KR20230173169A - 강시판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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겐타 아사히
게이스케 안도
히로후미 오츠보
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

고강도이며 또한 고인성인 강시판을, 안정적으로 또한 높은 생산성으로 제공한다. 그 강시판은, 소정의 성분 조성과, 페라이트의 면적 분율이 70 ％ 이상 및 도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 이하인 마이크로 조직과, 페라이트의 면적 분율이 70 ％ 이상 및 도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 이하이고, 입경이 10 ㎚ 이하인 V 탄질화물, Nb 탄질화물 그리고, V 및 Nb 복합 탄질화물의 합계 면적률이 2.6 ％ 이상이며, 소정의 입경 d (㎚) 를 갖는 V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그들 복합 석출물의 면적률이 0.3 ％ 이상인 마이크로 조직을 갖고, 상기 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하이며 또한 최대 입경이 40 ㎛ 이하인 것으로 한다.

Description

강시판 및 그 제조 방법
본 발명은 토목, 건축 분야에 있어서, 영구 구조물 혹은 가설 구조물에 적용되는 강시판 (steel sheet pile) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
강시판은, 안벽이나 방토에 사용될 경우에 높은 부하를 받는 점에서, 높은 강도나 인성이 요구된다. 예를 들어, 항복 강도 (이하, YP 로 한다) 가 290 ㎫ 이상, 나아가서는 390 ㎫ 이상인 강시판이 사용된다. 보다 더 엄격한 환경 하에서는, YP 440 ㎫ 이상의 강도를 갖는 강시판이 필수로 되는 경우가 있다.
고강도이며 또한 고인성인 강재 제품을 제조할 때, 합금 원소의 첨가나 오스테나이트의 미재결정 온도역에서의 압연이 일반적인 수법이 된다. 그런데, 복잡한 형상을 갖는 강시판의 제조에서는, 성형성의 관점에서 보다 변형 저항이 작은 고온에서의 압연·성형이 지향됨과 함께, 변형 저항을 상승시킬 수 있는 합금의 첨가가 제한되는 경우가 있다.
강시판의 JIS 규격 (SYW) 에서는, 0 ℃ 에서의 샤르피 흡수 에너지에 대해서 규정되어 있기는 하지만, 일본의 한랭기 등 0 ℃ 를 밑도는 환경 하에서도 강시판은 사용되기 때문에, 향후에는 더욱 고인성을 갖는 강시판이 요구될 것으로 예상된다.
이상의 배경 하에서, 고강도이며 또한 고인성인 강시판의 연구 개발이 행해지고 있다.
즉, 특허문헌 1 에는, Nb 를 0.05 ％ 초과 첨가한 성분 조성으로 함으로써 YP 440 ㎫ 이상이며 또한 고인성으로 한 강시판의 제안이 이루어지고 있다.
특허문헌 2 에서는, V 와 함께 Nb 를 0.030 ％ 이상 첨가하는 성분 조성으로 하고, 1000 ℃ 이하에서의 압하율을 제어함으로써, 페라이트의 평균 입경이나 도상 (島狀) 마텐자이트의 면적률 및 석출물의 개수 밀도를 적정화하여 YP 440 ㎫ 이상이며 또한 고인성으로 한 강시판에 대해서 제안이 이루어지고 있다.
특허문헌 3 에서는, C 가 0.005 ∼ 0.030 ％ 인 저탄소강에 Nb 및 B 를 첨가하는 성분 조성으로 하고, 고강도, 고인성 및 수중 용접성이 우수한 강시판에 대해서 제안이 이루어지고 있다.
또, 특허문헌 4 에서는, V 혹은 Nb 를 1 종 또는 2 종을 첨가하는 성분 조성으로 하고, 900 ℃ 이하 즉 미재결정 온도역에 있어서의 압하율을 제어하여, 압연 종료 후 가속 냉각을 행함으로써 고인성으로 한 강시판의 제안이 이루어지고 있다.
한편으로, 특허문헌 5 에서는, 불가피적 불순물 중의 Nb 를 0.005 ％ 이하로 제한함으로써 YP 340 ㎫ 이상이며 또한 고인성으로 한 강시판의 제안이 이루어지고 있다.
특허문헌 6 및 7 에서는, 열간 압연 중 혹은 압연 종료 후 소정의 지점을 수랭함으로써 YP 440 ㎫ 이상이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하인 강시판의 제안이 이루어지고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 2018-83963호 (특허 문헌 2) 일본 공개특허공보 2018-90845호 (특허 문헌 3) 일본 공개특허공보 2000-17378호 (특허 문헌 4) 일본 공개특허공보 2006-249513호 (특허 문헌 5) 일본 공개특허공보 2002-294392호 (특허 문헌 6) 일본 공개특허공보 2007-332414호 (특허 문헌 7) 일본 공개특허공보 2008-221318호
특허문헌 1, 2 에 기재된 기술은, Nb 를 0.030 ％ 이상 첨가한 성분 조성으로 함으로써, 고강도이며 또한 고인성인 강시판으로 하고 있지만, 고용 혹은 석출 상태에 한정되지 않고 Nb 는 열간 압연시의 변형 저항을 상승시키는 경향이 있어, 열간 압연시의 형상 제어를 엄밀하게 행할 필요가 있다.
특허문헌 3 에 기재된 기술에서는, C 양이 0.005 ∼ 0.030 ％ 로 낮은 성분 조성이기 때문에, 강의 용제시에 있어서의 탈탄 공정이 길어져, 정련 과정에서의 생산성이 낮다는 문제가 있다.
또, 특허문헌 4 에 기재된 기술에서는, 고인성의 강시판을 얻기 위해서 미재결정 온도역의 압하율이 20 ％ 이상 필요하고, 열간 압연시의 형상 제어가 엄밀할 필요가 있음과 함께, 압연 종료 후에 소정 부분의 가속 냉각이 필요해지기 때문에, 굽힘이나 휨 등의 형상 변화가 불가피한 것이 문제이다.
한편으로, 특허문헌 5 에 기재된 기술에서는, 압연 온도나 최종 패스의 압하율을 제한함으로써 오스테나이트의 완전 재결정을 촉진하고, 또 균일한 조직을 얻음으로써 YP 340 ㎫ 이상이며 또한 고인성으로 한, 강시판의 제안이 이루어지고 있으나, YP 는 440 ㎫ 미만으로, 추가적인 YP 의 향상이 요구되고 있다.
특허문헌 6 또는 7 에 기재된 기술에서는, YP 440 ㎫ 이상이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하인 강시판을 얻기 위해서는 소정 부분의 수랭이 필수가 되기 때문에, 굽힘이나 휨 등의 형상 변화가 불가피한 것이 문제이다.
