KR102612324B1

KR102612324B1 - 고망간 강 주편의 제조 방법 및 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법

Info

Publication number: KR102612324B1
Application number: KR1020217021992A
Authority: KR
Inventors: 요이치 이토; 노리치카 아라마키; 고이치 나카시마; 시게키 기츠야
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2023-12-12
Also published as: US11819909B2; JP7063401B2; KR20210102398A; EP3889276A1; WO2020153407A1; JPWO2020153407A1; US20220118508A1; EP3889276A4; EP3889276B1

Abstract

고망간 강 강편 또는 강판의 제조에 있어서의 압연시의 깨짐을 억제할 수 있는 고망간 강 주편의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 관한 고망간 강 주편의 제조 방법은 특정의 성분 조성을 갖는 고망간 강 용강을 연속 주조하여 주편을 제조함에 있어서, 연속 주조기내 또는 다음 공정의 열간압연용 가열로 장입까지의 반송 공정에서, 표면 온도가 600℃이상 1100℃이하의 상기 주편에 하기 (1)식에서 산출되는 가공 왜곡량이 3.0%이상 10.0%이하로 되는 가공 왜곡을 부여한다. 가공 왜곡량(%)=ln(가공 전의 주편의 단면적/가공 후의 주편의 단면적)×100…(1)

Description

고망간 강 주편의 제조 방법 및 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법

본 발명은 핵융합 시설이나 리니어 모터카용 노반, 핵자기 공명 단층실 등의 기계 구조용 부재 및 액화 가스 저장용 탱크 등의 극저온 환경에서 사용되는 구조용 강의 고망간 강의 소재로 되는 강편이나 강판의 제조에 이용되는 고망간 강 주편의 제조 방법에 관한 것이다. 또, 해당 고망간 강 주편을 이용한 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

오스테나이트 단상 조직에서 비자성 특성을 갖는 고망간 강은 종래의 오스테나이트계 스테인리스강이나, 9% 니켈강, 5000계 알루미늄 합금 등의 극저온용 금속 재료에 대신하는 저렴한 강재로서 요망이 높아지고 있다.

종래, 이들 고망간 강의 소재로 되는 강편은 조괴법으로 강괴를 얻고, 이것을 열간으로 분괴 압연하여 제조하는 것이 일반적이었지만, 최근에는 생산성 향상이나 코스트 저감의 관점에서, 연속 주조법으로 얻은 주편으로부터의 제조가 불가결하게 되고 있다. 고망간 강의 강편을 연속 주조법으로 얻은 주편으로 제조하는 경우, 연속 주조시의 주편의 표면 깨짐이나, 분괴 압연시의 강편의 표면 깨짐이 다발하고, 깨짐 흔적 제거를 위한 손질 증대와 수율 저하가 문제로 된다. 이 때문에, 주편 및 강편의 표면 깨짐을 억제할 수 있는 연속 주조 주편으로부터의 고망간 강 강편의 제조 방법이 강하게 요망되고 있었다.

고망간 강의 연속 주조 주편을, 표면 깨짐을 발생시키지 않고 열간압연하는 기술은 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 기술은 질량%로, C:0.2∼0.8%, Si:0.5%이하, Mn:11∼20%, Cr:3%이하를 함유하는 용강을 연속 주조할 때, 주편 표면의 냉각 최종 온도의 하한을 C 및 Cr 함유량의 함수로부터 산출되는 값 이상으로 하면서, 주편 표면을 그 온도 이상으로 유지한 채 가열로에 장입하고, 열간압연의 1패스째에서 부여하는 압하 왜곡을 3∼6%의 범위로 하는 방법이다.

또, 특허문헌 2에는 질량%로, C:0.9∼1.20%, Mn:11.0∼14.0%, P:0.08%이하를 함유하는 용강을 연속 주조함에 있어서, 2차 냉각수의 비 수량을 0.7∼1.1L/kg의 범위로 하고, 또한 그 주편을 균열(均熱) 후, 예비 압연할 때에, 균열로에서의 승열·온도 유지 조건을 제한하는 동시에, 예비 압연 후에 수인(water toughening) 처리를 실행함으로써 표면 깨짐을 방지하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는 질량%로, C:0.09∼1.5%, Si:0.05∼1.0%, Mn:10∼31%, P:0.05%이하, S:0.02%이하, Cr:10%이하, Al:0.003∼0.1%, N:0.005∼0.50%를 함유하고 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 용강을 연속 주조함에 있어서, 주형에 급탕하기 직전의 용강 온도와 주조 속도를 적정 범위내로 하는 것에 의해, 표면 깨짐 등의 결함의 발생을 억제하는 고망간 함유 강의 제조 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 4에는 모재 및 용접 열 영향부의 인성이 우수한 극저온용 고망간 강재로 하여, Mg, Ca, REM의 첨가 등을 실시한 바람직한 성분 조성 범위의 고망간 강이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성6-322440호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 소화59-13556호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 제2011-230182호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 제2016-196703호

특허문헌 1, 2에 개시된 방법에서는 연속 주조 후의 주편의 보온이나 균열 처리가 불가결하고, 제조 공정상 큰 제약이 생긴다. 특히, 주편 반송 중에 그 온도를 엄격히 관리하는 것은 사실상 곤란하다. 이 때문에, Mn 함유량이 20질량%이상, 혹은 Cr 함유량이 3%를 넘는 성분 조성의 주편에 대해서는 표면 깨짐 억제 효과가 충분히 얻어지지 않는다.

