KR100920536B1 - 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강 및 그 제조방법 - Google Patents

용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 고장력 내화강은, 질량 ％로, C:0.04 내지 0.14％, Si=0.50％ 이하, Mn:0.50 내지 2.0O％, P:0.020％ 이하, S:0.010％ 이하, Nb:0.01 내지 O.05％, Mo:0.30％ 이상 0.70％ 미만, Al:0.060％ 이하, N:0.0010 내지 O.0060％를 함유하고, 용접 균열 감수성 조성:PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B이 0,25％ 이하이며, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고, 최종 압연의 강판의 판 두께 방향의 1/4 두께 위치에 있어서의 다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적분율이 10％ 이하이다.
고장력 내화강, 질량, 용접 균열 감수성 조성, 판 두께 방향

Description

용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강 및 그 제조 방법 {HIGH TENSILE AND FIRE-RESISTANT STEEL EXCELLENT IN WELDABILITY AND GAS CUTTING PROPERTY AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은, 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2005년 3월 4일에, 일본에 출원된 특원2005-060601호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
화재 시 등에 있어서의 고온 강도의 확보를 목적으로 한 건축 구조물용의 내화강으로서는, 강편 또는 주물편을 열간 압연하여 얻어지는 내화강이 이미 제안되어 있다(예를 들면 일본 특개평2-77523호 공보).
이 내화강은, 소위 400MPa급 강이나 490MPa급 강이 주이며, 항복 강도440MPa(45kgf/㎟) 이상의 소위 590MPa급 강도 여러종류 포함되어 있다.
한편，590MPa급 강을 대상으로 한 내화강으로서는, Mo를 0.7％ 이상 포함하는 것이 제안되어 있다(예를 들면 일본 특개2002-12939호 공보).
건축용 강으로서는, 예를 들면 일본 공업 규격 JIS G 3136 「건축 구조용 압연 강재」, 국토 교통 대신 인정품 「건축 구조용 고성능 590N/㎟ 강재(SA440B, C)」에서는, 판 두께가 100㎜까지 규정되어 있다. 그러나 종래의 400MPa급 강이나 490MPa급 강이 주된 내화강에서는，590MPa급 강의 판 두께는 겨우 40㎜에 지나지 않으며, 그 이상의 두꺼운 것에 대하여는, 대응할 수 없었다.
특히, 최근 요구가 높아지고 있는 항복 강도 440MPa 이상의, 소위 590MPa급 강 이상의 강재는, 일반적으로 조질 처리되는 경우가 많아, 열간 압연을 실시한 상태에서는 강도가 낮은 다각형 페라이트 또는 유사(pseudo) 다각형 페라이트가 주체인 금속 조직으로 된다. 따라서, 열간 압연에 의해 100㎜ 정도의 두꺼운 강판을 제작해도, 강도를 공업적으로 안정적으로 확보할 수 없다.
한편，590MPa급 강을 대상으로 한 내화강은, 그 강 성분에 Mo를 0.7％ 이상 포함하기 때문에, 가스 절단성이 뒤떨어지고, 재료 코스트도 비싸진다. 또한, 이 내화강에서는, 용접 균열 감수성 조성(PCM)을 규제하고 있지만, Mo가 강의 담금질성을 현저하게 높이기 때문에, 용접성의 관점면에서도 Mo의 함유량은 적은 쪽이 바람직하다.
본 발명은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 용접성 및 가스 절단성이 우수한 동시에, 화재 시 등의 고온에 노출되는 환경에 있어서도 충분한 고온 강도를 갖는 항복 강도 440MPa 이상의 고장력 강을 대량 또한 염가로 공급 가능한 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 열의 검토한 결과, 이하의 점을 지견하여, 본원 발명을 완성하였다. Mo의 함유량을 억제하면서 Nb를 복합 첨가함으로써, 항복 강도 440MPa 이상의 고장력 강에 있어서의 고온 강도를 안정되게 확보할 수 있다. 강 속의 Mo의 함유량을 억제함으로써 용접성이나 가스 절단성의 열화를 최소한으로 그치게 할 수 있다. 동시에 C, Si, Mn을 비롯한 개개의 합금 원소량 및 PCM을 한정하고, 또한 강의 마이크로 조직 및 그로 인한 제조 조건을 한정함으로써, 우수한 고온 강도와 용접성, 가스 절단성 등의 복합 특성을 양립할 수 있다． 이러한 본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 질량 ％로, C:0.04 내지 0.14％, Si:0.50％ 이하, Mn:0.50 내지 2.00％, P:0.020％ 이하, S:0.010％ 이하, Nb:0.01 내지 0.05％, Mo:0.30％ 이상 0.70％ 미만, Al:0.060％ 이하, N:0.0010 내지 0.0060％를 함유하고,
또한
PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/1O+5B로 나타내는 용접 균열 감수성 조성 PCM가 0.25％ 이하이며,
잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고,
또한, 최종 압연의 강판의 판 두께 방향의 1/4두께 위치에 있어서의 다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적분율이 10％ 이하인 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강.
