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KR101899694B1 - 저온 충격인성 및 ctod 특성이 우수한 후강판 및 그 제조방법 - Google Patents

저온 충격인성 및 ctod 특성이 우수한 후강판 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101899694B1
KR101899694B1 KR1020160178561A KR20160178561A KR101899694B1 KR 101899694 B1 KR101899694 B1 KR 101899694B1 KR 1020160178561 A KR1020160178561 A KR 1020160178561A KR 20160178561 A KR20160178561 A KR 20160178561A KR 101899694 B1 KR101899694 B1 KR 101899694B1
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Abstract

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.02~0.06%, Si: 0.005~0.08%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.001~0.01%, Ni: 0.5~2.0%, Ti: 0.001~0.02%, Nb: 0.005~0.03%, Cu: 0.05~0.4%, N: 0.002~0.006%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식1 및 식2를 만족하고,
미세조직은 페라이트가 95면적% 이상이며, MA와 시멘타이트의 합을 2면적% 이하로 포함하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판에 관한 것이다.
식1: 3.0≤Mn+2Ni≤4.3
식2: 0.05≤C+Si+10Al≤0.25
(상기 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임.)

Description

저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판 및 그 제조방법{THICK STEEL PLATE HAVING EXCELLENT LOW-TEMPERATURE IMPACT TOUGHNESS AND CTOD PROPERTIES, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 해양구조용 강재에 바람직하게 적용될 수 있는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
북극은 미래 에너지원의 창고로 여겨지고 있으며, 점차 북극권 주변국을 중심으로 석유 및 가스 자원 개발의 진행이 시작되고 있다. 또한, 육상, 근해 및 심해 지역의 에너지 자원의 고갈로 북극의 자원 개발은 가속화될 것으로 여겨지고 있다.
이러한 극지방 자원 개발을 위한 채굴 시추 저장 등의 해양구조설비에 적용되는 강재는 -60℃ 이하의 저온에서도 인성이 확보되어야 하고, 피로 파괴 특성을 나타내는 CTOD값을 -60℃에서 확보하여야 한다. 또한, 설비의 대형화 및 통합화에 의해 강재는 고강도화 및 극후물화되고 있다.
취성 파괴에 대한 저항성은 크게 취성 균열 생성에 대한 저항성과 취성 균열 전파에 대한 저항성으로 나누어진다. 취성 균열 생성은 구조물 내의 결함부에서 시작된 피로 균열이 일정 크기로 성장한 후, 외부에서 높은 응력이 가해질 때 성장한 피로 균열로부터 취성 균열이 생성되는 것을 의미한다. 이때 취성 균열이 생성되지 않도록 하는 재료의 저항 특성을 취성 균열 생성에 대한 저항성이라고 하며, 주로 BS 7448 이나 ASTM 1290 규격에 명시되어 있는 CTOD(Crack Tip Opening Displacement) 시험법을 이용해 저항성을 평가하고 있다. 즉, CTOD 특성이 우수하다는 것은 취성 균열 생성에 대한 저항성이 우수한 것을 의미한다.
저온 충격인성 및 CTOD 특성을 확보하기 위해 많은 연구 및 개발이 이루어졌다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는 폭내기 압연과 같이 압하율이 낮은 압연 공정이 포함되는 강판 압연 과정에서 최종 3패스 압하율을 일정 수준으로 유지시켜 강판의 CTOD 특성을 우수하게 유지할 수 있는 제조방법에 대하여 개시하고 있다.
그러나, 특허문헌 1의 경우 충분한 저온인성 및 CTOD 특성을 확보하기는 어려운 문제점이 있다.
