KR20170002650A - 고강도 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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마사히토 가네코
요시토미 오카자키
하루야 가와노
아키라 이바노
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

고강도를 나타냄과 더불어, 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘하는 강판을 제공한다. 해당 강판은, 규정된 성분 조성을 만족시키고, 조직이 하기 (1) 및 (2)를 만족시키고, 또한 판 두께의 1/4부의 비커스 경도가 180 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 강판이다.
(1) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 원 상당 직경의 최대값이 30μm 이하이다.
(2) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립으로서, 그의 원 상당 직경이 15μm 이상인 결정립의 개수 밀도가 1.5×10-3개/μm2 이하이다.

Description

고강도 강판 및 그의 제조 방법{HIGH-STRENGTH STEEL PLATE AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 고강도 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 고강도임과 더불어, 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘하는 강판, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들면 선박, 해양 구조물 등의 건설에 이용되는 강판은, 고강도이면서 저온에서의 인성이 우수할 것이 요구되고 있다. 상기 선박 등에서 만일 사고가 발생한 경우, 인적 피해나 경제적 피해는 크다. 대규모 파괴가 일어나지 않도록, 상기 선박 등에 이용되는 강재에는, 높은 저온 인성이 요구된다. 또한 선체 등의 강도 확보에는, 판 두께를 두껍게 하거나, 또는 고강도재를 사용할 필요가 있지만, 근년에는, 선체 대형화에 수반하는 경량화의 관점에서, 후육재보다도 고강도재의 적용이 지향되고 있다.
고강도재의 저온 인성을 높인 기술로서, 본원 출원인은 지금까지 이하의 기술을 제안하고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에서는, 규정된 성분 조성을 만족시키는 강판으로서, 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원 상당 직경 D가 35μm 이하임과 더불어, 결정 방위 분포차로부터 측정되는 랜덤 입계 분율 R이 50면적% 이상인 점에 특징을 갖는 강판을 제안하고 있다.
또한 특허문헌 2에서는, 규정된 성분 조성과 규정된 식(1)을 만족시키고, 또한 두께 tmm의 강판의 압연 방향에 평행하고, 강판 표면에 대해서 수직인 면의 금속 조직을 관찰했을 때에, (a) 페라이트 면적률이 75% 이상, (b) t/2 위치에 있어서의 페라이트립의 평균 원 상당 직경이 20.0μm 이하, (c) t/4 위치에 있어서의 페라이트립의 평균 어스펙트비가 2.0 이하를 만족시키는 강판을 제안하고 있다.
그러나 근년에는, 안전성의 요구 레벨이 더 높아지고 있어, 고강도이고, 우수한 저온 인성을 보다 안정되게 발휘하는 강판이 요구되고 있다.
일본 특허공개 2009-228020호 공보 일본 특허공개 2008-248354호 공보
본 발명은 상기와 같은 사정에 주목하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 고강도를 나타냄과 더불어, 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘하는 강판과 그의 제조 방법을 확립하는 것에 있다.
상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 고강도 강판은,
성분 조성이, 질량%로,
C: 0.01∼0.15%,
Si: 0% 초과 0.50% 이하,
Mn: 0.6∼2.0%,
P: 0% 초과 0.030% 이하,
S: 0% 초과 0.025% 이하,
Al: 0.02∼0.07%,
Nb: 0.003% 이상 0.05% 미만,
Ti: 0.003∼0.03%,
B: 0% 이상 0.005% 이하,
N: 0.001∼0.01%, 및
Ca: 0.0003∼0.0060%
를 만족시키고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
조직이 하기 (1) 및 (2)를 만족시키고, 또한 판 두께의 1/4부의 비커스 경도가 180 이상인 것에 특징을 갖는다.
(1) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 원 상당 직경의 최대값이 30μm 이하이다.
(2) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립으로서, 그의 원 상당 직경이 15μm 이상인 결정립의 개수 밀도가 1.5×10-3개/μm2 이하이다.
상기 성분 조성은, 질량%로,
Cu: 0% 초과 1.0% 이하,
Ni: 0% 초과 1.20% 이하,
Cr: 0% 초과 0.50% 이하,
Mo: 0% 초과 0.5% 이하, 및
V: 0% 초과 0.1% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 추가로 포함하고 있어도 된다.
상기 성분 조성은, 질량%로,
REM: 0% 초과 0.05% 이하, 및
Zr: 0% 초과 0.020% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 추가로 포함하고 있어도 된다.
본 발명에는 추가로, 상기 고강도 강판의 제조 방법으로서, 상기 성분 조성을 만족시키는 강편을 이용하고, 하기 공정 A∼F를 이 순서로 포함하는 것에 특징을 갖는 고강도 강판의 제조 방법도 포함된다.
공정 A: 900∼1200℃의 온도역에서, 판 두께 방향의 온도 편차가 40℃ 이내가 될 때까지 가열한다.
공정 B: 강편 표면의 스케일을 제거한다.
공정 C: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역에서, 누적 압하율 30% 이상의 압연을 행한다.
공정 D: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역까지의 냉각을, 상기 공정 C 후의 판 두께가 50mm를 초과하는 경우는, 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각과 공냉의 2회 이상의 반복을 포함하는 방법으로 행하고, 상기 판 두께가 50mm 이하인 경우는 수냉 이외의 방법으로 행한다.
공정 E: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에서, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 미만인 경우는 누적 압하율 5% 이상의 압연을 행하고, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 이상인 경우는 누적 압하율 15% 이상의 압연을 행한다.
공정 F: Ar3 변태점으로부터 500℃까지를 평균 냉각 속도 5℃/s 이상으로 냉각한다. 단, 상기 Ar3 변태점은 하기 식(2)에 의해 구한다.
Figure pct00001
식(1)에 있어서, B, N, Ti는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
Ar3 변태점=910-310×C-80×Mn-20×Cu-15×Cr-55×Ni-80×Mo+0.35×(t-8)···(2)
식(2)에 있어서, C, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타내고, t는 단위 mm로 표시되는 제품 두께를 나타낸다.
본 발명에 의하면, 고강도를 나타냄과 더불어, 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘하는 강판과 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 베이니틱 페라이트를 설명하기 위한 현미경 사진이다.
도 2는 실시예에 있어서의 EBSP(Electron Back Scattering Pattern)법에서의 관찰용 시험편의 채취 위치를 나타낸 설명도이며, 사선으로 나타낸 단면이 관찰면이다.
도 3a는 실시예에 있어서의 본 발명예의 EBSP 측정 결과를 나타내는 사진이다.
도 3b는 실시예에 있어서의 비교예의 EBSP 측정 결과를 나타내는 사진이다.
