KR100983140B1 - 용접 열 영향부의 인성이 우수한 고장력 후강판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 화학 성분 조성을 적절하게 조정하는 동시에, 산화물, 황화물 혹은 질화물 등의 개재물의 형태 및 개수를 적절하게 제어함으로써, 대입열 용접에 있어서도 양호한 HAZ 인성을 확보할 수 있는 고장력 후강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 고장력 후강판은 소정의 화학 성분 조성을 갖는 동시에, 표면에 복수개의 요철을 갖는 개재물 중, 오목부의 최소 곡률 반경이 0.1 내지 2.0 ㎛이며, 산화물, 황화물 및 질화물 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지고, 원상당 직경이 0.2 내지 5 ㎛인 개재물이 관찰 시야 1 ㎟당 100개 이상 존재하는 것이다.

고장력 후강판, 용접 열 영향부, 페라이트, HAZ 인성, REM

Description

용접 열 영향부의 인성이 우수한 고장력 후강판{HIGH TENSILE STRENGTH THICK STEEL SHEET HAVING EXCELLENT HAZ TOUGHNESS}

본 발명은 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 용접 구조물에 적용되는 강판에 관한 것으로, 특히 대입열 용접 후의 용접 열 영향부(이하, 단순히「HAZ」라고 부르는 경우가 있음)의 인성이 우수한 후강판에 관한 것이다.

최근, 상기 각종 용접 구조물의 대형화에 수반하여, 판두께가 50 ㎜ 이상인 후강판의 용접이 불가피해지고 있다. 이로 인해, 모든 분야에 있어서, 용접 시공 효율의 향상이나 시공 비용의 저감을 목적으로 하여, 대입열 용접이 지향되는 상황이다.

그러나, 대입열 용접을 행하면, HAZ가 고온의 오스테나이트 영역까지 가열된 후 서냉되므로, 가열 시에 오스테나이트 입자 성장, 서냉 시에 있어서의 오스테나이트 입계로부터의 입계 페라이트 생성에 기인하여 HAZ의 조직이 조대화되고, 그 부분의 인성이 열화되기 쉽다는 문제가 있다. 이러한 것으로부터, 대입열 용접을 실시해도 HAZ에 있어서의 인성(이하, 「HAZ 인성」이라고 부르는 경우가 있음)을 높은 수준으로 유지하는 기술의 확립이 기대되고 있다.

대입열 용접 시에 있어서의 HAZ 인성을 확보하기 위해 적용되는 대표적인 기술로서, 산화물, 황화물 혹은 질화물 등의 개재물을 기점으로 한 입자 내 변태 촉진에 의한 조직 미세화 기술을 들 수 있다. 이 기술은 용접 종료 후의 냉각 시에 있어서, 입자 내에 존재하는 개재물에 의해 미세한 변태 조직을 발달시켜 조대한 입계 페라이트 생성을 억제하고, 이에 의해 HAZ 인성을 확보하는 것이다.

이러한 기술 중, 예를 들어 산화물을 활용한 기술로서, 특허문헌 1에는 O 농도와 Ca 농도를 제어함으로써, MnS를 복합 석출시킨 Ti 함유 산화물을 미세하게 분산시키고, 그것을 핵으로 하는 입자 내 페라이트 변태를 촉진시켜(즉, 조대한 입계 페라이트 생성을 억제함) 기술이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는 Ti와 Mg을 복합 첨가한 시스템으로, 입자 내 페라이트 핵이 되는 Ti 함유 산화물과 MnS의 복합체를 생성시킴으로써 HAZ 인성이 우수한 용접용 고장력 강을 얻는 기술이 개시되어 있다.

또한, 황화물을 활용한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 3에는 Ca를 1 내지 49 원자％ 포함하는 Mn 황화물을 분산시키고, 입자 내 페라이트 변태를 촉진함으로써 HAZ 인성이 우수한 용접용 고장력 강을 얻는 기술이 제안되어 있다.

또한, 질화물을 활용한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 4에는 TiN 등을 복합 석출시킨 BN를 페라이트 변태의 핵으로서 이용하여 HAZ 인성을 개선시키는 기술이 제안되어 있다.

