KR20170072312A

KR20170072312A - 자극용 열연 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 수력 발전용 림 부재

Info

Publication number: KR20170072312A
Application number: KR1020177013924A
Authority: KR
Inventors: 노리아키 고사카; 요시마사 후나카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-06-26
Also published as: JP6020769B1; WO2016088321A1; MX2017007019A; CN107002196B; KR101966313B1; CN107002196A; JPWO2016088321A1

Abstract

고강도이고 용접성 및 자기 특성이 우수한 자극용 열연 강판 및 그의 제조 방법, 수력 발전용 림 부재를 제공한다. C: 0.02％ 이상 0.12％ 이하, Si: 0.1％ 이상 0.7％ 이하, Mn: 0.8％ 이상 1.6％ 이하, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.06％ 이상 0.20％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 페라이트상이 면적률로 98％ 이상이고, 석출한 Fe가 강 중에 포함되는 Fe량에 대하여 0.22질량％ 이하, 석출한 Nb가 강 중에 포함되는 Nb량에 대하여 80질량％ 이상, 석출한 Nb를 포함하는 탄화물의 평균 입자경이 6㎚ 이하이고, 압연 방향의 항복 강도가 500㎫ 이상, 자속 밀도 B₅₀이 1.4T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.5T 이상, 용접 열영향부의 비커스 경도의 최저값이 (모재의 비커스 경도의 평균값－30) 이상이다.

Description

자극용 열연 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 수력 발전용 림 부재{HOT-ROLLED STEEL SHEET FOR MAGNETIC POLE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND RIM MEMBER FOR HYDROELECTRIC POWER GENERATION}

본 발명은, 수력 발전용 림 부재 등에 적합한 자극(磁極)용 열연 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 수력 발전용 림 부재에 관한 것이다.

최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 지구의 온난화가 문제시되어, 이산화탄소 가스를 배출하지 않는 자연 에너지의 수요가 높아지고 있다. 그리고, 이러한 지구 온난화의 억제라는 관점에서, 최근에는, 깨끗한 에너지원으로서 수력 발전이 유망시되고 있다. 수력 발전기 등의 발전기는 로터와 스테이터를 구비하며, 로터는 철심의 역할을 완수하는 폴 코어(pole core)와 이를 지지하는 림으로 구성되어 있다. 발전 용량을 벌기 위해서는, 로터를 고속으로 회전시킬 필요가 있다. 그 때문에, 림에는, 고속 회전의 원심력에 견디기 위해 고강도를 유지하는 것이 요구된다. 또한, 동시에 림용 강판(림 부재)에는, 우수한 자기 특성을 유지하는 것이 요구된다. 그리고, 강판끼리는 용접에 의해 접합되지만, 용접부는 강도가 변동되기 쉽기 때문에 용접성(weldability)이 우수한 것도 요구된다.

상기를 수용하여, 지금까지도 자기 특성이나 용접성에 착안한 열연 강판에 대해서, 여러 가지 기술이 제안되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 면적률 95％ 이상의 페라이트상(ferrite phase)을 포함하고, 당해 페라이트상의 결정립(crystal grain) 내에 평균 입경이 10㎚ 미만인 Ti 및 V를 포함하는 석출물(precipitate)이 석출한 조직을 갖고, 당해 페라이트상의 평균 결정 입경을 2㎛ 이상 10㎛ 미만의 범위 내로 함으로써, 압연 방향의 항복 강도가 700㎫ 이상의 강도와, 자속 밀도 B₅₀이 1.5T 이상, B₁₀₀이 1.6T 이상인 전자 특성을 갖는 강판이 얻어진다고 하고 있다.

특허문헌 2에서는, 중량％로, C: 0.05∼0.15％, Si: 0.5％ 이하, Mn: 0.70∼2.00％, Ti: 0.10∼0.30％, B: 0.0015∼0.0050％를 포함하는 강판을, 열간 압연한 후 500℃ 이하에서 권취함으로써 고(高)자속 밀도를 갖는 고장력 열연 강판이 얻어진다고 하고 있다.

특허문헌 3에는, C≤0.10％, Ti: 0.02∼0.2％를 포함하고, 추가로 Mo≤0.7％, W≤1.5％ 중 적어도 한쪽을 포함하고, 실질적으로 페라이트 조직에 Ti와 Mo 및 W 중 적어도 한쪽을 포함하는 10㎚ 미만의 탄화물이 분산되어 이루어지고, 590㎫급 이상의 강도를 갖는 회전기(rotator) 철심용 고가공성 고강도 열연 강판이 개시되어 있다.

