KR101638715B1

KR101638715B1 - 발전기 림용 열연 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101638715B1
Application number: KR1020147021132A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 나카무라; 가츠미 나카지마; 요시마사 후나카와; 가즈타카 오키모토; 다카히코 오구라
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2016-07-11
Also published as: EP2811046A1; JPWO2013115205A1; EP2811046A4; JP5578288B2; EP2811046B1; WO2013115205A1; US20150013853A1; CN104080938B; KR20140108713A; CN104080938A; US10301698B2

Abstract

발전기 림용 열연 강판은, 면적률로 95 ％ 이상의 페라이트상을 함유하고, 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경이 10 ㎚ 미만인 Ti 및 V 를 함유하는 석출물이 석출된 조직을 갖고, 페라이트상의 평균 결정립경이 2 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인 범위 내에 있고, 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 강도와 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 이상 및 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 이상인 전자 특성을 갖는다.

Description

발전기 림용 열연 강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL FOR POWER GENERATOR RIM AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이고, 특히 수력 발전 등의 발전기 림용으로서 바람직하고, 자기 특성 (magnetic properties) 이 우수한 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 지구의 온난화가 문제시되어 자동차의 연비를 향상시키는 등의 방법에 의해서 탄산 가스 CO₂ 의 배출량을 삭감할 것이 요망되고 있다. 이와 같은 지구 온난화의 억제라는 관점에서, 최근에는 깨끗한 에너지원으로서 수력 발전기가 재검토되고 있다. 수력 발전기 등의 발전기는 로터와 스테이터를 구비하고, 로터는 철심 역할을 하는 폴 코어와 이것을 지지하는 림으로 구성되어 있다. 발전 용량을 벌기 위해서는 로터를 고속으로 회전시킬 필요가 있다. 그 때문에, 림에는 고속 회전의 원심력에 견디기 위해서 고강도를 유지할 것이 요구되어, 주로 항복 강도가 550 ㎫ 급인 열연 강판이 사용되어 왔다. 그러나, 최근에는, 항복 강도가 700 ㎫ 급 이상의 고강도 열연 강판을 사용할 것이 요망되게 되었다. 또, 동시에 림용 강판에는 우수한 자기 특성을 유지할 것이 요구된다.

이와 같은 요망에 대해서, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 중량％ 로, C : 0.02 ％ 이상 0.10 ％ 이하, Si : 2.0 ％ 이하, Mn : 0.5 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.08 ％ 이하, S : 0.006 ％ 이하, N : 0.005 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하를 함유하고, Ti : 0.06 ％ 이상 0.3 ％ 이하이고 또한 0.50 ＜ (Ti-3.43 N-1.5 S)/4 C 가 되는 양의 Ti 를 함유하고, 저온 변태 생성물 및 펄라이트의 면적 비율이 15 ％ 이하이고 또한 폴리고날페라이트 중에 TiC 가 분산된 조직 (microstructure) 을 갖는 열연 강판이 기재되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 기술은, Nb, Mo, V, Zr, Cr, Ni, Ca 등의 1 종 이상을 열연 강판에 함유시켜도 되는 것으로 되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 자기 특성에 대한 검토는 이루어지고 있지 않지만, 인장 강도 TS 가 70 ㎏f/㎟ (690 ㎫) 이상인 고강도이고, 연신 플랜지성이 현저하게 향상된 열연 강판이 얻어지는 것으로 되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 원하는 고강도를 확보하기 위해서는 다량의 Ti 를 함유시킬 필요가 있다. 이 때문에, 고강도화에 기여하지 않는 30 ㎚ 를 초과하는 조대한 Ti 탄화물이 생성되기 쉽다. 또, 고용 Ti 의 양이 많아진다. 또, 전위 밀도가 높은 베이나이틱 페라이트가 생성되기 쉬워져 자기 특성이 저하되기 쉽다.

또, 특허문헌 2 에는, 고자속 밀도를 갖는 고장력 열연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2 에 기재된 기술은, 중량％ 로, C : 0.05 ％ 이상 0.15 ％ 이하, Si : 0.50 ％ 이하, Mn : 0.70 ％ 이상 2.00 ％ 이하, P : 0.020 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, sol.Al : 0.010 ％ 이상 0.10 ％ 이하, N : 0.0050 ％ 이하, Ti : 0.10 ％ 이상 0.30 ％ 이하, B : 0.0015 ％ 이상 0.005 ％ 이하를 함유하는 강 슬래브를 1200 ℃ 이상으로 가열하고, 열연 마무리 온도를 Ar3 변태점 이상 950 ℃ 이하의 범위 내로 하는 열간 압연을 실시한 후, 냉각 속도를 30 ℃/s 이상 70 ℃/s 미만의 범위 내로 하여 냉각시키고, 500 ℃ 이하에서 권취하는 고장력 열연 강판의 제조 방법이다. 특허문헌 2 에 기재된 기술은, 이로써, 항복 강도 YS 가 80 ㎏/㎟ (785 ㎫) 이상, 인장 강도 TS 가 100 ㎏/㎟ (980 ㎫) 이상이고, 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.77 T 이상인 고자속 밀도를 갖는 고장력 열연 강판이 얻어지는 것으로 되어 있다. 그러나, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, ?칭 개선을 위해서 B 를 반드시 함유시키고, 다시 열간 압연 후에 급랭시킨다. 이로써, 베이나이트상이 생성되기 쉬워지기 때문에, 자기 특성이 저하되어 회전기 철심으로는 자기 특성이 부족하다.

