KR20200062303A - 저온용 니켈 함유 강 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양태에 관한 저온용 니켈 함유 강은, 화학 조성이 소정 범위 내이고, 판 두께 중심부의 금속 조직이, 2.0 내지 20.0체적％ 이하의 오스테나이트상을 함유하고, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 3.0 내지 15.0㎛이고, 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비가 1.0 내지 2.4이고, 판 두께가 4.5 내지 30㎜이고, 판 두께에 따라 화학 성분 및 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 더 한정되어, 실온에서의 항복 응력이, 460 내지 710㎫이고, 실온에서의 인장 강도가, 560 내지 810㎫이다.

Description

저온용 니켈 함유 강
본 발명은, 저온용 니켈 함유 강, 즉 －253℃ 부근에서의 저온 용도에 적합한 니켈(Ni)을 함유하는 강에 관한 것이다.
근년, 클린 에너지로서의 액체 수소의 이용에 대한 기대가 높아지고 있다. 액체 수소 등의 액화 가스를 저장, 운반하는 탱크에 사용되는 강판에는, 우수한 저온 인성이 요구되고, 취성이 파괴되기 어려운 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되고 있다. 오스테나이트계 스테인리스강은 충분한 저온 인성을 갖지만, 범용재의 실온에서의 항복 응력은 200㎫ 정도이다.
강도가 불충분한 오스테나이트계 스테인리스강을 액체 수소 탱크에 적용하는 경우, 탱크의 대형화에는 한계가 있다. 또한, 강재의 항복 응력이 200㎫ 정도라면, 탱크의 대형화 시에 판 두께를 30㎜ 초과로 할 필요가 있기 때문에, 탱크 중량의 증대나 제조 비용의 증가가 문제로 된다. 이와 같은 과제에 대하여, 실온에서의 0.2％ 내력이 450㎫의 판 두께 5㎜의 오스테나이트계 고Mn 스테인리스강이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 대표적인 액화 가스인 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas: LNG)용의 탱크(LNG 탱크라고 칭하는 경우가 있음)에는, 페라이트계의 9％ Ni강이 사용되고 있다. LNG는 액체 수소에 비해 고온이라고는 해도, 9％ Ni강은 우수한 저온 인성을 갖고 있고, 종래부터, LNG 탱크에 적합한 다양한 9％ Ni강이나, 7％ Ni강이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 내지 4 참조). 또한, 9％ Ni강은, 실온에서의 항복 강도를 590㎫ 이상으로 하는 것도 가능하고, 대형의 LNG 탱크에도 적용할 수 있다.
예를 들어, 특허문헌 2에는, 5 내지 7.5％의 Ni을 함유하고, 실온에서의 항복 응력이 590㎫보다 높고, －233℃에서의 샤르피 시험에서의 취성 파면율이 50％ 이하인, 판 두께 25㎜의 저온용 강이 개시되어 있다. 특허문헌 2에서는, －196℃에서 안정된 잔류 오스테나이트의 체적 분율을 2 내지 12％로 하여 저온 인성을 확보하고 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 5 내지 10％의 Ni을 함유하고, 실온에서의 항복 응력이 590㎫ 이상이고, 변형 시효 후의 －196℃에서의 저온 인성이 우수한 판 두께 6 내지 50㎜의 저온용 강이 개시되어 있다. 특허문헌 3에서는, 잔류 오스테나이트의 체적 분율을 3％ 이상, 유효 결정 입경을 5.5㎛ 이하로 하고, 입자 내의 조직에 적당한 결함을 도입함으로써, 변형 시효 후의 저온 인성을 확보하고 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 7.5 내지 12％의 Ni을 함유하고, 모재뿐만 아니라, 용접 열 영향부의 저온 인성도 우수한, 6㎜ 두께의 저온용 박물 니켈 강판이 개시되어 있다. 특허문헌 4에서는, 용접 열 영향부에 섬상 마르텐사이트가 생성되지 않도록, Si 및 Mn의 함유량을 저감시켜, －196℃에서의 저온 인성을 확보하고 있다.
일본 특허 제5709881호 공보 일본 특허 공개 2014-210948호 공보 일본 특허 공개 2011-219849호 공보 일본 특허 공개 평3-223442호 공보
특허문헌 1에 개시된 오스테나이트계 고Mn 스테인리스강은, 열팽창 계수가 페라이트계의 9％ Ni강에 비교하여 크다. 대형의 액체 수소 탱크에는, 피로 등의 문제로부터, 열팽창 계수가 작은 9％ Ni강이 유리하다. 한편, 특허문헌 2 내지 4에 개시된 9％ Ni강이나, 7％ Ni강은, 본 발명자들에 의한 검토에서는, 액체 수소의 액화 온도인 －253℃에서는 충분한 인성이 얻어지고 있지 않다.
본 발명은, 이러한 실정을 감안하여, －253℃ 부근의 저온에 있어서 충분한 인성을 가짐과 함께, 실온에서의 항복 응력이 460㎫ 이상 또한 실온에서의 인장 강도가 560㎫ 이상인 저온용 니켈 함유 강의 제공을 과제로 하여 이루어진 것이다.
본 발명자들은, Ni의 함유량을 종래의 9％ Ni보다도 높인 강의, －253℃ 부근의 저온에 있어서의 인성과, 실온에서의 인장 강도 및 항복 응력에 대하여 수많은 검토를 실시했다. 그 결과, 저온 인성의 확보에는, Si의 함유량을 제한하고, Mn의 함유량을 엄격하게 제한함과 함께, 오스테나이트의 체적 분율과, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경과 평균 애스펙트비를 최적으로 제어하는 것이 필요한 것을 알아냈다.
본 발명은, 이상과 같은 지견에 기초하여 이루어진 것이고, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관한 저온용 니켈 함유 강은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.030 내지 0.070％, Si: 0.03 내지 0.30％, Mn: 0.20 내지 0.80％, Ni: 10.5 내지 12.4％, Al: 0.010 내지 0.060％, N: 0.0015 내지 0.0060％, O: 0.0007 내지 0.0030％, Cu: 0 내지 0.50％, Cr: 0 내지 0.50％, Mo: 0 내지 0.40％, Nb: 0 내지 0.020％, V: 0 내지 0.080％, Ti: 0 내지 0.020％, B: 0 내지 0.0020％, Ca: 0 내지 0.0040％, REM: 0 내지 0.0050％, P: 0.0080％ 이하, S: 0.0040％ 이하 및 잔부: Fe 및 불순물이고, 판 두께 중심부의 금속 조직이, 2.0 내지 20.0체적％인 오스테나이트상을 함유하고, 상기 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 3.0 내지 15.0㎛이고, 상기 판 두께 중심부의 상기 압연 방향 및 상기 판 두께 방향에 평행한 상기 면에 있어서 측정되는 상기 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비가 1.0 내지 2.4이고, 판 두께가 4.5 내지 30㎜이고, 상기 판 두께가 20㎜ 초과인 경우, Ni: 11.5％ 이상이고, 상기 판 두께가 20㎜ 이하 또한 Ni: 11.5％ 미만인 경우, C: 0.060％ 이하, Si: 0.19％ 이하, Mn: 0.30 내지 0.50％, Al: 0.050％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Cr: 0.35％ 이하, Nb: 0.015％ 이하, V: 0.060％ 이하, Ti: 0.015％ 이하, P: 0.0060％ 이하 및 S: 0.0030％ 이하이고, 또한 상기 구 오스테나이트 입자의 상기 평균 입경이 8.0㎛ 이하이고, 실온에서의 항복 응력이, 460 내지 710㎫이고, 상기 실온에서의 인장 강도가, 560 내지 810㎫이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 저온용 니켈 함유 강에서는, Ni: 11.5％ 이상이고, Mn: 0.50％ 이하여도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 저온용 니켈 함유 강에서는, Ni: 11.5％ 이상이고, 상기 구 오스테나이트 입자의 상기 평균 입경이 9.0㎛ 이하여도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 저온용 니켈 함유 강에서는, 상기 판 두께 중심부의 상기 압연 방향 및 상기 판 두께 방향에 평행한 상기 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경이 2.0 내지 8.0㎛여도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 저온용 니켈 함유 강에서는, 상기 판 두께 중심부의 상기 압연 방향 및 상기 판 두께 방향에 평행한 상기 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경이 2.0 내지 5.0㎛여도 된다.
본 발명에 따르면, 액체 수소 탱크 등의 용도에 충분한 극저온 인성을 가짐과 함께, 실온에서 충분한 항복 응력 및 인장 강도를 갖는 저온용 니켈 함유 강을 제공하는 것이 가능해진다. 따라서, 예를 들어 본 발명의 저온용 니켈 함유 강을 액체 수소 탱크에 사용하면, 오스테나이트계 스테인리스강에 비해, 탱크용 강판의 판 두께를 얇게 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 본 발명에 의해, 액체 수소 탱크의 대형화나 경량화, 체적에 대한 표면적이 작아지는 것에 의한 방열 성능의 향상, 탱크의 부지의 유효 이용이나 액체 수소 운반선의 연비 향상 등이 가능해진다. 또한, 오스테나이트계 스테인리스강에 비교하여 본 발명의 저온용 니켈 함유 강은 열팽창 계수가 작기 때문에, 대형 탱크의 설계를 간소화하여, 탱크 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 산업상의 공헌이 극히 현저하다.