국제공개공보 제2013/115205호 일본공개특허공보 소63-166931호 일본공개특허공보 2003-268509호

그러나, 특허문헌 1에서 제안된 기술에서는 고용 V(solute V)를 포함하기 때문에 조대하게 석출하는 시멘타이트(cementite)량의 제어가 현저하게 곤란하고, 또한 용접성이 악화한다.

특허문헌 2에서 제안된 기술에서는, 권취 온도가 500℃ 이하로, 제어가 곤란한 온도역에서 권취할 필요가 있고, 코일간 및 코일 내에서의 특성의 불균일이 문제가 된다. 또한, 저온 변태상(low-temperature-transformation phase)은 변태 변형의 불균일에 의한 판 형상의 악화에 의해 림용 부재로서 적합하지 않다.

특허문헌 3에서 제안된 기술에서는 용접성에 대해서 고려되고 있지 않을 뿐만 아니라, 조대한 시멘타이트의 영향에 대해서 고려되고 있지 않기 때문에 안정적인 자기 특성이 얻어지지 않는다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여, 압연 방향의 항복 강도: 500㎫ 이상이고 용접성 및 자기 특성이 우수한 자극용 열연 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 수력 발전용 림 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

고강도이고 양호한 용접성 및 양호한 자기 특성을 겸비하는 강판의 요건에 대해서 예의 검토한 결과, 용접 열영향부(heat-affected zone)에서의 경도 저하는 용해도가 큰 V를 포함하는 탄화물의 용해(re-solution)에 의한 바가 큰 것을 알 수 있었다. 그리고, 이 용접 열영향부에서의 연화를 억제하려면, V를 무첨가 혹은 함유량을 제어한 후에, 고용 강화 원소(solute strengthening element)인 Si의 함유가 유효한 것을 알게 되었다. 한편으로, Si의 함유에 의해 고자장(high magnetic field)에서의 자기 특성은 저하한다. 그래서, 자기 특성을 향상시키기 위한 검토를 행한 결과, 조대한(coarse) 시멘타이트 생성을 극한까지 억제하고, 모재(matrix)와의 정합 관계(coherent relation)가 좋은 탄화물을 석출시키는 것이 고강도와 양호한 자기 특성을 양립시키는 조건인 것이 분명해졌다.

본 발명은 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 이하를 요지로 하는 것이다.

[1] 성분 조성은, 질량％로, C: 0.02％ 이상 0.12％ 이하, Si: 0.1％ 이상 0.7％ 이하, Mn: 0.8％ 이상 1.6％ 이하, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.06％ 이상 0.20％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물(incidental impurities)로 이루어지고, 조직은, 페라이트상이 면적률로 98％ 이상이고, 석출한 Fe가 강 중에 포함되는 Fe량에 대하여 0.22질량％ 이하, 석출한 Nb가 강 중에 포함되는 Nb량에 대하여 80질량％ 이상, 석출한 Nb를 포함하는 탄화물의 평균 입자경이 6㎚ 이하이고, 압연 방향(rolling direction)의 항복 강도가 500㎫ 이상, 자속 밀도 B₅₀이 1.4T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.5T 이상, 용접 열영향부의 비커스 경도의 최저값이, (모재의 비커스 경도의 평균값－30) 이상인 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판.

[2] 추가로, 하기식 (1)을 충족하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 자극용 열연 강판.

[3] 상기 성분 조성에 더하여, 질량％로, V: 0.01％ 이상 0.05％ 미만, Ti: 0.01％ 이상 0.05％ 미만 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 자극용 열연 강판.

[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1100℃ 이상 1350℃ 이하의 온도로 가열하고, 이어서, 1100℃ 이상의 온도로 조압연(rough rolling)을 완료하고 마무리 압연 온도(finishing rolling temperature) 840℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각한 후, 550℃ 이상 700℃ 이하의 온도에서 권취하는(coil) 것을 특징으로 하는, 자극용 열연 강판의 제조 방법.

[5] 강판 표면에 추가로 도금 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 [4]에 기재된 자극용 열연 강판의 제조 방법.

