KR20220147125A - 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20220147125A
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cooling
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게이스케 나카이
다이키 이마조
신고 나카무라
요시아키 신타쿠
기요타카 나카시마
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

화학 조성이, 질량%로, C：0.040~0.160%, Si：0.01~0.50%, Mn：0.70~2.50%, P：0.030% 이하, S：0.020% 이하, Al：0.001~0.100%, N：0.0010~0.0080%, Nb：0.003~0.050%, 잔부：Fe 및 불순물이고, C 단면에서 1/4t 위치의 금속 조직이, 80 면적% 이상의 베이나이트를 포함하며, 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트의 장축 방향의 평균 길이가 10μm 이하, L 단면에서 1/4t 위치의 구오스테나이트 입자의, 두께 방향에 있어서의 평균 길이가 20μm 이하, 애스펙트비의 평균이 2.5 이상이며, 1/10t 위치에서의{110}의 면적률이 30~60%, 1/4t 위치에서의{100}의 면적률이 10~40%, 1/2t 위치에서의{110}의 면적률이 40~70%인, 강판.

Description

강판 및 그 제조 방법
본 발명은, 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
강판의 용도로서, 선박, 고층 건축물, 그 외의 건축물, 교량, 해양 구조물, LNG 저장 탱크 그 외의 대형 탱크, 라인 파이프 등의 용접 구조물을 들 수 있다(예를 들면, 특허 문헌 1~5 참조). 최근, 콘테이너선의 적재 중량 증대 등 때문에, 용접 구조물의 대형화가 진행되고 있다. 이에 따라, 강판에는 판두께의 후육화 및 고강도화가 요구되고 있다. 이에 더하여, 상기와 같은 용접 구조물에서는, 한층 더 안전성 및 신뢰성의 관점에서, 저온 인성 및 파괴 인성을 더 향상시키는 것이 과제가 되고 있다.
또한, 용접 구조물에는, 만일, 취성 균열이 용접 이음 개소에 발생한 경우에서도, 취성 균열을 모재에서 정지시키는 취성 균열 전파 정지 특성(이하, 「어레스트성」이라고 한다.)이 요구된다.
일본 특허공개 2019-023322호 공보 일본 특허공개 2019-023323호 공보 일본 특허공개 2019-023324호 공보 일본 특허공개 2019-035107호 공보 국제 공개 제2019/069771호
그러나, 일반적으로, 강도와 저온 인성의 사이에는, 이른바 트레이드 오프의 관계가 존재하기 때문에, 이들을 양립시키는 것은 용이하지 않았다. 이에 더하여, 어레스트성의 향상도 용이하지 않아, 중요한 과제가 되고 있었다. 또한, 파괴 인성의 향상에 관해서는, 지금까지 거의 검토가 이루어지지 않았던 것이 현재 상황이다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하고, 높은 강도를 갖고, 또한 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 우수한 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하기의 강판 및 그 제조 방법을 요지로 한다.
(1) 강판의 화학 조성이, 질량%로,
C：0.040~0.160%,
Si：0.01~0.50%,
Mn：0.70~2.50%,
P：0.030% 이하,
S：0.020% 이하,
Al：0.001~0.100%,
N：0.0010~0.0080%,
Nb：0.003~0.050%,
잔부：Fe 및 불순물이고,
상기 강판의 압연 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 강판의 두께를 t로 했을 때에, 상기 강판의 표면으로부터 1/4t의 위치에 있어서의 금속 조직이,
면적%로, 80% 이상의 베이나이트를 포함하며, 또한,
상기 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트의 장축 방향의 평균 길이가 10μm 이하이고,
상기 강판의 압연 방향 및 두께 방향에 평행한 단면에 있어서, 상기 강판의 표면으로부터 1/4t의 위치에 있어서의 구오스테나이트 입자의, 두께 방향에 있어서의 평균 길이가 20μm 이하이고, 애스펙트비의 평균이 2.5 이상이며,
상기 강판의 압연 방향에 대해 수직인 면인 수직면의 상기 표면으로부터 1/10t의 위치에 있어서,｛110｝면이 상기 수직면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 30~60%이며,
상기 수직면의 상기 표면으로부터 1/4t의 위치에 있어서,｛100｝면이 상기 수직면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 10~40%이며,
상기 수직면의 상기 표면으로부터 1/2t의 위치에 있어서,｛110｝면이 상기 수직면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 40~70%인,
강판.
(2) 상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
Ti：0.050% 이하,
Cu：1.50% 이하,
Ni：2.50% 이하,
Cr：1.00% 이하,
Mo：1.00% 이하,
V：0.150% 이하, 및
B：0.0050% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 상기 (1)에 기재된 강판.
(3) 상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
Mg：0.0100% 이하,
Ca：0.0100% 이하, 및
REM：0.0100% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강판.
(4) 상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
Zr：0.0100% 이하, 및
Te：0.0100% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 강판.
(5) 상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
W：1.00% 이하, 및
Sn：0.50% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 강판.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 강판의 제조 방법으로서,
상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재의 화학 조성을 갖는 강편에 대해, 가열 공정, 조압연 공정, 1차 가속 냉각 공정, 마무리 압연 공정 및 2차 가속 냉각 공정을 순서대로 실시하는, 강판의 제조 방법에 있어서,
상기 가열 공정에서는, 상기 강편을 950~1080℃의 가열 온도까지 가열하고,
상기 조압연 공정은, 상기 강편의 표면 온도가 Trex 이상 1050℃ 이하인 범위에서 실시하며,
상기 조압연 공정에 있어서의 누적 압하율을 10~75%로 하고,
상기 1차 가속 냉각 공정에서는, 상기 강편의 표면 온도가 Ar3 이상인 범위에서 냉각을 개시하고, 500℃ 이상 Ar3-30℃ 이하인 범위에서 냉각을 정지하며, 또한 그 동안의 평균 냉각 속도가 35~100℃／초가 되는 조건으로 수랭하고,
상기 마무리 압연 공정은, 상기 강편의 표면 온도가 Trex 미만인 범위이며, 또한 상기 강편의 두께 중앙부에서의 온도가 Ar3 이상 Trex 미만인 범위에서 실시하고,
상기 마무리 압연 공정에 있어서의 압연 패스수 n을 4~15패스, 하기 (i)식으로 구해지는 압연 형상비 mj의 평균값을 0.5~1.0, 누적 압하율을 65~90%로 하고, 또한 패스간 시간을 15초 이하로 하며,
상기 마무리 압연 공정이 완료되고 나서, 상기 2차 가속 냉각 공정에 있어서의 냉각 개시까지의 시간을 50초 이하로 하고,
상기 2차 가속 냉각 공정에서는, 냉각 개시 온도를 Trex-10℃ 이하로 하며, 또한, 냉각 개시부터 냉각 종료까지의 평균 냉각 속도가 5~50℃／초가 되는 조건으로, 0~550℃의 냉각 정지 온도까지 수랭하는,
강판의 제조 방법.
mj=2(R(Hj -1-Hj))1/2/(Hj -1+Hj) ···(i)
여기서, 상기 식 중의 j는 1부터 n까지의 자연수(단, n은 압연 패스수), mj는 j패스째의 압연 형상비, R은 롤 반경(mm), Hj -1은 j-1 패스 후의 판두께(mm), Hj는 j패스 후의 판두께(mm)를 나타낸다.
또, Ar3은 하기 (ii)식으로 구해지며, Trex는 하기 (iii)식으로 구해진다. 또한, 하기 식 중의 원소 기호는, 강판 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 0을 대입하는 것으로 한다.
Ar3=910-310×C+65×Si-80×Mn-20×Cu-55×Ni-15×Cr-80×Mo ···(ii)
Trex=-91900［Nb*］2+9400［Nb*］+770 ···(iii)
단, 하기 (iv)식으로 구해지는 고용 Nb량(질량%)을, sol. Nb로 했을 때에,
Nb≥sol. Nb인 경우는, ［Nb*］=sol. Nb
Nb＜sol. Nb인 경우는, ［Nb*］=Nb
로 한다.
sol. Nb=(10(-6770/(T+273)+2.26))/(C+12/14×N) ···(iv)
또한, 상기 식 중의 T는 가열 공정에 있어서의 강편의 가열 온도(℃)를 나타낸다.
(7) 상기 2차 가속 냉각 공정 후에, 350~650℃의 온도 범위까지 가열하는 뜨임 공정을 더 실시하는,
상기 (6)에 기재된 강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 높은 강도를 갖고, 또한 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 우수한 강판을 얻는 것이 가능해진다.
본 발명자들은 상기 과제에 대해 상세한 검토를 행한 결과, 이하의 지견을 얻기에 이르렀다.
상술한 바와 같이, 강도와 저온 인성의 사이에는, 이른바 트레이드 오프의 관계가 존재한다. 이에 더하여, 본 발명자들이 검토한 결과, 강도와 파괴 인성의 양립도 용이하지 않은 것을 알 수 있었다. 그래서, 우선, 본 발명자들은 고강도화와 저온 인성 및 파괴 인성의 향상을 양립시키는 방법에 대해서 검토를 행했다. 그 결과, 금속 조직을 베이나이트 주체로 함으로써 고강도화함과 함께, 베이나이트 조직의 미세화 및 편평화에 더하여, 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트를 미세화함으로써, 저온 인성 뿐만이 아니라 파괴 인성의 저하를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, 열간 압연 전의 가열 온도를 낮게 제어하며, 또한 미(未)재결정역에서 고압하율로의 마무리 압연을 행함으로써, 베이나이트 조직의 미세화 및 편평화 및 베이니틱 페라이트의 미세화를 달성할 수 있는 것을 발견하였다.