우선, 예를 들면 선박용 강재에서 문제가 되는 취성 균열의 진전은, 판 두께 방향 단면에 있어서의 판 두께의 1/4부의, L 방향의 인성, 즉 압연 방향의 인성과 상관이 있다는 것이 알려져 있다. 또한 상기 취성 균열의 진전을 억제하기 위해서는, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 입계가 장벽으로서 유효하다는 것도 알려져 있다. 한편, 이하에서는, 상기 「인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 입계」를 「대각 입계」라고 하고, 이 대각 입계로 둘러싸인 결정립을 「대각 결정립」이라고 하는 경우가 있다.
지금까지, 취성 균열의 진전 등을 억제하기 위해 대각 결정립의 사이즈를 제어, 예를 들면, 특허문헌 1에도 나타내는 대로, 상기 대각 결정립의 평균 결정 입경을 규정하는 것이 행해져 왔다.
그러나, 본 발명자들이 대각 결정립의 사이즈와 인성의 관계에 대해서 검토를 행한 바, 대각 결정립의 평균 결정 입경이 일정 이하이고 또한 충격 에너지의 평균값이 일정 이하이더라도, 몇 안 되지만 조대한 대각 결정립이 존재하거나, 비교적 큰 대각 결정립이 일정 이상 존재하는 경우에는, 외부로부터 힘이 가해졌을 때에, 이들 조대한 결정립 등에 응력이 집중되어, 파괴의 발생 기점이 되기 쉽다는 것이 판명되었다.
그래서 본 발명자들은, 이들 조대한 결정립 등에 주목해서, 우수한 모재 인성, 특히 모재의 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘하는 강판을 얻기 위해 검토를 행한 바, 조대한 결정립 등에 관한 하기 (1) 및 (2)의 요건을 만족시키도록 하면, 인성을 평가하는 충격 흡수 에너지값의 격차가 억제되어, 우수한 모재 인성을 안정되게 발휘하는 강판을 실현할 수 있다는 것을 도출하여, 본 발명을 완성시켰다. 이하, 조직에 관한 각 요건에 대해서 설명한다.
(1) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 원 상당 직경의 최대값이 30μm 이하
우선은, 대각 결정립의 원 상당 직경의 최대값이, 인성에 미치는 영향, 상세하게는, 후술하는 실시예에서 평가한 vE-40과 그의 격차, 및 vTrs에 미치는 영향에 대해서 검토했다. 그 결과, 후술하는 개수 밀도를 만족시킴과 더불어, 상기 최대값이 30μm 이하이면, vE-40과 그의 격차, 및 vTrs가 평가 기준을 만족시켜, 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘한다는 것을 알 수 있었다. 상기 최대값은, 바람직하게는 28.0μm 이하, 보다 바람직하게는 25.0μm 이하, 더 바람직하게는 23.0μm 이하이다. 한편, 상기 최대값은 작으면 작을수록 바람직하지만, 규정된 제조 방법의 조건 등을 고려하면, 상기 최대값의 하한값은 대략 10μm 정도가 된다. 한편, 이하에서는, 판 두께 방향 단면에 있어서의 판 두께의 1/4부를 「t/4부」, 판 두께의 1/2부를 「t/2부」라고 하는 경우가 있다.
(2) t/4부에 있어서, 원 상당 직경이 15μm 이상인 대각 결정립의 개수 밀도가 1.5×10-3개/μm2 이하
우수한 저온 인성을 안정되게 발휘하는 강판을 얻기 위해서는, 상기 최대값에 더하여, 비교적 큰 대각 결정립, 즉, 원 상당 직경이 15μm 이상인 대각 결정립의 개수 밀도를 일정 이하로 하는 것이 좋다는 것을 발견했다. 상세하게는, 상기 개수 밀도가, vE-40과 그의 격차, 및 vTrs에 미치는 영향에 대해서 검토한 바, 상기 개수 밀도를 1.5×10-3개/μm2 이하로 하면, 상기 vE-40 등이 평가 기준을 만족시켜, 우수한 저온 인성이 안정되게 얻어진다는 것을 알 수 있었다. 상기 개수 밀도는, 바람직하게는 1.0×10-3개/μm2 이하, 보다 바람직하게는 0.9×10-3개/μm2 이하이다. 한편, 상기 개수 밀도도 작으면 작을수록 바람직하지만, 규정된 제조 방법의 조건 등을 고려하면, 상기 개수 밀도의 하한값은 1.0×10-5개/μm2 정도가 된다.
상기 최대값과 상기 개수 밀도는 실시예에 기재된 방법으로 구해진다.
본 발명은 강 조직의 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다. 예를 들면 베이니틱 페라이트가 10면적% 이상이고, 그 밖의 조직으로서, 페라이트, 베이나이트, 마텐자이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 조직으로 할 수 있다. 한편, 상기 베이니틱 페라이트란, 도 1의 현미경 사진에 있어서 ○로 둘러싸는 조직과 같이, 페라이트와 라스상 조직의 중간 조직을 말한다.
본 발명의 강판에 있어서, 고강도란, t/4부의 비커스 경도가 180 이상인 것을 말한다. 상기 비커스 경도와 함께, 하기 실시예에 나타내는 대로, 항복 강도, 인장 강도 및 신도가 하기 실시예에 나타내는 평가 기준을 만족시키는 것이 바람직하다.
강판의 상기 고강도나, 모재의 인성, 특히 모재의 저온 인성, 나아가서는 선박용 강판 등에 요구되는 HAZ(Heat Affected Zone) 인성 등을 확보하기 위해서는, 이하에 나타내는 대로, 강판의 성분 조성을 만족시킬 필요가 있다.
C: 0.01∼0.15%
C는 강재, 즉 모재의 강도를 확보하기 위해서 빠뜨릴 수 없는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01% 이상 함유시킬 필요가 있다. C는 0.03% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.04% 이상이다. 그러나 C량이 0.15%를 초과하면, 용접 시에 HAZ에 섬 형상 마텐자이트가 많이 생성되어, HAZ 인성의 열화를 초래할 뿐만 아니라 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서 C량은, 0.15% 이하, 바람직하게는 0.10% 이하, 보다 바람직하게는 0.060% 이하로 한다.
Si: 0% 초과 0.50% 이하
Si는 고용 강화에 의해 강재의 강도를 확보하는 데 기여하는 원소이다. 이 관점에서, Si를 0.02% 이상, 나아가서는 0.05% 이상 함유시켜도 된다. 그러나 Si량이 0.50%를 초과하면, 용접 시에 HAZ에 섬 형상 마텐자이트가 많이 생성되어, HAZ 인성의 열화를 초래할 뿐만 아니라 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서 Si량은 0.50% 이하로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.30% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.20% 이하, 더 바람직하게는 0.10% 이하이다.