[6] 상기 도금 처리가 용융 아연 도금(hot-dip galvanizing) 처리, 합금화 용융 아연 도금(hot-dip galvannealing) 처리, 전기 아연 도금(electrogalvanized plating) 처리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 상기 [5]에 기재된 자극용 열연 강판의 제조 방법.

[7] 상기 도금 처리에 있어서 형성되는 도금층의 조성은, Zn, Si, Al, Ni, Mg 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 [5] 또는 [6]에 기재된 자극용 열연 강판의 제조 방법.

[8] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 자극용 열연 강판으로 이루어지는 수력 발전용 림 부재.

또한, 본 발명에 있어서, 자극용 열연 강판이란, 도금 처리를 실시하지 않은 것(열연 강판), 용융 아연 도금 처리를 실시한 것(GI), 용융 아연 도금 처리 후에 추가로 합금화 처리를 실시한 것(GA), 전기 아연 도금 처리를 실시한 것(EG) 모두 대상으로 한다.

본 발명에 의하면, 압연 방향의 항복 강도: 500㎫ 이상이고 용접성 및 자기 특성이 우수한 자극용 열연 강판이 얻어진다. 본 발명의 자극용 열연 강판은, 수력 발전용 림 부재 등에 적합하다. 수력 발전용 림 부재에 본 발명의 자극용 열연 강판을 이용함으로써 수력 발전의 고효율화나 설비 수명의 향상을 실현할 수 있어, 그 효과는 현저하다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 ％는, 특별히 언급이 없는 한 질량％를 의미하는 것으로 한다.

우선, 본 발명 강판의 중요한 요건인 조직에 대해서 설명한다.

페라이트상의 면적률: 98％ 이상(100％를 포함함)

전위 밀도(dislocation density)가 많은 상태이면 자속 밀도는 현저하게 저하한다. 그 때문에, 전위 밀도를 많이 포함하는 베이나이트상(bainite phase)이나 마르텐사이트상(martensite phase)과 같은 저온 변태상은 포함하지 않는 조직으로 할 필요가 있다. 본 발명에 있어서는, 소망하는 자기 특성을 만족하기 위해, 페라이트상의 면적률은 98％ 이상으로 한다. 잔부는, 베이나이트상, 마르텐사이트상 및 펄라이트를 들 수 있다.

석출한 Fe가 강 중에 포함되는 Fe량에 대하여 0.22％ 이하

석출물로서의 Fe는 시멘타이트에 유래한다. 조대한 시멘타이트는 자속 밀도를 저하시키는 원인이 되기 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 시멘타이트를 저감하여 본 발명에서 요구하는 자속 밀도를 얻으려면, 「석출한 Fe량」의 「강 중에 포함되는 Fe량」에 대한 비율(이하, Fe 석출량이라고 칭하는 경우도 있음)은 0.22％ 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.20％ 이하이다. 또한, Fe 석출량은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

시멘타이트 생성을 억제하려면, 함유한 C량은 가능한 한 Nb를 포함하는 탄화물로서 석출시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 하기 (1)식을 충족하는 것이 바람직하다.

상기 (1)식은 제조 조건이 적절했던 경우에, 화학 성분의 관점에서 C가 Nb, V 및/또는 Ti와 결합하여 미세한(fine) 탄화물로서 석출시켜, 시멘타이트를 저감시키는 것을 나타내는 식으로, 0.040 이하로 함으로써, 시멘타이트의 석출량이 자속 밀도를 저하시키지 않는 범위가 된다. 자속 속도 B₅₀이 1.5T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.6T 이상인 특히 우수한 자기 특성은, (1)식을 0.03 이하로 함으로써 얻어진다. 한편, C는 미세한 탄화물을 형성하기 때문에, (1)식은 －0.005 이상인 것이 바람직하다.

또한, Nb, V 및, Ti와 결합하지 않는 C는 Fe 탄화물로서 석출한다. 함유한 C의 거의 전부를 Nb, V 및 Ti를 포함하는 미세한 탄화물로서 석출시키려면, 마무리 압연 전의 조압연을 1100℃ 이상에서 완료시키는 것이 바람직하다.