(2) 또한, 질량 ％로, Ni:0.05 내지 1.0％, Cu:0.05 내지 1.0％를 함유하고,
또한, Ni의 함유량은 Cu의 함유량의 1/2 이상이며,
또한，Cr:0.05 내지 1.0％, V:0.01 내지 0.06％, B:0.0002 내지 0.0030％, Ti:0.005 내지 0.025％, Mg:0.0002 내지 0.0050％의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 (1)에 기재된 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강.
(3) 또한, 질량 ％로, Ca:0.0005 내지 O.0040％ , REM:0.0005 내지 0.0100％의 어느 1종 또는 2종을 함유하는 (1) 또는 (2)에 기재된 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강.
(4) 상기 강의 항복 강도는, 440MPa 이상인 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 1100 내지 1300℃의 온도로 가열하고, 이어서, 800 내지 950℃의 온도에서 압연을 행한 후, 이 압연 종료 시의 온도보다 150℃ 낮은 온도 또는 750℃의 어느 한 쪽의 높은 온도 이상의 온도에서 직접 담금질하고, 이어서, Ac1(가열 시에 오스테나이트가 생성하기 시작하는 온도) 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하는 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강의 제조 방법.
(6) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 열간 압연 후, 방치하여 냉각하고, 이어서, 900 내지 950℃의 온도로 재가열하여 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하는 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강의 제조 방법.
본 발명의 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강에 있어서는, PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B로 나타내는 용접 균열 감수성 조성 PCM을 0.25％ 이하로 하고, 잔부를 철 및 불가피 불순물로 하고, 또한 최종 압연의 강판의 판 두께 방향의 1/4 두께 위치에 있어서의 다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적 분율을 10％ 이하로 한다. 이러한 고장력 내화강에 의하면, 용접성 및 가스 절단성이 우수한 동시에, 화재 시 등의 고온에 노출되는 환경에 있어서도 충분한 고온 강도를 갖는 항복 강도 440MPa 이상의 고장력 강을, 대량 또한 염가로 공급할 수 있다.
본 발명의 고장력 내화강은, 건축 구조물뿐만 아니라, 토목, 해양 구조물, 선박, 각종 저장 탱크, 후판 밀 등의 공업용 설비 등의 일반적인 용접 구조용 강으로서, 광범위한 용도에 적용할 수 있다． 본 발명의 고장력 내화강은, 화재 시 등의 고온에 노출되거나 하는 가혹한 환경 하에 있어서도 충분한 고온 강도를 갖기 때문에, 용접 구조물의 안전성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 되었다.
본 발명의 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 1100 내지 1300℃의 온도로 가열하고, 이어서, 800 내지 950℃의 온도에서 압연을 행한 후, 이 압연 종료 시의 온도보다 150℃ 낮은 온도 또는 750℃의 어느 한 쪽의 높은 온도 이상의 온도에서 직접 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하므로, 용접성 및 가스 절단성이 우수한 동시에, 화재 시 등의 고온에 노출되는 환경에 있어서도 충분한 고온 강도를 갖는 항복 강도 440MPa 이상의 고장력 강을, 대량 또한 염가로 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 열간 압연 후, 방치하여 냉각하고, 이어서, 900 내지 950℃의 온도로 재가열하여 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하므로, 용접성 및 가스 절단성이 우수한 동시에, 화재 시 등의 고온에 노출되는 환경에 있어서도 충분한 고온 강도를 갖는 항복 강도440MPa 이상의 고장력 강을, 대량 또한 염가로 제조할 수 있다.
본 발명의 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강 및 그 제조 방법의 일 실시예에 관하여 설명한다.
이 실시예는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 상세하게 설명하는 것이기 때문에, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 고장력 내화강은,
질량 ％로, C:0.04 내지 0.14％, Si:0.50％ 이하, Mn:0.50 내지 2.00％, P:0.020％ 이하, S:0.010％ 이하, Nb:0.01 내지 0.05％, Mo:0.30％ 이상 0.70％ 미만, Al:0.060％ 이하, N:0.0010 내지 0.0060％를 함유하고,
또한
PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B로 나타내는 용접 균열 감수성 조성 PCM가 0.25％ 이하이며,
잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고,
또한, 최종 압연의 강판의 판 두께 방향의 1/4 두께 위치에 있어서의 다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적분율이 10％ 이하의 것이다.
