KR100899053B1 - 용접 열영향부의 인성이 우수한 저항복비 고장력 강재 및그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용접 열영향부의 인성이 우수한 저항복비 고장력 강재는, C: 0.03 내지 0.2％, Si: 0.5％ 이하, Mn: 1.0 내지 2.0％, 및 N: 0.01％ 이하를 포함하고, P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, 및 Al: 0.01％ 이하를 만족하며, REM: 0.001 내지 0.1％ 및／또는 Ca: 0.0003 내지 0.005％와, Zr: 0.001 내지 0.05％를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어진 강재로서, 상기 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정했을 때, REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하며, 또한 전체 조직에서 차지하는 페라이트 분율이 4 내지 24％이고, 잔부가 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직, 또는 전체 조직에서 차지하는 섬 형상 마르텐사이트의 분율이 1.1％ 이하이고, 잔부가 베이나이트 조직이다.

Description

용접 열영향부의 인성이 우수한 저항복비 고장력 강재 및 그의 제조방법{LOW YIELD RATIO AND HIGH TENSION STEEL MATERIAL EXCELLENT IN TOUGHNESS OF WELD HEAT-AFFECTED ZONE, AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

도 1은 페라이트 분율과 항복비의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2는 페라이트 분율과 인장 강도(TS)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 열간 압연 종료 후의 담금질 개시 온도와 페라이트 분율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4는 2상역(근방)에서의 열처리 온도와 페라이트 분율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 섬(island) 형상 마르텐사이트의 분율(MA 분율)과 vTrs(파면 전이 온도)의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은, 주로 건축 구조물 등에 사용되는, 저항복비(低降伏比)를 나타내 는 590㎫ 이상의 고장력(高張力) 강재로서, 특히 입열량이 30kJ／㎜ 이상인 용접에 의해 열영향을 받는 부위(이하, 「용접 열영향부」 또는 「HAZ」라고 하기도 함)의 인성(靭性)을 개선한 강재, 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

주로 건축 구조물 등에 사용되는 강재에 요구되는 특성은, 최근 점점 엄격해지고 있으며, 특히 양호한 인성이 요구되고 있다. 이들 강재는, 일반적으로 용접에 의해 접합되는 경우가 많은데, 특히 HAZ는 용접시에 열영향을 받아 인성이 열화되기 쉽다고 하는 문제가 있다. 이 인성 열화는 용접시의 입열량이 커질수록 현저하게 나타나며, 그 원인은 용접시의 입열량이 커지면 HAZ의 냉각 속도가 늦어져서, 담금질성이 저하되어 조대(粗大)한 섬 형상 마르텐사이트가 생성되는 데에 있는 것으로 생각되고 있다. 따라서, HAZ의 인성을 개선하기 위해서는, 용접시의 입열량을 극력 억제하면 된다고 생각할 수 있지만, 용접 작업 효율을 높이는데 있어서는, 예컨대 일렉트로 가스 아크 용접법, 일렉트로 슬래그 용접법 및 서브머지 아크 용접법 등이라고 하는 용접 입열량이 30kJ／㎜ 이상인 대입열(大入熱) 용접법의 채용이 요망된다.

대입열 용접법을 채용한 경우의 HAZ 인성 열화를 억제하는 강재는, 이미 몇 가지 제안되어 있다. 예컨대, 일본 특허공고 제1980-26164호 공보에는, 강재 중에 미세한 TiN을 분산 재석출시킴으로써, 대입열 용접을 실시했을 때의 HAZ에서 발생하는 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하여, HAZ 인성의 열화를 억제한 강재가 제안되어 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 바, 용접 금속이 1400℃ 이상의 고온으로 되면, HAZ 중 특히 용접 금속에 근접한 부위(이하, 「본딩부」라고 하기도 함)에 있어서, 용접시에 받는 열에 의해 상기 TiN이 고용(固溶) 소실되어 버려, HAZ 인성의 열화를 충분히 억제할 수 없다는 것을 알았다.

또한, 일본 특허공개 제2003-213366호 공보에는, 모재(母材)와 HAZ의 인성을 향상시키는 기술로서, 강재에 포함되는 산화물과 질화물의 존재 형태를 제어하는 것이 개시되어 있다. 이 문헌에는, Ti와 Zr을 조합하여 사용함으로써 미세한 산화물과 질화물을 생성시켜 모재와 HAZ의 인성을 향상시키는 것, 또한, 이러한 미세한 산화물과 질화물을 생성시키기 위해서는, 제조 공정에 있어서 Ti, Zr의 순서로 첨가하면 된다는 것이 개시되어 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 바, HAZ의 인성을 더욱 높이기 위해서는 산화물량을 늘리면 되는데, 상기 일본 특허공개 제2003-213366호 공보의 기술에 있어서, 산화물량을 증가시키기 위해 Ti나 Zr을 다량으로 첨가하면, Ti나 Zr 등의 탄화물이 형성되어, 강재(모재)의 인성이 오히려 저하된다는 것을 알았다.

그런데, 본 발명자들은, 용접시에 고온의 열영향을 받은 경우에도 HAZ의 인성이 열화하지 않는 강재를 일본 특허공개 제2005-48265호 공보에 있어서 먼저 제안하고 있다. 이 강재는, La₂O₃-SiO₂계 산화물이나 Ce₂O₃-SiO₂계 산화물, La₂O₃-Ce₂O₃-SiO₂계 산화물 등의 복합 산화물을 강재 중에 분산시킨 것으로, 이 복합 산화물은, 용강(溶鋼) 중에서는 액상으로 존재하기 때문에 강 중에 미세 분산되고, 게다가 용접시에는 열영향을 받더라도 고용 소실되지 않기 때문에, HAZ의 인성을 향상시킨다. 상기 일본 특허공개 제2005-48265호 공보에는, 상기 복합 산화물을 생 성시키기 위하여, 용존 산소량을 조정한 용강에 La나 Ce를 첨가하고, 이어서 Si를 첨가하면 된다는 것도 개시되어 있다. 또한, 일본 특허공개 제2005-48265호 공보에는, 강재에 Ti를 함유시켜 강재 조직 중에 TiN을 석출시킴으로써, HAZ의 인성을 더욱 높일 수 있다는 것, 또한 이러한 TiN을 생성시키기 위해서는, 상기 복합 산화물이 생성된 용강에 Ti를 첨가하면 된다는 것을 개시하고 있다.

그런데, 최근에는, 건축물이 고층화, 대스팬화됨에 따라, 종래의 490㎫급 강재로부터 보다 강도가 높은 590㎫급 고장력 강재를 사용하는 움직임이 강해지고 있다. 상기 일본 특허공개 제2005-48265호 공보의 기술에서는, HAZ 인성의 개선에 대해서는 대응하고 있지만, 건축용 고장력 강재에 있어서 요구되는 저항복비(YR≤80％)를 구비한 강재에 대해서는 검토되어 있지 않다.

한편, 일본 특허 제2901890호 공보에는, 미세한 탄질화물을 분산시키는 동시에, 페라이트를 일정량 이상 확보함으로써, 인장 강도 590N／㎟ 이상의 강판으로 저항복비를 실현하고 있다. 그러나, 상기 강판이, 입열량: 30kJ／㎜ 이상의 용접을 실시한 경우의 HAZ 인성이 반드시 우수하다고는 말하기 어려워, 저항복비와 HAZ 인성의 양 특성이 우수한 강재의 실현이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 입열량이 30kJ／㎜ 이상인 용접을 실시한 경우의 HAZ 인성이 우수한 동시에, 590㎫ 이상의 고강도역에 있어서 80％ 이하의 낮은 항복비를 나타내는 강재, 및 그의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

즉, 상기 과제를 해결할 수 있었던 본 제 1 발명에 따른 강재는, C: 0.03 내지 0.2％(「질량％」의 의미. 이하, 동일), Si: 0.002 내지 0.5％, Mn: 1.0 내지 2.0％, 및, N: 0.003 내지 0.01％를 포함하고, P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, 및, Al: 0.01％ 이하를 만족하며, REM: 0.001 내지 0.1％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％ 중 적어도 한 쪽과, Zr: 0.001 내지 0.05％를 각각 함유하고, 상기 강재가 강중 산화물로서 REM의 산화물과 CaO 중 적어도 한 쪽, 및 ZrO₂를 함유하며, 또한 상기 강재의 전체 조직에서 차지하는 페라이트 분율이 4 내지 24％이고, 잔부가 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 적어도 한 쪽인 것을 요지로 한다.

또한, 상기 과제를 해결할 수 있었던 본 제 2 발명에 따른 강재는, C: 0.03 내지 0.12％(「질량％」의 의미. 이하, 동일), Si: 0.02 내지 0.5％, Mn: 1.4 내지 1.8％, 및, N: 0.003 내지 0.01％를 포함하고, P: 0.02％ 이하, S 0.015％ 이하, 및, Al: 0.01％ 이하를 만족하며, REM: 0.001 내지 0.1％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.02％ 중 적어도 한 쪽과, Zr: 0.001 내지 0.05％를 각각 함유하고, 상기 강재가 강중 산화물로서 REM의 산화물과 CaO 중 적어도 한 쪽, 및 ZrO₂를 함유하며, 또한 상기 강재의 전체 조직에서 차지하는 섬 형상 마르텐사이트의 분율이 1.1％ 이하이고, 잔부가 베이나이트 조직인 것을 요지로 한다.

