KR20230094377A - 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230094377A
KR20230094377A KR1020210183506A KR20210183506A KR20230094377A KR 20230094377 A KR20230094377 A KR 20230094377A KR 1020210183506 A KR1020210183506 A KR 1020210183506A KR 20210183506 A KR20210183506 A KR 20210183506A KR 20230094377 A KR20230094377 A KR 20230094377A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
less
steel sheet
excluding
rolling
hydrogen embrittlement
Prior art date
Application number
KR1020210183506A
Other languages
English (en)
Inventor
서현주
이홍주
김인호
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020210183506A priority Critical patent/KR20230094377A/ko
Publication of KR20230094377A publication Critical patent/KR20230094377A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

본 발명은 수소 환경하에서 사용되는 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET HAVING EXCELLENT HYDROGEN BRITTLENESS RESISTANCE, METHOD OFR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 수소 환경하에서 사용되는 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화, 이상기후 등의 환경 문제가 대두됨에 따라, 다수의 국가들이 대기 중 온실가스 농도가 증가하지 않도록 탄소 중립을 선언하고, 미래 대체 에너지로 수소를 사용하려는 움직임을 보이고 있다. 기존 화석연료 대신 수소를 에너지원으로 일상생황 및 산업활용에 사용하는 수소경제는 점차 확대되고 있으며, 국내외 수소경제 실현을 목표로 국가별 로드맵을 발표하는 등 적극적인 움직임이 관찰되고 있다. 각국 정부는 수소경제의 활성화를 위하여, 수소전기차 보급 및 수소충전소 구축과 더불어 수소 공급을 위한 이송 파이프 구축을 적극적으로 추진하고 있다.
수소는 파이프를 통한 운송, 튜브 트레일러를 통한 운송, 액화 후 액체수소탱크를 통한 운송 등 다양한 방법을 통해 운송이 가능하다. 이중 파이프를 통한 운송방법은 대량으로 운송이 가능하며, 장거리 운송에도 경제적 이점이 있어 수소 운송 인프라 구축 시 대규모 수소 공급을 위해서는 필수적으로 수소 이송용 파이프의 구축이 필요하다. 현재 많은 수소 이송용 파이프를 이용한 수소 이송은 20~50bar 압력 수준에서 많이 사용되고 있지만, 이송 효율은 높이기 위해서는 최대 100bar의 이송 압력이 요구되고 있다.
그러나, 이송 압력 증가 시 안정성의 문제로 파이프의 설계 두께가 증가하여 설치 시 건설 비용을 증가시킨다. 한편, 고강도 강판을 적용할 경우, 설계 두께를 감소시킬 수 있지만 고강도 강판에서는 수소 가스 분위기에서 연성이나, 노치강도 등 물성이 저하되는 수소 취화 현상이 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 고강도 강판의 수소 취화 저항성을 증가시킨다면 파이프의 안정성 및 건설 비용 절감을 동시에 만족할 수 있다.
특허문헌 1은 고압 수소 환경용 강이 제안되어 왔다. 특허문헌 1에 기재된 고압 수소 환경용 강은, 고압 수소 환경하에서 사용되는 강으로서, 질량%로, C: 0.04~0.50%, Si: 0.5~2.0%, Mn: 0.5~2.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.010% 이하, N: 0.005~0.0080%, Al: 0.010~2.0%, O: 0.0100% 이하, Cu: 0.5~2.0%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 인장 강도 560MPa 이상 및 고압 수소 가스 분위기 중의 파괴 인성 값(KIH)이 40MPa·m1/2 이상인 강재이다. 그러나 Cu는 열간에서의 균열을 발생시키기 쉽게 하며, Al은 산화물계 개재물 형성을 발생시켜 재료의 물성이 열화되는 문제가 있다.
한국 공개특허 제2021-0094029호
본 발명의 일측면은 고강도 및 충격인성이 우수하고, 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 아니한다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.04~0.10%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), S: 0.01% 이하, P: 0.03% 이하, Cr: 0.2% 이하(0% 제외), Mo: 0.2% 이하(0%는 제외), Ni: 0.2% 이하(0%는 제외), Nb: 0.02~0.05%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 Cr, Mo 및 Ni의 함량은 하기 관계식 1을 만족하고,
미세조직은 주조직으로 침상 페라이트(accicular ferrite) 및 나머지는 베이나이트를 포함하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판에 관한 것이다.