석출한 Nb량이 강 중에 포함되는 Nb량에 대하여 80질량％ 이상

본 발명에 있어서는, 미세한 Nb를 포함하는 탄화물을 분산시킴으로써 항복 강도가 500㎫ 이상인 고강도를 얻을 수 있다. 「석출한 Nb량」의 「강 중에 포함되는 Nb량」에 대한 비율(Nb 석출량 혹은 Nb 석출 비율이라고 칭하는 경우도 있음)이 80％를 하회하는 경우에는 소망하는 강도가 얻어지지 않고, 또한 고용 Nb의 영향에 의해 자속 밀도가 저하한다. 이상의 관점에서, Nb 석출량은 80％ 이상으로 한다. 바람직하게는 85％ 이상이다. 또한, Nb 석출량은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

석출한 Nb를 포함하는 탄화물의 평균 입자경이 6㎚ 이하

Nb를 포함하는 탄화물을 분산시킴으로써 상승하는 강도량은, 탄화물 입자경의 저하에 수반하여 상승한다. 항복 강도가 500㎫ 이상인 고강도를 얻으려면, 석출한 Nb를 포함하는 탄화물의 평균 입자경이 6㎚ 이하일 필요가 있다. 또한, 탄화물의 평균 입자경은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 성분 조성의 한정 이유를 설명한다.

C: 0.02％ 이상 0.12％ 이하

C는 Nb와 결합함으로써 Nb를 포함하는 미세한 탄화물을 형성하여, 강판의 고강도화에 기여하는 원소이다. 항복 강도가 500㎫ 이상을 얻으려면, 적어도 C는 0.02％ 이상 함유할 필요가 있다. 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 한편, 0.12％를 상회하는 함유는 시멘타이트를 생성시켜, 자속 밀도를 저하시킨다. 따라서, C의 상한량은 0.12％로 한다. 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

Si: 0.1％ 이상 0.7％ 이하

Si는, 열에 대하여 안정적인 고용 강화 원소로서, 용접 열영향부의 연화를 억제하는 효과가 있다. 또한 시멘타이트를 미세화하여, 시멘타이트 석출에 의한 자속 밀도 저하의 악영향을 억제시키는 효과가 있다. 이와 같이, Si는 본 발명에 있어서 중요한 요건이다. 이러한 효과를 얻기 위한 Si의 하한량은 0.1％이다. 바람직하게는 0.2％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.35％ 이상이다. 한편, Si 함유량이 0.7％를 초과하면 Si 함유에 의한 자속 밀도 저하의 악영향이 현재화(noticeable)하는 데다가, 강판 표면에 적색 스케일(red scale)이 발생하여, 외관을 해치거나, 도금성이 저하한다. 이상으로부터, Si의 상한량은 0.7％로 한다. 바람직하게는, 0.6％ 이하이다.

Mn: 0.8％ 이상 1.6％ 이하

Nb를 포함하는 탄화물은 오스테나이트(austenite)로부터 페라이트로의 변태 온도의 저온화에 수반하여, 미세화한다. Mn은, 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태 온도를 내리는 효과가 있기 때문에, Mn을 함유함으로써 Nb를 포함하는 탄화물이 미세화하고 고강도화한다. 항복 강도: 500㎫ 이상을 얻으려면, Mn은 0.8％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 1.6％를 초과하면 베이나이트상이 생성되기 쉬워져, 조대한 시멘타이트 생성에 의한 강도 저하나 자속 밀도의 격차의 원인이 된다. 이상으로부터, Mn 함유량의 범위는 0.8％ 이상 1.6％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.9％ 이상 1.5％ 이하이다.

P: 0.03％ 이하

P는, 입계(grain boundary)에 편석하여 용접부의 인성(toughness)을 현저하게 악화시키는 원소이다. 그 때문에, P는 극력 저감하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 문제를 회피하기 위해, P 함유량을 0.03％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.02％ 이하이다.

S: 0.005％ 이하

S는, 강 중에서 MnS 등의 개재물(inclusion)로서 존재한다. 이 개재물은, 조대인 점에서 자속 밀도 저하의 요인이 된다. 따라서, 본 발명에서는, S 함유량을 극력 저감하는 것이 바람직하고, 0.005％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.003％ 이하이다.

Al: 0.08％ 이하

Al을 제강의 단계에서 탈산제로서 함유하는 경우, 0.02％ 이상 함유하게 된다. 한편, Al함유량이 0.08％를 초과하면 알루미나 등의 조대한 개재물에 의해 자속 밀도가 저하한다. 따라서, Al 함유량은 0.08％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.07％ 이하이다.