상기 본 제 1 및 제 2 발명의 강재는, 상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 REM의 산화물 및 CaO의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 합계 5％ 이상이고, 또한 상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 ZrO₂의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 5％ 이상인 것이 바람직하다.

상기 본 제 1 및 제 2 발명의 강재는, 추가로 Ti: 0.005 내지 0.08％를 포함하는 동시에, 상기 강재가 강중 산화물로서 Ti₂O₃를 함유하는 것이 바람직하다. Ti를 포함하는 것에 의해 용접 열영향부의 인성을 한층 더 향상시킬 수 있기 때문이다. 상기한 바와 같이, 강재가 Ti를 포함하는 경우에는, 상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 Ti₂O₃의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 0.3％ 이상인 것이 바람직하다.

상기 본 제 1 발명의 강재는, 추가로 Cu: 0.05 내지 2％, Ni: 0.05 내지 2％, Cr: 0.01 내지 1.5％, Mo: 0.01 내지 1％, Nb: 0.005 내지 0.05％, V: 0.005 내지 0.1％, 및 B: 0.0003 내지 0.005％로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 원소를 함유함으로써 모재의 강도를 높일 수 있다.

상기 본 제 2 발명의 강재는, 추가로 Cu: 0.05 내지 2％, Ni: 0.05 내지 3.5％, Cr: 0.01 내지 3％, Mo: 0.01 내지 1％, Nb: 0.005 내지 0.25％, V: 0.005 내지 0.1％, 및 B: 0.0003 내지 0.005％로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함한다.

본 제 1 및 제 2 발명에 따른 강재는, 예컨대, 용존 산소량을 0.0020 내지 0.010％의 범위로 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와 Zr을 첨가하면 제조할 수 있다. 상기 강재가 특히 Ti를 포함하는 경우에는, 용존 산소량을 0.0020 내지 0.010％의 범위로 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Ti와 Zr을 첨가하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기 용존 산소량을 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와 Zr을 첨가하기에 앞서, Ti를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 제 1 및 제 2 발명에 따르면, 대입열 용접에 있어서 1400℃ 레벨의 고온에 도달하더라도 강재 중에 고용 소실되지 않는 조성의 산화물을, 강재 중에 분산시키기 때문에, 소 내지 중입열 용접에 한정되지 않고, 대입열 용접에 있어서도, 용접 열영향부(HAZ)의 인성 열화를 방지할 수 있다.

또한, 본 제 1 발명에 있어서는, 경질(硬質)의 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직 중에, 적정량의 페라이트상(相)이 혼재하는 조직으로 함으로써, 상기 HAZ 인성을 손상시키는 일 없이, 590㎫ 이상의 고강도역에 있어서 80％ 이하의 저항복비를 나타내는 강재가 얻어진다.

또한, 본 제 2 발명에 있어서는, 섬 형상 마르텐사이트의 분율이 제어된 조직으로 함으로써, 상기 HAZ 인성을 손상시키는 일 없이, 모재 인성도 우수한 강재가 얻어진다.

본 발명자들은, 우선, HAZ의 인성을 높이기 위하여, 상기 일본 특허공개 제 2005-48265호 공보의 산화물과는 다른 조성의 산화물을 강재 중에 분산시키는 것에 의해 HAZ 인성의 향상을 달성할 수 없을까에 대하여 검토를 거듭하였다. 그 결과, REM 및／또는 Ca와, Zr을 강재에 복합 첨가하여, 해당 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성에 있어서, 강재 중 산화물이 REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하도록 조정하면, 용접 열영향부의 인성을 높일 수 있다는 것, 또한 이러한 성분계에 Ti를 더 복합 첨가함으로써, 상기 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성에 있어서, 강재 중 산화물이 Ti₂O₃를 함유하도록 조정하면, 용접 열영향부의 인성이 한층 더 향상된다는 것을 발견하였다. 또한, 상기 산화물에 의해 HAZ 인성의 향상을 저해하는 일 없이, 590㎫ 이상의 고강도 강판에 있어서 80％ 이하의 낮은 항복비를 달성시키기 위해서는, 경질의 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직 중에 연질(軟質)의 페라이트상을 적정량 존재시키면 된다는 것을 발견하여, 본 제 1 발명을 완성하였다. 또한, 상기 산화물에 의한 HAZ 인성의 향상을 저해시키는 일 없이 모재 인성을 높이기 위해서는, 섬 형상 마르텐사이트의 분율을 제어한 조직으로 하면 된다는 것을 발견하여, 본 제 2 발명을 완성하였다. 이하, 상기 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 단, 「본 발명」이라고 하는 경우 및 특별히 단서가 없는 경우에는, 본 제 1 발명과 본 제 2 발명에 공통되는 사항을 기술하는 것이다.

우선, 본 발명의 강재는, 강중 산화물로서 REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하는 것이다. 이와 같이, REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂가 포함되도록 하면, 용접시에 열영향을 받아 1400℃ 레벨의 고온으로 되더라도 상기 산화물 은 고용 소실되지 않기 때문에, 용접시의 HAZ에 있어서 오스테나이트 입자의 조대화를 방지할 수 있으며, 그 결과, REM이나 Ca, Zr을 각각 단독 첨가하여 산화물을 형성하는 경우보다도 HAZ의 인성을 보다 개선할 수 있다.

게다가, 상기 산화물 또는 복합 산화물을 조합시켜 강재 중에 함유시키면, 강재 중에 포함되는 전체 산화물의 절대량을 증대시킬 수 있어, 강재(모재)의 인성 열화의 원인이 되는 REM의 황화물이나 Ca의 황화물, 또는 Zr 탄화물의 생성을 방지할 수 있으며, 그 결과, 모재의 인성 열화를 억제하면서 HAZ의 인성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 강재는, 강중 산화물로서, (a) REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하거나, 또는 (b) REM 및／또는 Ca와, Zr을 포함하는 복합 산화물을 함유하거나, (c) REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하는 동시에, REM 및／또는 Ca와, Zr을 포함하는 복합 산화물을 함유하는 것이면 된다. REM 및／또는 Ca와, Zr을 포함하는 복합 산화물이란, 예컨대 REM과 Zr을 포함하는 복합 산화물, Ca와 Zr을 포함하는 복합 산화물, REM과 Ca와 Zr을 포함하는 복합 산화물 등을 들 수 있다.

본 발명의 강재는, 전술한 강중 산화물 외에, Ti 산화물을 더 함유하는 것이 바람직하다. Ti 산화물을 함유하는 것에 의해, 강재 중에 분산되는 산화물량을 더욱 증대시킬 수 있기 때문에, HAZ의 인성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

상기 Ti 산화물은, 강재 중에 단독 산화물(Ti₂O₃)로서 함유하고 있어도 좋 고, 예컨대 상기 복합 산화물(즉, REM과 Zr을 포함하는 복합 산화물, Ca와 Zr을 포함하는 복합 산화물, REM과 Ca와 Zr을 포함하는 복합 산화물)에 포함되어 복합 산화물로서 함유하고 있어도 좋다.

상기 강재는, 상기 강재 중의 전체 산화물의 조성에 있어서, 전체 산화물에서 차지하는 REM의 산화물 및 CaO의 합계가 5％ 이상이고, 또한 전체 산화물에서 차지하는 ZrO₂가 5％ 이상을 만족하는 것이 바람직하다. 그 이유는, HAZ의 인성 향상에 기여하는 산화물량을 확보하기 위해서이다. REM의 산화물 및 CaO의 합계는 10％ 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15％ 이상, 더욱 바람직하게는 20％ 이상이다. 한편, ZrO₂는 10％ 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15％ 이상, 더욱 바람직하게는 20％ 이상이다.

상기 강재가 Ti 산화물을 함유하는 경우에는, 해당 강재 중의 전체 산화물의 조성에 있어서, 전체 산화물에서 차지하는 Ti₂O₃가 0.3％ 이상을 만족하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 3％ 이상, 특히 바람직하게는 5％ 이상, 가장 바람직하게는 10％ 이상이다.

본 발명의 강재는, 상기 강재 중의 전체 산화물의 조성에 있어서, 전체 산화물에서 차지하는 REM의 산화물, CaO, ZrO₂ 및 Ti₂O₃의 합계가 55％ 이상인 것이 바람직하다. 이들 산화물의 합계가 55％ 미만이면, HAZ의 인성 향상에 기여하는 산화물량이 부족하여, HAZ의 인성을 충분히 개선할 수 없기 때문이다. 보다 바람직하게는 60％ 이상, 더욱 바람직하게는 65％ 이상이다.

