KR920004941B1

KR920004941B1 - 극저온 특성이 우수한 고 망간강의 제조방법

Info

Publication number: KR920004941B1
Application number: KR1019890020003A
Authority: KR
Inventors: 김숙환; 유호천; 한재광
Original assignee: 포항종합제철 주식회사; 정명식; 재단법인 산업과학기술연구소; 박태준
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1992-06-22
Also published as: KR910012277A

Abstract

내용 없음.

Description

극저온 특성이 우수한 고 망간강의 제조방법

제 1 도는 누적압하율에 따른 충격흡수 에너지변화를 나타내는 그래프.

제 2 도는 마무리 압연 온도에 따른 충격흡수 에너지변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 저온용강에 있어서 고가인 니켈, 크롬을 값싼 망간과 알루미늄으로 대체한 극저온 특성이 우수한 비조질 고망간강의 제조방법에 관한 것이다. 극저온의 환경에 있어서 적절한 인성을 유지할 수 있는 강에 관해서는 종래부터 많은 연구가 행해져 왔으며, 이러한 재료로 가장 일반적으로 사용되고 있는 것은 9% 니켈강과 오오스테나이트계 스텐레스강으로 대별되지만 각기 장단점 때문에 -170℃이상에서는 9% 니켈강이 많이 쓰이고, 그 이하의 온도에서는 오오스테나이트계 스텐레스강이 많이 사용되고 있다. 그러나, 9% 니켈강은 고가인 니켈을 다량 첨가하여 소입-소려 처리를 함으로서 마르텐사이트의 기지조직에 약간의 잔류 오오스테나이트가 함유된 조직을 가지고 있어 강도는 우수하지만 연성-취성 천이온도가 존재하여 -196℃근방에서 충격인성이 급격히 저하된다. 또한, 오오스테나이트계 스텐레스강은 고가인 니켈, 크롬을 다량 함유하여 저온에서도 안정한 면심입방격자(FCC) 구조를 유지하기 때문에 극저온까지도 우수한 인성을 가지나 항복강도가 9% 니켈강의 반정도 밖에 되지 않기 때문에 구조물로 적용시 상당한 문제점을 안고 있다. 저온용강의 강도와 인성의 향상방안으로는 합금원소와 열처리를 이용하는 방법을 들수 있는데, 즉 다량의 니켈과 크롬을 첨가하여 기지조직을 오오스테나이트화하고 크롬 탄화물의 입계석출을 억제하기 위해 수소입(Water Quenching)처리를 하거나, 니켈을 다량 첨가시켜 소입-소려처리를 행함으로서 Tempered 마르텐사이트화 하여 강도와 인성을 향상시키는 것이 일반적인 방법이었다.