N: 0.006％ 이하

N은, Nb와 결합하여 조대한 질화물을 형성시킴으로써 자속 밀도 저하의 요인이 된다. 또한, 강화에 기여하는 Nb를 포함하는 미세한 탄화물의 석출량이 감소하기 때문에 강도 저하에도 연결된다. 그 때문에, N 함유량은 극력 저감하는 것이 바람직하고, 상한량을 0.006％로 한다. 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

Nb: 0.06％ 이상 0.20％ 이하

Nb는 미세한 탄화물을 형성하여, 강판의 고강도화에 기여하는 원소이다. 항복 강도 500㎫ 이상을 얻으려면, Nb량은 0.06％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.20％를 초과하면 열간 압연 전의 슬래브 가열시에 조대한 Nb를 포함하는 탄화물을 용해하지 못하여, 고강도화로의 기여가 포화할 뿐만 아니라, 자속 밀도가 저하하는 요인이 된다. 이상으로부터, Nb 함유량의 범위를 0.06％ 이상 0.20％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.08％ 이상 0.18％ 이하이다. 압연 방향의 항복 강도가 550㎫ 이상을 얻기 위한 적합 범위는, 0.10％ 이상 0.18％ 이하이다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

이상이 본 발명에 있어서의 성분 조성이지만, 상기한 성분 조성에 더하여, 이하의 목적에 따라서, 추가로, V: 0.01％ 이상 0.05％ 미만, Ti: 0.01％ 이상 0.05％ 미만 중 1종 이상을 함유할 수 있다.

V 및 Ti는 C와 결합하여, 새로운 고강도화에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻으려면, V 및 Ti 모두 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, V를 0.05％ 이상 함유한 경우, 용접 열영향부에서의 V를 포함하는 탄화물의 용해에 의한 연화의 영향이 현재화하여, 용접성이 저하한다. Ti를 0.05％ 이상 함유한 경우, 열간 압연 전의 슬래브 가열 공정으로 조대한 Ti를 포함하는 탄화물이 잔존하여, 자속 밀도 저하의 요인이 된다. 이상으로부터, 함유하는 경우, V: 0.01％ 이상 0.05％ 미만, Ti: 0.01％ 이상 0.05％ 미만으로 한다. 바람직하게는, V: 0.01％ 이상 0.04％ 이하, Ti: 0.01％ 이상 0.03％ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 자극용 열연 강판의 특성의 한정 이유를 설명한다.

압연 방향의 항복 강도가 500㎫ 이상

수력 발전용 림 부재 등에 이용하는 경우, 강도가 요구된다. 압연 방향의 항복 강도가 500㎫ 이상이면, 판두께를 줄여 고효율의 수력 발전용 림 부재로의 적용이 가능해진다. 이 경우, 압연 방향과 평행 방향의 인장 시험에 의한 항복 강도가 중요해지기 때문에, 압연 방향의 항복 강도를 규정했다. 본 발명의 항복 강도는 700㎫까지의 강판에 특히 적합하다.

자속 밀도 B₅₀이 1.4T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.5T 이상

자속 밀도 B₅₀이 1.4T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.5T 이상이면, 수력 발전용 림 부재에 이용한 경우에 수력 발전의 고효율화를 도모할 수 있다.

용접 열영향부의 비커스 경도의 최저값이 (모재의 비커스 경도의 평균값－30) 이상

수력 발전용 림 부재의 대부분은, 용접에 의해 접합된다. 용접 열영향부의 비커스 경도를 (모재의 비커스 경도의 평균값－30) 이상으로 함으로써 용접부에서의 결함이나 문제를 억제하는 것이 가능해진다. 이때의 용접 조건은 실시예에 기재된 조건과 동등하면 좋다.

다음으로, 본 발명의 자극용 열연 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 자극용 열연 강판은, 상기한 성분 조성의 강 소재(강 슬래브)를 1100℃ 이상 1350℃ 이하로 가열하고, 이어서, 1100℃ 이상의 온도로 조압연을 완료하여 마무리 압연 온도 840℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각한 후, 550℃ 이상 700℃ 이하에서 권취함으로써 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 강의 용제 방법은 특별히 한정되지 않고, 전로(converter), 전기로(electric furnace) 등, 공지의 용제 방법을 채용할 수 있다. 또한, 진공 탈가스로(vacuum degassing furnace)에서 2차 정련(secondary refining)을 행해도 좋다. 그 후, 생산성이나 품질상의 문제에서 연속 주조법에 의해 슬래브(강 소재)로 하는 것이 바람직하지만, 조괴-분괴 압연법(ingot casting and blooming), 박슬래브 연속 주조법(thin-slab continuous casting method) 등, 공지의 주조 방법으로 슬래브로 해도 좋다.