본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하는 것으로서, 고강도이며 또한 고인성인 강시판을, 안정적으로 또한 높은 생산성으로 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기에, 고강도라는 것은, 예를 들어 YP 가 440 ㎫ 이상인 것을 가리키고, 또 고인성이라는 것은, 연성 파면율이 50 ％ 가 되는 파면 천이 온도 (이하, vTrs 로 한다) 가 -10 ℃ 이하인 것을 가리킨다.
고인성을 확보하기 위해서는, 결정립의 미세화에 의한 파괴 단위의 감소가 유효한 수단이다. 결정립의 미세화 수단의 하나로서, 구오스테나이트립 내 혹은 입계에 존재하는 석출물을 페라이트의 생성 핵으로서 사용함으로써 결정립의 미세화를 도모하는 방법이 있다. 본 발명자들은 석출물에 의한 결정립의 미세화에 대해서 메커니즘을 조사한 결과, 석출물이 페라이트립의 미세화에 기여하려면, 석출물이 일정 이상의 입경을 가질 필요가 있는 것을 알게 되었다. 또, 그 임계 입경은 페라이트 변태 개시 온도의 저하에 수반하여 감소되는 경향이 있는 것이 밝혀졌다.
또, 고강도를 확보하기 위해서는, 석출물에 의한 석출 분산 강화가 유효한 수단의 하나로서, 석출물의 입경은 동일 면적률을 가정하면 석출물의 입경이 미세할수록 강도 상승은 현저해진다.
고인성을 확보하기 위해서는 일정 이상의 입경을 갖는 석출물이 필요한 한편으로, 고강도를 확보하기 위해서는 미세한 석출물이 유효하다. 이 두 가지는 이율 배반적인 관계에 있어, 종래에는 석출물을 활용함으로써 고강도와 고인성을 양립시키는 것은 곤란하였다. 이것을 해결하려면, 가속 냉각에 의한 페라이트 변태 개시 온도의 저하가 하나의 안이지만, 굽힘이나 휨을 발생시킬 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 또, 미재결정 온도역에서의 압연을 적극적으로 행하는 것도 유효한 수단의 하나이지만, 형상 제어를 엄밀하게 행할 필요가 있다.
그런데, 석출물에 의한 결정립의 미세화를 도모하는 데에 있어서, V 를 함유하는 성분 조성으로 하는 것이 유효하다. 즉, V 는 V 탄질화물로서 비교적 고온역에서 오스테나이트 중에 석출됨과 함께 페라이트와 정합 계면을 갖기 때문에, 페라이트의 생성 핵으로서의 기여도가 큰 것이 특징이다. 또, 고강도를 확보하기 위해서는, Nb 를 함유하는 성분 조성으로 하는 것이 유효하다. 즉, Nb 는 주로 변형 유기 (誘起) 에 의해서 Nb 탄질화물로서 오스테나이트 중에 수 ㎚ 오더의 입경으로 미세하게 석출되기 때문에, 석출물에 의한 분산 강화가 기대된다.
이것들을 기초로 하여, 본 발명자들은 V 와 Nb 를 복합 첨가하는 성분 조성으로 하고, 석출물의 제어를 행할 수 있도록 V 와 Nb 의 성분 조성비에 대해서 검토를 행하였다. 그 결과, V 탄질화물 혹은 V 와 Nb 의 복합 탄질화물을 페라이트의 생성 핵으로서 사용하는 것에 의한 결정립의 미세화와, 석출물에 의한 분산 강화를 양립시키려면, V 와 Nb 의 성분 조성비에 적정한 범위가 있는 것을 알아내었다.
또, V 와 Nb 의 성분 조성비의 적정화만으로는 불충분하여, 높은 생산성을 확보함과 함께 고강도 그리고 고인성을 확보할 수 있는 압연 조건을 검토한 결과, 미재결정 온도역 바로 위에서의 압연을 효과적으로 행하는 것이 유효하다는 것을 알게 되었다. 즉, Nb 탄질화 석출물 혹은 V 와 Nb 의 복합 탄질화물을 변형 유기에 의해서 석출시키는 것이 중요하다. 이로써, 종래와 같은 넓은 온도역에 걸치는 압연 조건의 제약이나 오스테나이트의 미재결정 온도역에서의 압하율 (이하, CR 율이라고도 한다) 의 완화가 가능해짐과 함께, 굽힘이나 휨의 발생에 영향을 미치는 가속 냉각을 행할 필요가 없어진다.
본 발명자들은, V 석출물 및 Nb 석출물, 나아가서는 그것들의 복합 석출물에 대해서, 강도, 인성을 효과적으로 향상시키기 위해서는, 강도 상승에 기여할 수 있는 미세한 입경의 석출물과 페라이트의 생성 핵으로서 기여할 수 있는 조대한 입경의 석출물에 대해서, 일정 이상의 면적률이 필요한 것을 알아내었다.
이상으로부터, 본 발명자들은 V 탄질화물, Nb 탄질화물 또는 그것들의 복합 석출물에 의한 분산 강화나 조직의 균일한 미세화에 의해서, YP 440 ㎫ 이상이라는 고강도이고, vTrs 가 -10 ℃ 이하라는 고인성인 강시판을 제공하기 위한 방도를 알아내었다. 본 발명의 요지는, 이하에 나타내는 바와 같다.
1. 질량％ 로,
C : 0.05 ∼ 0.18 ％,
Si : 0.05 ∼ 0.55 ％,
Mn : 1.00 ∼ 1.65 ％,
sol. Al : 0.080 ％ 이하,
V : 0.005 ∼ 0.250 ％,
Nb : 0.005 ％ 이상 0.030 ％ 미만 및
N : 0.0010 ∼ 0.0060 ％
를 하기 식 (1) 을 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며, 그 불가피적 불순물로서의 P, S 및 B 는, P : 0.025 ％ 이하, S : 0.020 ％ 이하 및 B : 0.0003 ％ 이하인 성분 조성과,
페라이트의 면적 분율이 70 ％ 이상 및 도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 이하이고, 입경이 10 ㎚ 이하인 V 탄질화물, Nb 탄질화물 그리고 V 및 Nb 복합 탄질화물의 합계 면적률이 2.6 ％ 이상이며, 하기 식 (2) 를 만족하는 입경 d (㎚) 를 갖는 V 탄질화물, Nb 탄질화물 그리고 V 및 Nb 복합 석출물의 합계 면적률이 0.30 ％ 이상인 마이크로 조직을 갖고,
상기 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하이며 또한 최대 입경이 40 ㎛ 이하이고,
항복 강도가 440 ㎫ 이상이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하인, 강시판.