Mn: 0.6∼2.0%
Mn은 강재의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mn을 0.6% 이상 함유시킬 필요가 있다. Mn량은, 바람직하게는 1.0% 이상, 보다 바람직하게는 1.50% 이상이다. 그러나 Mn량이 2.0%를 초과하면, 모재의 용접성이 열화된다. 따라서 Mn량은, 2.0% 이하로 억제할 필요가 있다. Mn량은, 바람직하게는 1.90% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.85% 이하, 더 바람직하게는 1.80% 이하이다.
P: 0% 초과 0.030% 이하
P는 편석되기 쉬운 원소이고, 특히 강재 중의 결정립계에 편석되어서 모재의 인성을 열화시킨다. 따라서 P는 0.030% 이하로 억제할 필요가 있다. P량은, 바람직하게는 0.018% 이하, 보다 바람직하게는 0.015% 이하이다.
S: 0% 초과 0.025% 이하
S는 Mn과 결합해서 MnS를 생성하고, 모재의 인성이나 판 두께 방향의 연성을 열화시키는 유해한 원소이다. 따라서 S량은 0.025% 이하로 억제할 필요가 있다. S량은, 바람직하게는 0.012% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.008% 이하, 더 바람직하게는 0.006% 이하이다.
Al: 0.02∼0.07%
Al은 탈산을 위해서 유용한 원소이고, 또한 AlN을 형성해서 결정립의 미세화에도 기여하는 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Al량을 0.02% 이상으로 한다. 그러나 Al량이 과잉이 되면, 모재 인성 및 HAZ 인성이 열화되기 때문에, Al량은 0.07% 이하로 억제할 필요가 있다. Al량은, 바람직하게는 0.050% 이하, 보다 바람직하게는 0.040% 이하이다.
Nb: 0.003% 이상 0.05% 미만
Nb는 고용에 의한 용질 트래핑 효과 및 탄질화물 석출에 의한 핀 고정 효과의 2개의 효과에 의해, 재결정립의 조대화를 억제하여, 모재 인성의 향상에 기여한다. 또한 변태 개시 온도를 저온측으로 시프트시키는 기능이 있고, 이것이 조직의 미세화를 촉진한다. Nb에 의한 이들 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Nb량을 0.003% 이상으로 한다. Nb량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.007% 이상이다. 그러나 Nb량이 0.05% 이상이 되면 모재 인성 및 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 본 발명에서는, Nb량을 0.05% 미만으로 한다. Nb량은, 바람직하게는 0.030% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.025% 이하, 더 바람직하게는 0.020% 이하이다.
Ti: 0.003∼0.03%
Ti는 강재 중에 TiN 등의 질화물이나 Ti 산화물을 생성하고, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 해당 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti를 0.003% 이상 함유시킬 필요가 있다. Ti량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.007% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다. 그러나 Ti가 과잉으로 포함되면, 모재 인성이 열화되기 때문에, Ti량은 0.03% 이하로 한다. Ti량은, 바람직하게는 0.020% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.018% 이하이다.
B: 0% 이상 0.005% 이하
B는 담금질성 향상의 효과에 의해 고강도 확보에 기여하는 원소이다. 또한 입계 페라이트의 생성을 억제해서 HAZ 인성을 향상시키는 원소이기도 하다. 해당 효과를 발휘시키기 위해, 0.0005% 이상 함유시켜도 되고, 나아가서는 0.0010% 이상 함유시켜도 된다. 그러나, B량이 0.005%를 초과하면, 오스테나이트 입계에 BN으로서 석출되어, HAZ 인성의 저하를 초래한다. 따라서 B량은 0.005% 이하로 한다. B량은, 바람직하게는 0.002% 이하이다.
N: 0.001∼0.01%
N은 예를 들면, TiN 등의 질화물을 석출시키는 원소이다. 해당 질화물은, 핀 고정 효과에 의해, 용접 시에 HAZ에 생성되는 오스테나이트립의 조대화를 방지하고, 페라이트 변태를 촉진시켜서, HAZ 인성의 향상에 기여한다. 이 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.001% 이상 함유시킬 필요가 있다. N량은, 바람직하게는 0.0030% 이상, 보다 바람직하게는 0.0035% 이상, 더 바람직하게는 0.0040% 이상이다. 그러나 N량이 0.01%를 초과하면, 고용 N량이 증대해서 모재 인성이 열화됨과 더불어, HAZ 인성도 열화된다. 따라서 N량은 0.01% 이하로 억제한다. N량은, 바람직하게는 0.0085% 이하, 보다 바람직하게는 0.0075% 이하이다.
Ca: 0.0003∼0.0060%
Ca가 포함되면, TiN 생성 온도가 내려가기 때문에, 미세한 TiN이 석출되어서 HAZ 인성이 향상된다. 또한 Ca는 Al2O3을 핵으로서 석출시키는 조대한 TiN의 생성도 억제하여, HAZ 인성 저하의 억제에 기여한다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Ca량은 0.0003% 이상으로 한다. Ca량은, 바람직하게는 0.0010% 이상이다. 한편, Ca량이 0.0060%를 초과하면, 조대한 개재물이 석출되어서 HAZ 인성의 저하를 초래한다. 따라서 Ca는 0.0060% 이하로 한다. Ca량은, 바람직하게는 0.0040% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하이다.
본 발명의 강재는, 상기 원소를 포함하고, 잔부는 철 및 불가피 불순물로 이루어진다. 해당 불가피 불순물로서, 예를 들면 산소나 Mg, As, Se 등을 들 수 있다. 그 중에서도 산소는, 개재물을 형성해서 특성의 열화를 초래하기 쉽기 때문에, 0.0040% 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 산소량은, 보다 바람직하게는 0.0020% 이하이다. 본 발명에는, 또 다른 원소로서, 하기에 나타내는 대로, 강재의 강도나 인성을 향상시키는 Cu나 Ni, Cr, Mo, V, 개재물의 형태 제어에 기여하는 REM이나 Zr을 포함하는 강재도 포함된다.
Cu: 0% 초과 1.0% 이하, Ni: 0% 초과 1.20% 이하, Cr: 0% 초과 0.50% 이하, Mo: 0% 초과 0.5% 이하, 및 V: 0% 초과 0.1% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소
이들 원소는 강재의 강도나 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이하, 각 원소에 대해서 설명한다.
