KR100953787B1 - 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한강판 - Google Patents

초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한강판 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 용접 입열이 60 kJ/㎜ 이상인 초대입열 용접을 행한 경우는 물론, 예를 들어 용접 입열이 15 kJ/㎜ 이상인 입열량이 비교적 커지는 용접을 행한 경우라도, 우수한 HAZ 인성을 발휘할 수 있는 강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 강판은, 화학 성분 조성을 적절하게 제어하는 동시에, 하기 식1 내지 식3에서 규정되는 관계를 각각 만족하는 것이다.
1.0 ≤ [Ti]/[N] ≤ 2.5
단, [Ti] 및 [N]은, 각각 Ti 및 N의 함유량(질량％)을 나타낸다. [식1]
2.0 ≤ 1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O]) ≤ 10.0
단, [Ca], [S] 및 [O]는, 각각 Ca, S 및 O의 함유량(질량％)을 나타낸다. [식2]
0.1 ≤ [1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]/(응고 냉각 속도) ≤ 100.0
단, 응고 냉각 속도는, 주조시에 강판이 응고할 때의 평균 냉각 속도(℃/초)를 나타낸다. [식3]
용접 입열, 초대입열 용접, HAZ 인성, 강판, 응고 냉각 속도

Description

초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판 {STEEL PLATE HAVING HEAT-AFFECTED ZONE PROVIDING EXCELLENT TOUGHNESS FOR ULTRA HIGH INPUT WELDING}
본 발명은 선박, 건축, 해양 구조물 등의 용접 구조물에 적용되는 강판에 관한 것으로, 특히 초대입 용접했을 때에 열 영향을 받는 부위(이하,「HAZ」라 부르는 일이 있음)의 인성이 우수한 강판에 관한 것이다.
선박, 건축, 해양 구조물 등의 각 분야에 있어서의 구조물은, 강재를 용접에 의해 접합하여 구축되는 것이 일반적이지만, 이러한 구조물에 사용되는 강재에는, 안전성 확보의 관점으로부터, 강재 강도는 물론, 용접부의 인성도 양호한 것이 요구된다.
최근, 용접 구조물의 대형화에 수반하여, 구조물의 시공 효율의 향상과 시공 비용의 저감의 관점으로부터, 용접 시공 효율의 향상이 요구되어, 용접 입열의 증대가 지향되고 있다. 특히, 용접 입열이 60 kJ/㎜ 이상으로 되는 초대입열 용접이 실시되는 경향이 있다.
상기와 같은 초대입열 용접을 실시하는 데 있어서는, 용접 모재(피용접재로 서의 강판)의 열 영향을 받는 HAZ[용접 금속과 모재와의 계면(본드부)보다도 모재측 수 ㎜의 위치]에 있어서의 인성이 문제로 된다. 이 HAZ는, 용접시에 모재가 용융점 바로 아래의 고온에 노출되어, 금속 조직에 있어서의 오스테나이트립이 조대해지기 쉽고, 또한 용접 입열의 증대에 의해 냉각 속도도 느려지므로, 조대 조직이 형성되기 쉽다. 이러한 것이 원인이 되어, HAZ 인성이 저하되기 쉽다는 문제가 있었다.
대입열 용접법을 채용한 경우의 HAZ 인성 열화를 억제하는 강판으로서, 지금까지도 다양한 것이 제안되어 있고, 예를 들어 특허 문헌 1, 2에는, TiN을 강판 중에 미세 분산시키는 동시에, MnS를 복합 석출시켜 오스테나이트립의 조대화 방지를 억제하는 것에 의해, HAZ 인성을 개선하는 기술이 제안되어 있다. 또한 특허 문헌 3, 4에는, Ti 산화물을 미세 석출시키는 것에 의해, 페라이트 변태의 핵 생성 사이트로서 이용하여, 용접 본드부 근방의 인성을 개선하는 기술이 제안되어 있다.
특허 문헌 5에는, 용접시의 냉각 과정에서 TiN 등 위에 석출하는 BN을 페라이트 변태의 핵 생성 사이트로서 이용하여, HAZ 인성을 개선하는 기술이 제안되어 있다.