-0.010 ≤ [％Nb] - 0.1 [％V] ≤ 0.020 ··· (1)
여기에서, [％V], [％Nb] 는 각각, 강 중의 V 및 Nb 의 함유량 (질량％) 이다.
d ≥ 5 [(Ae3 - Ar3)/Ae3]-0.63 ··· (2)
여기에서, Ae3 : 평형 변태시의 페라이트 변태 개시 온도 (℃)
Ar3 : 냉각시의 페라이트 변태 개시 온도 (℃)
또한, 상기한 Ae3 및 Ar3 은, 각각 이하에 나타내는 식 (3) 및 (4) 에 따라서 구해진다.
Figure pct00001
여기에서, [％C], [％Si], [％Mn], [％Cu], [％Cr], [％Ni] 및 [％Mo] 는 각각, 강 중의 C, Si, Mn, Cu, Cr, Ni 및 Mo 의 함유량 (질량％) 이다.
2. 상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,
Cu : 0.50 ％ 이하,
Ni : 0.50 ％ 이하,
Cr : 0.50 ％ 이하,
Mo : 0.30 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Ti : 0.025 ％ 이하 및
REM : 0.005 ％ 이하
중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 1 에 기재된 강시판.
3. 상기 1 또는 2 에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를 1200 ℃ ∼ 1350 ℃ 로 가열하고, 조(粗)압연, 중간 압연 및 마무리 압연을 포함하는 열간 압연을, 900 ℃ ∼ 1000 ℃ 에 있어서의 누적 압하율이 20 ％ 이상, 오스테나이트의 미재결정 온도역에서의 압하율이 10 ％ 이상 20 ％ 미만 및 상기 중간 압연의 종료 온도가 650 ℃ ∼ 900 ℃ 로 하여 행하는, 항복 강도가 440 ㎫ 이상이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하인 강시판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, YP 440 ㎫ 이상 및 vTrs 가 -10 ℃ 이하라는, 고강도이며 또한 고인성의 강시판을, 안정적으로 또한 높은 생산성 하에 제공할 수 있기 때문에, 산업상 매우 유용하다.
도 1 은, 강시판의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 해트형 강시판의 열간 압연 공정에 있어서의 대표적인 공형 (孔型) 을 나타내는 도면이다.
도 3 은, 식 (2) 를 만족하는 석출물의 면적률과 vTrs 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 10 ㎚ 이하의 사이즈를 갖는 석출물의 면적률과 항복 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
강시판의 형태로는, 도 1(a) 에 나타내는 해트형 강시판 (1) 이 전형예이고, 그 밖에, 도 1(b) 에 나타내는 직선형 강시판 (9) 도 있으며, 어느 것이나, 도 2 에 나타내는 공형을 통하여 최종 형상이 부여된다. 이 형태나, 제조 순서에 대해서 상세한 것은 후술한다.
＜강시판＞
이하, 본 발명의 강시판에 대해서, 그 성분 조성 및 마이크로 조직을 상세하게 서술한다.
[성분 조성]
먼저, 본 발명의 강시판의 성분 조성에 대한 한정 이유를 서술한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 각 원소의 함유량의「％」표시는, 특별히 언급하지 않는 한, 모두「질량％」를 의미한다.
또 본 명세서에 있어서, V 탄질화물을「V 석출물」또는「V (C,N)」, Nb 탄질화물을「Nb 석출물」또는「Nb (C,N)」, V 및 Nb 복합 탄질화물을「그것들의 (그들) 복합 석출물」또는「(V,Nb) (C,N)」으로도 표기한다.
C : 0.05 ∼ 0.18 ％
C 는, 강 중에서 V, Nb 및 N 과 결합하고, V (C,N), Nb (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 등의 탄질화물로서 석출되어 모재의 강도와 인성을 안정적으로 확보하기 위해서 필수적인 원소로서, 0.05 ％ 이상으로 첨가할 필요가 있다. 한편으로, 0.18 ％ 를 초과하면 도상 마텐자이트를 포함하는 베이나이트가 생성되고, 도상 마텐자이트의 증가에 의해서 인성을 크게 저하시킴과 함께, 석출물이 과잉이 되어 인성이 저하된다. 그 때문에, 본 발명에서는 C 함유량을 0.05 ∼ 0.18 ％ 로 한다. 또한, C 함유량은 0.10 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, C 함유량은 0.16 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Si : 0.05 ∼ 0.55 ％
Si 는, 고용 강화에 의해서 모재의 강도를 높이는 원소로서, 0.05 ％ 이상으로 함유될 필요가 있다. 한편으로, Si 함유량이 과잉이면, 인성을 저하시키는 도상 마텐자이트의 생성을 조장하기 때문에, Si 함유량을 0.55 ％ 이하로 한다. 따라서, Si 함유량을 0.05 ∼ 0.55 ％ 로 한다. 또한, Si 함유량은 0.10 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, Si 함유량은 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mn : 1.00 ∼ 1.65 ％
Mn 은, Si 와 동일하게, 강의 강도를 높이는 효과가 있는 비교적 저렴한 원소이기 때문에, 고강도화에는 필요한 원소이다. 그러나, Mn 의 함유량이 1.00 ％ 미만이 되면, 그 효과는 작아진다. 한편으로, 1.65 ％ 를 초과하면, 도상 마텐자이트를 포함하는 상부 베이나이트의 생성을 조장하여 인성을 크게 저해하게 된다. 그 때문에, Mn 함유량을 1.00 ∼ 1.65 ％ 로 한다. 또한, Mn 함유량은 1.10 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, Mn 함유량은 1.60 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
sol. Al : 0.080 ％ 이하
Al 은, 탈산제로서 첨가되는 원소이다. 그러나, Al 의 탈산제로서의 효과는 sol. Al 로서 0.080 ％ 를 초과하면 포화되기 때문에, sol. Al 을 0.080 ％ 이하로 하였다. 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 탈산을 위해서는 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상이다. 또, 0.060 ％ 이하인 것이 바람직하다.