Cu는 고용 강화에 의해 강재의 강도를 높이는 원소이다. 이 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Cu를 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cu량은, 보다 바람직하게는 0.15% 이상, 더 바람직하게는 0.20% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.25% 이상이다. 그러나 Cu량이 1.0%를 초과하면, 강재의 인성이 열화되기 때문에, Cu량은 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu량은, 보다 바람직하게는 0.8% 이하이며, 더 바람직하게는 0.5% 이하이다.
Ni는 강재의 강도를 높임과 더불어, 강재 자체의 인성을 향상시키는 데에도 기여하는 원소이다. 또한 Nb와 마찬가지로, 변태 개시 온도를 저온측으로 시프트시키는 기능이 있고, 이것이 조직의 미세화를 촉진한다. 이들 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Ni를 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10% 이상, 더 바람직하게는 0.20% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.30% 이상이다. 그러나 Ni는 고가의 원소이기 때문에, 경제적 이유로, Ni량은 1.20% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.00% 이하, 더 바람직하게는 0.80% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.60% 이하이다.
Cr은 강재의 강도를 높이는 데 기여하는 원소이며, 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cr량은, 보다 바람직하게는 0.02% 이상, 더 바람직하게는 0.03% 이상이다. 그러나 Cr량이 0.50%를 초과하면, 강재의 강도가 지나치게 높아져서 모재 인성이 열화되고, 또한 HAZ 인성도 열화된다. 따라서 Cr량은 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr량은, 보다 바람직하게는 0.30% 이하, 더 바람직하게는 0.20% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.15% 이하이다.
Mo도 강재의 강도를 높이는 데 기여하는 원소이며, 0.005% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.008% 이상, 더 바람직하게는 0.01% 이상이다. 그러나 0.5%를 초과하면, 강재의 강도가 지나치게 높아져서 모재 인성이 열화되고, HAZ 인성도 저하된다. 따라서 Mo량은 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3% 이하, 더 바람직하게는 0.2% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.10% 이하이다.
V도 강재의 강도를 높이는 데 기여하는 원소이고, 또한 HAZ 인성의 향상에도 기여하는 원소이다. 해당 효과를 발휘시키기 위해서는 V를 0.001% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. V량은, 보다 바람직하게는 0.002% 이상, 더 바람직하게는 0.005% 이상이다. 그러나 V량이 과잉이 되면, 석출되는 탄질화물이 조대화되어서 모재 인성이 열화된다. 따라서 V량은 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하다. V량은, 보다 바람직하게는 0.05% 이하, 더 바람직하게는 0.02% 이하이다.
REM: 0% 초과 0.05% 이하, 및 Zr: 0% 초과 0.020% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소
이들 원소는, 개재물을 미세화하여, 모재 인성 및 HAZ 인성을 향상시키는 데 유효하게 작용한다. 해당 효과를 발휘시키기 위해서는, REM을 이용하는 경우, REM량은 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 또한 Zr을 이용하는 경우, Zr량은 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 그러나, 이들의 함유량이 과잉이 되면, 산화물이 조대해져 모재 및 HAZ의 인성이 오히려 열화된다. 따라서, REM량은 0.05% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.018% 이하이다. 또한 Zr량은 0.020% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.010% 이하이다. 한편, 본 발명에서는 REM으로서, 주기율표 3족에 속하는 스칸듐, 이트륨, 및 란타노이드 계열 희토류 원소, 즉 원자 번호 57∼71의 원소 모두를 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 6mm 이상이고, 나아가서는 10mm 이상, 더 나아가서는 15mm 이상이며, 100mm 이하를 상정한 것이다.
다음으로 본 발명의 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선은, 본 발명의 강판의 제조 방법에서 이용하는 고용 B 지수에 대해서 설명한다.
선박용 강재에는, 시공 효율 향상의 관점에서, 대입열 용접이 지향된다. 해당 용접 후의 HAZ 인성을 높이기 위해, 일반적으로는, Ti, N 및 B를 첨가하고, TiN 생성에 의한 구 오스테나이트립 성장 억제 및 BN 생성에 의한 입내 핵생성을 활용하는 것이 행해지고 있다. 상기 B는, BN을 구성하는 B와, N과는 결합하지 않고 강 중에 고용되는 「고용 B」의 2종으로 나뉜다. 이들의 비율은, 제강 단계에서의 Ti, N 및 B의 첨가 실적에 따라 변화한다.
본 발명자들은, 대각 결정립의 사이즈와 원소의 관계에 대해서 검토한 바, 원소 중에서도 상기 B, 특히 상기 「고용 B」가 대각 결정립의 조대화를 초래하고 있는 것은 아닌가라는 점에 주목했다. 그리고 이 관점에서, 고용 B량이 대각 결정립의 사이즈에 미치는 영향에 대해서 조사한 결과, 강 중의 고용 B가 증가하면, 대각 결정립으로서 일부에 조대한 것이 생성되거나, 비교적 조대한 대각 결정립의 수가 증가하는 경향이 있다는 것이 판명되었다. 고용 B가, 상기 대각 결정립의 조대화를 초래하는 이유는 다음과 같이 생각된다. 즉, 강의 γ로부터 α로의 변태 시에, 고용 B가, 변태의 방위 선택을 제한하는 결과, 결정 방위차 15° 미만의 결정립이 모여서 형성되고 쉽고, 바꾸어 말하면 결정 방위차 15° 이상의 대각 결정립이 형성되기 어렵고, 그 결과, 결정 방위차 15° 이상의 결정 입경이 조대, 즉, 대각 결정립의 사이즈가 조대해지는 것은 아닌가라고 생각된다.
그래서, 상기 조대한 대각 결정립의 생성 억제를 목적으로, 우선은, 강 중의 고용 B량을 산출하기 위해 하기 식(1)을 설정했다. 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수는, 강 중의 고용 B량을 나타내는 지수이며, 이 값이 클수록 강 중의 고용 B량이 많은 것을 의미한다. 본 발명자들은, 이 고용 B 지수가 클수록, 대각 결정립이 조대해지기 쉽고, 그 결과, 저온 인성의 저하가 생기기 쉽다는 것을 별도로 확인하고 있다.
Figure pct00002
식(1)에 있어서, B, N, Ti는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
그리고 본 발명자들은, 상기 고용 B 지수에 따라서 제조 조건을 제어하기 위해 추가로 검토를 행했다. 그 결과, 상기 고용 B 지수=2.0을 경계로 하여, 특히 고용 B 지수가 2.0 이상인 경우에, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압연의 누적 압하율을 일정 이상으로 하면, 조대한 대각 결정립의 생성이 억제된다는 것을 발견했다.
이하에서는, 상기 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압연의 누적 압하율을 포함시켜, 본 발명에서 제조 방법을 규정한 이유에 대해서 설명한다.