다음에, 어레스트성을 개선하는 방법에 대해서 검토를 행했다. 그 결과, 베이나이트 조직의 미세화 및 편평화 및 베이니틱 페라이트의 미세화가, 어레스트성의 향상에도 기여하는 것을 알 수 있었다. 이에 더하여, 강판의 판두께 방향에 있어서의 집합 조직을 제어함으로써, 강판 표면에 평행한 방향, 예를 들면, 압연 방향과 수직 또는 평행한 방향의 어레스트성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명은, 상기 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대해서 상세하게 설명한다.
(A) 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다. 또, 본 명세서에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「~」란, 특별히 언급이 없는 경우, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용된다.
C：0.040~0.160%
C는, 강판의 강도를 확보하기 위해 0.040% 이상 함유시킨다. 한편, C 함유량이 0.160%를 초과하면, 양호한 저온 인성 및 파괴 인성을 확보하는 것이 곤란해지므로, C의 함유량은, 0.160% 이하로 한다. 따라서, C 함유량은 0.040% 이상, 바람직하게는 0.050% 이상 또는 0.050% 초과, 보다 바람직하게는 0.060% 이상 또는 0.075% 초과이다. 또, C 함유량은 0.160% 이하, 바람직하게는 0.140% 이하, 보다 바람직하게는 0.120% 이하이다.
Si：0.01~0.50%
Si는, 탈산 원소 및 강화 원소로서 유효하므로, 0.01% 이상 함유시킨다. 한편, Si 함유량이 0.50%를 초과하면, 저온 인성 및 파괴 인성이 크게 열화되므로, Si 함유량은 0.50% 이하로 한다. 따라서, Si 함유량은 0.01% 이상, 바람직하게는 0.03% 이상, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 또, Si 함유량은 0.50% 이하, 바람직하게는 0.40% 이하, 보다 바람직하게는 0.35% 이하, 더 바람직하게는 0.30% 이하이다.
Mn：0.70~2.50%
Mn은, 강판의 강도를 경제적으로 확보하기 위해 0.70% 이상 함유시킨다. 한편, Mn 함유량이 2.50%를 초과하면, 중심편석이 현저해져, 중심편석이 발생한 부분의 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되므로, Mn의 함유량은, 2.50% 이하로 한다. 따라서, Mn 함유량은 0.70% 이상, 바람직하게는 0.90% 이상, 보다 바람직하게는 1.20% 이상이다. 또, Mn 함유량은 2.50% 이하, 바람직하게는 2.00% 이하, 보다 바람직하게는 1.80% 이하, 더 바람직하게는 1.60% 이하이다.
P：0.030% 이하
P는, 불순물로서 강 중에 존재하는 원소이다. 저온 인성 및 파괴 인성을 안정적으로 확보하기 위해, P의 함유량을 0.030% 이하로 한다. 바람직하게는, 0.020% 이하, 더 바람직하게는, 0.015% 이하이다. 하한은 0%이지만, P 함유량을 저감시키기 위한 비용을 고려하여, P 함유량은 0.0001% 이상으로 해도 된다.
S：0.020% 이하
S는, 불순물로서 강 중에 존재하는 원소이다. S 함유량이 0.020%를 초과하면 중심편석부에 있어서 연신한 MnS가 다량으로 생성되어, 저온 인성, 파괴 인성 및 연성이 열화된다. 이 때문에 S 함유량을 0.020% 이하로 한다. 바람직하게는 0.010% 이하이다. S 함유량은 적을 수록 바람직하기 때문에 하한은 특별히 규정하지 않지만, 제조 비용의 관점에서, S 함유량은 0.0001% 이상이어도 된다.
Al：0.001~0.100%
Al는, 일반적으로는, 탈산 원소로서, 적극적으로 함유시키는 원소이며, Al 함유량은 0.001% 이상으로 한다. 그러나, Al 함유량이 과잉해지면, 조대한 클러스터 형상의 알루미나(Al2O3)계 개재물의 형성이 조장되어, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화된다. 따라서, Al 함유량은 0.100% 이하, 바람직하게는 0.050% 이하이다.
N：0.0010~0.0080%
N은, Ti 질화물을 형성하여, 강편 가열 시에 오스테나이트 입경이 커지는 것을 억제하는 효과를 갖기 때문에, 0.0010% 이상 함유시킨다. 그러나, N 함유량이 0.0080%를 초과하면, 강판이 취화되므로, N의 함유량은, 0.0080% 이하로 한다. 따라서, N 함유량은 0.0010% 이상, 바람직하게는 0.0015% 이상, 보다 바람직하게는 0.0020% 이상이다. 또, N 함유량은 0.0080% 이하, 바람직하게는 0.0065% 이하, 보다 바람직하게는 0.0060% 이하이다.
Nb：0.003~0.050%
Nb는, 강판의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 또, 소정의 미크로 조직을 얻기 위해서는, 미재결정 오스테나이트역에서의 압연이 필요해지는 바, Nb는 미재결정 온도역을 확대시키기 위해 유효한 원소이며, 압연 온도를 상승시켜, 생산성 향상에도 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.003% 이상 함유시킨다. 단, Nb의 함유량이 0.050%를 초과하면 저온 인성, 파괴 인성 및 용접성이 저하되므로, Nb의 함유량은, 0.050% 이하로 한다. 따라서, Nb 함유량은 0.003% 이상, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또, Nb 함유량은 0.050% 이하, 바람직하게는 0.025% 이하, 보다 바람직하게는 0.018% 이하이다.
본 발명의 강판의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 강도의 향상을 목적으로 하며, 또한 Ti, Cu, Ni, Cr, Mo, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
Ti：0.050% 이하
Ti는, 강판의 강도 및 인성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ti를 과잉하게 함유시키면, 용접부를 경화시켜 현저하게 인성을 열화시킨다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.050% 이하, 바람직하게는 0.035% 이하, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Ti 함유량은, 바람직하게는 0.003% 이상, 보다 바람직하게는 0.006% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다.
Cu：1.50% 이하
Cu는, 강판의 강도 및 인성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Cu를 과잉하게 함유시키면, 합금 비용 상승에 걸맞은 성능의 개선이 보이지 않고, 오히려 표면 균열의 원인이 되는 경우가 있다. 그 때문에, Cu 함유량은 1.50% 이하, 바람직하게는 1.20% 이하, 보다 바람직하게는 1.00% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Cu 함유량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상, 더 바람직하게는 0.050% 이상이다.
Ni：2.50% 이하
Ni는, 강판의 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 또, Ni는 고용 상태에 있어서 강의 매트릭스(생지)의 인성을 높이는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, Ni를 과잉하게 함유시키면, 저온 인성, 파괴 인성 및 용접성이 악화된다. 그 때문에, Ni 함유량은 2.50% 이하, 바람직하게는 1.00% 이하, 보다 바람직하게는 0.50% 이하, 더 바람직하게는 0.30% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Ni 함유량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상, 더 바람직하게는 0.050% 이상이다.
Cr：1.00% 이하
Cr은, 강판의 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Cr을 과잉하게 함유시키면, 저온 인성, 파괴 인성 및 용접성이 악화된다. 그 때문에, Cr 함유량은 1.00% 이하, 바람직하게는 0.80% 이하, 보다 바람직하게는 0.50% 이하, 더 바람직하게는 0.30% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Cr 함유량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상, 더 바람직하게는 0.050% 이상이다.
Mo：1.00% 이하
Mo는, 강판의 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mo를 과잉하게 함유시키면, 저온 인성, 파괴 인성 및 용접성이 악화된다. 그 때문에, Mo 함유량은 1.00% 이하, 바람직하게는 0.80% 이하, 보다 바람직하게는 0.50% 이하, 더 바람직하게는 0.30% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Mo 함유량은, 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다.
V：0.150% 이하
V는, 강판의 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, V를 과잉하게 함유시키면, 저온 인성, 파괴 인성 및 용접성이 악화된다. 그 때문에, V 함유량은 0.150% 이하, 바람직하게는 0.100% 이하, 보다 바람직하게는 0.070% 이하, 더 바람직하게는 0.050% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, V 함유량은, 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다.
