. 또한, 판 두께의 1/2부의 결정립계 밀도를 주로 제어하는 후술하는 제조 방법에 따르면, 그 이외의 판 두께 위치는, 필연적으로 온도는 낮고, 냉각 속도는 커지고, 결정립계 밀도는 증가하는 경향이 되므로, 특별히 수치를 한정할 필요는 없다. 그러나, 가열의 방법에 따라서는, 판 두께 방향으로 큰 온도 구배가 발생하여, 판 두께의 1/4부와 1/2부의 결정립계 밀도가 역전하는 경우도 있으므로, 굳이 수치를 규정하고 있다.

결정립계의 측정에는 결정 방위의 정보를 넓은 시야로 고정밀도로 측정할 수 있는 EBSD(Electron Back Scatter Diffraction pattern)법을 사용하는 것이 바람직하다. EBSD법을 사용하면, 베이나이트와 같은 복잡한 조직의 결정립계의 동정도 가능하다.

보다 상세하게는, 결정립계 밀도는 EBSD법에 의해, 판 두께의 1/4부 및 1/2부의 500㎛×500㎛의 영역을 1㎛ 피치로 측정하고, 인접 입자와의 결정 방위차가 15° 이상인 경계를 결정립계라고 정의하고, 그때의 결정립계 총 길이를 측정 면적으로 나눔으로써 구할 수 있다.

(판 두께 방향의 집합 조직)

판 두께가 두껍고 고강도인 강판의 경우, 판 두께 방향의 결정립계 밀도의 제어만으로는 어레스트성을 안정적으로 향상시키는 것이 어렵다. 따라서, 집합 조직을 활용한 균열 전파 방향의 제어가 중요하다. 강판이 외부 응력을 받았을 때에 상기 강판에 발생하는 취성 균열은 {100}면의 벽개면을 따라서 전파된다. 따라서, 이 외부 응력과 수직한 면에 {100}면 집합 조직이 발달하면, 상기와 같이 결정립경을 제어했을 때의 어레스트성 향상 효과가 감소해 버리는 것이 판명되었다. 외부 응력은 강 구조물에 외적으로 부여되는 응력이다. 취성 균열은 가장 높은 외부 응력에 수직인 방향으로 발생, 전파되는 경우가 많다. 따라서, 여기서는, 강 구조물에 외적으로 부여되는 가장 높은 응력을 외부 응력이라고 정의한다. 일반적으로 외부 응력은 강판의 주압연 방향과 대략 평행하게 부여된다. 이로 인해, 외부 응력에 대해 수직한 면을, 강판의 주압연 방향에 대해 수직한 면으로서 취급할 수 있다.

또한, 강판의 주압연 방향에 대해서는, 예를 들어 강판 표면을 피크르산에 의해 부식시키고, 구오스테나이트의 종횡비를 측정함으로써 특정 가능하다. 즉, 구오스테나이트의 종횡비가 큰 방향을 강판의 주압연 방향으로서 특정할 수 있다.

강판의 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 집합 조직이, 판 두께의 1/2부에 있어서 면적률로 40 내지 70％가 되도록 하면, 1/2부 근방의 취성 균열이 똑바로 전파되지 않고 균열이 경사져서 전파됨으로써, 균열 전파의 구동력을 저감시킬 수 있는 일이 판명되었다. 그러나, 판 두께의 1/2부 이외의 판 두께 부위에도 동일한 집합 조직을 발달시키면, 균열은 경사진 상태로 전파되게 되어, 충분한 어레스트성 향상 효과를 발휘할 수 없다. 따라서 역으로, 판 두께의 1/4부에서는 균열을 똑바로 전파시키기 위해, 판 두께의 1/4부에 있어서, 강판의 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 집합 조직을 면적률로 10 내지 40％로 함으로써, 1/2부의 경사진 균열 전파가 1/2부 이외의 판 두께 부위까지 전파되는 것이 억제되는 것이 판명되었다.

상술한 지식에 기초하여, 본 실시 형태에 관한 강판에 있어서는,

(C) 판 두께의 1/4부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률을 10 내지 40％로 하고,

(D) 판 두께의 1/2부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률을 40 내지 70％로 한다.

상술한 (C), (D)를 만족시킴으로써, 도 1a, 도 1b에 도시한 바와 같이, 1/2부의 균열은 경사져서 전파되고, 또한 1/4부의 균열은 똑바로 전파되게 되어, 보다 한층 균열의 전파 저항이 증가한다. 이에 의해, 결정립계 밀도의 증가에 의한 어레스트성 향상 효과를 발휘할 수 있고, 어레스트성은 충분한 값을 나타낼 수 있다. 또한, 도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판에 대해, 사진 좌측 방향의 V 노치로부터 충격을 가하여 발생시킨 균열 전파의 형태를 나타내는 사진이고, 도 1b는 그 균열의 파단면을 나타내는 사진이다.

판 두께의 1/4부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률을 10％ 이상으로 하는 이유는, 10％ 미만에서는 균열을 똑바로 전파시키는 효과를 얻을 수 없기 때문이다.