그런데, 고용 N이 지나치게 많으면 HAZ 인성이 열화하는 것도 알려져 있고, HAZ 인성의 개선에는 저N화가 도모되는 것이 일반적이다(예를 들어, 비특허 문헌 1). 또한 특허 문헌 6에서는, 고용 N을 철저하게 저감한다는 관점으로부터, Ti와 충분한 양의 Al을 함유시키고, 또한 미세 산화물로서 Ca 산화물을 활용하는 것에 의해, 초대입열 용접에 있어서의 HAZ 인성을 향상시키는 기술도 제안되어 있다.
한편, 특허 문헌 7에는, CaS를 활용하는 것에 의해, 대입열 용접에 있어서의 HAZ 인성의 개선을 도모하는 기술도 제안되고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평2-250917호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평2-254118호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 소60-245768호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 소61-79745호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허 공개 소61-253344호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허 공개 제2001-107177호 공보
[특허 문헌 7] 일본 특허 공개 제2001-356379호 공보
[비특허 문헌 1] 용접 학회 논문집 vol.13, No.4, P758 내지 766, (1985 년 11월 발행)
그러나, 지금까지 제안되어 온 기술에서는 모두, HAZ 인성을 근본적으로 개량할 수 있는 것에 이르고 있지 않고, 각각 하기와 같은 문제가 있다.
TiN을 강 중에 미세 분산시키는 기술에서는(상기 특허 문헌 1, 2, 5), 대입열 용접을 행했을 때에, 용접 본드부 근방이 고온에 장시간 가열되는 것이 되므로, TiN이 용해되어 버려, 결정립의 조대화를 억제할 수 없어, 양호한 HAZ 인성을 얻을 수 없는 것이 실정이다.
또한 Ti 산화물을 미세 석출시키는 기술에서는(상기 특허 문헌 3, 4), 산화물을 강 중에 균일하게 분산시키는 것이 곤란하므로, HAZ 인성을 양호하게 할 수는 없다는 문제가 있다. 고용 N을 저감하는 기술에서는(상기 특허 문헌 6, 비특허 문헌 1), 과잉의 Ti를 함유시키면 고용 Ti양이 증가하는 것이 되어, 반대로 취화(脆化) 조직이 생성된다는 문제가 있다.
또한 CaS를 활용하는 기술에서는(상기 특허 문헌 7), CaS가 비교적 조대한 것으로 되어, HAZ 인성을 향상시키는 데에는 이르고 있지 않다. 또한, 이 기술에서는, TiN을 병용하는 것도 고려되고 있지만, TiN에 의한 페라이트 생성 능력과의 상승 효과를 충분히 활용할 수 없어, 대입열 용접에 있어서의 HAZ 인성을 개선하는 효과는 충분하지는 않다는 문제도 있다.
본 발명은, 이러한 종래 기술에 있어서의 과제를 해결하기 위한 것이며, 그 목적은, 용접 입열이 60 kJ/㎜ 이상인 초대입열 용접을 행한 경우는 물론, 예를 들 어 용접 입열이 15 kJ/㎜ 이상인 입열량이 비교적 커지는 용접을 행한 경우라도, 우수한 HAZ 인성을 발휘할 수 있는 강판을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하여 얻은 본 발명의 강판이라 함은, C : 0.03 내지 0.10 ％(질량％의 의미, 이하 동일함), Si : 0.50 ％ 이하(0 ％를 포함함), Mn : 1.0 내지 2.0 ％, P : 0.015 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), S : 0.0010 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Al : 0.005 내지 0.060 ％, Ti : 0.008 내지 0.030 ％, N : 0.0050 내지 0.010 ％, Ca : 0.0015 내지 0.0035 ％ 및 O : 0.0015 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)를 각각 함유하는 동시에, 하기 식1 내지 식3에서 규정되는 관계를 각각 만족하는 점에 요지를 갖는 것이다.
[식1]
1.0 ≤ [Ti]/[N] ≤ 2.5
단, [Ti] 및 [N]은, 각각 Ti 및 N의 함유량(질량％)을 나타낸다.