B：0.0050% 이하
B는, 담금질성을 높여, 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, B를 과잉하게 함유시키면, 저온 인성 및 파괴 인성이 저하된다. 그 때문에, B 함유량은 0.0050% 이하, 바람직하게는 0.0040% 이하, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, B 함유량은, 바람직하게는 0.0001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
본 발명의 강판의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 개재물의 제어를 목적으로 하며, 또한 Mg, Ca 및 REM으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
Mg：0.0100% 이하
Mg는, 탈산 원소이며, 황화물을 형성함으로써 조대한 개재물의 생성을 억제하여, 미세한 산화물을 형성하고, 유해한 개재물의 생성을 억제하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mg를 과잉하게 함유시키면, 조대한 산화물, 황화물, 및 산황화물이 형성되기 쉬워져, 저온 인성 및 파괴 인성이 저하된다. 그 때문에, Mg 함유량은 0.0100% 이하, 바람직하게는 0.0070% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Mg 함유량은, 바람직하게는 0.0001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
Ca：0.0100% 이하
Ca는, 탈산 원소이며, 황화물을 형성함으로써 조대한 개재물의 생성을 억제하여, 미세한 산화물을 형성하고, 유해한 개재물의 생성을 억제하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ca를 과잉하게 함유시키면, 조대한 산화물, 황화물, 및 산황화물이 형성되기 쉬워져, 저온 인성 및 파괴 인성이 저하된다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.0100% 이하, 바람직하게는 0.0070% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Ca 함유량은, 바람직하게는 0.0001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
REM：0.0100% 이하
REM은, 탈산 원소이며, 황화물을 형성함으로써 조대한 개재물의 생성을 억제하여, 미세한 산화물을 형성하고, 유해한 개재물의 생성을 억제하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, REM을 과잉하게 함유시키면, 조대한 산화물, 황화물, 및 산황화물이 형성되기 쉬워져, 저온 인성 및 파괴 인성이 저하된다. 그 때문에, REM 함유량은 0.0100% 이하, 바람직하게는 0.0070% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, REM 함유량은, 바람직하게는 0.0001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
여기서, 본 발명에 있어서, REM은 Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소를 가리키고, 상기 REM의 함유량은 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다. 또한, 란타노이드는, 공업적으로는, 미시메탈의 형태로 첨가된다.
본 발명의 강판의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 금속 조직의 미세화를 목적으로 하며, 또한 Zr 및 Te로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
Zr：0.0100% 이하
Zr은, 강판의 조직 미세화에 의해 인성 향상에 기여하는 원소이다. 또, Zr은 탈산 원소로서도 기능한다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Zr을 과잉하게 함유시키면, 저온 인성 및 파괴 인성이 저하된다. 그 때문에, Zr 함유량은 0.0100% 이하, 바람직하게는 0.0070% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Zr 함유량은, 바람직하게는 0.0001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
Te：0.0100% 이하
Te는, 강판의 조직 미세화에 의해 인성 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Te를 과잉하게 함유시켜도, 상기 효과는 포화된다. 그 때문에, Te 함유량은 0.0100% 이하, 바람직하게는 0.0070% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Te 함유량은, 바람직하게는 0.0001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
본 발명의 강판의 화학 조성에 있어서, 상기의 원소에 더하여, 내식성의 향상을 목적으로 하며, 또한 W 및 Sn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을, 이하에 나타내는 범위에 있어서 함유시켜도 된다. 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다.
W：1.00% 이하
W는, 용해되어 산소산 이온 WO4 -의 형태로 녹에 흡착되어, 녹층 중의 염화물 이온의 투과를 억제하여, 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, W를 과잉하게 함유시켜도, 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 저온 인성 및 파괴 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, W 함유량은 1.00% 이하, 바람직하게는 0.75% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, W 함유량은, 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다.
Sn：0.50% 이하
Sn은, Sn2 +가 되어 용해되고, 산성 염화물 용액 중에서의 인히비터 작용에 의해 부식을 억제하는 작용을 갖는 원소이다. 또, Sn에는 강의 애노드 용해 반응을 억제하여 내식성을 향상시키는 작용이 있다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Sn을 과잉하게 함유시켜도, 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 강판의 압연 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, Sn 함유량은 0.50% 이하, 바람직하게는 0.30% 이하이다. 상기의 효과를 보다 확실히 얻고 싶은 경우는, Sn 함유량은, 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다.
본 발명의 강판의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서 「불순물」이란, 강판을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 강판 중에는 O도 불순물로서 혼입될 수 있지만, O 함유량은 0.0040% 이하이면 허용된다.
(B) 강판의 금속 조직
본 발명의 강판의 금속 조직에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 「%」는, 「면적%」를 의미한다. 또, 본 발명에서는, 강판의 두께를 t로 했을 때에, 강판의 압연 방향에 수직인 단면(이하, 「C 단면」이라고도 한다.)에 있어서의, 그 강판의 표면으로부터 1/4t의 위치를 「C 단면에서의 1/4t 위치」로 부르고, 강판의 압연 방향 및 두께 방향에 평행한 단면(이하, 「L 단면」이라고도 한다.)에 있어서의, 그 강판의 표면으로부터 1/4t의 위치를 「L 단면에서의 1/4t 위치」로 부르는 것으로 한다. 또한, 상기의 「압연 방향」은, 마무리 압연에 있어서의 압연 방향을 의미하는 것으로 한다.
베이나이트：80% 이상
본 발명에 있어서, 금속 조직은 베이나이트가 주체이다. 구체적으로는, C 단면에서의 1/4t 위치에 있어서의 베이나이트의 면적률을 80% 이상으로 함으로써, 강판의 강도를 확보하는 것이 가능해진다. 베이나이트의 면적률은 90% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 베이나이트의 면적률에 상한을 둘 필요는 없으며, 즉, 베이나이트 단상이어도 된다.
또한, 잔부 조직으로서, 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트·오스테나이트 혼합상(MA상)이 혼입되는 경우가 있지만, 이들의 합계 면적률이 20% 이하이면 허용된다. 상기 합계 면적률은 10% 이하인 것이 바람직하다. 이들의 합계 면적률은 적은 것이 바람직하고, 하한값은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 합계 면적률은 0%여도 된다. 또, 0% 초과여도 되고, 1% 이상이어도 된다.
상술한 바와 같이, 베이나이트를 주체로 하는 것에 더하여, 베이나이트 조직을 미세하고 또한 편평화하고, 또한 베이니틱 페라이트를 미세화함으로써, 강판의 강도와 저온 인성 및 파괴 인성을 양립시켜고, 또한 어레스트성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 베이나이트 조직이 이하의 규정을 만족할 필요가 있다.
베이니틱 페라이트의 평균 길이：10μm 이하
C 단면에서의 1/4t 위치에 있어서, 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트의 장축 방향의 평균 길이를 10μm 이하로 한다. 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트를 미세화함으로써, 파괴 인성을 확보하는 것이 가능해진다. 베이니틱 페라이트의 평균 길이는 8μm 이하인 것이 바람직하다.
구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이：20μm 이하
구오스테나이트 입자의 애스펙트비의 평균：2.5 이상
베이나이트 조직의 미세화는, 열간 압연 전의 가열 온도를 낮게 제어하며, 또한 미재결정역에서 고압하율로의 마무리 압연을 행함으로써 달성할 수 있다. 즉, 베이나이트의 구오스테나이트 입자는 압연 방향으로 신장된 형상이 된다. 그 때문에, L 단면에서의 1/4t 위치에 있어서, 구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이를 20μm 이하로 하며, 또한 애스펙트비의 평균을 2.5 이상으로 한다. 구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이는 15μm 이하인 것이 바람직하다. 또, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비의 평균은 2.5 초과인 것이 바람직하고, 4.0 이상인 것이 보다 바람직하다.
여기서, 본 발명에 있어서, 금속 조직의 면적률은 이하와 같이 구한다. 우선, 강판으로부터 C 단면에서의 1/4t 위치가 관찰면이 되도록, 시료를 채취한다. 그리고, 관찰면을 나이탈 에칭하고, 에칭 후에 광학 현미경을 이용하여 8시야를 500배로 촬영한다. 그리고 얻어진 조직 사진에 대해, 화상 해석을 행하여, 백색으로 보이는 것을 페라이트, 흑색으로 보이는 것을 펄라이트로서, 각각의 면적률을 구한다.
다음에, 나이탈 엣칭한 부분을 레페라 엣칭하고, 나이탈 엣칭으로 회색으로 보인 부분에 대해 화상 해석을 행하고, 백색으로 보이는 것을 MA상으로 하여 면적률을 구한다.
베이니틱 페라이트의 평균 길이 및 베이나이트의 면적률은, EBSD(Electron Back Scatter Diffraction)를 이용한 KAM(Kernel Average Misorientation) 해석에 의해 산출한다. KAM 해석에 있어서, 페라이트인 것으로 판단되는 조직에 있어서, 국소 방위차가 1.0°를 초과하는 영역이 베이니틱 페라이트다. 또한, 측정할 때에는, 장축 방향의 길이가 1μm 이상인 베이니틱 페라이트를 대상으로 한다. 또, 베이나이트의 면적률은 베이니틱 페라이트의 면적률을 합계한 것이다.
구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이 및 애스펙트비의 평균의 측정은, JIS G 0551：2013에 준하여 행한다. 우선, 강판으로부터 L 단면에서의 1/4t 위치가 관찰면이 되도록, 시료를 채취한다. 다음에, 관찰면을 경면 연마한 후, 피크르산 포화 수용액을 이용하여, Bechet-Beaujard법으로 부식시킨다. 부식에 의해 흑색으로 현출한 입자를 구오스테나이트 입자로 한다.
구오스테나이트 입자를 현출시킨 관찰면을, 광학 현미경에 의해 관찰하여, 면적 0.05mm2 이상의 시야를 8시야 이상(합계 0.40mm2 이상) 촬영한다. 그리고, 광학 현미경에 의해 촬영한 조직 사진에 의거하여, 구오스테나이트 입자의 두께를 절단법에 의해 측정하고, 그 평균값을 구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이로 한다. 또한, 측정할 때에는, 두께 방향의 길이가 1μm 이상인 구오스테나이트 입자를 대상으로 한다.