또한, 판 두께의 1/4부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률을 40％ 이하로 하는 이유는, 도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같이, 40％ 초과에서는 1/2부보다도 1/4부의 균열 전파가 지배적이 되어 균열이 똑바로 전파됨으로써 어레스트성이 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 도 2a는 판 두께의 1/4부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률을 40％ 초과로 한 강판에 대해, 사진 좌측 방향의 V 노치로부터 충격을 가하여 발생시킨 균열 전파의 형태를 나타내는 사진이고, 도 2b는 그 균열의 파단면을 나타내는 사진이다.

판 두께의 1/4부에 있어서의, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률은, 바람직하게는 13 내지 37％이고, 더욱 바람직하게는 15 내지 35％이다.

판 두께의 1/2부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률을 40％ 이상으로 하는 이유는, 40％ 미만에서는 균열을 경사지게 하여 전파시키는 효과를 얻을 수 없기 때문이다.

또한, 판 두께의 1/2부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률을 70％ 이하로 하는 이유는, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 70％ 초과에서는 1/4부의 저항을 받지 않고 경사진 상태로 전파됨으로써 어레스트성이 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 도 3a는 판 두께의 1/2부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률을 70％ 초과로 한 강판에 대해, 사진 좌측 방향의 V 노치로부터 충격을 가하여 발생시킨 균열 전파의 형태를 나타내는 사진이고, 도 3b는 그 균열의 파단면을 나타내는 사진이다.

판 두께의 1/2부에 있어서, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률은, 바람직하게는 45 내지 65％이고, 더욱 바람직하게는 40 내지 60％이다.

집합 조직은 EBSD법에 의해 측정하는 것이 바람직하다. EBSD법에 의해 측정하는 경우, X선에 의한 측정에 비해, 보다 넓은 시야의 집합 조직을 고정밀도로 측정하는 것이 가능하다.

보다 상세하게는, EBSD법에 의해, 판 두께의 1/4부에서는 강판의 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면 및 판 두께의 1/2부에서는 {110}면의 맵을 각각 작성하고, 그 총 면적을 측정 면적으로 나눔으로써, 그들의 면적률을 구할 수 있다.

상기와 같은 어레스트성 향상을 위한 방책은 항복 응력이 390 내지 690㎫, 인장 강도가 500 내지 780㎫인 강판 및 판 두께가 60 내지 95㎜인 강판에 있어서 적용 가능하다. 이 이유는, 항복 응력이 390㎫ 미만, 또는 판 두께가 60㎜ 미만인 영역에서는 본 발명의 수단에 의지하지 않아도 어레스트성을 향상시키는 것은 비교적 용이하고, 항복 응력이 690㎫ 초과, 판 두께가 95㎜ 초과인 영역에서는, 본 발명에서 규정하는 결정립계 밀도나 집합 조직을 형성해도, 역학적 조건이 엄격해지므로, －20℃에 있어서의 어레스트 인성값(Kca)이 6000Nㆍ㎜^-0.5 이상인 고어레스트성으로 하는 것이 어렵기 때문이다. 항복 응력의 하한을 440㎫ 또는 470㎫로, 상한을 640㎫ 또는 590㎫로 제한해도 된다. 인장 강도의 하한을 520㎫, 540㎫ 또는 560㎫로, 상한을 730㎫, 680㎫ 또는 630㎫로 제한해도 된다.

(성분 조성)

이하, 본 실시 형태에 관한 강판의 성분 조성에 대해 설명한다. 성분에 대한 「％」는 질량％를 의미한다.

C:0.04 내지 0.16％

C는 두꺼운 모재의 강도와 인성을 확보하기 위해 0.04％ 이상 함유시킨다. C의 함유량이 0.16％를 초과하면, 양호한 HAZ 인성을 확보하는 것이 곤란해지므로, C의 함유량은 0.16％ 이하로 한다.

따라서, C의 하한값은 0.04％, 바람직하게는 0.05％, 보다 바람직하게는 0.06％이고, C의 상한값은 0.16％, 바람직하게는 0.14％, 보다 바람직하게는 0.12％이다.

Si:0.01 내지 0.5％

Si는 탈산 원소 및 강화 원소로서 유효하므로, 0.01％ 이상 함유시킨다. Si의 함유량이 0.5％를 초과하면, HAZ 인성이 크게 열화되므로, Si의 함유량은 0.5％ 이하로 한다.

따라서, Si의 하한값은 0.01％, 바람직하게는 0.03％, 보다 바람직하게는 0.05％이고, Si의 상한값은 0.5％, 바람직하게는 0.4％, 보다 바람직하게는 0.35％ 또는 0.3％이다.

Mn:0.75 내지 2.5％

Mn은 두꺼운 모재의 강도와 인성을 경제적으로 확보하기 위해, 0.75％ 이상 함유시킨다. Mn의 함유량이 2.5％를 초과하면, 중심 편석이 현저해져, 중심 편석이 발생한 부분의 모재와 HAZ의 인성이 열화되므로, Mn의 함유량은 2.5％ 이하로 한다.

따라서, Mn의 하한값은 0.75％, 바람직하게는 0.9％, 보다 바람직하게는 1.2％이고, Mn의 상한값은 2.5％, 바람직하게는 2.0％, 보다 바람직하게는 1.8％ 또는 1.6％이다.

P:0.03％ 이하로 제한

P은 불순물 원소 중 하나이다. HAZ 인성을 안정적으로 확보하기 위해, P의 함유량을 0.03％ 이하로 제한해도 된다. 바람직하게는 0.02％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.015％ 이하이다. 하한값은 0％이지만, P 함유량을 저감시키기 위한 비용을 고려하여, 0.0001％를 하한값으로 해도 된다.