[식2]
2.0 ≤ 1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O]) ≤ 10.0
단, [Ca], [S] 및 [O]는, 각각 Ca, S 및 O의 함유량(질량％)을 나타낸다.
[식3]
0.1 ≤ [1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]/(응고 냉각 속도) ≤ 100.0
단, 응고 냉각 속도 : 주조시에 강판이 응고할 때의 평균 냉각 속도(℃/초)를 나타낸다.
본 발명의 강판에는, 필요에 따라, (a) B : 0.0035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (b) Cu : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및 Cr : 1.50 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (c) Mo : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (d) Nb : 0.035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 V : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (e) Mg : 0.005 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (f) Zr : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 Hf : 0.05 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (g) Co : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 W : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (h) REM : 0.010 ％ 이하(0을 포함하지 않음) 등을 함유하는 것도 유효하고, 이들 함유되는 성분에 따라서 강판의 특성을 더 개선시킬 수 있다.
본 발명의 강판에서는, HAZ 인성에 영향을 주는 원소에 대해, 소정의 관계식을 만족시키면서 화학 성분 조성을 엄밀하게 규정하여 적정화를 도모하는 것에 의해, 양호한 HAZ 인성을 발휘하는 강판을 실현할 수 있고, 이러한 강판은 각종 건축 구조물 등의 소재로서 매우 유용하다.
본 발명자들은, 상기한 과제를 달성하기 위해, 초대입열 용접을 행했을 때의 HAZ 인성에 미치는 요인에 대해 다양한 각도로부터 연구를 거듭했다. 그 결과, 강판의 HAZ 인성은, 취화 조직의 생성의 유무에 크게 영향받는 것, 및 이 취화 조직의 생성은, 고온으로 가열된 영역에 있어서의 오스테나이트의 조대화 억제와, 냉각 시에 페라이트 변태를 촉진하는 변태핵의 미세 분산에 의해 방지할 수 있다는 지견이 얻어졌다. 종래에는, 이들이 불충분했기 때문에 HAZ의 인성을 안정적으로 양호하게 할 수 없었던 것이라고 생각되었다.
따라서 본 발명자들은, 페라이트 변태핵의 미세 분산을 위해, 주조시의 응고 단계에 있어서의 CaS, TiN, 및 그들을 핵으로 하여 생성하는 MnS를 유효하게 활용한다는 착상 하에서 더욱 검토를 거듭했다. CaS, TiN은 단독으로 존재하거나, MnS와 복합 석출하여 존재하지만, 그들을 미세 분산하여 페라이트 생성핵을 다수 분산시키기 위해서는, 강판의 화학 성분 조성을 적절하게 조정한 후, 하기 식1 및 식2의 관계를 만족시키는 것이 유효한 것을 명백하게 했다. 또한 CaS는, 보다 고온에서 정출(晶出)하기 위해 주조 시간의 응고 냉각 속도에 대해서도 고려하는 것이 중요하다. 이 응고 냉각 속도가 느려지면, CaS가 조대화되어 페라이트 생성핵을 증가시킬 수 없게 되므로, 최저한 필요한 냉각 속도를 하기 식3에서 규정한 것이다.
종래에는, 고용 N에 의한 인성 저하를 위해 저N화가 도모되고 있는 것이 일반적이지만(상기 비특허 문헌 1), 본 발명에서는 CaS를 병용하는 것에 의해, [Ti]/[N]비를 낮게(적극적으로 고N화) 한 경우에 많아지는 고용 N의 영향을 저감할 수 있고, 또한 TiN 자체도 미세 분산되어, HAZ 인성이 개선된 점이 중요한 포인트로 된다. 이러한 관점으로부터 하기 식1 내지 식3을 규정하는 것인데, 이들의 식을 규정한 이유는 하기와 같다.
[식1]
1.0 ≤ [Ti]/[N] ≤ 2.5
단, [Ti] 및 [N]은, 각각 Ti 및 N의 함유량(질량％)을 나타낸다.