강 소재의 가열 온도: 1100℃ 이상 1350℃ 이하

열간 압연에 앞서 강 소재를 가열하여 실질적으로 균질한 오스테나이트상으로 할 필요가 있다. 가열 온도가 1100℃를 하회하면 Nb 및 Ti를 포함하는 조대한 탄화물을 용해하지 못하여, 강도 및 자속 밀도가 저하한다. 한편, 가열 온도가 1350℃를 상회하면, 스케일(scale) 생성량이 많아져, 열간 압연시에 스케일이 물려들어가, 열연 강판의 표면 성상(property)이 악화한다. 그 때문에, 강 소재의 가열 온도는 1100℃ 이상 1350℃ 이하로 한다. 바람직하게는 1150℃ 이상 1300℃ 이하이다. 단, 강 소재에 열간 압연을 실시함에 있어서, 주조 후의 강 소재가 1100℃ 이상 1350℃ 이하의 온도역에 있는 경우, 혹은 강 소재의 탄화물이 용해하고 있는 경우에는, 강 소재를 가열하는 일 없이 직송 압연(hot direct rolling)해도 좋다.

1100℃ 이상의 온도에서 조압연을 완료하여 마무리 압연 온도 840℃ 이상으로 하는 열간 압연

Nb, V 및, Ti와 결합하지 않는 C는 Fe 탄화물로서 석출한다. 함유한 C의 거의 전부를 Nb, V 및 Ti를 포함하는 미세한 탄화물로서 석출시키려면, 마무리 압연 전의 조압연을 1100℃ 이상에서 완료시킬 필요가 있다. 조압연을 1100℃ 미만에서 완료한 경우, 조압연으로 도입된 변형을 구동력으로 하여 그 후의 장시간 보존유지에 의해 오스테나이트 중에 Nb, V 및 Ti를 포함하는 탄화물이 조대하게 석출하고, 이것이 강도 및 자속 밀도에 대한 악영향을 현재화시키기 때문이다. 마무리 압연 온도가 840℃ 미만에서는, 마무리 압연 중에 페라이트 변태가 개시되어 페라이트립이 신전된 조직이 된다. 이 신전된 페라이트립의 내부에는 다량의 전위가 도입되기 때문에, 자속 밀도 저하의 요인이 된다. 따라서, 마무리 압연 온도는 840℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 860℃ 이상이다. 또한, 마무리 압연에서의 온도는 1100℃ 미만이지만, 마무리 압연에서의 탠덤 압연(tandem rolling mill)에서는 조압연에 비해 석출하여 성장할 시간이 없기 때문에, 상기의 조압연시의 악영향이 현재화하지 않는다.

마무리 압연 종료 후 3초 이내에 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각

Nb를 포함하는 탄화물은 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태 온도의 저온화에 수반하여 미세화한다. 평균 입자경 6㎚ 이하의 탄화물을 얻으려면, 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태 온도는 700℃ 이하로 할 필요가 있다. 그를 위해서는, 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 평균 냉각 속도 30℃/s 이상으로 냉각할 필요가 있다. 또한, 평균 냉각 속도는 마무리 압연 온도에서 700℃까지의 평균 냉각 속도이다.

권취 온도: 550℃ 이상 700℃ 이하

권취 온도가 700℃를 초과하면 탄화물이 조대화하여, 소망하는 강도 및 자기 특성이 얻어지지 않는다. 한편으로, 550℃ 미만에서는 베이나이트상이 생성됨으로써, 자기 특성이 저하한다. 이상으로부터, 권취 온도의 범위를 550℃ 이상 700℃ 이하로 한다. 바람직하게는, 580℃ 이상 680℃ 이하이다.