종래의 저온용 강(예를 들어, 9％ Ni강)의 인성은, －165℃, 또는 －196℃에 있어서 평가되어 있었지만, 본 실시 형태에 관한 저온용 니켈 함유 강(이하, 단순히 「Ni강」이라고 줄임)에 있어서의 인성 평가 온도는, 종래 강의 것보다도 대폭으로 저온이다.
본 발명자들은, Ni강의 －253℃에 있어서의 인성에 미치는 성분 함유량 및 금속 조직 등의 영향을 밝히기 위해 수많은 검토를 실시했다. 그리고, 종래의 지견에 의하면 저온 인성을 높이기 위해서는 Ni 함유량의 증대가 유효한 것으로 되어 왔지만, 본 발명자들의 검토 결과, 종래 9％ Ni강에 대하여, 단순히 Ni양을 증가시키는 변경을 행해도, 저온에서의 인성이 충분히 향상되지 않는 것을 알 수 있었다.
또한, －165℃나 －196℃ 등의 온도와 구별하여 간결하게 설명하기 위해, 이하에는, －253℃ 부근의 온도를, 편의적으로 「극저온」이라고 한다.
또한, 본 발명자들은, Ni강의 극저온에 있어서의 인성(이하, 「극저온 인성」이라고 함)을 높이는 별도의 방법을 검토했다. 그 결과, Ni 함유량을 높이는 것에 더하여, (a) C의 함유량을 0.030 내지 0.070％로 하는 것, (b) Si의 함유량을 0.03 내지 0.30％로 하는 것, (c) Mn의 함유량을 0.20 내지 0.80％로 하는 것, (d) P 함유량을 0.0080％ 이하로 하는 것, (e) 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 평균 애스펙트비를 제어하는 것 및 (f) 오스테나이트상의 체적 분율을 제어하는 것이, 극저온에서의 저온 인성의 확보를 위해 필요하다고 판명되었다. 또한, (g) 평균 유효 결정 입경을 제어함으로써, 극저온에서의 저온 인성이 한층 향상된다는 지견도 얻어졌다. 또한, Ni강의 판 두께가 20㎜ 이하이고, 또한 상술한 제조건 등을 한층 엄격하게 제한한 경우, Ni 함유량을 약간 감소시켜 원료 비용을 삭감 가능한 것도 발견되었다.
이하, 본 실시 형태에 관한 Ni강에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 Ni 함유량은, 판 두께에 따라 변경할 필요가 있다. 판 두께가 큰 경우(즉, 판 두께가 20㎜ 초과인 경우), 재가열 ?칭 시의 냉각 속도가 느려지므로, 열처리를 통한 저온 인성의 확보가 어려워진다. 따라서, 판 두께가 20㎜ 초과인 경우, 저온 인성을 확보하기 위한 원소인 Ni 함유량을 11.5％ 이상으로 해야 한다. 한편, 판 두께가 20㎜ 이하인 경우, 열처리를 통한 저온 인성의 확보가 용이해지므로, Ni 함유량을 11.5％ 미만으로 억제하면서 충분한 저온 인성을 Ni강에 부여하는 것이 가능해진다. 또한, 당연히, 본 실시 형태에 관한 Ni강에 있어서 판 두께를 20㎜ 이하로 하고, 또한 Ni 함유량을 11.5％ 이상으로 해도 된다.
단, 판 두께가 20㎜ 이하이고 또한 Ni: 11.5％ 미만인 경우(이하 「Ni 함유량이 낮은 경우」라고 줄이는 경우가 있음), Ni 함유량 이외의 저온 인성에 영향을 미치는 요소(C, Si, Mn, Al, N, Cr, Nb, V, Ti, P 및 S의 함유량, 그리고 구 오스테나이트 입자의 평균 입경)가, Ni: 11.5％ 이상인 경우보다도 엄격하게 제어될 필요가 있다.
상술한 사정에 의해, Ni 함유량 및 판 두께에 따라 가일층의 한정이 필요해지는 요건에 관해서는, 그 취지를 적절히 설명한다.
먼저, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 성분 조성에 대하여 설명한다. 또한, 함유량의 ％는, 특별히 설명이 없는 한, 질량％를 의미한다.
(C: 0.030 내지 0.070％)
C는, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이고, 마르텐사이트나 오스테나이트의 생성에도 기여한다. C 함유량이 0.030％ 미만이면, 강도를 확보할 수 없어, 조대한 베이나이트 등의 생성에 의해 Ni강의 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Ni강의 C 함유량의 하한은 0.030％로 한다. 바람직한 C 함유량의 하한은 0.035％이다.
한편, C 함유량이 0.070％를 초과하면, 구 오스테나이트 입계에 시멘타이트가 석출되기 쉬워져, 이 시멘타이트가 입계에서의 파괴를 야기하고, Ni강의 극저온 인성을 저하시킨다. 그 때문에, C 함유량의 상한을 0.070％로 한다. 바람직한 C 함유량의 상한은 0.060％, 보다 바람직하게는 0.050％이고, 더욱 바람직한 C 함유량의 상한은 0.045％이다.
Ni 함유량이 적은 경우, C 함유량을 0.060％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 C 함유량의 상한은 0.055％, 0.050％, 또는 0.045％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 C 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(Si: 0.03 내지 0.30％)
Si는, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이다. Si 함유량이 0.03％ 미만이면, 실온에서의 항복 응력의 향상 효과가 작다. 그 때문에, Ni강의 Si 함유량의 하한은 0.03％로 한다. 바람직한 Si 함유량의 하한은 0.05％이다.
한편, Si 함유량이 0.30％를 초과하면, 구 오스테나이트 입계의 시멘타이트가 조대화되기 쉬워져, 이 시멘타이트가 입계에서의 파괴를 야기하고, Ni강의 극저온 인성을 저하시킨다. 따라서, Si 함유량의 상한을 0.30％로 제한하는 것은, 극저온에서의 인성을 확보하기 위해, 극히 중요하다. 바람직한 Si 함유량의 상한은 0.20％, 보다 바람직하게는 0.15％이고, 더욱 바람직한 Si 함유량의 상한은 0.10％이다.
Ni 함유량이 적은 경우, Si 함유량을 0.19％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Si 함유량의 상한은 0.16％, 0.13％, 또는 0.10％ 이하이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 Si 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(Mn: 0.20 내지 0.80％)
Mn은, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이다. Mn 함유량이 0.20％ 미만이면, 강도를 확보할 수 없어, 조대한 베이나이트 등의 생성에 의해 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Mn 함유량의 하한을 0.20％로 한다. 바람직한 Mn 함유량의 하한은 0.30％, 0.28％, 또는 0.25％이다.
한편, Mn 함유량이 0.80％를 초과하면, 구 오스테나이트 입계에 편석한 Mn이나 조대하게 석출되는 MnS이, 입계에서의 파괴를 야기하고, 극저온 인성을 저하시킨다. 따라서, Mn 함유량의 상한을 0.80％로 제한하는 것도, 극저온에서의 인성을 확보하기 위해, 극히 중요하다. 바람직한 Mn 함유량의 상한은 0.60％, 보다 바람직하게는 0.50％이다.
Ni 함유량이 적은 경우, Mn 함유량을 0.30 내지 0.50％로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Mn 함유량의 하한은 0.35％ 이상이다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Mn 함유량의 상한은 0.45％, 또는 0.40％이다.
(Ni: 10.5 내지 12.4％)
Ni은, 극저온 인성을 확보하기 위해 필수적인 원소이다. Ni 함유량이 10.5％ 미만이면, 극저온에서의 인성이 부족하다. 그 때문에, Ni 함유량의 하한을 10.5％로 한다. 바람직한 Ni 함유량의 하한은 10.8％, 11.0％, 또는 11.5％이다. 그러나, Ni은 고가의 원소이고, 12.4％ 초과 함유하면 경제성을 손상시키기 때문에, Ni 함유량을 12.4％ 이하로 제한한다. Ni 함유량의 상한을 12.2％, 12.0％, 또는 11.8％로 해도 된다. 판 두께가 20㎜ 이하인 경우, Ni 함유량의 상한을 11.3％, 11.1％, 또는 10.9％로 해도 된다.
판 두께가 20㎜ 초과인 경우, Ni 함유량을 11.5％ 이상으로 할 필요가 있다. 판 두께가 20㎜ 초과인 경우, 바람직한 Ni 함유량의 하한값은 11.8％, 또는 12.0％이다. 판 두께가 20㎜ 초과인 Ni강의 Ni 함유량의 상한값, 및 바람직한 상한값은, 판 두께가 20㎜ 이하인 Ni강의 것과 동일한 값으로 해도 된다.