TiN을 미세하게 분산하고, 페라이트 핵 생성핵을 다수 생성시키기 위해서는, Ti와 N의 첨가 균형을 이 범위로 해 둘 필요가 있다. 이 밸런스로 조정하는 것에 의해 CaS, MnS 등과의 페라이트 생성핵을 증가시킬 수 있어, 초대입열에 있어서의 양호한 HAZ 인성을 확보할 수 있다. [Ti]/[N]의 값(이하,「P치」라 부름)이 2.5를 초과하면 TiN은 조대화되고, 1.0 미만이면 TiN 생성량 그 자체가 적어진다. 이러한 관점으로부터, 상기 식1을 규정했다. 또한, [Ti]/[N]의 값의 바람직한 하한은 1.5이고, 바람직한 상한은 2.0이다.
[식2]
2.0 ≤ 1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O]) ≤ 10.0
단, [Ca], [S] 및 [O]는, 각각 Ca, S 및 O의 함유량(질량％)을 나타낸다.
[식3]
0.1 ≤ [1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]/(응고 냉각 속도) ≤ 100.0
단, 응고 냉각 속도는, 주조시에 강판이 응고할 때의 평균 냉각 속도(℃/초)를 나타낸다.
강판의 응고 단계에서 CaO가 생성된 후, CaS를 미세하게 분산시키기 위한 필요 조건은 상기 식2 또한 식3으로 나타내어진다. 각각의 성분에 대한「계수」는, 각 원소가 CaS의 미세화에 기여하는 정도를 나타내고 있고, 실험에 의해 구한 것이다.
본 발명에서 규정하는 화학 성분의 범위 하에서는, Ca, S 및 O의 순으로 고 밀도로 분산시키는 경향이 강한 것을 나타내고 있다. [1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]의 값(이하,「Q치」라 부름)을 2.0 내지 10.0의 범위로 설정하는 것에 의해, 초대입열에 있어서의 HAZ 인성 확보에 유효한 페라이트 생성핵을 다수 도입할 수 있어, 양호한 HAZ 인성이 얻어지는 것이다.
또한, 분산 상태는 냉각 속도의 영향도 받기 때문에 고려할 필요가 있다. [1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]/(응고 냉각 속도)의 값(이하,「R치」라 부름)이 100.0을 초과하면 CaS가 조대하게 되어, 필요한 분산 상태가 얻어지지 않는다. 그 때문에 R치는 100.0 이하로 할 필요가 있다. 한편, R치가 0.1 미만이 되면, 냉각 속도가 지나치게 빨라, CaO나 CaS가 정출할 시간적 여유가 없어지는 것이 된다. R치의 바람직한 하한은 5(보다 바람직하게는 10)이고, 바람직한 상한은 90(보다 바람직하게는 80)이다.
본 발명의 강판에서는, 그 특성을 발휘시키기 위해서는, 그 화학 성분 조성도 적절한 범위로 제어하는 것도 중요한 요건이다. 상기 식1 내지 식3에 관여하는 원소(Ti, N, Ca, S 및 O)도 포함하고, 그 범위 한정 이유는, 다음과 같다.
[C : 0.03 내지 0.10 ％]
C는 강판(용접 모재)의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이며, 원하는 강도를 확보하기 위해서는 0.03 ％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, C를 과잉으로 함유시키면, HAZ 인성이 오히려 저하하는 것이 된다. 이러한 점으로부터, 그 상한은 0.10 ％로 할 필요가 있다. 또한, C 함유량의 바람직한 하한은 0.05 ％이고, 바람직한 상한은 0.08 ％이다.
[Si : 0.50 ％ 이하(0 ％를 포함함)]
Si는 강판의 강도를 확보하기 위해 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유된다. 그러나, 과잉으로 함유되면 강재(모재)에 섬 형상 마르텐사이트상(M-A상)을 다량으로 석출시켜 HAZ 인성을 열화시킨다. 이러한 점으로부터, 그 상한을 0.50 ％로 했다. 또한, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.1 ％이고, 바람직한 상한은 0.4 ％이다.
