KR20220041913A - 강 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 강은, 질량％로, C: 0.100∼0.700％, Si: 0.05∼1.00％, Mn: 20.0∼40.0％, P: ≤0.030％, S: ≤0.0050％, Al: 0.01∼5.00％, Cr: 0.5∼7.0％, N: 0.0050∼0.0500％, O: ≤0.0050％, Ti: ≤0.005％ 및 Nb: ≤0.005％와, 추가로, Ca: 0.0005∼0.0100％, Mg: 0.0005∼0.0100％ 및 REM: 0.0010∼0.0200％로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고, 오스테나이트를 기지상으로 하고, 평균 결정 입경이 50㎛ 이하 또한 황화물계 개재물의 청정도가 1.0％ 미만인 마이크로 조직을 갖고, 항복 강도가 400㎫ 이상, －269℃에서의 샤르피 충격 시험 후의 취성 파면율이 5％ 미만이다.

Description

강 및 그의 제조 방법

본 발명은, 예를 들면 액체 수소를 저조(貯槽:storing)하는 탱크를 비롯하여, 액체 헬륨, 액화 가스 등의, 매우 저온의 환경에서 사용되는 구조용 강에 제공하기에 적합한, 강 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

액체 수소, 액체 헬륨, 액화 가스 저조용 구조물에 열간 압연 강판을 이용하는 경우, 강판은 고강도인 것에 더하여, 사용 환경이 매우 저온이 되기 때문에, 극저온에서의 인성이 우수한 것도 요구된다. 예를 들면, 액체 헬륨의 저조에 열간 압연 강판을 사용하는 경우는, 헬륨의 비점인 －269℃ 이하의 온도에 있어서 우수한 인성이 확보되어 있을 필요가 있다. 강재의 극저온 인성이 뒤떨어지면, 극저온 저조용 구조물로서의 안전성을 유지할 수 없게 될 가능성이 있기 때문에, 이 용도에 제공하는 강재의 극저온 인성의 향상에 대한 요구는 강하다.

이 요구에 대하여, 종래, 극저온에서 취성을 나타내지 않는 오스테나이트를 강판의 조직으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되어 왔다. 그러나, 합금 비용이나 제조 비용이 비싼 점에서, 염가이고 극저온 인성이 우수한 강재에 대한 요망이 있다.

그래서, 종래의 저온용 강을 대신하는 새로운 강재로서, 오스테나이트 안정화 원소인 Ni를 다량으로 첨가한 고Ni 강을 －253℃ 환경의 구조용 강으로서 사용하는 것이, 예를 들면 특허문헌 1에 제안되어 있다. 이 특허문헌 1에서는, 구(prior)오스테나이트의 입경 및 형태를 제어하는 등으로 극저온 인성을 확보하는 기술이 제안되어 있다.

일본공개특허공보 2018-104792호

특허문헌 1에 기재된 기술에 의해, 극저온 인성이 우수한 고Ni 강의 제공이 가능하게 되지만, 여기에 기재된 고Ni 강은 극저온 인성을 확보하는 관점에서 Ni를 12.5％ 이상 함유하지 않으면 안 되어, 소재 비용의 저감이 요구되고 있었다. 또한, 오스테나이트상의 확보 등을 위해, 재가열 퀀칭, 중간 열처리, 템퍼링의 열처리를 행할 필요가 있기 때문에, 제조 비용이 비싼 것도 문제였다.

그래서, 본 발명은, 소재나 제조에 필요로 하는 비용을 억제할 수 있는, 고강도 또한 극저온 인성이 우수한 강을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이러한 강을 제조하기 위한 유리한 방법에 대해서 제안하는 것을 목적으로 한다. 여기에서, 상기 「고강도」란, 실온에 있어서 400㎫ 이상의 항복 강도를 갖는 것을 말하고, 상기 「극저온 인성이 우수했다」란, －196℃, 또한, －269℃에서의 샤르피 충격 시험(Charpy impact test) 후의 취성 파면율이 5.0％ 미만인 것을 말한다.

