KR20230125288A - 강재 및 그 제조 방법, 탱크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

강재 및 그 제조 방법, 탱크 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 강재는, 질량％ 로, C : 0.200 ％ 이상 0.700 ％ 이하, Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하, Mn : 20.0 ％ 이상 40.0 ％ 이하, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.0050 ％ 이하, Al : 5.00 ％ 이하, Cr : 7.0 ％ 이하, N : 0.0500 ％ 이하, O : 0.0050 ％ 이하, Ti : 0.005 ％ 미만, Nb : 0.005 ％ 미만을 함유하고, Ca : 0.0100 ％ 이하, Mg : 0.0100 ％ 이하, REM : 0.0200 ％ 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경이 200 ㎛ 미만이다.

Description

강재 및 그 제조 방법, 탱크 및 그 제조 방법

본 발명은, 예를 들어 액체 수소를 저조 (貯槽) 하는 탱크를 비롯하여, 액체 헬륨, 액화 가스 등의, 매우 저온의 환경에서 사용되는 구조용 강에 제공하기에 바람직한, 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 이 강재를 사용하여 이루어지는 탱크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

액체 수소, 액체 헬륨, 액화 가스의 저조용 구조물의 소재로서 열간 압연 강판을 사용하기 위해서는, 사용 환경이 매우 저온이 되는 점에서, 열간 압연 강판은 저온에서의 인성이 우수한 것이 요구된다. 예를 들어, 액체 헬륨의 저조에 열간 압연 강판을 사용하는 경우에는, 헬륨의 비점 : -269 ℃ 이하에서 우수한 인성이 확보되어 있을 필요가 있다. 강재의 저온 인성이 열등하면, 극저온 저조용 구조물로서의 안전성을 유지할 수 없게 될 가능성이 있기 때문에, 적용되는 강재에 대한 저온 인성 향상의 요구는 높다.

이 요구에 대해, 종래, 저온에서 취성을 나타내지 않는 오스테나이트를 강판의 조직으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강이나 9 ％ Ni 강, 혹은 5000 계 알루미늄 합금이 사용되어 왔다. 그러나, 합금 비용이나 제조 비용이 높은 점에서, 저가이며 저온 인성이 우수한 강재가 요구되고 있다.

그래서, 종래의 저온용 강을 대신하는 새로운 강재로서, 비교적 저가의 오스테나이트 안정화 원소인 Mn 을 다량으로 첨가한 고 Mn 강을 저온 환경의 구조용 강으로서 사용하는 것이, 예를 들어 특허문헌 1 에 제안되어 있다.

특허문헌 1 에는, 결정 입경, 탄화물 피복률 등을 제어함으로써, 용접열 영향부에 있어서 저온 인성을 확보하는 기술이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2016-196703호

예를 들어, 액화 가스 저조용 구조물 (예를 들어, 액화 가스 저조용 탱크) 은, 강재를 선상 가열하여 제조된다. 선상 가열이란, 국소 열응력에 의한 소성변형을 이용하여 곡면 형성을 실시하는 가공법이다. JSQS (일본 강선 공작법 정밀도 표준, 2018년) 에서는, 조선에 있어서의 탄소 당량 (Ceq) 이 Ceq ＞ 0.38 ％ 의 고장력강에 대해 선상 가열 조건을, 가열 직후에 수랭할 때의 표면의 최고 가열 온도를 650 ℃ 이하로 하고 있다. 그것을 초과하는 경우의 표면의 최고 가열 온도를 900 ℃ 이하로 하고, 500 ℃ 까지 공랭한 후에 수랭을 실시하도록 규정하고 있다. 선상 가열 후에 탄화물이 형성된 경우, 저온 인성이 저하되지만, 특허문헌 1 에서는 선상 가열 후의 저온 인성에 대해서는 조금도 검증되어 있지 않다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 선상 가열 후의 저온 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법, 그리고 그 강재를 사용하여 이루어지는 탱크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 「선상 가열 후의 저온 인성이 우수한」이란, 강재에 후술하는 선상 가열 처리를 실시하여 얻어지는 탱크에 있어서, 선상 가열부에 있어서의 강재 표면하 1 ㎜ 위치 (강재 표면으로부터 판두께 방향으로 1 ㎜ 위치) 의 -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 41 J 이상인 것을 가리킨다. 상기 「선상 가열부」란, 강재에 선상 가열을 실시한 후의 열 영향을 받은 영역을 가리킨다. 또한, 선상 가열부의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지는, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해, 오스테나이트 강재 (예를 들어 고 Mn 강재) 를 대상으로, 강재 (강판) 의 성분 조성, 마이크로 조직, 제조 방법, 및 이 강재의 특성을 결정하는 각종 요인, 그리고 이 강재를 선상 가열하여 제조되는 구조물에 관해서 예의 연구를 실시하였다. 그 결과, 이하의 a ∼ c 의 지견을 얻었다. 또한, 본 발명에 있어서 「고 Mn 강재」란, Mn 함유량이 20 ∼ 40 질량％ 인 강재를 가리킨다.

a. 고 Mn 강재를 선상 가열하여 제조되는 구조물의 선상 가열부에 있어서, -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지의 저하를 억제시키기 위해서는, 강재 제조시의 최대 결정 입경을 200 ㎛ 미만으로 하는 것이 중요하다. 바람직하게는, 최대 결정 입경은 180 ㎛ 미만이다.

b. 고 Mn 의 오스테나이트강은, C 를 다량으로 함유하므로, 탄화물이 스테인리스강에 비해 많이 존재한다. 또한, 탄화물은 결정 입계에 형성되므로, 입계 강도가 저하된다. 고 Mn 강재의 선상 가열 후에 결정 입계에 있어서의 C 농도가 0.100 ％ 미만인 경우, 결정 입계가 파괴의 기점이 되고, 저온 인성의 열화를 초래한다. 이것으로부터 고 Mn 강을 선상 가열한 후의 저온 인성의 열화를 억제하기 위해서는, 고 Mn 강의 결정 입계에 있어서의 C 농도를 높게 하는 것이 유효하다. 그를 위해서는, 소재가 되는 고 Mn 강재에 있어서, 최대 결정 입경을 200 ㎛ 미만으로 하는 것이 유효하다.

c. 강재 제조시의 열간 압연에 있어서, 950 ℃ 이상에서 총 압하율을 40 ％ 이상의 압연을 실시한 후, 950 ℃ 미만에서 1 회 이상의 열간 압연 패스를 실시하고, 마무리 압연 종료 온도를 750 ℃ 이상의 조건에서 실시하면, 상기 a 및 b 를 실현할 수 있다.