여기에서, 고장력 내화강의 조성을 상기한 바와 같이 한정한 이유에 관하여 설명한다.
C는, 강재의 특성에 가장 현저하게 관여한다. 하한값 0.04％는, 강도 확보를 위하여, 또한 용접부 등의 열 영향부가 필요 이상으로 연화하는 일이 없도록 하기 위한 최소량이다. 그러나，C의 함유량이 지나치게 많으면 담금질성이 필요 이상으로 올라, 강재가 원래 가져야 할 강도, 인성 밸런스, 용접성 등에 악영향을 미치게 한다. 그 때문에 C 함유량의 상한을 0.14％로 하였다.
Si는, 강의 청정성, 용접성, 용접부 인성에 영향을 주기 때문에, 상한값을 규제하는 것이 중요하다. 따라서 Si 함유량은 0.50％ 이하로 하였다. Si는 강의 탈산에도 효과가 있다. 그러나 강의 탈산은 Ti나 Al이어도 충분히 가능하기 때문에, 특히, 용접성, 용접부 인성이 강하게 요구되는 경우에는, 반드시 Si를 첨가할 필요는 없다.
Mn은, 강도, 인성을 확보하는 동시에 불가결한 원소이며, 그 하한은 0.50％ 이다. 그러나，Mn의 함유량이 지나치게 많으면, 강의 담금질성이 상승하여 용접성, 용접 열 영향부 인성을 열화시킬뿐만 아니라, 연속 주조 슬라브의 중심 편석을 조장하므로, 상한을 2.00％로 하였다.
P는, 본 발명의 강에 있어서는 불순물이며, P의 함유량을 저감시키면 용접 열 영향부에 있어서의 입계 파괴가 감소하므로, 함유량은 적을수록 바람직하다. 따라서, 모재, 용접 열 영향부의 저온 인성을 열화시키지 않기 위하여 상한을 0.020％로 하였다.
S는, P와 마찬가지로, 본 발명의 강에 있어서는 불순물이며, 강재의 저온 인성을 확보하기 위해서는, 함유량은 적을수록 바람직하다. 따라서, 모재, 용접 열 영향부의 저온 인성을 열화시키지 않기 위하여 상한을 O.010％로 하였다.
Nb는, Mo를 최대한 억제하는 본 발명에 있어서는, 중요한 역할을 갖는 원소이다. 우선, 일반적인 효과로서, Nb는 오스테나이트의 재결정 온도를 상승시키고, 열간 압연 시의 제어 압연의 효과를 발휘하는 데 있어서의 필수 원소이다. 이들의 효과를 발현시키기 위해서는, 강 속에 Nb를 최저 0.01％ 포함하는 것이 필요하다.
Nb는, 압연에 앞선 재가열 시의 가열 오스테나이트의 세립화에도 기여하고, 또한, 석출 경화로서 강도 향상 효과를 갖고，Mo와의 복합 첨가에 의해 고온 강도에도 기여한다. 그러나，Nb를 지나치게 포함하는 경우에는, 용접부의 인성 열화를 초래한다. 따라서, 용접부의 인성 열화를 발생시키지 않기 위해, Nb 함유량의 상한은 0.05％로 하였다.
Mo는, 강의 고온 강도를 확보하는데 필요 불가결의 원소이며, 본 발명에 있어서는 가장 중요한 원소의 하나다.
화재 시 등의 고온에 노출되는 환경에 있어서도 강이 충분한 고온 강도를 갖 기 위해서는, Mo를 0.30％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 한편，Mo 함유량이 지나치게 많으면, 용접성이나 가스 절단성을 열화시키므로, 그 상한을 0.70％ 미만으로 한정하였다.
Al은, 탈산 원소이지만, 강의 탈산은 Si 또는 Ti뿐이어도 충분하며, 본 발명강에 있어서는, 그 하한은 한정하지 않는다. 그러나，Al의 함유량이 많아지면, 강의 청정성을 손상시켜, 모재의 인성을 열화시킬뿐만 아니라, 용접 열 영향부의 인성도 열화되므로, 상한을 0.060％로 하였다.
N은, 불가피 불순물로서 강 속에 포함되는 것이지만, 상기한 Nb와 결합하여 탄질화물을 형성하고, 강의 강도를 높인다. 또한, 후술하는 Ti를 첨가한 경우, TiN을 형성하고, 강의 강도를 높인다. 이러한 효과를 얻기 위한, N의 함유량으로서는, 최저 0.0010％ 필요하다.