발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해, 20.0％ 이상과 Mn 함유량이 비교적 많은 강(steel)을 대상으로, 강판의 성분 조성 및 조직을 결정하는 각종 요인에 관하여 예의 연구를 행하여, 이하의 a∼c의 인식을 얻었다.

a. 상기의 오스테나이트강은, Mn을 다량으로 함유하는 점에서, 황화물계 개재물이 탄소강에 비해 많이 존재한다. 여기에서 말하는 황화물계 개재물이란 주로 MnS를 말한다. 황화물계 개재물은 파괴의 기점 요인이 되기 때문에, 열간 압연 및 냉각 처리 후의 황화물계 개재물의 청정도가 1.0％ 이상인 경우, 극저온 인성의 열화를 초래한다. 이 점에서 상기의 강의 극저온 인성 향상에는, 황화물계 개재물을 줄이는 것이 유효하다.

b. 적절한 조건으로 열간 압연을 행하면, 황화물계 개재물의 청정도를 1.0％ 미만으로 억제할 수 있어, 압연 후에 재차의 열처리 공정을 마련하는 일 없이, 강의 극저온 인성의 향상을 실현할 수 있어, 제조 비용을 억제할 수 있다.

c. 또한, 적절한 조건으로 열간 압연을 실시하여, 높은 전위 밀도를 부여하고, 또한 적절한 결정 입경으로 제어함으로써, 강의 항복 강도를 상승시킬 수 있다.

본 발명은, 이상의 인식에 추가로 검토를 더하여 이루어진 것으로서, 그의 요지는 다음과 같다.

1. 질량％로,

C: 0.100％ 이상 0.700％ 이하,

Si: 0.05％ 이상 1.00％ 이하,

Mn: 20.0％ 이상 40.0％ 이하,

P: 0.030％ 이하,

S: 0.0050％ 이하,

Al: 0.01％ 이상 5.00％ 이하,

Cr: 0.5％ 이상 7.0％ 이하,

N: 0.0050％ 이상 0.0500％ 이하,

O: 0.0050％ 이하,

Ti: 0.005％ 이하 및

Nb: 0.005％ 이하

를 포함하고,

추가로, 질량％로,

Ca: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하,

Mg: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하 및

REM: 0.0010％ 이상 0.0200％ 이하

중으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성을 갖고,

오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직을 갖고,

당해 마이크로 조직은, 평균 결정 입경이 50㎛ 이하 또한 황화물계 개재물의 청정도가 1.0％ 미만이고,

항복 강도가 400㎫ 이상이고, －269℃에서의 샤르피 충격 시험 후의 취성 파면율이 5％ 미만인, 강.

2. 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,

Cu: 1.0％ 이하,

Ni: 1.0％ 이하,

Mo: 2.0％ 이하,

V: 2.0％ 이하 및

W: 2.0％ 이하

중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1)에 기재된 강.

3. 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를,

1100℃ 이상 1300℃ 이하의 온도역으로 가열하고,

열간 압연을 행하고,

상기 열간 압연에 있어서, 900℃ 이상의 온도역에서는, 다음의 압연 패스를 실시할 때까지의 패스 간 시간이 200초 이내, 또한, 상기 다음의 압연 패스에 있어서의 패스 압하율(％)/상기 패스 간 시간(초)≥0.015(％/초)를 충족하고,

마무리 온도가 700℃ 이상 900℃ 미만이 되는 마무리 압연을 행하고,

그 후, (마무리 온도－100℃) 이상의 온도에서 300℃ 이상 650℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도가 1.0℃/s 이상의 냉각 처리를 행하는 강의 제조 방법.

여기에서, 상기의 각 온도는, 각각 강 소재 또는 강판의, 표면 온도이다.

본 발명에 의하면, 고강도이고 또한 극저온 인성이 우수한 강을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 강은, 액체 수소, 액체 헬륨, 액화 가스 저조용 탱크 등의, 극저온 환경에서 사용되는 강 구조물의 안전성이나 수명의 향상에 크게 기여하여, 산업상 각별한 효과를 가져온다. 또한, 본 발명의 제조 방법에서는, 생산성의 저하 및 제조 비용의 증대를 일으키는 일이 없기 때문에, 경제성이 우수한 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 성분 조성을 충족하는 강의 평균 결정 입경(평균 입경)과 항복 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제조 조건을 충족하는 강에 있어서의, 황화물계 개재물의 청정도와 －269℃에서의 취성 파면율의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 강에 대해서 상세하게 설명한다.

[성분 조성]

우선, 본 발명의 강의 성분 조성과 그의 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 성분 조성에 있어서의 「％」 표시는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.