산화물, 황화물, 질화물 등의 개재물이 입자 내 변태의 핵으로서 기능하기 위해서는, 직경이 큰 쪽이 유리하고, 비교적 직경이 작은 개재물로는 입자 내 변태에 기여하지 않게 된다. 그러나, 지금까지 제안되어 있는 기술에서는, 입자 내 변태의 핵으로서 기능하는 개재물이 충분히 존재하고 있다고는 말할 수 없어, 필요한 HAZ 인성을 반드시 얻을 수 있다고는 할 수 없는 것이 실정이다.

[특허문헌 1] 일본 특허 제3155104호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 제3256118호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2003-321728호 공보

[특허문헌 4] 일본 특허 출원 공개 소61-253344호 공보

본 발명은 상기와 같은 사정에 주목하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 화학 성분 조성을 적절하게 조정하는 동시에, 산화물, 황화물 혹은 질화물 등의 개재물의 형태 및 개수를 적절하게 제어함으로써, 대입열 용접에 있어서도 양호한 HAZ 인성을 확보할 수 있는 고장력 후강판을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 고장력 후강판이라 함은, C : 0.03 내지 0.12 ％(「질량％」의 의미. 이하 동일함), Si : 0.40 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Mn : 1.0 내지 2.0 ％, P : 0.03 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), S : 0.001 내지 0.025 ％, Al : 0.05 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ti : 0.005 내지 0.10 ％, N : 0.0040 내지 0.030 ％ 및 O : 0.0005 내지 0.010 ％를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 후강판이며, 표면에 복수개의 요철을 갖는 개재물 중, 오목부의 최소 곡률 반경이 0.1 내지 2.0 ㎛이며, 원상당 직경이 0.2 내지 5 ㎛인 산화물, 황화물 및 질화물 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 개재물이, 관찰 시야 1 ㎟당 100개 이상 존재하는 점에 요지를 갖는 것이다.

또한, 상기 「원상당 직경 」이라 함은, 산화물, 황화물 혹은 질화물 등의 개재물의 크기에 주목하여, 그 면적이 동등해지도록 상정한 원의 직경을 구한 것이다. 또한, 본 발명에서 대상으로 하는 개재물은 산화물, 황화물, 혹은 질화물 중 어느 하나의 단일 부재로 이루어지는 개재물은 물론, 이들 2종 이상이 복합 석출된 것도 포함하는 것이다.

본 발명의 고장력 후강판에 있어서는, 하기 식1의 관계를 만족시키는 것이 바람직하고, 이러한 요건을 만족시킴으로써 상기와 같은 형태의 개재물을 용이하게 분산시킬 수 있다.

[식1]

0.05 ≤ 9 × [O]/([S] ＋ 10 × [N]) ≤ 1.20

단, [O], [S] 및 [N]은 각각 O, S 및 N의 함유량(질량％)을 나타낸다.

본 발명의 고장력 후강판에는, 필요에 따라서, 또한, (a) REM : 0.0001 내지 0.05 ％, (b) Zr : 0.0001 내지 0.05 ％, (c) Mg : 0.0001 내지 0.005 ％ 및/또는 Ca : 0.0001 내지 0.005 ％, (d) Cu : 0.1 내지 1.5 ％, Ni : 0.1 내지 1.5 ％, Cr : 0.1 내지 1.5 ％ 및 Mo : 0.1 내지 1.5 ％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (e) Nb : 0.01 내지 0.06 및/또는 V : 0.01 내지 0.1 ％, (f) B : 0.001 내지 0.005 ％ 등을 함유시키는 것도 유용하고, 이러한 원소를 함유시킴으로써 그 종류에 따라서 후강판의 특성이 더 개선되게 된다.

본 발명에 따르면, 강판의 화학 성분 조성을 적절한 범위 내로 억제하는 동시에, 산화물, 황화물 혹은 질화물을 적어도 포함하는 개재물의 형태 및 그 개수를 적절하게 제어함으로써, 입자 내 변태에 기여하는 개재물 개수를 증대시킬 수 있어, HAZ의 인성 개선을 도모한 고장력 후강판을 실현할 수 있었다.

일반적으로는, 개재물을 기점으로 한 입자 내 변태에는 직경이 큰 개재물의 존재가 유리하기 때문에, 직경이 비교적 작은 개재물은 입자 내 변태에 기여하지 않아, 충분한 HAZ 인성을 얻을 수 없게 된다. 본 발명자들은 이러한 착상 하에, 대입열 용접에 있어서, 우수한 HAZ 인성을 실현하기 위해, 산화물, 황화물 혹은 질화물 등의 개재물의 형태와 입자 내 변태와의 관계에 대해 다양한 각도에서 검토하였다.