또한, 사용환경이 점차 가혹화 됨에 따라 -80℃ 정도의 극저온에서도 우수한 충격인성이 확보할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있으며, CTOD 특성 및 강도도 우수한 후강판 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 제10-2010-0066757호
본 발명의 일 측면은 해양구조용 강재에 바람직하게 적용될 수 있는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.02~0.06%, Si: 0.005~0.08%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.001~0.01%, Ni: 0.5~2.0%, Ti: 0.001~0.02%, Nb: 0.005~0.03%, Cu: 0.05~0.4%, N: 0.002~0.006%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식1 및 식2를 만족하고,
미세조직은 페라이트가 95면적% 이상이며, MA와 시멘타이트의 합을 2면적% 이하로 포함하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.02~0.06%, Si: 0.005~0.08%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.001~0.01%, Ni: 0.5~2.0%, Ti: 0.001~0.02%, Nb: 0.005~0.03%, Cu: 0.05~0.4%, N: 0.002~0.006%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식1 및 식2를 만족하는 슬라브를 1020~1150℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 900℃ 이상에서 재결정역 압연하는 단계;
상기 재결정역 압연 후, 마무리 압연 온도가 Ar3~850℃가 되도록 미재결정역 압연하여 후강판을 얻는 단계;
상기 후강판을 2~15℃/sec의 냉각속도로 250℃ 이하로 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 후강판을 500~650℃로 가열하여 템퍼링하는 단계;를 포함하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법에 관한 것이다.
식1: 3.0≤Mn+2Ni≤4.3
식2: 0.05≤C+Si+10Al≤0.25
(상기 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임.)
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 두께 50mm 이상의 후강판에 대하여 우수한 항복강도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, -80℃ 정도의 극저온에서도 우수한 충격인성이 확보할 수 있으며, -60℃에서의 충격인성 및 CTOD 특성도 우수한 후강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 발명예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2는 Mn+2Ni 값에 따른 항복강도 및 60℃에서의 CTOD값을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
저온인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 저온인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 저온인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판은 중량%로, C: 0.02~0.06%, Si: 0.005~0.08%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.001~0.01%, Ni: 0.5~2.0%, Ti: 0.001~0.02%, Nb: 0.005~0.03%, Cu: 0.05~0.4%, N: 0.002~0.006%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식1 및 식2를 만족하고, 미세조직은 페라이트가 95면적% 이상이며, MA와 시멘타이트의 합을 2면적% 이하로 포함한다.
식1: 3.0≤Mn+2Ni≤4.3
식2: 0.05≤C+Si+10Al≤0.25
(상기 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임.)
먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하 각 원소 함량의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.
C: 0.02~0.06%
C은 고용강화에 유용한 원소이고, Nb 등과 탄화물을 형성하여 강도를 향상시키는 역할을 하는 원소이다.
C 함량이 0.02% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하며, 0.06% 초과인 경우에는 MA의 형성을 조장할 뿐만 아니라, 펄라이트가 생성되어 저온에서의 충격 및 피로 특성을 열화시킬 수 있다.
Si: 0.005~0.08%
Si은 Al을 보조하여 용강을 탈산하는 역할을 수행하고, 항복강도 및 인장강도 향상에 도움이 되는 원소이나, 저온에서의 충격 및 피로 특성에 악영향을 끼치는 원소이다.
Si 함량이 0.08% 초과인 경우에는 C의 확산을 방해하여 MA 형성을 조장함으로써 저온에서의 충격 및 피로 특성에 악영향을 끼친다. 반면에 Si 함량을 0.005% 미만으로 제어하기 위해서는 제강공정에서의 처리 시간이 크게 늘어나 생산성이 떨어질 수 있다.
Mn: 1.0~2.0%
Mn은 고용강화에 의한 강도 증가 효과가 크기 때문에 1.0% 이상으로 첨가한다. 그러나 과도하게 첨가되면 MnS 개재물의 형성, 중심부 편석으로 인해 인성의 저하를 야기할 수 있으므로 상한은 2.0%인 것이 바람직하다.