또한, 전체 산화물 조성의 나머지 성분은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 SiO₂나 Al₂O₃, MnO이면 좋다. SiO₂나 Al₂O₃, MnO 이외의 「기타」 성분은 5％ 미만으로 억제하는 것이 바람직하다.

강재 중에 포함되는 산화물의 조성은, 강재의 단면을, 예컨대, EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer; 전자선 마이크로 프로브 X선 분석계)로 관찰하여, 관찰 시야 내에 인지되는 개재물을 정량 분석하면 측정할 수 있다. EPMA의 관찰은, 예컨대 가속 전압을 20㎸, 시료 전류를 0.01㎂, 관찰 시야 면적을 1 내지 5㎠로 하고, 개재물의 중앙부에서의 조성을 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 정량 분석한다.

분석 대상으로 하는 개재물의 크기는, 최대 직경이 0.2㎛ 이상인 것으로 하고, 분석 개수는 적어도 100개로 한다.

분석 대상 원소는, Al, Mn, Si, Ti, Zr, Ca, La, Ce 및 O로 하고, 기지(旣知) 물질을 이용하여 각 원소의 X선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로서 구해 두고, 분석 대상으로 하는 개재물로부터 얻어진 X선 강도와 상기 검량선으로부터 분석 대상으로 하는 개재물에 포함되는 원소 농도를 정량하여, 산소 함량이 5％ 이상인 개재물을 산화물로 한다. 단, 1개의 개재물로부터 복수의 원소가 관측된 경우에는, 그들 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비로부터 각 원소의 단독 산화물로 환산하여 산화물의 조성을 산출한다. 본 발명의 강재에서는, 이렇게 해서 개개의 산화물에 대하여 얻어진 정량 결과를 평균한 것을 산화물의 평균 조성으 로 한다.

다음에, 본 발명의 강재(모재)에 있어서의 성분 조성에 대하여 설명한다.

본 제 1 발명의 강재는, REM: 0.001 내지 0.1％ 및／또는 Ca: 0.0003 내지 0.005％와, Zr: 0.001 내지 0.05％를 함유하는 데에 그 특징이 있다. 본 제 2 발명의 강재는, REM: 0.001 내지 0.1％ 및／또는 Ca: 0.0003 내지 0.02％와, Zr: 0.001 내지 0.05％를 함유하는 데에 그 특징이 있다.

이러한 범위를 정한 이유는 다음과 같다.

REM, Ca 및 Zr은, 강재 중에 REM의 산화물이나 CaO, ZrO₂, 또는 복합 산화물을 형성하여 HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 본 발명의 강재에서는, REM과 Ca는 각각 단독으로 이용하여도 좋고, 병용하여도 좋다.

REM을 함유시키는 경우에는, 0.001％ 이상으로 해야 하며, 바람직하게는 0.006％ 이상, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 그러나, 지나치게 첨가하면, REM의 황화물이 생성되어 모재의 인성이 열화되기 때문에, 0.1％ 이하로 억제하여야 한다. 바람직하게는 0.09％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.08％ 이하로 한다. 한편, 본 발명에 있어서, REM이란, 란타노이드 원소(La에서 Ln까지의 15 원소) 및 Sc(스칸듐)과 Y(이트륨)를 포함하는 의미이며, 이들 원소 중에서도, La, Ce 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 La 및／또는 Ce를 함유시키는 것이 좋다.

Ca를 함유시키는 경우에는, 0.0003％ 이상으로 해야 하며, 바람직하게는 0.0005％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0008％ 이상이다. 그러나, 지나치게 첨가하면, 조대한 Ca의 황화물이 생성되어 모재의 인성이 열화된다. 이 때문에, 본 제 1 발명에서는 0.005％ 이하로, 본 제 2 발명에서는 0.02％ 이하로 억제해야 한다. 본 제 1 발명에 있어서는, 바람직하게는 0.004％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다. 본 제 2 발명에 있어서는, 바람직하게는 0.015％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

Zr은, 0.001％ 이상 함유시켜야 하며, 바람직하게는 0.003％ 이상, 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 그러나, 지나치게 첨가하면, 조대한 Zr의 탄화물이 생성되어 모재의 인성이 열화되기 때문에, 0.05％ 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.03％ 이하로 한다.

본 발명의 강재는, REM 및／또는 Ca와, Zr을 포함하는 것 외에, 기본 원소로서, 본 제 1 발명에 있어서는, C: 0.03 내지 0.2％, Si: 0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Mn: 1.0 내지 2.0％, 및 N: 0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)를, 본 제 2 발명에 있어서는, C: 0.03 내지 0.12％, Si: 0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Mn: 1.4 내지 1.8％, 및 N: 0.003 내지 0.01％ 이하를 포함하는 것이다. 이러한 범위를 정한 이유는 다음과 같다.

C는, 강재(모재)의 강도를 확보하기 위해 빼놓을 수 없는 원소이며, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.03％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.04％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 그러나, C를 과잉 함유시키면, 용접시에 HAZ에 섬 형상 마르텐사이트가 많이 생성되어 HAZ의 인성 열화를 초래할 뿐만 아니라, 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서, 본 제 1 발명에 있어서는, C는 0.2％ 이하, 바람직하게는 0.18％ 이하, 보다 바람직하게는 0.15％ 이하로 억제할 필요가 있으며, 본 제 2 발명에 있어서는, C는 0.12％ 이하, 바람직하게는 0.11％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10％ 이하로 억제할 필요가 있다.

Si는, 탈산 작용을 갖는 동시에 강재(모재)의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.02％ 이상 함유시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.1％ 이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나, 0.5％를 초과하면, 강재(모재)의 용접성이나 모재 인성이 열화되기 때문에, 0.5％ 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 0.45％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.4％ 이하로 억제한다. 또, HAZ의 더욱 높은 인성이 요구되는 경우, Si는 0.3％ 이하로 억제하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.01％ 이하이다. 단, 이와 같이 Si 함유량을 억제하면, HAZ의 인성은 향상되지만, 강도는 저하되는 경향이 있기 때문에, 다른 강도 증가 원소의 첨가가 필요하게 된다.

본 제 1 발명에 있어서, Mn도 Si와 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요하며, 구조 부재로서의 최저 강도를 확보하기 위해서는, 1.0％ 이상으로 한다. 바람직하게는 1.2％ 이상, 보다 바람직하게는 1.3％ 이상이다. 그러나, 2.0％를 초과하여 과잉 함유시키면, HAZ 인성이 열화되기 때문에, Mn량은 2.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.8％ 이하이며, 보다 바람직하게는 1.6％ 이하이다.

본 제 2 발명에 있어서, Mn은, 강재(모재)의 강도 향상에 기여하는 원소 이 며, 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 1.4％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 1.45％ 이상, 보다 바람직하게는 1.50％ 이상이다. 그러나, 1.8％를 초과하여 과잉 함유시키면, HAZ 인성이 열화되기 때문에, Mn량은 1.8％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.75％ 이하이며, 보다 바람직하게는 1.70％ 이하이다.

N은, 질화물(예컨대, ZrN이나 TiN 등)을 석출하는 원소이며, 상기 질화물은 용접시에 HAZ에 생성되는 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하여 페라이트 변태(變態)를 촉진하기 때문에, HAZ의 인성을 향상시키는 데 기여한다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 본 제 1 발명에 있어서는, 0.002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이며, 본 제 2 발명에 있어서는, 0.003％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.004％ 이상이다. N은 많을수록 오스테나이트 입자의 미세화가 촉진되기 때문에, HAZ의 인성 향상에 유효하게 작용한다. 그러나, 0.01％를 초과하면, 고용 N량이 증대되어 모재의 인성이 열화된다. 따라서, N은 0.01％ 이하로 억제할 필요가 있으며, 바람직하게는 0.009％ 이하, 보다 바람직하게는 0.008％ 이하로 한다.

본 발명의 강재는, 상기 원소를 포함하는 것 외에, P: 0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), S: 0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Al: 0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키는 것이다. 이러한 범위를 정한 이유는 다음과 같다.

P는, 편석(偏析)하기 쉬운 원소이며, 특히 강재 중의 결정립계에 편석하여 인성을 열화시킨다. 따라서, P는 0.02％ 이하로 억제할 필요가 있으며, 바람직하게는 0.018％ 이하, 보다 바람직하게는 0.015％ 이하로 한다.

S는, Mn과 결합해서 황화물(MnS)을 생성하여, 모재의 인성이나 판 두께 방향의 연성(延性)을 열화시키는 유해한 원소이다. 또한, S는, La나 Ce와 결합하여 LaS나 CeS를 생성하여, 산화물의 생성을 저해한다. 따라서, S는 0.015％ 이하로 억제해야 하며, 바람직하게는 0.012％ 이하, 보다 바람직하게는 0.008％ 이하, 특히 0.006％ 이하로 한다.