본 발명의 제조 방법에서는, 상기의 성분 조성을 갖는 강편을, 통상적 방법에 의해 주조해서 예를 들면 슬래브 등을 얻은 후, 하기 공정 A∼F를 이 순서로 포함하도록 실시한다. 한편, 이하의 제조 방법에서 규정된 온도는, 특별히 예고가 없는 한 표면 온도를 말한다. 또한 하기 제조 방법에 있어서, 판 두께, t는, 특별히 예고가 없는 한, 각 공정에서의 판 두께, 압연을 포함하는 공정에서는 압연 개시 시의 판 두께를 말한다.
[공정 A: 900∼1200℃의 온도역에서, 판 두께 방향의 온도 편차가 40℃ 이내가 될 때까지 가열한다]
강편의 조직을 우선은 오스테나이트 단상으로 하기 위해, 900℃ 이상으로 가열한다. 가열 온도는 바람직하게는 1000℃ 이상이다. 해당 가열 온도의 상한은 비용 등의 관점에서 1200℃ 이하이고, 바람직하게는 1150℃ 이하이다. 한편, 여기에서의 가열 온도는 노 내의 분위기 온도를 말한다.
상기 강편의 가열은, 판 두께 방향의 온도 편차가 40℃ 이내가 될 때까지 행한다. 이 공정 A에서의 판 두께 방향의 온도 편차는, 후술하는 실시예에 나타내는 방법으로 구한 「t/4부의 온도」와 「t/2부의 온도」의 차이다. 이 강편 가열 시의 판 두께 방향의 온도 편차가 크면, t/4부의 온도의 예측 계산값에 어긋남이 생겨, 후공정에서 적절한 압연을 행할 수 없다. 상기 온도 편차는 35℃ 이내로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30℃ 이내이며, 가장 바람직하게는 20℃ 이내이다.
[공정 B: 강편 표면의 스케일을 제거한다]
일반적으로 가열 시간이 장시간화되면, 강판 표면에 스케일이 생성되기 쉬워진다. 스케일이 강편 표면에 존재하면, 표면 온도로부터 계산되는 t/4부의 온도의 산출이 저해되어, 결과적으로 t/4부의 적절한 압연을 행할 수 없다. 따라서 상기 공정 A 후에 강편 표면의 스케일 제거를 행한다. 스케일 제거의 방법으로서, 예를 들면 고압수의 분사를 행하는 것을 들 수 있다.
상기 공정 A 및 공정 B를 실시하는 것에 의해, 하기 공정 C 개시 시의 판 두께 내의 온도 편차, 즉 [(t/4부의 온도-표면 온도)/공정 C 개시 시의 판 두께]로부터 구해지는 수치를, 1.0℃/mm 이하로 억제할 수 있다.
[공정 C: t/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역에서, 누적 압하율 30% 이상의 압연을 행한다]
이 공정에서는, 오스테나이트 재결정 온도역에서, 누적 압하율로 30% 이상의 압하를 가한다. 이 압하에 의해 변형이 축적되고, 후술하는 공정 F의 냉각이 실시되는 것에 의해, 대각 결정립의 미세화를 도모할 수 있다. 상기 누적 압하율은, 바람직하게는 32% 이상, 보다 바람직하게는 35% 이상이고, 그 상한은 대략 50% 정도이다.
[공정 D: t/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역까지의 냉각을, 상기 공정 C 후의 판 두께가 50mm를 초과하는 경우는, 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각과 공냉의 2회 이상의 반복을 포함하는 방법으로 행하고, 상기 판 두께가 50mm 이하인 경우는 수냉 이외의 방법으로 행한다]
오스테나이트 재결정 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도역으로 이행할 때에 강판의 냉각이 필요해지지만, 해당 냉각의 속도가 빠르면, 강판 표면에 스케일이 생성되기 쉬워진다. 스케일이 생성되면, t/4부의 온도의 예측 계산값에 어긋남이 생겨, 적절한 압연을 행할 수 없게 된다. 스케일 생성의 억제를 위해, 강판의 냉각을 공냉만으로 하는 것이 생각되지만, 판 두께가 50mm 초과인 경우는 충분히 냉각되지 않는다. 그래서, 판 두께가 50mm 초과인 경우는, 상기 오스테나이트 재결정 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도역까지의 냉각으로서, 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각과 공냉에 의한 복열 과정을 2회 이상 반복 실시하는 것으로 했다. 한편, 강판 표면에 스케일이 생성되지 않는 한, 상기 복열 과정에 더하여 또 다른 냉각 방법을 채용할 수도 있다.
이하에서는, 상기 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각을 「중간 냉각」이라고 하고, 1회째의 중간 냉각을 「중간 냉각 1」, 2회째의 중간 냉각을 「중간 냉각 2」라고 하는 경우가 있다. 또한 상기 공냉을 「중간 공냉」이라고 하고, 1회째의 중간 공냉을 「중간 공냉 1」, 2회째의 중간 공냉을 「중간 공냉 2」라고 하는 경우가 있다. 상기 중간 냉각과 중간 공냉은 반복하여 2회 이상 행하면 되고, 각 냉각의 온도역이나 시간은 특별히 따지지 않는다.
상기 중간 냉각의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 0.7℃/s 이상, 보다 바람직하게는 0.9℃/s 이상이다. 상기 평균 냉각 속도의 상한은, 스케일 생성을 억제하는 관점에서 1.0℃/s 정도이다.
상기 평균 냉각 속도는, 하기 실시예에 나타내는 방법으로 구해진다.
상기 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각의 방법으로서, 예를 들면 물이나 미스트의 분사를 들 수 있고, 바람직하게는 물의 분사이다.
상기 판 두께가 50mm 이하인 경우, 냉각 방법은, 스케일의 형성이 억제되는 방법이면 되기 때문에, 수냉 이외의 방법이면 된다. 오스테나이트 재결정 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도역으로의 냉각 방법으로서, 예를 들면, 공냉만을 행해도 되고, 전술한 중간 냉각과 중간 공냉의 반복을 행해도 된다.
상기 공정 D를 실시, 특히 상기 판 두께가 50mm 초과인 경우에 복열 과정을 거치는 것에 의해, 하기 공정 E 개시 시의 판 두께 내의 온도 편차, 즉 [(t/4부의 온도-표면 온도)/공정 E 개시 시의 판 두께]로부터 구해지는 수치를, 1.0℃/mm 이하로 억제할 수 있다.