특허문헌 3에 개시된 방법은 주형내에서의 초기 응고 쉘의 불균일의 해소나, 입계에 형성된 저융점의 탄화물이 용융되는 것에 의한 입계 취화의 회피를 상정한 것이며, 비교적 고온역에서의 주편의 깨짐을 대상으로 하고 있다. 한편, 후술하는 바와 같이, 더욱 저온역에서의 현상도 고망간 강의 표면 깨짐에 큰 영향을 미치고 있기 때문에, 특허문헌 3에 개시된 방법이라도 고망간 강의 표면 깨짐을 충분히 억제할 수 없다. 특허문헌 4에는 극저온용 고망간 강재로서, Mg, Ca, REM의 첨가 등을 실시한 바람직한 성분 조성 범위가 개시되어 있을 뿐, 해당 성분 조성의 용강을 표면 깨짐 등의 결함을 발생시키는 일 없이 연속 주조하는 조건에 대해서는 하등 기재되어 있지 않다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, Mn의 함유량이 20질량%를 넘는 고망간 강 강편 또는 강판을 제조하는 경우에도 압연시의 깨짐을 억제할 수 있는 고망간 강 주편의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 상기 고망간 강 주편을 이용한 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명에 있어서 주편은 다음 공정의 열간압연을 실시하기 전의 단계의 것을 가리키며, 열간압연을 실시하기 전에, 본 발명에 있어서의 가공 왜곡의 부여나 표면 손질 등을 실행한 것도 주편으로 부른다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 질량%로, C:0.10%이상 1.3%이하, Si:0.10%이상 0.90%이하, Mn:10%이상 30%이하, P:0.030%이하, S:0.0070%이하, Al:0.01%이상 0.07%이하, Cr:0.1%이상 10%이하, Ni:0.01%이상 1.0%이하, Ca:0.0001%이상 0.010%이하, N:0.0050%이상 0.2000%이하를 함유하고, 임의의 첨가 원소로서, Mg:0.0001%이상 0.010%이하, REM:0.0001%이상 0.010%이하를 더 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 용강을 연속 주조하여 주편을 제조함에 있어서, 연속 주조기내 또는 다음 공정의 열간압연용 가열로 장입까지의 반송 공정에서, 표면 온도가 600℃이상 1100℃이하의 상기 주편에 하기 (1)식에서 산출되는 가공 왜곡량이 3.0%이상 10.0%이하로 되는 가공 왜곡을 부여하는 고망간 강 주편의 제조 방법:

가공 왜곡량(%)=ln(가공 전의 주편의 단면적/가공 후의 주편의 단면적)×100…(1)

[2] 표면 온도가 하기 (2)식에서 산출되는 Tp 이상인 상기 주편에 상기 가공 왜곡을 부여하는 상기 [1]에 기재된 고망간 강 주편의 제조 방법:

Tp(℃)=600+15[%C]²+333[%C]-4[%Mn]+40[%Cr]…(2)

(2)식에 있어서, [%C], [%Mn], [%Cr]은 상기 주편의 C, Mn, Cr의 함유량(질량%)이다.

[3] 상기 주편의 성분 조성은 하기 (3)식을 더 만족시키는 상기 [1] 또는 상기 [2]에 기재된 고망간 강 주편의 제조 방법:

[%Mn]×([%S]-0.8×[%Ca])≤0.10…(3)

(3)식에 있어서, [%Mn], [%S], [%Ca]는 상기 주편의 Mn, S, Ca의 함유량(질량%)이다.

[4] 상기 [1] 내지 상기 [3] 중의 어느 하나에 기재된 고망간 강 주편의 제조 방법에 의해 제조된 주편을 열간압연하여 강편 또는 강판을 제조하는 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법.

본 발명에 관한 고망간 강 주편의 제조 방법에 의해 제조된 주편을 이용함으로써, 열간압연시의 표면 깨짐이 억제되고, 표면 깨짐이 억제된 고망간 강 주편을 제조할 수 있다. 이것에 의해, 고망간 강 강편 또는 강판의 제조에 있어서의 손질 코스트의 삭감, 제조 리드 타임의 저감, 및 수율 향상을 실현할 수 있다.

도 1은 고온 인장 시험에서 얻어진 RA값과 인장 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 결정 입경비와 가공 왜곡량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 탄화물의 석출 온도와, 600+15[%C]²+333[%C]-4[%Mn]+40[%Cr]의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 RA값과 [%Mn]×([%S]-0.8×[%Ca])의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 연속 주조기내의 수평대에서 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여한 경우에 있어서의 주편의 표면 온도 변화의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 6은 표면 온도가 Tp 이상인 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여한 주편의 표면 근방의 응고 조직을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 연속 주조기내의 수평대에서 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여하지 않은 경우에 있어서의 주편의 표면 온도 변화의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 8은 표면 온도가 Tp 이상인 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여하고 있지 않은 주편의 표면 근방의 응고 조직을 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다. 본 실시형태에 관한 고망간 강은 C:0.10%이상 1.3%이하, Si:0.10%이상 0.90%이하, Mn:10%이상 30%이하, P:0.030%이하, S:0.0070%이하, Al:0.01%이상 0.07%이하, Cr:10%이하, Ni:0.01%이상 1.0%이하, Ca:0.0001%이상 0.010%이하, N:0.0050%이상 0.2000%이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다. 또한, 성분 조성에 있어서의 성분의 함유량을 나타내는 「%」는 특히 단정하지 않는 한 「질량%」를 의미한다.