C: 0.100％ 이상 0.700％ 이하

C는, 염가의 오스테나이트 안정화 원소로서, 오스테나이트를 얻기 위해 중요한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해, C는 0.100％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.700％를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 과도하게 생성되어, 극저온 인성이 저하한다. 이 때문에, C량은 0.100％ 이상 0.700％ 이하로 한다. C량은, 0.200％ 이상이 바람직하고, 0.600％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.200％ 이상 0.600％ 이하로 한다.

Si: 0.05％ 이상 1.00％ 이하

Si는, 탈산재로서 작용하고, 제강상 필요할 뿐만 아니라, 고용 강화에 의해 강판을 고강도화하는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해, Si는 0.05％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.00％를 초과하여 함유하면, 비(非)열적 응력(내부 응력)이 과도하게 상승하기 때문에, 극저온 인성이 열화한다. 이 때문에, Si량은 0.05％ 이상 1.00％ 이하로 한다. Si량은, 0.07％ 이상이 바람직하고, 0.80％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.07％ 이상 0.80％ 이하로 한다.

Mn: 20.0％ 이상 40.0％ 이하

Mn은, 비교적 염가의 오스테나이트 안정화 원소이다. 본 발명에 있어서 Mn은, 조직을 오스테나이트화함으로써 강도와 저온 인성을 양립하기 위해 중요한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해, Mn은 20.0％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 40.0％를 초과하여 함유한 경우, 입계 강도가 저하하고, 극저온 인성이 열화한다. 이 때문에, Mn량은 20.0％ 이상 40.0％ 이하로 한다. Mn량은, 23.0％ 이상이 바람직하고, 38.0％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 23.0％ 이상 38.0％ 이하로 한다. Mn량은, 36.0％ 이하가 더욱 바람직하다.

P: 0.030％ 이하

P는, 0.030％를 초과하여 함유하면, 과도하게 입계에 편석하기 때문에, 극저온 인성이 저하한다. 이 때문에, 0.030％를 상한으로 하고, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 따라서, P는 0.030％ 이하로 한다. 또한, 과도한 P 저감은 정련 비용을 상승시켜 경제적으로 불리해지기 때문에, 0.002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. P량은, 0.005％ 이상이 보다 바람직하고, 0.028％ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 0.005％ 이상 0.028％ 이하, 한층 바람직하게는 0.024％ 이하로 한다.

S: 0.0050％ 이하

S는, 강판의 극저온 인성이나 연성을 열화시키기 때문에, 0.0050％를 상한으로 하고, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 따라서, S는 0.0050％ 이하로 한다. S량은, 바람직하게는, 0.0045％ 이하로 한다. 또한, 과도한 S의 저감은 정련 비용을 상승시켜 경제적으로 불리해지기 때문에, S량을 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.01％ 이상 5.00％ 이하

Al은, 탈산제로서 작용하고, 강판의 용강 탈산 프로세스에 있어서, 가장 범용적으로 사용된다. 또한, Al은, 인장 시험 시의 항복 강도 및 국부 신장의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Al은 0.01％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 5.00％를 초과하여 함유하면, 개재물이 다량으로 존재하여, 극저온 인성을 열화시키기 때문에, 5.00％ 이하로 한다. 이 때문에, Al량은 0.01％ 이상 5.00％ 이하로 한다. Al량은, 0.02％ 이상이 바람직하고, 4.00％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상 4.00％ 이하로 한다.

Cr: 0.5％ 이상 7.0％ 이하

Cr은, 입계 강도를 향상시키기 때문에, 극저온 인성의 향상에 유효한 원소이다. Cr은, 강도 향상에도 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr은 0.5％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 7.0％를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물의 생성에 의해, 극저온 인성이 저하한다. 이 때문에, Cr량은 0.5％ 이상 7.0％ 이하로 한다. Cr량은, 1.0％ 이상이 바람직하고, 1.2％ 이상이 보다 바람직하고, 6.7％ 이하가 바람직하고, 6.5％ 이하가 보다 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0％ 이상 6.7％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.2％ 이상 6.5％ 이하로 한다.

N: 0.0050％ 이상 0.0500％ 이하

N은, 오스테나이트 안정화 원소로서, 극저온 인성 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, N은 0.0050％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.0500％를 초과하여 함유하면, 질화물 또는 탄질화물이 조대화하여, 인성이 저하한다. 이 때문에, N량은 0.0050％ 이상 0.0500％ 이하로 한다. N량은, 0.0060％ 이상이 바람직하고, 0.0400％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0060％ 이상 0.0400％ 이하로 한다.