(Al: 0.010 내지 0.060％)
Al은, 주로 탈산에 사용되는 원소이다. 또한, Al은 AlN을 형성하여, 금속 조직의 미세화나, 극저온 인성을 저하시키는 고용 N의 저감에도 기여한다. Al 함유량이 0.010％ 미만이면, 탈산의 효과, 그리고 금속 조직의 미세화 효과 및 고용 N 저감 효과가 작다. 그 때문에, Al 함유량의 하한을 0.010％로 한다. Al 함유량의 하한은 0.015％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이상으로 한다.
그러나, Al 함유량이 0.060％를 초과하면, 극저온에 있어서의 인성이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량의 상한을 0.060％로 한다. 보다 바람직한 Al 함유량의 상한은 0.040％, 또는 0.035％이다.
Ni 함유량이 적은 경우, Al 함유량을 0.050％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Al 함유량의 상한값은 0.040％, 또는 0.020％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 Al 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(N: 0.0015 내지 0.0060％)
N는, 결정립을 미세화하는 질화물의 형성에 기여한다. N 함유량을 0.0015％ 미만으로 저감시키면, 열 처리 시에 오스테나이트 입경의 조대화를 억제하는 미세한 AlN이 부족해, 오스테나이트 입자가 조대화되어, Ni강의 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, N 함유량은, 0.0015％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.0020％ 이상, 또는 0.0025％ 이상으로 해도 된다.
한편, N 함유량이 0.0060％를 초과하면 고용 N의 증가 및 AlN의 조대화가 발생하므로, 극저온에서의 인성이 저하된다. 이 때문에, N 함유량을 0.0060％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.0050％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하 또는 0.0035％ 이하로 한다.
Ni 함유량이 적은 경우, N 함유량을 0.0050％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 N 함유량의 상한값은 0.0040％, 또는 0.0030％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 N 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(O: 0.0007 내지 0.0030％)
O는, 불순물이고, O 함유량이 0.0030％를 초과하면 Al2O3의 클러스터가 증가하여, 극저온에서의 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, O 함유량의 상한을 0.0030％로 한다. 바람직한 O 함유량의 상한은 0.0025％이고, 보다 바람직하게는 0.0020％, 더욱 바람직하게는 0.0015％로 한다. O 함유량은 적은 쪽이 바람직하지만, 0.0007％ 미만으로의 O 함유량의 저감은 비용 상승을 수반하는 경우가 있다. 그 때문에, O 함유량의 하한을 0.0007％로 한다. O 함유량의 하한을 0.0008％, 또는 0.0010％로 해도 된다. O 함유량의 상하한값, 및 바람직한 상하한값은, 판 두께 및 Ni 함유량에 관계없이 상술한 값으로 된다.
(P: 0.0080％ 이하)
P은, 구 오스테나이트 입계에서의 입계 취화를 초래하여, 극저온 인성에 유해한 원소이다. 그 때문에, P 함유량은 적은 쪽이 바람직하다. P 함유량이 0.0080％를 초과하면, 극저온에서의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, P 함유량을 0.0080％ 이하로 제한한다. P 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0060％, 보다 바람직하게는 0.0040％, 더욱 바람직하게는 0.0030％이다.
P은 용강 제조 시에 불순물로서 용강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. 단, P 함유량을 과잉으로 저감시키면, 제조 비용이 상승하는 경우가 있다. 그 때문에, P 함유량의 하한을 0.0002％, 0.0005％, 또는 0.0008％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, P 함유량을 0.0060％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 P 함유량의 상한값은 0.0050％, 0.0040％, 또는 0.0030％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 P 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(S: 0.0040％ 이하)
S은, MnS을 형성하고, 이것이 취성 파괴의 발생 기점으로 되는 경우가 있으므로, 극저온 인성에 유해한 원소이다. S 함유량이 0.0040％를 초과하면, 극저온에서의 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, S 함유량을 0.0040％ 이하로 제한한다. S 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0030％, 보다 바람직하게는 0.0020％, 더욱 바람직하게는 0.0010％이다.
S은 용강 제조 시에 불순물로서 용강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. 단, S 함유량을 과잉으로 저감시키면, 제조 비용이 상승하는 경우가 있다. 그 때문에, S 함유량의 하한을 0.0002％, 0.0005％, 또는 0.0008％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, S 함유량을 0.0030％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 S 함유량의 상한값은 0.0010％, 0.0015％, 또는 0.0010％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 S 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(Cu: 0 내지 0.50％)
Cu는, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 Cu를 함유해도 된다. 단, Cu 함유량이 0.50％를 초과하면 극저온에 있어서의 인성이 저하된다. 그 때문에, Cu 함유량의 상한을 0.50％로 한다. Cu 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.40％, 보다 바람직하게는 0.30％, 더욱 바람직하게는 0.20％이다.
Cu는, 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. Cu 함유량의 하한값을 0.02％, 0.05％, 또는 0.10％로 해도 된다. Cu 함유량의 상하한값, 및 바람직한 상하한값은, 판 두께 및 Ni 함유량에 관계없이 상술한 값으로 된다.
(Cr: 0 내지 0.50％)
Cr은, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 Cr을 함유해도 된다. 단, Cr 함유량이 0.50％를 초과하면 극저온에 있어서의 인성이 저하된다. 그 때문에, Cr 함유량의 상한을 0.35％로 한다. Cr 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.30％, 보다 바람직하게는 0.20％, 더욱 바람직하게는 0.10％이다.
Cr은, 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. Cr 함유량의 하한값을 0.02％, 0.05％, 또는 0.10％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, Cr 함유량을 0.35％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Cr 함유량의 상한값은 0.30％, 0.25％, 또는 0.20％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 Cr 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(Mo: 0 내지 0.40％)
Mo은, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이고, 입계 취화를 억제하는 효과도 가지므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 Mo을 함유해도 된다. 단, Mo은 고가의 원소이고, Mo 함유량이 0.40％를 초과하면 경제성을 손상시킨다. 그 때문에, Mo 함유량을 0.40％ 이하로 제한한다.
Mo은, 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. Mo 함유량의 하한값을 0.02％, 0.05％, 또는 0.10％로 해도 된다. Mo 함유량의 상하한값, 및 바람직한 상하한값은, 판 두께 및 Ni 함유량에 관계없이 상술한 값으로 된다.
(Nb: 0 내지 0.020％)
Nb은, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이고, 금속 조직의 미세화에 의한 극저온 인성의 향상 효과도 가지므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 Nb을 함유해도 된다. 단, Nb 함유량이 0.020％를 초과하면, 극저온에 있어서의 인성이 저하된다. 그 때문에, Nb 함유량의 상한을 0.020％로 한다. Nb 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.015％, 보다 바람직하게는 0.010％이다.
Nb은 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. Nb 함유량의 하한값을 0.002％, 또는 0.005％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, Nb 함유량을 0.015％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Nb 함유량의 상한값은 0.012％, 또는 0.010％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 Nb 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(V: 0 내지 0.080％)
V은, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 V을 함유해도 된다. 그러나, V 함유량이 0.080％를 초과하면 극저온에 있어서의 인성이 저하된다. 그 때문에, V 함유량의 상한을 0.080％로 한다. V 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.060％, 보다 바람직하게는 0.040％이다.
V은 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. V 함유량의 하한값을 0.002％, 0.005％, 또는 0.010％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, V 함유량을 0.060％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 V 함유량의 상한값은 0.050％, 또는 0.040％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 V 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(Ti: 0 내지 0.020％)
Ti은, TiN을 형성하여, 금속 조직의 미세화나, 극저온 인성을 저하시키는 고용 N의 저감에도 기여하므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 Ti을 함유해도 된다. 그러나, Ti 함유량이 0.020％를 초과하면, 극저온에 있어서의 인성이 저하된다. 그 때문에, Ti 함유량의 상한을 0.020％로 한다. 바람직한 Ti 함유량의 상한은 0.015％이고, 보다 바람직한 상한은 0.010％이다.
Ti은, 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. Ti 함유량의 하한값을 0.001％, 0.002％, 또는 0.005％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, Ti 함유량을 0.015％ 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 적은 경우, 바람직한 Ti 함유량의 상한값은 0.012％, 또는 0.010％이다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 Ti 함유량의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
이하에 설명되는 B, Ca, REM, Sb, Sn, As, Co, Zn 및 W의 함유량의 상하한값, 및 바람직한 상하한값은, 판 두께 및 Ni 함유량에 관계없이 동일한 값으로 된다.
(B: 0 내지 0.0020％)
B는, 실온에서의 항복 응력을 상승시키는 원소이고, 또한 BN를 형성하여, 극저온 인성을 저하시키는 고용 N의 저감에도 기여하므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 B를 함유해도 된다. 그러나, B를 0.0020％ 초과 함유하면, 극저온에 있어서의 인성이 저하되므로, B 함유량의 상한을 0.0020％로 한다. B 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0015％이고, 보다 바람직하게는 0.0012％, 더욱 바람직하게는 0.0010％이다.
B는 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. B 함유량의 하한값을 0.0001％, 0.0002％, 또는 0.0005％로 해도 된다.