C(탄소):0.10%이상 1.3%이하

C는 오스테나이트상의 안정화와 강도의 향상을 목적으로서 첨가된다. C의 함유량이 0.10%미만에서는 필요한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, C의 함유량이 1.3%를 넘으면 탄화물이나 시멘타이트의 석출량이 과대하게 되고 인성이 저하한다. 이 때문에, C의 함유량은 0.10%이상 1.3%이하일 필요가 있으며, 0.30%이상 0.8%이하인 것이 바람직하다.

Si(규소):0.10%이상 0.90%이하

Si는 탈산과 고용 강하를 목적으로서 첨가된다. 이 효과를 얻기 위해서는 Si의 함유량이 0.10%이상일 필요가 있다. 한편, Si는 페라이트 안정화 원소이며, 다량으로 첨가하면 고망간 강의 오스테나이트 조직이 불안정하게 된다. 이 때문에, Si의 함유량은 0.90%이하일 필요가 있다. 따라서, Si의 함유량은 0.10%이상 0.90%이하일 필요가 있으며, 0.20%이상 0.60%이하인 것이 바람직하다.

Mn(망간):10%이상 30%이하

Mn은 오스테나이트 조직을 안정화하고, 강도의 증가를 초래하는 원소이다. 특히, Mn의 함유량을 10%이상으로 하는 것에 의해서, 오스테나이트강에 기대되는 비자성 및 저온 인성과 같은 특성이 얻어진다. 한편, 일반적으로 오스테나이트강은 열간 가공성이 부족하고, 그중에서도 고망간 강은 연속 주조나 열간압연시의 깨짐의 감수성이 높은 재료로서 알려져 있다. 특히, Mn의 함유량이 30%를 넘으면 가공성이 현저히 저하한다. 따라서, Mn의 함유량은 10%이상 30%이하일 필요가 있으며, 20%이상 28%이하인 것이 바람직하다.

P(인):0.030%이하

P는 강 중에 포함되는 불순물 원소이며, 인성의 저하나 열간 취화를 초래한다. 이 때문에, P의 함유량은 적을수록 좋지만, 0.030%까지는 허용할 수 있다. 따라서, P의 함유량은 0.030%이하일 필요가 있으며, 0.015%이하인 것이 바람직하다.

S(유황):0.0070%이하

S는 강 중에 포함되는 불순물 원소이며, MnS 등의 황화물이 기점으로 되어 인성을 저하시킨다. 이 때문에, S의 함유량은 적을수록 좋지만, 0.0070%까지는 허용할 수 있다. 따라서, S의 함유량은 0.0070%이하일 필요가 있으며, 0.0030%이하인 것이 바람직하다.

Al(알루미늄):0.01%이상 0.07%이하

Al은 탈산을 목적으로서 첨가된다. 필요한 탈산 효과를 얻기 위해서는 Al의 함유량이 0.01%이상일 필요가 있다. 한편, Al의 함유량이 0.07%를 넘을수록 첨가되어도 탈산 효과는 한계점에 도달하게 되는 동시에 과잉의 AlN이 생성되어 열간 가공성이 저하한다. 따라서, Al의 함유량은 0.01%이상 0.07%이하일 필요가 있으며, 0.02%이상 0.05%이하인 것이 바람직하다.

Cr(크롬):0.1%이상 10%이하

Cr은 고용 강화를 목적으로서 첨가된다. 이 때문에, Cr의 함유량은 0.1%이상일 필요가 있다. 한편, Cr을 다량으로 첨가하면 고망간 강의 오스테나이트 조직이 불안정하게 되고, 취화의 원인으로 되는 조대 탄화물이 석출된다. 따라서, Cr의 함유량은 10%이하가 필요하며, 7%이하인 것이 바람직하다.

Ni(니켈):0.01%이상 1.0%이하

Ni는 오스테나이트 조직을 안정화하고, 탄화물의 석출 억제에 기여하는 원소이다. 이 때문에, Ni의 함유량은 0.01%이상일 필요가 있다. 한편, Ni를 과잉으로 첨가하면 마텐자이트가 생성되기 쉬워지므로, Ni의 함유량은 1.0%이하일 필요가 있으며, 0.02%이상 0.8%이하인 것이 바람직하다.

Ca(칼슘):0.0001%이상 0.010%이하

Ca는 적량 첨가하면 미세한 산화물이나 황화물을 형성하고, 석출 개재물에 의한 입계 취화를 억제한다. 이 때문에, Ca의 함유량은 0.0001%이상일 필요가 있다. 한편, Ca의 함유량이 과잉으로 되면, 석출 개재물이 조대화되고, 반대로 입계 취화를 촉진한다. 이 때문에, Ca의 함유량은 0.010%이하일 필요가 있다. Ca의 함유량은 0.0005%이상 0.0050%이하인 것이 바람직하다.

