极低温韧性优异且具有低屈服特性的高强度钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有低屈服特性且极低温韧性优异而适用于存储气体等的储气 罐（Gas Tank)用钢材的高强度钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球变暖所引起的对环境法规的强化，使得对C02的处理方面的兴趣日益增 加，在其中，正在具体实施储存及移送C0 2，从而将其埋存于海洋油田采集地区的产业。由 此，对用于液化及储存C02气体的气罐用钢材的需求正在快速增加。
[0003] 为了将0)2气体液化，至少需要7巴以上的加压，由于用于液化C0 2气体的气罐的 设计温度为_60°C以下，因此需要用于气罐的钢材具备高强度特性，以能够抵抗高的压力和 外部冲击，还需要在低的气体温度下也具有充分的韧性。尤其是在用于气罐的钢材的情况 下，根据等级规则（rule)要求在-75°C以下的温度下具有优异的低温韧性。
[0004] 此外，在将气罐用钢材进行焊接而制成气罐的情况下，焊接部的消除应力占据重 要的部分。由此，作为去除焊接部应力的方法有根据热处理的焊后热处理（Post Welding Heat Treatment，PWHT)方法，通过对焊接部进行水压喷射等来去除应力的机械式应力去除 (MSR:Mechanical Stress Relief)方法。其中，利用机械式应力去除（MSR)方法来去除焊 接部应力的情况下，基底金属部也会因水压而变形，因此，将基底金属的屈服比限制在0. 8 以下。这是由于在利用MSR来去除应力时，因高压水喷射而对基底金属施加屈服强度以上 的变形的情况下，如果屈服强度和抗张强度比高时，则会发生屈服，即，达到抗张强度而会 有产生破坏的可能性，因此需要将屈服强度和抗张强度限制为差异较大。
[0005] 尤其是在气罐的情况下，基本上需要形成大型化，因此难以实施根据PWHT方法的 应力去除，因此，大部分的造船公司在采用机械式应力去除（MSR)的方法，因此，用于制备 气罐的钢材需要具有低屈服特性。
[0006] 此外，作为提高钢材所需的又一个特性，即提高钢材强度的方法有，析出强化、固 溶强化、马氏体（Martensite)强化等，但这些方法虽然可以提高强度，但存在使韧性变差 的问题。
[0007] 但是，在使晶粒微细化而强化强度的情况下，不仅可以获得高强度，而且因冲击韧 性而使转变温度降低，从而可以防止韧性变差。
[0008] 作为例子，专利文献1及专利文献2为通过晶粒微细化而提高强度及韧性的技术， 具体公开了一种将奥氏体晶粒微细化而使铁素体晶粒微细化的方法，但是用于实施该方法 的制备条件苛刻，并且还存在铁素体的微细化效果不好的问题。
[0009] 此外，专利文献3至7涉及一种通过未再结晶强轧制来细化铁素体的技术，其中， 专利文献3公开了一种在加热低碳钢后冷却的过程中，在奥氏体未再结晶域温度范围下， 以30%以上的压缩比实施压缩加工，通过加速冷却来使铁素体微细化的方法；专利文献4 公开了一种首先将普通的碳钢采用马氏体组织进行热处理后，将其再加热至铁素体温度范 围，从而以每通过一次为50%以上的压缩比来进行加工，从而实现铁素体微细化的方法。此 外，专利文献5和专利文献6公开了一种通过静态再结晶使奥氏体结晶粒度限制为一定大 小，在奥氏体未再结晶区域以每通过一次为30%以上的压缩比来进行轧制，从而实现微细 的铁素体的方法；专利文献7公开了一种通过单次或多次将再加热的低碳钢在Ar3温度附 近将总压缩比限定为75%以上，将轧制次数间的维持时间限制为1秒以下的铁素体的微细 化方法。
[0010] 但是，在上述公开的技术中，在制备钢材的主要工序的轧制工序中，每次需要大下 压量（large reduction)，而每次的时间有限，因此，上述公开的技术是制备条件上存在难 度的技术，为了实现这些技术，实际上需要设置超大型的轧制设备及控制系统，因此以现有 的设备很难实现。
[0011] 上述技术均为根据晶粒微细化而提高强度及韧性的技术，由此来实现铁素体晶粒 的微细化时，在抗张强度上升的同时，屈服强度也同时上升，从而存在难以实现低屈服比的 问题。
[0012](专利文献1)日本公开专利公报第1997-296253号
[0013](专利文献2)日本公开专利公报第1997-316534号
[0014](专利文献3)韩国公开专利第1999-0029986号
[0015](专利文献4)韩国公开专利第1999-0029987号
[0016](专利文献6)韩国公开专利第2004-0059579号