P: 0.01% 이하
P는 입계편석을 일으키는 원소로서 강을 취하시키는 원인이 될 수 있다. 따라서 P는 불순물로서 가능한 낮게 제어하여야 하며, P 함량을 0.01% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
S: 0.003% 이하
S는 주로 Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성하고 이들은 저온인성을 저해하는 요인이 된다. 따라서 S는 불순물로서 가능한 낮게 제어하여야 하며, 저온 인성과 저온 피로특성을 확보하기 위해서는 S 함량을 0.003% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Al: 0.001~0.01%
본 발명에서 Al은 강의 주요한 탈산제로서 0.001% 이상 첨가될 필요가 있다. 하지만 Al 함량이 0.01% 초과인 경우에는 Al2O3 개재물의 분율, 크기의 증가로 저온 인성을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 또한, Si과 유사하게 모재 및 용접 열영향부의 MA상의 생성을 촉진하여 저온 인성 및 저온 피로 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Al 함량은 0.001~0.01%인 것이 바람직하다.
Ni: 0.5~2.0%
Ni은 함량의 증가에 따라 강도의 향상은 크지 않지만 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 원소이다.
Ni 함량이 0.5% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하며, 2.0% 초과인 경우에는 경화능 증가로 인해 MA의 형성을 조장하여 충격 및 CTOD등의 인성을 저해할 우려가 있다.
Ti: 0.001~0.02%
Ti는 산소 또는 질소와 결합하여 석출물을 형성함으로써 조직의 조대화를 억제하여 미세화에 기여하고 인성을 향상시키는 역할을 수행하는 원소이다.
Ti 함량이 0.001% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하며, 0.02% 초과인 경우에는 석출물의 조대화에 의해 파괴의 원인이 될 수 있다.
Nb: 0.005~0.03%
Nb는 고용 또는 탄질화물을 석출함으로써 압연 또는 냉각 중 재결정을 억제하여 조직을 미세하게 만들고 강도를 증가시키는 원소이다.
Nb 함량이 0.005% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하고, 0.03% 초과인 경우에는 C친화력에 의해 C집중이 발생하여 MA상 생성을 촉진하여 저온에서의 인성과 파괴 특성을 저하시킬 우려가 있다.
Cu: 0.05~0.4%
Cu는 충격 특성을 크게 저하하지 않는 성분으로 고용 및 석출에 의해 강도를 향상시킨다.
Cu 함량이 0.05% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하고, 0.4% 초과인 경우에는 Cu 열충격에 의한 강판의 표면크랙이 발생할 우려가 있다.
N: 0.002~0.006%
N은 Ti, Nb, Al등과 함께 석출물을 형성하여 재가열시 오스테나이트 조직을 미세하기 만들어 강도와 인성 향상에 도움이 되는 원소로서 0.002% 이상 첨가하는 것이 바람직하다.
그러나 N 함량이 0.006% 초과인 경우에는 고온에서 표면 크랙을 유발하고 석출물을 형성하고 잔류하는 N은 원자상태로 존재하여 인성을 감소시킬 우려가 있다. 따라서 N 함량은 0.002~0.006%인 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 합금조성은 상술한 각 원소 함량을 만족할 뿐만 아니라, 하기 식1 및 식2를 만족하여야 한다.
식1: 3.0≤Mn+2Ni≤4.3
식2: 0.05≤C+Si+10Al≤0.25
(상기 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임.)
상기 식1 및 식2는 강도 저하 없이 우수한 저온 충격인성 및 CTOD 특성을 확보하기 위한 것으로서, MA 억제 효과 및 강도에 미치는 영향에 관한 상관관계를 고려하여 설계한 식이다.
식2에 따라 MA 억제를 위하여 C, Si 및 Al 함량을 제어하고, 이에 따른 강도 저하에 따른 보상을 위하여 식1에 따라 Mn 및 Ni의 첨가가 이루어져야 한다.
식1 값이 3.0 미만인 경우에는 강도 향상 효과가 불충분하고, 4.3 초과인 경우에는 저온 충격인성 및 CTOD 특성을 저하시킬 우려가 있다.
식 2 값은 탈산 등의 제강 공정을 위해 0.05 이상인 것이 바람직할 뿐만 아니라, 식 2 값이 0.05 미만인 경우에는 강도를 확보하기 어렵고, 0.25 초과인 경우에는 MA상이 다량 형성되어 저온 충격인성 및 CTOD 특성을 저하시킬 우려가 있다.