N(질소):0.0050%이상 0.2000%이하

N은 오스테나이트 조직을 안정화시키고, 고용 및 석출에 의해서 강도를 증가시킨다. 이 효과를 겨냥하여, N의 함유량은 0.0050%이상일 필요가 있다. 한편, N의 함유량이 0.2000%를 넘으면 열간 가공성이 저하한다. 이 때문에, N의 함유량은 0.0050%이상 0.2000%이하일 필요가 있으며, N의 함유량은 0.0050%이상 0.1000%이하인 것이 바람직하다.

또, 필요에 따라, Mg(마그네슘) 및 REM을 함유해도 좋다. Mg 및 REM은 Ca와 마찬가지의 효과가 얻어지므로, 이들 함유량을 각각 0.0001%이상 0.010%이하로 해도 좋다. 상기 이외의 잔부는 철 및 불가피한 불순물이다. 여기서, REM은 원자 번호가 57인 La(란탄)에서 71인 Lu(루테늄)까지의 15원소에, 원자 번호가 21인 Sc(스칸듐)과 원자 번호가 39인 Y(이트륨)를 더한 합계 17 원소의 총칭이다.

다음에, 상기 성분 조성의 고망간 강의 열간압연시의 깨짐 발생 기구를 추정한 고온 인장 시험에 대해 설명한다. 대표적인 고망간 강으로서 표 1에 나타내는 성분 조성의 강을 라보(laboratory) 용제 후에 강괴로 하고, 거기로부터 시험편을 채취하여 고온 인장 시험을 실시하였다.

[표 1]

도 1은 고온 인장 시험에서 얻어진 RA(드로잉)값과 인장 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 1에 있어서의 종축의 RA의 값은 하기 (4)식으로부터 구하였다.

RA(%)=(시험 전의 시험편 단면적-시험 후(파단 후)의 시험편 단면적)/(시험 전의 시험편 단면적)×100…(4)

망간 농도가 10질량%보다 낮은 강에 있어서, 열간압연시의 강편에 깨짐이 발생하지 않는다고 생각되는 RA값은 60%이상이다. 그러나, 망간 농도가 10질량%이상의 고망간 강에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, RA값이 60%이상이어도 강편에 깨짐이 발생하는 온도 영역이 있는 것이 확인되었다. 이 결과와, 고온 인장 시험 실시 후의 시험편 파단면의 광학 현미경 및 주사형 전자현미경(SEM)의 관찰 결과로부터, RA값이 저하한 온도 영역을 이하의 영역 I, 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅲ으로 구분하여 고망간 강의 깨짐 원인을 추정하였다.

영역 I은 고상선 온도 T_S∼1200℃에서 저RA값으로 되는 온도 범위이다. 이 깨짐은 C, P, S 등의 입계로의 편석 농화에 의해 입계가 국소적으로 저융점화되는 것에 기인하는 것이며, 주조 중에 주편 온도가 고상선 온도 직하까지 냉각되었을 때에 나타나는 액막 취화 현상으로서 알려져 있다. 이 깨짐에 대한 대책은 일반적으로 잘 알려져 있는 연속 주조에 있어서의 내부 깨짐 방지에 대한 것과 동일하다. 즉, 연속 주조를 저주조 속도로 조업하고, 롤간에서의 주편의 벌징을 억제한다는 대책이다.

영역 Ⅱ는 1150∼1030℃에서 저RA값으로 되는 온도 범위이다. 이 깨짐은 입계에 S가 농화되고, MnS 등의 황화물이 석출되는 것에 의한 취화 현상에 기인하는 것이다. 특히, 고망간 강은 오스테나이트 응고하고, 그 후의 냉각 과정에서 상변태가 생기지 않으므로, 황화물 생성에 의한 입계 취화가 생기기 쉽다. 입계의 강도에는 S의 함유량과 MnS의 석출량이 영향을 주므로, 입계의 MnS 석출량을 취화 허용 범위 이하로 억제하는 것이 깨짐 방지에 중요하게 된다.

영역 Ⅲ은 860∼780℃에서 저RA값으로 되는 온도 범위이다. 이 깨짐은 조대한 결정립의 입계에, 주로 M₂₃C₆ 탄화물이 석출되는 것에 의한 취화 현상에 기인한다. 전술한 바와 같이, 고망간 강은 오스테나이트 응고하고, 그 후의 냉각 과정에서 상변태가 생기지 않으므로, 주조 단계에서 생긴 조대 결정립이 그 후의 열간압연 공정까지 유지된다. 탄화물은 결정 입계에 우선해서 석출되고, 결정립이 조대한 경우, 입계에 석출되는 탄화물도 조대화되기 쉽다. 조대한 탄화물은 열간압연 전의 재가열에 있어서도 강 중에 완전히 고용되지 않고 입계에 잔존하는 경우가 많고, 이 때문에, 연속 주조시에 주편이 깨져 있지 않은 경우에도, 열간압연 후의 강편에 깨짐이 생기는 경우가 있다. 따라서, 주조 단계에서 결정립의 조대화를 방지하는 대책을 취하는 것이 깨짐의 억제에 중요하게 된다.