S:0.02％ 이하로 제한

S은 불순물 원소 중 하나이다. 모재의 특성 및 HAZ 인성을 안정적으로 확보하기 위해, S의 함유량을 0.02％ 이하로 제한해도 된다. 바람직하게는 0.01％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.008％ 이하이다. 하한값은 0％이지만, S 함유량을 저감시키기 위한 비용을 고려하여, 0.0001％를 하한값으로 해도 된다.

Al:0.001 내지 0.1％

Al은 탈산을 담당하고, 불순물 원소의 하나인 O를 저감시킨다. Al 이외에, Mn이나 Si도 탈산에 기여한다. 그러나, Mn이나 Si가 첨가되는 경우라도, Al의 함유량이 0.001％ 미만에서는, 안정적으로 O를 저감시킬 수는 없다. 단, Al의 함유량이 0.1％를 초과하면, 알루미나계의 조대 산화물이나 그 클러스터가 생성되어, 모재와 HAZ 인성이 손상되므로, Al의 함유량은 0.1％ 이하로 한다.

따라서, Al의 하한값은 0.001％, 바람직하게는 0.01％, 보다 바람직하게는 0.015％이고, Al의 상한값은 0.1％, 바람직하게는 0.08％, 보다 바람직하게는 0.05％이다.

Nb:0.003 내지 0.05％

Nb는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 소정의 결정립계 밀도나 집합 조직을 형성시키기 위해서는, 미재결정 오스테나이트 영역에서의 압연이 필요해진다. Nb는 미재결정 온도 영역을 확대시키기 위해 유효한 원소로, 압연 온도를 상승시키고, 생산성 향상에도 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.003％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 단, Nb의 함유량이 0.05％를 초과하면 HAZ 인성이나 용접성이 저하되므로, Nb의 함유량은 0.05％ 이하로 한다.

따라서, Nb의 하한값은 0.003％, 바람직하게는 0.005％, 보다 바람직하게는 0.008％이고, Nb의 상한값은 0.05％, 바람직하게는 0.025％, 보다 바람직하게는 0.018％이다.

Ti:0.003 내지 0.05％

Ti은 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Ti을 함유시킴으로써 TiN이 형성되어, 강편 가열 시에 오스테나이트 입경이 커지는 것을 억제한다. 오스테나이트 입경이 커지면 변태 조직의 결정립경도 커지므로, 소정의 결정립계 밀도를 얻는 것이 곤란해져, 인성, 어레스트성이 저하된다. 인성, 어레스트성을 저하시키지 않기 위해 필요한 양의 결정립계 밀도를 얻기 위해서는, Ti을 0.003％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Ti의 함유량이 0.05％를 초과하면, TiC이 형성되어 HAZ 인성이 저하되므로, Ti의 함유량은 0.05％ 이하로 한다.

따라서, Ti의 하한값은 0.003％, 바람직하게는 0.006％, 보다 바람직하게는 0.008％이고, Ti의 상한값은 0.05％, 바람직하게는 0.02％, 보다 바람직하게는 0.015％이다.

N:0.001 내지 0.008％

N는 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 상기한 바와 같이 TiN을 형성하여, 강편 가열 시에 오스테나이트 입경이 커지는 것을 억제하기 위해, 0.001％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, N의 함유량이 0.008％를 초과하면, 강재가 취화되므로, N의 함유량은 0.008％ 이하로 한다.

따라서, N의 하한값은 0.001％, 바람직하게는 0.0015％, 보다 바람직하게는 0.002％이고, N의 상한값은 0.008％, 바람직하게는 0.0065％, 보다 바람직하게는 0.006％이다.

본 실시 형태에 관한 강판의 성분 조성에 있어서, 상술한 원소의 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물이면 된다. 단, 본 실시 형태에 관한 강판의 성분 조성은 필요에 따라서 Cu, Ni, Cr, Mo, V, B, Ca, Mg, REM 중 적어도 1종을 함유해도 된다. 이 원소의 함유량 하한값은 0％이지만, 첨가에 의한 효과를 안정적으로 얻기 위해 하한값을 설정해도 된다. 또한, 이들 원소가 불순물 레벨에서 미량 함유되어 있어도 본 발명에서는 허용할 수 있다. 이하, 각각의 원소의 첨가 효과와 함유량에 대해 설명한다. 이들 원소가 의도적으로 첨가되어 있었다고 해도, 불가피적 불순물로서의 혼입이어도, 그 함유량이 청구 범위 내인 강판은 본 발명의 청구 범위 내라고 간주한다.

Cu:0 내지 1％

Cu를 첨가함으로써, 모재의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.

단, Cu의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 1％를 상한으로 한다. Cu의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.1％로 해도 된다.

따라서, Cu의 하한값은 0％이다. 모재의 강도 및 인성의 향상을 위해 그 하한을 0.1％ 또는 0.2％로 해도 된다. HAZ 인성이나 용접성의 향상을 위해, Cu의 상한값은 필요에 따라서 1％, 0.8％, 0.5％, 또는 0.3％로 제한해도 된다.

Ni:0 내지 2％

Ni을 첨가함으로써, 모재의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.

