KR101786258B1

KR101786258B1 - 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101786258B1
Application number: KR1020150184972A
Authority: KR
Inventors: 김상호; 김우겸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-10-18
Also published as: KR20170075867A

Abstract

본 발명은 선박구조물, 해양구조물, 건축구조물, 라인파이프 등에 사용되는 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법 {THE STEEL SHEET HAVING HIGH-STRENGTH AND EXCELLENT HEAT AFFECTED ZONE TOUGHNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

구조물의 제작시 용접이 필수로 요구되므로, 상기 용접시 발생되는 용접 열영향부에서의 인성을 확보하는 것이 중요하지만, 상기 구조물 등에 사용되는 고강도 강판은 강도를 확보하기 위해 합금 사용량이 높아, 용접 열영향부의 인성 확보가 어려운 단점이 있다.

용접 열영향부는 결정립 조대화, M-A(Martensite-Austenite) 조직 등 취화조직의 형성, 석출 경화 등에 의해 인성이 저하되며, 이에 용접 열영향부 인성 저하를 방지하기 위한 기술들이 다음과 같이 제안되어 있다.

일 예로, 특허문헌 1에서는 Cu에 의한 석출강화를 이용하여 강판의 강도와 용접 열영향부 인성을 확보하는 방안에 관한 것으로, Cu에 의한 석출강화로 강판의 강도를 확보하고, 상대적으로 C의 함량을 낮춤으로써 용접 열영향부 인성을 확보하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 이 경우 Cu를 다량 첨가하고 있어 슬라브 재가열 후 압연시 Cu에 의한 열간취성이 발생할 수 있으므로 가열온도를 높일 수 없고, 이로 인해 장시간 가열이 요구되어 생산성이 저하되는 문제가 있다.

특허문헌 2는 C 함량을 낮추는 대신 Mn 함량을 높이고, Nb, V 등의 취화원소의 함량을 일정 한계로 제한함으로써 용접 열영향부 인성을 확보하는 방안을 제시하고 있다.

그러나, 상기 기술은 FL(Fusion Line, 용접금속과 용접 열영향부의 경계) 부근의 인성에만 초점이 맞추어져 있을 뿐, IC(Intercritical, 용접 열영향부와 모재의 경계) 열영향부 인성에 대해서는 고려되어 있지 않다는 단점이 있다.

특허문헌 3에서는 CaS의 정출을 활용하기 위해 Ca, O, S의 함량을 적절히 제어하고, Mn 함량을 높여 용접 열영향부 인성을 개선하면서, 강재를 압연한 후 냉각시 전단 및 후단 냉각의 2단계로 나누고, 후단 냉각보다 전단 냉각이 냉각속도를 크게 제어함으로써 강도와 인성을 우수하게 갖는 후강판을 제조하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, Ca, O, S 원소들은 제강공정에서 정밀하게 조절하기 어렵고, 역시 IC 열영향부 인성에 대해서는 고려되어 있지 않은 한계가 있다.

한국 공개특허공보 제2001-0111625호 한국 공개특허공보 제2008-0067957호 한국 공개특허공보 제2013-0035277호

본 발명의 일 측면은, 강 성분조성 및 제조조건의 최적화로 저입열 용접시 용접 열영향부의 인성이 우수할 뿐만 아니라, 고강도를 갖는 강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.03~0.08%, 실리콘(Si): 0.05~0.2%, 망간(Mn): 1.5~2.2%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.003~0.03%, 구리(Cu): 0.2~0.6%, 니켈(Ni): 0.5~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 니오븀(Nb): 0.005~0.025%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015%, 질소(N): 0.002~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,

상기 C 및 Al의 함량 합(C+Al)이 0.08% 이하(0%는 제외)이고, 상기 Si, Nb 및 Cu의 관계가 하기 관계식 1을 만족하고, 용접균열감수성 지수(Pcm)와 강판 두께(Thick, mm) 간의 관계가 하기 관계식 2를 만족하는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판을 제공한다.

[관계식 1]

(4.4Si + 16.4Nb - Cu) ≤ 0.45%

(상기 관계식 1에서 Si, Nb 및 Cu는 해당원소의 중량함량을 의미한다.)