한편，N의 함유량의 증가는, 용접 열 영향부 인성, 용접성에 유해하므로, 그 상한을 0.0060％로 하였다.
본 발명의 고장력 내화강은, 상기한 조성 외에,
또한, 질량 ％로, Ni:0.05 내지 1.0％, Cu:0.05 내지 1.0％를 함유하고,
또한, Ni의 함유량을 Cu의 함유량의 1/2 이상으로 하고,
또한 Cr:0.05 내지 1.0％, V:0.01 내지 0.06％, B:0.0002 내지 0.0030％, Ti:0.005 내지 0.025％, Mg:0.0002 내지 0.0050％의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
상기한 기본으로 되는 조성에, 또한, 이러한 원소를 첨가하는 주된 목적은, 본 발명의 강이 이 우수한 특징을 손상시키지 않고, 강도, 인성 등의 특성을 향상시키기 위해서이다. 따라서, 그 첨가량은 제한된다.
Ni는, 지나치게 첨가하지 않으면, 용접성, 용접 열 영향부 인성에 악영향을 미치게 하지 않고 모재의 강도, 인성을 향상시킨다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 적어도 0.05％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 한편, 지나친 첨가는, 강의 가격을 상승시킬뿐만 아니라, 용접성에도 바람직하지 못하다. 그 때문에 상한을 1.0％로 하였다.
또한，Cu를 첨가하는 경우, 열간 압연 시의 Cu-크랙을 방지하기 위해, Ni의 함유량을, 상기한 함유량의 범위 내로 하는 동시에, Cu의 함유량의 1/2 이상으로 할 필요가 있다.
Cu는, Ni와 거의 마찬가지의 작용, 효과를 나타내는 것이지만, 용접성 열화 외에 지나친 첨가에 의해 열간 압연 시에 Cu-크랙이 발생되어 제조 곤란하게 된다. 그 때문에 Cu의 함유량은 1.0％를 상한으로 한다. 한편, 실질적인 효과를 얻기 위해서는 최소량 함유할 필요가 있다． 따라서, 하한을 0.05％로 하였다.
Cr은, 모재의 강도, 인성 모두 향상시킨다. 그러나，Cr 함유량이 지나치게 많으면 모재, 용접부의 인성 및 용접성을 열화시키기 위해, 상한을 1.0％로 하였다. 한편, 실질적인 효과를 얻기 위해서는 최소량 함유할 필요가 있다． 따라서, 하한을 0.05％로 하였다.
상기한 Ni, Cu, Cr은, 모재의 강도, 인성뿐만 아니라, 내후성의 향상에도 유효하다． 그러한 목적에 있어서는, 용접성을 손상시키지 않는 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.
V는, Nb와 거의 마찬가지의 작용을 갖는 것이지만, Nb에 비교하여 그 효과는 작다. V는 담금질성에도 영향을 미치게 하여, 고온 강도 향상에도 기여한다.
Nb와 마찬가지의 효과를 발현시키기 위해서는 강이 V를 최저 0.01％ 포함하는 것이 필요하다. 한편, 강이 V를 지나치게 포함하는 경우에는, 용접부의 인성이 열화한다. 따라서, 용접부의 인성 열화를 발생시키지 않기 위하여 상한을 0.06％로 하였다.
B는, 오스테나이트 입계에 편석하고, 페라이트의 생성을 억제함으로써 강의 담금질성을 향상시켜, 강도를 향상시킨다. 이 효과를 발현하기 위해서는, 최저0.0002％ 함유하는 것이 필요하다. 그러나, 함유량이 지나치게 많으면, 담금질성향상 효과가 포화할뿐만 아니라, 인성상 유해하게 되는 B 석출물을 형성할 가능성도 있다. 그 때문에 상한을 0.003％로 하였다.
또한, 탱크용 강 등으로서, 응력 부식 균열이 우려되는 경우에는, 모재 및 용접 열 영향부의 경도의 저감이 중요하게 되는 경우가 많다. 예를 들면 황화물 응력 부식 균열(SSC:sulfide stress corrosion cracking) 방지를 위해서는, HRC≤22(HV≤248)의 경도가 필수적이다. 이와 같은 경우, 담금질성을 증대시키는 B의 첨가는 바람직하지 못하다.