V : 0.005 ∼ 0.250 ％
V 는, 압연 중 또는 냉각 중에 V (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 으로서 오스테나이트 중에 석출되어 페라이트의 핵 생성 사이트로서 기여하고, 결정립을 미세화하는 효과를 갖는 중요한 원소이다. 또, V 는 석출물로서의 분산 강화에 의해서 모재 강도를 높이는 역할을 갖고 있어, 강도와 인성을 확보하기 위해서는 필수의 원소이다. 상기 서술한 효과를 얻기 위해서는, V 함유량을 0.005 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편으로, V 함유량이 0.250 ％ 를 초과하면, 석출 취화를 조장하여, 모재 인성을 크게 저해하게 된다. 그 때문에, V 함유량을 0.005 ∼ 0.250 ％ 로 한다. 또한, V 함유량은 0.075 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.080 ％ 초과이다. 또, V 함유량은 0.200 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Nb : 0.005 ％ 이상 0.030 ％ 미만
Nb 는, 압연 중에 주로 변형 유기 석출에 의해서 Nb (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 으로서 오스테나이트 중에 수 ㎚ 오더의 사이즈로 석출되고, 오스테나이트의 재결정을 억제하여, 결정립을 미세화하는 효과가 있다. 또, Nb 는 석출물로서의 분산 강화에 의해서 모재 강도를 높이는 역할을 갖고 있어, 강도와 인성을 확보하기 위해서는 필수의 원소이다. 이와 같은 효과를 얻으려면, Nb 가 0.005 ％ 이상 함유되어 있을 필요가 있다. 바람직하게는, 0.010 ％ 이상이다. 한편으로, Nb 는 열간의 변형 저항을 상승시킴과 함께 함유량이 0.030 ％ 이상이 되면 석출 취화에 의해서 인성이 저하되기 쉬워지는 경향이 많아지기 때문에, Nb 의 함유량을 0.030 ％ 미만으로 한다. 바람직하게는, 0.025 ％ 이하이다.
N : 0.0010 ∼ 0.0060 ％
N 은, 강 중에서 V, Nb 및 C 와 결합하여, V (C,N), Nb (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 으로서 모재 강도와 인성을 향상시키는 데 유용한 원소로서, 0.0010 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 그러나, N 함유량이 0.0060 ％ 를 초과하면, 석출 취화에 의해서 모재 인성을 크게 저해하게 된다. 그 때문에, 본 발명에서는 N 함유량을 0.0010 ∼ 0.0060 ％ 로 한다. 또한, N 함유량은 0.0015 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, N 함유량은 0.0055 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 각각의 원소가 상기한 범위를 만족하는 것에 더하여, V 및 Nb 에 대해서는, V 및 Nb 의 함유량 (질량％) 을 각각 [％V] 및 [％Nb] 로서 다음의 (1) 식의 관계를 만족하는 것이 중요하다.
-0.010 ≤ [％Nb] - 0.1 [％V] ≤ 0.020 ··· (1)
발명자들은 상기 범위의 강 성분을 갖는 여러 가지의 강시판을 사용하여, 강도 및 인성을 평가한 결과, 우수한 강도 및 인성을 얻기 위해서는, 석출 V (C,N), Nb (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 양의 밸런스가 중요하다는 지견을 얻었다. 구체적으로는, [％Nb] - 0.1 [％V] 에서 산출되는 값이 -0.010 미만일 때, 요컨대 V 가 과다한 경우에는, V 는 V (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 으로서 고온에서 다량으로 석출되어 조대화하는 것에 더하여, 미세한 Nb (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 의 변형 유기 석출량이 감소되기 때문에, 강도가 저하되는 것을 알게 되었다.
즉, V 및 Nb 의 함유량에 기초하는 파라미터인, 상기 식으로 산출되는 값을 -0.010 이상으로 제어함으로써, V 가 페라이트의 핵 생성 사이트로서 기여하고 조직을 균일하게 미세화함으로써 인성의 향상에 기여하는 충분한 사이즈 및 양의 석출 V (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 을 확보할 수 있음과 함께, 강도의 상승에 기여하는 충분한 양의 미세 석출 Nb (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 을 확보할 수 있다. 한편, 값 [％Nb] - 0.1 [％V] 가 0.020 초과일 때, 요컨대 Nb 가 과다한 경우에는, 페라이트의 핵 생성 사이트로 되어 인성의 향상에 기여하는, 충분한 사이즈 및 양의 석출 V (C,N) 혹은 (V,Nb) (C,N) 이 감소되어 모재 인성을 저해하게 된다. 그 때문에, 본 발명에서는, [％Nb] - 0.1 [％V] 에서 산출되는 값을 -0.010 ∼ 0.020 의 범위로 한다. 또한, 상기 식에 의해서 산출되는 값은 -0.005 이상인 것이 바람직하다. 또, 0.015 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 화학 조성에 있어서, 이상의 원소 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그 불가피적 불순물 중, P, S, B 에 대해서는 이하에 나타내는 바와 같이 함유량의 상한을 설정한다.
P : 0.025 ％ 이하
P 는, 강 중에 불가피적 불순물로서 존재하는데, P 의 함유량이 과잉이면 강의 인성이 저하되기 때문에, P 는 0.025 ％ 이하로 한다. P 의 함유량은 적을수록 바람직하여, 0 ％ 여도 되지만, 과도한 P 함유량의 저감은 정련 공정의 장시간화에 의해서 생산성의 저하를 초래하기 때문에, P 의 함유량은 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S : 0.020 ％ 이하
S 는, P 와 동일하게 강 중에 불가피적 불순물로서 함유됨과 함께, A 계 개재물로서 존재한다. S 의 함유량이 과잉이면, A 계 개재물량이 과잉으로 증가하여 강의 인성이 저하되기 때문에, S 의 함유량을 0.020 ％ 이하로 한다. S 의 함유량은 적을수록 바람직하고, 0 ％ 여도 되지만, 과도한 S 함유량의 저감은 정련 공정의 장시간화에 의해서 생산성의 저하를 초래하기 때문에, S 의 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
B : 0.0003 ％ 이하
B 는, 강 중에서 입계에 편석되어, 입계 강도를 상승시키는 효과가 있는 원소이다. 저품질의 원료를 사용한 경우에는, 강 중에 B 가 0.0003 ％ 보다 많이 함유되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 조대한 입계 석출물을 형성함과 함께, ??칭성이 상승함으로써 도상 마텐자이트의 생성을 조장하여 인성이 저하되기 때문에, B 의 함유량을 0.0003 ％ 이하로 한다. 또한, 0.0002 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상이 본 발명에 있어서 기본이 되는 성분 조성이지만, 필요에 따라서 이하의 원소를 1 종 또는 2 종 이상 함유해도 된다.