본 발명은, 이상의 지견에 더욱 검토를 더하여 이루어진 것으로, 그 요지는 다음과 같다.

[1] 질량％ 로,

C : 0.200 ％ 이상 0.700 ％ 이하,

Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하,

Mn : 20.0 ％ 이상 40.0 ％ 이하,

P : 0.030 ％ 이하,

S : 0.0050 ％ 이하,

Al : 5.00 ％ 이하,

Cr : 7.0 ％ 이하,

N : 0.0500 ％ 이하,

O : 0.0050 ％ 이하,

Ti : 0.005 ％ 미만,

Nb : 0.005 ％ 미만을 함유하고,

Ca : 0.0100 ％ 이하, Mg : 0.0100 ％ 이하, REM : 0.0200 ％ 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고,

잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경이 200 ㎛ 미만인, 강재.

[2] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,

Cu : 1.0 ％ 이하,

Ni : 1.0 ％ 이하,

Mo : 2.0 ％ 이하,

V : 2.0 ％ 이하,

W : 2.0 ％ 이하

에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 [1] 에 기재된 강재.

[3] 상기 마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, 결정 입경 50 ㎛ 이상의 개수 밀도가 1.0 개/㎟ 이상인, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 강재.

[4] 상기 마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, 개재물 입경 분포의 상위 10 ％ 의 개재물 입경이 3.5 ㎛ 이하인, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 강재.

[5] 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 강재의 제조 방법으로서,

상기 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고,

950 ℃ 이상에서의 총 압하율 : 40 ％ 이상, 950 ℃ 미만에서의 열간 압연 패스수 : 1 회 이상, 및 마무리 압연 종료 온도 : 750 ℃ 이상의 조건에서 열간 압연을 실시하고,

그 후, 냉각을 실시하는, 강재의 제조 방법.

[6] 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 강재를 용접하여 이루어지는 탱크로서,

선상 가열된 모재부의 표면하 1 ㎜ 위치에서의 결정 입계에 있어서의 C 농도가 0.100 ％ 이상이고,

선상 가열된 선상 가열부의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 41 J 이상인, 탱크.

[7] 상기 [6] 의 탱크의 제조 방법으로서,

상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 강재의 표면을 900 ℃ 이하로 가열하고, 그 강재를 표면 온도로 500 ℃ 이하까지 공랭하고, 그 후, 수랭하는 선상 가열 처리를 실시하여 곡면 가공하고,

이어서, 곡면 가공된 강재끼리를 용접하는, 탱크의 제조 방법.

[8] 상기 용접은, 솔리드 와이어를 전극으로서 사용하고, 패스간 온도 : 100 ∼ 150 ℃, 실드 가스 : 80 ％ Ar ＋ 20 ％ CO₂ 의 조건에서 실시하는, 상기 [7] 에 기재된 탱크의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 선상 가열 후의 저온 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 강재는, 저온 환경에서 사용되는 강 구조물 (액화 가스 저조용 탱크 등) 의 소재로서 바람직하게 사용되고, 이로써 선상 가열 후에도 우수한 저온 인성을 갖는 탱크 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 강 구조물의 안전성이나 수명의 향상에 크게 기여할 수 있고, 산업상 각별한 효과를 발휘한다. 또, 본 발명의 제조 방법은, 생산성의 저하 및 제조 비용의 증대를 일으키지 않으므로, 경제성도 우수한 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시예에서 사용하는 선상 가열 시험체를 설명하는 개략도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태로 한정되지 않는다.

먼저, 본 발명의 기술 사상에 대해 상세하게 설명한다.

상기 서술한 바와 같이, 저가이며 저온 인성이 우수한 강재로서 오스테나이트 강재 (예를 들어 고 Mn 강재) 가 있다. 이 고 Mn 강재를 저온 환경에서 사용되는 강 구조물 (예를 들어 탱크) 의 소재로서 사용하기 위해서는, 소재를 선상 가열하는 공정에서, 열 영향을 받은 지점에 있어서도, 우수한 저온 인성을 갖는 것이 요구되고 있다.

본 발명자들의 연구의 결과, 탄화물이 존재하지 않는 경우에 있어서, 고 Mn 강재는, 결정 입경이 조대할수록, 흡수 에너지가 높아지는 것을 알 수 있었다. 그러나, 탄화물이 존재하는 경우에 있어서는, 반드시 결정 입경이 조대할수록, 흡수 에너지가 높아지는 것은 아닌 것을 알 수 있었다. 선상 가열의 공정에서, 대략 600 ∼ 800 ℃ 의 열 영향을 받은 지점은 탄화물이 형성되므로, 저온 인성이 저하되어 있었다.

그래서, 본 발명자들은 이 원인을 예의 조사한 결과, 결정 입계에 있어서의 C 농도가 흡수 에너지의 저하에 기인하고 있는 것을 새롭게 알아냈다. 이하에, 흡수 에너지의 저하와 결정 입계에 있어서의 C 농도의 관계에 대해 설명한다.

고 Mn 강의 파괴의 기점의 하나는, 결정 입계이다. 결정 입계를 줄이는 것, 즉 결정립을 조대하게 함으로써 저온 인성은 향상된다. 통상, 열 영향을 받아 입계에 탄화물이 형성된 경우, 탄화물 주위의 C 가 결핍되고, 입계 강도가 저하된다. 그러나, 고 Mn 강은, C 의 첨가량이 많기 때문에, 입계 상에서의 탄화물 형성 및 성장 과정에 있어서 확산 속도가 빠른 C 가 입계로부터 떨어진 입자 내로부터 충분히 공급되는, 힐링 현상이 발현된다. 이로써, 입계 상에서의 급준한 C 결핍을 억제할 수 있다. 그러나, 결정립이 지나치게 조대해진 경우, 입자 내로부터의 C 의 공급이 늦어, 입계 상의 C 가 결핍된다.