단, Ni의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 2％를 상한으로 한다. Ni의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.1％로 해도 된다.

따라서, Ni의 하한값은 0％이다. 모재의 강도 및 인성의 향상을 위해 그 하한을 0.1％ 또는 0.2％로 해도 된다. Ni의 상한값은 필요에 따라서 2％, 1％, 0.5％, 또는 0.3％로 제한해도 된다.

Cr:0 내지 1％

Cr을 첨가함으로써, 모재의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.

단, Cr의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 1％를 상한으로 한다. Cr의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.1％ 또는 0.2％로 해도 된다. Cr의 상한값은 필요에 따라서 1％, 0.8％, 0.5％, 또는 0.3％로 제한해도 된다.

Mo:0 내지 0.5％

Mo을 첨가함으로써, 모재의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.

단, Mo의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 0.5％를 상한으로 한다. Mo의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.01％ 또는 0.02％로 해도 된다. Mo의 상한값은 필요에 따라서 0.5％, 0.3％, 0.2％, 또는 0.1％로 제한해도 된다.

V:0 내지 0.15％

V을 첨가함으로써, 모재의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.

단, V의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 0.15％를 상한으로 한다. V의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.01％ 또는 0.02％로 해도 된다. V의 상한값은 필요에 따라서 0.15％, 0.1％, 0.07％, 또는 0.05％로 제한해도 된다.

B:0 내지 0.005％

B를 첨가함으로써, 모재의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.

단, B의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 0.005％를 상한으로 한다. B의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.0002％ 또는 0.0003％로 해도 된다. B의 상한값은 필요에 따라서 0.005％, 0.003％, 0.002％, 또는 0.001％로 제한해도 된다.

Ca:0 내지 0.01％

Ca을 첨가함으로써, HAZ 인성이 향상된다. 단, Ca의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 0.01％를 상한으로 한다. Ca의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.0002％ 또는 0.0003％로 해도 된다. Ca의 상한값은 필요에 따라서 0.01％, 0.005％, 0.003％, 또는 0.001％로 제한해도 된다.

Mg:0 내지 0.01％

Mg을 첨가함으로써, HAZ 인성이 향상된다. 단, Mg의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 0.01％를 상한으로 한다. Mg의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.0002％ 또는 0.0003％로 해도 된다. Mg의 상한값은 필요에 따라서 0.01％, 0.005％, 0.003％, 또는 0.001％로 제한해도 된다.

REM:0 내지 0.01％

REM을 첨가함으로써, HAZ 인성이 향상된다. 단, REM의 함유량이 지나치게 많으면, HAZ 인성이나 용접성이 악화되므로, 0.01％를 상한으로 한다. REM의 하한값은 0％이지만, 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해, 하한값을 0.0003％ 또는 0.0005％로 해도 된다. REM의 상한값은 필요에 따라서 0.01％, 0.005％, 0.003％, 또는 0.001％로 제한해도 된다.

모재의 강도 및 인성 향상 등을 위해, 상술한 선택 원소를 의도적으로 첨가할 수 있다. 그러나, 합금 비용 저감 등을 위해, 이들 선택 원소를 전혀 첨가하지 않아도 상관없다. 이들 원소는 의도적으로 첨가하지 않는 경우라도, 불가피적 불순물로서, Cu:0.1％ 이하, Ni:0.1％ 이하, Cr:0.1％ 이하, Mo:0.01％ 이하, V:0.01％ 이하, B:0.0002％ 이하, Ca:0.0003％ 이하, Mg:0.0003％ 이하, REM:0.0003％ 이하를 강 중에 함유할 수 있다.

(탄소당량:0.30 내지 0.50％)

본 실시 형태에 관한 강판은 하기 식 1에 의해 구해지는 탄소당량 Ceq.를 0.30 내지 0.50％로 한다.

[식 1]

여기서, 각 성분은 강판 중에 함유되어 있는 각 성분의 질량％이다.

탄소당량이 0.30％ 미만으로 되면, 고강도 후강판에 요구되는 강도를 만족시킬 수 없다. 탄소당량이 0.50％를 초과하면, 고강도 후강판에 요구되는 어레스트성을 만족시킬 수 없다.

따라서, 탄소당량의 하한값은 0.30％, 바람직하게는 0.32％, 보다 바람직하게는 0.34％, 더욱 바람직하게는 0.36％이고, 탄소당량의 상한값은 0.50％, 바람직하게는 0.44％, 보다 바람직하게는 0.42％, 더욱 바람직하게는 0.40％이다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 강판의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저, 원하는 성분 조성으로 조정한 용강을, 전로 등을 사용한 공지의 용제 방법으로 용제하고, 연속 주조 등의 공지의 주조 방법으로 강편으로 한다.

강편을 판 두께 중심 온도가 600℃ 이하까지 냉각한 후, 분위기 온도가 1000 내지 1250℃인 가열로에 30 내지 600분 장입하고, 판 두께 중심 온도가 950 내지 1150℃에서 추출한다.

냉각한 강편의 온도가 600℃ 초과에서의 가열로로의 장입은, 냉각 중의 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태가 완료되어 있지 않으므로, 가열 시의 오스테나이트로의 역변태에 의한 미립화 효과가 얻어지기 어렵고, 조대한 오스테나이트립에서는 압연 후의 결정립계 밀도를 증가시키는 것이 곤란하기 때문이다. 바람직하게는 500℃ 이하이다.