Cu : 0.50 ％ 이하,
Ni : 0.50 ％ 이하,
Cr : 0.50 ％ 이하,
Mo : 0.30 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Ti : 0.025 ％ 이하 및
REM : 0.005 ％ 이하
Cu : 0.50 ％ 이하
Cu 는, 고용 강화에 의해서 강의 추가적인 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cu 가 0.01 ％ 이상으로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 단, 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, Cu 균열을 발생시키기 쉬워진다. 따라서 강의 성분 조성으로서 Cu 를 함유하는 경우에는, 함유량을 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Ni : 0.50 ％ 이하
Ni 는, Cu 와 동일하게, 강 중에 고용되어 연성이나 인성을 열화시키지 않고 강의 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ni 가 0.01 ％ 이상으로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 특히, Ni 는 Cu 와 복합 첨가됨으로써 Cu 균열을 억제하는 것이 바람직하다. 한편으로, Ni 함유량이 과잉이면 도상 마텐자이트의 생성을 조장하는 것에 더하여, Ni 는 고가의 원소이기 때문에, 이들 관점에서, Ni 의 함유량은 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cr : 0.50 ％ 이하
Cr 은, 고용 강화에 의해서 강의 추가적인 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻으려면, Cr 이 0.01 ％ 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 한편으로, Cr 함유량이 과잉이면 도상 마텐자이트의 생성을 조장하기 때문에, Cr 의 함유량은 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mo : 0.30 ％ 이하
Mo 는, 고용 강화에 의해서 강의 추가적인 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo 가 0.01 ％ 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 한편으로, Mo 함유량이 과잉이면, 도상 마텐자이트의 생성을 조장하기 때문에, Mo 의 함유량은 0.30 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Ca : 0.0050 ％ 이하
Ca 는, S 나 O 와 결합하여 강 중의 MnS 를 감소시킴으로써, 강의 인성 및 연성의 향상을 도모할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca 가 0.0005 ％ 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 한편으로, Ca 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 청정도가 저하되어 인성이 저하되기 쉬워지는 경향이 많아지기 때문에, Ca 의 함유량을 0.0050 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Ti : 0.025 ％ 이하
Ti 는, TiN 으로서 오스테나이트 중에 석출되어 결정립을 미세화하는 효과가 있다. 이와 같은 효과를 얻으려면, Ti 가 0.001 ％ 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 한편으로, Ti 함유량이 과잉이면, 석출된 TiN 이 조대해짐과 함께 결정립이 조대화하기 때문에, 인성이 저하되기 쉬워지는 경향이 많아진다. 그 때문에, Ti 의 함유량을 0.025 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
REM : 0.005 ％ 이하
REM (희토류 원소) 은, Ca 와 동일하게 S 나 O 와 결합하여 강 중의 MnS 를 감소시킴으로써 강의 인성, 연성을 도모할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, REM 이 0.001 ％ 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 한편으로, Ca 함유량이 0.005 ％ 를 초과하면, 청정도가 저하되어 인성이 저하되기 쉬워지는 경향이 많아지기 때문에, REM 의 함유량을 0.005 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 강시판의 마이크로 조직에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명에서는, 강시판의 웨브부의 마이크로 조직을 규정하면 된다. 왜냐하면, 웨브부는, 가공도가 가장 낮고 조직이 조대해져 강도와 인성의 확보가 가장 곤란하기 때문에, 웨브부에 있어서 후술하는 조직 조건을 만족하고 있으면, 그 밖의 부위에 있어서도 후술하는 조직 조건을 만족하는 것이 된다.
그 마이크로 조직으로는, 페라이트의 면적 분율이 70 ％ 이상 및 도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 이하이고, 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하이며 또한 최대 입경이 40 ㎛ 이하인 것이 중요하다.
[페라이트 주체 조직]
강시판의 마이크로 조직은, 페라이트 주체 조직으로 한다. 페라이트 주체 조직이란, 페라이트의 면적률이 70 ％ 이상인 조직을 가리킨다. 페라이트의 면적률이 70 ％ 미만에서는 경질상이 증가하고 인성이 저하되는 경우가 있다. 페라이트의 면적률의 상한은, 강도 확보의 관점에서 90 ％ 미만인 것이 바람직하다. 또한, 제 2 상에 대해서 특별히 한정하지 않지만, 펄라이트나 도상 마텐자이트를 포함하는 베이나이트 조직이나 마텐자이트를 들 수 있다. 단, 도상 마텐자이트의 면적률은 이후의 서술에서 한정한다.
[페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하, 또한 최대 입경이 40 ㎛ 이하]
강시판의 마이크로 조직에 있어서, 페라이트의 평균 입경을 15 ㎛ 이하, 또한 최대 입경을 40 ㎛ 이하로 한다. 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 보다 크거나, 혹은, 최대 입경이 40 ㎛ 보다 큰 경우에는, YP 가 저하됨과 함께 인성의 확보가 곤란해진다. 더욱 높은 강도와 인성을 얻기 위해서는, 페라이트의 평균 입경이 12 ㎛ 이하, 또한 최대 입경이 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 페라이트의 평균 입경 및 최대 입경은, 후술하는 실시예에 기재된 측정 방법에 따라서 측정할 수 있다.
페라이트의 평균 입경의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 인장 강도를 확보하는 관점에서 5 ㎛ 이상이 바람직하고, 10 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또 페라이트의 최대 입경의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 동일한 인장 강도를 확보하는 관점에서 20 ㎛ 이상이 바람직하고, 25 ㎛ 이상이 보다 바람직하다.
[도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 이하]
강시판의 마이크로 조직에 있어서, 도상 마텐자이트의 면적률을 1.0 ％ 이하로 한다. 도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 보다 많으면 인성의 확보가 곤란해진다. 보다 높은 인성을 얻으려면, 도상 마텐자이트의 면적률을 0.5 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 도상 마텐자이트의 면적률은 적을수록 바람직하고, 0 ％ 이어도 되기 때문에, 하한은 특별히 설정하지 않는다. 또한, 도상 마텐자이트의 면적률은, 후술하는 실시예에 기재된 측정 방법에 따라서 측정할 수 있다.
또한, 고강도 및 고인성의 강시판을 얻으려면, 석출물에 의한 분산 강화 및 석출물에 의한 조직의 균일한 미세화가 유효하기 때문에, 석출물의 입경, 면적률에 대해서도 검토를 행하였다.
즉, 본 발명에 따르는 상기한 성분 조성 범위 내의 여러 가지의 성분 조성을 갖는, 강 소재에 열간 압연을 실시하여 여러 가지의 강시판으로 성형한 후, 공랭 (냉각 속도 : 0.50 ℃/s) 하였다. 공랭 후의 각 강시판으로부터 샘플을 채취하고, 전해 연마법으로 표면 처리한 후에 투과 전자 현미경 (이하, TEM) 으로 관찰하고, V 탄질화물, Nb 탄질화물 그리고, V 및 Nb 복합 탄질화물로 이루어지는 석출물의 입경 및 면적률을 측정하였다. 또한, 석출물의 입경 및 면적률의 측정은 후술하는 방법에 따라서 행하였다.