(Ca: 0 내지 0.0040％)
Ca은, 열간 압연에 의해 연신하여 극저온 인성에 대한 유해성이 높아지기 쉬운 개재물인 MnS을, CaS으로서 구상화시키므로, 극저온 인성의 향상에 유효하다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 Ca을 함유해도 된다. 그러나, Ca 함유량이 0.0040％를 초과하면, Ca을 함유하는 산 황화물이 조대화되고, 이 산 황화물이 극저온에 있어서의 Ni강의 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Ca 함유량의 상한을 0.0040％로 제한하고, 바람직하게는 0.0030％로 한다.
Ca은, 용강 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. Ca 함유량의 하한값을 0.0005％, 0.0010％, 또는 0.0015％로 해도 된다.
(REM: 0 내지 0.0050％)
REM(희토류 금속 원소)은, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17원소를 가리키고, REM의 함유량이란, 이들 17원소의 합계 함유량을 의미한다. REM은, Ca과 마찬가지로, 열간 압연에 의해 연신하여 극저온 인성에 대한 유해성이 높아지기 쉬운 개재물인 MnS을, REM의 산 황화물로서 구상화하여, 극저온 인성의 향상에 유효하다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 Ni강은 REM을 함유해도 된다. 그러나, REM 함유량이 0.0050％를 초과하면, REM을 함유하는 산 황화물이 조대화되고, 이 산 황화물이 극저온에 있어서의 Ni강의 인성을 저하시킨다. 이 때문에, REM 함유량의 상한을 0.0050％로 제한하고, 바람직하게는 0.0040％로 한다.
REM은, 용강의 제조 시에 불순물로서 Ni강에 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. REM 함유량의 하한값을 0.0005％, 0.0010％, 또는 0.0015％로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 Ni강은, 상기 성분을 함유 또는 제한하고, 잔부가 철 및 불순물을 포함한다. 여기서, 불순물이란, 강을 공업적으로 제조할 때에, 광석이나 스크랩 등과 같은 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 Ni강에 혼입되는 성분이고, 본 실시 형태에 관한 Ni강에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 단, 본 실시 형태에 관한 Ni강에 있어서는, 불순물 중, P 및 S에 대해서는, 상술한 바와 같이, 상한을 규정할 필요가 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 Ni강은, 상기 성분 외에, 강재 자체의 강도, 극저온 인성 등을 한층 더 개선할 목적으로, 혹은 스크랩 등의 부원료로부터의 불순물로서, 예를 들어 이하의 합금 원소를 함유해도 된다.
Sb은, 극저온 인성을 손상시킨다. 그 때문에, Sb 함유량은, 0.005％ 이하인 것이 바람직하고, 0.003％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.001％ 이하인 것이 가장 바람직하다.
Sn은, 극저온 인성을 손상시킨다. 그 때문에, Sn 함유량은, 0.005％ 이하인 것이 바람직하고, 0.003％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.001％ 이하인 것이 가장 바람직하다.
As는, 극저온 인성을 손상시킨다. 그 때문에, As 함유량은, 0.005％ 이하인 것이 바람직하고, 0.003％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.001％ 이하인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 성분의 상기 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Co, Zn 및／또는 W의 함유량을, 각각 0.01％ 이하 또는 0.005％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Sb, Sn, As, Co, Zn 및 W의 하한을 제한할 필요는 없고, 각 원소의 하한은 0％이다. 또한, 하한의 규정이 없거나, 또는 하한이 0％인 합금 원소(예를 들어, P, S, Cu, Cr, Mo, Nb, V, Ti, B, Ca 및 REM)가 의도적으로 첨가되었다고 해도, 또는 불순물로서의 혼입이라도, 그 함유량이 상술한 규정 범위 내에 있으면, 그 극저온용 강(강재)은, 본 실시 형태에 관한 Ni강이라고 해석된다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 금속 조직에 대하여 설명한다. 또한, Ni 함유량 및 판 두께에 따른 가일층의 한정이 필요해지는 요건에 관해서는, 그 취지를 적절히 설명하기로 한다.
본 발명자들은, 극저온에서는, 구 오스테나이트 입계에서 파괴가 발생하고, 인성이 저하되기 쉬운 것을 새롭게 발견했다. 본 실시 형태에 관한 Ni강은, 열간 압연 후에, 수랭 또는 공랭하고, 재가열 ?칭, 중간 열처리, 템퍼링이라는 열처리를 실시하여 제조되지만, 여기서 설명하는 구 오스테나이트 입계란, 재가열 ?칭의 가열 시에 존재하고 있던 오스테나이트의 입계이다. 이 재가열 ?칭의 가열 시에 존재하고 있던 구 오스테나이트 입계에는 조대한 것이 많다. 조대한 구 오스테나이트 입계에는 Mn, P 및 Si가 편석되어 있고, 이들 원소가 구 오스테나이트 입계의 결합력을 저하시켜, －253℃에서의 인성을 손상시킨다고 생각된다.
또한, 중간 열 처리 시에도 새롭게 구 오스테나이트 입계가 생성되지만, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 제조에 있어서의, 중간 열처리의 온도는, 610 내지 650℃로 낮고, 새로운 구 오스테나이트 입자에는 조대한 것이 매우 적다. 조대하지 않은 구 오스테나이트 입계로 편석하는 Mn, P, Si의 양은 비교적 적으므로, 이들 조대하지 않은 구 오스테나이트 입계(그 대부분은, 중간 열 처리 시에 생성한 구 오스테나이트 입계임)로부터의 파괴는 비교적 일어나기 어렵다.
이 때문에, 극저온 인성의 확보를 위해서는, 조대한 구 오스테나이트 입자를 제어하는 것이 실질적으로 중요하다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 Ni강에 있어서, 구 오스테나이트 입자의 입경 또는 애스펙트비를 측정하는 경우에는, 조대한 구 오스테나이트 입자만을 측정 대상으로 한다. 본 실시 형태에서는 구 오스테나이트 입계가 조대한지 여부의 판단은, 그 구 오스테나이트 입자의 입경이 2.0㎛ 이상인지 여부에 의해 행한다. 즉, 입경이 2.0㎛ 미만인 구 오스테나이트 입자는, 극저온 인성을 손상시키지 않는 구 오스테나이트 입자라고 판단한다. 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 또는 평균 애스펙트비를 측정할 때, 입경이 2.0㎛ 미만인 구 오스테나이트 입자는 제외한다. 본 실시 형태에 관한 Ni강에 있어서, 「구 오스테나이트 입자의 평균 입경」이란, 입경이 2.0㎛ 이상인 구 오스테나이트 입자 각각의 입경의 평균값을 의미하고, 「구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비」란, 입경이 2.0㎛ 이상인 구 오스테나이트 입자 각각의 애스펙트비의 평균값을 의미한다.
본 발명자들은, 극저온에서, 구 오스테나이트 입계에서의 파괴를 억제하는 수단에 대하여 수많은 검토를 실시했다. 그 결과, (A) C 함유량을 0.070％ 이하로 하는 것(단, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 경우이고, (B) 내지 (F)에 대해서도 마찬가지임), (B) Mn 함유량을 0.80％ 이하로 하는 것, (C) P 함유량을 0.0080％ 이하로 하는 것, (D) Si 함유량을 0.30％ 이하로 하는 것, (E) 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 15.0㎛ 이하로 하는 것, (F) 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비를 2.4 이하로 억제하는 것의 6개의 조건을 동시에 만족시킨 때에, 구 오스테나이트 입계에서의 파괴가 억제되어, 극저온에서의 인성을 확보할 수 있는 것을 본 발명자들은 알아냈다. 또한, 판 두께를 20㎜ 이하로 하고, 또한 (A) 내지 (F)의 조건을 한층 엄격하게 제어하면, Ni 함유량을 11.5％ 미만으로 삭감할 수 있으므로, 원료 비용을 저감 가능하다.
이와 같이, 극저온에서는, 조대한 구 오스테나이트 입계와 같은, 결합력이 비교적 약한 부분에서 선택적으로 파괴가 발생하기 쉬워진다고 추정된다. 따라서, 조대한 구 오스테나이트 입계의 결합력을 약화시키는 시멘타이트, 그리고 Mn 및 P의 편석을 억제함으로써, 조대한 구 오스테나이트 입계의 결합력의 저하를 억제할 수 있다고 생각된다. 또한, C 함유량과 Si 함유량의 증가 및 구 오스테나이트 입자의 조대화는, 입계 시멘타이트의 조대화를 촉진한다. 따라서, C 함유량 및 Si 함유량의 억제와 구 오스테나이트의 세립화가, 극저온에 있어서의 구 오스테나이트 입계에서의 파괴의 억제에 필요해진다.