이상에 의해, 본 발명의 자극용 열연 강판이 제조된다. 또한, 본 발명의 자극용 열연 강판을 어닐링 온도가 720℃ 이하인 연속 용융 도금 라인에 통판해도 재질에 영향을 미치지 않는다. 그 때문에, 강판 표면에 추가로 도금 처리를 실시하여, 강판 표면에 도금층을 갖는 것이 가능하다. 또한, 도금 처리나 도금욕의 조성에 의해서도 재질에 영향을 미치지 않기 때문에, 도금 처리로서는, 용융 아연 도금 처리, 합금화 용융 아연 도금 처리, 전기 아연 도금 처리 모두 적용할 수 있다. 또한, 도금욕의 조성으로서는, Zn, Si, Al, Ni, Mg 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이면 좋다. 즉, 도금 처리에 있어서 형성되는 도금층의 조성은, Zn, Si, Al, Ni, Mg 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 가능하다.

이상에 의해 얻어지는 본 발명의 자극용 열연 강판은, 고자극이 요구되는 부품에 적합하고, 특히 수력 발전용 림 부재로서의 사용에 최적이다. 예를 들면 본 발명의 열연 강판을 전단(剪斷), 펀칭, 레이저 커팅 등의 수단으로 소정의 형상으로 잘라내고, 적층하여, 림이나 코어(폴 코어 등)용의 전자 부재로서 이용할 수 있다. 특히 본 발명의 열연 강판은, 고강도와 양호한 자기 특성의 양립이 필요한, 발전기 림에 적합하게 적용할 수 있다. 강판의 적층시에 있어서는, 강판에 절연 피복을 실시하거나 또는 절연 소재를 사이에 끼우는 등, 적층되는 강판과 강판의 사이를 전기적으로 절연하는 것이 바람직하다.

실시예 1

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 두께 250㎜의 강 소재에 대하여, 표 2에 나타내는 열연 조건으로 열연 강판을 제조했다. 일부의 것에 대해서는, 추가로, 합금화 용융 아연 도금 처리를 실시했다. 합금화 용융 도금 처리는, 어닐링 온도가 700℃ 이하, 도금욕(molten bath)의 조성이 Zn-0.13mass％ Al, 도금욕의 온도가 460℃, 합금화 온도가 530℃인 연속 용융 도금 라인에서 제조하고, 도금 부착량(coating weight)은 편면당 45∼65g/㎡로 했다.

상기에 의해 얻어진 판두께 1.6㎜∼3.2㎜의 열연 강판 혹은 합금화 용융 도금 강판으로부터 시험편을 채취하여, 이하의 방법으로 조직을 관찰하여 성능을 평가했다.

(ⅰ) 조직 관찰

각 상의 면적률은 이하의 수법에 의해 평가했다. 열연 강판 혹은 합금화 용융 도금 강판으로부터, 압연 방향에 평행한 단면이 관찰면이 되도록 잘라내어, 판두께 중심부의 금속 조직을 3％ 나이탈(nital)로 부식 현출(etching)하고, 주사형 광학 현미경으로 400배로 확대하여 10시야분(field of view) 촬영했다. 페라이트상은 입(grain) 내에 부식 자국이나 시멘타이트가 관찰되지 않는 형태를 갖는 조직이다. 이들을 화상 해석에 의해 페라이트상 이외의 베이나이트상이나 마르텐사이트상, 펄라이트(pearlite) 등을 분리하여, 관찰 시야에 대한 면적률에 의해 구했다. 면적을 구함에 있어서 페라이트립계는 페라이트상의 일부로서 계상(regarded)했다.

석출한 Nb를 포함하는 탄화물의 평균 입자경은, 투과형 전자 현미경을 이용하여 135000배 이상으로 관찰하여 100점 이상의 탄화물의 입자경의 평균을 취하고, 원상당경(circle equivalent diameter)을 각 탄화물의 입자경으로서 구했다.

Fe 석출량은, 10％ AA계 전해액(10vol％ 아세틸아세톤-1질량％ 염화 테트라메틸암모늄-메탄올) 중에서, 약 0.2g을 전류 밀도 20㎃/㎠로 정전류 전해한 후, 전해액으로부터 여과에 의해 석출물을 포집하고, ICP-MS법에 의해 석출물에 포함되는 Fe량을 구하고, 정전류 전해에 의해 전해한 지철의 질량과의 비율을 구함으로써 얻었다.