그 결과, 주조 시에 생성하는 산화물, 황화물, 질화물 등의 2차 개재물의 복합 석출에 의해, 표면에 복수개의 요철이 형성되는 개재물 중, 오목부의 최소 곡률 반경이 0.1 내지 2.0 ㎛이며, 원상당 직경이 0.2 내지 5 ㎛인 개재물은 입자 내 변태의 기점으로서 효과적으로 기능하는 것이 판명되었다. 그리고, 이러한 개재물이 소정량 존재하도록 제어한 것에서는, 우수한 HAZ 인성을 발휘하는 용접용 고장력 후강판을 실현할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

개재물의 표면에 상기와 같은 요철을 형성시키기 위해서는, 주조 시의 응고 과정에서 산화물, 황화물, 질화물 등의 개재물의 표면에 복합 석출되는 황화물, 질화물 등의 2차 개재물을 이용하는 것이 효과적이고, 이러한 관점으로부터 주조 시에 응고가 진행되는 1450 내지 1500 ℃의 온도 범위에 있어서의 냉각 시간을 60 내지 300초로 제어하면 된다. 즉, 상기 온도 범위를 소정의 시간 내에서 냉각함으로써, 2차 개재물의 복합 석출 형태가 제어되어 요철이 효과적으로 형성된다. 냉각 시간이 60초보다도 짧으면, 충분한 복합 석출량을 확보할 수 없고, 300초보다 길면, 2차 석출물이 산화물, 황화물, 질화물 등의 개재물을 균일하게 덮도록 복합 석출되어 요철을 얻을 수 없게 된다.

HAZ 인성이 우수한 고장력 후강판을 얻기 위해서는, 상기와 같은 형태의 개재물을 강 중에 관찰 시야 1 ㎟당 100개(이하, 「100/㎟」로 기록하는 경우가 있음) 이상 존재시킬 필요가 있다. 본 발명에서 대상으로 하는 개재물의 크기는 원상당 직경이 0.2 내지 5.0 ㎛인 것이지만, 이 크기가 0.2 ㎛보다 작으면, 필요한 오목부가 충분히 형성되지 않는다. 한편, 5.0 ㎛를 초과하면, 취성 파괴의 기점이 되어 HAZ 인성을 오히려 저하시키게 된다. 또한, 요철을 갖는 개재물이 강 중에 100개/㎟ 미만밖에 존재하지 않는 경우에는 충분한 입자 내 변태 조직을 얻을 수 없어, HAZ 인성이 저하되게 된다.

상기와 같은 오목부를 갖는 개재물이 입자 내 변태의 촉진에 유효하게 기능하는 이유에 대해서는, 그 전체를 해명할 수 있었던 것은 아니지만, 아마 오목부에서의 페라이트 변태 핵 생성 에너지의 저하라고 판단할 수 있었다. 또한, 이러한 관점으로부터 오목부의 최소 곡률 반경은 0.1 ㎛ 이상으로 규정한 것이다. 그러나, 오목부의 최소 곡률 반경은 2.0 ㎛를 초과하면, 평활한 표면에 가까운 것이 되어 오목부의 효과가 감소된다. 또한, 오목부의 최소 곡률 반경이라 함은, 후술하는 방법으로 측정되는 형상 파라미터를 의미하고, 이 값이 크면 요철의 형태가 평탄해지는 것이다. 또한, 이러한 오목부는 곡률 반경이 작을수록 페라이트 변태를 촉진한다는 이유로부터, 「최소」의 곡률 반경이 문제가 되므로, 본 발명에서는 대상으로 하는 개재물의 오목부의 최소 곡률 반경을 규정한 것이다.

본 발명에서 대상으로 하는 개재물은 상기한 형태를 갖는 것이지만, 상기한 요건을 만족시키지 않는 것으로는, HAZ 인성에는 직접 관계되지 않는 것이 된다. 즉, 개재물의 표면에 복수개의 요철이 있어도, 상기 요건을 만족시키지 않는 것으로는 HAZ 인성 향상에 큰 효과를 가져오지 않으므로, 본 발명에서 대상으로 하는 개재물은 되지 않는 것이다.