또, 상기의 조직 사진으로부터, 각 구오스테나이트 입자에 대해서, 장축 방향의 최대 길이와, 장축 방향과 직교하는 단축 방향의 최대 길이를 각각 측정하여, 그 비(장축 최대 길이/단축 최대 길이)를 구한다. 그리고, 그 평균값을 구오스테나이트 입자의 애스펙트비의 평균으로 한다. 또한, 미재결정역에서 고압하율로의 마무리 압연을 실시한 경우, 구오스테나이트 입자는, 압연 방향으로 신장한 형상을 나타내기 때문에, 장축 방향은 압연 방향이 되고, 단축 방향은 판두께 방향(이른바 ND 방향)이 된다.
상기의 방법으로 구오스테나이트 입자를 충분히 현출시킬 수 없는 경우는, 「강의 오스테나이트 조직의 재구축법의 고정밀화를 향한 검토」(하타 켄코, 와키타 마사유키, 후지와라 카즈키, 카와노 카오리, 신일본 제철 주금 기술보 제404호(2016), p.24~30)에 기재되는 재구축법에 의해 구오스테나이트 입자를 특정하고, 구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이 및 애스펙트비의 평균을 구하는 것으로 한다.
1/10t 위치에 있어서｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률：30~60%
1/4t 위치에 있어서｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률：10~40%
1/2t 위치에 있어서｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률：40~70%
판두께가 두껍고 고강도의 강판인 경우, 집합 조직을 활용한 균열 전파 방향의 제어가 중요하다. 강판이 외부 응력을 받았을 때에, 그 강판에 발생하는 취성 균열은,｛100｝면의 벽개면을 따라 전파된다. 따라서, 이 외부 응력과 수직인 면에｛100｝면의 집합 조직이 발달하면, 상기와 같이 결정립경을 제어했을 때의 어레스트성 향상 효과가 감소되어 버리는 것이 판명되었다.
외부 응력은, 강 구조물에 외적으로 부여되는 응력을 말한다. 취성 균열은, 가장 높은 외부 응력에 수직인 방향으로 발생, 전파되는 경우가 많다. 따라서, 여기에서는, 강 구조물에 외적으로 부여되는 가장 높은 응력을 외부 응력이라고 정의한다. 일반적으로 외부 응력은, 강판의 압연 방향과 거의 평행하게 부여된다. 이 때문에, 외부 응력에 대해 수직인 면을, 강판의 압연 방향에 수직인 면으로서 취급할 수 있다.
C 단면의 1/2t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률을 40~70%가 되도록 하면, 1/2t 위치 근방의 취성 균열은 곧게 전파되지 않고 균열이 경사져 전파됨으로써, 균열 전파의 구동력을 저감할 수 있다.
C 단면의 1/2t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률을 40% 미만으로 하면, 균열을 경사시켜 전파시키는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 상기의 면적률이 70%를 초과하면, 후술하는 1/4t 위치에서의 저항을 받지 않고, 균열이 경사진 채로 전파됨으로써 어레스트성이 저하되어 버린다. 상기의 면적률은 45% 이상인 것이 바람직하고, 65% 이하인 것이 바람직하고, 60% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또, 1/2t 위치 이외의 판두께 부위에도 동일한 집합 조직을 발달시키면, 균열은 경사진 채로 전파되게 되어, 충분한 어레스트성 향상 효과를 발휘할 수 없다. 그래서, C 단면의 1/4t 위치에서는, 균열을 곧게 전파시키기 위해,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역이, 면적률로 10~40%가 되도록 한다. 그것에 의해, 1/2t 위치의 경사진 균열 전파가 1/2t 위치 이외의 판두께 부위로까지 전파되는 것을 억제할 수 있다.
C 단면의 1/4t 위치에 있어서,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 10% 미만에서는, 균열을 곧게 전파시키는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 상기의 면적률이 40%를 초과하면, 1/2t 위치보다 1/4t 위치에서의 균열 전파가 지배적이 되어, 균열이 곧게 전파됨으로써 어레스트성이 저하되어 버린다. 상기의 면적률은 13% 이상인 것이 바람직하고, 15% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 상기의 면적률은 37% 이하인 것이 바람직하고, 35% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 강판의 표면 근방에서도 균열을 경사져 전파시키기 위해, C 단면의 1/10t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역이, 면적률로 30~60%가 되도록 하면, 1/4t 위치의 곧은 균열이 표층 근방까지 전파되는 것을 억제할 수 있다.
C 단면의 1/10t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 30% 미만에서는, 균열을 경사시켜 전파시키는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 상기의 면적률이 60%를 초과하면, 1/4t 위치에서의 저항을 받지 않고, 균열이 경사진 채로 전파됨으로써 어레스트성이 저하되어 버린다. 상기의 면적률은 35% 이상인 것이 바람직하고, 55% 이하인 것이 바람직하고, 50% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서, 집합 조직은, 전자선 후방 산란 회절(EBSD)법에 의해 측정한다. 구체적으로는, EBSD법에 의해, 1/2t 위치 및 1/10t 위치에서는,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역, 그리고 1/4t 위치에서는,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 맵을 각각 작성하고, 그 총면적을 측정 면적으로 나눔으로써, 그들의 면적률을 구할 수 있다.
보다 상세하게 기재하면, EBSD법에 의해, C 단면의 1/2t 위치 및 1/10t 위치에 있어서, 결정 방위 정보를 1μm 피치로 합계 10만점 분의 측정을 행한다. 이에 의해 각 측정점의 ｛110｝면을 알 수 있고, 각 측정점의 ｛110｝면과 C 단면이 이루는 각, 즉 각 면의 법선이 이루는 각도가 15° 이내인 측정점의 수를 구하여, EBSD법에 의해 측정한 합계 측정수(10만점)로 나눔으로써 면적률을 구한다.
마찬가지로, EBSD법에 의해, C 단면의 1/4t 위치에 있어서, 결정 방위 정보를 1μm 피치로 합계 10만점 분의 측정을 행한다. 이에 의해 각 측정점의 ｛100｝면을 알 수 있고, 각 측정점의 ｛100｝면과 C 단면이 이루는 각, 즉 각 면의 법선이 이루는 각도가 15° 이내인 측정점의 수를 구하고, EBSD법에 의해 측정한 합계 측정수(10만점)로 나눔으로써 면적률을 구한다.
(C) 강판의 기계적 특성
본 발명에 따른 강판의 기계적 특성에 대해서, 특별히 제한은 없지만, 본 발명에 따른 강판은, 높은 강도를 갖고, 또한 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 우수하다. 구체적으로는, 항복 응력(YS)이 460~860MPa이고, 인장 강도(TS)가 570~980MPa인 것이 바람직하다. 또, 저온 인성의 지표가 되는 파면 천이 온도(vTrs)가 -60℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 파괴 인성의 지표가 되는 -10℃에 있어서의 균열 선단 개구 변위(Crack Tip Opening Displacement：CTOD)값이 0.50mm 이상인 것이 바람직하다.
또한, 인장 강도(TS) 및 항복 응력(YS)은, JIS Z 2241：2011에 의거하여, 판두께 중심부로부터 압연 방향과 직각인 방향으로 채취한, 1B호 인장 시험편을 이용하여 측정한다. 상세하게는, 항복 응력(YS)은 영구 신장율 0.2%일 때의 영구 신장법의 내력이다. 또, 파면 천이 온도(vTrs)의 평가는, JIS Z 2242：2005에 준거하여, 시험편은 V노치 시험편으로 하여, 강판의 1/4t 위치를 포함하도록 채취한다. 또한, ISO 15653：2018에 준하여, 모재의 판두께 방향의 전제 두께를 3점 굽힘의 노치 위치로 하는 CTOD 시험편을 채취하여, -10℃에 있어서의 CTOD값을 측정한다.
또한, 온도 구배형 ESSO 시험에 있어서의, -10℃의 시험 온도에서의 취성 균열 전파 정지 인성값 Kca(이하, 「어레스트 인성값 Kca-10℃」로 한다.)이, 6000N/mm1.5 이상인 것이 바람직하고, 8000N/mm1 .5 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 특성을 만족함으로써, 강판은 우수한 어레스트성을 갖는다.
어레스트 인성값 Kca-10℃는, NK 선급 협회 강선(鋼船) 규칙 검사 요령 K편 부속서 K3.12.2-1. (2016년)의 「온도 구배형 ESSO 시험 및 온도 구배형 이중 인장 시험에 관한 검사 요령」에 준거하여 측정을 행한다.
또, NRL 낙중 시험에 있어서의 무연성 천이 온도(이하, 「NDT 온도」로 한다.)가, -100℃ 이하인 것이 바람직하고, -110℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 특성을 만족함으로써, 강판은 우수한 어레스트성을 갖는다.
NDT 온도는, ASTM E208-06으로 규정된, NRL 낙중 시험법에 준거하여 시험을 행함으로써 구한다. NRL 낙중 시험법에 대해서 상세하게 설명한다. 우선, 강판의 최표면을 포함하도록 하여, ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 채취한다. 타입 P3 시험편이란, 길이 130mm, 폭 50mm, 두께 16mm의 시험편이다. 이 때, 시험편의 두께 방향이 강판의 판두께 방향과 일치하고, 시험편의 길이 방향이 강판의 압연 방향과 일치하도록 채취한다.