Ti는, 모재 및 용접부에 높은 인성이 요구되는 경우에는, 첨가하는 것이 바람직하다. 그 이유는, Ti는, Al의 함유량이 적은 경우, 예를 들어 Al의 함유량이 0.003％ 이하인 경우, O와 결합하여 Ti2O3를 주성분으로 하는 석출물을 형성하고, 알갱이 내 변태 페라이트 생성의 핵으로 되어 용접부 인성을 향상시키기 때문이다. 또한, Ti는 N과 결합하여 TiN으로 하여 슬라브 내에 미세한 석출물을 형성함으로써, 가열 시의 오스테나이트 알갱이의 조대화를 억제하여, 압연 조직을 세립화하기 때문에 유효하다． 또한 강판 내에 존재하는 미세 TiN은, 용접 시에 용접 열 영향부 조직을 세립화한다.
이들의 효과를 얻기 위해서는, Ti는 최저 0.005％ 필요하다. 그러나, 과잉의 Ti는 TiC를 형성하고, 저온 인성이나 용접성을 열화시키므로, Ti 함유량의 상한은 0.025％로 한다.
Mg는, 용접 열 영향부에 있어서 오스테나이트 알갱이의 성장을 억제하여, 세립화한다. 그 결과, 용접부의 강인화를 도모할 수 있다. 이러한 효과를 발현시키기 위해서는, Mg는 0.0002％ 이상 필요하다. 한편, 함유량을 많게 한 경우, 함유량의 증가에 비교하여 효과의 상승률이 작아져, 코스트상 득책은 아니다. 따라서, 그 상한을 0.0050％로 하였다.
본 발명의 고장력 내화강은, 상기한 조성 외에,
또한, 질량 ％로, Ca:0.0005 내지 0.0040％, REM(Rare Earth Metal):0.0005 내지 0.0100％의 어느 한 쪽의 1종 또는 2종을 함유하는 것이 바람직하다.
REM으로서는, Ce, La, Nd 등의 희토류 금속의 1종 이상을 이용할 수 있다.
Ca 및 REM은, MnS의 형태를 제어하고, 모재의 저온 인성을 향상시키는 것 외 에, 습윤 황화수소 환경 하에서의 HIC(hydrogen induced cracking), SSC, SOHIC(stress or iented HIC) 등의 수소 취화 균열 감수성을 저감시키는 효과가 있다. 이들의 효과를 발현시키기 위해서는, 최저 0.0005％ 함유하는 것이 필요하다.
그러나, 함유량이 지나치게 많으면, 강의 청정도를 반대로 악화시켜, 모재 인성이나 습윤 황화 수소 환경 하에서의 수소 취화 균열(HlC, SSC, SOHIC) 감수성을 높이므로, Ca의 함유량의 상한을 0.0040％, REM의 함유량의 상한을 0.0100％로 하였다. Ca와 REM은, 거의 동등한 효과를 나타내므로, 어느 한 쪽의 1종을 상기 범위에서 첨가해도 되고, 상기 범위 내에서 Ca와 REM을 섞어서 첨가하여도 된다.
본 발명의 고장력 내화강에서는，Mo량이 0.70％ 미만이고, 항복 강도 440MPa 이상을 확보하고, 또한, 600℃에서의 항복 강도가 상온의 그것의 2/3 이상, 즉 294MPa 이상을 확보하기 위해서는, 강 성분뿐만 아니라 마이크로 조직도 동시에 한정할 필요가 있다.
본 발명의 고장력 내화강의 마이크로 조직으로서는, 최종 압연의 강판의 판 두께 방향의 1/4 두께 위치에 있어서의 다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적분율을 10％ 이하로 한다.
Mo의 함유량을 0.70％ 미만으로 억제한 본 발명의 강 성분에서는，다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적분율이 10％를 초과하면, 특히 40㎜ 초과하는 두꺼운 강판에 있어서는, 상온 강도는 물론, 고온 강도도 안정되게 확보하는 것이 곤란해지기 때문이다.
본 발명에서는, 마이크로 조직은, 강판의 최종 압연 방향의 판 두께 단면 방 향 1/4 두께 위치에서의 것을 가리키는 것으로 한다.
강의 개개의 성분을 한정해도, 성분계 전체가 적절하지 않으면 우수한 특성은 얻어지지 않는다.
따라서，PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B로 나타내는 용접 균열 감수성 조성 PCM의 값을 0.25％ 이하로 한정하였다.
용접 균열 감수성 조성 PCM은 용접성을 나타내는 지표로, 낮을수록 양호하다. 본 발명의 강에 있어서는, 용접 균열 감수성 조성 PCM의 값이 0.25％ 이하이면, 우수한 고온 강도와 동시에 우수한 용접성을 확보하는 것이 가능하다.
다음에 본 발명의 고장력 내화강의 제조 방법에 관하여 설명한다.