다음에, 본 발명의 강판에 있어서의 성분 조성에 대해 설명한다. 상기와 같이, 본 발명의 강판은 개재물의 형태나 개수가 상기한 요건을 만족시키고 있어도, 화학 성분 조성이 적정 범위 내에 없으면, HAZ에 있어서의 우수한 인성을 달성할 수 없다. 따라서, 본 발명의 후강판에서는 개재물의 분포 상황이 양호한 것 외에, 각각의 화학 성분의 양이 이하에 기재하는 바와 같은 적정 범위 내에 있는 것도 필요하다. 이들 성분의 범위 한정 이유는 하기와 같다.

[C : 0.03 내지 0.12 ％]

C는 강판의 강도를 확보하기 위해 뺄 수 없는 원소이고, 이러한 효과를 발휘 시키기 위해서는 0.03 ％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.04 ％ 이상이다. 그러나, C 함유량이 0.12 ％를 초과하면, 용접 시에, HAZ에 섬 형상 마르텐사이트상(MA상)이 많이 생성되어 HAZ의 인성 열화를 초래하게 된다. 따라서, C는 0.12 ％ 이하(바람직하게는 0.10 ％ 이하)로 억제할 필요가 있다.

[Si : 0.40 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]

Si는 고용 강화에 의해 강판의 강도를 확보하는 데 유용한 원소이지만, 과잉으로 함유시키면, 용접 시에 HAZ에 섬 형상 마르텐사이트상(MA상)이 많이 생성되어 HAZ의 인성 열화를 초래하게 된다. 이러한 관점으로부터 Si 함유량은 0.40 ％ 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.35 ％ 이하로 억제한다.

[Mn : 1.0 내지 2.0 ％]

Mn은 강판의 강도를 확보하는 면에서 유용한 원소이고, 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 1.0 ％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 1.4 ％ 이상이다. 그러나, 2.0 ％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 HAZ의 강도가 지나치게 상승하여 인성이 열화되므로, Mn 함유량은 2.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.8 ％ 이하이다.

[P : 0.03 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]

불순물 원소인 P는 입계 파괴를 일으키기 쉬워 인성에 악영향을 미치므로, 그 양은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 인성을 확보한다는 관점으로부터 P 함유량은 0.03 ％ 이하로 억제할 필요가 있고, 바람직하게는 0.02 ％ 이하로 한다. 그러나, 공업적으로 강 중의 P를 0 ％로 하는 것은 곤란하다.

[S : 0.001 내지 0.025 ％]

S는 황화물의 생성에 필수적인 원소이고, 특히 주조 시의 응고 과정에서 산화물, 황화물, 질화물 등의 개재물의 표면에 황화물로서 복합 석출됨으로써, 개재물 표면의 요철을 형성하는 면에서 유효하다. S 함유량이 0.001 ％보다도 적어지면, 필요한 요철을 형성하는 데 충분한 복합 석출량을 얻을 수 없으므로, 하한을 0.001 ％로 하였다. 또한, S 함유량이 0.025 ％를 초과하면, 개재물 표면을 균일하게 덮도록 황화물이 복합 석출되고, 오목부의 곡률 반경이 증대되므로, 입자 내 변태의 촉진 효과를 얻을 수 없게 된다. 이러한 것으로부터, S 함유량의 상한을 0.025 ％로 하였다. 또한, S 함유량의 바람직한 하한은 0.002 ％이고, 바람직한 상한은 0.020 ％이다.

[Al : 0.050 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)]

Al은 탈산 원소로서 유효하지만, 그 함유량이 과잉이 되면, 조대한 산화물계 개재물을 형성하여 HAZ 인성을 오히려 저하시키기 때문에, 상한을 0.050 ％로 하였다. 또한, Al 함유량의 바람직한 상한은 0.040 ％이다.

[Ti : 0.005 내지 0.10 ％]

Ti는 질화물 또는 산화물을 형성하여 HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Ti는 0.005 ％ 이상 함유시키는 것이 필요하고, 바람직하게는 0.010 ％ 이상으로 한다. 그러나, Ti 함유량이 과잉이 되면, 질화물 또는 산화물이 조대해져 HAZ의 인성을 열화시키기 때문에, 0.10 ％ 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.080 ％ 이하로 한다.