또, 특허문헌 3 에는, 고자속 밀도를 갖는 고장력 열연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 3 에 기재된 기술은, 중량 ％ 로, C : 0.02 ％ 이상 0.06 ％ 이하, Si : 0.10 ％ 이하, Mn : 0.3 ％ 이상 1.2 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하, Al : 0.10 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이상 0.30 ％ 이하를 함유하는 강 슬래브를 1200 ℃ 이상으로 가열하고, Ar3 변태점 이상 900 ℃ 이하의 범위 내에 있는 마무리 압연 온도에서 열간 압연하고, 500 ℃ 이상 650 ℃ 이하의 온도 범위에서 권취하는 고장력 열연 강판의 제조 방법이다. 특허문헌 3 에 기재된 기술은, 이로써, 인장 강도 TS 가 50 ㎏/㎟ (490 ㎫) 를 갖고, 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.8 T 이상인 고자속 밀도를 갖는 고장력 열연 강판이 얻어지는 것으로 되어 있다. 특허문헌 3 에 기재된 기술은 Si 의 함유량을 0.10 ％ 이하로 저감하고, Ti 탄화물에 의한 석출 강화로 원하는 고강도를 확보하고 있다. 그러나, 특허문헌 3 에 기재된 기술에서는, Ti 를 다량으로 함유시키고 있기 때문에, 전위 밀도가 높은 베이나이틱 페라이트가 생성되기 쉬워지고 자기 특성이 저하되어, 회전기 철심용으로서 충분한 자기 특성이 확보되기 어려워진다.

또, 특허문헌 4 에는, 중량％ 로, C : 0.10 ％ 이하, Si : 0.5 ％ 이하, Mn : 0.2 ％ 이상 2 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.02 ％ 이상 0.2 ％ 이하를 함유하고, 또한 Mo : 0.7 ％ 이하 (단, 0.2 ％ 이하의 범위를 제외하다) 및 W : 0.15 ％ 이하 중 적어도 일방을 함유하고, 체적 비율로 95 ％ 이상의 페라이트 조직에 Ti 와 Mo 및 W 의 적어도 일방을 함유하는 10 ㎚ 미만의 탄화물이 분산되어 이루어지고, 590 ㎫ 급 이상의 강도를 갖는 회전기 철심용 열연 강판이 기재되어 있다. 특허문헌 4 에 기재된 기술에 의하면, 우수한 가공성을 가지면서 우수한 자기 특성도 구비하여, 회전기 철심용으로서 충분한 특성을 갖는 고강도 열연 강판이 얻어지는 것으로 되어 있다.

일본 특허공보 평08-26433호 일본 공개특허공보 소63-166931호 일본 공개특허공보 소58-91121호 일본 특허공보 제4273768호

그러나, 특허문헌 4 에 기재된 기술에서는, 우수한 자기 특성을 나타내는 열연 강판이 얻어지지만, 고가의 Mo 나 W 를 다량 함유시킬 필요가 있어 재료 비용이 많이 상승된다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 고가의 합금 원소를 다량 함유하지 않고, 비교적 저렴한 성분 범위에서, 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상이라는 고강도와, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 이상이고 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 이상이 되는 우수한 자기 특성을 겸비하는 발전기 림용 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

자속 밀도 B₅₀, B₁₀₀ 은 직류 자기 특성을 나타내는 지표로서, 각각 자화력 H = 5000 A/m, 10000 A/m 에서의 자속 밀도 B (T) 를 나타내고, 수치가 높아질수록 우수한 자기 특성을 갖는 것을 의미한다.