그래서, 본 발명에서는 후술하는 열간 압연의 공정에 있어서, 최대 결정 입경을 200 ㎛ 미만으로 함으로써, 탄화물이 형성되었을 때에 있어서도 C 농도 0.100 ％ 이상을 확보할 수 있고, 흡수 에너지의 저하를 억제할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 강재에 대해 설명한다.

본 발명의 강재는, 후술하는 성분 조성을 갖고, 마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치에서의 최대 결정 입경을 200 ㎛ 미만으로 한다. 이로써, 강재를 선상 가열한 후에 있어서도, 결정 입계에 있어서의 C 농도를 0.100 ％ 이상으로 할 수 있다. 또한, C 농도에 관한 「％」의 표시는, 「질량％」인 것을 가리킨다.

[성분 조성]

먼저, 본 발명의 강재 (오스테나이트 강재) 에 있어서의 성분 조성에 대해 설명한다.

본 발명에서는, 오스테나이트 강재 (예를 들어, 고 Mn 강재) 및 그 제조에 사용되는 강 소재가, 상기한 성분 조성을 갖는다. 본 발명의 오스테나이트 강재의 성분 조성과 그 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 성분 조성에 관한 「％」의 표시는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.

C : 0.200 ％ 이상 0.700 ％ 이하

C 는, 저가의 오스테나이트 안정화 원소이며, 오스테나이트를 얻기 위해서 중요한 원소이다. 상기한 입계 상의 C 의 결핍을 방지하기 위해서, C 는 0.200 ％ 이상을 함유한다. 한편, C 는 0.700 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 과도하게 생성되고, 저온 인성 (선상 가열 후의 저온 인성) 이 저하된다. 이 때문에, C 의 함유량은 0.200 ％ 이상 0.700 ％ 이하로 한다. C 의 함유량은, 바람직하게는 0.250 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.300 ％ 이상으로 한다. 또, C 의 함유량은, 바람직하게는 0.600 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.550 ％ 이하로 한다.

Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하

Si 는, 탈산재로서 작용하고, 제강상 필요할 뿐만 아니라, 강에 고용되어 고용 강화에 의해 강판을 고강도화하는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서, Si 는 0.05 ％ 이상을 함유한다. 한편, Si 는 1.00 ％ 를 초과하여 함유하면, 비열적 응력이 과도하게 상승하기 때문에, 저온 인성이 열화된다. 이 때문에, Si 의 함유량은 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하로 한다. Si 의 함유량은, 바람직하게는 0.07 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상으로 하고, 더욱 바람직하게는 0.15 ％ 이상으로 한다. 또, Si 의 함유량은, 바람직하게는 0.80 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.75 ％ 이하로 하고, 더욱 바람직하게는 0.70 ％ 이하로 한다.

Mn : 20.0 ％ 이상 40.0 ％ 이하

Mn 은, 비교적 저가의 오스테나이트 안정화 원소이다. 본 발명에서는, 강도와 저온 인성을 양립하기 위해서 중요한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서, Mn 은 20.0 ％ 이상을 함유한다. 한편, Mn 은 40.0 ％ 를 초과하여 함유한 경우, 저온 인성이 열화된다. 또, 용접성, 절단성이 열화된다. 또한, 편석을 조장하고, 응력 부식 균열의 발생을 조장한다. 이 때문에, Mn 의 함유량은 20.0 ％ 이상 40.0 ％ 이하로 한다. Mn 의 함유량은, 바람직하게는 23.0 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 23.3 ％ 이상으로 하고, 더욱 바람직하게는 23.5 ％ 이상으로 한다. Mn 의 함유량은, 바람직하게는 35.0 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 30.0 ％ 이하로 한다.

P : 0.030 ％ 이하

P 는, 0.030 ％ 를 초과하여 함유하면, 과도하게 입계에 편석되므로, 저온 인성이 저하된다. 이 때문에, 0.030 ％ 를 상한으로 하고, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 따라서, P 의 함유량은 0.030 ％ 이하로 한다. 또한, 과도한 P 저감은 정련 비용을 고등시켜 경제적으로 불리해지므로, P 의 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. P 의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.007 ％ 이상으로 한다. P 의 함유량은, 바람직하게는 0.028 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.024 ％ 이하로 하고, 더욱 바람직하게는 0.020 ％ 이하로 한다.

S : 0.0050 ％ 이하

S 는, 모재의 저온 인성이나 연성을 열화시키기 때문에, 0.0050 ％ 를 상한으로 하고, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 따라서, S 의 함유량은 0.0050 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0045 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.0043 ％ 이하로 한다. 또한, 과도한 S 의 저감은 정련 비용을 고등시켜 경제적으로 불리해지므로, S 의 함유량은 0.0010 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. S 의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0012 ％ 이상으로 한다.

Al : 5.00 ％ 이하

Al 은, 탈산제로서 작용하고, 강판의 용강 탈산 프로세스에 있어서, 가장 범용적으로 사용된다. 또, 인장 시험시의 항복 강도 및 국부 신장이 향상된다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 은 0.01 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Al 은 5.00 ％ 를 초과하여 함유하면, 개재물이 다량으로 존재하고, 저온 인성을 열화시키기 때문에, Al 의 함유량은 5.00 ％ 이하로 한다. Al 의 함유량은, 바람직하게는 0.01 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상으로 한다. Al 의 함유량은, 바람직하게는 4.00 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 3.00 ％ 이하로 한다.

Cr : 7.0 ％ 이하

Cr 은, 입계 강도를 향상시키므로, 저온 인성의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cr 은 0.5 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 은 7.0 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물의 생성에 의해, 저온 인성 및 내응력 부식 균열성이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, Cr 의 함유량은 7.0 ％ 이하로 한다. Cr 의 함유량은, 바람직하게는 0.5 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이상으로 하고, 더욱 바람직하게는 1.2 ％ 이상으로 한다. Cr 의 함유량은, 바람직하게는 6.7 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 6.5 ％ 이하로 한다. 또, 내응력 부식 균열을 더욱 향상시키기 위해서는, Cr 의 함유량을 2.0 ％ 이상 6.0 ％ 이하로 하는 것이 더욱 더 바람직하다.