[관계식 2]

(1739×Pcm)-(2.82×Thick) ≥ 66

(Pcm= C + (Si/30) + ((Mn+Cu+Cr)/20) + (Ni/60) + (Mo/15) + (V/10) + 5B)

본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 성분조성 및 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1000~1150℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 900℃ 이상의 온도에서 누적압하율 30% 이상으로 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연 후, 700~835℃에서 누적압하율 40% 이상으로 2차 압연하는 단계; 및 상기 2차 압연 후, 3~50℃/s의 냉각속도로 300~550℃까지 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 관계식 2를 만족하는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기 2차 압연 후, 3~50℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하까지 냉각하는 단계 및 상기 냉각 후, 500~650℃에서 템퍼링하는 단계를 포함하고, 상기 관계식 2를 만족하는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 5kJ/mm 이하의 저입열량에서 용접 열영향부 인성이 우수하면서, 항복강도가 500MPa 이상으로 고강도를 갖는 강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 C+Al 함량합(중량%)에 따른 CGHAZ 충격인성 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관계식 1에 의해 도출되는 값에 따른 ICHAZ 충격인성 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

5kJ/mm 이하의 저입열량으로 후강판을 용접하는 경우, 단 1 패스로 용접이 이루어지지 않으므로 다층용접이 필수적이다. 이러한 다층용접시 이전 패스의 용접열로 인해 생성된 용접 열영향부 조직이 다음 패스의 용접열에 의해 변화하기 때문에 다양한 서브존(subzone)이 형성된다.

일반적으로 용접 열영향부는 결정립 조대화, 상부 베이나이트 형성, M-A 조직 형성, 입계 취화, 석출 경화 등에 의해 인성이 저하되는데, 다층용접된 용접 열영향부에서 형성된 서브존(subzone) 중 특히 인성이 취약한 곳을 국부취화역(Local Brittle Zone)이라고 한다.

대표적인 국부취화역은 FL(Fusion Line) 부근의 조대결정립 열영향부(coarse-grained heat affected zone, CGHAZ)로 결정립 조대화, 상부 베이나이트 형성 등으로 인성이 취약하다.

또한, 강판의 강도를 증가시키기 위한 목적에서 합금의 투입량을 증가시키는 경우에는 CGHAZ 뿐만 아니라 IC 열영향부(Intercritical heat affected zone, ICHAZ)의 인성도 크게 저하된다.

이에, 본 발명자들은 5kJ/mm 이하의 저입열량 하에서 국부취화역으로 알려진 CGHAZ 및 ICHAZ에서의 인성을 우수하게 확보하는 한편, 동시에 고강도를 가질 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다.

특히, CGHAZ의 경우 주로 조대한 상부 베이나이트의 형성으로 인성이 저하되므로 상기 조직을 감소시키는 동시에, 상부 베이나이트의 2차상인 M-A 조직의 크기 및 분율을 감소시키고자 하였으며, 강의 강도 확보를 위해 첨가되는 경화능 원소들에 의해 M-A 조직이 형성되며, 이로 인해 ICHAZ 인성이 저하됨을 확인하고, 상기 조직의 형성을 억제할 수 있는 방안에 대해 모색하였다.

그 결과, C뿐만 아니라 Al 함량을 저감하여 CGHAZ 인성을 확보할 수 있고, M-A 조직 형성을 조장하는 Si, Nb, Cu의 함량을 제어함으로써 ICHAZ 인성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.03~0.08%, 실리콘(Si): 0.05~0.2%, 망간(Mn): 1.5~2.2%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.003~0.03%, 구리(Cu): 0.2~0.6%, 니켈(Ni): 0.5~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 니오븀(Nb): 0.005~0.025%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015%, 질소(N): 0.002~0.006%를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 강재 성분조성을 위와 같이 제어하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 특별한 언급이 없는 한 각 성분들의 함량은 중량%를 의미한다.

C: 0.03~0.08%

탄소(C)는 강의 강도 확보에 매우 유용한 원소이나, 용접 열영향부를 구성하는 미세조직의 경도를 높이고 M-A 조직의 형성으로 용접 열영향부 인성을 크게 저하시킨다.