본 발명에 관련된 발전기 림용 열연 강판은, 면적률로 95 ％ 이상의 페라이트상을 함유하고, 그 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경이 10 ㎚ 미만인 Ti 및 V 를 함유하는 석출물이 석출된 조직을 갖고, 그 페라이트상의 평균 결정립경이 2 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인 범위 내에 있고, 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 강도와, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 이상 및 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 이상인 전자 특성 (electromagnetic properties) 을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 발전기 림용 열연 강판은, 상기 발명에 있어서, 상기 조직이 면적률로 95 ％ 이상인 페라이트상을 함유하고, 그 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경이 10 ㎚ 미만인, Ti 및 V 에 더하여 추가로 Nb, Mo 중 1 종 또는 2 종을 함유하는 석출물이 석출된 조직인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 발전기 림용 열연 강판은, 상기 발명에 있어서, 상기 조직에 더하여, 질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.06 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하, V : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하를 함유하고, 또한 고용 V (solute V) 의 함유량이 0.005 ％ 이상이고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 발전기 림용 열연 강판은, 상기 발명에 있어서, 상기 조직에 더하여, 질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.06 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하, V : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하를 함유하고, 또한 고용 V 의 함유량이 0.005 ％ 이상이고, 추가로 Nb : 0.08 ％ 이하, Mo : 0.2 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 발전기 림용 열연 강판의 제조 방법은, 질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.06 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하, V : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 용강을 용제하고, 연속 주조법 또는 조괴법에 의해서 강 소재로 하고, 그 강 소재를, 즉시 또는 일단 냉각시키고 나서 1100 ℃ 이상으로 가열하고, 열간 압연기의 출측에 있어서의 강판 온도를 800 ℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 그 열간 압연 후, 강판 온도가 700 ℃ 로 될 때까지 30 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각시킨 후, 권취 온도 (coiling temperature) 를 500 ℃ 이상 700 ℃ 이하의 범위 내로 하여 권취하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 발전기 림용 열연 강판의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로 질량％ 로, Nb : 0.08 ％ 이하, Mo : 0.2 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 고가의 합금 원소를 다량 함유하지 않고, 비교적 저렴한 성분 범위에서, 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상이라는 고강도와, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 이상이고 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 이상이 되는 우수한 자기 특성을 겸비하는 발전기 림용 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명자들은 압연 방향의 항복 강도가 700 ㎫ 이상이라는 고강도를 유지한 상태에서, 자기 특성에 미치는 각종 요인에 대해서 예의 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 고가의 Mo 나 W 를 사용하지 않고, V 를 활용하는 것을 생각하기에 이르러 Ti 와 함께 V 를 적정량 함유하는 조성으로 하였다. 또한 본 발명자들은, 열간 압연의 마무리 압연 후의 냉각 속도 및 권취 온도를 적정화함으로써, 평균 결정립경이 2 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인 범위 내에 있는 페라이트상으로 이루어지는 단상이고, 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경 10 ㎚ 이하의 매우 미세한 석출물 (탄화물, 질화물 및 탄질화물 (carbonitride)) 이 분산된 조직을 얻을 수 있고, 또한 고용 V 를 0.005 ％ 이상 함유시키고, 항복 강도가 700 MP 이상이라는 고강도를 유지한 상태에서, 자기 특성이 현저하게 향상되는 것을 새롭게 알아내었다.

항복 강도가 700 ㎫ 이상이라는 고강도를 유지한 상태에서, 자기 특성이 현저하게 향상되는 기구에 대해서 현재까지 그다지 명확하게 되어 있지 않지만, 본 발명자들은 다음과 같이 생각한다. 일반적으로, 강판 조직이 자벽의 이동을 방해하지 않는 조직이면, 높은 자속 밀도를 얻을 수 있어 자기 특성이 향상된다. 본 발명의 열연 강판의 조직은, 저전위 밀도에서 자기 특성이 우수한, 페라이트상으로 이루어지는 단상이고, 자벽의 이동을 방해하는 전위 밀도가 높은 마텐자이트상이나 베이나이트상을 함유하지 않는 조직이고, 또한 페라이트상의 결정립 내에는 평균 입경 10 ㎚ 이하의 매우 미세한 석출물이 석출된다. 이와 같은 매우 미세한 석출물은 강도 증가에는 크게 기여하지만, 자벽 이동을 방해하지는 않기 때문에, 고강도를 유지한 상태에서 고자속 밀도가 얻어지는 것으로 생각된다. 나아가, Fe 와 원자 반경이 가까운 V 를 적당량 고용시킴으로써, 상기한 미세 석출물 주위의 변형이 완화되어 고자속 밀도화에 기여한 것으로 생각된다.

이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명의 열연 강판은 페라이트상으로 이루어지는 단상으로서, 그 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경이 10 ㎚ 미만인 Ti 및 V, 혹은 추가로 Nb, Mo 중 1 종 또는 2 종을 함유하는 석출물이 석출된 조직을 갖는다. 여기서 말하는「페라이트상으로 이루어지는 단상」이란, 페라이트상이 면적률로 100 ％ 를 차지하는 경우로 한정되지 않는다. 페라이트상이 면적률로 95 ％ 이상, 보다 바람직하게는 98 ％ 이상을 차지하는 실질적으로 단상인 경우까지를 포함하는 것으로 한다.