한편, 본 발명의 합금조성은 상술한 원소 외에, 중량%로, Mo: 0.001~0.05% , 및 Ca: 0.0002~0.005% 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
Mo: 0.001~0.05%
Mo는 경화능을 증가시켜 강도를 높이는데 효과적인 역할을 하는 원소이다. 이를 위해서는 Mo를 0.001% 이상 첨가하는 것이 바람직하나, 0.05% 초과로 첨가하는 경우에는 경화능 증대에 의한 인성 저하 및 몰리카바이드의 석출물을 생성하여 인성이 저하되는 문제점이 있다.
Ca: 0.0002~0.005%
제강중인 용강에 Ca을 Al 탈산한 후에 첨가하면, 주로 MnS 로 존재하게 되는 S와 결합하여, MnS 생성을 억제함과 동시에 구상의 CaS를 형성하여 강재의 중심부 균열 크랙을 억제하는 효과를 발휘한다. 이를 위해서는 Ca를 0.0002% 이상 첨가하는 것이 바람직하나, 0.005% 초과로 첨가하는 경우에는 잉여의 Ca는 O와 결합하여 조대한 산화성 개재물이 생성되어 이후의 압연에서 연신, 파절되어 저온에서의 균열 개시점으로 작용하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 후강판의 미세조직에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 후강판의 미세조직은 페라이트가 95면적% 이상이며, MA와 시멘타이트의 합을 2면적% 이하로 포함한다.
페라이트가 95면적% 미만인 경우에는 -80℃에서의 충격인성과 -60℃에서의 CTOD 특성이 저하될 우려가 있다.
저온 충격인성 및 CTOD 특성을 확보하기 위해서는 모재의 조직 및 MA의 분율이 중요하다. MA는 압연 및 냉각중에 C이 집적되고 농화되어 높아진 경화능으로 고경도의 마르텐사이트로 변태, 또는 오스테나이트로 남게 되고 이를 MA(마르텐사이트-오스테나이트)라 한다. 이러한 MA는 높은 경도의 특성으로 파괴에 취약하며 주변의 연질 페라이트의 변형시 응력을 집중시켜 파괴의 개시로 작용하게 된다.
또한, 시멘타이트는 MA와 유사한 성질로 모재 에시큘러 페라이트보다 높은 경도를 가지는 경질상으로 저온 충격인성 및 CTOD 특성을 열위하게 한다.
따라서, 우수한 저온 충격인성 및 CTOD 특성을 확보하기 위해서는 MA와 시멘타이트의 합을 2면적% 이하로 제어하는 것이 중요하다.
이때, 상기 페라이트는 원상당 직경으로 측정한 평균 결정립 크기가 20㎛ 이하일 수 있다. 결정립 크기가 20㎛ 초과인 경우에는 페라이트 내부의 전위가 증가하여 파괴 전파를 용이하게 함으로써 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 열위해 질 수 있으며, 결정립 크기가 작을수록 저온 충격인성 및 CTOD 특성 확보에 유리하므로 그 하한은 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 페라이트는 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트로 구성될 수 있으며, 구체적인 분율은 한정하지 않는다.
이때, 본 발명의 후강판은 항복강도가 420MPa 이상, 충격인성이 -80℃에서 200J 이상, CTOD가 -60℃에서 0.5mm 이상일 수 있다. 이러한 물성을 확보함으로써 극저온 환경에서 사용되는 해양구조용 강재 등에 바람직하게 적용될 수 있다. 보다 바람직하게는 CTOD가 -60℃에서 1.0mm 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 후강판은 인장강도가 500MPa 이상, 연신율이 25% 이상, 충격인성이 -60℃에서 400J 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 후강판은 두께가 50~100mm일 수 있다.
저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법은 상술한 합금조성을 만족하는 슬라브를 1020~1150℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 900℃ 이상에서 재결정역 압연하는 단계; 상기 재결정역 압연 후, 마무리 압연 온도가 Ar3~850℃가 되도록 미재결정역 압연하여 후강판을 얻는 단계; 상기 후강판을 2~15℃/sec의 냉각속도로 250℃ 이하로 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 후강판을 500~650℃로 가열하여 템퍼링하는 단계;를 포함한다.