[N : 0.0040 내지 0.030 ％]

N은 질화물의 생성에 필요한 원소이고, 특히 주조 시의 응고 과정에서 산화물, 황화물, 질화물 등의 개재물의 표면에 질화물로서 복합 석출됨으로써, 개재물 표면의 요철을 형성하는 면에서 유효하다. N 함유량이 0.0040 ％보다도 적으면, 필요한 요철을 형성하는 데 충분한 복합 석출량을 얻을 수 없으므로, 하한을 0.0040 ％로 하였다. 또한, N 함유량이 0.030 ％를 초과하여 과잉이 되면, 개재물 표면을 균일하게 덮도록 질화물이 복합 석출되고, 오목부의 곡률 반경이 증대되므로, 입자 내 변태의 촉진 효과를 얻을 수 없게 된다. 이러한 것으로부터, N 함유량의 상한은 0.030 ％로 할 필요가 있다. 또한, N 함유량의 바람직한 하한은 0.0050 ％이고, 바람직한 상한은 0.025 ％이다.

[O : 0.0005 내지 0.010 ％]

O는 산화물의 생성에 필요한 원소이고, O 함유량이 0.0005 ％보다도 작으면, 충분한 양의 산화물을 얻을 수 없으므로, 하한을 0.0005 ％로 하였다. 또한, O 함유량이 0.010 ％를 초과하여 과잉이 되면, 산화물의 조대화에 의해 HAZ 인성의 저하를 초래하므로, 그 상한을 0.010 ％로 하였다. 또한, 0 함유량에 바람직한 하한은 0.001 ％이고, 바람직한 상한은 0.008 ％이다.

본 발명에서 규정하는 함유 원소는 상기와 같으며, 잔부는 철 및 불가피적 불순물이고, 상기 불가피적 불순물로서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라서 들어가는 원소(예를 들어, Sn, As, Pb 등)의 혼입이 허용될 수 있다. 또한, 상기와 같이 화학 성분 조성의 범위 내에서 하기 식1을 만족시키는 것도 유효하다. 또한 필요에 따라서, 하기 각종 원소를 적극적으로 함유시키는 것도 유효하고, 이러한 원소를 함유시킴으로써 그 종류에 따라서 후강판의 특성이 더 개선되게 된다.

[식1]

0.05 ≤ 9 × [O]/([S] ＋ 10 × [N]) ≤ 1.20

단, [O], [S] 및 [N]은 각각 O, S 및 N의 함유량(질량％)을 나타낸다.

상기 식1의 관계는 산화물, 황화물 및 질화물 등의 생성에 영향을 미치는 원소로서, O, S 및 N을 선택하고, 실험을 기초로 하여 구한 것이다. [9 × [O]/([S] ＋ 10 × [N])의 값(이하, 「Z값」이라고 부르는 경우가 있음)이 0.05보다 작아지면, 황화물, 질화물이 개재물 표면을 균일하게 덮도록 복합 석출되고, 오목부의 곡률 반경이 증대되므로, 입자 내 변태의 촉진 효과를 얻기 어려워진다. 또한, Z값이 1.20을 초과하면, 산화물, 황화물, 질화물 등의 개재물의 표면에 필요한 요철을 형성하는 데 충분한 황화물, 질화물의 복합 석출을 얻기 어려워진다. 또한, Z값의 보다 바람직한 하한은 0.20이고, 보다 바람직한 상한은 1.0이다.

[REM : 0.0001 내지 0.05 ％]

REM(희토류 원소)은 산화물 또는 황화물로서 석출됨으로써, 입자 내 변태를 촉진하는 원소이고, 그 함유량이 0.0001 ％보다도 적으면, 입자 내 변태의 촉진 효과를 충분히 얻을 수 없으므로, 바람직한 하한을 0.0001 ％로 하였다. 또한, REM의 바람직한 함유량이 0.05 ％를 초과하여 과잉이 되면, 산화물 또는 황화물의 조대화에 의해 HAZ 인성의 저하를 초래하므로, 바람직한 상한을 0.05 ％로 하였다. REM 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.0005 ％이고, 보다 바람직한 상한은 0.04 ％ 이다. 또한, 본 발명에 있어서, REM(희토류 원소)이라 함은, 란탄족 원소(La로부터 Ln까지의 15 원소) 및 Sc(스칸듐)과 Y(이트륨)을 포함하는 의미이다.