조직을 가공성의 향상에 가장 유효한「페라이트상으로 이루어지는 단상」조직으로 함으로써 가공성이 현저하게 향상된다. 또, 마텐자이트상이나 베이나이트상을 함유하지 않는「페라이트상으로 이루어지는 단상」으로 함으로써 자기 특성도 현저하게 향상된다. 또한, 페라이트상의 결정립을 평균 결정립경으로 2 ㎛m 이상 10 ㎛ 미만으로 미세화하고, 페라이트 결정립 내에 석출된 Ti 와 V 를 함유하는 석출물의 평균 입경을 10 ㎚ 미만으로 함으로써 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 고강도가 얻어진다. 단, 평균 결정립경이 2 ㎛ 미만으로 미세한 결정립으로는 자벽의 이동을 방해할 수 있어, 현저한 자기 특성의 향상은 바랄 수 없다.

또, 페라이트 결정립 내에 석출된 평균 입경이 10 ㎚ 미만인 미세한 Ti 와 V 를 함유하는 석출물은, 자기 특성을 열화시키지 않고 강판을 강화하는 작용을 갖는다. Ti 와 V 를 함유하는 석출물의 평균 입경이 10 ㎚ 이상으로 조대화 (coarsening) 되면, 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 고강도를 확보할 수 없게 된다. 또, 석출되는 석출물의 평균 입경이 10 ㎚ 이상인 경우에 원하는 고강도를 확보하기 위해서는, 석출물의 석출량을 보다 많이 해야만 한다. 보다 많은 석출물을 석출시키기 위해서는, 필연적으로 석출물 형성 원소의 함유량이 증가되어 재료 비용의 많은 상승을 초래하게 된다.

이와 같은 점에서, 본 발명에서는, 함유되는 금속 원소가 Ti 및 V 인 석출물의 평균 입경을 10 ㎚ 미만으로 한정하였다. 석출물 형성 원소의 함유량을 적게 억제하여 원하는 고강도를 확보하기 위해서는, 함유되는 금속 원소가 Ti 및 V 인 석출물의 평균 입경을 보다 작게 하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 8 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 5 ㎚ 이하이다. 여기서, 석출물로는 탄화물이 가장 바람직하지만, 평균 입경이 10 ㎚ 미만이면 질화물, 탄질화물이어도 특별히 발명의 본질에 영향을 미치는 것은 아니다.

또, 함유되는 금속 원소가 Ti 및 V 인 석출물은, 추가로 Nb 또는 Mo 의 1 종 이상을 복합하여 함유해도 된다. 즉, Ti 의 탄화물, 질화물 및 탄질화물, Nb 의 탄화물, 질화물 및 탄질화물, V 의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 및 Mo 의 탄화물이 단독 및/또는 복합화하여 석출되어도 전혀 발명의 본질에 영향을 미치는 것은 아니다.

상기한 조직을 갖는 본 발명 열연 강판은, 질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.06 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하, V : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하를 함유하고, 또한 고용 V 의 함유량이 0.005 ％ 이상이거나, 혹은 추가로 Nb : 0.08 ％ 이하, Mo : 0.2 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 열연 강판의 바람직한 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다. 이하, 조성에 관한 질량％ 는 간단히 ％ 로 기재한다.

[C 의 함유량]

C 는 탄화물 형성 원소와 결합하여 미세한 탄화물을 형성하고, 석출 강화에 의해서 원하는 고강도의 확보에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.03 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 함유량이 0.03 ％ 미만에서는 효과가 불충분해진다. 한편, 함유량이 0.11 ％ 를 초과할 경우, 강의 고강도화에 기여하지 않는 조대한 탄화물을 갖는 펄라이트가 형성되어 자기 특성이 저하된다. 이 때문에, C 의 함유량은 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 C 의 함유량은 0.04 ％ 이상 0.10 ％ 이하의 범위 내이다.

[Si 의 함유량]

Si 는 고용 강화에 의해서 강판 강도를 유효하게 높이는 원소이다. 그러나, 함유량이 0.3 ％ 를 초과할 경우, 페라이트로부터의 C 의 배출이 촉진되어 입계에 조대한 철탄화물이 석출되기 쉬워져 자기 특성의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 강판의 표면 성상의 열화도 초래한다. 이 때문에, Si 의 함유량은 0.3 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Si 의 함유량은 0.1 ％ 이하이다. Si 의 함유량은 제로여도 된다.