O: 0.0050％ 이하

O는, 산화물의 형성에 의해 극저온 인성을 열화시킨다. 이 때문에, O는 0.0050％ 이하로 한다. O량은, 바람직하게는 0.0045％ 이하이다. 또한, 과도한 O의 저감은 정련 비용을 상승시켜 경제적으로 불리해지기 때문에, O량을 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Ti 및 Nb의 함유량을 각각 0.005％ 이하로 억제

Ti 및 Nb는, 강 중에서 고융점의 탄질화물을 형성하기 때문에, 과도한 함유는 극저온 인성을 저하시킨다. Ti 및 Nb는, 원재료 등으로부터 불가피적으로 혼입하는 성분으로, 대부분의 경우, Ti: 0.005％ 초과 0.010％ 이하 및 Nb: 0.005％ 초과 0.010％ 이하의 범위에서 혼입한다. 그래서, 후술하는 수법에 따라, Ti 및 Nb의 혼입량을 의도적으로 제한하여, Ti 및 Nb의 함유량을 각각 0.005％ 이하로 억제할 필요가 있다. Ti 및 Nb의 함유량을 각각 0.005％ 이하로 억제함으로써, 상기한 탄질화물의 악영향을 배제하여, 우수한 극저온 인성 그리고 연성을 확보할 수 있다. 바람직하게는, Ti 및 Nb의 함유량을 각각 0.003％ 이하로 한다. 물론, Ti 및 Nb의 함유량은 각각 0％라도 좋지만, 과도한 저감은 제강 비용의 관점에서 바람직하지 않기 때문에, 각각 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Ca: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하, Mg: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하, REM: 0.0010％ 이상 0.0200％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상

Ca, Mg 및 REM은, 개재물의 형태 제어에 유용한 원소이다. 개재물의 형태 제어란, 전신한(expanded) 황화물계 개재물을 입자 형상의 개재물로 하는 것을 말한다. 이 개재물의 형태 제어를 통하여, 연성, 인성을 향상시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ca 및 Mg는 0.0005％ 이상, REM은 0.0010％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 어느 원소도 많이 함유시키면, 비금속 개재물량이 증가하여, 오히려 연성, 인성이 저하하는 경우가 있다. 또한, 경제적으로 불리해지는 경우가 있다.

이 때문에, Ca 및 Mg를 함유하는 경우에는, 각각 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하, REM을 함유하는 경우에는, 0.0010％ 이상 0.0200％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ca량은, 0.0010％ 이상이 보다 바람직하고, 0.0080％ 이하가 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.0010％ 이상 0.0080％ 이하로 한다. Mg량은, 0.0010％ 이상이 보다 바람직하고, 0.0080％ 이하가 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.0010％ 이상 0.0080％ 이하로 한다. REM량은, 0.0020％ 이상이 보다 바람직하고, 0.0150％ 이하가 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.0020％ 이상 0.0150％ 이하로 한다.

또한, REM이란, 희토류 금속을 가리키고, 란타노이드의 15원소에 Y 및 Sc를 합한 17원소의 총칭으로서, 이들 원소 중의 1종 또는 2종 이상을 함유시킬 수 있다. 또한, REM의 함유량은 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다.

본 발명에서는, 강도 및 극저온 인성을 더욱 향상시키는 것을 목적으로 하고, 상기의 필수 원소에 더하여, 필요에 따라서 하기의 원소를 함유할 수 있다.

Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Mo: 2.0％ 이하, V: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상

Cu, Ni: 각각 1.0％ 이하

Cu 및 Ni는, 고용 강화에 의해 강판을 고강도화할 뿐만 아니라, 전위의 이동도(易動度)를 향상시키고, 저온 인성도 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cu 및 Ni는 0.01％ 이상으로 함유하는 것이 바람직하고, 0.03％ 이상으로 함유하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 함유하면, 압연 시에 표면 성상이 열화하는 것 외에, 제조 비용을 압박한다. 이 때문에, 이들 합금 원소를 함유하는 경우는, 각각의 함유량은 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.70％ 이하가 보다 바람직하다. Cu량 및 Ni량은, 바람직하게는 0.03％ 이상 0.70％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.50％ 이하로 한다.