[Zr : 0.0001 내지 0.05 ％]

Zr은 산화물로서 석출됨으로써, 입자 내 변태를 촉진하는 데 유효한 원소이고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.0001 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Zr의 함유량이 0.05 ％를 초과하면, 산화물의 조대화에 의해 HAZ 인성의 저하를 초래하므로, 0.05 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Zr의 보다 바람직한 하한은 0.0005 ％이고, 보다 바람직한 상한은 0.04 ％이다.

[Mg : 0.0001 내지 0.005 ％ 및/또는 Ca : 0.0001 내지 0.005 ％]

Mg 및 Ca는 모두 산화물의 미세 분산에 유효한 원소이고, 모두 함유량이 0.0001 ％보다도 적어지면, 미세 분산의 효과를 충분히 얻을 수 없으므로, 바람직한 하한을 0.0001 ％로 하였다. 또한, 모두 함유량이 0.0050 ％를 초과하면, 산화물의 조대화에 의해 미세 분산의 효과가 저하되므로, 모두 그 상한을 0.0050 ％로 하였다. 또한, 이들 원소 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.0005 ％이고, 보다 바람직한 상한은 0.0030 ％이다.

[Cu : 0.1 내지 1.5 ％, Ni : 0.1 내지 1.5 ％, Cr : 0.1 내지 1.5 ％ 및 Mo : 0.1 내지 1.5 ％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상]

Cu, Ni, Cr 및 Mo는 모두 강판(모재)의 고강도화에 유효한 원소이고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 모두 0.1 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 원소의 함유량이 과잉이 되면, HAZ 인성의 저하를 초래하므로, 모두 1.5 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 원소의 보다 바람직한 하한은 0.2 ％이고, 보다 바람직한 상한은 1.2 ％이다.

[Nb : 0.01 내지 0.06 및/또는 V : 0.01 내지 0.1 ％]

Nb 및 V는 탄질화물로서 석출되고, 오스테나이트 입자 조대화를 억제함으로써 HAZ 인성을 개선하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 모두 0.01 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 함유량이 과잉이 되면, 조대한 탄질화물이 생성되어 HAZ 인성의 저하를 초래하므로, Nb은 0.06 ％ 이하, V은 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직한 하한은 Nb, V 모두 0.02 ％이고, 보다 바람직한 상한은 Nb은 0.05 ％, V은 0.08 ％이다.

[B : 0.001 내지 0.005 ％]

B는 입계 페라이트 생성을 억제함으로써, HAZ 인성을 향상시키는 원소이고, 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.001 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, B 함유량이 과잉이 되어 0.005 ％를 초과하면, BN으로서 오스테나이트 입계에 석출되고, HAZ 인성의 저하를 초래하므로, 0.005 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, B 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.0015 ％이고, 보다 바람직한 상한은 0.004 ％이다.

본 발명은 후강판에 관한 것이고, 상기 분야에 있어서 후강판이라 함은, JIS에서 정의되어 있는 바와 같이, 일반적으로 판두께가 3.0 ㎜ 이상인 것을 가리킨다. 그러나, 본 발명의 후강판의 판두께는 80 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 후강판은 판두께가 80 ㎜ 이상이 되는 강판이고, 대입열 용접을 행하여 도 양호한 HAZ 인성을 나타내는 것이다. 단, 본 발명의 강판의 두께는 80 ㎜ 이상의 것으로 한정되지 않고, 50 ㎜ 이상, 혹은 그 미만이 되는 강판으로의 적용을 배제하는 것은 아니다.

이렇게 하여 얻게 되는 본 발명의 후강판은, 예를 들어 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 구조물의 재료로서 사용할 수 있고, 소입열 내지 중입열 용접은 물론, 대입열 용접에 있어서도, 용접 열 영향부의 인성 열화를 방지할 수 있다.

(실시예)

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 전ㆍ후기의 취지에 적합한 범위에서 적절하게 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(제1 실시예)

하기 표1, 표2에 나타내는 조성의 강을, 진공 용해로(150 ㎏)를 이용하여, 주조 시의 응고 과정이 진행되는 1450 내지 1500 ℃의 냉각 시간(T)(초)을 변화시키면서 용제하여 슬라브(단면 형상 : 200 ㎜ × 250 ㎜)로 한 후, 1100 ℃로 가열하여 최종 압연 온도가 880 ℃가 되도록 열간 압연을 실시하여, 판두께 : 80 ㎜인 후강판을 제조하였다. 각 후강판의 화학 성분 조성, 냉각 시간(T)(초) 및 Z값을 하기 표1에 나타낸다. 또한, 표1, 표2에 있어서, REM은 La을 50 ％ 정도, Ce을 25 ％ 정도 함유하는 밋슈 메탈의 형태로 첨가하였다. 또한, 표1, 표2 중 「－」는 원소를 첨가하고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