[Mn 의 함유량]

Mn 은 페라이트상의 결정립 내에 석출되는 탄화물을 미세화하여, 열연 강판의 고강도화에 유효한 원소이다. 본 발명에 있어서 페라이트상의 결정립 내에 석출되는 탄화물의 대부분은, 열연 강판 제조 공정에 있어서의 마무리 압연 종료 후의 냉각 과정에서, 오스테나이트 (γ) → 페라이트 (α) 변태와 동시에 석출되는 탄화물이다. 그 때문에, 강의 γ → α 변태 온도가 높으면 탄화물이 고온 지역에서 석출되고, 권취까지의 냉각 과정에서 탄화물이 조대화되어 버린다. 이와 같은 문제에 대하여, Mn 은 강의 γ → α 변태 온도를 저온화시키는 작용을 갖기 때문에, 소정량의 Mn 을 함유시키면 강의 γ → α 변태 온도를 후술하는 권취 온도역까지 저하시켜 강판의 권취 중에 탄화물을 석출시킬 수 있다. 이와 같은 고온 지역에 장시간 노출되지 않고 권취 중에 석출된 탄화물은 미세한 상태로 유지된다. 탄화물을 미세화하여 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 열연 강판을 얻는 데는, Mn 을 1.0 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Mn 의 함유량이 2.0 ％ 를 초과할 경우 편석이 현저해지고, 또한 변태 온도가 지나치게 낮아져, 베이나이트나 마텐자이트 등의 경질의 제 2 상이 형성되어 자기 특성이 저하된다. 이 때문에, Mn 의 함유량은 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Mn 의 함유량은 1.3 ％ 초과 1.5 ％ 이하의 범위 내이다.

[P 의 함유량]

P 는 고용되어 강판의 강도 증가에 유효하게 기여하는 원소이다. 그러나, P 는 입계 등에 편석되는 경향이 강하고, 함유량이 0.06 을 초과할 경우, 인성, 자기 특성을 현저하게 저하시킨다. 이 때문에, P 의 함유량은 0.06 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 P 의 함유량은 0.03 ％ 이하이다. P 의 함유량은 제로여도 된다.

[S 의 함유량]

S 는 강 중에서는 개재물로서 존재하여, 연성, 인성 등을 저하시킨다. 이 때문에, 본 발명에서는 S 의 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 자기 특성의 관점에서 0.01 ％ 까지의 함유량은 허용할 수 있다. 이와 같은 점에서, S 의 함유량은 0.01 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 S 의 함유량은 0.005 ％ 이하이다. S 의 함유량은 제로여도 된다.

[Al 의 함유량]

Al 은 탈산제로서 작용된다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 을 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 함유량이 0.06 ％ 를 초과할 경우, 산화물계 개재물이 지나치게 증가하여 가공성이 저하된다. 이 때문에, Al 의 함유량은 0.06 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Al 의 함유량은 0.04 ％ 이하이다.

[N 의 함유량]

N 은 Ti, V 등의 질화물 형성 원소와 결합하여, TiN 등의 조대한 질화물을 형성하기 쉽다. 조대한 질화물은 자기 특성의 저하를 초래함과 함께, 본래, 미세한 탄화물을 형성하여, 강판의 고강도화에 기여하는 유효한 Ti, V 등의 양이 감소되어 원하는 고강도를 확보하기 어려워진다. 이 때문에, N 의 함유량은 0.006 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 N 의 함유량은 0.004 ％ 이하이다. N 의 함유량은 제로여도 된다.

[Ti 의 함유량]

Ti 는 미세한 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 형성하고, 석출 강화에 의해서 원하는 고강도를 확보하는, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ti 를 0.06 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Ti 의 함유량이 0.21 ％ 를 초과해도, 강의 강화에 기여하지 않는 조대한 탄화물, 질화물이 증가할 뿐으로, 강화에 기여하지 않는 불필요한 함유가 증가하여 함유량에 상응하는 효과를 기대할 수 없게 된다. 이 때문에, Ti 의 함유량은 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Ti 의 함유량은 0.08 ％ 이상 0.15 ％ 이하의 범위 내이다.

[V 의 함유량]

V 는 Ti 와 마찬가지로, 미세한 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 형성하고, 석출 강화에 의해서 원하는 고강도를 확보하는, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, V 를 0.05 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, V 의 함유량이 0.20 ％ 를 초과해도 강의 강화에 기여하지 않는 조대한 탄화물, 질화물이 증가할 뿐으로, 강화에 기여하지 않는 불필요한 함유가 증가하여 함유량에 상응하는 효과를 기대할 수 없게 된다. 이 때문에, V 의 함유량은 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 V 의 함유량은 0.08 ％ 이상 0.15 ％ 이하의 범위 내이다.

[고용 V 의 함유량]

고용된 V 는 석출물 주위의 변형을 완화시키고, 자기 특성 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 고용 V 의 함유량을 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 고용 V 의 함유량의 상한치는 특별히 정하지 않지만, 석출되는 V 가 불가피적으로 존재하기 때문에 V 의 함유량 미만이 된다.

상기한 성분에 더하여, 추가로 선택 원소로서, Nb : 0.08 ％ 이하, Mo : 0.20 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유해도 된다. Nb, Mo 는 모두 미세한 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 형성하고, 석출 강화에 의해서 고강도화에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 선택적으로 함유할 수 있다.