상기한 여러 가지의 강시판에 대해서는, 각 강시판으로부터 샤르피 충격 시험편을 채취하고, 연성 파면율 50 ％ 의 파면 천이 온도 (vTrs) 를 구하였다. 또한, vTrs 의 측정은 후술하는 실시예에 기재된 방법에 따라서 행하였다.
이 vTrs 의 측정 결과를, 상기한 석출물의 면적률의 관계로서 도 3 에 나타낸다. 여기에서, 석출물에 대해서, 다음 식 (2) 에 따라서 정리할 수 있다.
d ≥ 5 [(Ae3 - Ar3)/Ae3]-0.63 ··· (2)
여기에서, d, Ae3 및 Ar3 은 각각, 석출물의 입경 (㎚), 평형 변태시의 페라이트 변태 개시 온도 (℃) 및 공랭시의 페라이트 변태 개시 온도 (℃) 이다. Ae3 및 Ar3 은 각각 이하에 나타내는 식 (3) 및 (4) 로 구해진다.
Figure pct00002
여기에서, [％C], [％Si], [％Mn], [％Cu], [％Cr], [％Ni] 및 [％Mo] 는 각각, 강 중의 C, Si, Mn, Cu, Cr, Ni 및 Mo 의 함유량 (질량％) 이다.
도 3 에, 식 (2) 를 만족하는 석출물 입경을 갖는 V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그들 복합 석출물의 면적률과 파면 천이 온도 (℃) (이하「vTrs」) 의 관계를 나타낸다. 식 (2) 를 만족하는 석출물 입경을 갖는 V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그들 복합 석출물의 합계 면적률이 0.30 ％ 이상이 되면, vTrs -10 ℃ 이하로 되는 것을 알 수 있다. 그 합계 면적률은, 바람직하게는 0.35 ％ 이상이다.
그 합계 면적률의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 과도한 석출 취화를 억제하는 관점에서 1.00 ％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기한 여러 가지의 강시판에 대해서는, 각 강시판으로부터 인장 시험편을 채취하고, YP (0.2 ％ 내력) 를 구하였다. 또한, YP 의 측정은 후술하는 실시예에 기재된 방법에 따라서 행하였다. 이 측정 결과에 대해서, 상기한 석출물의 입경 및 면적률을 측정 결과로부터 추출한, 입경이 10 ㎚ 이하인 V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그들 복합 석출물의 면적률과의 관계를, 도 4 에 나타낸다. 여기에서, 입경이 10 ㎚ 이하인 V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그들 복합 석출물의 면적률에 주목한 이유는, 석출 강화에 관한 오로완 응력은 석출물의 입경에 반비례하는 점에서, 석출 강화를 활용할 때의 지표가 되기 때문이다. 도 4 로부터, 입경이 10 ㎚ 이하인 V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그들 복합 석출물의 합계 면적률이 2.6 ％ 이상이 됨으로써, YP 440 ㎫ 이상이 되는 것을 알 수 있다. 그 합계 면적률은, 바람직하게는 4.0 ％ 이상이다.
그 합계 면적률의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 과도한 석출 취화를 억제하는 관점에서 10.0 ％ 이하인 것이 바람직하다.
＜강시판의 제조 방법＞
다음으로, 본 발명의 강시판의 제조 방법에 대해서 서술한다.
강시판은, 상기한 조성 성분을 갖는, 슬래브 등의 강 소재를 가열로에서 가열 후, 조압연, 중간 압연 및 마무리 압연을 포함하는, 열간 압연에 의해서 제조된다.
도 1(a) 에, 강시판의 전형예인 해트형 강시판 (1) 을 나타낸다. 해트형 강시판 (1) 은, 웨브 (2) 와, 그 웨브 (2) 의 양단으로부터 경사지게 연장되는 1 쌍의 플랜지 (3 및 4) 와, 양 플랜지 (3 및 4) 의 웨브 (2) 와는 반대측으로부터 웨브 (2) 와 평행하게 연장되는 아암부 (5 및 6) 와, 아암부 (5 및 6) 의 양 단부에 있는 클로부 (7 및 8) 를 갖는다.
이 해트형 강시판의 제조를 일례로 하면, 강 소재를 가열 후에, 조압연, 중간 압연 및 마무리 압연의 각각에 있어서, 도 2 에 나타내는 바와 같은 공형을 최종적으로 통과하여 성형된다. 구체적으로는, 최초의 조압연에 있어서 강 소재를 복수 회 압연한 후, 최종적으로 공형 (13) 을 통과하여 강시판의 대략적인 형상이 만들어진다. 계속되는 중간 압연에서는, 웨브 (2), 플랜지 (3 및 4), 아암부 (5 및 6), 클로부 (7 및 8) 가 되는 부분의 두께의 조정이 행해지면서, 최종적으로 공형 (14) 을 통과한다. 또한, 마무리 압연에서는, 주로 클로 굽힘 성형을 포함한 형상 제어가 행해지고, 최종적으로 공형 (15) 을 통과하여 최종 제품 형상이 된다.
또한, 상기에 나타낸 해트형 강시판 이외의 강시판, 예를 들어, 도 1(b) 에 나타내는 직선형 강시판 (9) 과 같이, 웨브 두께나 클로부를 포함하는 제품 형상에 상이함이 있는 강시판에서는, 열간 압연에 있어서의 압연 패스수나 압연 온도에 차가 있는 경우가 있지만, 조압연, 중간 압연 및 마무리 압연 (클로 굽힘 성형을 포함한다) 에 의해서 제조되는 것에 근본적인 차이는 없고, 모두 본 발명의 제조 방법에 포함된다. 여기에서, 도 1(b) 에 나타내는 직선형 강시판 (9) 에서는, 좌우 클로부 (11 및 12) 사이에 위치하는 직선 부분을 웨브 (10) 로 한다.
상기 강 소재를 1200 ℃ ∼ 1350 ℃ 로 가열한 후, 열간 압연을, 900 ℃ ∼ 1000 ℃ 의 누적 압하율이 20 ％ 이상, 오스테나이트의 미재결정역에서의 압하율 (이하, CR 율이라고도 한다) 이 10 ％ 이상 20 ％ 미만 및 중간 압연의 마무리 온도가 650 ℃ ∼ 900 ℃ 인 조건 하에 행하는 것이 중요하다.