[공정 E: t/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에서, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 미만인 경우는 누적 압하율 5% 이상의 압연을 행하고, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 이상인 경우는 누적 압하율 15% 이상의 압연을 행한다]
Figure pct00003
식(1)에 있어서, B, N, Ti는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
고용 B 지수가 2.0 미만인 경우는, 강 중의 고용 B량이 비교적 적기 때문에, 이 t/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에 있어서, 누적 압하율 5% 이상의 압연을 행하면 된다. 상기 누적 압하율은, 바람직하게는 10% 이상, 보다 바람직하게는 15% 이상이다. 한편, 생산성 등을 고려하면, 상기 누적 압하율의 상한은 50% 정도가 된다.
한편, 고용 B 지수가 2.0 이상인 경우, 전술한 바와 같이, 고용 B에 의해 변태의 방위 선택이 제한되어, 대각 결정립이 조대해지기 쉽다. 그래서 본 발명에서는, 이 t/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에서, 누적 압하율 15% 이상의 압연을 행한다. 이 온도역에서의 압하량을 증가시키는 것에 의해, 구 γ립 내에 변태 시의 핵생성 사이트가 되는 전위가 도입되고, 그 결과, 고용 B에 의한 변태 시의 방위 억제가 완화되어, 조대립의 생성이 억제된다고 생각된다. 상기 누적 압하율은, 바람직하게는 19% 이상, 보다 바람직하게는 20% 이상이다. 한편, 생산성 등을 고려하면, 상기 누적 압하율의 상한은 50% 정도가 된다.
t/4부의 온도가, 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역이나, 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역은, 엄밀하게는, 포함되는 원소의 종류나 그의 함유량 등의 영향을 받는다. 이들 온도역은, 예를 들면 가공 포머스터 실험에 의해 변형 저항량이 변화하는 온도로부터 구하는 것이 가능하다.
[공정 F: Ar3 변태점으로부터 500℃까지를 평균 냉각 속도 5℃/s 이상으로 냉각한다. 단, 상기 Ar3 변태점은 하기 식(2)에 의해 구한다. 한편, 포함되지 않는 원소는 제로로 해서 계산하면 된다.
Ar3 변태점=910-310×C-80×Mn-20×Cu-15×Cr-55×Ni-80×Mo+0.35×(t-8)···(2)
식(2)에 있어서, C, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타내고, t는 단위 mm로 표시되는 제품 두께를 나타낸다]
t/4부의 비커스 경도: 180 이상을 달성하기 위해서는, C를 고용시키는 관점에서, 전단적인 변태를 시킬 필요가 있다. 그 때문에, 냉각 개시 온도: t/4부에서 Ar3 변태점으로부터, 냉각 정지 온도: 표면 온도에서 500℃까지의 온도역의 냉각을, 평균 냉각 속도 5℃/s 이상으로 행한다. 해당 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 6.0℃/s 이상, 보다 바람직하게는 7.0℃/s 이상이다. 상기 냉각 개시 온도는, 상기와 같이 t/4부의 온도에서 제어하지만, 상기 평균 냉각 속도는, 냉각 개시 시와 냉각 정지 시의 표면 온도를 이용해서 산출한다.
한편, 상기 평균 냉각 속도의 상한은 판 두께에 의존한다. 예를 들면 후술하는 실시예에서 이용한 판 두께 65mm의 경우라면, 상기 평균 냉각 속도의 상한은 대략 10℃/s 정도가 되지만, 판 두께가 이보다도 얇으면, 상기 평균 냉각 속도의 상한도 높아진다.
본 발명에서는, 적어도 Ar3 변태점으로부터 500℃까지의 범위를 상기 속도로 냉각하면 된다. 즉, 냉각 개시 온도는, 나아가 Ar3 변태점+10℃ 이상, 더 나아가서는 Ar3 변태점+20℃ 이상이고, 예를 들면 마무리 압연 종료 온도 이하의 온도여도 된다. 또한 냉각 정지 온도는, 나아가 480℃ 이하, 더 나아가서는 450℃ 이하이고, 예를 들면 400℃ 이상의 온도로 할 수도 있다.
상기 속도로 냉각 후의, 추가로 실온까지의 냉각은, 특별히 수단을 따지지 않고, 예를 들면 공냉 등을 들 수 있다.
상기 평균 냉각 속도는 하기 실시예에 나타내는 방법으로 구해진다.
본원은 2014년 6월 20일에 출원된 일본 특허출원 제2014-127643호에 기초하는 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 2014년 6월 20일에 출원된 일본 특허출원 제2014-127643호의 명세서의 전체 내용이 본원에 참고를 위해 원용된다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
강을 용제하고, 응고해서 얻어진 하기 표 1에 나타내는 성분 조성의 각종 슬래브를 이용하여, 하기 표 2 및 표 3에 나타내는 제조 조건에서 각종 강판을 제작했다.
한편, t/4부의 온도가, 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역이나, 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역은, 가공 포머스터 실험에 의해 구했다. 본 발명의 강판의 성분 조성 범위이면, 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역은 940℃ 이하 860℃ 이상, 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역은 860℃ 이하 Ar3 변태점 이상의 범위라고 상정하여, 본 실시예에서는 상기 온도역을 채용했다. 표 2 및 표 3에 있어서, t/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역에서의 압연 개시 온도를 「SRT1」, t/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에서의 압연 개시 온도를 「SRT2」, 마무리 압연 종료 온도를 「FRT」, 오스테나이트 미재결정 온도역에서 압연 후의 냉각 개시 온도를 「SCT」, 해당 냉각의 종료 온도를 「FCT」라고 나타내고 있다.
[압연 중의 판 두께 방향 각 부의 온도 측정 방법]
1. 프로세스 컴퓨터를 이용하여, 가열 개시로부터 추출, 즉 가열 종료까지의 분위기 온도나 재로(在爐) 시간에 기초해서 강편의 표면으로부터 이면까지의 위치의 가열 온도를 산출한다.
2. 산출된 가열 온도를 이용하고, 압연 중의 압연 패스 스케줄이나 패스간의 예를 들면 수냉이나 공냉 등의 냉각 방법의 데이터에 기초해서, 판 두께 방향의 임의의 위치에 있어서의 압연 온도를 차분법 등 계산에 적합한 방법을 이용해서 계산하면서 압연을 실시한다.
3. 강판의 표면 온도는 압연 라인 상에 설치된 방사형 온도계를 이용해서 실측한다. 단, 프로세스 컴퓨터로도 이론값을 계산해 둔다.
4. 조압연 개시 시, 조압연 종료 시, 마무리 압연 개시 시에 각각 실측된 강판의 표면 온도를, 프로세스 컴퓨터로부터 산출되는 계산 온도와 조합한다.