[Nb 의 함유량]

Nb 는 미세한 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 형성하고, 석출 강화에 의해서 원하는 고강도를 확보하는 작용을 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Nb 를 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Nb 의 함유량이 0.08 ％ 를 초과할 경우, 석출물이 지나치게 과다해지기 때문에 자기 특성이 저하된다. 이 때문에, Nb 를 함유시키는 경우에는, Nb 의 함유량은 0.08 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Nb 의 함유량은 0.03 ％ 이상 0.07 ％ 이하의 범위 내이다.

[Mo 의 함유량]

Mo 는 Nb 와 마찬가지로, Ti, V 를 함유하는 미세한 탄화물, 질화물, 탄질화물 등에 고용되고, 석출 강화에 의해서 원하는 고강도를 확보하는 작용을 갖는 원소이다. 또, Mo 는 펄라이트 변태를 억제하여 페라이트상 단상 조직의 형성을 촉진하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo 를 0.05 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 의 함유량이 0.20 ％ 를 초과할 경우, 경질상이 형성되는 경우가 있어, 자기 특성이 저하됨과 함께 제조 비용의 많은 상승을 초래한다. 이 때문에, Mo 를 함유시키는 경우에는, Mo 의 함유량은 0.20 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Mo 의 함유량은 0.05 ％ 이상 0.15 ％ 이하의 범위 내이다.

상기한 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물로는, O : 0.01 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이하, Sn : 0.3 ％ 이하, Ta : 0.1 ％ 이하, W : 0.1 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하, Mg : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하, B : 0.005 ％ 이하를 허용할 수 있다.

[열연 강판의 제조 방법]

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

본 발명의 열연 강판을 제조할 때에는, 상기한 조성을 갖는 강 소재를, 즉시 열간 압연, 또는 일단 냉각시키고 나서 가열하고, 열간 압연을 실시하여, 열연 강판으로 하는 것이 바람직하다. 강 소재의 제조 방법에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없지만, 상기한 조성을 갖는 용강을, 전로, 전기로 등의 통상적인 용제 방법에 의해서 용제하여, 연속 주조법 등의 통상적인 주조 방법으로 슬래브 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.

얻어진 강 소재가 열간 압연이 가능한 온도를 유지하고 있는 경우에는 즉시, 또는 일단 실온 부근까지 냉각시킨 후, 1100 ℃ 이상, 바람직하게는 1250 ℃ 이상의 온도로 가열하고, 열간 압연을 실시한다. 열간 압연 전의 가열은, 자기 특성에 악영향을 미치는 조대한 석출물을 고용하고, 추가로 열간 압연 후에 Ti 와 V 를 함유하는 석출물 (바람직하게는 탄화물), 혹은 Ti 와 V 를 함유하고, 추가로 Nb 와 Mo 의 1 종 또는 2 종을 함유하는 석출물 (바람직하게는 탄화물) 을 미세하게 석출시키기 위해서 중요하고, 열간 압연 전의 강 소재의 단계에서, Ti, Nb, V, 및 Mo 를 완전히 고용시키는 것이 중요해진다. 이와 같은 점에서, 강 소재 (슬래브) 를 즉시 열간 압연하거나, 또는 일단 냉각시키고 나서 1100 ℃ 이상, 바람직하게는 1250 ℃ 이상의 온도로 가열한다.

주조 후, 저온까지 냉각되지 않은 상태의 강 소재 (슬래브) 에서는, Ti, Nb, V 및 Mo 는 고용되어 있고, 즉시 열간 압연하는 경우에는 고용 상태가 유지되어 있기 때문에 열간 압연 전에 가열할 필요는 없다. 그러나, 일단, 실온 등의 저온까지 냉각시킨 경우에는 조대한 석출물이 형성된다. 이 때문에, 저온까지 냉각된 상태의 강 소재에서는 1100 ℃ 이상, 바람직하게는 1250 ℃ 이상의 온도로 가열하여 Ti, Nb, V 및 Mo 를 다시 고용시킬 필요가 있다. 주조 후, 보열을 목적으로 한 가열을 실시하고, 그대로 열간 압연을 실시해도 조금도 문제는 없고, 본 발명의 효과에 영향은 없다.

상기한 온도로 가열된 강 소재는 열간 압연이 실시된다. 열간 압연은 조 (粗) 압연, 마무리 압연으로 이루어지는 압연으로 한다. 조압연의 조건은 특별히 한정할 필요는 없고, 소정 치수 및 형상의 시트 바 (조압연 바) 로 할 수 있으면 된다. 조압연 후이고 마무리 압연 전 혹은 마무리 압연 중에 시트 바를 가열 또는 보열해도, 또, 조압연 후에 시트 바를 접합하여 연속 압연을 실시해도, 또, 시트 바의 가열과 연속 압연을 동시에 실시해도 전혀 문제는 없고, 본 발명의 효과에 영향은 없다.