[관계식 1]
0.15 ≤ Cr+Mo+Ni ≤ 0.25
(상기 관계식 1에서, Cr, Mo 및 Ni의 단위는 중량%임)
본 발명의 다른 일태양은 중량%로, C: 0.04~0.10%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), S: 0.01% 이하, P: 0.03% 이하, Cr: 0.2% 이하(0% 제외), Mo: 0.2% 이하(0%는 제외), Ni: 0.2% 이하(0%는 제외), Nb: 0.02~0.05%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Cr, Mo 및 Ni의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위로 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 820℃ 이상에서 마무리 열간압연을 행하는 열간압연하는 단계; 및
상기 열간압연 후 20℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계;
를 포함하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판의 제조방법에 관한 것이다.
[관계식 1]
0.15 ≤ Cr+Mo+Ni ≤ 0.25
(상기 관계식 1에서, Cr, Mo 및 Ni의 단위는 중량%임)
본 발명은 수소 환경에서 우수한 수소 취화 저항성을 가짐과 더불어 충격 인성이 우수한 고강도 강판을 제조할 수 있어, 수소를 활용하는 분야에서 유리하게 적용 가능한 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 태양을 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 중 발명예 1 및 비교예 1의 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서, 관계식 1과 충격 흡수 에너지의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명 실시예에서, 관계식 1과 RNTS의 관계를 도시한 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 관련 정의가 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 구성을 구체화하고, 다른 구성의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.
달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지도록 해석된다.
본 발명의 발명자들은 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판을 제조하기 위한 것으로, 특히 Ni, Cr, Mo를 최적화하는 합금 설계를 하고, 열간 압연, 냉각 공정을 최적화하여, 미세조직 제어를 통한 수소 취화 저항성과 충격 인성을 확보하는 방안을 깊이 연구하여, 본 발명에 이르게 되었다. 이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명 강판의 일구현예에 대해 상세히 설명한다. 상기 강판의 합금조성은 중량%로, C: 0.04~0.10%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), S: 0.01% 이하, P: 0.03% 이하, Cr: 0.2% 이하(0% 제외), Mo: 0.2% 이하(0%는 제외), Ni: 0.2% 이하(0%는 제외), Nb: 0.02~0.05%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다. 이하, 합금성분에 대해 상세히 설명한다.
탄소(C): 0.04~0.10 중량% (이하, %)
상기 C는 침입형 원소로서 고용 강화를 통한 강재의 강도 증가에 기여를 하여 항복 강도 및 인장 강도를 확보하기 위해 0.04% 이상 포함하는 것이 효과적이지만, C가 0.10%를 초과하여 첨가될 경우 경질상의 형성을 조장하고, 용접 시 용접 특성이 악화되기 때문에 0.10% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.
실리콘(Si): 0.2~0.3%
상기 Si는 알루미늄(Al)을 보조하여 용강을 탈산하는 역할을 하고 항복 강도 및 인장 강도 확보를 위해서 0.2% 포함하는 것이 효과적이지만, 0.3% 초과하여 첨가 시 저온 인성 특성 및 용접성이 악화되기 때문에 0.3% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.
망간(Mn): 1.0~2.0%
상기 Mn은 저온 인성을 저해하지 않으면서 강의 소입성을 향상시킬 수 있는 원소이기 때문에 1.0% 이상 포함하는 것이 효과적이지만, 2.0% 초과하여 첨가 시 중심 편석이 발생하여 저온 인성이 악화됨은 물론 강의 경화능을 높이고 용접성이 저하되는 문제가 있다. 특히 Mn 중심 편석은 수소 취화가 쉽게 발생할 수 있는 지점이기 때문에 2.0% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.