Al은, 탈산력이 강한 원소이며, 과잉 첨가하면 산화물을 환원시켜 원하는 산화물을 생성하기 어렵게 된다. 따라서, Al은 0.01％ 이하로 억제할 필요가 있으며, 바람직하게는 0.0090％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0080％ 이하로 한다.

본 발명에서 규정하는 함유 원소는 상기한 바와 같고, 잔부는 철 및 불가피적 불순물이며, 상기 불가피적 불순물로서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 들어가게 되는 원소(예컨대, Mg나 As, Se 등)의 혼입이 허용될 수 있다. 또한, 하기 원소를 적극적으로 더 함유시키는 것도 가능하다.

＜Ti: 0.08％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

Ti는, 강재 중에 Ti 산화물을 생성하여 HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Ti는 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.007％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.01％ 이상으로 한다. 그러나, 지나치게 첨가하면, 산화물이 다량으로 지나치게 생성되어 강재(모재)의 인성을 열화시키기 때문에, 0.08％ 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.07％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.06％ 이하로 한다.

본 발명의 강재에는, 강도를 높이기 위해, Cu: 2％ 이하(0％를 포함하지 않 음), Ni: 2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cr: 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Mo: 1％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb: 0.05％ 이하(0％를 포함하지 않음), V: 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 B: 0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유시키는 것도 유효하다. 이러한 범위를 정한 이유는 다음과 같다.

＜Cu: 2％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

Cu는, 강재를 고용 강화시키는 원소이며, 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이상이다. 특히, 0.6％ 이상 함유시키면, 고용 강화 이외에, 시효 석출 강화도 발휘하여, 대폭적인 강도 향상이 가능하게 된다. 그러나, 2％를 초과하여 함유시키면, 강재(모재)의 인성이 저하되기 때문에, Cu는 2％ 이하로 억제하는 것이 좋다. 바람직하게는 1.8％ 이하이며, 보다 바람직하게는 1.6％ 이하로 한다.

＜Ni: 2％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

Ni는, 강재의 강도를 높이는 동시에, 강재의 인성을 향상시키는 데에 유효하게 작용하는 원소이며, 이러한 작용을 발휘시키기 위해서는, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이상으로 한다. Ni는 많을수록 바람직하지만, 고가(高價)의 원소이기 때문에, 경제적인 관점에서 볼 때, 본 제 1 발명에 있어서는 2％ 이하, 본 제 2 발명에 있어서는 3.5％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 본 제 1 발명에 있어서, 보다 바 람직하게는 1.8％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.6％ 이하이다. 본 제 2 발명에 있어서, 보다 바람직하게는 3.3％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 3％ 이하이다.

＜Cr: 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

Cr을 첨가하여 강도를 높이기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 그러나, 과잉 함유시키면 용접성이 열화되기 때문에, Cr은, 본 제 1 발명에 있어서는 1.5％ 이하로, 본 제 2 발명에 있어서는 3％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 본 제 1 발명에 있어서, 보다 바람직하게는 1.3％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.1％ 이하이다. 본 제 2 발명에 있어서, 보다 바람직하게는 1.5％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 1％ 이하이다.

＜Mo: 1％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

Mo를 첨가하여 강도를 높이기 위해서는, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이상 함유시키는 것이 좋다. 단, 1％를 초과하면 용접성을 악화시키기 때문에, Mo는 1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.9％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.8％ 이하로 억제하는 것이 권장된다.

＜Nb: 0.05％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

Nb를 첨가하여 강도를 높이기 위해서는, 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 본 제 1 발명에 있어서, 보다 바람직하게는 0.007％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.01％ 이상이다. 본 제 2 발명에 있어서, 보다 바람직하게는 0.01％ 이 상이며, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 그러나, 본 제 1 발명에 있어서, 0.05％를 초과하면 탄화물(NbC)이 석출되어 모재 인성이 열화되기 때문에, Nb는 0.05％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.04％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이하이다. 또한, 본 제 2 발명에 있어서는, 0.25％를 초과하면 탄화물(NbC)이 석출되어 모재 인성이 열화되기 때문에, Nb는 0.25％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.23％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.20％ 이하로 한다.

＜V: 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

V를 첨가하여 강도를 높이기 위해서는, 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나, 0.1％를 초과하면, 용접성이 악화되는 동시에, 모재의 인성이 열화되기 때문에, V는 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.08％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.06％ 이하로 억제하는 것이 좋다.

＜B: 0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음)＞

B는, 강재의 강도를 높이는 동시에, 용접시에 가열된 HAZ가 냉각되는 과정에 있어서 강중의 N과 결합해서 BN을 석출하여, 오스테나이트 입자 내로부터의 페라이트 변태를 촉진시킨다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.0003％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0005％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.0008％ 이상이다. 그러나, 0.005％를 초과하면, 강재(모재)의 인성이 열화되기 때문에, B는 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하 게는 0.004％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.003％ 이하로 하는 것이 좋다.

다음에, 본 발명의 강재의 조직에 대하여 설명한다.

본 제 1 발명에 있어서, 고강도와 저항복비를 양립시키기 위해서는, 금속 조직을, 전체 조직에서 차지하는 페라이트의 분율이 4 내지 24％이고 잔부가 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직인 것으로 할 필요가 있다.

도 1은, 페라이트 분율과 항복비의 관계를 나타내는 그래프이며, 후술하는 실시예의 결과를 정리한 것인데, 이 도 1로부터, 항복비:80％ 이하를 달성하기 위해서는, 페라이트 분율을 4％ 이상으로 할 필요가 있음을 알 수 있다. 항복비를 보다 저하시키기 위해서는, 페라이트 분율: 7％ 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10％ 이상이다.

한편, 도 2는, 페라이트 분율과 인장 강도(TS)의 관계를 나타내는 그래프이며, 후술하는 실시예의 결과를 정리한 것인데, 이 도 2로부터, 인장 강도를 590㎫ 이상으로 확실하게 높이기 위해서는, 페라이트 분율을 24％ 이하로 할 필요가 있음을 알 수 있다. 인장 강도를 보다 높이기 위해서는, 페라이트 분율을 22％ 이하로 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20％ 이하이다.

또, 본 제 1 발명에서 말하는 「잔부가 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직」이란, 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직을 76 내지 96％ 포함하고, 상기 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직 및 상기 페라이트 이외에, 제조 공정에서 불가피하게 형성될 수 있는 그 밖의 조직(시멘타이트, MA)을 포함하는 뜻이다.

본 제 2 발명에 있어서, 우수한 모재 인성을 확보하기 위해서는, 금속 조직을, 전체 조직에서 차지하는 섬 형상 마르텐사이트의 분율이 1.1％ 이하이고, 잔부가 베이나이트 조직인 것으로 할 필요가 있다. 일반적으로, 두께가 있는 고강도 강재를 제조하는 경우, 이론적 한계 냉각 속도가 얻어지는 담금질 방법(예컨대, 직접 담금질)에 의해 베이나이트 조직을 생성시킴으로써 고강도화를 도모한다.

그러나 이 경우, 상기 베이나이트 조직과 동시에 경질상의 섬 형상 마르텐사이트(Martensite-Austenite constituent, 이하 「MA」라고 하는 경우도 있음)가 생성되기 쉽고, 이것이 파괴의 기점이 되어, 모재 인성에 악영향을 미친다. 도 5는, 섬 형상 마르텐사이트의 분율(MA 분율)과 vTrs(파면 전이 온도)의 관계를 나타내는 그래프로서, 후술하는 실시예의 실험 결과를 정리한 것인데, 이 도 5로부터, vTrs: －40℃ 이하로 우수한 모재 인성을 나타내는 강재를 얻기 위해서는, MA 분율을 1.1％ 이하로 억제할 필요가 있음을 알 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 MA 분율을 1.0％ 이하로 하는 것이 좋다.

또, 본 제 2 발명에서 말하는 「잔부가 베이나이트 조직」이란, 전체 조직에서 차지하는 베이나이트 조직이 90％ 이상이고, 베이나이트 조직 이외에, 제조 공정에서 불가피하게 형성될 수 있는 그 밖의 조직(페라이트, 펄라이트, MA)을 포함하는 뜻이다.

다음에, 본 발명의 강재를 제조하는 데 있어서, 바람직하게 채용할 수 있는 제조방법에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 강재 중에, REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 적정량 함유시키기 위해서는, 후술하는 실시예로부터 명백한 바와 같이, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 첨가하기 직전의 용존 산소량을 적절히 제어하는, 즉, 용존 산소량을 적절히 제어한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가하는 것이 대단히 유효하다. 상기 방법으로 제조하면, REM이나 Ca, Zr의 첨가량을 어느 정도 많게 하더라도 상기 산화물을 확실하게 형성시킬 수 있어, 결과적으로 REM의 황화물이나 Ca의 황화물, 또는 Zr의 탄화물의 생성을 방지할 수 있기 때문이다.