가열의 분위기 온도가 1000℃ 미만에서는 충분히 가열할 수 없어 용체화가 불충분해진다. 분위기 온도가 1250℃를 초과하면, 오스테나이트립이 조대화되어, 그 후의 압연 과정에서 결정립계 밀도를 증가시키는 것이 곤란해진다. 바람직한 분위기 온도의 범위는 1050 내지 1200℃이다.

가열로로의 장입 시간이 30분 미만에서는 용체화가 불충분하고, 600분 초과에서는 오스테나이트립이 조대화되기 때문이다. 바람직한 장입 시간의 범위는 40 내지 500분이다.

가열 추출 시의 판 두께 중심 온도가 950℃ 미만에서는, 용체화가 불충분함과 함께, 오스테나이트립이 미세화됨으로써 켄칭성이 저하되므로, 판 두께가 두껍고, 강도가 높은 강판으로 하는 것이 곤란하다.

가열 추출 시의 판 두께 중심 온도가 1150℃를 초과하면, 오스테나이트립이 조대화되어, 그 후의 압연 과정에서 결정립계 밀도를 증가시키는 것이 곤란해지고, 또한 압연 개시까지의 온도의 저하를 기다리는 시간이 발생하므로, 생산성이 낮아진다. 바람직한 가열 추출 온도의 범위는 1000 내지 1100℃이다.

계속해서, 판 두께 중심 온도 850 초과 내지 1150℃이고, 1패스 압하율이 3 내지 30％를 4 내지 15패스, 3％ 미만을 3패스 이내(0을 포함함), 누적 압하율이 15 내지 70％인 조압연을 실시한다.

판 두께 중심 온도가 1150℃를 초과하면, 그 후의 마무리 압연에서도 재결정 오스테나이트립을 미세하게 할 수 없다. 판 두께 중심 온도가 850℃ 미만이 되면, 생산성이 저하된다. 바람직한 판 두께 중심 온도는 900 내지 1000℃이다.

1패스 압하율이 3％ 미만에서는, 오스테나이트립이 이상 성장하므로, 최대한 피할 필요가 있다. 단, 1패스 압하율이 3％ 미만인 압연을 3패스 이내로 제한하고, 1패스 압하율이 3 내지 30％인 압연을 4패스 이상 실시하면, 충분히 재결정에 의한 미세화를 할 수 있다. 단, 30％ 초과에서는 압연기의 부하가 크고, 15패스를 초과하면 생산성이 저하되므로, 1패스 압하율은 30％를 상한으로 하고, 패스수는 4 내지 15패스로 한다. 1패스 압하율이 5 내지 25％인 압연을 6 내지 13패스로 하는 것이 바람직하다.

조압연의 누적 압하율을 15 내지 70％로 하는 이유는 누적 압하율이 15％ 미만이 되면, 오스테나이트의 재결정에 의한 미세화가 곤란함과 함께, 공극률이 잔존하여, 내부 깨짐이나 연성 및 인성의 열화가 발생할 가능성이 있고, 70％를 초과하면, 패스수가 증가하여 생산성이 저하되기 때문이다. 바람직한 누적 압하율은 30 내지 60％이다.

계속해서, 판 두께 중심 온도가 750 내지 850℃이고 4 내지 15패스, 하기 식 2의 형상비(mj)의 평균값이 0.5 내지 1, 누적 압하율이 40 내지 80％인 마무리 압연을 실시한다.

[식 2]

여기서, j는 압연 패스수, mj는 j패스째의 형상비, R은 롤 반경(㎜), Hj는 j패스 후의 판 두께(㎜)를 나타낸다.

판 두께 중심 온도가 850℃를 초과하면, 미재결정 영역에 충분히 들어가지 않고, 전위의 증가가 억제되어, 결정립계 밀도를 증가시킬 수 없다. 판 두께 중심 온도가 750℃ 미만이 되면, 생산성이 저하되는데다가, 가공 페라이트를 일부 포함하므로 판 두께의 1/2부의 강판 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률을 40％ 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 바람직한 판 두께 중심 온도는 760 내지 840℃이다. 4패스 미만의 압연에서는, 형상비가 1 이하를 확보하는 것이 곤란하고, 15패스를 초과하면, 생산성이 저하된다. 바람직한 패스수는 5 내지 13패스이다.

식 2의 형상비는 압연에 의해 강판에 어떤 왜곡 성분이 부여되는지를 나타내는 지표이다. 형상비가 작으면 전단 변형 성분, 크면 압축 변형 성분이 많이 부여된다. 이 형상비 변화에 의한 왜곡 성분의 변화는, 특히 판 두께의 1/4부의 집합 조직의 형성에 큰 영향을 미치므로, 그 범위를 상기와 같이 설정하고 있다.