알루미늄(Al): 0.05% 이하(0% 제외)
상기 Al은 앞서 언급한 실리콘(Si)과 유사하게 용강 중에 존재하는 산소와 반응하여 산소를 제거하는 탈산제로서 작용을 한다. 그러나, 0.05%를 초과하여 포함될 경우 산화물계 개재물이 다량으로 형성되어 소재의 저온 인성 및 수소 취화 저항성이 악화되는 문제가 발생하기 때문에, 0.05% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.
황(S): 0.01% 이하
상기 S는 불순물 원소로서, 그 함량이 0.01%를 초과하면 강의 연성, 저온 인성 및 용접성을 감소시키는 문제가 있어 0.01% 이하로 포함하는 것이 효과적이다. 특히, S는 Mn과 결합하여 수소 취화에 취약한 MnS 개재물을 형성하므로 0.002% 이하가 더욱 효과적이다.
인(P): 0.03% 이하
상기 P는 상기 언급한 황(S)과 같은 불순물 원소로서, 그 함량이 0.03%를 초과하면 저온 인성의 감소뿐만 아니라 용접성이 현저하게 저하되므로 0.03% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.
크롬(Cr): 0.2% 이하(0% 제외)
상기 Cr은 탄화물 형성 원소로서 강의 강도 확보에 중요한 역할을 한다. 또한 산소(O)와 반응하여 Cr2O3의 치밀하면서도 안정한 보호피막을 형성하여, 수소 환경에서의 내부식성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 0.2%를 초과하여 포함하게 되면, 조대한 탄화물 형성 및 경질상 형성의 촉진 효과로 충격 인성을 저해하므로 0.2% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.
몰리브덴(Mo): 0.2% 이하(0%는 제외)
상기 Mo는 상기 언급한 크롬(Cr)과 마찬가지로 탄화물 형성 원소로서 소량의 첨가로도 강도를 효과적으로 향상시키는 원소이다. 또한 부식 환경에서 강재 내부로의 수소 침투를 억제하기 때문에 수소 취화 저항성을 향상시킬 수 있다. 그러나 0.2%를 초과하여 포함될 경우 조대한 탄화물 형성 및 경질상 형성의 촉진 효과로 충격 인성을 저해하므로 0.2% 이하인 것이 효과적이다.
니켈(Ni): 0.2% 이하(0%는 제외)
상기 Ni은 충격인성을 저하시키지 않으면서 동시에 강도를 향상시킬 수 있는 원소로서, 상기 언급한 몰리브덴(Mo)과 같이 강 내부로의 수소 확산을 억제하여 수소 취화 저항성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 0.2%를 초과하여 첨가 시 Ni 첨가에 의하여 가격이 상승하므로 0.2% 이하인 것이 효과적이다.
니오븀(Nb): 0.02~0.05%
상기 Nb는 압연 또는 냉각 중 오스테나이트 상의 재결정을 억제하여 조직을 미세하게 만드는 역할을 할 뿐만 아니라, 이후 탄화물로 석출되어 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 이를 위해 0.02% 이상 포함하는 것이 효과적이다. 그러나 0.05%를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 필요 이상으로 미세화 될 뿐만 아니라 조대한 탄화물 형성으로 저온 인성 및 수소 취화 저항성이 감소하므로 0.05%이하인 것이 효과적이다.
나머지는 철(Fe)를 포함하며, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 제조과정에서 통상의 기술자가라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
상기 Cr, Mo 및 Ni의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 것이 효과적이다. 상기 강재의 항복강도 확보와 우수한 수소 취화 저항성 및 충격 인성을 확보를 위해, 상기 Cr, Mo 및 Ni의 함량을 최적화하는 것이 효과적이다. 상기 관계식 1의 값이 0.15 미만일 경우에는 항복 강도가 낮고, 수소 취화 저항성이 열위해지고, 0.25를 초과하는 경우에는 충격 인성이 열위해질 수 있다.