이상의 검토로부터, 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅲ에 있어서의 고망간 강의 표면 깨짐은 주로 결정 입계에 석출된 황화물이나 조대한 탄화물이 원인이라고 추정되었다. 즉, 고망간 강이 다른 강종보다 깨짐의 감수성이 높은 것은 고망간 강은 오스테나이트 단상 강 혹은 오스테나이트 단상+페라이트 조직이고, 주편 표층으로부터 주편의 두께 방향에 10㎜ 위치까지의 범위의 결정 입경이 2∼5㎜이고, 보통 강의 구오스테나이트 입경의 0.5∼1.5㎜에 비해 매우 조대한 것이 원인이라고 생각하였다.

주편의 결정립의 조대화를 억제하는 방법으로서, 고온의 고망간 강에 가공 왜곡을 부여하는 것을 검토하였다. 라보 강괴로부터 채취한 시험편의 온도를 600∼1200℃로 하고, 소정량의 가공 왜곡을 왜곡 속도 10^-2(1/s)로 부여한 경우의 결정 입경의 변화를 조사하였다. 결정 입경의 변화는 시험 후의 시험편을 현미경 관찰함으로써 실행하였다. 또한, 시험편의 온도는 시험편의 표면 온도이다.

도 2는 결정 입경비와 가공 왜곡량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에 있어서, 종축은 결정 입경비(-)이고, 하기 (5)식에서 산출되는 값이며, 횡축은 가공 왜곡량(%)이고, 하기 (6)식에서 산출되는 값이다. 또한, (-)는 무차원인 것을 나타낸다.

결정 입경비(-)=왜곡 가공 후의 결정 입경/초기 결정 입경…(5)

가공 왜곡량(%)=ln(가공 전의 시험편의 단면적/가공 후의 시험편의 단면적)×100…(6)

도 2에 나타내는 바와 같이, 600∼1100℃의 온도역에서 3.0%이상의 가공 왜곡을 부여함으로써, 결정 입경을 1/2이하로 할 수 있는 것이 확인되었다. 본 결과는 고온에서 왜곡을 받는 것에 의해 동적 재결정이 진행하고, 오스테나이트립이 미세화된 것으로 생각된다.

제조 프로세스에 있어서는 연속 주조기내에서 열간압연까지의 사이에서, 상술한 결정립 미세화를 가능하게 하는 조건으로 가공 왜곡을 부여하면 주편 표층의 결정립을 미세화할 수 있어, 열간압연시의 표면 깨짐을 억제할 수 있는 주편의 제조가 가능하게 된다.

가공 왜곡을 부여하는 프로세스는 일반적인 열간압연과 마찬가지로, 1쌍 이상의 압하 롤로 주편을 연속 주조기내 혹은 연속 주조기 이후에서 압하하면 좋다. 가공 왜곡을 부여하는 왜곡 속도는 10^-2(1/s)이상, 5(1/s)미만의 범위내이면 좋다. 부여하는 가공 왜곡량은 하기 (1)식에서 산출되는 가공 왜곡량을 3.0%이상으로 하는 것이 필요하다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가공 왜곡을 부여하는 온도 범위는 600℃이상 1100℃이하인 것이 필요하다.

가공 왜곡량(%)=ln(가공 전의 주편의 단면적/가공 후의 주편의 단면적)× 100…(1)

상기 (1)식에 있어서, 가공 전의 주편의 단면적은 가공 왜곡을 부여하기 전의 주편의 주조 방향(주편의 진행 방향)에 대해 수직인 단면의 면적이고, 가공 후의 주편의 단면적은 가공 왜곡을 부여한 후의 주편의 주조 방향(주편의 진행 방향)에 대해 수직인 단면의 면적이다.

한편, 가공 왜곡을 과대하게 부여하면 주편의 내부 깨짐이 발생하거나, 조대한 결정 입계가 파단되어 깨짐을 조장하는 경우가 있기 때문에, 부여하는 가공 왜곡량은 10.0%이하로 한다.

고망간 강의 주편에 대해, 연속 주조기내 혹은 연속 주조기 이후의 열간압연 전에 압하하여 가공 왜곡을 부여하는 방법을 상정하고, 이 가공 왜곡의 부여에 의해서 깨짐이 생길 가능성을 저하시키기 위해, 더욱 바람직한 조건에 대해 검토하였다.

상술한 바와 같이 영역 Ⅲ의 온도 영역에서는 조대한 결정립에 부가하여, 입계에의 거대 탄화물의 생성도 고망간 강의 취화의 원인으로 된다. 따라서, 결정 입경을 미세하게 하기 위한 가공 왜곡의 부여 전에 결정 입계에 거대한 탄화물이 석출되어 버리면 가공 왜곡 부여에 의한 깨짐 억제 효과가 얻어지지 않게 될 우려가 있다.

여기서 문제로 되는 탄화물은 M₂₃C₆계이고, 일반적으로 Mn, Cr, Fe, Mo의 원소로 구성되어 있으며, 그 석출 온도는 탄화물의 조성에 의해 크게 변화한다. 이 중, Cr은 그 함유량의 증가에 의해 탄화물의 석출 온도를 상승시키는 효과가 크고, 고Cr 조성에서는 800℃를 넘는 고온으로부터 M₂₃C₆ 탄화물이 석출하므로, 특히 주의가 필요하게 된다.