본 발명의 고장력 내화강은, 다음 제1, 제2 어느 한 쪽의 제조 방법에 의해 제작된다.
제1 제조 방법은, 본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 1100 내지 1300℃의 온도로 가열하고, 이어서, 800 내지 950℃의 온도에서 압연을 행한 후, 이 압연 종료 시의 온도보다 150℃ 낮은 온도 또는 750℃의 어느 한 쪽의 높은 온도 이상의 온도에서 직접 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하는 방법이다.
제2 제조 방법은, 본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 열간 압연후, 방치하여 냉각하고, 이어서, 900 내지 950℃의 온도로 재가열하여 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하는 방법이다.
우선, 제１ 제조 방법에 관하여 설명한다.
본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 1100 내지 1300℃의 온도로 가열한다.
여기에서, 압연에 앞선 가열 온도를 1100 내지 1300℃로 한정한 이유는, 가열 시의 오스테나이트 알갱이를 필요 이상으로 크게 시키지 않고, 더구나, 압연 조직의 미세화를 도모하기 위해서이다. 1300℃는 가열 시의 오스테나이트가 극단적으로 조대화하지 않는 상한 온도이며, 가열 온도가 이 상한 온도를 초과하면, 오스테나이트 알갱이가 조대 혼립화하고, 압연 오스테나이트 알갱이도 상대적으로 조대하게 되어, 그 결과, 상 변태 후의 금속 조직도 상대적으로 조대하게 될뿐 아니라, 조립한 오스테나이트로부터의 상 변태는 마이크로 조직도 베이니틱한 것이 되기 쉬워, 강의 인성이 현저하게 열화되기 때문이다. 한편, 가열 온도의 하한은, 열간 압연 시의 제어 압연의 효과나 석출 경화를 발현시키기 위한 Nb의 용체화를 고려하여, 1100℃로 하였다.
이렇게 하여 가열한 강편 또는 주물편에, 800 내지 950℃의 온도에서 압연을 행한다.
여기에서, 압연 온도를 800 내지 950℃로 한정한 이유는, 950℃를 초과하는 온도에서 압연을 행하면，Mo와 Nb를 복합 첨가하고 있음에도 불구하고, 압연 오스테나이트의 세립화가 불충분하게 되며, 그 후에 직접 담금길-뜨임 처리를 행해도 저온 인성의 안정 확보가 곤란하게 되기 때문이며, 한편，800℃를 하회하면, 판 두께에도 의하지만 직접 담금질까지 페라이트가 석출하고, 마이크로 조직의 확보가 곤란하게 되거나, 압연 중에 Nb가 석출하여, 고온 강도에 기여하지 않게 되기 때문이다.
압연 종료 후, 이 압연 종료 시의 온도보다 150℃ 낮은 온도(압연 종료 온도 -150℃) 또는 750℃의 어느 한 쪽의 높은 온도 이상의 온도에서 직접 담금질을 행한다.
여기에서, 직접 담금질 온도를 상기한 바와 같이 한정한 이유는, 첫째, 마이크로 조직의 확보를 목적으로 하여 마이크로 조직의 제어를 행하기 위해서이다. 그것을 위해서는, 적어도 750℃ 이상이어야 한다. 그러나，750℃ 이상에서도, 압연 종료 온도부터 150℃를 초과하는 온도 강하가 있으면, 압연 후의 회복·재결정, 혹은 Nb의 석출이 일어날 가능성이 높아져, 인성 열화나 고온 시를 포함하는 강도 저하를 야기시킬 가능성이 있다.
따라서, 직접 담금질의 개시 온도를 압연 종료 온도 -150℃ 또는 750℃의 어느 한 쪽의 높은 온도 이상으로 한정했다.
직접 담금질 후, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행한다.
본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편에서는, 대강 700℃ 이하이면 Ac1 이하이며, 실제의 처리 온도는, 강도 등의 목적에 따라 설정된다.
공업　생산에 있어서의 열처리로의 생산성이나 제어성을 고려하면, 뜨임 처 리의 온도는 450 내지 650℃ 정도가 바람직하다.
또한, 이러한 압연 온도 등은, 모두 모니터링 가능한 강판 표면 온도이다.
이상에 의해, 본 발명의 고장력 내화강을 제조할 수 있다.
이어서, 제2 제조 방법에 관하여 설명한다.
본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 열간 압연 후, 방치하여 냉각한다.
여기에서는, 열간 압연, 방치하여 냉각하는 각 조건에 관해서는 특별히 한정 하지 않는다． 그 이유는, 강편 또는 주물편의 금속 조직 및 재질이, 그 후의 재가열 담금질-뜨임 처리에 의해 결정되기 때문이다.