이하, 각 단계별로 상세히 설명한다.
슬라브 가열 단계
상술한 합금조성을 만족하는 슬라브를 1020~1150℃로 가열한다.
슬라브 가열 온도가 1150℃ 초과인 경우에는 오스테나이트의 결정립이 조대화되어 인성을 떨어뜨릴 우려가 있고, 1020℃ 미만인 경우에는 Ti, Nb등이 충분히 고용하지 않는 경우가 발생하여 강도의 하락을 초래할 수 있다.
재결정역 압연 단계
상기 가열된 슬라브를 900℃ 이상에서 재결정역 압연한다. 900℃ 미만이서는 오스테나이트의 충분한 재결정이 어려울 수 있다.
이때, 상기 재결정역 압연은 마지막 2 패스의 압하율이 각각 15~20%가 되도록 행할 수 있다. 이는 균일하면서도 미세한 최종 미세조직을 확보하기 위함이다.
미재결정역 압연 단계
상기 재결정역 압연 후, 마무리 압연 온도가 Ar3~850℃가 되도록 미재결정역 압연하여 후강판을 얻는다.
상기 마무리 압연 온도가 Ar3 미만인 경우에는 냉각 개시 전에 후강판의 표면의 온도가 이상역 영역에 해당하게 되어, 표면~1/4t의 두께에서 이상조직이 형성되어 충격인성이 열위해질 우려가 있으며, 850℃ 초과인 경우에는 결정립 미세화의 부족으로 강도 및 인성이 열위해질 우려가 있다.
이때, 상기 미재결정역 압연은 후강판의 두께가 50~100mm가 되도록 행할 수 있다.
냉각 단계
상기 후강판을 2~15℃/sec의 냉각속도로 250℃ 이하로 냉각한다.
냉각속도가 15℃/sec 초과인 경우에는 후강판 표면과 중심부의 냉각속도의 차이로 물성의 차이가 생길 수 있으며, 2℃/sec 미만인 경우에는 에시큘러 페라이트의 분포가 감소하고 폴리고날 페라이트의 분포가 증가할 우려가 있다.
냉각종료 온도가 250℃ 초과인 경우에는 목표 강도에 미달할 우려가 있다.
템퍼링 단계
상기 냉각된 후강판을 500~650℃로 가열하여 템퍼링한다. MA상 및 페라이트 내부의 전위는 저온 충격인성 및 CTOD 특성에 큰 영향을 미치는 인자로서, 템퍼링을 통하여 MA상의 분해 및 페라이트 내부의 전위를 낮춰주기 위함이다.
템퍼링 온도가 500℃ 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하고, 650℃ 초과인 경우에는 카바이드의 형성으로 인성이 저하될 우려가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 용강을 준비한 후, 연속주조를 이용하여 슬라브를 제조하였다. 상기 슬라브를 하기 표 2의 제조조건으로 가열, 재결정역 압연, 미재결정역 압연, 냉각 및 템퍼링 공정을 통하여 80mm 두께의 후강판을 제조하였다. 이때, 상기 재결정역 압연은 마지막 2패스의 압하율이 각각 18%가 되도록 행하였다.
상기 후강판의 미세조직, 기계적 물성, 저온 충격인성 및 CTOD 특성을 측정하여 하기 표 3에 기재하였다.
미세조직은 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)으로 관찰하였으며, MA와 세멘타이트의 합(제2상)을 분석하여 하기 표 3에 기재하였다. 제2상을 제외한 부분은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트로 구성된 페라이트였다.
페라이트의 결정립 크기는 원상당 직경으로 측정한 평균 값을 하기 표 3에 기재하였다.
항복강도, 인장강도 및 연신율은 인장시험을 통하여 측정하였다.
저온 충격인성은 -60℃ 및 -80℃에서 샤르피 충격시험을 통하여 측정하였다.
CTOD 특성은 BS 7448 규격에 따라 압연방향에 수직하게 60mm × 120mm × 300mm 크기로 시편을 가공하고, 피로 균열 길이가 시편폭의 50%가 되도록 피로 균열을 삽입한 후, -60℃에서 CTOD 시험을 수행하였다. 각 강판에 대해 CTOD 시험은 각각 3회씩 수행하였고, 3회 시험값 중에서 최소값을 하기 표 3에 기재하였다.