Mo, V, W: 각각 2.0％ 이하

Mo, V 및 W는, 오스테나이트의 안정화에 기여함과 함께 강재 강도의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mo, V 및 W는 0.001％ 이상으로 함유하는 것이 바람직하고, 0.003％ 이상으로 함유하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 2.0％를 초과하여 함유하면, 조대한(coarse) 탄질화물이 생성되어, 파괴의 기점이 되는 경우가 있는 것 외에, 제조 비용을 압박한다. 이 때문에, 이들 합금 원소를 함유하는 경우는, 그의 함유량은 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.7％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Mo, V, W 각각의 양은, 더욱 바람직하게는 0.003％ 이상 1.7％ 이하, 한층 바람직하게는 1.5％ 이하로 한다.

상기한 성분 이외의 잔부는 철 및 불가피적 불순물을 갖는 성분 조성이다. 여기에서의 불가피적 불순물로서는, H, B 등을 들 수 있고, 합계로 0.01％ 이하이면 허용할 수 있다.

[조직]

오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직

강재의 결정 구조가 체심 입방 구조(bcc)인 경우, 당해 강재는 극저온 환경하에서 취성 파괴를 일으킬 가능성이 있기 때문에, 극저온 환경하에서의 사용에는 적합하지 않다. 따라서, 극저온 환경하에서의 사용을 상정했을 때, 강재의 기지상은, 결정 구조가 면심 입방 구조(fcc)인 오스테나이트 조직인 것이 바람직하다. 또한, 「오스테나이트를 기지상으로 한다」란, 오스테나이트상이 면적률로 90％ 이상인 것을 의미하고, 더욱 바람직하게는 95％ 이상이다. 오스테나이트상 이외의 잔부는, 페라이트상 또는 마르텐사이트상이다.

마이크로 조직에 있어서의 평균 결정 입경이 50㎛ 이하

평균 결정 입경과 인장 시험의 항복 응력의 관계를 검증한 결과, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 성분 조성을 갖는 강에 있어서 전술의 평균 결정 입경을 50㎛ 이하로 하면, 상기 항복 응력을 400㎫ 이상으로 할 수 있는 것이 판명되었다.

여기에서, 본 명세서에 있어서의 결정립은 주로 오스테나이트립을 가리키고, 그의 평균 결정 입경은 광학 현미경을 이용하여 200배로 촬영한 화상으로부터 무작위로 100개의 결정립을 선택하여, 원 상당 지름으로 산출하고, 그의 평균값에 의해 구할 수 있다.

마이크로 조직에 있어서의 황화물계 개재물의 청정도가 1.0％ 미만

황화물계 개재물의 청정도와 샤르피 충격 시험에서의 취성 파면율의 관계를 검증한 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제조 조건을 충족하는 강에 있어서 황화물계 개재물의 청정도를 1.0％ 미만으로 하면, 상기 취성 파면율을 5％ 미만으로 할 수 있는 것이 판명되었다.

여기에서, 본 명세서에 있어서의 청정도는, 후술하는 실시예에 따라 구할 수 있다.

이상의 평균 결정 입경: 50㎛ 이하와, 황화물계 개재물의 청정도: 1.0％ 미만은, 상기한 성분 조성하, 후술하는 조건에 따르는 열간 압연을 행함으로써 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 강은, 상기한 성분 조성을 갖는 용강을, 전로, 전기로 등, 공지의 용제 방법으로 용제할 수 있다. 또한, 진공 탈가스로(vacuum degassing furnace)에서 2차 정련을 행해도 좋다. 그 때, 적합한 조직 제어의 방해가 되는 Ti 및 Nb를 전술의 범위로 제한하기 위해, 원료 등으로부터 불가피적으로 혼입하는 것을 회피하여, 이들의 함유량을 저감하는 조치를 취하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 정련 단계에 있어서의 슬래그의 염기도를 내림으로써, 이들 합금을 슬래그(slag)로 농화시켜 배출하여 최종적인 슬래브 제품에 있어서의 Ti 및 Nb의 농도를 저감할 수 있다. 또한, 산소를 취입하여 산화시키고, 환류 시에 Ti 및 Nb의 합금을 부상 분리시키는 등의 방법이라도 좋다. 그 후, 연속 주조법, 조괴-분괴 압연법(ingot casting and blooming method) 등, 공지의 주조 방법에 의해, 소정 치수의 슬래브 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강 소재를 극저온 인성이 우수한 강재로 만들기 위한 제조 조건에 대해서 규정한다.