이어서, 열간 압연·방치하여 냉각한 강편 또는 주물편을, 900 내지 950℃의 온도로 재가열하여 담금질을 행한다.
이 재가열·담금질의 온도는, 그 야금적 정의상, Ac3(가열 시에 페라이트가 오스테나이트에의 변태를 완료하는 온도) 이상의 온도로 가열할 필요가 있다.
본 발명의 강 조성을 갖는 강편 또는 주물편에서는，Ac3 이상의 온도로서는, 900℃ 이상이면 충분히다.
한편, 재가열·소인의 온도가 너무 높으면, 조직이 조대하게 되어 저온 인성이 열화된다. 따라서, 재가열·담금질의 상한 온도를 950℃로 했다.
이어서, 재가열·담금질한 강편 또는 주물편에, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행한다.
이 뜨임 처리의 조건 등은, 전술한 제1 제조 방법과 완전히 마찬가지이다.
이상에 의해, 본 발명의 고장력 내화강을 제조할 수 있다.
본 발명의 고장력 내화강은, 건축 구조물뿐만 아니라, 토목, 해양 구조물, 선박, 각종 저장 탱크 등, 일반적인 용접 구조용 강으로서, 광범위한 용도에 적용할 수 있다.
<실시예>
다음에 본 발명의 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강을 실시예1내지 15 및 비교예16 내지 22에서 설명한다.
우선, 전로에 의해, 표1에 나타내는 다양한 조성의 강 슬라브를 제조하고, 이어서, 표2에 나타내는 조건에서 각종 제조 프로세스를 행하고, 표2에 나타내는 판 두께(50 내지 100㎜)의 강판을 제작했다.
이어서, 실시예1 내지 15 및 비교예16 내지 22 각각의 강판에 대해서, 표2에 나타내는 모재 조직, 기계적 성질, 용접 열 영향부 인성, 가스 절단면 거칠기의 평가를 행하였다.
여기에서는, 기계적 성질로서, 항복 강도, 인장 강도, 600℃에 있어서의 항복 강도의 3점을 측정하고, 항복 강도 및 인장 강도로부터 항복비(항복 강도/인장 강도(％))를 구하고, 평가했다.
모재 조직에 대해서는, 강판의 최종 압연 방향의 판 두께 단면 방향 1/4두께 위치에 있어서의 배율 500배의 현미경으로 10시야 관찰하고, 다각형 페라이트(αp)의 면적분율(％) 또는 유사 다각형 페라이트(αq)의 면적분율(％)을 산출하였다.
항복 강도 및 인장 강도에 대해서는, 압연 방향으로 직각인 방향의 판 두께 중심부로부터 일본 공업 규격 JlS Z 2201 「금속 재료 인장 시험편」에 규정되는 4호 둥근 봉 인장 시험편을 채취하고, 그 후에 일본 공업 규격 JIS Z 2241 「금속 재료 인장 시험 방법」에 기초하여 측정하고, 평가했다.
모재 인성에 대해서는, 압연 방향으로 직각인 방향의 판 두께 중심부로부터 일본 공업 규격 JIS Z 2202 「금속 재료 충격 시험편」에 규정되는 2㎜V 노치 충격 시험편을 채취하고, 그 후에 일본 공업 규격 JISZ 2242 「금속 재료 충격 시험 방법」에 기초하여 충격 시험편의 파면 천이 온도(vTrs(℃))를 측정하고, 평가했다.
용접 열 영향부 인성에 대해서는, 일본 공업 규격 JIS Z 2202 「금속 재료 충격 시험편」에 규정되는 충격 시험편으로서 1/4판 두께로부터 채취한 시험편을 이용하여, 입열량 60kJ/㎜의 서브 머지 아크 용접(판 두께 50㎜)에 상당하는 열 사이클을 부여하고, 이 시험편의 0℃에서의 흡수 에너지(vE0)를 측정하고, 평가했다.
가스 절단면 거칠기에 대해서는, 강판의 표면에 대해서, 일본 공업 규격 JIS B 0601 「제품의 기하 특성 사양(GPS)-표면 성질과 상태:윤곽 곡선 방식-용어, 정의 및 표면 성상 파라미터」에 규정되는 표면 거칠기의 최대 높이(Ry)를 측정하고, 이 최대 높이(Ry)가 50㎛이하인 경우 「○」, 50㎛를 초과한 경우 「×」로 평가했다.
각 특성의 목표값은, 항복 강도가 440MPa 이상, 파면 천이 온도(vTrs)가 -40℃ 이하, 600℃에 있어서의 항복 강도가 294MPa 이상, 0℃에서의 흡수 에너지(vE0) 가 100J 이상으로 하였다.