Nb 석출량(Nb 석출 비율)은, Fe 석출량의 측정 방법과 동일한 순서로 정전류 전해하여, 전해액 중에 포함되는 Nb량을 ICP-MS법에 의해 측정했다. 이 전해액 중에 포함되는 Nb량은, 고용 상태에 있는 Nb량이고, Nb 석출량은 Nb 함유량으로부터 고용 상태에 있는 Nb량을 뺌으로써 구했다.

(ⅱ) 인장 시험

열연 강판 혹은 합금화 용융 도금 강판으로부터 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 JIS 5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241(2011)의 규정에 준거한 인장 시험을 5회 행하여, 평균의 항복 강도(YS), 인장 강도(TS), 전체 신장(El)을 구했다. 인장 시험의 크로스 헤드 스피드는 10㎜/min으로 했다.

(ⅲ) 자속 밀도 측정

열연 강판 혹은 합금화 용융 도금 강판으로부터 30㎜×280㎜의 샘플을 채취하고, 직류 자기 특성 측정 장치를 이용하여, JIS C 2555에 준거한 측정에 의해 자속 밀도 B₅₀ 및 자속 밀도 B₁₀₀을 구했다. B₅₀ 및 B₁₀₀은, 각각 자화력 5000A/m 및 10000A/m에 있어서의 자속 밀도를 나타낸다.

(ⅳ) 용접성 평가

용접 시험으로서 직경 1.2㎜의 와이어를 이용한 탄산 가스 아크 용접을 행하여 평가했다. 용접 조건은, 용접 속도가 80㎝/min, 용접 전류가 220A, 용접 전압이 25V, 판극(gap) 1㎜의 맞댐 용접이다. 용접 후, 비드부 단면(斷面)을 잘라내고, 그 단면의 판두께 중앙부를 0.5㎜ 간격으로 용접부를 가로지르는 방향에 대하여 시험 하중 0.49N의 비커스 경도 시험을 행했다. 한편, 모재의 경도는 용접부로부터 30㎜ 이상 떨어진 위치를 시험 하중 0.49N에서 5점 측정한 평균값으로 했다. 표 3에는 모재의 경도(모재 경도의 평균값)와 열영향부에서의 최소 경도(용접 열영향부 경도 최저값)의 차이를 기재했다.

이상에 의해 얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 압연 방향의 항복 강도 YS: 500㎫ 이상이고, 또한, 용접 열영향부의 비커스 경도의 최저값이 (모재의 비커스 경도의 평균값－30) 이상인 용접성이고, 또한, 자속 밀도 B₅₀이 1.4T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.5T 이상인 자기 특성이 우수한 열연 강판(합금화 용융 아연 도금 강판)이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 항복 강도, 용접성, 자기 특성 중 어느 하나 이상이 뒤떨어지고 있다.

Claims

성분 조성은, 질량％로, C: 0.02％ 이상 0.12％ 이하, Si: 0.1％ 이상 0.7％ 이하, Mn: 0.8％ 이상 1.6％ 이하, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.06％ 이상 0.20％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
조직은, 페라이트상이 면적률로 98％ 이상이고,
석출한 Fe가 강 중에 포함되는 Fe량에 대하여 0.22질량％ 이하, 석출한 Nb가 강 중에 포함되는 Nb량에 대하여 80질량％ 이상, 석출한 Nb를 포함하는 탄화물의 평균 입자경이 6㎚ 이하이고,
압연 방향의 항복 강도가 500㎫ 이상, 자속 밀도 B₅₀이 1.4T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀이 1.5T 이상, 용접 열영향부의 비커스 경도의 최저값이 (모재의 비커스 경도의 평균값－30) 이상인 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판.
제1항에 있어서,
추가로, 하기식 (1)을 충족하는 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여, 질량％로, V: 0.01％ 이상 0.05％ 미만, Ti: 0.01％ 이상 0.05％ 미만 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1100℃ 이상 1350℃ 이하의 온도로 가열하고, 이어서, 1100℃ 이상의 온도로 조압연을 완료하고 마무리 압연 온도 840℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각한 후, 550℃ 이상 700℃ 이하의 온도에서 권취하는 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서,
강판 표면에 추가로 도금 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 도금 처리가 용융 아연 도금 처리, 합금화 용융 아연 도금 처리, 전기 아연 도금 처리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 도금 처리에 있어서 형성되는 도금층의 조성은, Zn, Si, Al, Ni, Mg 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자극용 열연 강판의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 자극용 열연 강판으로 이루어지는 수력 발전용 림 부재.