마무리 압연은, 마무리 압연기의 출측에 있어서의 강판 온도가 800 ℃ 이상이 되는 압연으로 한다. 마무리 압연기의 출측에 있어서의 강판 온도가 800 ℃ 미만인 경우, 원하는 압연 방향의 항복 강도를 확보할 수 없는 데다, 인장 강도도 원하는 인장 강도 미만이 된다. 또, 조직이 미세화되어 원하는 자기 특성을 확보하기 어렵게 된다. 이 때문에, 마무리 압연기의 출측에 있어서의 강판 온도를 800 ℃ 이상으로 한정한다. 바람직하게는 마무리 압연기의 출측에 있어서의 강판 온도는 850 ℃ 이상 950 ℃ 이하의 범위 내이다.

마무리 압연을 종료한 후, 강판 온도가 700 ℃ 로 될 때까지 평균 냉각 속도 30 ℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각시킨 후, 권취 온도까지 냉각시켜 코일상으로 권취한다. 평균 냉각 속도 30 ℃/s 미만의 냉각 속도로 냉각시켰을 경우, 냉각 중에 석출물이 석출되고 또한 조대화되어 원하는 고강도를 확보할 수 없게 될 뿐만 아니라, 원하는 고용 V 의 함유량도 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 후의 냉각은, 평균 냉각 속도 30 ℃/s 이상의 냉각 속도로 한정한다. 바람직하게는 평균 냉각 속도는 50 ℃/s 이상이다. 단 평균 냉각 속도가 400 ℃/s 이상인 경우, 강판 형상이 열화될 염려가 있기 때문에 평균 냉각 속도는 400 ℃/s 미만으로 하는 것이 바람직하다.

권취 온도는 500 ℃ 이상 700 ℃ 이하의 범위 내로 한다. 권취 온도가 500 ℃ 미만인 경우, 베이나이트상이나 마텐자이트상을 함유하기 때문에 원하는 페라이트상 단상 조직을 확보할 수 없게 된다. 또, Ti, V 를 함유하거나, 혹은 추가로 Nb, Mo 를 함유하는 석출물이 충분히 석출되지 않기 때문에 원하는 고강도를 확보할 수 없게 된다. 한편, 권취 온도가 700 ℃ 를 초과하는 고온이 되면, 석출물이 조대해져 석출 강화가 작아진다. 이와 같은 점에서, 권취 온도는 500 ℃ 이상 700 ℃ 이하의 범위 내로 한다. 바람직하게는 권취 온도는 550 ℃ 이상 650 ℃ 이하의 범위 내이다. 이로써, 강도와 자기 특성의 밸런스가 더욱 향상된다.

또, 본 발명의 열연 강판은 스케일 (scale) 이 부착된 상태라도, 산세가 실시된 후라도 그 특성에 차이는 없다. 또한, 통상적으로 실시되는 조건의 범위 내이면, 추가로 조질 압연을 실시해도 문제는 없다. 본 발명의 열연 강판은 전자 부재로서 사용하는 데 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 열연 강판을 전단, 타발 (打拔) 과, 레이저 컷 등의 수단에 의해서 소정의 형상으로 잘라내고, 적층하여, 림이나 코어 (폴 코어 등) 용의 전자 부재로서 사용할 수 있다. 특히 본 발명의 열연 강판은 고강도와 양호한 자기 특성의 양립이 필요한, 발전기 림에 바람직하게 적용할 수 있다. 강판의 적층시에는, 강판에 절연 피복을 실시하거나 또는 절연 소재를 사이에 끼우는 등, 적층되는 강판과 강판 사이를 전기적으로 절연하는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 실시예에 따라서, 더욱 본 발명에 대해서 설명한다.

표 1 에 나타내는 성분 조성의 강을 전로에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브 (강 소재 : 두께 250 ㎜) 로 한 후, 표 2 에 나타내는 조건에서 열간 압연을 실시하여, 표 2 에 나타내는 판두께의 열연 강판으로 하였다. 얻어진 열연 강판으로부터 시험편을 채취하여, 조직 관찰 시험, 고용 V 의 함유량의 분석, 인장 시험, 자기 특성 측정 시험을 실시하고, 강도, 자기 특성을 조사하였다. 시험 방법은 다음과 같다.