그 후, 상기 시험편을 이용하여, ASTM E208-06에 준거한 NRL 낙중 시험을 행한다. 구체적으로는, 우선 상기 시험편의 두께 방향에 수직인 강판의 최표면 상에, 시험편의 길이 방향에 평행한 방향으로 연장되는 용접 비드를 형성한다. 그 때, 용접 재료는 ASTM E208에 규정되는 인성이 낮은 용접 재료를 사용한다. 용접 비드의 길이는 60~70mm, 폭은 12~16mm의 범위가 되도록 조정한다. 그리고, 용접 비드 상에 시험편의 폭 방향에 평행한 절결을 형성한다. 이 때, 절결의 폭은 1.5mm 이하로 하고, 절결의 홈 바닥과 시험편의 거리가 1.8~2.0mm의 범위가 되도록 조정한다.
그리고, 상기 시험편의 용접 비드를 형성한 면을 하측을 향하여, 길이 방향의 양단부를 지지한 후, 용접 비드를 형성한 것과 반대측의 면에 대해, 낙중에 의한 충격 굽힘 하중을 가한다. 그 후, 절결로부터 발생한 취성 균열이 시험편에 전파되는 상태를 조사함으로써, Break(균열 전파 있음) 또는 No Break(균열 전파 없음)를 판정한다. 절결로부터 발생한 취성 균열이 시험편의 표면에서 시험편 폭 방향으로 전파되어 그 단부까지 진행한 경우, 시험 결과는 Break(균열 전파 있음)로 판정된다. 폭 방향의 단부에 균열이 도달하지 않았던 경우, 시험 결과는 No Break(균열 전파 없음)로 판정된다.
상기의 낙중 시험은, 2개씩의 시험편을 이용하여 예를 들면, -100℃의 조건부터 개시하여, 5℃ 간격으로 시험 온도를 변화시키면서(No Break의 경우는 5℃ 저하, Break의 경우는 5℃ 상승), 2개의 시험편 모두 No Break가 얻어진 가장 낮은 시험 온도로부터 5℃ 낮은 온도를 무연성 천이 온도로 한다.
(D) 강판의 두께
본 발명에 따른 강판의 두께에 대해서, 특별히 제한은 없지만, 용접 구조물로서 이용하는 경우에는, 판두께는 10~70mm인 것이 바람직하고, 20~60mm인 것이 보다 바람직하다. 또, 본 발명에 있어서의 저온 인성 및 파괴 인성의 향상 효과는, 두께가 50mm 미만인 경우에 현저하게 발휘된다.
(E) 강판의 제조 방법
본 발명에 따른 강판의 제조 조건에 대해 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 상술한 화학 조성을 갖는 강편에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 가열 공정, 조압연 공정, 1차 가속 냉각 공정, 마무리 압연 공정 및 2차 가속 냉각 공정을 순서대로 실시함으로써, 제조할 수 있다. 각 공정에 대해서 설명한다.
(a) 가열 공정
가열 공정은, 강편의 가열에 의해, 오스테나이트상의 조직 제어에 기여하는 공정이다. 가열 공정에서는, 상기의 강편을 950~1080℃의 가열 온도까지 가열한다. 가열 공정은 가열로에서 행하면 된다. 또한, 강편을 950~1080℃로 가열한다는 것은, 가열로로부터 추출할 때의 강편의 전체 두께 평균 온도가, 950~1080℃의 범위가 되도록 가열하는 것이며, 본 명세서에서는, 이 강편의 전체 두께 평균 온도를 강편의 가열 온도라고 칭한다. 또, 전체 두께 평균 온도는, 가열로 내의 온도, 가열 시간, 강편의 표면 온도로부터 계산으로 구하는 것이 가능하다.
가열 온도가 950℃ 미만에서는, 오스테나이트화가 불충분해짐과 함께, 오스테나이트 입자가 미세화함으로써 담금질성이 저하되기 때문에, 판두께가 두껍고, 강도가 높은 강판으로 하는 것이 곤란하다. 또한, 오스테나이트 입자의 미세화에 의해 마무리 압연 시의 재결정이 촉진됨으로써, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하된다. 또, 가열 온도가 1080℃를 초과하면, 오스테나이트 입자가 조대화하여, 최종 조직에 있어서 베이나이트 조직을 미세화하는 것이 곤란해진다. 바람직한 가열 온도의 범위는, 1000~1050℃이다.
(b) 조압연 공정
조압연 공정은, 강편의 표면 온도가 Trex 이상 1050℃ 이하인 범위에서 실시한다. 즉, 강편의 표면 온도가 Trex 이상 1050℃ 이하인 상태에서 조압연을 개시하고, 강편의 표면 온도가 Trex 이상 1050℃ 이하인 상태에서 조압연을 종료한다. 조압연을 Trex 이상인 범위에서 실시함으로써, 오스테나이트 입자의 재결정에 의해, 미세화가 가능해진다. 또, 조압연 공정은, 1050℃ 이하인 범위에서 실시한다. 1050℃ 초과의 범위에서 조압연을 행하면, 오스테나이트가 조대화하여, 후술하는 1차 가속 냉각 공정에 의해 표층이 과잉하게 담금질되어 과잉하게 단단해진다. 또한, 후술하는 마무리 압연 공정에 있어서 표층에 충분한 변형을 부여하지 못하고, 한편, 내부에 집중적으로 변형이 도입된다. 그 결과, C 단면의 1/10t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률은 30% 미만이 된다. 또한, 조압연의 종료 시의 표면 온도가, 조압연의 개시 시의 표면 온도보다 높은 경우가 있다. 이는, 조압연에 의해 가공 발열이 발생한 영향, 및 표면 온도보다 내부 온도가 고온인 것에 의한, 강편의 판두께 방향의 전열 영향을 생각할 수 있다.
또, 조압연에 있어서의 누적 압하율은 10~75%의 범위로 한다. 조압연에 있어서의 누적 압하율이란, 조압연 개시 시의 판두께로부터 조압연 종료 후의 판두께를 뺀 것을, 조압연 개시 시의 판두께로 나눈 값이다. 조압연 시의 누적 압하율이 10% 미만에서는, 오스테나이트의 재결정에 의한 미세화가 곤란함과 함께, 기공이 잔존하여 내부 균열이 생겨, 연성 및 인성의 열화가 발생할 가능성이 있다. 또, 누적 압하율이 75%를 초과하면, 오스테나이트 입자가 과도하게 미세화하기 때문에, 마무리 압연 시의 재결정이 촉진됨으로써, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하됨과 함께, 패스수가 증가하여 생산성이 저하된다. 바람직한 누적 압하율은, 30~60%이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 조압연을 실시한 후의 강편을 강판이라고 부른다.
(c) 1차 가속 냉각 공정
1차 가속 냉각 공정에서는, 조압연이 종료된 강판을 수랭한다. 1차 가속 냉각 공정에서는, 강판의 표면 온도가 Ar3 이상인 범위에서 냉각을 개시하고, 500℃ 이상 Ar3-30℃ 이하인 범위에서 냉각을 정지하며, 또한 그 동안의 평균 냉각 속도가 35~100℃／초가 되는 조건으로 수랭한다.
Ar3 이상인 범위에서 냉각을 개시함으로써, 표층 부분 만을 페라이트 변태시킨다. 그 후, 후술하는 마무리 압연을 행함으로써, 표층 부분에 있어서 가공 페라이트를 생성시켜, 표층의 집합 조직을 제어하는 것이 가능해진다. Ar3-30℃ 초과의 범위에서 수랭을 종료하면, 표층 부분에 가공 페라이트를 생성시킬 수 없기 때문에, C 단면의 1/10t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 30% 미만이 된다. 또, 500℃ 미만인 범위에서 수랭을 종료하면, 표층 부분 뿐만이 아니라, 1/4t 위치까지 페라이트 변태가 진행되어, 베이나이트 분율이 저하된다.
또한, 1/10t 위치 뿐만이 아니라 C 단면의 1/4t 위치에 있어서도,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 과잉해진다. 그 때문에, C 단면의 1/4t 위치에 있어서,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 10% 미만이 된다. 또한, 이 때에 평균 냉각 속도를 35℃／초 이상으로 함으로써, 내부의 온도는 Ar3 이상이 되어, 강판의 내부까지 페라이트 변태하는 것을 방지할 수 있다. 또, 평균 냉각 속도를 100℃／초 이하로 함으로써, C 단면의 1/10t 위치에 있어서,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률을 60% 이하로 할 수 있다.
(d) 마무리 압연 공정
마무리 압연 공정은, 강판의 표면 온도가 Trex 미만인 범위이며, 또한 강판의 두께 중앙부에서의 온도가 Ar3 이상 Trex 미만인 범위에서 실시한다. 즉, 1차 가속 냉각 공정의 종료 후, 강판의 표면 온도가 Trex 미만이며, 또한 두께 중앙부에서의 온도가 Ar3 이상 Trex 미만인 상태에서 마무리 압연을 개시하고, 강판의 표면 온도가 Trex 미만이며, 또한 두께 중앙부에서의 온도가 Ar3 이상 Trex 미만인 상태에서 마무리 압연을 종료한다. 또한, 두께 중앙부에서의 온도는, 분위기 온도, 시간, 강판의 비열, 밀도, 열전도율, 가공 발열량, 변태 발열량, 롤에 대한 접촉 발열(拔熱)을 고려하여, 계산으로 구하는 것이 가능하다.