[Mn : 1.0 내지 2.0 ％]
Mn은 켄칭(quenching)성을 향상시켜 강판 강도를 확보하는데 있어서 유효한 원소이며, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Mn은 1.0 ％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 Mn을 과잉으로 함유시키면, 강판의 HAZ 인성이 열화하므로 상한을 2.0 ％로 한다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 1.3 ％이고, 바람직한 상한은 1.8 ％이다.
[P : 0.015 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
P는 가피적으로 혼입해 오는 불순물이며, 강판 및 HAZ의 인성에 악영향을 미치므로 가능한 한 적은 쪽이 바람직하다. 이러한 관점으로부터, P는 0.015 ％ 이하로 억제하는 것이 좋다. P 함유량의 바람직한 상한은 0.01 ％이다.
[S : 0.0010 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
S는 주조시의 강판 응고시에 강판 중에 CaS를 형성하는 것에 의해, 용접 후에 CaS 상에 MnS를 형성시켜, HAZ부에 있어서의 페라이트 형성에 유효하게 작용하는 원소이다. 이러한 효과는 그 함유량이 증가함에 따라서 증대하지만, 0.0010 ％ 보다도 과잉으로 함유되면, 모재 및 HAZ의 인성이 열화한다. 또한, S에 의한 상기 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.0005 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 또한 바람직한 상한은 0.0007 ％이다. 이 S를 소정 범위로 저감시키기 위해서는, 탈류(脫硫) 시간을 비교적 길어지도록(예를 들어 25분 이상) 하면 좋다.
[Al : 0.005 내지 0.060 ％]
Al은 탈산제로서 유효한 원소인 동시에, 강판의 마이크로 조직 미세화에 의한 모재 인성 향상 효과도 발휘한다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Al 함유량은 0.005 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, 과잉으로 함유되면 강판(모재)에 섬 형상 마르텐사이트상(M-A상)을 다량으로 석출시켜 HAZ 인성을 열화시킨다. 이러한 점으로부터, 그 상한을 0.060 ％로 했다. 또한, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.01 ％이고(보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상), 바람직한 상한은 0.04 ％이다.
[Ti : 0.008 내지 0.030 ％]
Ti는 질화물을 형성하고, 대입열 용접시에 구 오스테나이트립의 조대화를 억제하고, HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti 함유량은 0.008 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Ti를 과잉으로 함유시키면 조대한 개재물을 석출시켜, 오히려 HAZ 인성을 열화시키므로, 그 상한을 0.030 ％로 한다. 또한, Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.01 ％이고, 바람직한 상한은 0.025 ％이다.
[N : 0.0050 내지 0.010 ％]
대입열 용접 HAZ에 있어서 인성을 고위로 확보하기 위해서는, 구 오스테나이트립 내에 TiN을 미세 석출시켜 구 오스테나이트립의 조대화를 방지하는 것이 유효하다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, N 함유량은 0.0050 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, N의 함유량이 과잉으로 되어 0.010 ％를 초과하면 조대한 TiN이 석출되어 HAZ 인성이 저하한다. 또한, N 함유량의 바람직한 하한은 0.006 ％이고, 바람직한 상한은 0.009 ％(보다 바람직하게는 0.008 ％)이다.
[Ca : 0.0015 내지 0.0035 ％]
Ca는 황화물의 형태를 제어하여 HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.0015 ％ 이상 함유시킬 필요가 있지만, 0.0035 ％를 초과하여 과잉으로 함유시켜도 HAZ 인성이 오히려 열화한다. 또한, Ca 함유량의 바람직한 하한은 0.002 ％이고, 바람직한 상한은 0.003 ％이다.
[O : 0.0015 ％ 이하(0을 포함하지 않음)]
O는 불가피적 불순물로서 함유되지만, 강 중에서는 산화물로서 존재한다. 그러나, 그 함유량이 0.0015 ％를 초과하면 조대한 CaO가 생성되어 HAZ 인성이 열화한다. 이러한 점으로부터, O 함유량의 상한을 0.0015 ％로 한다. O 함유량의 바람직한 상한은 0.0013 ％이다.