구분 강종 C Si Mn P* S* Al Ni Ti Nb Cu N* 식1 식2
발명강 A 0.035 0.046 1.92 77 17 0.005 0.91 0.0091 0.006 0.28 36 3.74 0.131
발명강 B 0.038 0.045 1.95 84 19 0.007 0.95 0.012 0.007 0.25 38 3.85 0.153
발명강 C 0.036 0.039 1.96 75 20 0.008 0.94 0.0098 0.007 0.26 37 3.84 0.155
발명강 D 0.038 0.048 1.93 65 21 0.007 0.92 0.0010 0.006 0.25 35 3.77 0.156
비교강 E 0.084 0.068 1.95 84 18 0.007 0.94 0.0011 0.006 0.27 41 3.83 0.222
비교강 F 0.042 0.059 1.45 82 17 0.008 0.34 0.0099 0.006 0.26 40 2.13 0.181
비교강 G 0.037 0.064 2.23 91 20 0.007 1.43 0.0098 0.007 0.26 35 5.09 0.171
비교강 H 0.038 0.12 1.94 94 16 0.015 0.93 0.011 0.008 0.25 32 3.8 0.308
상기 표 1에서 각 원소 함량의 단위는 중량%이다. 다만, P*, S* 및 N*의 단위는 중량ppm이다.
식1은 Mn+2Ni를 계산한 값이며, 식2는 C+Si+10Al을 계산한 값이고, 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.
구분 강종 슬라브가열
온도(℃)		 재결정역 압연
종료온도(℃)		 미재결정역 압연
종료온도(℃)		 냉각종료
온도(℃)		 냉각속도
(℃/s)		 템퍼링
온도(℃)
발명예1 A 1105 1021 775 224 3.4 552
발명예2 B 1108 1028 773 246 3.3 553
발명예3 C 1112 1030 768 187 2.8 551
발명예4 D 1110 1023 781 213 2.6 550
비교예1 A 1121 1022 875 229 3.1 551
비교예2 B 1105 1032 780 195 3.0 미실시
비교예3 C 1112 1023 785 524 2.8 553
비교예4 E 1098 1030 802 195 3.1 553
비교예5 F 1103 1035 799 188 3.0 550
비교예6 G 1108 1025 786 201 2.8 547
비교예7 H 1106 1029 782 235 3.0 554
구분 강종 제2상
(면적%)		 결정립
크기(㎛)		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 충격인성
(-60℃, J)		 충격인성
(-80℃, J)		 CTOD
(-60℃, mm)
발명예1 A 1.3 17.6 429 528 29 439 427 1.03
발명예2 B 1.1 18.9 435 548 29 415 348 2.42
발명예3 C 1.5 17.5 434 543 28 442 298 1.25
발명예4 D 1.3 18.6 428 529 30 435 310 1.18
비교예1 A 1.8 18.3 445 538 27 354 54 0.24
비교예2 B 1.5 38.3 432 541 28 284 28 0.31
비교예3 C 3.6 22.6 417 507 29 225 38 0.85
비교예4 E 3.8 19.5 452 585 26 129 18 0.13
비교예5 F 1.7 18.5 375 481 31 413 62 0.51
비교예6 G 5.6 19.8 486 612 25 83 15 0.11
비교예7 H 4.6 18.3 434 535 29 102 43 0.07
본 발명에서 제시한 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예들은 항복강도 420MPa 이상을 확보할 수 있으며, -80℃ 충격 인성이 200J 이상, -60℃ CTOD 값이 0.5mm 이상으로 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 1은 발명예 1의 미세조직을 촬영한 사진으로, MA 및 세멘타이트가 적게 형성되어 있고, 결정립 크기도 미세한 것을 알 수 있다.
비교예 1 내지 3은 본 발명에서 제시한 합금조성은 만족하였으나, 제조조건을 만족하지 못한 경우이다.