상기한 물성을 갖는 강을 얻기 위해서는, 강 슬래브(강 소재)를 1100℃ 이상 1300℃ 이하의 온도역으로 가열하는 것, 그 후, 900℃ 이상의 온도역에서의 열간 압연에 있어서, 패스 압하율(％)/패스 간 시간(s)≥0.015％/s를 충족하도록, 200초 이내에 다음의 압연 패스를 실시하는 것, 나아가서는, 마무리 압연으로서 700℃ 이상 900℃ 미만의 마무리 온도에서의 열간 압연을 행하는 것이 중요하다. 여기에서의 온도란, 강재의 표면 온도를 말한다.

[강 소재의 가열 온도: 1100℃ 이상 1300℃ 이하]

전술한 Mn의 효능을 발현시키려면, 강 중에 Mn을 확산시키는 것이 중요하다. 즉, 열간 압연에서 Mn을 확산시키기 위해, 열간 압연 전의 강 소재의 가열 온도는 1100℃ 이상으로 한다. 한편, 1300℃를 초과하면 강의 용해가 시작되어 버릴 우려가 있기 때문에, 가열 온도의 상한은 1300℃로 한다. 강 소재의 가열 온도는 1130℃ 이상이 바람직하고, 1270℃ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1130℃ 이상 1270℃ 이하이다.

[900℃ 이상에서의 열간 압연: 패스 간 시간이 200초 이내, 또한, 패스 압하율(％)/패스 간 시간(s)≥0.015(％/s)]

전술의 수법으로 강 소재를 가열한 후, 열간 압연을 행한다. 특히, 900℃ 이상의 온도역에 있어서의 압연에서는, 패스 간 시간으로서 200초 이내에 다음의 압연 패스를 실시하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 900℃ 이상에서의 압연에 있어서는, 강 소재를 장시간 그 온도대로 유지하면, 입성장(grain growth)이 시작되어, 결정립이 조대화하기 때문이다. 압연 패스 간격(패스 간 시간)은 바람직하게는 150초 이내이고, 더욱 바람직하게는 100초 이내이다. 또한, 패스 간 시간의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 실공정에 있어서의 처리를 고려하면, 패스 간 시간은 최저 5초로 하여 간격을 두는 것이 바람직하다. 또한, 열간 압연 온도의 상한은 특별히 정하지 않지만, 1250℃ 이하가 바람직하다. 여기에서, 900℃ 이상의 온도역에 있어서 복수의 패스 간 시간이 존재하는(즉, 900℃ 이상의 온도역에 있어서 적어도 3회의 압연을 행하는) 경우는, 당해 복수의 패스 간 시간 중의 최장 시간(최대값)이 200초 이내이면 좋다.

또한, 900℃ 이상의 온도역에 있어서의 압연에서는, 2회째 이후의 각 압연에 있어서, 패스 압하율(％)/패스 간 시간(초)≥0.015(％/초)를 충족할 필요가 있다. 이에 따라, 오스테나이트가 미세하게 재결정하고, 재결정 완료 후의 입성장도 억제할 수 있어, 조대립의 생성을 확실히 억제할 수 있다. 여기에서, 900℃ 이상의 온도역에 있어서 복수의 패스 압하율/패스 간 시간이 존재하는 경우는, 당해 패스 압하율/패스 간 시간의 최소값이 0.015(％/초) 이상이면 좋다. 패스 압하율/패스 간 시간은, 바람직하게는, 0.020(％/초) 이상이다.

[마무리 온도: 700℃ 이상 900℃ 미만]

700℃ 이상 900℃ 미만의 마무리 온도에서 1패스 이상의 최종 마무리 압연을 필요로 한다. 즉, 900℃ 미만에서 압연을 1패스 이상 행함으로써, 결정립을 미세화할 수 있다. 또한, 900℃ 이상의 온도 영역에서 마무리하면, 결정 입경이 과도하게 조대해져 소망하는 항복 강도가 얻어지지 않게 된다. 그 때문에 900℃ 미만에서 1패스 이상의 최종 마무리 압연을 행하는 것이 바람직하다. 마무리 온도는 바람직하게는 890℃ 이하, 보다 바람직하게는 880℃ 이하이다. 한편, 마무리 온도가 700℃ 미만이 되면 극저온 인성이 열화하기 때문에, 700℃ 이상으로 한다. 마무리 온도는 바람직하게는 750℃ 이상이다. 마무리 압연의 압하율은 1패스에 대해 10％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 마무리 압연 종료 시의 판두께는 특별히 정하지 않지만, 극저온 저조용 구조물로서의 용도를 고려하면, 판두께 6∼30㎜가 바람직하다.