이 때, 상기 용존 산소량이 0.0020％ 미만이면, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가하더라도, 산소량 부족으로 되기 때문에, HAZ의 인성 향상에 기여하는 산화물량을 확보할 수 없고, 게다가 산화물을 형성할 수 없었던 REM이나 Ca가 황화물을 형성하거나, Zr이 탄화물을 형성하거나 하여 모재의 인성을 열화시킨다. 상기 원소를 복합 첨가하기 전의 용존 산소량은, 0.0025％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.0030％ 이상이다. 그러나, 용존 산소량이 0.010％를 초과하면, 용강 중의 산소량이 지나치게 많기 때문에, 용강 중의 산소와 상기 원소의 반응이 심화되어 용제 작업상 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 조대한 REM의 산화물, Ca의 산화물이나 ZrO₂가 생성된다. 따라서, 용존 산소량은 0.010％ 이하로 억제하여야 하며, 바람직하게는 0.008％ 이하, 보다 바람직하게는 0.007％ 이하로 한다.

상기 REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가한 후에는, 합금 원소를 첨가하여 강재의 성분을 조정하면 된다.

또, 상기 용존 산소량을 조정한 용강에 상기 원소를 첨가하는 데 있어서는, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가하면 되고, 예컨대 REM과 Ca를 복합 첨가하는 경우에는, (a) 용존 산소량을 조정한 용강에 REM과 Ca와 Zr을 첨가한 후, 합금 원소를 첨가하여 강재의 성분을 조정하여도 좋고, (b) 용존 산소량을 조정한 용강에 REM(또는 Ca)과 Zr을 첨가한 후, Ca(또는 REM) 이외의 합금 원소를 첨가하여 강재의 성분을 조정하고, 이어서 Ca(또는 REM)를 첨가하여도 좋다.

상기 용존 산소량을 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가하는 수순은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, (a) REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 첨가한 후에, Zr을 첨가하여도 좋고, (b) Zr을 첨가한 후에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 첨가하여도 좋고, (c) REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 동시에 복합 첨가하여도 좋다. REM과 Ca를 복합 첨가하는 경우에는, (d) REM(또는 Ca)을 첨가한 후에, Zr을 첨가하고, 이어서 Ca(또는 REM)를 첨가하여도 좋고, (e) REM과 Ca와 Zr을 동시에 복합 첨가하여도 좋다.

본 발명의 강재가 Ti를 포함하는 경우, 용존 산소량을 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가한 후 에, (a) 강재의 성분을 조정할 때 아울러 Ti를 첨가하여도 좋고, (b) 강재의 성분을 조정한 후에, Ti를 첨가하여도 좋다. 바람직하게는, 용존 산소량을 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Ti와 Zr을 첨가하는 것이 바람직하다.

이 경우, 용존 산소량을 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와 Zr을 첨가하기에 앞서, Ti를 첨가하는 것이 권장된다. 용존 산소량을 조정한 용강에, Ti를 첨가하면, 우선 Ti₂O₃가 형성되는데, Ti₂O₃는 용강과의 계면 에너지가 작기 때문에, 형성된 Ti₂O₃의 크기는 미세하게 된다. 이어서 REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가함으로써 REM의 산화물이나 CaO, ZrO₂가, 상기 Ti₂O₃를 생성 핵으로 하여 성장하기 때문에, 결과적으로 입자의 개수가 증대되어, 오스테나이트 입자의 조대화 억제 효과가 커진다.

그런데, 전로(轉爐)나 전기로(電氣爐)에서 1차 정련된 용강 중의 용존 산소량은, 통상 0.010％를 초과한다. 그래서, 본 발명의 제조방법에서는, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 복합 첨가하기 전, 또는 Ti를 첨가하기 전에, 용강 중의 용존 산소량을 상기 범위로 조정할 필요가 있다. 용존 산소량을 조정하는 방법으로는, 예컨대 RH식 탈가스 정련 장치를 이용하여 진공 C 탈산하는 방법이나, Si나 Mn, Ti, Al 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법 등을 들 수 있으며, 물론 이들 방법을 적절히 조합하여 용존 산소량을 조정하여도 좋다. 또한, RH식 탈가스 정련 장치 대신에, 래들(ladle) 가열식 정련 장치나 간이식 용강 처리 설비 등을 이용하여 용존 산소량을 조정하여도 좋다. 이 경우, 진공 C 탈산에 의한 용존 산소량의 조정은 불가능하기 때문에, 용존 산소량의 조정에는 Si 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법을 채용하면 된다. Si 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법을 채용할 때에는, 전로로부터 래들로 출강(出鋼)할 때 탈산성 원소를 첨가하여도 무방하다.

용강에 첨가하는 REM이나 Ca, Zr, Ti의 형태는 특별히 한정되지 않고, 예컨대, REM으로서, 순(純) La나 순 Ce, 순 Y 등, 또는 순 Ca, 순 Zr, 순 Ti, 또한 Fe-Si-La 합금, Fe-Si-Ce 합금, Fe-Si-Ca 합금, Fe-Si-La-Ce 합금, Fe-Ca 합금, Ni-Ca 합금 등을 첨가하면 된다. 또한, 용강에 미슈메탈을 첨가하여도 좋다. 미슈메탈이란, 세륨족 희토류 원소의 혼합물이며, 구체적으로는, Ce를 40 내지 50％ 정도, La를 20 내지 40％ 정도 함유하고 있다. 단, 미슈메탈에는 불순물로서 Ca를 포함하는 경우가 많기 때문에, 미슈메탈이 Ca를 포함하는 경우에는 본 발명에서 규정하는 범위를 만족할 필요가 있다.

본 제 1 발명의 상기 금속 조직을 얻기 위해서는, 상기 성분 조성을 만족시키는 강재를 이용하여, 제조 과정에 있어서, 가열·열간 압연 후에 담금질, 오스테나이트-페라이트 2상역(이하, 간단히 「2상역」이라고 함)에서의 열처리(담금질) 및 템퍼링 처리를 하는 것이 권장된다.

도 3은, 담금질 개시 온도(도 3에서는 특히 직접 담금질을 하는 경우의 담금질 개시 온도)와 페라이트 분율의 관계를 나타내는 그래프이며, 후술하는 실시예의 실험 결과를 정리한 것이다. 이 도 3으로부터, 인장 강도: 590㎫ 이상을 확실하게 달성하도록 페라이트 분율을 24％ 이하로 억제하기 위해서는, 담금질 개시 온도를 페라이트 변태 개시 온도(Ar3) 이상으로 하는 것이 좋음을 알 수 있다.

상기 담금질은, 열간 압연 직후에 담금질을 하는 직접 담금질(DQ) 외에, 열간 압연재를 이용하여 오프라인에서 담금질(RQ)을 행하여도 좋다. 또, 상기 DQ 처리의 경우에는, 재시도를 할 수 없다는 점에서, 상기 RQ 처리의 경우보다도, 상기 담금질 개시 온도의 엄격한 온도 관리가 요구된다.

또한, 경질의 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직 중에 규정량의 페라이트상을 혼재시키기 위해서는, 2상역에서의 열처리를 실시하는 것이 유효하다. 도 4는, 2상역(부근)에서의 열처리 온도와 페라이트 분율의 관계를 나타내는 그래프이며, 후술하는 실시예의 실험 결과를 정리한 것인데, 이 도 4로부터, 항복비:80％ 이하를 달성하도록 페라이트를 4％ 이상 확보하기 위해서는, Ac1 이상 Ac3 이하에서 열처리할 필요가 있음을 알 수 있다. 또, Ac1 이상 Ac3 이하(2상역 온도)에서 5분 이상 유지하는 것이 바람직하다.

상기 2상역으로 가열 후에는, 담금질(예컨대 RQ)을 실시하고, 그 후 페라이트 변태 개시 온도(Ac1) 이하의 온도에서 템퍼링하여 강재의 강도를 조정하면 된다.

이렇게 해서 얻어지는 본 제 1 발명의 강재는, 예컨대 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 구조물(특히 고층 건조물)의 재료로서 사용할 수 있으며, 소 내지 중입열 용접은 물론 대입열 용접에 있어서도, 용접 열영향부의 인성 열화를 방지할 수 있는 동시에, 고강도와 저항복비의 양립을 도모할 수 있다.

본 제 2 발명의 상기 조직을 얻기 위해서는, 상기 성분 조성을 만족시키는 강재를 이용하여, 제조 과정에 있어서의 열간 압연 종료 온도(마무리 압연 종료 온도)에서부터, 베이나이트 변태 종료 온도(Bf) 이하이고 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상인 온도역까지를, 6℃／s 이상으로 냉각하는 것이 권장된다. 이와 같이, 냉각 속도의 제어를 Bf 이하까지로 함으로써, 조직을 베이나이트 주체로 할 수 있으며, 한편, 냉각 속도의 제어를 Ms 이상까지로 함으로써 미변태 오스테나이트가 경질상인 MA로 되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 또, 상기 열간 압연 종료 온도(마무리 압연 종료 온도)란, 후술하는 실시예에 개시하는 요령으로 구하는 압연 종료시의 t(판 두께)／4 부위의 온도를 말하는 것으로 한다.