(판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경: 3.0 내지 15.0㎛)
판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경은 3.0 내지 15.0㎛로 할 필요가 있다. 본 실시 형태에 있어서, 특별히 정함이 없는 한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이란 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 것을 나타낸다. 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 15.0㎛를 초과하면, 구 오스테나이트 입계에 석출되는 시멘타이트가 조대로 되고, 또한 입계에서의 Mn 및 P의 농도가 상승한다. 조대한 시멘타이트의 석출, 그리고 Mn 및 P의 농화는, 구 오스테나이트 입계의 결합력을 약화시켜 구 오스테나이트 입계에서의 파괴를 초래하는 경우가 있다. 또한, Mn 및 P의 편석 개소, 그리고 조대 시멘타이트가 취성 파괴의 발생의 기점으로 되는 경우도 있다. 이와 같이, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 증대는, 극저온에서의 인성을 저하시키므로, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 상한을 15.0㎛로 한다. 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 상한을 12.0㎛, 10.0㎛, 9.0㎛, 8.0㎛, 또는 7.5㎛로 해도 된다. 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 3.0㎛ 미만으로 세립화하기 위해서는, 열처리의 횟수를 증가시키는 등, 제조 비용의 상승을 수반하는 수단이 필요해지므로, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 하한을 3㎛로 한다.
Ni 함유량이 적은 경우, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 8.0㎛ 이하로 할 필요가 있다. 필요에 따라, 그 상한을 7.0㎛, 또는 6.0㎛로 해도 된다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
(판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비: 1.0 내지 2.4)
또한, 본 실시 형태에 관한 Ni강에서는, 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비가 2.4 이하로 된다. 본 실시 형태에 있어서, 특별히 정함이 없는 한, 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비란 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 것을 나타낸다. 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비란, 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면(L면)에서의 구 오스테나이트 입자의 길이와 두께의 비, 즉, 구 오스테나이트 입자의 압연 방향 길이/구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 두께이다. 따라서, 구 오스테나이트 입자의 길이와 두께가 동일한 경우가 평균 애스펙트비의 하한이고, 평균 애스펙트비는 1.0 이상이다.
구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비의 상기 수치 범위는, 상술한 화학 조성을 갖는 강에, 후술하는 제조 방법을 적용한 경우에, 달성된다. 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비의 상한을 2.3, 2.2, 2.0, 1.8, 또는 1.7로 해도 된다. 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비의 상하한값, 및 바람직한 상한값은, 판 두께 및 Ni 함유량에 관계없이 상술한 값으로 된다.
구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 평균 애스펙트비의 측정은, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면(L면)을 관찰면으로 하여 행한다. 구 오스테나이트 입계는, 관찰면을 피크르산 포화 수용액으로 부식시킴으로써 현출시킨다. 부식 처리된 L면의 확대 사진을, 주사형 전자 현미경(SEM)으로, 1000배 또는 2000배의 배율로, 5시야 이상으로 촬영한다. 이들 SEM 사진에 포함되는, 적어도 20개의 원상당 입경(직경) 2.0㎛ 이상의 구 오스테나이트 입자의 원상당 입경(직경)을 화상 처리에 의해 구하고, 이것들의 평균값을 산출함으로써, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 얻어진다. 또한, 상술한 SEM 사진에 포함되는, 적어도 20개의 원상당 입경(직경) 2.0㎛ 이상의 구 오스테나이트 입자의, 압연 방향의 길이와 두께 방향의 두께의 비(애스펙트비)를 측정하고, 이것들의 평균값을 산출함으로써, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비가 얻어진다. 입경이 2.0㎛ 미만인 구 오스테나이트 입자가 포함되는 경우, 이것을 제외하고 상술한 측정을 실시한다.
(판 두께 중심부의 금속 조직에 있어서의 오스테나이트상의 체적 분율: 2.0 내지 20.0체적％)
또한, 극저온에 있어서의 인성을 높이기 위해, 실온의 Ni강의 판 두께 중심부의 금속 조직은 오스테나이트상을 체적 분율로 2.0체적％ 이상 함유한다. 본 실시 형태에 있어서, 특별히 정함이 없는 한, 오스테나이트상의 체적 분율이란 판 두께 중심부에 있어서 측정되는 것을 나타낸다. 또한, 이 오스테나이트상은 구 오스테나이트와는 달리, 열처리 후의 Ni강에 존재하는 오스테나이트상이고, 그 체적 분율은 X선 회절법으로 측정된다. 실온에서 2.0 내지 20.0체적％의 오스테나이트상이 Ni강의 판 두께 중심부에 포함되는 경우, 그 Ni강에는 극저온까지 냉각되어도, 극저온에서의 인성의 확보에 필요한 양의 안정된 오스테나이트상이 존재한다고 생각된다.
극저온에서도 안정된 오스테나이트상이 존재하는 경우, 부하되는 응력이나 변형이 오스테나이트의 소성 변형에 의해 완화되므로, 인성이 향상된다고 생각된다. 또한, 오스테나이트상은 구 오스테나이트 입계나 템퍼링 마르텐사이트의 블록 경계나 라스 경계 등에, 비교적, 균일하고 미세하게 생성된다. 즉, 오스테나이트상은 취성 파괴의 발생의 기점으로 될 가능성이 높은 경질상의 근방에 존재하고, 경질상의 주위에 대한 응력이나 변형의 집중을 완화하여, 취성 파괴의 발생의 억제에 기여한다고 생각된다. 또한, 2.0체적％ 이상의 오스테나이트상을 판 두께 중심부에 생성시킨 결과, 취성 파괴의 발생의 기점으로 되는 조대한 시멘타이트도 대폭으로 감소시킬 수 있다고 생각된다. 판 두께 중심부의 금속 조직에 있어서의 오스테나이트상의 체적 분율의 하한값을 3.0체적％, 또는 4.0체적％로 해도 된다.
한편, 오스테나이트상의 체적 분율이 과잉으로 증가하면, 오스테나이트상으로의 C 등의 농화가 불충분해져, 극저온에서는 오스테나이트상이 마르텐사이트로 변태될 가능성이 높아진다. 극저온에서 마르텐사이트로 변태되는 불안정한 오스테나이트는, 극저온에서의 극저온 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, 판 두께 중심부의 금속 조직에 있어서의 오스테나이트상의 체적 분율은 20.0체적％ 이하, 또는 15.0체적％ 이하가 바람직하다. 판 두께 중심부의 금속 조직에 있어서의 오스테나이트상의 체적 분율의 상한값을 12.0체적％, 10.0체적％, 또는 6.0체적％로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, 오스테나이트상의 체적 분율을 6.0체적％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 그 상한을 5.0체적％, 4.5체적％, 또는 4.0체적％로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 Ni강의 금속 조직의 잔부는 주로 (템퍼링)마르텐사이트이다. 구 오스테나이트 입경 및 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비를 상술한 범위 내로 한 Ni강을 제조하기 위해서는, 제조 방법이, 열간 압연 후의 수랭 또는 공랭, 재가열 ?칭, 중간 열처리 및 템퍼링을 포함하는 것이 필요해진다. 이러한 제조 방법을 상술한 화학 조성을 갖는 강에 적용한 경우, 얻어지는 금속 조직의 잔부(즉, 모상)는 필연적으로 템퍼링 마르텐사이트로 된다. 또한, 금속 조직의 잔부가 오스테나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 어느 쪽으로도 분류되지 않는 상(예를 들어, 조대 개재물 등)을 함유하는 경우가 있다. 판 두께 중심부의 금속 조직에 있어서의 오스테나이트상 및 템퍼링 마르텐사이트상의 합계 체적 분율이 99.0체적％ 이상인 경우, 이것들 이외의 상의 함유는 허용된다. 템퍼링 마르텐사이트 상의 체적 분율을 측정하는 경우, 부식액으로서 나이탈을 사용한 광학 현미경에 의한 조직 관찰에서 측정한 면적 분율을, (면적 분율은 기본적으로 체적 분율과 동일하기 때문에)그대로 체적 분율로 한다.
판 두께 중심부에 있어서의 오스테나이트상의 체적 분율은, Ni강의 판 두께 중심부로부터 Ni강의 판면에 평행한 면을 갖는 샘플을 채취하고, 이 샘플에 X선 회절법을 적용함으로써 측정한다. 오스테나이트상의 체적 분율은, X선 피크의 오스테나이트(면심입방 구조)와 템퍼링 마르텐사이트(체심입방 구조)의 적분 강도의 비로부터 구한다. 구체적으로는, 채취한 시료의 X선 회절을 행하여, BCC 구조 α상의 (111)면, (200)면 및 (211)면의 적분 강도와, FCC 구조의 오스테나이트상의 (111)면, (200)면 및 (220)면의 적분 강도의 비로부터, 오스테나이트상의 체적 분율을 측정하면 된다.
또한, 본 발명에 있어서는, 오스테나이트상의 체적 분율의 측정 전에, 시험편을 극저온으로 냉각하는 처리(소위 심랭 처리)는, 불필요하다. 그러나, 심랭 처리 후의 시험편밖에 없는 등의 경우, 심랭 처리 후의 시험편으로 오스테나이트상의 체적 분율을 측정해도 된다.