본 발명의 강판에 있어서, 상기 성분 외에는, Fe 및 불가피적 불순물(예를 들어, Sb, Se, Te 등)로 이루어지는 것이지만, 그 특성을 저해하지 않을 정도의 미량 성분(허용 성분)도 포함할 수 있는 것이며, 이러한 강판도 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 또한 필요에 따라, (a) B : 0.0035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않 음) (b) Cu : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및 Cr : 1.50 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (c) Mo : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (d) Nb : 0.035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 V : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (e) Mg : 0.005 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (f) Zr : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 Hf : 0.05 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (g) Co : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 W : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), (h) REM : 0.010 ％ 이하(0을 포함하지 않음) 등을 함유하는 것도 유효하다. 이들 성분을 함유시킬 때의 범위 한정 이유는, 다음과 같다.
[B : 0.0035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
B는 초대입열 HAZ의 본드부 부근에서는 BN을 중심으로 한 입내(粒內) 페라이트를 생성시키는 동시에, 고용 N의 고정 작용도 갖고, HAZ 인성 개선에 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유된다. 그러나, B의 함유량이 과잉이 되면 본드부의 조직이 조대 베이나이트 조직으로 되기 때문에 반대로 HAZ 인성을 열화시켜 버린다. 이러한 점으로부터, B를 함유시킬 때에는, 그 상한을 0.0035 ％로 하는 것이 좋다. 바람직한 범위는 0.0010 내지 0.0025 ％로 한다.
[Cu : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및 Cr : 1.50 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상]
Cu, Ni 및 Cr은 모두 켄칭성을 높여 강도를 향상시키는 데 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유된다. 그러나, 이들의 원소의 함유량이 과잉이 되면, HAZ 인성이 오히려 저하하므로 Cu 및 Ni에 대해서는 2 ％ 이하(보다 바람직하게는 1 ％ 이하), Cr에 대해서는 1.50 ％ 이하(보다 바람직하게는 1 ％ 이하)로 하는 것이 좋다. 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 모두 0.20 ％(보다 바람직하게는 0.40 ％)이다.
[Mo : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
Mo는 켄칭성을 향상시켜 강도 확보에 유효하고, 템퍼링 취성을 방지하기 위해 적절하게 이용된다. 이러한 효과는 그 함유량이 증가함에 따라서 증대하지만, Mo 함유량이 과잉이 되면 HAZ 인성이 열화하므로, 0.5 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이하로 하는 것이 좋다.
[Nb : 0.035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 V : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
Nb 및 V는 켄칭성을 향상시켜 모재 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다. 또한 V는 템퍼링 연화 저항을 높게 하는 효과도 있다. 그러나, 다량으로 함유되면 HAZ 인성이 열화하기 때문에, Nb로 0.035 ％ 이하(보다 바람직하게는 0.030 ％ 이하), V로 0.1 ％ 이하(보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하)로 하는 것이 좋다. 또한, 이들의 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 함유량은, Nb로 0.005 ％ 이상, V로 0.01 ％ 이상이다.
[Mg : 0.0050 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
Mg는 MgO를 형성하여, HAZ에 있어서의 오스테나이트립의 조대화를 억제하는 것에 의해, HAZ 인성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유된다. 그러나 Mg의 함유량이 과잉이 되면, 개재물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화하기 때문에, 0.0050 ％ 이하(보다 바람직하게는 0.0035 ％ 이하)로 하는 것이 좋다.
[Zr : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 Hf : 0.05 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
Zr 및 Hf는 Ti와 마찬가지로 N과 질화물을 형성하고, 용접시에 있어서의 HAZ의 오스테나이트립을 미세화하여, HAZ 인성 개선에 유효한 원소이다. 그러나, 과잉으로 함유되면 HAZ 인성을 오히려 저하시킨다. 이 때문에, 이들 원소를 함유할 때에는, Zr은 0.1 ％ 이하, Hf는 0.05 ％ 이하로 한다.
[Co : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및/또는 W : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]
Co 및 W는 켄칭성을 향상시켜 모재 강도를 높이는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유된다. 그러나, 과잉으로 함유하면 HAZ 인성이 열화하기 때문에, 상한을 모두 2.5 ％ 이하로 한다.