[관계식 1]
0.15 ≤ Cr+Mo+Ni ≤ 0.25
(상기 관계식 1에서, Cr, Mo 및 Ni의 단위는 중량%임)
상기 강판의 미세조직은 주조직으로 침상 페라이트(acicular ferrite)을 포함하고, 나머지는 일부 베이나이트를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 베이나이트는 면적분율로 30% 이하인 것이 효과적이다. 상기 베이나이트 조직은 경질상으로 강 중 다량으로 형성된 경우에는 충격인성이 저하될 수 있으므로, 30 면적% 이하로 포함한다. 상기 베이나이트가 0% (침상 페라이트 단상)인 경우에는 충분한 강도를 확보하기 어렵고, 침상 페라이트 100%를 확보하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 상기 베이나이트는 0% 초과인 것이 바람직하고, 10% 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 침상 페라이트와 일부 베이나이트 이외에 조직(펄라이트 조직 등)은 불가피하게 형성되는 것을 제외하면, 가급적 포함되지 않는 것이 바람직하다.
한편, 상기 조직상의 결정립 크기는 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 결정립 크기가 미세할수록 바람직하며, 충격 인성 및 내수소취성 확보를 위해 10㎛는 넘지 않는 것이 효과적이다.
상기 강판은 노치인장강도비(RNTS)가 0.9 이상이다. 상기 노치인장강도비(RNTS)는 수소가 주입되는 환경에서 재료의 수소 취화 저항성을 나타내는 지표로써, 다음의 관계식 2와 같이 계산될 수 있다.
[관계식 2]
RNTS = 수소 장입 분위기에서의 노치 인장강도(MPa) ÷ 일반 대기 분위기에서의 노치 인장강도(MPa)
상기 RNTS의 값이 클수록 수소 환경에서 물성 저하가 크게 발생하지 않았다는 것을 의미하며, 이는 수소 취화 저항성이 우수하다고 볼 수 있다. 반면, 그 값이 작은 경우에는 수소 환경에서 대기 환경보다 수소 취화가 크게 발생하였다는 것을 의미하며, 이는 수소 취화 저항성이 열위하다는 것을 의미한다. 상기 RNTS값이 0.9 이상인 경우에는 수소 취화 저항성이 우수한 것으로 평가된다.
상기 강판은 460MPa 이상의 항복강도, 상온 충격 흡수 에너지가 400J 이상이다.
다음으로, 본 발명 강판 제조방법의 일구현예에 대해 상세히 설명한다. 상기 제조방법은 앞서 설명한 합금조성 및 [관계식 1]을 충족하는 강 슬라브를 가열, 재결정역 압연, 미재결정역 압연, 냉각의 과정으로 이루어져 있다. 이하 상세히 설명한다.
강 슬라브 가열
앞서 설명한 합금조성 및 [관계식 1]을 충족하는 강 슬라브를 준비한 후, 1100~1300℃의 온도로 가열할 수 있다. 상기 가열은 후속하는 열간압연 공정을 수월하게 진행하기 위한 것이다. 상기 가열온도가 1100℃ 미만의 온도에서는 합금원소의 재고용율이 떨어지고, 압연 시 부하가 많이 걸리는 문제가 발생하며, 1300℃ 초과의 온도에서는 오스테나이트 결정립이 조대화 되고 표면에 산화 스케일이 많이 형성되는 문제가 있어, 상기 강 슬라브 가열 온도 범위는 1100~1300℃가 효과적이다.
열간압연
상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 강판으로 제조하며, 상기 열간압연은 재결정역 압연과 미재결정역 압연으로 구분할 수 있다. 재결정역 압연은 Tnr 온도 위에서 행해지는 압연을, 미재결정역 압연은 Tnr 온도 아래에서 이루어지는 압연을 의미하며, 상기 Tnr은 아래 식으로 나타낼 수 있다.
Tnr = 887℃ + 464[C] + 6445[Nb] - 644√[Nb] + 732[V] - 230√[V] + 890[Ti] + 363[Al] - 357[Si]
(여기서 [C], [Nb], [V], [Ti], [Al], [Si] 는 각 원소의 함량(중량%)임)
상기 재결정역 압연은 900℃ 이상의 온도에서 완료하는 것이 효과적이고, 이때 누적 압하율은 10~30%로 행하는 것이 효과적이다. 재결정역 압연은 오스테나이트를 완전 재결정하고 오스테나이트의 미세화 및 성장 억제를 위함이다. 10% 미만의 누적 압하율에서는 오스테나이트의 완전 재결정이 일어나지 못하는 문제가 있으며, 30%를 초과하여 재결정역 압연을 행하는 경우에는 오스테나이트 조직의 성장이 발생할 우려가 있어, 상기 재결정역 압연의 누적 압하율은 10~30%인 것이 효과적이다.