N : 0.0500 ％ 이하

N 은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 저온 인성의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, N 은 0.0050 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, N 은 0.0500 ％ 를 초과하여 함유하면, 질화물 또는 탄질화물이 조대화되고, 저온 인성이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, N 의 함유량은 0.0500 ％ 이하로 한다. N 의 함유량은, 바람직하게는 0.0050 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.0060 ％ 이상으로 한다. N 의 함유량은, 바람직하게는 0.0400 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.0300 ％ 이하로 한다.

O : 0.0050 ％ 이하

O (산소) 는, 산화물의 형성에 의해 저온 인성을 열화시킨다. 이 때문에, O 의 함유량은 0.0050 ％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.0045 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.0040 ％ 이하로 한다. 또한, 과도한 O 의 저감은 정련 비용을 고등시켜 경제적으로 불리해지므로, O 의 함유량은 0.0010 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. O 의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0012 ％ 이상으로 한다.

Ti : 0.005 ％ 미만, Nb : 0.005 ％ 미만

Ti 및 Nb 는, 강 중에서 고융점의 탄질화물을 형성하므로, 저온 인성이 저하된다. Ti 및 Nb 는, 원재료 등으로부터 불가피적으로 혼입되는 성분이기 때문에, Ti : 0.005 ％ 이상 0.010 ％ 이하 및 Nb : 0.005 ％ 이상 0.010 ％ 이하의 범위에서 혼입되는 것이 통례이다. 그래서, 후술하는 용제의 수법에 따라서, Ti 및 Nb 의 불가피 혼입을 회피하고, Ti 및 Nb 의 함유량을 각각 0.005 ％ 미만으로 억제할 필요가 있다. Ti 및 Nb 의 함유량을 각각 0.005 ％ 미만으로 억제함으로써, 상기한 탄질화물의 악영향을 배제하고, 우수한 저온 인성 그리고 연성을 확보할 수 있다. 바람직하게는, Ti 및 Nb 의 함유량을 각각 0.003 ％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 각각 0.002 ％ 이하로 한다. 물론, Ti 및 Nb 의 함유량은 0 ％ 여도 된다.

Ca : 0.0100 ％ 이하, Mg : 0.0100 ％ 이하, REM : 0.0200 ％ 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상

Ca, Mg 및 REM (희토류 금속) 은, 개재물의 형태 제어에 유용한 원소이다. 개재물의 형태 제어란, 전신 (展伸) 한 개재물을 입상의 개재물로 하는 것을 말한다. 이 개재물의 형태 제어를 통하여, 연성, 저온 인성 및 내응력 부식 균열성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca 및 Mg 는 0.0005 ％ 이상, REM 은 0.0010 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 어느 원소도 많이 함유시키면, 비금속 개재물량이 증가하고, 오히려 연성, 저온 인성, 내응력 부식 균열성이 저하된다. 또, 경제적으로 불리해진다.

이 때문에, Ca 및 Mg 를 함유하는 경우에는, 각각 0.0100 ％ 이하로 하고, REM 을 함유하는 경우에는, 0.0200 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, Ca 는 0.0005 ％ 이상 0.0090 ％ 이하, Mg 는 0.0005 ％ 이상 0.0090 ％ 이하, REM 은 0.0010 ％ 이상 0.0180 ％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, Ca 는 0.0010 ％ 이상 0.0080 ％ 이하, Mg 는 0.0010 ％ 이상 0.0080 ％ 이하, REM 은 0.0020 ％ 이상 0.0150 ％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는, Ca 는 0.0015 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, Mg 는 0.0015 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM 은 0.0030 ％ 이상 0.0100 ％ 이하로 한다.

본 발명의 오스테나이트 강재는, 상기한 성분 이외의 잔부가 철 (Fe) 및 불가피적 불순물이다. 여기서의 불가피적 불순물로는, H, B 등을 들 수 있고, 각 원소의 합계로 0.01 ％ 이하이면 허용할 수 있다.

상기 원소를 기본의 성분 조성으로 한다. 이 기본의 성분 조성에 의해 본 발명에서 목적으로 하는 특성은 얻어진다. 본 발명에서는, 강도 및 저온 인성을 더욱 향상시키는 것을 목적으로 하여, 상기 원소에 더하여, 필요에 따라 하기의 원소를 함유할 수 있다.

또한, 하기에 나타내는 Cu, Ni, Mo, V, W 의 각 성분은, 필요에 따라 함유할 수 있으므로, 이들 성분은 0 ％ 여도 된다.

Cu : 1.0 ％ 이하, Ni : 1.0 ％ 이하, Mo : 2.0 ％ 이하, V : 2.0 ％ 이하, W : 2.0 ％ 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상

Cu : 1.0 ％ 이하, Ni : 1.0 ％ 이하

Cu 및 Ni 는, 고용 강화에 의해 강판을 고강도화할 뿐만 아니라, 전위의 이동도를 향상시키고, 저온 인성도 향상되는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cu 및 Ni 는 0.01 ％ 이상으로 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Cu 및 Ni 는 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 압연시에 표면 성상이 열화되는 것 외에, 제조 비용을 압박한다. 이 때문에, 이들의 합금 원소를 함유하는 경우에는, 그 함유량은 각각 1.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu 및 Ni 는, 각각, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.7 ％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 0.5 ％ 이하로 한다.

Mo : 2.0 ％ 이하, V : 2.0 ％ 이하, W : 2.0 ％ 이하

Mo, V 및 W 는, 오스테나이트의 안정화에 기여함과 함께 모재 강도의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo, V 및 W 는, 각각 0.001 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Mo, V 및 W 는, 각각 2.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 조대한 탄질화물이 생성되고, 파괴의 기점이 되는 경우가 있는 것 외에, 제조 비용을 압박한다. 이 때문에, 이들의 합금 원소를 함유하는 경우에는, 그 함유량은 각각 2.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo, V 및 W 는, 각각, 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 1.7 ％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 0.1 ％ 이상으로 하고, 더욱 바람직하게는 1.5 ％ 이하로 한다.

[강재의 마이크로 조직]

다음으로, 본 발명에 있어서 마이크로 조직을 상기와 같이 한정한 이유를 설명한다.