상기 속도로의 냉각을 실시하는 방법으로는, 직접 담금질, 가속 냉각 등의 방법을 들 수 있는데, 이론적 한계 냉각 속도를 실현할 수 있는 직접 담금질법을 채용하는 것이 권장된다.

또한, 열간 압연시의 마무리 압연 종료 온도(후술하는 실시예에 개시하는 요령으로 구하는 t／4 부위의 온도)는, 800 내지 900℃의 범위로 제어하면, 고강도와 고인성을 양립시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

이렇게 해서 얻어지는 본 제 2 발명의 강재는, 예컨대 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 구조물의 재료로서 사용할 수 있으며, 소 내지 중입열 용접은 물론 대입열 용접에 있어서도, 용접 열영향부의 인성 열화를 방지할 수 있는 동시에, 우수한 모재 인성을 확보할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 따라 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것이 아니라, 전술·후술하는 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하며, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(실시예 1)

우선, 본 제 1 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

용선(溶銑)을 240톤 전로에서 1차 정련한 후, 상기 전로로부터 래들로 출강하여, 성분 조정 및 온도 조정하면서 2차 정련을 실시하였다. 여기서, 래들에서는, 표 1에 나타내는 탈산 방법에 의해, 표 1에 나타내는 용존 산소량으로 조정하였다. 그 후, 표 1에 나타내는 순서로 원소를 첨가하였다. 이어서 필요에 따라 나머지 합금 원소를 첨가하여 최종적으로 하기 표 2에 나타내는 조성으로 조정하였다. 또, 2차 정련에는, RH식 탈가스 정련 장치 등을 이용하여 탈 H나 탈 S 등을 실시하였다. 또한, 도 1에 있어서의 강종(鋼種) No.16의 용존 산소량 「-」는, 정량 한계 미만인 것을 나타낸다.

또, 표 1에 있어서, La는 Fe-La 합금의 형태로, Ce는 Fe-Ce 합금의 형태로, REM은 La를 50％ 정도와 Ce를 25％ 정도 함유하는 미슈메탈의 형태로, Ca는 Ni-Ca 합금, 또는 Ca-Si 합금, 또는 Fe-Ca 압분체의 형태로, Zr은 Zr 단체로, Ti는 Fe-Ti 합금의 형태로, 각각 첨가하였다. 또한, 표 2 중 「-」는 원소를 첨가하지 않은 것을 나타내고 있으며, 「＜」(미만)은 원소를 첨가하지 않았지만 불가피하게 포함 되어 있었기 때문에, 정량 한계 미만의 범위에서 검출된 것을 의미하고 있다.

표 2에는, Ac1, Ac3 및 Ar3을 병기한다. 해당 Ac1, Ac3 및 Ar3은, 하기 방법으로 측정한 것이다.

＜냉각시 페라이트 변태 개시 온도(Ar3)의 측정 방법＞

가공 포마스터 시험편을 1100℃로 가열하여 10초간 유지한 후, 1000℃에서 누적 압하율 25％의 가공, 또한 900℃에서 누적 압하율 25％의 가공을 실시하고, 그 후, 800℃에서 냉각 속도 1℃／s로 냉각하여, 냉각 중에 부피가 팽창하기 시작하는 온도를 Ar3 변태 온도로서 구하였다.

＜페라이트 변태 개시 온도(Ac1) 및 가열시 페라이트 변태 종료 온도(Ac3)의 측정 방법＞

가공 포마스터 시험편을 가열 속도 10℃／s로 상온에서부터 1000℃까지 가열하는 과정에 있어서, 부피가 축소되기 시작하는 온도를 Ac1 변태 온도, 가열을 더 계속하여 부피가 팽창하기 시작하는 온도를 Ac3 변태 온도로 하였다.

상기 용제 후, 연속 주조하여 얻어진 슬래브에 열간 압연을 실시한 후, 직접 담금질(DQ) 또는 오프라인에서의 담금질(RQ)을 실시하였다. 또한, 오스테나이트-페라이트 2상역 또는 해당 2상역 근방까지 가열하고, 이어서 담금질을 한 후에, 템퍼링을 실시하여 표 3에 나타내는 판 두께의 강판을 얻었다. 상기 열간 압연에 있어서의 (마무리)압연 종료 온도[압연 종료시의 t(판 두께)／4 부위의 온도], 담금질 방법과 담금질 개시 온도(담금질 개시시의 t／4 부위의 온도), 2상역(부근)에서의 열처리 온도(t／4 부위의 온도), 및 템퍼링 온도(t／4 부위의 온도)를 표 3에 나타낸다.

또, 표 3의 압연 종료시의 t／4 부위의 온도는, 하기 (1) 내지 (6)의 요령에 따라 구한 것이다.

(1) 프로세스 컴퓨터에 있어서, 가열 개시에서부터 가열 종료까지의 분위기 온도, 재로(在爐) 시간에 근거하여, 강편(鋼片)의 표면에서부터 이면까지의 판 두께 방향의 임의 위치의 가열 온도를 산출한다.

(2) 상기 산출한 가열 온도를 이용하여, 압연 중의 압연 패스 스케줄이나 패스간의 냉각 방법(수냉 또는 공냉)의 데이터에 근거하여, 판 두께 방향의 임의 위치의 압연 온도를 차분법 등 계산에 적합한 방법을 이용하여 산출하면서, 압연을 실시한다.

(3) 강판 표면 온도는, 압연 라인 상에 설치된 방사형 온도계를 이용하여 실측한다(단, 프로세스 컴퓨터 상에 있어서도 계산을 실시함).

(4) 조압연(粗壓延) 개시시, 조압연 종료시 및 마무리 압연 개시시에 각각 실측한 강판 표면 온도를, 프로세스 컴퓨터 상의 계산 온도와 대조한다.

(5) 조압연 개시시, 조압연 종료시 및 마무리 압연 개시시의 계산 온도와 상기 실측 온도의 차가 ±30℃ 이상인 경우에는, 실측 표면 온도와 계산 표면 온도가 일치하도록 재계산하여, 프로세스 컴퓨터 상의 계산 온도로 한다.

(6) 상기 계산 온도의 보정을 실시하여, t／4 부위의 마무리 압연 종료 온도를 구한다.

또한, 2상역(부근)에서의 열처리 온도(t／4 부위의 온도)는 하기 (1), (2)의 요령에 따라 구한 것이다. 또, 담금질 온도(담금질 개시시의 t／4 부위의 온도) 및 템퍼링 온도(t／4 부위의 온도)도 마찬가지로 하여 구한 것이다.

(1) 프로세스 컴퓨터에 있어서, 가열 개시에서부터 가열 종료까지의 분위기 온도, 재로 시간에 근거하여, 강편의 표면에서부터 이면까지의 판 두께 방향의 임의 위치의 가열 온도를 산출한다.

(2) 산출된 계산 온도로부터, t／4 부위의 온도를 구한다.

상기와 같이 하여 얻어진 강판을 이용하여, 인장 시험, 조직 관찰, EPMA에 의한 개재물 조성의 조사, 및 HAZ 인성의 평가를, 각각 하기의 요령에 따라 실시하였다.

＜인장 시험＞

각 강판의 t(판 두께)／4 부위로부터, 압연 방향에 대해 직각인 방향으로 JISZ2201의 4호 시험편을 채취하여, JISZ2241의 요령으로 인장 시험을 실시하고, 인장 강도(TS)를 측정하였다. 그리고, TS가 590㎫ 이상이고 YR이 80％ 이하인 것을, 인장 특성이 우수한 것으로 평가하였다.

＜금속 조직의 관찰＞

페라이트 분율은 다음과 같이 하여 측정하였다.

(i) 압연 방향에 평행하고, 강판 표면에 대해 수직인, 강판 표리면을 포함하는 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 상기 강판으로부터 샘플을 채취한다.

(ii) 습식 에머리 연마지(＃150 내지 ＃1000)로의 연마, 또는 그것과 동등한 기능을 갖는 연마 방법(다이아몬드 슬러리 등의 연마제를 이용한 연마 등)에 의해, 관찰면의 경면(鏡面) 마무리를 실시한다.

(iii) 연마된 샘플을, 3％ 나이탈 용액을 이용하여 부식시켜, 페라이트 조직의 결정립계를 현출시킨다.

(iv) t(판 두께)／4 부위에 있어서, 현출시킨 조직을 100배 또는 400배의 배율로 사진 촬영하고(본 실시예에서는 6㎝×8㎝의 사진으로 촬영), 페라이트 조직을 흑색으로 착색시킨다.

다음에, 상기 사진을 화상 해석 장치로 가져온다(상기 사진의 영역은, 100배의 경우에는 600㎛×800㎛, 400배의 경우에는 150㎛×200㎛에 상당함). 화상 해석 장치로의 스캔은, 어느 배율의 경우에도, 영역의 합계가 1㎜×1㎜ 이상으로 되도록 가져온다(즉, 100배의 경우에는 상기 사진을 적어도 6장, 400배의 경우에는 상기 사진을 적어도 35장 가져온다).