(판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경: 바람직하게는 2.0 내지 8.0㎛)
판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경(이하 「평균 유효 결정 입경」이라고 줄임)은 2.0 내지 8.0㎛로 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서, 유효 결정 입경은, 15° 이상의 방위 차를 갖는 금속 조직의 경계로 둘러싸인 영역(유효 결정립)의 원 상당 직경이라고 정의된다. 본 실시 형태에 있어서, 특별히 정함이 없는 한, 평균 유효 결정 입경이란 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 것을 나타낸다. 유효 결정립을 미세화하면, 파괴 균열의 전파의 저항이 커져, 인성이 향상된다. 단, 평균 유효 결정 입경을 2.0㎛ 미만으로 세립화하기 위해서는 열처리의 횟수를 증가시키는 등, 제조 비용의 상승을 수반하는 수단이 필요해지므로, 평균 유효 결정 입경의 하한을 2.0㎛로 하는 것이 바람직하다. 평균 유효 결정 입경의 하한을 3.0㎛, 4.0㎛, 또는 5.0㎛로 해도 된다. 또한, 평균 유효 결정 입경이 8.0㎛를 초과하면, 취성 파괴의 발생의 기점으로 되는 경질상, 즉, 구 오스테나이트 입계나 템퍼링 마르텐사이트 중의 조대한 시멘타이트나, 조대한 AlN, MnS, 알루미나 등의 개재물에 작용하는 응력이 높아져, 극저온에서의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 평균 유효 결정 입경의 상한을 8.0㎛로 하는 것이 바람직하다. 평균 유효 결정 입경의 상한을 7.0㎛, 6.0㎛, 또는 5.0㎛로 해도 된다.
Ni 함유량이 적은 경우, 평균 유효 결정 입경을 5.0㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량이 적은 Ni강의 평균 유효 결정 입경의 하한값, 및 바람직한 하한값은, Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강의 것과 동일하게 하면 된다.
평균 유효 결정 입경은, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면(L면)을 관찰면으로 하여, 주사형 전자 현미경에 부속의 전자선 후방 산란 회절 패턴법(Electron Back Scatter Diffraction: EBSD) 해석 장치를 사용하여 측정한다. 배율 2000배로 5시야 이상의 관찰을 행하고, 15° 이상의 방위 차를 갖는 금속 조직의 경계를 입계라고 간주하고, 이 입계로 둘러싸인 결정립을 유효 결정립이라고 간주하고, 유효 결정립의 원상당 입경(직경)을 화상 처리에 의해 구하고, 그것들의 원상당 입경의 평균값을 산출함으로써, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경이 구해진다.
(판 두께: 4.5 내지 30㎜)
본 실시 형태에 관한 Ni강은 주로 Ni 강판이고, 그 판 두께는 30㎜ 이하이다. 판 두께가 4.5㎜ 미만인 Ni강은, 예를 들어 액체 수소 탱크와 같은 거대 구조물의 재료로서 사용하는 경우는 거의 없기 때문에, 4.5㎜를 판 두께의 하한으로 했다. 판 두께가 30㎜ 초과인 경우, 재가열 ?칭 시의 냉각 속도가 극히 느려지므로, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 성분 범위(특히, Ni양)에서는 저온 인성의 확보가 매우 어려워진다. 필요에 따라, 판 두께의 하한을 6㎜, 8㎜, 10㎜, 또는 12㎜로 해도 되고, 판 두께의 상한을 25㎜, 20㎜, 또는 16㎜로 해도 된다.
(실온에서의 항복 응력: 460 내지 710㎫)
(실온에서의 인장 강도: 560 내지 810㎫)
본 실시 형태에 관한 Ni강의 실온에서의 항복 응력은, 460 내지 710㎫로 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 실온에서의 인장 강도는, 560 내지 810㎫로 한다. 항복 응력의 하한값을 470㎫, 500㎫, 또는 520㎫로 해도 된다. 항복 응력의 상한값을 690㎫, 670㎫, 또는 650㎫로 해도 된다. 인장 강도의 하한값을 580㎫, 600㎫, 또는 620㎫로 해도 된다. 인장 강도의 상한값을 780㎫, 760㎫, 또는 750㎫로 해도 된다. 본 실시 형태에 있어서 실온이란, 원칙적으로 20℃로 한다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 지극히 저온용 강의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 Ni강은, 제조 방법에 상관없이, 상술한 구성을 갖고 있으면, 그 효과가 얻어진다. 그러나, 예를 들어 이하와 같은 제조 방법에 의하면, 본 실시 형태에 관한 Ni강이 안정적으로 얻어진다.
본 실시 형태에 관한 Ni강의 제조 방법은,
용강 온도를 1650℃ 이하로 하고, 용강 O 농도를 0.01％ 이하, 용강 S 농도를 0.02％ 이하로 한 상태에서, 원소의 함유량의 조정을 행한 후, 연속 주조에 의해 강편을 제조하는 공정과,
얻어진 강편을 950 내지 1160℃로 가열하고, 30 내지 180분 유지하는 공정과,
강편을, 950℃ 이하에서의 누적 압하율이 80％ 이상, 95％ 이하이고, 종료 온도가 650 내지 850℃인 조건에서 열간 압연하는 공정과,
열연 강판을, 냉각 개시 온도를 550 내지 850℃로 하여 실온까지 수랭, 또는 열연 강판을 공랭하는 공정과,
열연 강판을, 재가열 ?칭 온도를 720 내지 880℃로 하고, 유지 시간을 20 내지 180분으로 하고, 수랭 정지 온도를 200℃ 이하로 하여 재가열 ?칭하는 공정과,
열연 강판을, 중간 열 처리 온도를 610 내지 650℃로 하고, 유지 시간을 20 내지 180분으로 하여 중간 열처리하는 공정과,
열연 강판을, 템퍼링 온도를 530 내지 570℃로 하고, 유지 시간을 20 내지 180분으로 하여 템퍼링하는 공정을 구비한다. 이들 제조 조건은, Ni 함유량 등에 따라, 더 한정하는 것이 바람직하다.
이하에는, 그 제조 조건의 상세에 대하여 설명한다.
열간 압연 전에, 주조편은 가열된다. 여기서, 가열 온도를 950 내지 1160℃로 한다. 주조편의 가열 온도가 950℃를 하회하면, 소정의 열간 압연의 종료 온도를 하회하는 경우가 있다. 주조편의 가열 온도가 1160℃를 상회하면, 가열 시에 오스테나이트 입경이 조대로 되어, 극저온에서의 Ni강의 인성이 저하되는 경우가 있다. AlN의 용체화를 위해, 가열의 유지 시간은 30 내지 180분이다. Ni 함유량이 적은 경우, 열간 압연의 가열 온도를 950 내지 1100℃로 한다. Ni 함유량이 적은 경우도, 가열의 유지 시간은 30 내지 180분이다.
열간 압연에서는, 950℃ 이하에서의 누적 압하율이 80％를 하회하면, 압연 중의 주조편에 있어서 오스테나이트의 재결정에 의한 오스테나이트 입자의 세립화가 불충분해져, 압연 후의 오스테나이트 입자의 일부가 조대화되고, Ni강의 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 950℃ 이하에서의 누적 압하율의 하한은 80％로 한다. 압연 시의 재결정에 의한 구 오스테나이트 입자의 균질한 세립화는, 본 실시 형태에 관한 Ni강의 극저온 인성을 확보하는 데 있어서 특히 중요하고, 압연 온도 및 압하율의 엄격한 규제가 필요하다. 950℃ 이하에서의 누적 압하율이 95％를 상회하면, 압연 시간이 장시간으로 되어, 생산성에 과제가 발생하는 경우가 있으므로, 950℃ 이하에서의 누적 압하율의 상한은 95％로 한다.
열간 압연의 종료 온도가 650℃를 하회하면, 변형 저항이 커져, 압연기에 대한 부하가 증대된다. 따라서, 열간 압연의 종료 온도의 하한은 650℃로 한다. 열간 압연의 종료 온도가 850℃를 상회하면, 압연에 의해 도입된 전위가 회복에 의해 감소하고, Ni강의 극저온 인성이 부족한 경우, 또는 Ni강의 실온 항복 응력이 부족한 경우가 있으므로, 종료 온도의 상한은 850℃로 한다. Ni 함유량이 적은 경우, 종료 온도의 상한은 800℃로 한다.
열간 압연 후의 냉각 수단은, 수랭 또는 공랭의 어느 것이어도 되지만, 수랭하는 것이 바람직하다. 수랭하는 경우, 수랭 종료 온도는, 200℃ 이하로 하고, 수랭 개시 온도는, 550 내지 850℃로 하는 것이 바람직하다.