강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경 : 200 ㎛ 미만

상기 서술한 바와 같이, 강재 (모재) 의 결정 입경이 조대한 경우, 탄화물 형성시에 C 가 결핍된다. 강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경을 200 ㎛ 미만으로 함으로써, 강재를 선상 가열한 후에 있어서도 결정 입계에 있어서의 C 농도를 0.100 ％ 이상으로 할 수 있다. 즉, 선상 가열 후에 얻어지는 구조물 (예를 들어, 탱크) 의 선상 가열부에 있어서, -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 41 J 이상으로 우수한 저온 인성을 갖는 강재를 제조할 수 있다.

최대 결정 입경은, 바람직하게는 150 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 80 ㎛ 이하이다. 최대 결정 입경의 하한값은 특별히 규정되지 않는다. 열간 압연 강판 (강재) 의 인성 확보를 위해서는, 최대 결정 입경은 50 ㎛ 이상이 바람직하고, 60 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 여기서, 상기 결정립이란, 에칭으로 드러난 입자를 가리킨다. 본 발명에서는, 상기 최대 결정 입경은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 후술하는 조건에 따르는 열간 압연을 실시함으로써, 강재의 최대 결정 입경을 상기의 수치 범위로 제어할 수 있다. 그 결과, 선상 가열 후에 있어서도 결정 입계에 있어서의 C 농도를 확보할 수 있고, 상기 흡수 에너지를 실현할 수 있다.

강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, 결정 입경 50 ㎛ 이상의 개수 밀도 (바람직한 조건)

고 Mn 강의 파괴의 기점은 결정 입계이고, 균열은 입계를 전파하므로, 조대한 결정립이 존재함으로써, 균열의 전파를 억제하고, 저온 인성을 더욱 향상시킬 수 있다. 그를 위해서는, 결정 입경이 50 ㎛ 이상인 사이즈를 갖는 오스테나이트 결정립의 수가, 1 ㎟ 당 1.0 개 이상인 것이 바람직하고, 2.0 개 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 오스테나이트 결정립의 수가, 1 ㎟ 당 10.0 개를 초과하는 경우, 강도가 저하된다. 그 때문에, 1 ㎟ 당 10.0 개 이하가 바람직하고, 9.0 개 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 결정 입경 50 ㎛ 이상의 오스테나이트 결정립의 1 ㎟ 당의 개수 (개수 밀도) 는, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다. 이 개수 밀도는, 후술하는 열간 압연을 실시함으로써 상기의 수치 범위로 제어할 수 있다.

강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 개재물 입경 (적합 조건)

강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 조대한 개재물이 존재하고 있었던 경우, 내응력 부식 균열성이 저하된다. 강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, 개재물 입경 분포의 상위 10 ％ 의 개재물 입경 (상위 10 ％ 개재물 입경) 이 3.5 ㎛ 를 초과한 경우, 내응력 부식 균열성이 저하되는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, 상기 상위 10 ％ 개재물 입경을 3.5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3.0 ㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 상위 10 ％ 개재물 입경은 작을수록 바람직하지만, 제조성의 관점에서, 바람직하게는 1.5 ㎛ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 2.0 ㎛ 이상으로 한다.

여기서, 「상위 10 ％ 개재물 입경」이란, 개재물 입경의 분포에 있어서, 개재물 입경을 큰 순서로 정리했을 때, 10 ％ 위치에 해당하는 입경이다. 본 발명에서는, 상기 개재물 입경은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 「강재 (오스테나이트 강재)」는 판두께 6 ㎜ 이상의 강판을 가리키는 것으로 한다. 매우 저온의 환경에서 사용되는 구조용 강의 소재로서 바람직하게 사용하는 관점에서는, 판두께는 9 ㎜ 초과로 하는 것이 바람직하고, 12 ㎜ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 판두께의 상한은 특별히 한정되지 않고, 임의의 두께로 할 수 있지만, 40 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[강재의 제조 방법]

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 강재의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 강재 (오스테나이트 강재) 는, 상기한 성분 조성을 갖는 용강을, 전로, 전기로 등의 용제 방법으로 용제할 수 있다. 또, 진공 탈가스로에서 2 차 정련을 실시해도 된다.

그 때, 조직 제어의 방해가 되는 Ti 및 Nb 를 상기 서술한 수치 범위로 제한하기 위해서, 원료 등으로부터 불가피적으로 Ti 및 Nb 가 혼입되는 것을 회피하고, 이들의 함유량을 저감하는 조치를 취할 필요가 있다. 예를 들어, 정련 단계에 있어서의 슬래그의 염기도를 낮춤으로써, 이들 합금을 슬래그에 농화시켜 배출하고, 최종적인 슬래브 제품에 있어서의 Ti 및 Nb 의 농도를 저감한다. 혹은, 산소를 불어 넣어 산화시키고, 환류시에 Ti 및 Nb 의 합금을 부상 분리시키는 등의 방법이어도 된다.

그 후, 연속 주조법, 조괴-분괴 압연법 등의 주조 방법에 의해, 소정 치수의 슬래브 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.

이하에, 상기 강 소재를, 선상 가열 후의 저온 인성이 우수한 강재 (오스테나이트 강재) 로 만들기 위한 제조 조건에 대해, 상세하게 설명한다.

상기한 구성의 오스테나이트 강재를 얻기 위해서는, 상기한 성분 조성의 강 소재를 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 이어서, 950 ℃ 이상에서의 총 압하율을 40 ％ 이상으로 하는 압연을 실시한 후, 950 ℃ 미만에서 1 회 이상의 열간 압연 패스를 실시하고, 또한 마무리 압연 종료 온도를 750 ℃ 이상으로 하는 조건에서, 열간 압연을 실시하는 것이 중요하다. 그리고, 이 열간 압연이 종료한 후, 냉각을 실시한다. 여기서의 온도 제어는, 강 소재의 표면 온도를 기준으로 한다.