[0017](专利文献5)韩国公开专利第2004-0059581号
[0018](专利文献7)美国授权专利第4466842号
【发明内容】
[0019] 本发明要解决的技术问题
[0020]本发明的一方面，提供一种不仅提高强度及韧性，而且具有低屈服特性的高强度 钢板及其制备方法。
[0021] 解决技术问题的技术手段
[0022] 本发明的一方面，提供一种高强度钢板。所述高强度钢板以重量％计，包含 0? 02 ~0? 12%碳（C)、0? 5 ~2. 0%锰（Mn)、0? 05 ~0? 5%硅（Si)、0? 05 ~1. 0%镍（Ni)、 0.005 ~0.1%钛〇1)、0.005 ~0.5%铝仏1)、0.015%以下的磷（?）、0.015%以下的硫 (S)，以及余量的Fe及其它不可避免的杂质；微细组织以面积分数包含70~90%的超细铁 素体及10~30%的MA(马氏体/奥氏体）组织，屈服比（YS/TS)为0.8以下。
[0023] 本发明的另一方面，提供一种高强度钢板的制备方法。所述高强度钢板的屈服比 (YS/TS)为0. 8以下，所述高强度钢板的制备方法包括下述步骤：对具有上述组成的板坯 进行加热；对上述加热的板坯进行粗轧，从而使奥氏体的平均晶粒尺寸控制在40 ym以下； 在上述粗乳后，进行收尾乳制，从而将所述板还的基体组织（matrix structure)形成为平 均晶粒尺寸为10 y m以下的超细粒铁素体；在上述收尾轧制后，维持30~90秒；以及在上 述维持后进行冷却，从而在超细粒铁素体基体内以10~30%的面积分数形成平均粒径为 5 ym以下的微细MA(马氏体/奥氏体）。
[0024] 发明的效果
[0025] 在满足本发明的成分组成及制备条件的情况下，可以获得在_75°C下具有150J以 上的冲击韧性值，抗张强度为530MPa以上的高强度的同时，通过实现0. 8以下的低屈服比， 从而可以提供一种韧性优异的高强度钢板。
【附图说明】
[0026] 图1示出了用显微镜观察的发明材料B-1的超细粒铁素体形态的结果。
[0027] 图2示出了用显微镜观察的将发明材料B-1进行拉佩拉蚀刻（lapera-etched)后 的超细粒MA相（马氏体/奥氏体混合组织）形态的结果。
[0028] 图3为形成MA相的过程的模拟图，（a)为传统钢，（b)为本发明的发明钢。
[0029] 最佳实施方式
[0030] 本发明涉及一种通过控制钢材的成分组成和微细组织，并使用晶粒微细化方法之 一的动态再结晶（SIDT，StrainInducesDynamicTransformation)的乳制条件而获得的 具有高强度及高韧性的同时，具有低屈服比的钢板及其制备方法。
[0031] 作为本发明一方面的高强度钢板的构成为：以重量％计，包含0.02~0. 12%碳 (C)、0? 5 ~2. 0%锰（Mn)、0? 05 ~0? 5%硅（Si)、0? 05 ~1. 0%镍（Ni)、0? 005 ~0? 1%钛 〇1)、0.005~0.5%铝仏1)、0.015%以下的磷（?）、0.015%以下的硫（5)，以及余量的卩6 及其它不可避免的杂质。
[0032] 下面，对本发明的成分组成的范围及其限定理由进行详细说明（重量％ )。
[0033]C:0.02 ~0.12%
[0034] 碳（C)作为用于有效强化钢材而需要以适当量含有的元素，在本发明中，其是形 成MA相（马氏体/奥氏体混合组织），并决定所形成的MA相的大小及分数的最重要的元 素，因此需要以适当的范围包含。如上所述的C的含量超过0. 12%时，会降低低温韧性，并 过多地形成MA相，使得其分数超过30%，因此不优选。与此相反，C含量不足0. 02%时，会 过少地形成MA相，从而使其分数不足10%，由此会导致强度的降低，同时还会降低屈服比， 因此不优选。因此，本发明中的C的含量优选限制在0. 02~0. 12%。
[0035]Mn:0.5 ~2.0%
[0036] 锰（Mn)是作用于铁素体细粒化，并通过固溶强化而对提高强度有帮助的元素。因 此，为了获得如上所述的Mn的效果，需要以0.5%以上来进行添加。但是，其含量超过2.0% 时，会使硬化性过度增加，从而大大降低焊接部的韧性，因此不优选。因此，本发明中的Mn 的含量优选限制在〇. 5~2. 0%。
[0037]Si:0.05 ~0.5%
[0038] 硅（Si)具有以固溶强化效果来强化强度的效果，其是在制钢工序中也可以被用 作脱氧剂的元素。如上所述的Si的含量超过0. 5%时，会降低低温韧性的同时，使焊接性变 差，因此需要将其含量限制在〇. 5%以下。