[REM : 0.010 ％ 이하(0을 포함하지 않음)]
REM(희토류 원소)은 강재 중에 불가피적으로 혼입해 오는 개재물(산화물이나 황화물 등)의 형상을 미세화ㆍ구상화하는 것에 의해, HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유된다. 이러한 효과는, 그 함유량이 증가함에 따라서 증대하지만, REM의 함유량이 과잉이 되면, 개재물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화하기 때문에, 0.010 ％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, REM이라 함은, 란타노이드 원소(La 내지 Ln까지의 15 원소) 및 Sc(스칸듐)와 Y(이트륨)를 포함하는 의미한다.
또한, 본 발명에서 대상으로 하는 강판은, 기본적으로는 판 두께가 60 ㎜ 이상인 후강판을 상정한 것이지만, 그 이하의 판 두께에 있어서도 동등한 특성을 갖는 것으로 되어, 본 발명의 대상으로 포함되는 것이다. 또한, 본 발명의 강판을 용접할 때의 입열량은 60 kJ/㎜ 이상을 상정한 것이며, 이러한 초대 열량으로 용접을 행했을 때에 양호한 HAZ 인성을 나타내는 것으로 되지만, 이러한 입열량에 한정되지 않고, 예를 들어 15 kJ/㎜ 이상으로 되는 입열량이라도 양호한 HAZ 인성을 나타내는 것으로 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 전ㆍ후기의 취지에 비추어 설계 변형하는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
(실시에)
하기 표1 내지 표3에 나타내는 화학 성분 조성의 강을 통상의 용제법에 의해 용제하여, 이 용강을 주조시(주편 표면 온도 : 1300 내지 1000 ℃의 온도 범위)에 있어서의 평균 냉각 속도(응고 냉각 속도)를 제어하면서 냉각하여 슬래브로 한 후, 950 내지 1300 ℃로 가열하여 열간 압연을 행하여, 판 두께 : 80 ㎜의 열간 압연판으로 하고, 필요에 따라 켄칭을 행하여, 각종 고장력 강판(시험판)으로 했다. 또한, 표1에 있어서, REM은 La를 50 ％ 정도와 Ce를 25 ％ 정도 함유하는 미쉬메탈(mischmetal)의 형태로 첨가했다. 또한 표1 내지 표3 중「―」은 원소를 첨가하 고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 또한, 표1 내지 표3에는, 본 발명에서 규정하는 P치([Ti]/[N]), Q치[1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]에 대해서도 나타냈다. 또한 응고 냉각 속도는, 냉각 수량에 의해 제어하는 동시에, 방사 온도계에 의해 측정했다.
[표1]
Figure 112007083075105-pat00001
[표2]
Figure 112007083075105-pat00002
[표3]
Figure 112007083075105-pat00003
얻어진 각종 강판에 대해, 하기의 방법으로 인장 특성을 측정하는 동시에, 하기의 조건에 의해 용접을 행하여, 용접부를 작성했다.
[강판의 인장 특성]
강판의 t/4(t는 판 두께)로부터 JIS Z 2201 4호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241의 요령으로 인장 시험을 행하여, 인장 강도(TS)를 측정했다. 본 발명에서는, 인장 강도 TS : 440 ㎫ 이상을 합격으로 했다.
[용접 조건]
용접 방법 : 일렉트로 가스 아크 용접
용접 전류 : 400 A
용접 전압 : 40 V
용접 속도 : 0.58 ㎜/초
입열량 : 60 kJ/㎜
용접 와이어 : DWS-50GTR, DWS-50GTF
선단 개방 형상 : 선단 개방 각도 18°(역V자형 선단 개방), 루트 간격 : 10 ㎜
얻어진 용접부에 있어서, 도1에 도시하는 바와 같이, 강판의 t/4(t는 판 두께)의 위치로부터, 샤르피 충격 시험편(JIS Z 2202 : 높이 10 ㎜ × 폭 10 ㎜ × 길이 55 ㎜)을 채취하고, 본드부로부터 + 0.5 ㎜ 모재측 위치에 노치를 넣고, -55 ℃에서의 V 샤르피 충격치(vE-55)를 측정하여, HAZ 인성을 평가했다. 이때 V 샤르피 충격치(vE-55)가 100 J 이상을 합격으로 했다.