미재결정역 압연(사상 압연 또는 마무리 압연)은 860℃ 이상의 온도에서 시작(압연 개시 온도)하고, 820℃ 이상의 온도에서 완료(압연 종료 온도)하는 것이 효과적이고, 이때 누적 압하율은 60% 이상인 것이 효과적이다. 이는 냉각 시 미세조직을 미세화하기 위하여 오스테나이트 조직에 충분한 변형을 주기 위함이며, 냉각 시작 전 표면의 온도가 오스테나이트-페라이트 변태 온도 이하가 되어 상변태가 일어나는 것을 방지하기 위함이다.
냉각
상기 압연 후 냉각을 행한다. 상기 냉각은 750℃ 이상의 온도에서 시작(냉각 개시 온도)하여 500℃ 이하의 온도에서 완료(냉각 종료 온도)하며, 이때 냉각속도는 20~100℃/s의 냉각속도로 냉각되는 것이 효과적이다. 이는 냉각 시 최종 미세조직의 미세화 및 수소 취화에 취약한 펄라이트 상변태를 방지하기 위함이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 하기 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
(실시예)
하기 표 1의 합금조성(중량%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물임)을 가지는 강 슬라브를 준비한 후, 이를 하기 표 2의 제조조건으로 열간 압연 및 냉각을 행하여 강판을 제조하였다.
구분 C Si Mn Al P S Cr Mo Ni Nb 관계식1
발명예1 0.05 0.26 1.19 0.04 0.005 0.0013 0.10 0.004 0.09 0.043 0.19
발명예2 0.06 0.26 1.48 0.03 0.009 0.0016 0.10 0.003 0.09 0.044 0.19
비교예1 0.08 0.26 1.06 0.04 0.007 0.0019 0.03 0.002 0.01 0.026 0.04
비교예2 0.07 0.19 1.78 0.03 0.008 0.0012 0.02 0.115 0.14 0.039 0.28
비교예3 0.08 0.30 1.53 0.04 0.008 0.0022 0.03 0.010 0.01 0.021 0.05
상기 관계식 1은 다음과 같이 계산된다.
[관계식 1]
0.15 ≤ Cr+Mo+Ni ≤ 0.25
(상기 관계식 1에서, Cr, Mo 및 Ni의 단위는 중량%임)
구분 가열온도
(℃)		 사상압연
개시온도
(℃)		 사상압연
종료온도
(℃)		 사상압연
누적 압하율
(%)		 냉각
개시온도
(℃)		 냉각
종료온도
(℃)		 냉각속도
(℃/s)
발명예1 1135 1038 904 75 806 504 48
발명예2 1109 880 839 80 791 372 22
비교예1 1213 1036 906 65 797 495 10
비교예2 1157 1021 905 75 793 513 46
비교예3 1139 969 863 75 750 670 32
제조된 강판에 대해, 미세조직을 관찰하여 상의 종류, 상분율 및 결정립 크기를 특정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 항복강도, 인장강도, 연신율 및 상온 충격 흡수 에너지를 특정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 한편, 수소 취화 저항성을 확인하기 위해서, 수소가 주입되는 환경을 조성한 다음, 재료의 수소 취화 저항성을 나타내는 지표인 상기 언급하였던 노치인장강도비(RNTS)를 도출하였다. 상기 RNTS는 하기 관계식 2로 계산된다.
[관계식 2]
RNTS = 수소 장입 분위기에서의 노치 인장강도(MPa) ÷ 일반 대기 분위기에서의 노치 인장강도(MPa)
상기 수소가 주입되는 환경을 조성하기 위하여, 1M NaOH + 3g/L NH4SCN 용액을 담을 수 있는 셀에 시편을 적용한 다음, 연속 음극 수소 차징(charging)을 통하여 시편에 수소를 주입함과 동시에 저변형율 인장시험(Slow strain rate test, SSRT)를 시행하였다. 이 때 인장 시험의 속도는 1x10-5/s로 수행하였으며, 그 결과는 표 3에 기재하였다.