본 발명에서 상기 C의 함량이 0.03% 미만이면 강의 강도 확보가 곤란한 반면, 그 함량이 0.08%를 초과하게 되면 용접 열영향부 인성 확보가 곤란한 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서 상기 C의 함량은 0.03~0.08%로 제한함이 바람직하다.

Si: 0.05~0.2%

실리콘(Si)은 강의 경화능 확보에 기여하며 제강 중 탈산에도 일정 역할을 담당하므로 0.05% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 너무 과도하면 ICHAZ에서 M-A 조직의 생성이 현저해지는 문제가 있으므로, 그 상한을 0.2%로 제한함이 바람직하다.

Mn: 1.5~2.2%

망간(Mn)은 구리(Cu), 니켈(Ni)과 함께 모재의 강도를 높이면서도 용접 열영향부 인성의 열화에 비교적 영향을 덜 미치는 원소로서 본 발명에서 중요한 원소이다.

상기 Mn의 함량이 높으면 강도 확보에 유리하므로 1.5% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 2.2%를 초과하게 되면 용접 열영향부 조직의 경도가 지나치게 증가하고, 특히 ICHAZ 인성이 크게 저하되므로 그 상한을 2.2%로 제한함이 바람직하다.

P: 0.02% 이하

인(P)은 제강공정 중에 불가피하게 강 중에 혼입되는 불순물로서 입계 취화 등을 일으켜 모재와 열영향부 인성을 저하시키므로, 그 함량을 0.02% 이하로 제한함이 바람직하다.

S: 0.005% 이하

황(S)은 불가피하게 강 중에 혼입되는 불순물로서 강판의 두께 중심부 인성을 저하시키는 문제가 있으므로, 그 함량을 0.005% 이하로 제한함이 바람직하다.

Al: 0.003~0.03%

알루미늄(Al)은 강의 탈산에 필수적인 원소로서 강의 청정성 확보를 위해서 0.003% 이상 첨가되어야 하나, CGHAZ 내에 상부 베이나이트의 분율을 높여 용접 열영향부 인성을 저하시키므로, 그 함량을 0.03% 이하로 제한함이 바람직하다.

Cu: 0.2~0.6%

구리(Cu)는 강의 강도를 높이면서도 용접 열영향부 인성의 저하 정도가 적은 원소로서, 특히 ICHAZ의 인성 향상을 위해 0.2% 이상 첨가됨이 바람직하다. 다만, 그 함량이 너무 과도하면 석출 경화를 일으켜 강의 강도 제어가 용이하지 못하고, 표면 크랙을 유발하는 등의 문제를 야기시키므로, 그 함량을 0.6% 이하로 제한함이 바람직하다.

Ni: 0.5~2.5%

니켈(Ni)은 구리(Cu)와 유사하게 강의 강도를 높이면서도 용접 열영향부 인성의 저하가 적은 원소로서 유용하다. 특히, Cu 첨가시 발생할 수 있는 표면 크랙을 억제하기 위해 반드시 첨가해야 한다.

상기 Ni은 강의 강도와 용접 열영향부 인성을 확보하기 위해 0.5% 이상 첨가됨이 바람직하나, 일정량 이상에서는 그 효과가 포화되고 고가원소로서 제조비용이 크게 증가하는 문제가 있으므로, 2.5%를 그 상한으로 한다.

Mo: 0.05~0.3%

몰리브덴(Mo)은 강의 경화능 향상에 크게 기여하여 강도 확보에 유리하므로 필수적인 원소이다. 이를 얻기 위해서는 0.05% 이상으로 첨가됨이 바람직하나, 그 함량이 과도하여 0.3%를 초과하게 되면 ICHAZ 인성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서 Mo은 0.05~0.3%로 제한함이 바람직하다.

Nb: 0.005~0.025%

니오븀(Nb)은 강 제조시 재결정을 지연시켜 조직을 미세화하여 모재의 인성을 향상시키며, 경화능을 높여 강판의 강도 확보에 기여하므로, 0.005% 이상으로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 너무 과도하면 ICHAZ 내 M-A 조직의 분율을 크게 높여 ICHAZ 인성을 저하시키는 문제가 있으므로, 그 함량을 0.025% 이하로 제한함이 바람직하다.