(1) 조직 관찰 시험

얻어진 열연 강판으로부터 조직 관찰용 시험편을 채취하여, 압연 방향 단면 (L 단면) 을 연마하고, 나이탈 (nital) 액으로 부식시키고, 광학 현미경 (배율 : 400 배) 및 주사형 전자 현미경 (SEM) (배율 : 1000 배) 을 사용하여 조직을 관찰하고, 촬상하였다. 얻어진 조직 사진에 대해서, 화상 해석 처리에 의해서 조직의 종류, 조직 분율을 조사하였다. 또, 얻어진 조직 사진에 대해서, 화상 해석 처리에 의해서, ASTM 규격 ASTM E 112-10 의 규정에 준거하여, 절단법으로 평균 페라이트 결정립경을 측정하였다. 또, 얻어진 열연 강판으로부터 투과 전자 현미경용의 박막을 채취하여, 페이퍼 연마, 전해 연마에 의해서 박막을 제작하고, 투과형 전자 현미경 (TEM) (배율 : 135000 배) 에 의해서 조직을 관찰하고, 페라이트 결정립 내의 석출물을 30 개 이상 관찰하고, 그 평균 입경을 구함과 함께, 부속된 에너지 분산형 X 선 분광 장치 (EDX) 에 의해서 석출물 중에 함유되는 금속 원소를 동정하였다.

(2) 고용 V 의 함유량 분석

얻어진 열연 강판으로부터 시험편을 채취하고, 10 ％ AA (acetylacetone) 용액 중에서 전해 추출한 후, 전해액을 채취하고, 용매를 제거한 후 건고시켜 측정하였다.

(3) 인장 시험

얻어진 열연 강판으로부터, 인장 방향이 압연 방향과 평행이 되도록, JIS (Japanese Industrial Standards) 5 호 시험편 (GL : 50 ㎜) 을 채취하여, JIS 규격 JIS Z 2241 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 인장 특성 (항복 강도 YS, 인장 강도 TS) 을 구하였다.

(4) 자기 특성 측정 시험

얻어진 열연 강판으로부터, 압연 방향 및 압연 방향과 직각 방향이 시험편의 길이 방향이 되도록 자기 측정용 시험편 (크기 : 30 × 280 ㎜) 을 채취하여, 직류 자기 특성 측정 장치를 사용하고, JIS 규격 JIS C 2555 의 규정에 준거하여, 자속 밀도 B₅₀ 및 자속 밀도 B₁₀₀ 을 구하였다. 여기서, 자속 밀도 B₅₀, B₁₀₀ 은 직류 자기 특성을 나타내는 지표로서, 각각 자화력 H = 5000 A/m, 10000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 B (T) 를 나타낸다.

얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 고강도를 갖고, 추가로 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 이상, 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 이상을 만족하여, 우수한 자기 특성을 갖고 있다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 미만이거나, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 미만이거나, 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 미만이거나 하여 원하는 고강도, 우수한 자기 특성을 겸비하기까지 이르지 못했다.

이상, 본 발명자들에 의해서 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 실시 형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시 형태에 기초하여 당업자 등에 의해서 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

산업상 이용가능성

Claims

질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0 % 초과 0.06 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하, V : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하를 함유하고, 또한 고용 V (solute V) 의 함유량이 0.005 ％ 이상이고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 면적률로 95 ％ 이상의 페라이트상을 함유하고, 그 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경이 10 ㎚ 미만인 Ti 및 V 를 함유하는 석출물이 석출된 조직을 갖고, 그 페라이트상의 평균 결정립경이 2 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인 범위 내에 있고, 압연 방향의 항복 강도 YS 가 700 ㎫ 이상인 강도와, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.5 T 이상 및 자속 밀도 B₁₀₀ 이 1.6 T 이상인 전자 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 발전기 림용 열연 강판.
제 1 항에 있어서,
추가로 Nb : 0.08 ％ 이하, Mo : 0.2 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하고, 상기 조직이 면적률로 95 ％ 이상인 페라이트상을 함유하고, 그 페라이트상의 결정립 내에 평균 입경이 10 ㎚ 미만인, Ti 및 V 에 더하여 추가로 Nb, Mo 중 1 종 또는 2 종을 함유하는 석출물이 석출된 조직인 것을 특징으로 하는 발전기 림용 열연 강판.
삭제
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질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.11 ％ 이하, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이상 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0 % 초과 0.06 ％ 이하, N : 0.006 ％ 이하, Ti : 0.06 ％ 이상 0.21 ％ 이하, V : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 용강을 용제하고, 연속 주조법 또는 조괴법에 의해서 강 소재로 하고, 그 강 소재를, 즉시 또는 일단 냉각시키고 나서 1100 ℃ 이상으로 가열하고, 열간 압연기의 출측에 있어서의 강판 온도를 800 ℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 그 열간 압연 후, 강판 온도가 700 ℃ 로 될 때까지 30 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각시킨 후, 권취 온도를 500 ℃ 이상 700 ℃ 이하의 범위 내로 하여 권취하는 것을 특징으로 하는 발전기 림용 열연 강판의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로 질량％ 로, Nb : 0.08 ％ 이하, Mo : 0.2 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 발전기 림용 열연 강판의 제조 방법.