각종 성분 조성의 고망간 강에 대해, 탄화물의 조성과 석출 온도의 관계를 이하의 방법으로 조사하였다. 우선, 성분 조성을 변경한 각종 고망간 강의 라보 강괴를 용제하고, 연속 주조기내 혹은 가열로로부터 반출하고, 열간압연 중에 가까운 냉각 속도로 강괴를 냉각한 후, 소정 온도에 도달한 후에 급랭하고, 조직 동결시켜 관찰용 시료를 제작하였다. 이 관찰용 시료를 잔사 추출 분석이나 주사형 전자현미경(SEM) 관찰에 의해서 탄화물 조성을 측정하고, 급랭 온도와의 관계를 조사하고, 탄화물의 석출 온도 Tp를 C, Mn 및 Cr의 함유량을 변수로 하는 회귀식으로 나타낼 수 있는지 확인하였다.

도 3은 탄화물의 석출 온도와, 600+15[%C]²+333[%C]-4[%Mn]+40[%Cr]의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 종축은 탄화물의 석출 온도(℃)의 측정값이고, 횡축은 600+15[%C]²+333[%C]-4[%Mn]+40[%Cr]에서 산출되는 값이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, M₂₃C₆계 탄화물의 석출 온도 Tp(℃)는 C, Mn 및 Cr 함유량을 변수로 하는 회귀식으로 잘 정리할 수 있었다. 따라서, 가공 왜곡을 부여하는 온도는 주편의 표면 온도가 탄화물의 석출 온도인 Tp 이상, 즉 주편의 표면 온도가 하기 (2)식에서 산출되는 Tp 이상인 주편에 가공 왜곡을 부여하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

Tp(℃)=600+15[%C]²+333[%C]-4[%Mn]+40[%Cr]…(2)

또한, 상기 (2)식에 있어서, [%C], [%Mn] 및 [%Cr]은 주편의 성분 조성에 있어서의 C, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)이다.

고망간 강의 주편에 대해, 전술한 영역 Ⅱ의 온도 영역에 있어서의 깨짐의 억제 효과를 더욱 높이기 위해, 깨짐의 원인으로 되는 MnS의 석출량을 감소시키는 조건에 대해 조사하였다. Mn, S 및 Ca의 성분 조성을 변경한 각종 고망간 강의 라보 강괴를 제작하고, 이 강괴에서 채취한 시험편을 이용하여 고온 인장 시험을 실시하였다. 시험 조건은 시험 온도를 600∼1250℃, 왜곡 속도를 3.5×10^-4(1/s)로 하고, 파단 후 시험편의 RA값을 구하였다. 그 결과, Ca를 첨가한 시험편에서 RA값이 향상하고, 용존 S의 고정 및 MnS의 집중적인 입계로의 석출을 억제하는데 Ca 첨가가 유효한 것이 판명되었다.

도 4는 RA값과 [%Mn]×([%S]-0.8×[%Ca])의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, RA값은 상술한 식(4)로부터 산출되는 값이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, RA값은 Ca의 첨가를 고려한 Mn과 S의 용해도 곱에 대해 도 4에 나타내는 관계가 되므로, 하기 (3)식을 만족시키는 성분 조성으로 함으로써 영역 Ⅱ에 있어서의 표면 깨짐을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

[%Mn]×([%S]-0.8×[%Ca])≤0.10…(3)

또한, 상기 (3)식에 있어서, [%Mn], [%S] 및 [%Ca]는 주편의 성분 조성에 있어서의 Mn, S 및 Ca의 함유량(질량%)이다.

이와 같이, 주편의 성분 조성이 상기 (3)식을 만족시키면, Ca의 첨가와 저S화에 의해 입계 강도가 향상하고, 연속 주조시 및 열간압연시의 1000℃부근(영역 Ⅱ)에 있어서의 표면 깨짐이 억제된다.

도 5는 연속 주조기내의 수평대에서 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여한 경우에 있어서의 주편의 표면 온도 변화의 추이를 나타내는 그래프이다. 도 5에 있어서, 종축은 주편의 표면 온도(℃)이고, 횡축은 시간(s)이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 주편의 표면 온도가 Tp 이상인 주편에 8%의 가공 왜곡을 부여하였다. 이와 같이 가공 왜곡을 부여한 주편을 급랭하고, 조직 동결시켜 표면 근방의 응고 조직을 관찰하였다. 또한, 도 5에 나타낸 예에 있어서, Tp는 864℃이고, 가공 왜곡을 부여한 온도는 925℃이다.

도 6은 표면 온도가 Tp 이상의 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여한 주편의 표면 근방의 응고 조직을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 연속 주조기내의 수평대에서 8%의 가공 왜곡을 부여함으로써, 주편 표층으로부터 5㎜ 정도의 깊이까지의 범위에서 입경 0.5㎜ 정도의 미세한 오스테나이트립 1 및 미세 탄화물(M₂₃C₆) 2가 생성되고, 조대한 오스테나이트 주상정 3이나 조대 탄화물(M₂₃C₆) 4가 존재하지 않는 것이 확인되었다.

도 7은 연속 주조기내의 수평대에서 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여하지 않는 경우에 있어서의 주편의 표면 온도 변화의 추이를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 종축은 주편의 표면 온도(℃)이고, 횡축은 시간(s)이다. 도 7에 나타낸 조건으로 주조한 주편을 급랭하고, 조직 동결시켜 표면 근방의 응고 조직을 관찰하였다.