[(마무리 온도－100℃) 이상의 온도에서 300℃ 이상 650℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도: 1.0℃/s 이상]

열간 압연 종료 후는 높은 냉각 속도로 냉각 처리를 행한다. 열간 압연 후의 강판의 냉각 속도가 느리면, 탄화물의 생성이 촉진되어, 극저온 인성의 열화를 초래한다. 이들 탄화물의 생성은, (마무리 온도－100℃) 이상의 온도로부터 300℃ 이상 650℃ 이하의 온도역에 있어서, 평균 냉각 속도 1.0℃/s 이상으로 냉각함으로써 억제할 수 있다. 냉각 온도역을 이 온도역으로 하는 것은, 탄화물의 석출을 억제하기 위함이고, 특히 냉각 개시 온도를 (마무리 온도－100℃) 이상으로 하는 것은, 마무리 압연 후, 냉각 개시 온도가 (마무리 온도－100℃) 미만의 온도가 되면, 탄화물의 석출이 촉진되기 때문이다. 또한, 과도한 냉각을 행하면 강판이 비틀어져 버려, 생산성을 저하시킨다. 그 때문에, 냉각 개시 온도의 상한은 900℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 200℃/s 이하가 바람직하다. 특히 판두께 10㎜ 미만의 강재에서는 공냉하는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

전로-레이들 정련-연속 주조법(converter and ladle and continuous casting)로, 표 1에 나타내는 성분 조성의 강 슬래브(강 소재)를 제작했다. 이어서, 얻어진 강 슬래브를, 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연에 의해 6∼30㎜ 두께의 강판으로 했다. 얻어진 강판에 대해서, 조직 평가와, 인장 특성 및 극저온 인성 등의 기계 특성 평가를 하기의 요령으로 실시했다.

표 2에 있어서, 「900℃ 이상의 열간 압연 시의 패스 간 시간」은, 복수의 패스 간 시간이 존재하는 경우는 그 중의 최장 시간(최대값)을 나타내고, 「패스 압하율/패스 간 시간」은, 복수의 패스 압하율/패스 간 시간이 존재하는 경우는 그 중의 최소값을 나타낸다. 또한, 「마무리 압연 시의 마무리 온도」는, 마무리 압연 종료 온도를 나타낸다.

(1) 조직 평가

·오스테나이트상의 면적률

마이크로 조직의 각 상의 면적률은, 후방 산란 전자 회절(EBSD) 해석의 Phase map으로부터 구했다. 얻어진 강판의 판두께 1/2 위치에서, 압연 방향에 평행한 단면으로부터, EBSD 해석용 시험편을 채취하고, 500㎛×200㎛의 시야에 있어서, 측정 스텝 0.3㎛로 EBSD 해석을 행하여, Phase map에 기재된 값을 면적률로 했다.

오스테나이트상의 면적률은 발명예 및 비교예를 통해 모두 90％ 이상으로, 기지상이 오스테나이트인 것을 확인했다.

·평균 결정 입경

마무리 압연 후의 냉각 처리 후의 강판에 대해서, 압연 방향 단면을 연마하고, 판두께 1/2 위치를, 광학 현미경을 이용하여 200배의 배율로 촬영한 화상으로부터 무작위로 100개의 결정립을 선택하여, 원 상당 지름에 의해 평균 결정 입경을 구했다.

·황화물계 개재물의 청정도

JIS G 0555(2003년)의 규정에 준거하여, 마무리 압연 후의 냉각 처리를 거친 강판에 대해서, 압연 방향 단면의 연마면의 판두께 1/2 위치를, 현미경을 이용하여 배율 400배로 임의의 60시야에 걸쳐 관찰하고, 개재물 중 그룹 A인 것을 황화물계 개재물로 하여, 이하의 식을 이용하여 청정도 d(％)를 산출했다.

d＝(n/p×f)×100

p: 시야 내의 총 격자점 수, f: 시야수, n: f개의 시야에 있어서의 개재물에 의해 차지되는 격자점 중심의 수

(2) 인장 특성 평가

얻어진 각 강판으로부터, 판두께 15㎜를 초과하는 강판에서는 JIS4호 인장 시험편을 채취하고, 판두께 15㎜ 이하의 강판에서는, 평행부 직경 6㎜, 표점 간 거리 25㎜의 둥근 막대 인장 시험편을 채취하여 인장 시험을 실시하고, 인장 시험 특성(항복 강도, 인장 강도, 전체 신장)을 조사했다. 본 발명에서는, 항복 강도 400㎫ 이상을 인장 특성이 우수한 것으로 판정했다.