이와같이 모재의 강도와 인성을 향상시키기 위하여 기공지된 특허강(일본특허공고공보(소)55-15541), 일본특허공고공보(소)59-11661)은 니켈 함유량을 4.0%-7.5%로 첨가하고 강의 소려 취성을 완화함과 동시에 망간량의 감소에 의한 소입성 부족을 크롬으로 보완하여 소입-소려처리를 하거나 24%망간-3-5%알루미늄을 기본 성분계로 하고 니오븀, 바나듐, 칼슘, 몰리브덴 등의 합금원소를 첨가하여 비자성 고인성의 저온용강을 제조하였다. 그러나, 모재 자체의 강도 및 인성향상을 위한 소입-소려(Quenching Tempering)처리는 강재 제조 원단위 상승 및 제조에 장시간이 소요된다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 종래저온용 강의 니켈 및 크롬을 망간및 알루미늄으로 대체하고 소입-소려처리대신에 제어 압연을 행하고 티타늄, 니오븀, 구리를 첨가하여 조직자체를 극도로 미세화시켜 극저온특성이 우수한 고망간강을 제조하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은, 중량%로, C : 0.1-0.5%, Si : 0.02-1.5%, Mn : 16-35%, Al : 1-8%, Ti : 0.02-0.15%, Nb : 0.05-0.15%, 및 Cu : 0.5%이하로 조성되는 고망간강을 900℃이하에서 60-90%의 누적압하율및 750-850℃의 마무리 압연온도로 제어압연하는 극저온특성이 우수한 고망간강의 제조방법에 관한 것이다. 상기 탄소(C)는 강도의 향상과 오오스테나이트를 안정하게 유지하는데 유효한 원소이지만, 그 함량이 0.5중량%(이하, "%"라 칭함)를 초과하게 되면 인성이 저하하고, 0.1%이하에서는 탄소 함유 효과가 없기 때문에 탄소의 함량은 0.1-0.5%로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘(Si)은 탈산제로서 작용하는데, 이러한 탈산효과를 얻기 위해서는 적어도 0.02%이상이 필요하나, 1.5%보다 많으면 냉간 가공시 균열을 발생시키기 때문에 실리콘의 함량은 0.02-1.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 망간(Mn)은 강도 증가 및 오오스테나이트상을 안정화해서 극저온 특성이 우수한 오오스테나이트 조직을 만드는데 필수적인 원소이지만 16%이하에서는 펙라이트상이 존재하게되고 35%를 넘으면 제조상 곤란하기 때문에 상기 망간의 함량은 16-35% 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄(Al)은 강력한 탈산제로서 실온이하의 넓은 온도범위에서 오오스테나이트를 안정시켜 인성의 열화를 개선시키며 또한 강도를 상승시키는 효과가 있는 원소로서 1% 이하에서는 함유 효과가 없고 8%를 넘으면 취화하기 때문에 알루미늄의 함량은 1-8%로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 구리(Cu)는 니켈과 거의 같은 효과가 있을뿐만 아니라 내식성도 향상시키지만 0.5%를 넘으면 열간 취성을 일으키기 쉽고 강판의 표면형상이 열화하기 때문에 0.5%를 상한으로 한정하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에서는 모재 조직자체의 결정립을 미세화시키고 강의 강도와 인성을 동시에 향상시키기 위하여 제어압연을 실시하는데, 이때 미재결정 구역에서 누적압하율을 크게 할수록 오오스테나이트의 결정입의 입계면적과 입내 변형대를 증가시켜 강도와 인성을 향상시키므로 900℃이하에서 누적압하율을 60-90%로 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 마무리 압연온도가 낮을수록 결정립이 미세하여 충격인성이 향상되기 때문에 압연온도를 850℃-750℃로 한정하는 것이 바람직하다. 이와같은 제어압연을 실시하여 미세한 모재조직을 만들고 그 모재 내부에 다음과 같은 특징을 가지는 티타늄, 니오븀의 석출물을 미세하게 분산석출 시킴으로서 강도와 인성의 향상이 극대화된다. 즉 니오븀은 제어압연중 오오스테나이트에 고용된 니오븀이 아결정 입계에서 입계의 확산이동을 방해하고 변형유기 석출한 미세한 니오븀 탄질화물들이 아결정 입계를 안정화 시켜 오오스테나이트의 재결정을 지연시키기 때문에 결정립 미세화로 강도 및 인성을 향상시키고자 첨가하는 성분으로서, 이와같은 효과를 나타내기 위해서는 니오븀 0.05-0.15%범위로 첨가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 0.05%이하에서는 첨가 효과가 없으며 0.15%를 넘으면 오히려 인성을 해치기 때문이다.

상기 변형유기 석출이란 제어압연시 강압하에 의해 강판의 내부에너지(Stored Energy)가 증가함에 따라 불안정한 상태로 고용되어 있는 니오븀이 탄질화물 형태로 석출하여 안정한 상태로 되는것을 만한다.