도 8은 표면 온도가 Tp 이상인 주편에 8.0%의 가공 왜곡을 부여하고 있지 않은 주편의 표면 근방의 응고 조직을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 주편에 가공 왜곡을 부여하지 않는 경우에는 고망간 강 특유의 입경 폭이 3∼5㎜의 조대한 오스테나이트 주상정 3이 확인되고, 그 입계에는 조대 탄화물(M₂₃C₆) 4가 확인되었다.

이들 결과로부터, 본 실시형태에 관한 고망간 강 주편의 제조 방법으로 주편을 제조함으로써, 해당 주편의 표면에서 5㎜ 정도의 깊이까지의 범위의 오스테나이트립을 미세화하고, 조대한 탄화물의 생성이 억제되는 것이 확인되었다. 이와 같이 주편의 응고 조직을 미세화하고, 조대한 탄화물의 생성을 억제함으로써, 입계에 석출된 탄화물 등을 기점으로 한 압연 중의 깨짐이 억제되고, 이것에 의해, 표면 깨짐이 억제된 강편 또는 강판을 제조할 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, 표면 온도가 600∼1100℃의 온도역의 주편에 가공 왜곡을 부여함으로써, 주편 표층의 결정립을 미세화할 수 있는 결과, 본 실시형태에 관한 고 망간 강 주편의 제조 방법에서는 연속 주조기내 또는 다음 공정의 열간압연용 가열로 장입까지의 반송 공정에서 가공 왜곡을 부여하므로, 가공 왜곡 부여를 위해 주편에 가해지는 열량을 적게 할 수 있다.

본 실시형태에서는 분괴 압연의 예를 나타냈지만, 본 실시형태에 관한 고망간 강 주편의 제조 방법으로 제조된 주편은 강을 재결정 온도 이상으로 가열하여 실행하는 압연 가공법인 광의의 열간압연 모두에 대해 압연 중의 깨짐 방지 효과를 갖는다. 구체적으로는 주편으로부터 블룸 등의 제품 압연용 소재로 되는 중간품을 얻는 분괴 압연, 분괴 압연에서 얻은 블룸 등을 더욱 작은 단면으로 압연하는 봉강 압연이나 선재 압연, 주편을 핫 스트립 밀이라 불리는 다단 스탠드의 거친 압연기와 마무리 압연기로 연속 압연하여 강대를 얻는 박판 열간압연, 조압연기 및 마무리 압연기의 각각 1스탠드의 왕복 반복 압연을 실행하여 후판을 얻는 후판 압연 등을 포함한다.

실시예

다음에, 실시예에 대해 설명한다. 고망간 강 용강을, 150톤 전로, 전극 가열식 레이들 정련로 및 RH 진공 탈가스 장치의 순으로 정련하고, 용강 성분 및 용강 온도를 조정한 후에 용량 30톤의 턴디시를 통해, 만곡 반경 10.5m의 만곡형 연속 주조기로 단면 사이즈 1250㎜ 폭×250㎜ 두께의 주편을 주조하였다. 주조 속도는 0.7∼0.9m/min의 범위로 하고, 2차 냉각수량은 비 수량을 0.3∼0.6L/kg의 범위로 하였다. 또한, 연속 주조기의 수평부에 1쌍의 압하 롤을 설치하고, 주편 두께 250㎜에 대해 0.0∼15.0%의 가공 왜곡을 부여하였다. 연속 주조 후의 주편은 절단·반출 후, 서냉하여 일단 냉편으로 하였다. 일부의 주편은 이 단계에서 침투액 탐상 시험에 의해 표면 깨짐의 유무를 조사하였다.

그 후, 주편을 가열로에 장입하여 재가열하고, 1150℃로 균열화한 후, 총 압하율 48%에서 분괴 압연하였다. 분괴 압연 후의 강편을 침투액 탐상 시험에 의해 표면 깨짐의 유무를 조사하였다. 또, 깨짐이 검출된 강편은 강편 표면을 깊이 0.5㎜씩 그라인더로 연삭하면서 깨짐의 유무를 육안으로 관찰하고, 깨짐이 보이지 않게 된 시점에서의 연삭 깊이를 깨짐 깊이로 하였다. 표 2에, 본 실시예의 성분 조성, 가공 왜곡 부여 조건 및 분괴 압연 후의 강편의 표면 상태를 비교예와 함께 나타낸다.

[표 2]

표 2에 나타내는 바와 같이, 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡이 부여되어 있지 않은 비교예 1∼21의 강편의 깨짐 개수(주편의 길이 방향 단위 길이당 깨짐 개수)는 4.2∼15.6개/m이고, 깨짐 깊이는 2.5∼8.0㎜이었다. 이에 대해, 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡이 부여된 발명예 1∼14의 강편의 깨짐 개수는 0.0∼2.5개/m이고, 깨짐 깊이는 0.0∼1.5㎜이었다. 이들 결과로부터, 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡을 부여함으로써, 압연 후의 강편의 표면 깨짐을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