구분 미세조직 종류 페라이트외 조직의 상분율
(면적%)		 결정립 크기
(㎛)		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 충격 흡수 에너지
(J)		 RNTS
발명예1 AF+B 14.9 (B) 6.1 470 556 43 438 0.905
발명예2 AF+B 22.2 (B) 4.6 500 581 61 438 0.919
비교예1 F+P 7.4 (P) 11.0 361 450 37 267 0.867
비교예2 AF+B 45.5 (B) 5.4 588 673 37 370 0.902
비교예3 AF+B 19.4 (B) 7.3 433 510 48 416 0.886
* 상기 표 3에서 AF: 침상 페라이트(acicular ferrite), F: 페라이트(ferrite), B: 베이나이트(bainite), P: 펄라이트(pearlite)
상기 표 1 내지 3의 발명예 1 및 2는 460MPa 이상의 항복 강도, 400J 이상의 충격 흡수 에너지, 0.9 이상 RNTS를 가져, 우수한 강도와 인성, 그리고 수소 취화 저항성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 도 1의 (a)는 상기 발명예 1의 미세조직을 관찰한 것이다.
도 2 및 도 3은 상기 실시예에서, 상기 관계식 1에 따른 충격 흡수 에너지와 RNTS의 관계를 도시한 그래프이다.
비교예 1은 관계식 1이 본 발명에서 제시한 범위에 미치지 못하고, 압연 후 낮은 냉각속도로 냉각됨에 따라, 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 침상 페라이트 및 베이나이트 조직을 확보하기 못하였으며, 펄라이트 상이 다수 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 이에 비교예 1은 고용강화 효과의 부족으로 충분한 강도를 확보하지 못하며, 특히 펄라이트 상이 다수 형성되어, 수소 취화 저항성 향상 효과를 확보하지 못한 것을 확인할 수 있었다.
비교예 2는 합금 성분의 조성이 관계식 1을 초과한 것으로서, 표 3에 나타난 바와 같이, 베이나이트 상이 과도하게 형성되어, 충격 인성이 열위한 것을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예 3은 합금 성분의 조성이 관계식 1을 미달한 강종으로 고용강화 효과의 부족으로 강도를 확보하지 못하였으며, 수소 취화 저항성 향상 효과를 확보하지 못하였다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.04~0.10%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), S: 0.01% 이하, P: 0.03% 이하, Cr: 0.2% 이하(0% 제외), Mo: 0.2% 이하(0%는 제외), Ni: 0.2% 이하(0%는 제외), Nb: 0.02~0.05%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 Cr, Mo 및 Ni의 함량은 하기 관계식 1을 만족하고,
    미세조직은 주조직으로 침상 페라이트(accicular ferrite) 및 나머지는 베이나이트를 포함하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판.
    [관계식 1]
    0.15 ≤ Cr+Mo+Ni ≤ 0.25
    (상기 관계식 1에서, Cr, Mo 및 Ni의 단위는 중량%임)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이나이트는 면적 분율로 30% 이하인 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판의 결정립 크기는 10㎛ 이하인 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 하기 관계식 2로 규정되는 노치인장강도비(RNTS)가 0.9 이상인 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판.
    [관계식 2]
    RNTS = 수소 장입 분위기에서의 노치 인장강도(MPa) ÷ 일반 대기 분위기에서의 노치 인장강도(MPa)
  5. 중량%로, C: 0.04~0.10%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), S: 0.01% 이하, P: 0.03% 이하, Cr: 0.2% 이하(0% 제외), Mo: 0.2% 이하(0%는 제외), Ni: 0.2% 이하(0%는 제외), Nb: 0.02~0.05%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Cr, Mo 및 Ni의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위로 가열하는 단계;
    상기 가열된 강 슬라브를 820℃ 이상에서 마무리 열간압연을 행하는 열간압연하는 단계; 및
    상기 열간압연 후 20℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계;
    를 포함하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.