상기 티타늄(Ti)은 니오븀과 같은 탄질화물 형성원소로서 강중의 티타늄 탄질화물은 오오스테나이트의 입계 및 입내에 미세균일하게 분포되어 이것이 오오스테나이트의 조대화를 억제하여 강도 및 인성을 향상시킬 목적으로 첨가하는 성분으로서, 오오스테나이트의 모재강도와 인성을 향상시키기 위해서는 0.02-0.15%범위로 티타늄을 첨가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 0.02%이하에서는 강도와 인성에 그다지 영향을 미치지 않으며 0.15%이상에서는 고용티타늄의 증가에 의해 오히려 인성을 해치기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같이 고가인 니켈, 크롬 대신에 값싼 망간과 알루미늄을 다량첨가하여 저온에서도 기지조직이 안정한 오오스테나이트를 유지할 수 있는 조성에 티탄늄, 니오븀, 구리 등의 합금원소를 소량 첨가하여 제조한강(발명강 A, B및 기교강 C, D)를 70mm 두께로 만들어 이를 1250℃로 가열한 한 오오스테나이트미재결정 영역에서 누적압하율 70%, 마무리 압연온도 800℃로 하여 15mm두께로 후판을 제조한 후 압연 방향으로 시편을 채취하여 기계적 성질 즉, 항복강도, 인장강도, 연실율및 충격치를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

한편, 종래강(E~H)의 성분및 종래방법에 의해 제조된 종래재(a~d)의 기계적 성질에 대하여도 하기 표 1및 표 2에 각각 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와같이, 본 발명재(1-2)는 9%니켈강(종래강(G)을 소입-소려(Q-T)처리한 종래재(C)에 상응하는 강도와 스테인레스강(종래강 H)를 소둔처리한 종래재(d)의 저온 충격치에 상응하는 기계적 성질을 나타냄을 알 수 있으며, 이는 값비싼 니켈과 크롬을 값싼 망간과 알루미늄으로 대체할 수 있고 또한 제조공정변경(소입-소려, 소둔 제어압연)으로 제조공정단축 등 강제조 원가면에서 극히 유리하다는 것을 의미한다.

[실시예 2]

상기 실시에 1의 표 1 에 나타난 발명강(A)를 70mm두께로 만들어 이들 1250℃로 가열한 후 오오스테나이트 미재결정 영역에서 누적 압하율을 제 1 도와 같이 변화시켜 800℃의 마무리압연 온도로 후판을 제조한 후 압연방향으로 시편을 채취하여 누적압하율에 따른 충격흡수에너지 변화를 측정하고, 이 결과를 제 1 도에 나타내었다. 제 1 도에 나타난 바와같이, 본 발명에 부합되는 누적압하율인 60-90%의 경우가 본발명의 범위를 벗어나는 경우보다 저온인성(충격흡수에너지)이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 3]

상기 실시에 1의 표 1 에 나타난 발명강(A)를 70mm두께로 만들어 이들 1250℃로 가열한 후 오오스테나이트 미재결정 영역에서 누적압하율을 70%로 제어한 다음 마무리압연온도를 650-950℃로 변화시켜 제어압연하고, 이에 대하여 마무리 압연온도에 따른 충격흡수 에너지 변화를 측정하고, 그 결과를 제 2 도에 나타내었다. 제 2 도에 나타난 바와같이, 본 발명에 부합되는 마무리압연온도인 750-850℃의 경우가 본 발명을 벗어나는 경우보다 저온인성(충격흡수에너지)이 우수함을 알 수 있다. 상술한 바와같이, 본 발명은 종래의 저온 용강의 결점인 값비싼 니켈및 크롬을 값싼 망간및 알루미늄으로 대체하고 소입-소려 처리대신에 제어압연을 행하므로서 경제적일 뿐만 아니라 티타늄, 니오븀, 및 구리등을 첨가하여 조직을 극도로 미세화 시킴으로써 강도와 극 저온특성(인성)이 우수한 비조질 고망간강을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

저온특성이 우수한 강을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C : 0.1-0.5%, Si : 0.02-1.5%, Mn : 16-35%, Al : 1-8%, Ti : 0.02-0.15%, Nb : 0.05-0.15%, 및 Cn : 0.05%이하로 조성되는 고망간강을 900℃이하에서 60-90%의 누적압하율 및 750-850℃의 마무리 압연온도로 제어압연하는 것을 특징으로 하는 극저온특성이 우수한 고망간강의 제조방법.