마무리 압연을 Trex 미만인 범위에서 실시함으로써, 재결정시키지 않고 오스테나이트 입자에 변형을 부여하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 최종 조직에 있어서의 베이나이트를 미세화할 수 있다. 마무리 온도를, 표면 온도가 Trex 이상인 범위에서 행하면, 재결정이 촉진되어, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되어 버린다. 또, 1/10t 위치에 있어서 가공 페라이트가 생성되지 않아,｛110｝면이 강판의 압연 방향에 수직인 면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 면의 면적률을 30% 이상으로 할 수 없게 된다.
한편, 마무리 압연을, 두께 중앙부에서의 온도가 Ar3 미만인 범위에서 행하면, 가공 페라이트가 생성되어, 최종 조직에 있어서 베이나이트 주체의 조직으로 할 수 없게 될 뿐만 아니라,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 면의 면적률을 40% 이상으로 할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 표층 부분에서는 가공 페라이트가 생성되어도 되기 때문에, 마무리 압연으로의 표면 온도에 대해서는, 특별히 하한을 둘 필요는 없다.
또, 마무리 압연에 있어서의 압연 패스수 n을 4~15 패스로 하고, 하기 (i)식으로 구해지는 각 패스에 있어서의 압연 형상비 mj의 전체 패스에서의 평균값을 0.5~1.0으로 한다.
mj=2(R(Hj-1-Hj))1/2/(Hj-1+Hj) ···(i)
여기서, 상기 식 중의 j는 1부터 n까지의 자연수(단, n은 압연 패스수), mj는 j패스째의 압연 형상비, R은 롤 반경(mm), Hj -1은 j-1 패스 후의 판두께(mm), Hj는 j패스 후의 판두께(mm)를 나타낸다.
압연 패스수 n이 4 패스 미만에서는, 압연 형상비 mj의 평균값을 1.0 이하로 하는 것이 곤란해진다. 한편, 압연 패스수 n이 15패스를 초과하면, 생산성이 저하된다. 바람직한 압연 패스수 n은, 5~13패스이다.
압연 형상비는, 압연에 의해 강판에 어떠한 변형 성분이 부여되는지를 나타내는 지표이다. 압연 형상비가 작으면 전단 변형 성분, 크면 압축 변형 성분이 많이 부여된다. 즉, 압연 형상비를 변화시킴으로써, 변형 성분이 변화되게 된다. 그리고, 변형 성분의 변화는, 특히 1/4t 위치의 집합 조직의 형성에 큰 영향을 미친다. 그 때문에, 압연 형상비 mj의 평균값을 0.5~1.0으로 한다.
압연 형상비 mj의 평균값이 0.5 미만에서는, 1/4t 위치에 있어서, 압연의 전단 변형이 지배적이 된다. 그 결과,｛100｝집합 조직이 발달하여,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 면의 면적률을 40% 이하로 하는 것이 곤란해진다. 한편, 압연 형상비 mj의 평균값이 1.0을 초과하면, 1/4t 위치에 있어서, 압연의 압축 변형이 지배적이 된다. 그 결과,｛110｝집합 조직이 발달하기 때문에,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 면의 면적률을 10% 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 바람직한 압연 형상비 mj의 평균값의 범위는, 0.6~0.9이다.
또한, 마무리 압연에 있어서의 누적 압하율은 65~90%의 범위로 한다. 마무리 압연에 있어서의 누적 압하율이란, 마무리 압연 개시 시(조압연 종료 후)의 판두께로부터 마무리 압연 종료 후의 판두께를 뺀 것을, 마무리 압연 개시 시의 판두께로 나눈 값이다. 마무리 압연에 있어서의 누적 압하율을 65% 이상으로 함으로써, 오스테나이트 입자에 충분한 변형을 부여하는 것이 가능해진다. 누적 압하율이 65% 미만이면, 오스테나이트 입자로의 변형 부여가 불충분해짐과 함께, 오스테나이트 입자의 편평화가 촉진되지 않아, 애스펙트비가 저하된다. 또한, C 단면의 1/10t 위치에 있어서의,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 60% 초과가 된다. 또, 누적 압하율이 90%를 초과하면, 재결정이 촉진되어, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하됨과 함께, 패스수가 증가하여 생산성이 저하된다. 또한, C 단면의 1/10t 위치 및 1/2t 위치에 있어서의,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 저하된다. 바람직한 누적 압하율은, 70~80%이다.
또한, 마무리 압연에 있어서의 패스간 시간은 15초 이하로 한다. 패스간 시간이 15초를 초과하면 가공에 의해 부여한 변형이 회복되어, 최종 조직에 있어서의 베이나이트를 충분히 미세화할 수 없게 됨과 함께, 재결정이 촉진되어, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하된다. 패스간 시간은 짧으면 짧을수록 바람직하기 때문에, 하한을 둘 필요는 없지만, 조업성의 관점에서 3초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로 마무리 압연은 리버스 압연에 의해 행해진다. 마무리 압연에 있어서의 패스간 시간이란, 강판이 전방으로 진행하면서 압연 롤에 의해 압연되어, 강판의 후단이 압연 롤로부터 빠지고 나서, 강판의 진행 방향이 후방으로 리버스하여, 재차 강판의 후단이 압연 롤에 물릴 때까지의 시간을 의미한다.
그리고, 마무리 압연 완료부터, 후술하는 가속 냉각 공정에 있어서의 냉각 개시까지의 시간을 50초 이하로 한다. 마무리 압연 완료부터 냉각 개시까지의 시간이 50초를 초과하면, 가공에 의해 부여한 변형이 회복되어, 최종 조직에 있어서의 베이나이트를 충분히 미세화할 수 없게 됨과 함께, 재결정이 촉진되어, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하된다. 마무리 압연 완료부터 냉각 개시까지의 시간은 짧으면 짧을수록 바람직하기 때문에, 하한을 둘 필요는 없지만, 조업성의 관점에서 5초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 마무리 압연 완료부터 냉각 개시까지의 시간이란, 전방으로 진행하는 강판의 선단이, 최종 패스에 있어서의 압연 롤을 빠지고 나서, 수랭이 개시될 때까지의 시간을 의미한다.
상기 설명에 있어서, Ar3은 강온 과정에서 오스테나이트 입자로부터 페라이트 입자에 변태가 시작되는 변태 개시 온도를 의미하며, 하기 (ii)식으로 구해진다. 또, Trex는 등축의 재결정립이 생성되어 신장할 수 있는 최저 온도인 재결정 온도를 의미하며, 하기 (iii)식으로 구해진다. 또한, 하기 식 중의 원소 기호는, 강판 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 0을 대입하는 것으로 한다.
Ar3=910-310×C+65×Si-80×Mn-20×Cu-55×Ni-15×Cr-80×Mo ···(ii)
Trex=-91900［Nb*］2+9400［Nb*］+770 ···(iii)
단, 하기 (iv)식으로 구해지는 고용 Nb량(질량%)을, sol. Nb로 했을 때에,
Nb≥sol. Nb인 경우는, ［Nb*］=sol. Nb
Nb＜sol. Nb인 경우는, ［Nb*］=Nb
로 한다.
sol. Nb=(10(-6770/(T+273)+2.26))/(C+12/14×N) ···(iv)
또한, 상기 식 중의 T는 가열 공정에 있어서의 강편의 가열 온도(℃)를 나타낸다.
(e) 2차 가속 냉각 공정
2차 가속 냉각 공정에서는, 마무리 압연이 종료된 강판을 수랭한다. 이 때, 냉각 개시 온도를 Trex-10℃ 이하로 하며, 또한, 냉각 개시부터 냉각 종료까지의 평균 냉각 속도가 5~50℃／초가 되는 조건으로, 0~550℃의 냉각 정지 온도까지 수랭한다.
마무리 압연을 Ar3 이상 Trex 미만인 범위에서 실시했다고 해도, 그 후의 복열에 의해 냉각 개시 온도가 Trex-10℃를 초과하면, 가공에 의해 부여한 변형의 회복이 촉진되어, 최종 조직에 있어서의 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트를 충분히 미세화할 수 없게 된다.
이에 더하여, 5~50℃／초의 평균 냉각 속도로 0~550℃의 냉각 정지 온도까지 수랭함으로써, 최종 조직을 베이나이트 주체의 조직으로 할 수 있다. 또한, 평균 냉각 속도 및 냉각 정지 온도는, 강판의 화학 조성에 있어서의 Ceq의 값에 따라 조정하여, 마르텐사이트 변태하지 않는 조건으로 한다.