Ti: 0.005~0.015%

티타늄(Ti)은 질소(N)와 결합하여 고온에서 높은 열적 안정성을 나타내는 TiN을 형성하여 CGHAZ에서 오스테나이트가 조대화되는 것을 억제하는 효과가 있다. 이를 얻기 위해서는 0.005% 이상으로 첨가됨이 바람직하나, 그 함량이 0.015%를 초과하게 되면 TiN이 조대화되어 오스테나이트 결정립 조대화를 억제하는 효과가 감소하고, 조대한 TiN에 의해 인성이 저하될 수 있으므로, 그 함량을 0.015% 이하로 제한함이 바람직하다.

N: 0.002~0.006%

질소(N)는 Ti와 결합하여 TiN을 형성함으로써 CGHAZ 인성 향상에 기여하므로 0.002% 이상 첨가됨이 바람직하다. 다만, 너무 과도하면 연속주조 시 슬라브에 표면 크랙을 유발할 수 있기 때문에 그 상한을 0.006%로 한정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

한편, 상술한 성분조성을 만족하는 본 발명의 강판은 C와 Al의 함량 합(C+Al)이 0.08% 이하를 만족하는 동시에, Si, Nb 및 Cu가 하기 관계식 1로 정의되는 성분관계를 만족하는 것이 바람직하다.

C+Al: 0.08% 이하

C 및 Al은 상부 베이나이트의 분율과 상부 베이나이트 내 2차상으로 존재하는 M-A 조직의 크기와 분율에 영향을 미치는 인자로서, CGHAZ에서 충분한 충격인성을 얻기 위해서는 0.08% 이하가 되어야 한다. 보다 바람직하게는 0.07% 이하인 것이 물성 확보에 더 유리하다.

[관계식 1]

(4.4Si + 16.4Nb - Cu) ≤ 0.45%

상기 관계식 1은 ICHAZ 인성 확보를 위해 제어해야 하는 값으로서, ICHAZ의 인성 저하 원인인 M-A 조직의 형성에 영향을 미치며, 본 발명에서 목표로 하는 ICHAZ에서 충분한 충격인성을 확보하기 위해서는 상기 관계식 1의 값을 0.45% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

더불어, 본 발명의 강판은 하기 관계식 2로 정의되는 용접균열감수성 지수(Pcm) 및 강판 두께(Thick, mm) 간의 관계가 66 이상을 만족하는 것이 바람직하다.

[관계식 2]

(1739×Pcm)-(2.82×Thick) ≥ 66

(Pcm= C+ (Si/30) + ((Mn+Cu+Cr)/20) + (Ni/60) + (Mo/15) + (V/10) + 5B, 여기서 상기 각 원소들은 해당원소의 중량함량을 의미한다.)

용접시 저온균열 발생은 용접 열영향부 경도와 비례적으로 증가하며, 이는 강의 경화능과 관계가 있다. 즉, 용접균열감수성 지수(Pcm)이 높을수록 강의 경화능이 크며, 따라서 강판의 강도를 증가시킬 수 있는 것이다.

상기 관계식 2에서 Thick는 강판의 두께를 나타낸 것으로, 단위는 mm이다. 강판의 두께가 증가할수록 강판의 강도를 좌우하는 냉각 과정에서 냉각속도가 감소하여 강도 확보를 어렵게 한다. 즉, 강판의 두께는 강도에 반비례적으로 영향을 주게 된다.

이에, 본 발명에서는 상기 용접균열감수성 지수 및 강판 두께 간의 관계를 상기 관계식 2로 제어하며, 상기 관계식 2의 값이 66 이상을 만족하는 경우 본 발명에서 목표로 하는 500MPa 이상의 항복강도를 갖는 강판을 제공할 수 있다.

이와 같이, 상술한 강 성분조성 및 성분관계 등을 모두 만족하는 본 발명의 강판은 용접시 CGHAZ와 ICHAZ에서 각각 침상 페라이트와 미세한 다각형 페라이트를 갖는 용접 열영향부를 얻을 수 있다.