(v) 화상 해석 장치에 있어서, 사진마다 흑색의 면적률을 산출하여, 모든 사진의 평균값을 페라이트 분율로 한다.

또, 상기 현미경 관찰에 있어서, 어느 실시예에 있어서도, 잔부는 베이나이트 조직 및／또는 마르텐사이트 조직인 것을 확인하였다.

＜개재물 조성의 조사＞

각 강판의 t(판 두께)／4 위치에 있어서의 횡단면으로부터 샘플을 잘라낸다. 잘라낸 샘플 표면을 시마즈 제작소 제품 「EPMA-8705(장치명)」을 이용하여 600배로 관찰하고, 최대 직경이 0.2㎛ 이상인 석출물에 대하여 성분 조성을 정량 분석하였다. 관찰 조건은, 가속 전압을 20㎸, 시료 전류를 0.01㎂, 관찰 시야 면적을 1 내지 5㎠, 분석 개수를 100개로 하고, 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 석출물 중앙부에서의 성분 조성을 정량 분석하였다. 분석 대상 원소는, Al, Mn, Si, Ti, Zr, Ca, La, Ce 및 O로 하고, 기지 물질을 이용하여 각 원소의 전자선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검출량으로서 구해 두고, 이어서, 상기 석출물로부터 얻어진 전자선 강도와 상기 검출량으로부터 그 석출물의 원소 농도를 정량하였다.

얻어진 정량 결과 중 산소 함량이 5％ 이상인 석출물을 산화물로 하고, 평균한 것을 산화물의 평균 조성으로 하였다. 전체 산화물의 평균 조성을 하기 표 4에 나타낸다. 또, 1개의 개재물로부터 복수의 원소가 관측된 경우에는, 그들 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비로부터 각 원소의 단독 산화물로 환산하여 산화물의 조성을 산출하였다.

상기 샘플 표면을 EPMA로 관찰한 결과, 관찰된 산화물은, REM 및／또는 Ca와 Zr을 포함하는 복합 산화물, 또는 Ti를 추가로 포함하는 복합 산화물이 대부분이었는데, 단독 산화물로서 REM의 산화물, CaO, ZrO₂, Ti₂O₃도 생성되어 있었다.

＜HAZ 인성의 평가＞

다음에, HAZ의 인성을 평가하기 위하여, 입열량 30 내지 170kJ／㎜로 일렉트로 슬래그 용접을 실시하여, 용접 조인트를 제작하였다. 그리고, 상기 용접 조인트의 본딩부에 V 노치를 넣은 JISZ2242(2006) 규정의 시험편을 이용하여, 0℃에서 샤르피 충격 시험을 실시하고, 흡수 에너지(vE₀)를 측정하였다. 실시예 No.마다 채취한 3개의 시험편의 평균값을 구하고, vE₀이 150J 이상인 것을 HAZ 인성이 우수하다고 평가하였다.

측정 결과를 표 3에 병기한다.

표 1 내지 표 4로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(또, 하기 No.는, 표 3의 실시예 No.를 나타냄). No. 1 내지 3, 6 내지 17, 20 내지 22는, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 예이며, 강재에 REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하고 있기 때문에, 용접 열영향부의 인성이 양호한 강재가 얻어지고 있다. 또한, 페라이트 분율도 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하고 있으며, 590㎫ 이상의 강도와 80％ 이하의 항복비를 양립할 수 있는 것으로 되어 있다.

한편, No. 4, 5, 18, 19, 23 내지 31은, 본 발명에서 규정하는 어느 한 요건을 벗어난 예이다. 특히, No. 23 내지 30은, 강재에 REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂중 어느 한 쪽을 함유하고 있지 않기 때문에, 용접 열영향부의 인성이 떨어져 있다.

No. 4, 5, 28, 29는, 페라이트 분율이 규정 범위를 하회(下回)하기 때문에, 항복비가 높게 되어 있다.

No. 18, 19, 27은, 페라이트 분율이 규정 범위를 상회(上回)하기 때문에, 고강도의 것이 얻어지지 못하고 있다.

No. 23은, Mn이 부족하기 때문에 고강도를 달성할 수 없게 되어 있다.

No. 31은, Mn 및 Al이 과잉이고, 용존 산소량도 적기 때문에, 규정의 산화물을 충분히 확보할 수가 없으며, HAZ 인성이 떨어져 있다.

(실시예 2)

다음에, 본 제 2 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

용선을 240톤 전로에서 1차 정련한 후, 상기 전로로부터 래들로 출강시켜, 성분 조정 및 온도 조정하면서 2차 정련을 실시하였다. 여기서, 래들에서는, 실시예 1의 표 1에 나타내는 탈산 방법에 의해, 표 1에 나타내는 용존 산소량으로 조정하였다. 그 후, 표 1에 나타내는 순서로 원소를 첨가하였다. 이어서, 필요에 따라 나머지 합금 원소를 첨가하여 최종적으로 표 5에 나타내는 조성으로 조정하였다. 또, 2차 정련에는 RH식 탈가스 정련 장치 등을 이용하여 탈 H나 탈 S 등을 실시하였다.

표 5 중 「-」는 원소를 첨가하지 않고 있음을 나타내고 있으며, 「미만」은 원소를 첨가하지 않았지만 불가피하게 포함되어 있었기 때문에, 정량 한계 미만의 범위에서 검출된 것을 의미하고 있다. 또한, 표 5에 나타내는 Bf(베이나이트 변태 종료 온도) 및 Ms(마르텐사이트 변태 개시 온도)는, 가공 포마스터 시험에 의해 CCT 곡선을 작성하여 각각 구한 것이다. 구체적으로는, 가공 포마스터 시험편을 1100℃로 가열하여 10초간 유지한 후, 1000℃에서 누적 압하율 25％의 가공, 또한 800℃에서 누적 압하율 25％의 가공을 실시하고, 그 후, 700℃에서의 냉각 속도를 1 내지 100℃／s 사이에서 7단계 변화시켜, 냉각 중의 부피 변화가 발생하는 온도를 측정하여 변태 온도를 구하였다. 또한, 냉각 후의 조직을 관찰하는 동시에 비커스 경도를 측정하여 최종 조직을 동정(同定)하였다. 이들 결과로부터, CCT 곡선을 작성하여, Bf, Ms를 구하였다.

성분 조정 후의 용강을, 연속 주조기에서 슬래브로 주조하고, 그 후 열간 압연을 실시하여, 표 6에 나타내는 판 두께의 강판을 제작하였다.

열간 압연의 압연 종료 온도(압연 종료시의 t／4 부위의 온도), 압연 종료 후의 냉각 속도, 해당 냉각 속도로의 냉각 정지 온도를 표 6에 나타낸다.

상기 마무리 압연 종료시의 t／4 부위의 온도를 구하는 방법은, 실시예 1과 동일하다.

상기와 같이 하여 얻어진 강판을 이용하여, 인장 시험, 금속 조직의 관찰, EPMA에 의한 개재물 조성의 조사, HAZ 인성 및 모재 인성의 평가를, 각각 하기의 요령에 따라 실시하였다.

＜인장 시험＞

각 강판의 t(판 두께)／4 부위로부터, 압연 방향에 대해 직각인 방향으로 JISZ2201의 4호 시험편을 채취하여, JISZ2241의 요령에 따라 인장 시험을 실시하고, 인장 강도(TS)를 측정하였다. 그리고, TS가 510㎫ 이상이고 YP가 390㎫ 이상인 것을, 인장 특성이 우수하다고 평가하였다.

＜금속 조직의 관찰＞

섬 형상 마르텐사이트의 분율은 다음과 같이 하여 측정하였다. 즉, 압연 방향에 평행하고 강판 표면에 대하여 수직인, 강판 표리면을 포함하는 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 상기 강판으로부터 샘플을 채취하여, 관찰면을 경면 연마한 후, 리펠러 부식액으로 부식시켰다. 그리고, t(판 두께)／4 부위를, 광학 현미경에 의해 400배의 배율로 촬영하여(1 시야 크기: 60㎛×80㎛), 주체의 조직이 베이나이트(B), 또는 페라이트(F)＋펄라이트(P)인지를 판단한 다음에, 주체의 조직이 베이나이트인 경우에는, 상기 촬영한 사진을 화상 해석 장치로 가져와서, 흑백으로 화상 처리하고 나서 흰색 부분(MA)의 면적율을 구하였다. 해당 측정을 임의의 12 시야 이상에 대해 실시하고, 그 평균값을 MA 분율로 하였다.

＜개재물 조성의 조사＞

실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시한다. 전체 산화물의 평균 조성을 표 7에 나타낸다.