5. 계산 온도와 실측 온도의 차가 ±30℃ 이상인 경우는, 실측 표면 온도를 계산 표면 온도로 대체하여 프로세스 컴퓨터상의 계산 온도로 하고, ±30℃ 미만인 경우는, 프로세스 컴퓨터로부터 산출된 계산 온도를 그대로 이용한다.
6. 상기 산출된 계산 온도를 이용하여, 제어 대상으로 하고 있는 영역의 압연 온도를 관리한다.
[평균 냉각 속도의 계산 방법]
평균 냉각 속도는 하기 식(3)으로부터 구한 것이다.
평균 냉각 속도: 단위 ℃/s=(θs-θf)/τ···(3)
상기 식(3)에 있어서, θs는 냉각 개시 시의 온도: 단위 ℃, θf는 냉각 정지 시의 온도: 단위 ℃, τ는 초로 표시되는 냉각 시간을 나타낸다.
표 2나 표 3에 있어서의 SRT1이나 SRT2의 온도의 온도 편차: 단위 ℃/mm는, (t/4부의 온도-표면 온도)/각 공정 개시 시의 판 두께로부터 구했다.
[누적 압하율의 계산 방법]
아래 식에 의해 산출했다.
오스테나이트 재결정 온도역에서의 누적 압하율=(H1-H2)/H1×100
오스테나이트 미재결정 온도역에서의 누적 압하율=(H2-t)/H2×100
상기에 있어서, H1은 표 2에 나타내는 오스테나이트 재결정 온도역에서의 압연 개시 시의 판 두께, H2는 표 2에 나타내는 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압연 개시 시의 판 두께, t는 제품 두께, 즉 표 3에 나타내는 판 두께이며, 모두 단위는 mm이다.
상기 얻어진 강판을 이용해서, 이하의 요령으로, 조직의 평가를 행함과 더불어, 특성으로서, 인장 특성, 비커스 경도, 및 모재의 저온 인성을 평가했다.
[대각 결정립의 사이즈의 측정]
t/4부에 있어서, EBSP법에 의해, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 원 상당 직경, 즉 대각 결정립의 사이즈를 구했다. 그의 측정 요령은 이하와 같다.
(1) 도 2에 사선으로 나타내는 단면, 즉, 해당 도 2에 있어서 양방향 화살표로 나타내는 압연 방향에 평행하면서 강판 표면에 대해서 수직인, 강판 표리면을 포함하는 판 두께 단면을, 관찰할 수 있도록 상기 강판으로부터 샘플을 채취했다.
(2) ＃150∼＃1000의 습식 에머리 연마지를 이용한 연마, 또는 그와 동등한 기능을 갖는 연마 방법으로서 다이아몬드 슬러리 등의 연마제를 이용한 연마 등에 의해, 관찰면의 경면 마무리를 행했다.
(3) TexSEM Laboratories사제의 EBSP 장치를 사용하고, t/4부에 있어서 (A) 측정 범위 200μm×200μm를 0.5μm 피치로, 또는 (B) 측정 범위 100μm×100μm를 0.25μm 피치로, 결정 방위차가 15° 이상인 경계를 결정립계로 하여, 해당 결정립계로 둘러싸인 결정립, 즉 대각 결정립의 사이즈를 측정했다. 이때, 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 콘피던스 인덱스가 0.1보다도 작은 측정점은 해석 대상으로부터 제외했다. 또한 본 실시예에서는, 원 상당 직경이 2.5μm 이하인 것은 노이즈라고 생각하여 삭제했다.
(4) 상기 측정 범위 내에서, 가장 큰 대각 결정립의 원 상당 직경을 구했다. 또한, 원 상당 직경이 15μm 이상인 대각 결정립의 수를 구하고, 상기 측정 범위의 면적, 즉 200μm×200μm 또는 100μm×100μm로 나누어서, 1μm2당 개수를 개수 밀도로서 구했다.
얻어진 강판을 압연 방향을 따라서 절단하고, 절단면의 t/4부로부터 조직 관찰 시험편을 채취하여, 배율 400배로 광학 현미경 관찰을 행한 바, 어느 예도, 베이니틱 페라이트가 10면적% 이상이고, 그 밖의 조직이, 페라이트, 베이나이트, 마텐자이트, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 조직으로 이루어져 있었다.
[인장 특성의 평가]
t/4부로부터, 압연 방향에 직각으로 JIS Z 2201의 4호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 따라서 인장 시험을 행하여, 항복 강도, 인장 강도 및 신도를 구했다. 그리고, 상기 항복 강도가 390MPa 이상, 상기 인장 강도가 530MPa 이상, 또한 신도가 17% 이상인 것을 합격으로 했다. 상기 항복 강도는, 바람직하게는 400MPa 이상, 보다 바람직하게는 415MPa 이상이다. 또한 상기 인장 강도는, 바람직하게는 550MPa 이상, 보다 바람직하게는 580MPa 이상이다. 또한 상기 신도는, 바람직하게는 20% 이상이다.
[비커스 경도의 측정]
각 강판의 t/4부에 있어서 3점씩, 비커스 경도 시험을 하중 98N에서 행했다. 그리고 3점의 비커스 경도의 평균값을 구하여, 해당 평균값이 180 이상인 경우를 합격으로 했다.
[모재의 저온 인성의 평가]
t/4부에 있어서 시험편의 길이 방향이 L 방향, 즉 압연 방향이 되도록, NK U4호 시험편을 3개 채취했다. 그리고, JIS Z 2242에 규정된 방법으로 V 노치 샤르피 충격 시험을 실시했다. NK 선급에 있어서의 조선 E 그레이드에서는 모재의 충격 특성을 시험 온도: -40℃에서 평가하기 위해, 저온 인성의 안정성의 지표로서, 시험 온도: -40℃에서 상기 시험편 3본의 에너지값을 측정했다(vE-40). 또한 상기 충격 시험을 행해서, 시험 온도와 취성 파면율의 관계를 나타내는 곡선으로부터, 취성 파면 천이 온도(vTrs)를 구했다. 그리고, 상기 에너지값이 모두 100J 이상임과 더불어, 최대값과 최소값의 차가 100J 이하이고, 또한 상기 취성 파면 천이 온도가 -60℃ 이하를 만족시키는 경우를, 우수한 저온 인성을 안정되게 발휘한다고 평가했다.
이들의 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
표 1∼4로부터 다음의 것을 알 수 있다. No. 1, 6, 8 및 9는 규정된 성분 조성을 만족시키는 강을 이용하고 있지만, 규정된 방법으로 제조하지 않고, 그 결과, 조직이 규정을 만족시키지 않아, 모재의 저온 인성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.