[강 소재의 가열 온도 : 1200 ℃ ∼ 1350 ℃]
열간 압연을 행할 때에 있어서, 강 소재를 1200 ℃ ∼ 1350 ℃ 로 가열할 필요가 있다. 가열 온도가 1200 ℃ 미만이면, 강 성분 중의 V 및 Nb 의 고용이 불충분해지고, 석출물이 조대해져 강도의 확보가 곤란해짐과 함께, 열간의 변형 저항이 상승하여 압연 롤이 균열 파손될 우려가 있다. 한편, 가열 온도가 1350 ℃ 를 초과하면, 결정립이 조대해져 인성의 확보가 곤란해짐과 함께, 가열 시간이 증대되어 생산성이 저하된다. 따라서, 강 소재의 가열 온도는 1200 ℃ ∼ 1350 ℃ 로 한다. 바람직하게는, 1250 ℃ 이상이다.
[900 ℃ ∼ 1000 ℃ 에 있어서의 누적 압하율이 20 ％ 이상]
900 ℃ ∼ 1000 ℃ 에 있어서의 누적 압하율이 20 ％ 이상인 것이 중요하다. 미재결정 온도역 바로 위의 압하율을 20 ％ 이상으로 함으로써, 오스테나이트 중에 변형 유기에 의해서 수 ㎚ 오더의 Nb 탄질화물 혹은 Nb 와 V 의 복합 석출물이 석출되어, YP 가 현저하게 향상된다. 바람직하게는, 25 ％ 이상이다. 또한, 상한에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없지만, 제조성의 관점에서 30 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
[CR 율이 10 ％ 이상 20 ％ 미만]
상기 서술에 추가하여, CR 율이 10 ％ 이상인 것이 중요하다. CR 율이 10 ％ 미만이 되면, 최종적으로 마이크로 조직에 있어서의 입경이 조대한 입이 되고, 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 보다 크거나 혹은 최대 입경이 40 ㎛ 보다 커져, 인성의 확보가 곤란해진다. 또, 압연 하중이 증대되어 형상 제어를 엄밀하게 행할 필요가 있게 되기 때문에, CR 율은 20 ％ 미만으로 한다. 바람직하게는, 13 ％ 이상이고, 18 ％ 이하이다. 여기에서, CR 율은, 통재시의 롤 갭의 증감에 의해서 조정할 수 있다.
[중간 압연의 종료 온도가 650 ℃ ∼ 900 ℃]
상기한, 웨브나 플랜지를 형성하는 중간 압연의 종료 온도는, 650 ℃ ∼ 900 ℃ 로 한다. 900 ℃ 를 초과하면 상기 2 개의 압연 조건 중 어느 것을 만족하는 것이 곤란해지고, 최종적으로 마이크로 조직에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 보다 크거나 혹은 최대 입경이 40 ㎛ 보다 커져, 인성의 확보가 곤란해지는 경우가 발생될 수 있다. 바람직하게는 850 ℃ 이하이다. 한편, 650 ℃ 미만이 되면, 중간 압연에서의 압연 하중이 높아져 중간 압연기에 있어서의 압연 롤의 균열 파손 리스크가 높아진다. 바람직하게는 700 ℃ 이상이다. 또한, 중간 압연이란, 상기 서술한 바와 같이, 강시판의 대략적인 형상을 부여하는 조압연 후부터 클로 굽힘 압연 전까지의 압연을 가리키고, 주로 웨브가 되는 부분을 두께 방향으로 압하하는 압연이다.
본 발명의 강시판은, 강도 및 인성의 향상을 목적으로 한 압연 중 혹은 클로 굽힘 압연 후의 가속 냉각을 필요로 하지 않는다. 가속 냉각은, 굽힘이나 휨 등의 형상 변화가 발생되기 때문에, 생산상 바람직하지 않다. 따라서, 클로 굽힘 압연 후에는 공랭하는 것이 바람직하다. 또한, 압연 중의 형상 제어의 관점에서 불가피하게 들어가는 물이나, 냉각 플로어에서의 미스트수 등의 냉각은, 본 발명의 강시판의 특성에 영향을 주는 경우는 없다.
상기한 조건에 따른, 성분 조정, 압연 및 냉각을 행함으로써, 강시판에 있어서, YP 440 ㎫ 이상이라는 고강도이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하라는 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서 대상으로 하는 강시판은, 그 단면 형상에 관계없이 해트형, U 형, 그것들의 조합 및 직선형 등을 포함함과 함께, 웨브 두께나 클로부의 형상이 특별히 한정되지 않는다.
실시예
이하, 실시예에 따라서 본 발명의 구성 및 작용 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 하기의 실시예에 의해서 제한 받는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합한 범위 내에 있어서 적절히 변경하는 것도 가능하고, 이것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
연속 주조기에서, 표 1-1 및 표 1-2 에 나타내는 성분 조성의 강 소재를 준비하고, 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 조건으로 가열 및 열간 압연을 행하고, 도 1 에 나타낸 웨브 (2) 와, 웨브 (2) 의 양단으로부터 경사지게 연장되는 1 쌍의 플랜지 (3 및 4) 가 웨브 (2) 와 평행하게 좌우로 확대되는 방향으로 연장되는 아암부 (5 및 6) 와, 아암부 (5 및 6) 의 양 단부에 있는 클로부 (7 및 8) 를 갖는 해트형 강시판을 제조하였다.
[표 1-1]
Figure pct00003
[표 1-2]
Figure pct00004
얻어진 강시판에 대해서, 강시판의 마이크로 조직의 관찰, 석출물의 관찰, 인장 시험 및 인성 시험을 실시하였다. 이하에, 각각의 평가 방법에 대해서 설명한다.
<미크로 조직의 관찰>
강시판의 웨브의 웨브 두께 1/4 위치로부터 시험편을 채취하여, 마이크로 조직의 관찰에 제공하였다. 여기에서 채취된 시험편은, 관찰에 앞서 표면을 연마하고, 나이탈로 부식시켰다. 그리고, 광학 현미경을 사용하여, 웨브의 두께 방향 단면을 100 배에서 관찰하여 조직의 종류를 동정하고, 800 ㎛ × 600 ㎛ 의 시야에 있어서, 화상 해석에 의해서 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마텐자이트를 각각 백색과 흑색과 회색의 3 계조로 변환하는 처리를 행하여 구별하고, 각 조직의 면적률을 얻었다. 또, 페라이트의 평균 입경은, 동일하게 분수령 알고리즘에 의한 화상 해석에 의해서, 상기 시야 중의 페라이트의 각 결정립의 면적을 산출하고, 각 결정립의 원 상당 직경을 페라이트의 입경으로 하여, 상기 시야 내의 평균치로서 구하였다. 페라이트의 최대 입경은, 상기 시야 내의 원 상당 직경 중 최대의 값으로 하였다. 또한, 도상 마텐자이트의 관찰에 대해서는, 상기와 동일한 시험편을 전해 부식과 나이탈의 2 단 에칭 처리를 행함으로써 시멘타이트를 용해시키고, 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 사용하여 배율 1000 배 정도에서 무작위로 10 시야 이상을 관찰하고, 상기 서술과 동일한 화상 해석에 의해서 도상 마텐자이트의 면적률을 구하였다.