[표1]

[표2]

이렇게 하여 얻게 된 각 후강판으로부터, 용접 이음매 제작용 시험편을 채취하여, 각 시험편의 HAZ에 있어서의 샤르피 충격 시험을 하기의 요령으로 실시하였다. 우선, 각 용접 이음매 제작용 시험편에 V 홈을 가공하고, 입열량 50 kJ/㎜에서 일렉트로 가스 아크 용접을 실시하여 용접 이음매를 얻었다. 이들 용접 이음매로부터 용접 금속부 근방의 HAZ에 절결부를 가공한, 샤르피 충격 시험편(JIS Z 2201의 4호 시험편)을 채취하여 HAZ 인성을 평가하였다. 그리고, JIS Z 2242에 준거하여, －40 ℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여 흡수 에너지(vE_－40)를 측정하였다. 이때 3개의 시험편에 대해 흡수 에너지(vE_－40)를 측정하여 그 평균치를 구하였다. 그리고, vE_－40의 값이 180 J을 초과하는 것을 HAZ 인성이 우수한 것이라고 평가하였다.

샤르피 충격 시험 종료 후, 각 후강판의 시험편에 대해, 파단면으로부터 2 내지 6 ㎜ 이격된, 시험편 중앙부의 HAZ를, 전계 방사식 주사형 전자 현미경(FE-SEM)[「SUPRA35」(상품명) : Carl Zeiss사제]을 이용하여 관찰(단면 관찰)하고, 표면에 복수개의 요철이 존재하는 개재물 중, 오목부의 최소 곡률 반경이 0.1 내지 2.0 ㎛이며, 원상당 직경이 0.2 내지 5.0 ㎛인 산화물, 황화물 및 질화물 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 개재물의 개수 밀도(이하, 「N_A(개/㎟)」로 표기함)를 하기의 방법으로 측정하였다.

<개재물의 개수 밀도(N_A)(개/㎟)의 측정 방법>

(i) 우선 상기 FE-SEM의 관찰 배율을 5000배로 설정하고, 0.0024 ㎟의 면적에 상당하는 관찰 시야를 무작위로 20 시야를 선택하여, 각 관찰 시야의 화상을 촬영하였다. 동시에, 각 시야에 포함되는 개개의 개재물 입자에 대해 EDX(에너지 분 산형 X선 분석)를 실시하고, 구성 원소에 산소, 질소 및 유황 중 1종 혹은 2종 이상이 포함되는 개재물 입자의 화상을, 배율 : 10000배로 촬영하였다. 이렇게 하여 얻게 된 10000배의 화상에 존재하는 산화물, 질화물, 황화물 등의 개재물 중, 표면 형상이 요철인 것을 선택하여, 표면의 오목부 곡률 반경을 하기 (ii)의 순서에 의해 측정하였다.

(ii) 화상 중의 개재물의 윤곽에서, 개재물 오목부 양측의 볼록부에 공통 접선(L1)을 빼고(도1), 접점을 2점(도면 중 A, B) 얻었다. 다음에, 상기 공통 접선과 평행한 오목부의 접선(L2)을 빼고, 접점 C를 얻고, 「Image-Pro Plus」(소프트명 : Media Cybernetic사제)를 이용한 화상 해석에 의해, 이들 3접점(A, B, C)을 지나는 원을 그리고, 그 원의 반경을 개재물 표면의 오목부의 곡률 반경(R)으로 정의하였다.

(iii) 개개의 개재물 표면에 존재하는 오목부 중, 상기한 방법으로 측정한 최소 곡률 반경이, 0.1 내지 2.0 ㎛가 되는 개재물 입자를 선택하여, 화상 해석에 의해 원상당 직경을 구하였다. 그 중에서, 원 상당 직경이 0.2 내지 5.0 ㎛인 개재물의 개수를 5000배에서 20 시야의 화상으로 카운트하여, 관찰 시야 1 ㎟로 환산한 개수 밀도(N_A)(개/㎟)를 구하였다.