상세하게는 No. 1은 공정 B, 즉 가열 후이며 열간 압연 전의 스케일 제거를 행하고 있지 않고, 또한 공정 D에서 규정된 냉각도 행하지 않으며, 나아가서는 공정 C와 공정 E에서의 누적 압하율이 작기 때문에, 대각 결정립의 사이즈가 커져, 모재의 저온 인성이 뒤떨어지는 결과가 되었다. 한편, 이 No. 1에서는 공정 D에서 규정된 냉각을 행하고 있지 않기 때문에, t/4부의 온도의 산출이 저해되어, t/4부의 SRT2가 높여졌다.
No. 6은 고용 B 지수가 8.2이고, 또한 No. 8은 고용 B 지수가 22.0이어서, 모두 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 누적 압하율: 15% 이상으로 할 필요가 있지만, 모두 상기 누적 압하율이 15%를 하회했기 때문에, 대각 결정립의 최대 사이즈가 크고, 또한 No. 8에서는 15μm 이상의 대각 결정립의 개수도 많아지고, 그 결과, vE-40의 격차가 크며, 또한 vTrs가 높아졌다.
No. 9는 고용 B 지수가 19.9여서, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 누적 압하율: 15% 이상으로 할 필요가 있지만, 해당 누적 압하율이 15%를 하회했기 때문에, 대각 결정립의 최대 사이즈가 크고, 또한 15μm 이상의 대각 결정립의 개수도 많아지고, 그 결과, vE-40이 작고 또한 격차도 크며, 나아가서는 vTrs도 높아졌다.
한편, 본 발명예인 상기 강판 No. 2의 EBSP 측정 결과를 도 3a에 나타내고, 비교예인 상기 강판 No. 6의 EBSP 측정 결과를 도 3b에 나타낸다. 이들의 결과를 대비하면, 강판 No. 6은 대각 결정립의 사이즈가 조대해지고 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 성분 조성이, 질량%로,
    C: 0.01∼0.15%,
    Si: 0% 초과 0.50% 이하,
    Mn: 0.6∼2.0%,
    P: 0% 초과 0.030% 이하,
    S: 0% 초과 0.025% 이하,
    Al: 0.02∼0.07%,
    Nb: 0.003% 이상 0.05% 미만,
    Ti: 0.003∼0.03%,
    B: 0% 이상 0.005% 이하,
    N: 0.001∼0.01%, 및
    Ca: 0.0003∼0.0060%
    를 만족시키고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
    조직이 하기 (1) 및 (2)를 만족시키고, 또한 판 두께의 1/4부의 비커스 경도가 180 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
    (1) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 원 상당 직경의 최대값이 30μm 이하이다.
    (2) 판 두께의 1/4부에 있어서, 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립으로서, 그의 원 상당 직경이 15μm 이상인 결정립의 개수 밀도가 1.5×10-3개/μm2 이하이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 질량%로,
    Cu: 0% 초과 1.0% 이하,
    Ni: 0% 초과 1.20% 이하,
    Cr: 0% 초과 0.50% 이하,
    Mo: 0% 초과 0.5% 이하, 및
    V: 0% 초과 0.1% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 추가로 포함하는 고강도 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 질량%로,
    REM: 0% 초과 0.05% 이하, 및
    Zr: 0% 초과 0.020% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 추가로 포함하는 고강도 강판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 고강도 강판의 제조 방법으로서,
    상기 성분 조성을 만족시키는 강편을 이용하고, 하기 공정 A∼F를 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 제조 방법.
    공정 A: 900∼1200℃의 온도역에서, 판 두께 방향의 온도 편차가 40℃ 이내가 될 때까지 가열한다.
    공정 B: 강편 표면의 스케일을 제거한다.
    공정 C: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역에서, 누적 압하율 30% 이상의 압연을 행한다.
    공정 D: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역까지의 냉각을, 상기 공정 C 후의 판 두께가 50mm를 초과하는 경우는, 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각과 공냉의 2회 이상의 반복을 포함하는 방법으로 행하고, 상기 판 두께가 50mm 이하인 경우는 수냉 이외의 방법으로 행한다.
    공정 E: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에서, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 미만인 경우는 누적 압하율 5% 이상의 압연을 행하고, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 이상인 경우는 누적 압하율 15% 이상의 압연을 행한다.
    공정 F: Ar3 변태점으로부터 500℃까지를 평균 냉각 속도 5℃/s 이상으로 냉각한다. 단, 상기 Ar3 변태점은 하기 식(2)에 의해 구한다.
    Figure pct00008

    식(1)에 있어서, B, N, Ti는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
    Ar3 변태점=910-310×C-80×Mn-20×Cu-15×Cr-55×Ni-80×Mo+0.35×(t-8)···(2)
    식(2)에 있어서, C, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타내고, t는 단위 mm로 표시되는 제품 두께를 나타낸다.
  5. 제 3 항에 기재된 고강도 강판의 제조 방법으로서,
    상기 성분 조성을 만족시키는 강편을 이용하고, 하기 공정 A∼F를 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 제조 방법.
    공정 A: 900∼1200℃의 온도역에서, 판 두께 방향의 온도 편차가 40℃ 이내가 될 때까지 가열한다.
    공정 B: 강편 표면의 스케일을 제거한다.
    공정 C: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역에서, 누적 압하율 30% 이상의 압연을 행한다.
    공정 D: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 재결정 온도가 되는 온도역으로부터 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역까지의 냉각을, 상기 공정 C 후의 판 두께가 50mm를 초과하는 경우는, 평균 냉각 속도 0.5℃/s 이상의 냉각과 공냉의 2회 이상의 반복을 포함하는 방법으로 행하고, 상기 판 두께가 50mm 이하인 경우는 수냉 이외의 방법으로 행한다.
    공정 E: 판 두께의 1/4부의 온도가 오스테나이트 미재결정 온도가 되는 온도역에서, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 미만인 경우는 누적 압하율 5% 이상의 압연을 행하고, 하기 식(1)로 표시되는 고용 B 지수가 2.0 이상인 경우는 누적 압하율 15% 이상의 압연을 행한다.
    공정 F: Ar3 변태점으로부터 500℃까지를 평균 냉각 속도 5℃/s 이상으로 냉각한다. 단, 상기 Ar3 변태점은 하기 식(2)에 의해 구한다.
    Figure pct00009

    식(1)에 있어서, B, N, Ti는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
    Ar3 변태점=910-310×C-80×Mn-20×Cu-15×Cr-55×Ni-80×Mo+0.35×(t-8)···(2)
    식(2)에 있어서, C, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo는 각 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타내고, t는 단위 mm로 표시되는 제품 두께를 나타낸다.
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