    [관계식 1]
    0.15 ≤ Cr+Mo+Ni ≤ 0.25
    (상기 관계식 1에서, Cr, Mo 및 Ni의 단위는 중량%임)
  6. 청구항 5에서,
    상기 열간압연 시 재결정역 압연은 900℃ 이상의 온도에서 완료하며, 10~30%의 누적 압하율로 행하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 열간압연 시 미재결정역 압연(마무리 압연)은 개시온도 860℃ 이상에서 행하고, 누적 압하율 60% 이상으로 행하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉각은 750℃ 이상의 온도에서 시작하여 500℃ 이하의 온도에서 완료하며, 이 때 냉각 속도는 20~100℃/s의 속도로 행하는 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.

KR1020210183506A 2021-12-21 2021-12-21 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법 KR20230094377A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210183506A KR20230094377A (ko) 2021-12-21 2021-12-21 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210183506A KR20230094377A (ko) 2021-12-21 2021-12-21 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230094377A true KR20230094377A (ko) 2023-06-28

Family

ID=86994446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210183506A KR20230094377A (ko) 2021-12-21 2021-12-21 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230094377A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210094029A (ko) 2018-12-26 2021-07-28 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 고압 수소 가스 환경용 강재 및 고압 수소 가스 환경용 강 구조물 그리고 고압 수소 가스 환경용 강재의 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210094029A (ko) 2018-12-26 2021-07-28 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 고압 수소 가스 환경용 강재 및 고압 수소 가스 환경용 강 구조물 그리고 고압 수소 가스 환경용 강재의 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210018414A (ko) 항복 강도가 500 메가파스칼 급인 시크 열간 압연 에이치빔 및 이의 제조 방법
WO2020137812A1 (ja) 高圧水素ガス環境用鋼材および高圧水素ガス環境用鋼構造物ならびに高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法
KR20070023831A (ko) 가공성이 우수한 고망간형 고강도 열연강판 및 그 제조방법
KR102402238B1 (ko) 수소 취화 저항성 및 충격 인성이 우수한 강재 및 이의 제조방법
KR101736619B1 (ko) 화성처리성 및 굽힘가공성이 우수한 초고강도 강판 및 이의 제조방법
KR20120075274A (ko) 극저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법
KR20130076570A (ko) 저온인성 및 인장특성이 우수한 압력용기용 극후강판 및 그 제조 방법
KR101778598B1 (ko) 저항복비 고강도 라인파이프용 후강판 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 저항복비 고강도 라인파이프용 후강판
EP3395989B1 (en) Austenitic steel material having excellent hydrogen-embrittlement resistance
KR101585724B1 (ko) 중심부 저온 파괴전파 저항성 및 항복비 특성이 동시에 우수한 후물 라인파이프 강재 및 그 제조방법
CN111511950A (zh) 低温韧性优异的厚钢板及其制造方法
KR100815709B1 (ko) 내후성 및 가공성이 우수한 고강도 냉연강판과 그 제조방법
KR20140023787A (ko) 저온 인성이 우수한 저탄소 고강도 강판 및 그 제조방법
CN113227414B (zh) 耐氢脆性优异的Cr系不锈钢板
KR20230094377A (ko) 수소 취화 저항성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법
JP2000178692A (ja) 高耐応力腐食割れ性を有する６５５Ｎｍｍ−２級低Ｃ高Ｃｒ合金油井管およびその製造方法
KR101679668B1 (ko) 저온 인성이 우수한 고강도 후판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 저온 인성이 우수한 고강도 후판
KR101786262B1 (ko) 강도 및 dwtt 저온인성이 우수한 후물 열연강판 및 그 제조방법
KR101403062B1 (ko) 해양구조물용 초고강도 후 강판 및 그 제조방법
KR20160147153A (ko) 라인파이프용 고강도 후강판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 라인파인프용 고강도 후강판
KR101928198B1 (ko) 후강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 후강판
US11767572B1 (en) Alloy steel having excellent hydrogen embrittlement resistance and strength and method of manufacturing same
KR102237622B1 (ko) 고장력 열연 강판 및 그 제조방법
KR20240097548A (ko) 강재 및 그 제조방법
KR20240035102A (ko) 수소취화 저항성 및 저온인성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법