또한, 이하의 제조 방법의 설명에서는, 온도에 관한 「℃」표시는, 특별히 언급하지 않는 한, 각각 강 소재 또는 강판의 표면 온도이다. 표면 온도는, 예를 들어 방사 온도계 등으로 측정할 수 있다. 또, 슬래브나 강판의 판두께 중심 위치의 온도는, 예를 들어 강판의 판두께 중심에 열전쌍을 붙여 측정하는 것이나, 강판 단면 내의 온도 분포를 전열 해석에 의해 계산하고, 그 결과를 강판의 표면 온도에 의해 보정함으로써 구할 수 있다.

강 소재의 가열 온도 : 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하

열간 압연에서 Mn 을 확산시키기 위해서, 열간 압연 전의 강 소재의 가열 온도는 1100 ℃ 이상으로 한다. Mn 을 확산시킴으로써, Mn 부(負)편석부에 있어서도 오스테나이트의 안정도를 확보할 수 있다. 이로써, 선상 가열부에 있어서도 오스테나이트의 안정도를 확보할 수 있고, 취성 파괴를 방지할 수 있다. 즉, -269 ℃ 에서의 흡수 에너지를 확보할 수 있다. 한편, 가열 온도가 1300 ℃ 를 초과하면 강의 용해가 시작될 우려가 있기 때문에, 가열 온도의 상한은 1300 ℃ 로 한다. 강 소재의 가열 온도는, 바람직하게는 1130 ℃ 이상이고, 바람직하게는 1270 ℃ 이하이다. 보다 바람직하게는 1150 ℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 1250 ℃ 이하이다.

열간 압연

950 ℃ 이상에서의 총 압하율 : 40 ％ 이상

상기 서술한 바와 같이, 본 발명에서는, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경을 200 ㎛ 미만으로 하는 것이 중요하다. 재결정역의 압연으로 등축립으로 할 수 없으면, 그 후의 미재결정역의 압연에 있어서도 조대립으로서 잔존하고, 최대 결정 입경이 200 ㎛ 이상이 된다. 또한, 결정 입경 50 ㎛ 이상의 개수 밀도가 10.0 개/㎟ 를 초과한다. 그 때문에, 재결정역인 950 ℃ 이상의 온도역에서 총 압하율을 40 ％ 이상 확보하는 것이 유효하다. 재결정역에서의 총 압하율은, 바람직하게는 50 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 52 ％ 이상이다. 재결정역에서의 총 압하율의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 강도 확보의 이유로부터, 재결정역에서의 총 압하율은, 85 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 70 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

950 ℃ 미만에서의 열간 압연 패스수 : 1 회 이상, 또한 마무리 압연 종료 온도 : 750 ℃ 이상

950 ℃ 이상에서의 열간 압연으로 형성한 등축립을 미세하게 하기 위해서, 950 ℃ 미만에서의 열간 압연 패스수를 1 회 이상 하는 것이 중요하다. 바람직하게는, 2 회 이상이다. 950 ℃ 미만에서의 열간 압연 패스가 없는 경우, 최대 결정 입경이 200 ㎛ 이상이 된다. 또한, 결정 입경 50 ㎛ 이상의 개수 밀도가 10.0 개/㎟ 를 초과한다. 이 열간 압연 패스수의 상한은 특별히 규정되지 않는다. 제조성의 관점에서, 이 열간 압연 패스수는, 10 회 이하로 하는 것이 바람직하고, 8 회 이하가 보다 바람직하다. 750 ℃ 미만에서 열간 압연을 실시한 경우, 결정 입경이 과도하게 미세해지고, 저온 인성이 저하되므로, 마무리 압연 종료 온도는 750 ℃ 이상으로 한다. 마무리 압연 종료 온도가 775 ℃ 이하인 경우, 결정 입경이 미세해지고, 그 결과, 최대 결정 입경이 50 ㎛ 미만이 되는 경우가 있으므로, 마무리 압연 종료 온도는 775 ℃ 초과로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 780 ℃ 이상이다. 마무리 압연 종료 온도의 상한은 특별히 규정되지 않는다. 강도 확보의 관점에서, 마무리 압연 종료 온도는, 930 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 900 ℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

냉각

열간 압연이 종료한 후, 냉각을 실시한다. 냉각 조건은 특별히 규정되지 않는다. 본 발명에서는, (열간 압연 종료시의 온도 - 100 ℃) 이상의 온도로부터, 1.0 ℃／s 이상의 평균 냉각 속도로 600 ℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다. 이로써, 탄화물 생성 및 P 의 입계 편석을 억제하고, 강재의 특성이 보다 높아진다. 상기 「열간 압연 종료시의 온도」란, 마무리 압연 종료 온도를 가리킨다.

또한, 상기 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 규정되지 않는다. 냉각 정지 온도 제어의 관점에서, 30.0 ℃／s 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 강재를 소재로 하고, 그 소재를 선상 가열하여 제조된 강 구조물 (예를 들어, 탱크) 에 대해 설명한다.

본 발명의 탱크는, 상기한 강재를 특정한 선상 가열 조건에서 선상 가열하여 곡면 형성하고, 곡면으로 가공된 강재를 용접하여 제조된다. 이와 같이 제조되는 본 발명의 탱크는, 모재부에 있어서의 성분 조성 및 마이크로 조직이 상기한 강재 (오스테나이트 강재) 의 것과 동일하다.

또, 본 발명의 탱크에 있어서의, 선상 가열 후의 모재부의 표면하 1 ㎜ 위치에서의 결정 입계에 있어서의 C 농도는, 0.100 ％ 이상이 된다. 선상 가열 후의 모재부의 상기 위치에서의 결정 입계에 있어서의 C 농도가 0.100 ％ 미만에서는 입계 강도를 확보할 수 없다. 따라서, 선상 가열 후의 모재부의 상기 위치에서의 결정 입계에 있어서의 C 농도는 0.100 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.200 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.250 ％ 이상이다. 선상 가열 후의 모재부의 상기 위치에서의 결정 입계에 있어서의 C 농도의 상한은, 특별히 규정되지 않는다. 과도한 Cr 탄화물 형성에 수반되는 저온 인성의 저하의 관점에서, 0.600 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.550 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

이와 같이 제조되는 본 발명의 탱크는, 선상 가열 후의 선상 가열부의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지를 41 J 이상으로 할 수 있다. 또한, 상기 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지는, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다. 즉, 선상 가열부에 있어서의, -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지는, 풀 사이즈의 경우에는 41 J 이상이 되고, 5 ㎜ 서브 사이즈의 경우에는 27 J 이상이 된다.