<석출물의 관찰>
강시판의 웨브의 웨브 두께 1/4 위치로부터 샘플을 채취하고, 전해 연마법으로 표면 처리하고 나서 투과형 전자 현미경 (TEM) 으로 200000 배에서 30 시야 관찰하고, 입경이 1 ㎚ 이상인 석출물에 대해서, 암시야법 및 질량 분석기 (EDS) 를 사용하여, V 탄질화물, Nb 탄질화물 및 그것들의 복합 석출물을 특정하고, 각각의 석출물을 계수하여, 시야에서 차지하는 석출물의 합계 면적률을 산출하였다. 단, 석출물은 타원으로 간주하여 장경과 단경의 평균을 입경으로 하였다.
<인장 시험>
강시판의 웨브의 웨브 두께 1/4 위치로부터, JIS Z2241 에 규정된 JIS 1A 호 인장 시험편을 인장 방향이 길이 방향이 되도록 채취하고, JIS Z2241 에 준거하여 인장 시험을 행하여, 항복점 (YP), 인장 강도 (TS) 를 구하였다.
<인성 시험>
강시판의 웨브의 웨브 두께 1/4 위치로부터, JIS Z2242 에 규정된 2 ㎜ V 노치 샤르피 충격 시험편 (V 노치 깊이 2 ㎜) 을 채취하고, JIS Z2242 에 준하여 샤르피 충격 시험을 행하였다. 또한, 충격 시험은 -80 ∼ 40 ℃ 의 온도 범위에서 행하고, 0 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지 (vE0) 및 연성 파면율 50 ％ 의 파면 천이 온도 (vTrs) 를 구하였다.
표 2-1 및 표 2-2 에, 상기 조사의 결과를 함께 나타낸다. 본 발명에 따른 성분 조성을 만족하는 적합 강을 사용하여, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제작한 강시판의 시험 결과 (표 2-1 의 No.1 ∼ 17) 는 어느 것이든 원하는 특성 (항복 강도 YP : 440 ㎫ 이상, 연성 파면율 50 ％ 의 파면 천이 온도 vTrs : -10 ℃ 이하) 을 만족하였다.
한편으로, 강시판의 강 조성이 본 발명의 조건을 만족하지 않거나, 혹은, 본 발명의 제조 방법의 조건을 만족하지 않거나, 또는, 상기 어느 것도 만족하지 않는 비교예 (표 2-2 의 No.18 ∼ 38, 41) 는 항복 강도 및 연성 파면율 50 ％ 의 파면 천이 온도 (vTrs) 중 어느 값이 요구 특성을 만족하고 있지 않다.
또, 본 발명의 제조 방법의 조건을 만족하지 않는 비교예 (표 2-2 중의 No.39, 40, 42) 는 어느 것이나 중간 압연시의 압연 하중이 과대해져, 롤의 내하중을 초과했기 때문에 압연을 중지하였다.
[표 2-1]
Figure pct00005
[표 2-2]
Figure pct00006
1 : 해트형 강시판
2 : 웨브
3 : 플랜지
4 : 플랜지
5 : 아암부
6 : 아암부
7 : 클로부
8 : 클로부
9 : 직선형 강시판
10 : 웨브
11 : 클로부
12 : 클로부
13 : 해트형 강시판의 조압연에 있어서의 최종 패스의 공형
14 : 해트형 강시판의 중간 압연에 있어서의 최종 패스의 공형
15 : 해트형 강시판의 마무리 압연에 있어서의 최종 패스의 공형

Claims (3)

  1. 질량％ 로,
    C : 0.05 ∼ 0.18 ％,
    Si : 0.05 ∼ 0.55 ％,
    Mn : 1.00 ∼ 1.65 ％,
    sol. Al : 0.080 ％ 이하,
    V : 0.005 ∼ 0.250 ％,
    Nb : 0.005 ％ 이상 0.030 ％ 미만 및
    N : 0.0010 ∼ 0.0060 ％
    를 하기 식 (1) 을 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며, 그 불가피적 불순물로서의 P, S 및 B 는, P : 0.025 ％ 이하, S : 0.020 ％ 이하 및 B : 0.0003 ％ 이하인 성분 조성과,
    페라이트의 면적 분율이 70 ％ 이상 및 도상 마텐자이트의 면적률이 1.0 ％ 이하이고, 입경이 10 ㎚ 이하인 V 탄질화물, Nb 탄질화물 그리고 V 및 Nb 복합 탄질화물의 합계 면적률이 2.6 ％ 이상이며, 하기 식 (2) 를 만족하는 입경 d (㎚) 를 갖는 V 탄질화물, Nb 탄질화물 그리고 V 및 Nb 복합 탄질화물의 합계 면적률이 0.30 ％ 이상인 마이크로 조직을 갖고,
    상기 페라이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하이며 또한 최대 입경이 40 ㎛ 이하이고,
    항복 강도가 440 ㎫ 이상이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하인, 강시판.
    -0.010 ≤ [％Nb] - 0.1 [％V] ≤ 0.020 ··· (1)
    여기에서, [％V], [％Nb] 는 각각, 강 중의 V 및 Nb 의 함유량 (질량％) 이다.
    d ≥ 5 [(Ae3 - Ar3)/Ae3]-0.63 ··· (2)
    여기에서, Ae3 : 평형 변태시의 페라이트 변태 개시 온도 (℃)
    Ar3 : 냉각시의 페라이트 변태 개시 온도 (℃)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,
    Cu : 0.50 ％ 이하,
    Ni : 0.50 ％ 이하,
    Cr : 0.50 ％ 이하,
    Mo : 0.30 ％ 이하,
    Ca : 0.0050 ％ 이하,
    Ti : 0.025 ％ 이하 및
    REM : 0.005 ％ 이하
    중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 강시판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를 1200 ℃ ∼ 1350 ℃ 로 가열하고, 조압연, 중간 압연 및 마무리 압연을 포함하는 열간 압연을, 900 ℃ ∼ 1000 ℃ 에 있어서의 누적 압하율이 20 ％ 이상, 오스테나이트의 미재결정 온도역에서의 압하율이 10 ％ 이상 20 ％ 미만 및 상기 중간 압연의 종료 온도를 650 ℃ ∼ 900 ℃ 로 하여 행하는, 항복 강도가 440 ㎫ 이상이며 또한 vTrs 가 -10 ℃ 이하인 강시판의 제조 방법.
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