형상비의 평균값을 0.5 내지 1로 하는 이유는, 판 두께의 1/4부에 있어서, 0.5 미만에서는 압연의 전단 변형이 지배적이 되어, 그것에 의한 {100} 집합 조직이 발달하고, 강판의 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률을 40％ 미만으로 하는 것이 곤란하고, 1 초과에서는 압연의 압축 변형이 지배적이 되어, 그것에 의한 {110} 집합 조직이 발달하므로, {100}면의 면적률을 10％ 초과로 하는 것이 곤란하기 때문이다. 바람직한 형상비의 평균값의 범위는 0.6 내지 0.9이다. 누적 압하율은, 40％ 미만에서는 전위의 축적에 의한 결정립계 밀도의 증가나 규정의 집합 조직을 발달시키는 것이 곤란하고, 80％ 초과에서는 전위의 축적에 의한 결정립계 밀도의 증가 효과가 포화되는데다가, 생산성이 저하되므로, 40 내지 80％로 한다. 바람직한 누적 압하율의 범위는 45 내지 75％이다.

상기의 열간 압연에 이어서, 판 두께 중심 온도가 700℃ 이상으로부터, 2 내지 10℃/s의 판 두께 중심 냉각 속도로, 550℃ 이하의 온도까지 가속 냉각을 실시한다.

냉각 개시 시의 판 두께 중심 온도가 700℃ 미만으로 되면, 페라이트 변태가 진행되어 조립화되므로, 결정립계 밀도를 증가시키는 것이 곤란하다. 판 두께 중심 냉각 속도가 2℃/s 미만으로 되면, 결정립계 밀도를 증가시키는 것이 곤란해진다. 판 두께 중심 냉각 속도가 10℃/s를 초과하는 것은 판 두께 60㎜ 이상의 강판에서는 실현이 어려우므로, 이를 상한으로 한다. 냉각 정지 온도가 550℃를 초과하면, 결정립계 밀도를 증가시키는 것이 곤란해진다. 냉각 정지 온도의 하한을 규정할 필요성은 특별히 없지만, 수온 이하의 온도로는 할 수 없으므로, 수온 또는 실온을 하한으로 한다. 바람직한 가속 냉각의 조건은 냉각 개시 시의 판 두께 중심 온도 720℃ 이상, 냉각 속도 3 내지 8℃/s, 냉각 정지 온도 500℃ 이하이다.

또한, 강판의 판 두께 중심 온도를 사용하여 제조를 제어함으로써, 본 실시 형태에 관한 강판을 제조할 수 있다. 판 두께 중심 온도를 사용함으로써, 강판의 표면 온도를 사용하는 경우에 비해, 판 두께가 변화된 경우 등에도, 적절하게 제조 조건을 제어할 수 있고, 재질의 편차가 작은, 품질이 양호한 강판을 효율적으로 제조할 수 있다.

압연 공정에서는, 통상, 가열로부터 압연까지의 동안, 강판의 표면 온도 등을 측정하면서 강판 내부의 온도 분포를 계산하고, 그 온도 분포의 계산 결과로부터 압연 반력 등을 예측하면서, 압연의 제어를 행하고 있다. 이와 같이, 압연 중에 강판 중심 온도를 용이하게 구할 수 있다. 가속 냉각을 행하는 경우도, 마찬가지로 판 두께 내부의 온도 분포를 예측하면서, 가속 냉각의 제어를 행하고 있다.

가속 냉각을 실시한 후, 필요에 따라서 300 내지 650℃에서 템퍼링을 행해도 된다.

300℃ 미만에서의 템퍼링에서는 템퍼링의 효과가 얻어지기 어렵다. 템퍼링 온도가 650℃를 초과하면, 연화량이 커져, 강도의 확보가 곤란해진다. 바람직한 템퍼링 온도는 400 내지 600℃이다.

본 실시 형태에 관한 강판은 판 두께가 60 내지 95㎜, 항복 응력이 390 내지 690㎫인 강판으로서 적용 가능하다. 특히, 선체 및 해양 구조물용의 항복 응력 390㎫급, 460㎫급 또는 그 이상의 강도의 강판의 제조에 적용 가능하다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 어레스트성을 나타내는 －20℃에 있어서의 Kca를 6000Nㆍ㎜^-0.5 이상으로 어레스트성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제조 비용이 낮고, 생산성이 높고, 또한 HAZ 인성의 열화가 없는, 어레스트성이 우수한 고강도 후강판으로 할 수 있다.

실시예

이하 실시예에 기초하여 본 발명의 효과에 대해 설명한다.

제강 공정에 있어서 용강의 성분 조성을 조정하고, 그 후, 연속 주조에 의해 강편 A 내지 Z를 제조하였다. 강편 A 내지 O가 발명강이고, 강편 P 내지 Z가 비교강이다.

실시예 1 내지 20 및 비교예 21 내지 55에서는 강편 A 내지 Z를 재가열하고, 또한, 후판 압연을 실시하여 두께가 60 내지 95㎜인 두꺼운 강판으로 하고, 계속해서 두꺼운 강판을 수냉하였다. 단, 비교예 53에서는 수냉 대신에, 공냉을 행하였다. 그 후, 필요에 따라서 열처리를 행하였다.

표 1, 표 2에 강편 A 내지 Z의 성분 조성을 나타낸다. 표 1, 표 2의 밑줄은 그 수치가 본 발명의 범위 외인 것을 나타내고, 이탤릭체는 불가피적 불순물로서 포함된 양의 분석값을 나타낸다.