또, 본 발명에 의하면, 내응력 부식 균열성도 구비할 수 있다.

계속해서, 상기 탱크의 바람직한 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.

본 발명의 탱크는, 상기 강재에 이하의 조건에서 선상 가열하여 곡면 형성하고, 곡면으로 가공된 강재를 용접하여 제조된다. 또한, 소재인 강재 (오스테나이트 강재) 의 제조 방법에 대해서는 이미 설명하고 있으므로 생략한다. 여기서는, 바람직한 선상 가열 조건, 및 용접 조건에 대해 설명한다.

[선상 가열 조건]

강재에 대해, 강재의 표면의 가열 온도의 목표 (가열 목표 온도) 를 900 ℃ 이하의 조건에서 선상 가열한다. 가열 후, 그 강재를 표면 온도로 500 ℃ 이하까지 공랭하고, 그 후, 수랭한다. 상기 가열 및 공랭하는 선상 가열 처리는, 1 회여도 되고, 혹은 1 회 이상 되풀이해도 (반복해도) 된다. 반복 횟수는, 마이크로 조직을 변화시키기 위해, 1 회 이상이 바람직하다. 반복 횟수는, 국소적인 열 사이클 이력이 복잡해지므로, 5 회 이하가 바람직하다. 상기 가열 온도는, 800 ℃ 초과로 하는 것이 바람직하다.

[용접 조건]

고강도 및 고연성이며 우수한 극저온 충격 인성을 확보하는 관점에서, 용접은, 솔리드 와이어 (직경 1.2 ㎜) 를 전극으로서 사용하여, 예열 없음, 하방향 자세에서, 패스간 온도 : 100 ∼ 150 ℃, 실드 가스 : 80 ％ Ar ＋ 20 ％ CO₂ 의 조건에서 실시한다. 또한, 실드 가스에 관한 「％」의 표시는, 「체적％」인 것을 가리킨다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 본 발명의 바람직한 일례를 나타내는 것이며, 본 발명은 이 실시예로 한정되지 않는다.

전로-레이들 정련-연속 주조법에 의해, 표 1 에 나타내는 성분 조성의 강 슬래브를 제작하였다. 또한, 표 1 에 나타내는 「-」은, 원소를 의도적으로 첨가하지 않는 것을 나타내고 있고, 원소를 함유하지 않는 (0 ％) 경우뿐만 아니라, 원소를 불가피적으로 함유하는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 이어서, 얻어진 강 슬래브를 표 2-1 에 나타내는 조건에서 열간 압연을 실시하고, 그 후 냉각을 실시하고, 판두께가 6 ∼ 40 ㎜ 인 강재 (열간 압연 강판) 를 제작하였다.

얻어진 열간 압연 강판 (강판) 을 사용하여, 결정 입경 및 개재물 입경의 평가를 하기의 요령으로 실시하였다.

계속해서, 얻어진 강판에 선상 가열을 실시하고, 선상 가열 후의 강판을 사용하여 C 농도, 저온 인성 및 내응력 부식 균열성의 평가를, 각각 하기의 요령으로 실시하였다.

여기서, 상기 선상 가열에 대해 설명한다. 선상 가열로서, 도 1 에 나타내는 판 선상 가열을 실시하였다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 얻어진 강판으로부터, 세로가 1000 ㎜, 가로가 500 ㎜ 인 선상 가열 시험체를 제작하고, 폭 방향 (압연 방향) 의 1/2 위치에서 그 시험체를 구속판으로 고정하고, 다음의 조건에서 판 선상 가열을 실시하였다. 조건은, 강재의 표면의 가열 온도 목표를 900 ℃ 로 하고, 그 온도로 가열하고, 강재의 표면 온도로 500 ℃ 이하까지 공랭하고, 그 후, 수랭하는 것으로 하였다. 동일 영역의 선상 가열은, 표 2-2 에 나타내는 조건에서 반복하였다.

또, 선상 가열 처리 후의 강판끼리의 용접은, 솔리드 와이어 (직경 1.2 ㎜) 를 전극으로서 사용하고, 예열 없음, 하방향 자세로 하고, 또한 표 2-2 에 나타내는 용접 조건에서 실시하였다.

(1) 마이크로 조직 평가

[결정 입경]

얻어진 열간 압연 강판에 대해, 압연 방향 단면을 연마한 후, 에칭하고, 이어서, 강판 표면하 1 ㎜ 위치를 광학 현미경을 사용하여 200 배의 배율로 촬영하였다. 촬영한 화상으로부터 무작위로 에칭으로 드러난 100 개의 결정립을 선택하고, 결정립의 원상당경을 결정 입경으로 하고, 강판 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경 (㎛) 을 구하였다. 또, 100 개의 결정립의 총 면적과 50 ㎛ 이상의 결정립의 개수를 구하고, 1 ㎟ 당의 결정 입경 50 ㎛ 이상의 개수 밀도 (㎟/개) 를 구하였다. 또한, 부식액에는 왕수를 사용하였다.

[개재물 입경]

얻어진 열간 압연 강판에 대해, SEM (주사 전자 현미경) 을 사용하여 개재물 입경을 조사하였다. 평가 영역은 200 ㎟ 로 하고, 강판 표면하 1 ㎜ 위치의 상위 10 ％ 개재물 입경 (㎛) 을 구하였다.

[C 농도]

얻어진 열간 압연 강판에 선상 가열을 실시한 후의 강판으로부터, 12 ㎜ × 10 ㎜ 의 TEM 샘플을 제작하였다. 그 샘플에 대해, TEM (투과 전자 현미경) 에 부속된 EDS 검출기를 사용하여, 탄화물이 없는 입계를 횡단하여 조성 분석을 실시하고, 얻어진 C 농도를 평가하였다. 강판의 표면하 1 ㎜ 위치를 관찰 대상으로 하였다. 분석은, 10 개의 입계에 대해 실시하고, 그 평균값을 구하였다.

(2) 저온 인성

선상 가열부의 저온 인성의 평가는, 이하와 같이 실시하였다.