발명예 1∼14 중, 가공 왜곡을 부여한 주편의 표면 온도가 (2)식에서 산출되는 Tp 미만이고, (3)식을 만족시키지 않는 발명예 13의 강편의 깨짐 개수는 2.5개/m이며, 깨짐 깊이는 1.5㎜인 것에 반해, 가공 왜곡을 부여한 주편의 표면 온도가 Tp 이상인 발명예 14의 강편의 깨짐 개수는 2.0개/m이고, 깨짐 깊이는 1.5㎜이었다. 이들 결과로부터, 표면 온도가 Tp 이상인 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡을 부여함으로써, 압연 후의 강편의 표면 깨짐을 더욱 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

또, 발명예 1∼14 중, 가공 왜곡을 부여한 주편의 표면 온도가 (2)식에서 산출되는 Tp 미만이고, (3)식을 만족시키지 않는 발명예 13의 강편의 깨짐 개수는 2.5개/m이며, 깨짐 깊이는 1.5㎜인 것에 반해, (3)식을 만족시키는 발명예 11, 12의 강편의 깨짐 개수는 0.5∼1.5개/m이고, 깨짐 깊이는 0.5∼1.5㎜이었다. 이들 결과로부터, (3)식을 만족시키는 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡을 부여함으로써, 압연 후의 강편의 표면 깨짐을 더욱 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 발명예 1∼14 중, (3)식을 만족시키고, 표면 온도가 (2)식에서 산출되는 Tp 이상의 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡을 부여한 발명예 1∼10의 강편의 깨짐 개수는 0.0m/개이고, 깨짐 깊이는 0.0㎜이었다. 이들 결과로부터, (3)식을 만족시키고, 표면 온도가 Tp 이상인 주편에 3.0%이상 10.0%이하의 가공 왜곡을 부여함으로써, 압연 후의 강편의 표면 깨짐을 크게 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 상기 실시예에서는 주편을 일단 냉편으로 하고, 재가열하여 분괴 압연을 실행할 때까지의 제조 공정에 대해 나타내었다. 그 후, 분해 압연 후의 강편을 소재로 한 마무리 압연을 실시하여, 표면 깨짐이 억제된 강판도 제조할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 관한 주편의 제조 방법에 의해 제조된 주편을 이용함으로써 열간압연시의 표면 깨짐이 억제되고, 표면 깨짐이 억제된 고망간 강 주편 또는 강판의 제조가 가능하게 되는 것이 확인되었다.

이들 결과로부터, 본 실시형태에 관한 주편의 제조 방법을 이용함으로써, Mn의 함유량이 20질량%를 넘는 고망간 강 강편 또는 강판을 제조하는 경우에도 압연시의 깨짐을 억제할 수 있는 고망간 강 주편을 제조할 수 있는 것이 확인되었다. 또, 이것에 의해, 고망간 강 강편 또는 강판의 제조에 있어서의 손질 코스트의 삭감, 제조 리드 타임의 저감, 및 수율 향상을 실현할 수 있는 일이 확인되었다.

1; 미세한 오스테나이트립
2; 미세 탄화물(M₂₃C₆)
3; 조대한 오스테나이트 주상정
4; 조대 탄화물(M₂₃C₆)

Claims

질량%로,
C:0.10%이상 1.3%이하,
Si:0.10%이상 0.90%이하,
Mn:10%이상 30%이하,
P:0.030%이하,
S:0.0070%이하,
Al:0.01%이상 0.07%이하,
Cr:0.1%이상 10%이하,
Ni:0.01%이상 1.0%이하,
Ca:0.0001%이상 0.010%이하,
N:0.0050%이상 0.2000%이하를 함유하고,
임의의 첨가 원소로서, Mg:0.0001%이상 0.010%이하, REM:0.0001%이상 0.010%이하를 더 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 용강을 연속 주조하여 주편을 제조함에 있어서,
연속 주조기내 또는 다음 공정의 열간압연용 가열로 장입까지의 반송 공정에서, 표면 온도가 600℃이상 1100℃이하의 상기 주편에 하기 (1)식에서 산출되는 가공 왜곡량이 3.0%이상 10.0%이하로 되는 가공 왜곡을 부여하는 고망간 강 주편의 제조 방법:
가공 왜곡량(%)=ln(가공 전의 주편의 단면적/가공 후의 주편의 단면적)× 100…(1)
제 1 항에 있어서,
표면 온도가 하기 (2)식에서 산출되는 Tp 이상인 상기 주편에, 상기 가공 왜곡을 부여하는 고망간 강 주편의 제조 방법:
Tp(℃)=600+15[%C]²+333[%C]-4[%Mn]+40[%Cr]…(2)
(2)식에 있어서, [%C], [%Mn], [%Cr]은 상기 주편의 C, Mn, Cr의 함유량(질량%)이다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 주편의 성분 조성은 하기 (3)식을 더 만족시키는 고망간 강 주편의 제조 방법:
[%Mn]×([%S]-0.8×[%Ca])≤0.10…(3)
(3)식에 있어서, [%Mn], [%S], [%Ca]는 상기 주편의 Mn, S, Ca의 함유량(질량%)이다.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 고망간 강 주편의 제조 방법에 의해 제조된 주편을 열간압연하여 강편 또는 강판을 제조하는 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법.
제 3 항에 기재된 고망간 강 주편의 제조 방법에 의해 제조된 주편을 열간압연하여 강편 또는 강판을 제조하는 고망간 강 강편 또는 강판의 제조 방법.