표 3 내지 표 6에 제조 방법을 나타낸다. 압연은 롤 반경 600㎜의 압연기를 사용하였다. 생산성은 가열로로부터의 추출 시보다, 압연이 완료되고 냉각을 개시할 때까지 필요로 한 시간으로 평가하고, 제조 시간 1000s 미만을 양호라고 규정하였다. 표 3 내지 표 6의 밑줄은, 바람직하지 않은 조건인 것, 또는 생산성이 상기의 양호라고 규정한 값을 벗어나 있는 것을 나타낸다. 또한, 제조 방법에 있어서의 온도나 냉각 속도는 판 두께 중심 위치의 값이고, 실측의 표면 온도로부터, 공지의 차분법에 의한 열전도 해석에 의해 구하였다.

제조한 각 후강판에 대해, 마이크로 조직상 분율, 집합 조직, 결정립계 밀도 및 기계적 성질을 측정하였다.

마이크로 조직상 분율은 광학 현미경에 의해 판 두께의 1/2부를 500배의 배율로 마이크로 조직을 촬영하고, 화상 해석에 의해 각 상의 총 면적을 구하고, 측정 면적으로 나눔으로써 구하였다.

결정립계 밀도는 EBSD법에 의해, 판 두께의 1/4부 및 1/2부의 500㎛×500㎛의 영역을 1㎛ 피치로 측정하고, 인접 입자와의 결정 방위차가 15° 이상인 경계를 결정립계라고 정의하고, 그때의 결정립계의 총 길이를 측정 면적으로 나눔으로써 구하였다.

집합 조직은, 판 두께의 1/4부에서는 강판의 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면 및 판 두께의 1/2부에서는 {110}면의 맵을 각각 작성하고, 그 총 면적을 측정 면적으로 나눔으로써, 그들의 면적률을 구하였다.

기계적 성질 중, 모재의 항복 응력, 샤르피 흡수 에너지는 판 두께 중심부로부터 채취한 시험편을 사용하여 시험을 행하고, 그 결과를 각 강판의 대표값으로 하였다.

인장 시험은 JIS Z 2241(1998년)의 「금속 재료 인장 시험 방법」에 준거하여, 각 2개를 시험 측정하고, 그 평균값을 구하였다. 인장 시험편은 JIS Z 2201(1998년)의 4호 시험편으로 하였다.

샤르피 흡수 에너지는 2㎜V 노치 샤르피 충격 시험편을 사용하여, JIS Z 2242(2005년)의 「금속 재료의 샤르피 충격 시험 방법」에 준거하여, －40℃에서 각 3개를 시험하여, 흡수 에너지의 평균값을 구하였다.

모재의 어레스트성은 온도 구배형의 표준 ESSO 시험(원래 두께 및 판 폭이 500㎜)에 의해, －20℃에 있어서의 어레스트 인성값 Kca를 구하였다.

조인트 인성은 용접 입열이 10kJ/㎜인 서브머지드 아크 용접법에 의해 맞댐 용접 조인트를 제작하고, 판 두께의 1/4부에 있어서의 용융선(FL)을 따라서 2㎜V 노치 샤르피 충격 시험편의 노치를 넣고, －20℃에서 각 3개의 흡수 에너지의 평균값을 구하였다. 샤르피 충격 시험은 JIS Z 2242(2005년)의 「금속 재료의 샤르피 충격 시험 방법」에 준거하였다.

실시예 1 내지 20 및 비교예 21 내지 55의 두꺼운 강판에 대한 이들의 측정 결과를 표 7에 나타낸다. 여기서는, 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상, Kca가 6000Nㆍ㎜^-0.5 이상을 양호라고 규정하였다.

표 7의 밑줄은 조건이 본 발명의 범위 외인 것, 또는 강판의 특성이 상기의 양호라고 규정한 값을 벗어나 있는 것을 나타낸다.

실시예 1 내지 20은 본 발명의 조건을 모두 만족시키므로, 강도, 인성, 어레스트성, 조인트 인성 및 생산성 모두 양호하다.

비교예 21 내지 55는 밑줄부의 조건이 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 하기의 점에서 양호한 결과를 얻을 수 없었다.

비교예 21 내지 31은 성분 범위가 본 발명의 범위로부터 벗어나므로, 강도, 인성, 어레스트성, 조인트 인성 중 적어도 하나에 문제가 있었다.

비교예 32는 강편의 가열 전 온도가 지나치게 높았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 33은 가열로의 분위기 온도가 지나치게 높았으므로, 판 두께의 1/4부의 결정립계 밀도가 작고, 어레스트성이 낮았다.

비교예 34는 가열 시간이 지나치게 짧았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 35는 가열 시간이 지나치게 길었으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 36은 가열 추출 온도가 지나치게 높았으므로, 생산성이 낮고, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 37은 가열 추출 온도가 지나치게 낮았으므로, 페라이트 분율이 높고, 강도가 낮았다.

비교예 38은 조압연의 3％ 미만의 패스수가 지나치게 많았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 39는 조압연의 3 내지 30％의 패스수가 지나치게 적었으므로, 판 두께의 1/2부의 결정립계 밀도가 작고, 어레스트성이 낮았다.

비교예 40은 조압연의 3 내지 30％의 패스수가 지나치게 많았으므로, 생산성이 현저하게 낮았다.

비교예 41은 가열 추출 온도가 높고, 그것에 수반하여 조압연 온도가 지나치게 높았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성, 어레스트성 및 생산성이 낮았다.