표1에 강 조성을 나타내고, 표2에 강판의 제조 프로세스 및 여러 특성을 나타낸다.
Figure 112007055424652-pct00001
Figure 112007055424652-pct00002
이러한 평가 결과에 의하면, 실시예1 내지 15는, 모두 양호한 특성을 나타내고 있다.
이에 대하여 본원 발명의 조성 범위를 일탈하는 비교예16 내지 22는, 실시예1 내지 15와 비교하여, 강도, 인성 등의 기본적 특성이나 고온 강도, 용접 열 영향부 인성, 가스 절단성 등이 뒤떨어져 있었다.
특히, 비교예18에서는，Cu의 함유량에 대하여 Ni의 함유량이 낮기 때문에, 열간 압연 시에 크랙이 생겨, 제조가 곤란하게 되었다.
또한, 비교예20에서는，C의 함유량이 높을뿐만 아니라, PCM도 높기 때문에, 실온에서의 경사 y형 용접 균열 시험에 의해 루트 균열이 발생했다.
본 발명은, Mo의 함유량을 억제하면서 Nb를 복합 첨가함으로써, 항복 강도440MPa 이상의 고장력 강에 있어서의 고온 강도를 안정되게 확보하고, Mo의 함유량을 억제함으로써 용접성이나 가스 절단성의 열화를 최소한으로 그치게 하는 동시에 C, Si, Mn을 비롯한 개개의 합금 원소량 및 PCM을 한정하고, 또한 강의 마이크로 조직 및 그로 인한 제조 조건을 한정함으로써, 우수한 고온 강도와 용접성, 가스 절단성 등의 복합 특성을 양립할 수 있던 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강이기 때문에, 건축 구조물, 토목, 해양 구조물, 선박, 각종 저장 탱크 등, 일반적인 용접 구조용 강으로서 널리 적용 가능하여, 그 산업상의 이용 가치는 매우 크다.

Claims (6)

  1. 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강이며,
    질량 ％로, C:0.04 내지 0.14％, Si:0.50％ 이하, Mn:0.50 내지 2.00％, P:0.020％ 이하, S:0.010％ 이하, Nb:0.01 내지 0.05％, Mo:0.52％ 이상 0.70％ 미만, Al:0.060％ 이하, N:0.0010 내지 0.0060％를 함유하고,
    또한
    PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B로 나타내는 용접 균열 감수성 조성 PCM이 0.25％ 이하이며,
    잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고,
    또한, 최종 압연의 강판의 판 두께 방향의 1/4 두께 위치에 있어서의 다각형 페라이트 또는 유사 다각형 페라이트의 면적분율이 10％ 이하이고 항복비가 83％ 이상인, 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강.
  2. 제1항에 있어서, 또한, 질량 ％로, Ni:0.05 내지 1.0％, Cu:0.05 내지 1.0％를 함유하고,
    또한, Ni의 함유량은 Cu의 함유량의 1/2 이상이며,
    또한，Cr:0.05 내지 1.0％, V:0.01 내지 0.06％, B:0.0002 내지 0.0030％, Ti:0.005 내지 0.025％, Mg:0.0002 내지 0.0050％의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하고 항복비가 83％ 이상인, 고장력 내화강.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 또한, 질량 ％로, Ca:0.0005 내지 0.0040％, REM:0.0005 내지 0.0100％의 어느 1종 또는 2종을 함유하고 항복비가 83％ 이상인, 고장력 내화강.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내화강의 항복 강도는 440MPa 이상이고 항복비가 83％ 이상인, 고장력 내화강.
  5. 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강의 제조 방법이며, 제1항 또는 제2항의 내화강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 1100 내지 1300℃의 온도로 가열하고, 이어서, 800 내지 950℃의 온도에서 압연을 행한 후, 이 압연 종료 시의 온도보다 150℃ 낮은 온도 또는 750℃의 어느 한 쪽의 높은 온도 이상의 온도에서 직접 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하고 항복비가 83％ 이상인, 고장력 내화강의 제조 방법.
  6. 용접성 및 가스 절단성이 우수한 고장력 내화강의 제조 방법이며, 제1항 또는 제2항의 내화강 조성을 갖는 강편 또는 주물편을, 열간 압연 후, 방치하여 냉각하고, 이어서, 900 내지 950℃의 온도로 재가열하여 담금질하고, 이어서, Ac1 이하의 온도에서 뜨임 처리를 행하고 항복비가 83％ 이상인, 고장력 내화강의 제조 방법.
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