(f) 뜨임 공정
2차 가속 냉각 공정 후에, 350~650℃의 온도 범위까지 가열하는 뜨임 공정을 더 구비해도 된다. 뜨임 공정을 행함으로써, 냉각에 의해 과잉하게 높아진 전위 밀도를 저감시킬 수 있다. 또한, 2차 가속 냉각 공정에 있어서의 냉각 정지 온도가 높은 경우에는, 자기(自己) 뜨임 효과를 얻을 수 있기 때문에, 뜨임 공정을 행하지 않아도 된다. 한편, 2차 가속 냉각 공정에 있어서, 예를 들면 실온 정도까지 냉각한 경우에는, 뜨임 공정을 행하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
표 1의 화학 조성을 갖는 강편을 이용하여, 표 2 및 표 3의 제조 조건에 의해 판두께 10~70mm의 강판을 시작(試作)했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
얻어진 강판의 금속 조직 관찰을 행하여, 각 조직의 면적률의 측정을 행했다. 구체적으로는, 우선 강판으로부터 C 단면에서의 1/4t 위치가 관찰면이 되도록, 시료를 채취했다. 그리고, 관찰면을 나이탈 에칭하고, 에칭 후에 광학 현미경을 이용하여 8시야를 500배로 촬영하고, 얻어진 조직 사진에 대해, 화상 해석을 행하여, 백색으로 보이는 것을 페라이트, 흑색으로 보이는 것을 펄라이트로 하여, 각각의 면적률을 구했다.
다음에, 나이탈 엣칭한 부분을 레페라 엣칭하고, 나이탈 엣칭으로 회색으로 보인 부분에 대해 화상 해석을 행하고, 백색으로 보이는 것을 MA상으로 하여 면적률을 구했다.
베이니틱 페라이트의 평균 길이 및 베이나이트의 면적률은, EBSD를 이용한 KAM 해석에 의해 산출했다. KAM 해석에 있어서, 페라이트인 것으로 판단되는 조직에 있어서, 국소 방위차가 1.0°를 초과하는 영역을 베이니틱 페라이트로 했다. 또한, 측정할 때에는, 장축 방향의 길이가 1μm 이상인 베이니틱 페라이트를 대상으로 했다. 또, 베이나이트의 면적률은 베이니틱 페라이트의 면적률을 합계한 것으로 했다.
또한, 구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이 및 애스펙트비의 평균의 측정을, JIS G 0551：2013에 준하여 행했다. 우선, 강판으로부터 L 단면에서의 1/4t 위치가 관찰면이 되도록, 시료를 채취했다. 다음에, 관찰면을 경면 연마한 후, 피크르산 포화 수용액을 이용하여, Bechet-Beaujard법으로 부식시켜, 구오스테나이트 입자를 현출시켰다.
구오스테나이트 입자를 현출시킨 관찰면을, 광학 현미경에 의해 관찰하여, 면적 0.05mm2 이상의 시야를 8시야 이상(합계 0.40mm2 이상) 촬영했다. 그리고, 광학 현미경에 의해 촬영한 조직 사진에 의거하여, 구오스테나이트 입자의 두께를 절단법에 의해 측정하고, 그 평균값을 구오스테나이트 입자의 두께 방향에 있어서의 평균 길이로 했다. 측정할 때에는, 두께 방향의 길이가 1μm 이상인 구오스테나이트 입자를 대상으로 했다.
또, 상기의 조직 사진으로부터, 각 구오스테나이트 입자에 대해서, 장축 방향의 최대 길이와, 장축 방향과 직교하는 단축 방향의 최대 길이를 각각 측정하고, 그 비(장축 최대 길이/단축 최대 길이)를 구하여, 그 평균값을 구오스테나이트 입자의 애스펙트비의 평균으로 했다.
계속해서, 집합 조직의 측정을 EBSD법에 의해 행했다. 구체적으로는, EBSD법에 의해, 1/2t 위치 및 1/10t 위치에서는,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역, 그리고 1/4t 위치에서는,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 맵을 각각 작성하고, 그 총면적을 측정 면적으로 나눔으로써, 그들의 면적률을 구했다.
보다 상세하게 기재하면, EBSD법에 의해, C 단면의 1/2t 위치 및 1/10t 위치에 있어서, 결정 방위 정보를 1μm 피치로 합계 10만점 분의 측정을 행했다. 이에 의해 각 측정점의 ｛110｝면을 알 수 있고, 각 측정점의 ｛110｝면과 C 단면이 이루는 각, 즉 각 면의 법선이 이루는 각도가 15° 이내인 측정점의 수를 구하여, EBSD법에 의해 측정한 합계 측정수(10만점)로 나눔으로써 면적률을 구했다.
마찬가지로, EBSD법에 의해, C 단면의 1/4t 위치에 있어서, 결정 방위 정보를 1μm 피치로 합계 10만점 분의 측정을 행했다. 이에 의해 각 측정점의 ｛100｝면을 알 수 있고, 각 측정점의 ｛100｝면과 C 단면이 이루는 각, 즉 각 면의 법선이 이루는 각도가 15° 이내인 측정점의 수를 구하여, EBSD법에 의해 측정한 합계 측정수(10만점)로 나눔으로써 면적률을 구했다.
이들의 측정 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 표 중에 있어서는, 페라이트의 면적률을 「F 분율」, 펄라이트의 면적률을 「P 분율」, 베이나이트의 면적률을 「B 분율」, MA상의 면적률을 「MA 분율」, 베이니틱 페라이트의 장축 방향의 평균 길이를 「BF 길이」로 표기한다. 또,｛110｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률을 「｛110｝면적률」,｛100｝면이 C 단면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률을 「｛100｝면적률」이라고 표기한다.
Figure pct00004
또한, 인장 강도(TS) 및 항복 응력(YS)을, JIS Z 2241：2011에 의거하여 측정했다. 시험편은, 판두께 중심부로부터 압연 방향으로 직교하는 방향(폭 방향)을 길이 방향으로서 채취한, 1B호 인장 시험편을 이용하여 측정했다. 항복 응력(YS)은 영구 신장율 0.2%일 때의 영구 신장법의 내력으로 했다. 본 실시예에서는, YS가 460MPa 이상, 또한 TS가 570MPa 이상인 것을, 높은 강도를 갖는 것으로 했다.
또, 강판의 1/4t 위치를 포함하도록 V노치 시험편을 채취하여, JIS Z 2242：2005에 준거하여 파면 천이 온도(vTrs)의 평가를 행했다. 이 때, V노치 시험편은. 시험편의 길이 방향이 강판의 압연 방향 및 폭 방향에 일치하도록, 2씩 채취했다. 본 실시예에서는, 2개의 시험편에서, 모두 vTrs가 -60℃ 이하인 것을, 저온 인성이 우수한 것으로 했다.
그리고, ISO 15653：2018에 준하여, 모재의 판두께 방향의 전제 두께를 3점 굽힘의 노치 위치로 하는 CTOD 시험편을 채취하여, -10℃에 있어서의 CTOD값의 측정을 행했다. 시험은 3회 행하고, 표에는, 그들의 최소값을 기재했다. 본 실시예에서는, -10℃에 있어서의 CTOD값의 최소값이 0.50mm 이상인 것을, 파괴 인성이 우수한 것으로 했다.
또, NK 선급 협회 강선 규칙 검사 요령 K편 부속서 K3.12.2-1. (2016년)의 「온도 구배형 ESSO 시험 및 온도 구배형 이중 인장 시험에 관한 검사 요령」에 준거하여, 어레스트 인성값 Kca-10℃의 측정을 행했다. 다음에, ASTM E208-06에서 규정된, NRL 낙중 시험법에 준거하여 시험을 행하여, NDT 온도를 구했다. 본 실시예에서는, 어레스트 인성값 Kca-10℃이, 6000N/mm1 .5 이상이며, 또한 NDT 온도가 -100℃ 이하인 것을, 어레스트성이 우수한 것으로 했다.
이들의 측정 결과를 표 5에 나타낸다.
Figure pct00005
표 4 및 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 규정을 만족하는 본 발명예(시험 번호 1~26)에서는, 높은 강도를 갖고, 또한 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 우수한 결과가 되었다. 이에 반해, 비교예(시험 번호 27~61)에서는, 강도, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성 중 어느 하나가 열화되는 결과가 되었다.
구체적으로는, 시험 번호 27은 C 함유량이 과잉하기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 28은 C 함유량이 낮고, 베이나이트 주체의 조직이 되지 않아, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 29는 Si 함유량이 과잉하기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 30은 Mn 함유량이 과잉하기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 31은 Mn 함유량이 낮고, 강도 부족이 되었다.
시험 번호 32는 P 및 S의 함유량이 과잉하고, 시험 번호 33은 Al 함유량이 과잉하고, 시험 번호 34는 N 함유량이 과잉하기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 35는 N 함유량이 낮고, 구오스테나이트 입자가 조대하게 되었기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 36은 Nb 함유량이 과잉하기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 37은 Nb 함유량이 낮고, BF 길이가 과잉하고 또한, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 작아졌기 때문에, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다.
시험 번호 38은 가열 공정에서의 가열 온도가 높고, BF 길이 및 구오스테나이트 입자가 조대화하여, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 39는 가열 온도가 낮고, 베이나이트 면적률이 낮아져, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되었기 때문에, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 40은 조압연의 종료 온도가 Trex 미만이었기 때문에, BF 길이 및 구오스테나이트 입자가 조대화하여, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다.
시험 번호 41은 조압연의 누적 압하율이 높기 때문에, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되고, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 한편, 시험 번호 42는 누적 압하율이 낮기 때문에, 구오스테나이트 입자가 조대화하여, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 43은 조압연의 개시 온도가 높기 때문에, 표층부의 집합 조직을 제어하지 못하여, 어레스트성이 열화되었다.