얻어진 열간 압연 강판으로부터, 도 1 에 나타내는 선상 가열 시험체를 제작하고, 그 시험체에 상기 서술한 조건에서 판 선상 가열을 실시한 후의 강판을 사용하여, 선상 가열부의 저온 인성의 평가를 실시하였다. 판두께가 10 ㎜ 이상인 선상 가열부로부터, JIS Z 2242 (2005 년) 의 규정에 준거하여 샤르피 V 노치 시험편 (풀 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편) 을 채취하였다. 3 개의 샤르피 V 노치 시험편을 사용하여, 샤르피 충격 시험을 -196 ℃ 및 -269 ℃ 에서 실시하였다. 각 온도에서의 3 개의 흡수 에너지의 평균값을 구하였다. 본 실시예에서는, 풀 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편의 경우, -269 ℃ 에서의 3 개의 흡수 에너지의 평균값이 41 J 이상을 저온 인성이 우수하다고 판정하였다.

또한, 판두께가 10 ㎜ 미만인 선상 가열부에 대해서는, JIS Z 2242 (2005 년) 의 규정에 준거하여 5 ㎜ 서브 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편을 채취하였다. 3 개의 샤르피 V 노치 시험편을 사용하여, 샤르피 충격 시험을 -196 ℃ 및 -269 ℃ 에서 실시하였다. 각 온도에서의 3 개의 흡수 에너지의 평균값을 구하였다. 표 2 중, 서브 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편을 사용하여 실시한 샘플에는, 흡수 에너지의 항목에 「*1」을 나타낸다. 서브 사이즈의 샤르피 V 노치 시험편의 경우, -269 ℃ 에서의 3 개의 흡수 에너지의 평균값이 27 J 이상을 저온 인성이 우수하다고 판정하였다.

(3) 내응력 부식 균열성

내응력 부식 균열성의 평가는, ASTM G36 에 기초하여 응력 부식 균열 시험을 실시하였다. 판두께 2.5 ㎜, 폭 20 ㎜, 길이 80 ㎜ 가 되는 사이즈의 시험편을, 얻어진 열간 압연 강판의 표면하 1 ㎜ 위치로부터 채취하였다. 용액은 비등 염화 MgCl₂ 로 하고, 굽힘 반경은 5 ㎜ 로 하였다. 상기 용액에 응력을 부여한 시험편을 400 시간 침지한 후, 균열의 발생 유무를 확인하였다. 균열의 발생이 없었던 경우를 표 2-2 에 나타내는 「○ (합격)」, 균열의 발생이 있었던 경우를 표 2-2 에 나타내는 「× (불합격)」이라고 평가하였다.

이상에 의해 얻어진 결과를, 표 2-1 및 표 2-2 에 나타냈다.

[표 1]

[표 2-1]

[표 2-2]

표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 오스테나이트 강재에서는, 상기 서술한 목표 성능인 마이크로 조직에 있어서의 최대 결정 입경 : 200 ㎛ 미만을 만족하는 것이 확인되었다. 본 발명의 오스테나이트 강재를 선상 가열한 지점에서는, 상기 서술한 목표 성능인 결정 입계에 있어서의 C 농도 : 0.100 ％ 이상, 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 (vE_-269) 가 41 J 이상, 5 ㎜ 서브 사이즈에서는 27 J 이상을 만족하는 것이 확인되었다.

이것에 대해, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에서는, 상기 목표 성능을 만족할 수 없었다.

Claims (8)

1. 질량％ 로,
   C : 0.200 ％ 이상 0.700 ％ 이하,
   Si : 0.05 ％ 이상 1.00 ％ 이하,
   Mn : 20.0 ％ 이상 40.0 ％ 이하,
   P : 0.030 ％ 이하,
   S : 0.0050 ％ 이하,
   Al : 5.00 ％ 이하,
   Cr : 7.0 ％ 이하,
   N : 0.0500 ％ 이하,
   O : 0.0050 ％ 이하,
   Ti : 0.005 ％ 미만,
   Nb : 0.005 ％ 미만을 함유하고,
   Ca : 0.0100 ％ 이하, Mg : 0.0100 ％ 이하, REM : 0.0200 ％ 이하에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고,
   잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
   마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치의 최대 결정 입경이 200 ㎛ 미만인, 강재.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,
   Cu : 1.0 ％ 이하,
   Ni : 1.0 ％ 이하,
   Mo : 2.0 ％ 이하,
   V : 2.0 ％ 이하,
   W : 2.0 ％ 이하
   에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 강재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, 결정 입경 50 ㎛ 이상의 개수 밀도가 1.0 개/㎟ 이상인, 강재.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마이크로 조직은, 강재의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, 개재물 입경 분포의 상위 10 ％ 의 개재물 입경이 3.5 ㎛ 이하인, 강재.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 강재의 제조 방법으로서,
   상기 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고,
   950 ℃ 이상에서의 총 압하율 : 40 ％ 이상, 950 ℃ 미만에서의 열간 압연 패스수 : 1 회 이상, 및 마무리 압연 종료 온도 : 750 ℃ 이상의 조건에서 열간 압연을 실시하고,
   그 후, 냉각을 실시하는, 강재의 제조 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 강재를 용접하여 이루어지는 탱크로서,
   선상 가열된 모재부의 표면하 1 ㎜ 위치에서의 결정 입계에 있어서의 C 농도가 0.100 ％ 이상이고,
   선상 가열된 선상 가열부의 표면하 1 ㎜ 위치에 있어서의, -269 ℃ 이상에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 41 J 이상인, 탱크.
7. 제 6 항의 탱크의 제조 방법으로서,
   제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 강재의 표면을 900 ℃ 이하로 가열하고, 그 강재를 표면 온도로 500 ℃ 이하까지 공랭하고, 그 후, 수랭하는 선상 가열 처리를 실시하여 곡면 가공하고,
   이어서, 곡면 가공된 강재끼리를 용접하는, 탱크의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 용접은, 솔리드 와이어를 전극으로서 사용하고, 패스간 온도 : 100 ∼ 150 ℃, 실드 가스 : 80 ％ Ar ＋ 20 ％ CO₂ 의 조건에서 실시하는, 탱크의 제조 방법.

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