상기 CGHAZ는 상기 침상 페라이트 이외에 상부 베이나이트와 M-A 조직을 포함할 수 있으며, 이때 상기 상부 베이나이트는 면적분율 15% 이하, M-A 조직은 0.5% 이하로 포함하는 것이 바람직하다. 만일, 상부 베이나이트 분율이 15%를 초과하면 CGHAZ의 유효 결정립 크기가 증가하여 CGHAZ 인성 확보가 곤란하며, 상기 M-A 조직의 분율이 0.5%를 초과하는 경우에도 취성균열 발생이 용이해져 인성 확보가 어렵다.

상기 ICHAZ는 미세한 다각형 페라이트 이외에 M-A 조직을 포함할 수 있으며, 이때 상기 M-A 조직의 분율은 3면적% 이하를 만족하여야만 ICHAZ에서 본 발명에서 목표로 하는 인성을 확보할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 강판은 항복강도 500MPa 이상의 고강도를 가지면서, 5kJ/mm 이하의 저입열 용접시 -20℃에서의 샤르피 충격에너지가 100J 이상으로, 인성이 우수한 용접 열영향부를 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 강재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다. 하기의 제조방법은 본 발명의 강판을 제조할 수 있는 바람직한 일 예를 나타낸 것이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 제조방법은 개략적으로는 상술한 성분계 및 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 가열하여 균질화 처리한 후, 열간압연 및 냉각 공정을 거쳐 제조하는 방법을 제공한다. 이하, 각 단계별 상세한 조건에 대하여 설명한다.

슬라브 재가열 온도: 1000~1150℃

먼저, 상술한 성분조성 및 성분관계를 만족하는 강 슬라브를 연속주조법을 통해 준비한 후, 상기 강 슬라브를 1000~1150℃의 온도범위에서 재가열하는 것이 바람직하다.

상기 재가열은 1000℃ 이상에서 실시함이 바람직한데, 이는 주조 중에 형성된 용접 열영향부 인성 향상에 유효한 TiN 석출물을 고용시키기 위함이다. 만일 재가열 온도가 1150℃를 초과하여 너무 높으면 TiN 석출물이 조대화되어 오히려 용접 열영향부 인성을 저해하며, 반면 재가열 온도가 너무 낮으면 후속하는 열간압연시 압연 부하를 일으킬 수 있으므로, 1000~1150℃ 범위에서 실시함이 바람직하다.

그 다음, 상기 재가열된 슬라브에 열간압연을 행하여 열연강판으로 제조함이 바람직하다. 이때, 상기 열간압연은 후술하는 바와 같이 단계적으로 실시함이 바람직하다.

열간압연

상기한 바에 따라 재가열된 슬라브를 900℃ 이상의 온도에서 누적 압하율 30% 이상으로 1차 압연을 행한 다음, 700~835℃ 범위에서 누적 압하율 40% 이상으로 2차 압연을 행함이 바람직하다.

상기 1차 압연을 통해 오스테나이트를 재결정에 의해 충분히 미세화시킬 수 있으며, 이후 미재결정역 온도 영역에서 2차 압연을 실시함으로써 열연강판 내 변형띠를 형성시켜 의도하는 미세조직을 얻을 수 있다.

위와 같이 열간압연을 실시한 후 수냉하여 최종 강판을 얻을 수 있다. 이때, 다음과 같이 두 가지 방법으로 냉각을 실시할 수 있다.

냉각

첫째, 3~50℃/s의 냉각속도로 300~550℃까지 냉각을 수행할 수 있다.

이때, 냉각속도가 3℃/s 미만이면 침상 페라이트를 확보할 수 없어 강도 확보가 곤란하며, 반면 냉각속도가 50℃/s를 초과하게 되면 마르텐사이트의 분율이 증가하면서 인성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 냉각종료온도가 300℃ 미만인 경우에도 저온 조직의 형성으로 인성의 확보가 곤란하며, 반면 550℃를 초과하게 되면 조직이 조대해지고, 경도가 감소하여 강판의 강도 확보가 어려워지는 문제가 있다.