비교예 1 및2는 -80℃ 충격인성과 -60℃ CTOD 특성이 열위한 것을 확인할 수 있으며, 비교예 3은 -80℃ 충격인성이 저하되고 강도를 확보하기 어려운 것을 알 수 있다.
비교예 4 내지 7은 본 발명에서 제시한 제조조건은 만족하였으나, 합금조성을 만족하지 못한 경우이다.
비교예 4의 경우 C 함량 범위 초과, 비교예 5의 경우 Mn+2Ni 범위 초과로 강도는 우수하지만 -80℃ 충격인성과 -60℃ CTOD 특성의 급격한 저하를 확인할 수 있다.
비교예 6의 경우 M+2Ni 범위 미만으로 강도 및 -80℃ 충격인성이 열위함을 알 수 있다.
비교예 7의 경우 C+Si+10Al의 범위가 초과인 경우로 -80℃ 충격인성과 -60℃ CTOD 특성이 매우 열위함을 알 수 있다.
도 2는 Mn+2Ni 값에 따른 항복강도 및 60℃에서의 CTOD값을 나타낸 그래프이다. 항복강도 420MPa 이상을 만족하면서 0.5mm 이상의 CTOD 값을 확보하기 위해서는 3.0≤Mn+2Ni≤4.3을 만족해야 하는 것을 확인할 수 있다. Mn+2Ni 값이 3.0미만일 경우에는 강도의 하락을 보이며, 4.3초과일 경우에는 -60℃에서의 CTOD값이 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 중량%로, C: 0.02~0.06%, Si: 0.005~0.08%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.001~0.01%, Ni: 0.5~2.0%, Ti: 0.001~0.02%, Nb: 0.005~0.03%, Cu: 0.05~0.4%, N: 0.002~0.006%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식1 및 식2를 만족하고,
    미세조직은 페라이트가 95면적% 이상이며, MA와 시멘타이트의 합을 2면적% 이하로 포함하며,
    상기 페라이트는 원상당 직경으로 측정한 평균 결정립 크기가 20㎛ 이하이고,
    항복강도가 420MPa 이상, 인장강도가 500MPa 이상, 연신율이 25% 이상, 충격인성이 -60℃에서 400J 이상, 충격인성이 -80℃에서 200J 이상, CTOD가 -60℃에서 0.5mm 이상인 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판.
    식1: 3.0≤Mn+2Ni≤4.3
    식2: 0.05≤C+Si+10Al≤0.25
    (상기 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후강판은 중량%로, Mo: 0.001~0.05% 및 Ca: 0.0002~0.005% 중 1종 이상을 추가로 포함하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트는 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트로 구성된 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 후강판은 두께가 50~100mm인 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판.
  8. 중량%로, C: 0.02~0.06%, Si: 0.005~0.08%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.001~0.01%, Ni: 0.5~2.0%, Ti: 0.001~0.02%, Nb: 0.005~0.03%, Cu: 0.05~0.4%, N: 0.002~0.006%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식1 및 식2를 만족하는 슬라브를 1020~1150℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 900℃ 이상에서 재결정역 압연하는 단계;
    상기 재결정역 압연 후, 마무리 압연 온도가 Ar3~850℃가 되도록 미재결정역 압연하여 후강판을 얻는 단계;
    상기 후강판을 2~15℃/sec의 냉각속도로 250℃ 이하로 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 후강판을 500~650℃로 가열하여 템퍼링하는 단계;를 포함하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법.
    식1: 3.0≤Mn+2Ni≤4.3
    식2: 0.05≤C+Si+10Al≤0.25
    (상기 식1 및 식2에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값임.)
  9. 제8항에 있어서,
    상기 슬라브는 중량%로, Mo: 0.001~0.05% 및 Ca: 0.0002~0.005% 중 1종 이상을 추가로 포함하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 재결정역 압연은 마지막 2 패스의 압하율이 각각 15~20%가 되도록 행하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 미재결정역 압연은 후강판의 두께가 50~100mm가 되도록 행하는 저온 충격인성 및 CTOD 특성이 우수한 후강판의 제조방법.
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