(3) 극저온 인성 평가

판두께 10㎜를 초과하는 각 강판의 판두께 1/2 위치의 압연 방향과 평행한 방향으로부터, JIS Z 2242(2005년)의 규정에 준거하여 샤르피 V 노치 시험편을 채취하고, 각 강판에 대해서 3개의 샤르피 충격 시험을 －196℃ 및 －269℃에서 실시했다. 판두께 10㎜ 미만의 각 강판에 대해서는, 판두께 1/2 위치의 압연 방향과 평행한 방향으로부터, JIS Z 2242(2005년)의 규정에 준거하여 5㎜ 서브 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편을 채취하고, 각 강판에 대해서 3개의 샤르피 충격 시험을 －196℃ 및 －269℃에서 실시했다. 취성 파면율은 육안으로 구했다. 취성 파면율이 5％ 미만인 것을 극저온 인성이 우수한 것으로 했다. 또한, －269℃에서의 샤르피 충격 시험은, 시험편을 캡슐에 넣어, 액체 헬륨을 흐르게 하면서 실시했다.

참고문헌 1: T. Ogata, K. Hiraga, K. Nagai, and K.Ishikawa: Tetsu-to-Hagane, 69(1983), 641.

상기의 (1)∼(3)의 평가에 의해 얻어진 결과를, 표 3에 나타낸다.

본 발명에 따르는 강은, 전술의 목표 성능(항복 강도가 400㎫ 이상, 샤르피 충격 시험 후의 취성 파면율이 5％ 미만)을 만족하는 것이 확인되었다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 항복 강도 및 취성 파면율의 어느 하나 이상이, 전술의 목표 성능을 만족하지 못하고 있다.

Claims (3)

1. 질량％로,
   C: 0.100％ 이상 0.700％ 이하,
   Si: 0.05％ 이상 1.00％ 이하,
   Mn: 20.0％ 이상 40.0％ 이하,
   P: 0.030％ 이하,
   S: 0.0050％ 이하,
   Al: 0.01％ 이상 5.00％ 이하,
   Cr: 0.5％ 이상 7.0％ 이하,
   N: 0.0050％ 이상 0.0500％ 이하,
   O: 0.0050％ 이하,
   Ti: 0.005％ 이하 및
   Nb: 0.005％ 이하
   를 포함하고,
   추가로, 질량％로,
   Ca: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하,
   Mg: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하 및
   REM: 0.0010％ 이상 0.0200％ 이하
   중으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
   잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성을 갖고,
   오스테나이트를 기지상으로 하는 마이크로 조직을 갖고,
   당해 마이크로 조직은, 평균 결정 입경이 50㎛ 이하 또한 황화물계 개재물의 청정도가 1.0％ 미만이고,
   항복 강도가 400㎫ 이상이고, －269℃에서의 샤르피 충격 시험 후의 취성 파면율이 5％ 미만인, 강.
2. 제1항에 있어서,
   상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,
   Cu: 1.0％ 이하,
   Ni: 1.0％ 이하,
   Mo: 2.0％ 이하,
   V: 2.0％ 이하 및
   W: 2.0％ 이하
   중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를,
   1100℃ 이상 1300℃ 이하의 온도역으로 가열하고,
   열간 압연을 행하고,
   상기 열간 압연에 있어서, 900℃ 이상의 온도역에서는, 다음의 압연 패스를 실시할 때까지의 패스 간 시간이 200초 이내, 또한, 상기 다음의 압연 패스에 있어서의 패스 압하율/상기 패스 간 시간≥0.015％/초를 충족하고,
   마무리 온도가 700℃ 이상 900℃ 미만이 되는 마무리 압연을 행하고,
   그 후, (마무리 온도－100℃) 이상의 온도에서 300℃ 이상 650℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도가 1.0℃/s 이상의 냉각 처리를 행하는, 강의 제조 방법.
   

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