둘째, 3~50℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하로 냉각한 후 500~650℃ 범위에서 템퍼링(tempering) 처리하는 방법을 행할 수 있다.

상기와 같이, 3~50℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하로 냉각하는 경우 마르텐사이트 등의 저온 조직의 비율이 크게 증가하여 강도가 상승하는 대신에 인성이 크게 감소하게 된다. 하지만, 본 발명에서와 같이 냉각 후 500~650℃ 범위에서 템퍼링 처리를 행함으로써 강도가 적절한 범위로 낮아지면서 인성은 회복되어, 결국 적절한 강도와 인성을 갖는 강판의 제조가 가능하다.

만일, 템퍼링 온도가 500℃ 미만이면 저온조직이 충분히 연화되지 않아 인성 확보가 곤란해지며, 반면 650℃를 초과하게 되면 강도가 지나치게 낮아져 강도 확보가 곤란해지는 문제가 있다.

이러한, 템퍼링 처리를 행하는 냉각방법은 두께 50mm 이상의 후강판에 적합하며, 다만 앞서 언급한 수냉만을 실시하는 냉각방법을 적용하여도 무방하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 강 슬라브를 1000~1150℃에서 재가열한 후, 하기 표 2에 나타낸 조건으로 각각의 강 슬라브를 압연한 후 냉각하여 열연강판을 제조하였다.

이후, 제조된 각각의 열연강판에 대해 항복강도, 인장강도 및 -40℃에서의 충격인성을 측정하였다.

또한, 강판에 5kJ/mm의 입열량으로 용접을 실시한 후 형성된 용접 열영향부에서 CGHAZ와 ICHAZ 충격인성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 상기 충격인성은 -20℃에서 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 충격시험을 실시하여 측정하였다.

강종	성분조성(중량%)												C/Al	관계식1	Pcm
강종	C	Si	Mn	P	S	Al	Cu	Ni	Mo	Nb	Ti	N	C/Al	관계식1	Pcm
발명강1	0.042	0.07	2.20	0.005	0.003	0.014	0.22	1.01	0.17	0.014	0.012	0.0023	0.056	0.318	0.194
발명강2	0.036	0.07	1.98	0.013	0.002	0.024	0.43	1.98	0.20	0.021	0.009	0.0025	0.060	0.222	0.205
발명강3	0.033	0.14	1.59	0.007	0.001	0.016	0.38	2.11	0.07	0.012	0.012	0.0048	0.049	0.433	0.176
발명강4	0.064	0.06	1.81	0.014	0.003	0.008	0.14	2.27	0.12	0.014	0.010	0.0040	0.072	0.354	0.209
발명강5	0.049	0.10	2.15	0.014	0.002	0.022	0.25	1.88	0.15	0.007	0.007	0.0021	0.071	0.305	0.214
발명강6	0.050	0.11	1.59	0.006	0.004	0.028	0.57	2.00	0.21	0.014	0.013	0.0037	0.078	0.144	0.209
발명강7	0.037	0.16	1.67	0.003	0.003	0.014	0.43	0.83	0.09	0.010	0.006	0.0020	0.051	0.438	0.167
발명강8	0.038	0.08	1.73	0.010	0.003	0.011	0.36	0.52	0.11	0.021	0.013	0.0050	0.049	0.336	0.161
비교강1	0.064	0.12	1.81	0.012	0.003	0.025	0.35	1.04	0.21	0.021	0.006	0.0036	0.089	0.522	0.207
비교강2	0.076	0.13	1.92	0.009	0.002	0.017	0.32	0.83	0.16	0.024	0.008	0.0045	0.093	0.646	0.217
비교강3	0.077	0.08	1.77	0.016	0.002	0.013	0.26	0.74	0.18	0.023	0.012	0.0041	0.090	0.469	0.206
비교강4	0.062	0.14	1.68	0.014	0.004	0.023	0.33	0.77	0.07	0.020	0.013	0.0048	0.085	0.614	0.185