이들 결과를, 제조시의 응고 냉각 속도와 함께, 하기 표4 내지 표6에 나타낸 다. 또한, 표4 내지 표6에는, 입열량이 15 kJ/㎜이고, 하기의 용접 조건으로 용접했을 때에, 상기와 마찬가지로 하여 측정한 V 샤르피 충격치(vE-55)에 대해서도 나타냈다.
[용접 조건]
판 두께 : 25 ㎜
선단 개방 각도 : 40°
루트 폭 : 11 ㎜
용접 재료(용접 와이어) : DWS-50G(1.6 ㎜φ)
[표4]
Figure 112007083075105-pat00004
[표5]
Figure 112007083075105-pat00005
[표6]
Figure 112007083075105-pat00006
이들 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 우선 시험 No.1 내지 37의 것은, 본 발명에서 규정하는 요소를 만족하는 것이며, 강판(모재)의 강도는 목표를 만족하고, HAZ 인성도 목표 평균 100 J 이상을 충분히 만족하는 것이다. 또한 이들은, 입열량이 15 kJ/㎜와 같은 용접 조건에 있어서도, 충분한 HAZ 인성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
이것에 반해, 시험 No.38 내지 67의 것은, 본 발명에서 규정하는 어느 하나의 요건을 결여하는 것이며, 어느 하나의 특성이 열화하고 있다. 이 중 시험 No.38 내지 53, 67의 것은, 화학 성분 조성이 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 것이며(시험 No.51, 67의 것은 P치도 큼), 시험 No.54의 것은, 화학 성분 조성 은 만족하지만 P치가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 것이다. 시험 No.55 내지 61, 65의 것은, 화학 성분 조성은 만족하지만 Q치가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 것이다. 시험 No.62 내지 64, 66의 것은, 화학 성분 조성은 만족하지만 R치가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 것이다.
도1은 용접부로부터 샤르피 충격 시험편의 채취 위치를 도시하는 개략 설명도.

Claims (9)

  1. C : 0.03 내지 0.10 ％(질량％의 의미, 이하 동일함), Si : 0.50 ％ 이하(0 ％를 포함함), Mn : 1.0 내지 2.0 ％, P : 0.015 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), S : 0.0010 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Al : 0.005 내지 0.060 ％, Ti : 0.008 내지 0.030 ％, N : 0.0050 내지 0.010 ％, Ca : 0.0015 내지 0.0035 ％ 및 O : 0.0015 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)를 각각 함유하고, 잔량부 : Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 식1 내지 식3에서 규정되는 관계를 각각 만족하는 것을 특징으로 하는 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
    [식1]
    1.0 ≤ [Ti]/[N] ≤ 2.5
    단, [Ti] 및 [N]은, 각각 Ti 및 N의 함유량(질량％)을 나타냄.
    [식2]
    2.0 ≤ 1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O]) ≤ 10.0
    단, [Ca], [S] 및 [O]는, 각각 Ca, S 및 O의 함유량(질량％)을 나타냄.
    [식3]
    0.1 ≤ [1000 × ([Ca] + 2 × [S] + 3 × [O])]/(응고 냉각 속도) ≤ 100.0
    단, 응고 냉각 속도는, 주조시에 강판이 응고할 때의 평균 냉각 속도(℃/초)를 나타냄.
  2. 제1항에 있어서, B : 0.0035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  3. 제1항에 있어서, Cu : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 및 Cr : 1.50 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  4. 제1항에 있어서, Mo : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  5. 제1항에 있어서, Nb : 0.035 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), V : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 또는 이들 모두를 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  6. 제1항에 있어서, Mg : 0.005 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  7. 제1항에 있어서, Zr : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Hf : 0.05 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 또는 이들 모두를 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어 서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  8. 제1항에 있어서, Co : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), W : 2.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음) 또는 이들 모두를 함유하는 것인 초대입열 용접에 있어서의 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강판.
  9. 제1항에 있어서, REM : 0.010 ％ 이하(0을 포함하지 않음)를 함유하는 것인 강판.
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