＜HAZ 인성의 평가＞

다음에, HAZ의 인성을 평가하기 위하여, 입열량 40 내지 60 kJ／㎜의 일렉트로 가스 용접 또는 서브 머지 용접을 실시하여, 판 두께 방향의 이면 7㎜를 중심으로 한 판 두께 위치로부터, JISZ2242(2006) 규정의 V 노치 샤르피 시험편 3개를 채취하였다. 다음에, 해당 시험편을 이용하여 －40℃에서 샤르피 충격 시험을 실시하여, 흡수 에너지(vE_-40)를 측정하고, 상기 3개의 시험편의 평균값을 구하였다. 그리고, vE_-40이 150J 이상인 것을 HAZ 인성이 우수하다고 평가하였다.

＜모재 인성의 평가＞

각 강판의 t／4 부위로부터 JISZ2202(2006) 규정의 V 노치 시험편을 채취하여, JISZ2242(2006) 규정의 방법으로 샤르피 충격 시험을 실시하고, 파면 전이 온도(vTrs)를 측정하였다. 그리고, vTrs가 －40℃ 이하인 것을, 모재 인성이 우수하다[선급(船級) E 그레이드 강재 규격치(－20℃에서 55J 이상)를 안정적으로 확보할 수 있음]고 평가하였다.

이들의 측정 결과를 표 6에 나타낸다.

표 1, 5 내지 7로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(또, 하기 No.는, 표 5, 7의 강판 No.를 나타냄). No. 1 내지 3, 5 내지 9, 13 내지 19는, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 예이며, 강재에 REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂를 함유하고 있기 때문에, 용접 열영향부의 인성이 양호한 강재가 얻어지고 있다. 또한, MA 분율도 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하고 있으며, 모재 인성도 우수하다.

한편, No. 4, 10 내지 12, 20 내지 28은, 본 발명에서 규정하는 어느 하나의 요건을 벗어난 예이다. 특히, No. 20 내지 27은, 강재에 REM의 산화물 및／또는 CaO와, ZrO₂의 어느 한 쪽을 함유하고 있지 않기 때문에, 용접 열영향부의 인성이 떨어져 있다.

No. 4는, 권장되는 냉각 속도로 냉각하지 않아, 베이나이트 주체의 조직이 얻어지지 않았기 때문에, 인장 특성이 떨어져 있다.

No. 10, 11은, 권장되는 냉각 속도로의 냉각을 Ms보다도 저온역까지 실시하였기 때문에, MA가 과잉 생성되어, 모재 인성이 떨어지는 결과로 되었다.

No. 12는, 권장되는 냉각 속도로 냉각하지 않고, 또한 냉각 속도의 제어도 Bf보다 고온역에서 종료하였기 때문에, 베이나이트 주체의 조직이 얻어지지 않아, 인장 특성이 떨어져 있다.

No. 28은, Mn 및 Al이 과잉이고, 용존 산소량도 적기 때문에, 규정의 산화물을 충분히 확보할 수 없어, HAZ 인성이 떨어져 있다.

본 발명에 따르면, 입열량이 30kJ／㎜ 이상인 용접을 한 경우의 HAZ 인성이 우수한 동시에, 590㎫ 이상의 고강도역에 있어서 80％ 이하의 낮은 항복비를 나타내는 강재, 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 강재로서,

   C: 0.03 내지 0.2％(「질량％」의 의미. 이하, 동일),

   Si: 0.02 내지 0.5％,

   Mn: 1.0 내지 2.0％, 및

   N: 0.002 내지 0.01％를 포함하고,

   P: 0.02％ 이하,

   S: 0.015％ 이하, 및

   Al: 0.01％ 이하를 만족하며,

   REM: 0.001 내지 0.1％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％ 중 적어도 한 쪽과,

   Zr: 0.001 내지 0.05％를 각각 함유하고,

   상기 강재는 강중 산화물로서 REM의 산화물과 CaO 중 적어도 한 쪽, 및 ZrO₂를 함유하며,

   상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 REM의 산화물 및 CaO의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 합계 5％ 이상이고, 또한 상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 ZrO₂의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 5％ 이상이며, 또한

   상기 강재의 전체 조직에서 차지하는 페라이트 분율이 4 내지 24％이고, 잔부가 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 적어도 한 쪽인

   강재.
2. 강재로서,

   C: 0.03 내지 0.12％(「질량％」의 의미. 이하, 동일),

   Si: 0.002 내지 0.5％,

   Mn: 1.4 내지 1.8％, 및

   N: 0.003 내지 0.01％를 포함하고,

   P: 0.02％ 이하,

   S: 0.015％ 이하, 및

   Al: 0.01％ 이하를 만족하며,

   REM: 0.001 내지 0.1％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.02％ 중 적어도 한 쪽과,

   Zr: 0.001 내지 0.05％를 각각 함유하고,

   상기 강재는 강중 산화물로서 REM의 산화물과 CaO 중 적어도 한 쪽, 및 ZrO₂를 함유하며,

   상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 REM의 산화물 및 CaO의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 합계 5％ 이상이고, 또한 상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 ZrO₂의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 5％ 이상이며, 또한

   상기 강재의 전체 조직에서 차지하는 섬(island) 형상 마르텐사이트의 분율이 1.1％ 이하이고, 잔부가 베이나이트 조직인

   강재.
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 강재가 추가로 Ti: 0.005 내지 0.08％를 포함하는 동시에, 상기 강재가 강중 산화물로서 Ti₂O₃를 함유하며,

   상기 강재에 강중 산화물로서 포함되는 Ti₂O₃의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 0.3％ 이상인

   강재.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 강재가, 추가로

   Cu: 0.05 내지 2％,

   Ni: 0.05 내지 2％,

   Cr: 0.01 내지 1.5％,

   Mo: 0.01 내지 1％,

   Nb: 0.005 내지 0.05％,

   V: 0.005 내지 0.1％, 및

   B: 0.0003 내지 0.005％

   로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는

   강재.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 강재가, 추가로

   Cu: 0.05 내지 2％,

   Ni: 0.05 내지 3.5％,

   Cr: 0.01 내지 3％,

   Mo: 0.01 내지 1％,

   Nb: 0.005 내지 0.25％,

   V: 0.005 내지 0.1％, 및

   B: 0.0003 내지 0.005％

   로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는

   강재.
8. C: 0.03 내지 0.2％(「질량％」의 의미. 이하, 동일), Si: 0.02 내지 0.5％, Mn: 1.0 내지 2.0％, 및 N: 0.002 내지 0.01％를 포함하고,

   P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, 및 Al: 0.01％ 이하를 만족하며,

   REM: 0.001 내지 0.1％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％ 중 적어도 한 쪽과, Zr: 0.001 내지 0.05％를 각각 함유하고,

   강중 산화물로서 REM의 산화물과 CaO 중 적어도 한 쪽, 및 ZrO₂를 함유하며,

   강중 산화물로서 포함되는 REM의 산화물 및 CaO의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 합계 5％ 이상이고, 또한 강중 산화물로서 포함되는 ZrO₂의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 5％ 이상이며, 또한

   강재의 전체 조직에서 차지하는 페라이트 분율이 4 내지 24％이고, 잔부가 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 적어도 한 쪽인 강재를 제조하는 방법으로서,

   전로 또는 전기로에서 1차 정련된 용강에 대하여 2차 정련을 실시하는 공정을 거쳐 주괴를 얻는데 있어서, 상기 2차 정련 공정에서 용강의 용존 산소량을 0.0020 내지 0.010％로 조정한 후에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Zr을 첨가하는 것을 특징으로 하는

   강재의 제조방법.
9. C: 0.03 내지 0.2％(「질량％」의 의미. 이하, 동일), Si: 0.02 내지 0.5％, Mn: 1.0 내지 2.0％, 및 N: 0.002 내지 0.01％를 포함하고,

   P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, 및 Al: 0.01％ 이하를 만족하며,

   REM: 0.001 내지 0.1％ 및 Ca: 0.0003 내지 0.005％ 중 적어도 한 쪽과, Zr: 0.001 내지 0.05％와, Ti: 0.005 내지 0.08％를 각각 함유하고,

   강중 산화물로서 REM의 산화물과 CaO 중 적어도 한 쪽, ZrO₂, 및 Ti₂O₃를 함유하며,

   강중 산화물로서 포함되는 REM의 산화물 및 CaO의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 합계 5％ 이상이고, 강중 산화물로서 포함되는 ZrO₂의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 5％ 이상이며, 또한 강중 산화물로서 포함되는 Ti₂O₃의 강중 전체 산화물에서 차지하는 비율이 0.3％ 이상이고, 또한

   강재의 전체 조직에서 차지하는 페라이트 분율이 4 내지 24％이고, 잔부가 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 적어도 한 쪽인 강재를 제조하는 방법으로서,

   전로 또는 전기로에서 1차 정련된 용강에 대하여 2차 정련을 실시하는 공정을 거쳐 주괴를 얻는데 있어서, 상기 2차 정련 공정에서 용강의 용존 산소량을 0.0020 내지 0.010％로 조정한 후에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, Ti와 Zr을 첨가하는 것을 특징으로 하는

   강재의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 용존 산소량을 조정한 용강에, REM 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와 Zr을 첨가하기에 앞서, Ti를 첨가하는

    강재의 제조방법.

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