시험 번호 44는 1차 가속 냉각 공정에서의 냉각 개시 온도가 낮기 때문에, 마무리 압연의 종료 온도도 Ar3 미만이 되고, 그 결과, 베이나이트 면적률이 낮아져, BF 길이 및 구오스테나이트 입자가 조대화하고, 또한, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없었다. 그 때문에, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다.
시험 번호 45는 1차 가속 냉각 공정에서의 냉각 정지 온도가 높기 때문에, 표층 부분에 가공 페라이트를 충분히 얻지 못하여, 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 46은 냉각 정지 온도가 낮고, 베이나이트 주체의 조직이 되지 않고, 또, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없었기 때문에, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 47은 1차 가속 냉각 공정에서의 냉각 속도가 높기 때문에, 표층부의 집합 조직을 제어하지 못하여, 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 48은 1차 가속 냉각 공정에서의 냉각 속도가 낮기 때문에, 베이나이트 면적률이 낮아짐과 함께, 원하는 집합 조직을 얻지 못하여, 강도 부족이 되고, 또 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다.
시험 번호 49는 마무리 압연의 개시 온도가 Trex 이상이었기 때문에, BF 길이가 조대화하며, 또한 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되고, 또한, 표층부의 집합 조직을 제어하지 못하여, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 50은 마무리 압연의 두께 중앙부에 있어서의 종료 온도가 Ar3 미만이었기 때문에, 가공 페라이트가 과잉하게 생성되어, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다.
시험 번호 51은 마무리 압연에 있어서의 압연 패스수가 적고, 압연 형상비의 평균값이 높아졌기 때문에, 원하는 집합 조직을 얻지 못하여, 어레스트성이 열화되었다. 마찬가지로 시험 번호 52도 압연 형상비의 평균값이 높아졌기 때문에, 원하는 집합 조직을 얻지 못하여, 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 53은 압연 형상비의 평균값이 낮기 때문에, 원하는 집합 조직을 얻지 못하여, 어레스트성이 열화되었다.
시험 번호 54는 마무리 압연의 누적 압하율이 높고, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되고, 또한, 표층부의 집합 조직을 제어할 수 없었기 때문에, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 55는 누적 압하율이 낮기 때문에, BF 길이가 조대화하며, 또한 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되고, 또한, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없었기 때문에, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 56은 패스간 시간이 길고, 시험 번호 57은 마무리 압연 완료부터 냉각 개시까지의 시간이 길기 때문에, BF 길이가 조대화하며, 또한 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 저하되고, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다.
시험 번호 58은 가속 냉각 공정에서의 냉각 속도가 높기 때문에, MA상이 과잉하게 생성되었기 때문에, 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 열화되었다. 시험 번호 59는 냉각 속도가 낮고, 베이나이트 주체의 조직이 되지 않아, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 60은 냉각 정지 온도가 높기 때문에, 베이나이트 주체의 조직이 되지 않아, 강도 부족이 됨과 함께, 저온 인성 및 파괴 인성이 열화되었다. 시험 번호 61은 냉각 개시 온도가 Trex-10℃를 초과하고, BF 길이가 조대화했기 때문에, 저온 인성은 양호했지만, 파괴 인성이 열화되는 결과가 되었다.
본 발명에 의하면, 높은 강도를 갖고, 또한 저온 인성, 파괴 인성 및 어레스트성이 우수한 강판을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따른 강판은, 선박, 고층 건축물, 그 외의 건축물, 교량, 해양 구조물, LNG 저장 탱크 그 외의 대형 탱크, 라인 파이프 등의 용접 구조물의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 강판의 화학 조성이, 질량%로,
    C：0.040~0.160%,
    Si：0.01~0.50%,
    Mn：0.70~2.50%,
    P：0.030% 이하,
    S：0.020% 이하,
    Al：0.001~0.100%,
    N：0.0010~0.0080%,
    Nb：0.003~0.050%,
    잔부：Fe 및 불순물이고,
    상기 강판의 압연 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 강판의 두께를 t로 했을 때에, 상기 강판의 표면으로부터 1/4t의 위치에 있어서의 금속 조직이,
    면적%로, 80% 이상의 베이나이트를 포함하며, 또한,
    상기 베이나이트를 구성하는 베이니틱 페라이트의 장축 방향의 평균 길이가 10μm 이하이고,
    상기 강판의 압연 방향 및 두께 방향에 평행한 단면에 있어서, 상기 강판의 표면으로부터 1/4t의 위치에 있어서의 구오스테나이트 입자의, 두께 방향에 있어서의 평균 길이가 20μm 이하이고, 애스펙트비의 평균이 2.5이상이며,
    상기 강판의 압연 방향에 대해 수직인 면인 수직면의 상기 표면으로부터 1/10t의 위치에 있어서,｛110｝면이 상기 수직면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 30~60%이며,
    상기 수직면의 상기 표면으로부터 1/4t의 위치에 있어서,｛100｝면이 상기 수직면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 10~40%이며,
    상기 수직면의 상기 표면으로부터 1/2t의 위치에 있어서,｛110｝면이 상기 수직면에 대해 15° 이내의 각도를 이루는 영역의 면적률이 40~70%인,
    강판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
    Ti：0.050% 이하,
    Cu：1.50% 이하,
    Ni：2.50% 이하,
    Cr：1.00% 이하,
    Mo：1.00% 이하,
    V：0.150% 이하, 및
    B：0.0050% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 강판.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
    Mg：0.0100% 이하,
    Ca：0.0100% 이하, 및
    REM：0.0100% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 강판.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
    Zr：0.0100% 이하, 및
    Te：0.0100% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 강판.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
    W：1.00% 이하, 및
    Sn：0.50% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것인, 강판.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 강판의 제조 방법으로서,
    청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 강편에 대해, 가열 공정, 조압연 공정, 1차 가속 냉각 공정, 마무리 압연 공정 및 2차 가속 냉각 공정을 순서대로 실시하는, 강판의 제조 방법에 있어서,
    상기 가열 공정에서는, 상기 강편을 950~1080℃의 가열 온도까지 가열하고,
    상기 조압연 공정은, 상기 강편의 표면 온도가 Trex 이상 1050℃ 이하인 범위에서 실시하며,
    상기 조압연 공정에 있어서의 누적 압하율을 10~75%로 하고,
    상기 1차 가속 냉각 공정에서는, 상기 강편의 표면 온도가 Ar3 이상인 범위에서 냉각을 개시하고, 500℃ 이상 Ar3-30℃ 이하인 범위에서 냉각을 정지하며, 또한 그 동안의 평균 냉각 속도가 35~100℃／초가 되는 조건으로 수랭하고,
    상기 마무리 압연 공정은, 상기 강편의 표면 온도가 Trex 미만인 범위이며, 또한 상기 강편의 두께 중앙부에서의 온도가 Ar3 이상 Trex 미만인 범위에서 실시하고,
    상기 마무리 압연 공정에 있어서의 압연 패스수 n을 4~15패스, 하기 (i)식으로 구해지는 압연 형상비 mj의 평균값을 0.5~1.0, 누적 압하율을 65~90%로 하고, 또한 패스간 시간을 15초 이하로 하며,
    상기 마무리 압연 공정이 완료되고 나서, 상기 2차 가속 냉각 공정에 있어서의 냉각 개시까지의 시간을 50초 이하로 하고,
    상기 2차 가속 냉각 공정에서는, 냉각 개시 온도를 Trex-10℃ 이하로 하며, 또한, 냉각 개시부터 냉각 종료까지의 평균 냉각 속도가 5~50℃／초가 되는 조건으로, 0~550℃의 냉각 정지 온도까지 수랭하는,
    강판의 제조 방법.
    mj=2(R(Hj -1-Hj))1/2/(Hj -1+Hj) ···(i)
    여기서, 상기 식 중의 j는 1부터 n까지의 자연수(단, n은 압연 패스수), mj는 j패스째의 압연 형상비, R은 롤 반경(mm), Hj -1은 j-1 패스 후의 판두께(mm), Hj는 j패스 후의 판두께(mm)를 나타낸다.
    또, Ar3은 하기 (ii)식으로 구해지며, Trex는 하기 (iii)식으로 구해진다. 또한, 하기 식 중의 원소 기호는, 강판 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, 함유되지 않는 경우는 0을 대입하는 것으로 한다.
    Ar3=910-310×C+65×Si-80×Mn-20×Cu-55×Ni-15×Cr-80×Mo ···(ii)
    Trex=-91900［Nb*］2+9400［Nb*］+770 ···(iii)
    단, 하기 (iv)식으로 구해지는 고용 Nb량(질량%)을, sol. Nb로 했을 때에,
    Nb≥sol. Nb인 경우는, ［Nb*］=sol. Nb
    Nb＜sol. Nb인 경우는, ［Nb*］=Nb
    로 한다.
    sol. Nb=(10(-6770/(T+273)+2.26))/(C+12/14×N) ···(iv)
    또한, 상기 식 중의 T는 가열 공정에 있어서의 강편의 가열 온도(℃)를 나타낸다.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 2차 가속 냉각 공정 후에, 350~650℃의 온도 범위까지 가열하는 뜨임 공정을 더 실시하는, 강판의 제조 방법.
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