재가열 ?칭은, 열연 강판을 재가열 ?칭 온도까지 가열하여, 재가열 ?칭 온도에서 온도 유지하고, 이어서 냉각하는 열처리이고, 구 오스테나이트의 미세화에 유효하다. 재가열 ?칭 온도(재가열 시의 가열 온도)는 720 내지 880℃로 한다. 재가열 ?칭 온도가 720℃를 하회하면, 오스테나이트로 변태되지 않는 부분이 재가열 ?칭 후의 열연 강판에 남아, Ni강의 실온에서의 항복 응력 또는 인장 강도가 저하되는 경우가 있다. 재가열 ?칭 온도가 880℃를 상회하면, 오스테나이트 입경이 조대화됨과 함께, AlN이 조대화되기 때문에, Ni강의 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 재가열 ?칭 시의 유지 시간은 20 내지 180분으로 한다. 재가열 ?칭의 유지 시간이 20분 미만인 경우, 오스테나이트 변태가 충분히 진전되지 않을 우려가 있다. 한편, 재가열 ?칭의 유지 시간이 180분 초과인 경우, 오스테나이트 입자가 조대화될 우려가 있다. 재가열 ?칭 시의 냉각은, 재가열 시의 가열 온도로부터, 200℃ 이하까지 ?칭을 행한다. Ni 함유량이 적은 경우, 재가열 ?칭 온도는 740 내지 780℃로 한다. ?칭 시의 평균 냉각 속도는, 10℃/초 이상으로 한다.
중간 열처리는, 재가열 ?칭 후의 열연 강판을 중간 열 처리 온도까지 가열하고, 중간 열 처리 온도에서 온도 유지하고, 이어서 냉각하는 열처리이고, 극저온 인성의 향상에 기여하는 유효 결정 입경의 세립화 및 오스테나이트상의 확보에 유효하다. 중간 열 처리 온도는 610 내지 650℃로 한다. 중간 열 처리 온도가 610℃를 하회하면, 오스테나이트 변태가 불충분해지고, 또한 과도하게 템퍼링된 템퍼링 마르텐사이트의 분율이 증가하므로, Ni강의 강도가 저하되는 경우가 있다. 또한, 중간 열 처리 온도가 610℃보다도 낮아지면, Ni강의 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다.
중간 열 처리 온도가 650℃를 상회하면, 열연 강판에 있어서 과잉으로 오스테나이트 변태가 진행된다. 그 결과, 오스테나이트의 안정화가 불충분해져, 체적 분율로 2.0체적％ 이상의 오스테나이트상을 Ni강의 판 두께 중심부에 있어서 확보할 수 없게 되거나, Ni강의 극저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 중간 열처리의 유지 시간은 20 내지 180분으로 한다. 중간 열처리의 유지 시간이 20분 미만인 경우, 오스테나이트 변태가 충분히 진전되지 않을 우려가 있다. 한편, 중간 열처리의 유지 시간이 180분 초과인 경우, 인성에 악영향을 미치는 탄화물이 석출될 우려가 있다. 중간 열 처리 시의 냉각 방법은, 템퍼링 취화를 피하기 위해 수랭으로 하여, 200℃ 이하까지 수랭한다. 수랭 시의 평균 냉각 속도는, 8℃/초 이상으로 한다.
템퍼링은, 중간 열처리 후의 열연 강판을 템퍼링 온도까지 가열하고, 템퍼링 온도에서 온도 유지하고, 이어서 냉각하는 열처리이고, 오스테나이트상의 확보에 유효하다. 템퍼링 온도는 530 내지 570℃로 한다. 템퍼링 온도가 530℃를 하회하면, Ni강의 판 두께 중심부에 있어서 오스테나이트상을 체적 분율로 2.0체적％ 이상 확보할 수 없게 되어, Ni강의 극저온 인성이 부족한 경우가 있다. 템퍼링 온도가 570℃를 상회하면, 실온에서의 Ni강의 오스테나이트상의 양이 체적 분율로 20.0체적％를 초과해 버리는 경우가 있고, 이러한 Ni강을 극저온까지 냉각하면, 일부의 오스테나이트가 고C 마르텐사이트로 변태되어, Ni강의 극저온 인성을 저하시키는 경우가 있다. 이 때문에, 템퍼링 온도의 상한은 570℃ 이하이다. 템퍼링의 유지 시간은 20 내지 180분으로 한다. 템퍼링의 유지 시간이 20분 미만인 경우, 오스테나이트의 안정성이 충분히 확보되지 않을 우려가 있다. 한편, 템퍼링의 유지 시간이 180분 초과인 경우, 인성에 악영향을 미치는 탄화물이 석출될 우려 및 인장 강도가 부족할 우려가 있다. 템퍼링 시의 냉각 방법은, 템퍼링 취화를 피하기 위해 수랭으로 하고, 200℃ 이하까지 수랭한다. 수랭 시의 평균 냉각 속도는, 5℃/초 이상으로 한다.
실시예
이하에 본 발명의 실시예를 나타내지만, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 일례이고, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예에 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1: Ni 함유량이 11.5％ 이상인 Ni강)
전로에 의해 강을 용제하고, 연속 주조에 의해 두께가 150 내지 300㎜인 슬래브를 제조했다. 표 1, 표 2에 강종 A1 내지 A24의 화학 성분을 나타낸다. 이것들의 슬래브를 가열하여, 제어 압연을 행하고, 그대로 수랭 또는 공랭하고, 재가열 ?칭, 중간 열처리, 템퍼링의 열처리를 실시하여 강판을 제조했다. 열간 압연의 가열 유지의 시간은 30 내지 120분으로 하고, 재가열 ?칭, 중간 열처리 및 템퍼링의 열처리의 유지 시간은 20 내지 60분으로 했다. 열간 압연 후에 수랭을 행한 경우, 수랭은 200℃ 이하까지 행하였다. 재가열 ?칭, 중간 열처리 및 템퍼링의 열처리에 있어서의 냉각 수단은 수랭으로 하고, 수랭은 각 열처리에 있어서의 처리 온도로부터 200℃ 이하까지 행하였다. 강판으로부터 시료를 채취하여, 금속 조직, 인장 특성, 인성을 평가했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경(구γ의 평균 입경)은, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면(L면)을 관찰면으로 하여 측정했다. 또한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경은, JIS G 0551에 준거하여 측정했다. 먼저, 시료의 관찰면을 피크르산 포화 수용액으로 부식하고, 구 오스테나이트 입계를 현출시킨 후, 주사형 전자 현미경으로 1000배 혹은 2000배로 5시야 이상의 사진을 촬영했다. 조직 사진을 사용하여, 구 오스테나이트 입계를 동정한 후에, 적어도 20개의 구 오스테나이트 입자에 대하여 원상당 입경(직경)을 화상 처리에 의해 구하고, 이것들의 평균값을 구 오스테나이트 입자의 평균 입경으로 했다.
또한, 본 발명 강에서는 구 오스테나이트의 입계가 파괴되기 어려운 것처럼, 구 오스테나이트 입경의 세립화 및 P 함유량의 억제 등을 실시하므로, 구 오스테나이트 입계를 부식에 의해 동정하기 어려운 경우가 있다. 이러한 경우, 샘플을 450 내지 490℃로 가열 후, 1시간 이상 온도 유지하는 열처리를 실시한 후, 상술한 방법으로 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 측정했다.
또한, 450 내지 490℃에서의 열처리를 행해도 구 오스테나이트 입계의 동정이 어려운 경우는, 열처리 후의 샘플로부터 샤르피 시험편을 채취하고, －196℃에서 충격 시험을 행하고, 구 오스테나이트 입계에서 파괴를 발생시킨 샘플을 사용했다. 이 경우는, 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면(L면)으로 파면의 단면을 제작하고, 부식 후, 주사형 전자 현미경으로 판 두께 중심부의 파면 단면의 구 오스테나이트 입계를 동정하여, 구 오스테나이트 입경을 측정했다. 열처리에 의해 구 오스테나이트 입계를 취화시키면, 샤르피 시험 시의 충격 하중으로 구 오스테나이트 입계에 미소한 크랙이 발생하기 때문에, 구 오스테나이트 입계가 동정되기 쉬워진다.
판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비(구γ 입자의 평균 애스펙트비)는, 상술한 바와 같이 하여 동정한 구 오스테나이트 입계에 둘러싸이는 영역(구 오스테나이트 입자)의 길이의 최댓값(압연 방향의 길이)과, 최솟값(두께 방향의 두께)의 비로서 구했다. 적어도 20개의 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비를 측정하고, 그것들의 평균값을 산출함으로써 구했다.
판 두께 중심부의 금속 조직에 포함되는 오스테나이트상의 체적 분율(γ상의 체적 분율)은, 판 두께 중심부에 대하여 판면에 평행한 샘플을 채취하여 X선 회절법으로 측정했다. 오스테나이트상의 체적 분율은, X선 피크의 오스테나이트(면심입방 구조)와 템퍼링 마르텐사이트(체심입방 구조)의 적분 강도의 비로부터 구했다.
판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경은, 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면(L면)을 관찰면으로 하고, 주사형 전자 현미경에 부속의 EBSD 해석 장치를 사용하여 행하였다. 배율 2000배로 5시야 이상의 관찰을 행하여, 15° 이상의 방위 차를 갖는 금속 조직의 경계를 입계라고 간주하고, 이 입계로 둘러싸인 결정립을 유효 결정립이라고 하고, 그것들의 면적으로부터 원상당 입경(직경)을 화상 처리에 의해 구하고, 그것들의 원상당 입경의 평균값을 평균 유효 결정 입경이라고 했다.