강종	1차압연 조건		2차압연 조건		냉각 조건		템퍼링 온도(℃)
강종	압연종료 온도(℃)	누적압하율 (%)	압연종료 온도(℃)	누적압하율 (%)	냉각속도 (℃/s)	냉각종료 온도(℃)	템퍼링 온도(℃)
발명강1	980	57	745	53	3.4	224	564
발명강2	955	114	783	43	4.1	206	563
발명강3	934	153	753	41	3.6	201	537
발명강4	938	90	756	43	3.4	238	574
발명강5	907	114	788	43	3.9	216	565
발명강6	961	43	787	57	4.4	229	576
발명강7	942	117	823	53	5.8	384	-
발명강8	932	122	832	52	6.3	397	-
비교강1	913	106	798	45	4.1	222	468
비교강2	934	114	788	43	3.8	215	563
비교강3	978	116	886	46	4.5	208	545
비교강4	941	118	781	42	3.9	203	541

구분	강판두께 (mm)	관계식 2	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	-40℃ 모재 충격인성 (J)	CGHAZ 인성 (J, -20℃)	ICHAZ 인성 (J, -20℃)
발명예 1	90	84	528	588	232	266	128
발명예 2	80	131	554	624	205	181	164
발명예 3	70	109	563	643	273	244	121
발명예 4	90	110	531	608	249	136	127
발명예 5	80	147	571	635	256	150	146
발명예 6	90	110	587	655	267	118	178
발명예 7	65	107	559	648	245	241	123
발명예 8	65	97	563	637	203	290	156
비교예 1	80	134	589	672	89	83	79
비교예 2	80	152	610	688	213	53	69
비교예 3	75	147	603	675	77	53	95
비교예 4	95	54	487	577	211	97	64

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 강 성분조성, 성분관계 및 제조조건이 모두 본 발명에서 제안하는 바를 만족하는 발명예 1 내지 8은 강도가 높을 뿐만 아니라, 저온 충격인성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히, CGHAZ 및 ICHAZ의 충격인성이 모두 100J 이상으로 양호한 것을 확인할 수 있다.

반면, 비교예 1 내지 4는 C+Al 함량 합이 0.08을 초과하면서도 본 발명의 관계식 1을 만족하지 못함에 따라, CGHAZ 및 ICHAZ의 인성이 열위한 것을 확인할 수 있다.

이 중, 비교예 1은 템퍼링 온도가 낮고, 비교예 3은 2차 압연종료온도가 높아 모재 충격인성도 열위하였다. 또한, 비교예 4는 관계식 2를 만족하지 못함에 따라 고강도의 확보가 불가능하였다.

상술한 결과를 바탕으로, C+Al 함량 합과 CGHZA 인성 간의 관계를 도 1에 그래프로 나타내었으며, 관계식 1의 값과 ICHAZ 인성 간의 관계를 도 2에 그래프로 나타내었다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.03~0.08%, 실리콘(Si): 0.05~0.2%, 망간(Mn): 1.5~2.2%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.003~0.03%, 구리(Cu): 0.2~0.6%, 니켈(Ni): 0.5~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 니오븀(Nb): 0.005~0.025%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015%, 질소(N): 0.002~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
상기 C 및 Al의 함량 합(C+Al)이 0.08% 이하(0%는 제외)이고, 상기 Si, Nb 및 Cu의 관계가 하기 관계식 1을 만족하고, 용접균열감수성 지수(Pcm)와 강판 두께(Thick, mm) 간의 관계가 하기 관계식 2를 만족하며,
5kJ/mm 이하의 저입열 용접시 상부 베이나이트 15% 이하, M-A 조직 0.5% 이하 및 잔부 침상 페라이트를 갖는 CGHAZ와 M-A 조직 3% 이하 및 잔부 다각형 페라이트를 갖는 ICHAZ가 형성되는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판.

[관계식 1]
(4.4Si + 16.4Nb - Cu) ≤ 0.45%
(상기 관계식 1에서 Si, Nb 및 Cu는 해당원소의 중량함량을 의미한다.)