상기와 같이 하여 얻게 된 개수 밀도(N_A)를, 각 후강판의 HAZ 시험 결과(vE_－40의 값)와 함께 하기 표3, 표4에 나타낸다.

[표3]

[표4]

이들의 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 우선, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 후강판(표1, 표3의 시험 번호 1 내지 21)의 것에서는, 소정의 형태의 개재물의 개수 밀도(N_A)가 높게 되어 있어, 우수한 HAZ 인성이 달성되어 있는 것을 알 수 있다.

이에 대해, 본 발명에서 규정하는 요건 중 어느 하나가 부족한 후강판(표2, 표4의 시험 번호 22 내지 36)에서는 모두 양호한 HAZ 인성을 얻을 수 없는 것을 알 수 있다.

구체적으로는, 시험 번호 22 내지 25의 것에서는, 바람직한 요건인 Z값 [9 × [O]/([S] ＋ 10 × [N])], 혹은 주조 시의 응고 과정이 진행되는 1450 내지 1500 ℃의 온도 범위에서의 냉각 시간(T)이, 적정한 범위 내에 없기 때문에, 소정 의 형태를 갖는 개재물의 개수 밀도(N_A)가 100개/㎟로 만족되지 않아, 양호한 HAZ 인성을 얻을 수 없게 되어 있다.

시험 번호 26의 것에서는 Si 함유량이 과잉으로 되어 있고, 경질의 MA 조직이 증가하고 있는 것이 예상되고, 이에 의해 HAZ 인성이 저하되어 있다. 시험 번호 27, 28의 것에서는 Al 함유량, O 함유량이 각각 과잉으로 되어 있고, 조대 개재물이 증가하고 있는 것이 예상되어 HAZ 인성이 저하되어 있다.

시험 번호 29 내지 36의 것에서는 어느 하나의 원소의 함유량이 적절한 범위로부터 어긋나 있으므로, 소정의 형태를 갖는 개재물의 개수 밀도(N_A)가 100개/㎟ 미만으로 되어 있어 HAZ 인성이 저하되고 있다.

도1은 개재물의 개수 밀도(N_A)를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면 대용 현미경 사진.

Claims (9)

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

   Si : 0.40 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음),

   Mn : 1.0 내지 2.0 ％,

   P : 0.03 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음),

   S : 0.001 내지 0.025 ％,

   Al : 0.05 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음),

   Ti : 0.005 내지 0.10 ％,

   N : 0.0040 내지 0.030 ％,

   O : 0.0005 내지 0.010 ％를 각각 함유하고,

   하기 [식1]의 관계를 만족시키며, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 후강판이며,

   표면에 복수개의 요철을 갖는 개재물 중, 오목부의 최소 곡률 반경이 0.1 내지 2.0 ㎛이며, 산화물, 황화물 및 질화물 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지고, 원상당 직경이 0.2 내지 5 ㎛인 개재물이 관찰 시야 1 ㎟당 100개 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 용접 열 영향부의 인성이 우수한 고장력 후강판.

   [식1]

   0.05 ≤ 9 × [O]/([S] ＋ 10 × [N]) ≤ 1.20

   단, [O], [S] 및 [N]은 각각 O, S 및 N의 함유량(질량％)을 나타낸다.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 또한, REM : 0.0001 내지 0.05 ％를 함유하는 것인 고장력 후강판.
4. 제1항에 있어서, 또한, Zr : 0.0001 내지 0.05 ％를 함유하는 것인 고장력 후강판.
5. 제1항에 있어서, 또한, Mg : 0.0001 내지 0.005 ％ 및 Ca : 0.0001 내지 0.005 ％로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 고장력 후강판.
6. 제1항에 있어서, 또한, Cu : 0.1 내지 1.5 ％, Ni : 0.1 내지 1.5 ％, Cr : 0.1 내지 1.5 ％ 및 Mo : 0.1 내지 1.5 ％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것인 고장력 후강판.
7. 제1항에 있어서, 또한, Nb : 0.01 내지 0.06 % 및 V : 0.01 내지 0.1 ％로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 고장력 후강판.
8. 제1항에 있어서, 또한, B : 0.001 내지 0.005 ％를 함유하는 것인 고장력 후강판.
9. 제1항에 있어서, 주조시의 응고 과정이 진행되는 1450 내지 1500℃의 온도 범위에 있어서의 냉각 시간을 60초 내지 300초로 제어하는 고장력 후강판.

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