강도(항복 응력 및 인장 강도)는, 압연 방향에 평행한 방향(L 방향)을 길이 방향으로 하는 JIS Z 2241에 규정된 1A호 전체 두께 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 규정된 방법으로 실온에서 평가했다. 항복 응력의 목표값은 460 내지 580㎫이고, 인장 강도의 목표값은 560 내지 680㎫이다. 항복 응력은 하항복 응력으로 했지만, 명료한 하항복 응력이 보이지 않는 경우도 많아, 그 경우는 0.2％ 내력으로 했다.
극저온 인성은, 표리면을 각 0.5㎜씩 연삭한 전체 두께의 CT 시험편을 압연 방향에 직각인 방향(C방향)으로 채취하고, 액체 수소 중(－253℃)에서, ASTM 규격 E1820-13에 규정된 제하 컴플라이언스법에 따라 J-R 커브를 작성하고, J값을 KIC값으로 환산했다. 극저온 인성의 목표값은 150㎫·√ｍ 이상이다.
표 3, 표 4에 강종 A1 내지 A24의 화학 성분을 갖는 슬래브를 사용하여 제조한 강재(강재 No.1 내지 32)의 판 두께, 제조 방법, 모재 특성, 금속 조직을 나타낸다.
Figure pct00003
Figure pct00004
표 3, 표 4로부터 명확해진 바와 같이, 제조 No.a1 내지 a16은 실온에서의 인장 강도, 항복 응력 및 극저온 인성이, 목표값을 만족시켰다.
이에 비해, 제조 No.a17은 C 함유량이 적고, 제조 No.a20은 Mn 함유량이 적기 때문에, 인장 강도가 낮고, 극저온 인성도 저하되었다. 제조 No.a18, a19, a21 내지 a25는, 각각, C 함유량, Si 함유량, Mn 함유량, P 함유량, S 함유량, Cr 함유량, Al 함유량이 많아, 극저온 인성이 저하되어 있다. 제조 No.a26은, Nb 함유량 및 B 함유량이 너무 많았으므로, 극저온 인성이 저하되었다. 강재 No.a27은, Ti 함유량 및 N 함유량이 많아, 극저온 인성이 저하되었다.
제조 No.a28 내지 a32는, 바람직한 범위로부터 일탈하는 제조 조건을 채용한 예이다. 제조 No.a28은, 압연 시의 가열 온도가 낮고, 또한 압연 종료 온도도 낮았으므로, 인장 강도가 과잉으로 증대되어, 극저온 인성이 저하되었다. 제조 No.a29, a31, a32는, 각각, 압연 시의 가열 온도, 압연 종료 온도, 재가열 ?칭 온도가 높고, 구 오스테나이트 입경이 커져, 극저온 인성이 저하되었다. 제조 No.a30은, 950℃ 이하에서의 누적 압하율이 낮고, 구 오스테나이트 입경이 커져, 극저온 인성이 저하되었다.
(실시예 2: Ni 함유량이 11.5％ 미만인 Ni강)
전로에 의해 강을 용제하고, 연속 주조에 의해 두께가 100 내지 300㎜인 슬래브를 제조했다. 표 5, 표 6에 강종 B1 내지 B24의 화학 성분을 나타낸다. 이들 슬래브를 가열하고, 제어 압연을 행하고, 그대로 수랭하고, 재가열 ?칭, 중간 열처리, 템퍼링의 열처리를 실시하여 강판을 제조했다. 열간 압연의 가열의 유지 시간은 30 내지 120분, 재가열 ?칭, 중간 열처리, 템퍼링의 열처리의 유지 시간은 20 내지 60분으로 했다. 열간 압연 후의 수랭은 200℃ 이하까지 행하였다. 재가열 ?칭, 중간 열처리 및 템퍼링의 열처리에 있어서의 냉각 수단은 수랭으로 하고, 수랭은 각 열처리에 있어서의 처리 온도로부터 200℃ 이하까지 행하였다. 강판으로부터 시료를 채취하여, 금속 조직, 인장 특성, 인성을 평가했다.
Figure pct00005
Figure pct00006
샘플의 금속 조직의 동정 방법, 기계 특성의 평가 방법 및 기계 특성의 합격 여부 기준은, 표 1 내지 표 4에 개시된 샘플의 것과 동일하게 했다. 표 7, 표 8에 강종 B1 내지 B24의 화학 성분을 갖는 슬래브를 사용하여 제조한 강재(제조 No.b1 내지 b30)의 판 두께, 제조 방법, 모재 특성, 금속 조직을 나타낸다.
Figure pct00007
Figure pct00008
표 7, 표 8로부터 밝혀진 바와 같이, 제조 No.b1 내지 b14는 실온에서의 인장 강도, 항복 응력 및 극저온 인성이, 목표값을 만족시켰다.
이에 비해, 제조 No.b15는 C 함유량이 적고, 제조 No.b18은 Mn 함유량이 적기 때문에, 극저온 인성이 저하되었다. 제조 No.b16, b17, b19 내지 b23은, 각각, C 함유량, Si 함유량, Mn 함유량, P 함유량, S 함유량, Cr 함유량, Al 함유량이 많아, 극저온 인성이 저하되어 있다. 제조 No.b24는, Nb 함유량 및 B 함유량이 너무 많았으므로, 극저온 인성이 저하되었다. 제조 No.b25는, Ti 함유량 및 N 함유량이 많아, 극저온 인성이 저하되었다.
제조 No.b26 내지 b30은, 바람직한 범위로부터 일탈하는 제조 조건을 채용한 예이다. 제조 No.b26은, 압연 시의 가열 온도가 낮고, 또한 압연 종료 온도도 낮았으므로, 인장 강도가 과잉으로 증대되어, 극저온 인성이 저하되었다. 제조 No.b27, b29, b30은, 각각, 압연 시의 가열 온도, 압연 종료 온도, 재가열 ?칭 온도가 높고, 구 오스테나이트 입경이 커지고, 또한 유효 결정 입경도 커져, 극저온 인성이 저하되었다. 제조 No.b28은, 950℃ 이하에서의 누적 압하율이 낮고, 구 오스테나이트 입경이 커져, 극저온 인성이 저하되었다.

Claims (5)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.030 내지 0.070％,
    Si: 0.03 내지 0.30％,
    Mn: 0.20 내지 0.80％,
    Ni: 10.5 내지 12.4％,
    Al: 0.010 내지 0.060％,
    N: 0.0015 내지 0.0060％,
    O: 0.0007 내지 0.0030％,
    Cu: 0 내지 0.50％,
    Cr: 0 내지 0.50％,
    Mo: 0 내지 0.40％,
    Nb: 0 내지 0.020％,
    V: 0 내지 0.080％,
    Ti: 0 내지 0.020％,
    B: 0 내지 0.0020％,
    Ca: 0 내지 0.0040％,
    REM: 0 내지 0.0050％,
    P: 0.0080％ 이하,
    S: 0.0040％ 이하 및
    잔부: Fe 및 불순물이고,
    판 두께 중심부의 금속 조직이, 2.0 내지 20.0체적％의 오스테나이트상을 함유하고,
    상기 판 두께 중심부의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 면에 있어서 측정되는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 3.0 내지 15.0㎛이고,
    상기 판 두께 중심부의 상기 압연 방향 및 상기 판 두께 방향에 평행한 상기 면에 있어서 측정되는 상기 구 오스테나이트 입자의 평균 애스펙트비가 1.0 내지 2.4이고,
    판 두께가 4.5 내지 30㎜이고,
    상기 판 두께가 20㎜ 초과인 경우, Ni: 11.5％ 이상이고,
    상기 판 두께가 20㎜ 이하 또한 Ni: 11.5％ 미만인 경우, C: 0.060％ 이하, Si: 0.19％ 이하, Mn: 0.30 내지 0.50％, Al: 0.050％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Cr: 0.35％ 이하, Nb: 0.015％ 이하, V: 0.060％ 이하, Ti: 0.015％ 이하, P: 0.0060％ 이하 및 S: 0.0030％ 이하이고, 또한 상기 구 오스테나이트 입자의 상기 평균 입경이 8.0㎛ 이하이고,
    실온에서의 항복 응력이, 460 내지 710㎫이고,
    상기 실온에서의 인장 강도가, 560 내지 810㎫인
    것을 특징으로 하는 저온용 니켈 함유 강.
  2. 제1항에 있어서, Ni: 11.5％ 이상이고,
    Mn: 0.50％ 이하인
    것을 특징으로 하는, 저온용 니켈 함유 강.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Ni: 11.5％ 이상이고,
    상기 구 오스테나이트 입자의 상기 평균 입경이 9.0㎛ 이하인
    것을 특징으로 하는 저온용 니켈 함유 강.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 두께 중심부의 상기 압연 방향 및 상기 판 두께 방향에 평행한 상기 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경이 2.0 내지 8.0㎛인
    것을 특징으로 하는 저온용 니켈 함유 강.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 두께 중심부의 상기 압연 방향 및 상기 판 두께 방향에 평행한 상기 면에 있어서 측정되는 평균 유효 결정 입경이 2.0 내지 5.0㎛인
    것을 특징으로 하는 저온용 니켈 함유 강.
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