[관계식 2]
(1739×Pcm)-(2.82×Thick) ≥ 66
(Pcm= C + (Si/30) + ((Mn+Cu+Cr)/20) + (Ni/60) + (Mo/15) + (V/10) + 5B), 여기서 각 원소들은 해당원소의 중량함량을 의미한다.)
삭제
제 1항에 있어서,
상기 강판은 항복강도가 500MPa 이상이고, 용접시 -20℃에서의 샤르피 충격에너지가 100J 이상인 용접 열영향부를 갖는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판.
삭제
중량%로, 탄소(C): 0.03~0.08%, 실리콘(Si): 0.05~0.2%, 망간(Mn): 1.5~2.2%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.003~0.03%, 구리(Cu): 0.2~0.6%, 니켈(Ni): 0.5~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 니오븀(Nb): 0.005~0.025%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015%, 질소(N): 0.002~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 C 및 Al의 함량 합(C+Al)이 0.08% 이하(0%는 제외)이고, 상기 Si, Nb 및 Cu의 관계가 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1000~1150℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 슬라브를 900℃ 이상의 온도에서 누적 압하율 30% 이상으로 1차 압연하는 단계;
상기 1차 압연 후, 700~835℃에서 누적 압하율 40% 이상으로 2차 압연하는 단계; 및
상기 2차 압연 후, 3~50℃/s의 냉각속도로 300~550℃까지 냉각하는 단계를 포함하고,
용접균열감수성 지수(Pcm)와 강판 두께(Thick, mm) 간의 관계가 하기 관계식 2를 만족하며,
5kJ/mm 이하의 저입열 용접시 상부 베이나이트 15% 이하, M-A 조직 0.5% 이하 및 잔부 침상 페라이트를 갖는 CGHAZ와 M-A 조직 3% 이하 및 잔부 다각형 페라이트를 갖는 ICHAZ가 형성되는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.

[관계식 1]
(4.4Si + 16.4Nb - Cu) ≤ 0.45%
(상기 관계식 1에서 Si, Nb 및 Cu는 해당원소의 중량함량을 의미한다.)

[관계식 2]
(1739×Pcm)-(2.82×Thick) ≥ 66
(Pcm= C + (Si/30) + ((Mn+Cu+Cr)/20) + (Ni/60) + (Mo/15) + (V/10) + 5B), 여기서 각 원소들은 해당원소의 중량함량을 의미한다.)
중량%로, 탄소(C): 0.03~0.08%, 실리콘(Si): 0.05~0.2%, 망간(Mn): 1.5~2.2%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.003~0.03%, 구리(Cu): 0.2~0.6%, 니켈(Ni): 0.5~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 니오븀(Nb): 0.005~0.025%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015%, 질소(N): 0.002~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 C 및 Al의 함량 합(C+Al)이 0.08% 이하(0%는 제외)이고, 상기 Si, Nb 및 Cu의 관계가 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1000~1150℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 슬라브를 900℃ 이상의 온도에서 누적압하율 30% 이상으로 1차 압연하는 단계;
상기 1차 압연 후, 700~835℃에서 누적압하율 40% 이상으로 2차 압연하는 단계;
상기 2차 압연 후, 3~50℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하까지 냉각하는 단계; 및
상기 냉각 후, 500~650℃에서 템퍼링(tempering)하는 단계를 포함하고,
용접균열감수성 지수(Pcm)와 강판 두께(Thick, mm) 간의 관계가 하기 관계식 2를 만족하며,
5kJ/mm 이하의 저입열 용접시 상부 베이나이트 15% 이하, M-A 조직 0.5% 이하 및 잔부 침상 페라이트를 갖는 CGHAZ와 M-A 조직 3% 이하 및 잔부 다각형 페라이트를 갖는 ICHAZ가 형성되는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.

[관계식 1]
(4.4Si + 16.4Nb - Cu) ≤ 0.45%
(상기 관계식 1에서 Si, Nb 및 Cu는 해당원소의 중량함량을 의미한다.)

[관계식 2]
(1739×Pcm)-(2.82×Thick) ≥ 66
(Pcm= C + (Si/30) + ((Mn+Cu+Cr)/20) + (Ni/60) + (Mo/15) + (V/10) + 5B), 여기서 각 원소들은 해당원소의 중량함량을 의미한다.)