비교예 42는 조압연의 누적 압하율이 지나치게 작았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 43은 조압연의 3 내지 30％의 패스수가 많고，그것에 수반하여 조압연의 누적 압하율이 지나치게 컸으므로, 생산성이 현저하게 낮았다.

비교예 44는 마무리 압연 온도가 지나치게 높았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 45는 마무리 압연 온도가 지나치게 낮았으므로, 판 두께의 1/2부의 {110} 면적률이 작고, 어레스트성 및 생산성이 낮았다.

비교예 46은 마무리 압연의 패스수가 적고, 그것에 수반하여 형상비가 지나치게 컸으므로, 판 두께의 1/4부의 {100} 면적률이 작고, 어레스트성이 낮았다.

비교예 47은 마무리 압연의 패스수가 지나치게 많았으므로, 생산성이 낮았다.

비교예 48은 마무리 압연의 평균 형상비가 지나치게 컸으므로, 판 두께의 1/4부의 {100} 면적률이 작고, 어레스트성이 낮았다.

비교예 49는 마무리 압연의 평균 형상비가 지나치게 작았으므로, 판 두께의 1/4부의 {100} 면적률이 크고, 어레스트성이 낮았다.

비교예 50은 마무리 압연의 누적 압하율이 지나치게 작았으므로, 판 두께의 1/4부의 {100} 면적률, 판 두께의 1/2부의 {110} 면적률 및 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 51은 마무리 압연의 누적 압하율이 지나치게 컸으므로, 생산성이 낮았다.

비교예 52는 냉각 개시 온도가 지나치게 낮았으므로, 판 두께의 1/4부의 {100} 면적률, 판 두께의 1/2부의 {110} 면적률 및 결정립계 밀도가 작고, 강도, 인성, 어레스트성 및 생산성이 낮았다.

비교예 53은 공냉에 의한 냉각이므로, 판 두께의 1/4부의 {100} 면적률, 판 두께의 1/2부의 {110} 면적률 및 결정립계 밀도가 작고, 강도, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 54는 냉각 정지 온도가 지나치게 높았으므로, 결정립계 밀도가 작고, 인성 및 어레스트성이 낮았다.

비교예 55는 템퍼링 온도가 지나치게 높았으므로, 강도가 낮았다.

이상의 실시예로부터, 본 발명을 적용함으로써, 제조 비용이 낮고, 생산성이 높고, 강도가 높고, 판 두께가 두껍고, 또한 HAZ 인성의 열화가 없는, 어레스트성이 우수한 고강도 후강판을 제공할 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 제조 비용이 낮고, 생산성이 높고, 강도가 높고, 판 두께가 두껍고, 또한 HAZ 인성의 열화가 없는, 어레스트성이 우수한 고강도 후강판을 제공할 수 있다.

Claims

질량％로,
C:0.04 내지 0.16％,
Si:0.01 내지 0.5％,
Mn:0.75 내지 2.5％,
Al:0.001 내지 0.1％,
Nb:0.003 내지 0.05％,
Ti:0.003 내지 0.05％,
N:0.001 내지 0.008％
를 함유하고,
P이 0.03％ 이하,
S이 0.02％ 이하,
Cu가 1％ 이하,
Ni이 2％ 이하,
Cr이 1％ 이하,
Mo이 0.5％ 이하,
V이 0.15％ 이하,
B가 0.005％ 이하
Ca이 0.01％ 이하,
Mg이 0.01％ 이하,
REM이 0.01％ 이하
로 제한되고,
잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 함유하고,
하기 식 1의 탄소당량 Ceq.가 0.30 내지 0.50％인 성분 조성을 갖고,
면적률로 70％ 이하인 페라이트와, 면적률로 30％ 이상인 베이나이트를 함유하는 마이크로 조직을 갖고,
판 두께의 1/4부에서는, 결정 방위차가 15° 이상인 결정립계의 단위 면적당의 총 길이인 결정립계 밀도가 400 내지 1000㎜/㎟임과 함께, 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {100}면의 면적률이 10 내지 40％이고,
상기 판 두께의 1/2부에서는, 상기 결정립계 밀도가 300 내지 900㎜/㎟임과 함께, 상기 주압연 방향에 대해 수직한 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 {110}면의 면적률이 40 내지 70％인 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
[식 1]
제1항에 있어서, 상기 판 두께가 60 내지 95㎜인 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 항복 응력이 390 내지 690㎫인 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로 조직이, 면적률로 10％ 이하인 펄라이트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로 조직이, 페라이트 면적률이 50％ 미만이고, 펄라이트 면적률이 5％ 이하이고, 베이나이트 면적률이 50％ 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판 두께 1/4부의 상기 결정립계 밀도가 500 내지 900㎜/㎟,
상기 판 두께 1/2부의 상기 결정립계 밀도가 400 내지 800㎜/㎟인 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Cu를 0.5％ 이하,
상기 Ni을 1％ 이하,
상기 Cr을 0.5％ 이하,
상기 Mo을 0.2％ 이하,
상기 V을 0.07％ 이하
로 더욱 제한하는 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 B를 0.002％ 이하로 더욱 제한하는 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Ca을 0.003％ 이하,
상기 Mg을 0.003％ 이하,
상기 REM을 0.003％ 이하
로 더욱 제한하는 것을 특징으로 하는, 고강도 후강판.