KR101082639B1 - 용접열 영향부의 인성이 우수한 고장력 후강판 - Google Patents

Abstract

대입열 용접에 있어서의 용접열 영향부의 인성이 우수한 용접용 고장력 후강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

조성이 질량％로, C : 0.02 내지 0.12％, Si : 0 내지 0.40％, Mn : 1.0 내지 2.0％, P : 0 내지 0.03％, S : 0 내지 0.015％, Al : 0 내지 0.050％, Ti : 0.005 내지 0.100％, REM : 0.0002 내지 0.0500％ 및 / 또는 Ca : 0.0003 내지 0.0100％, Zr : 0.0001 내지 0.0500％, N : 0.0020 내지 0.0300％, 0 : 0.0005 내지 0.0100％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 강 중에 존재하는 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물이 500개/㎟ 이상이고, 또한 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물이 5개/㎟ 이하이며, 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도로부터 (1)식으로 정의되는 X값이 10.0 미만이다. 단，[insol Mn], [insol REM], [insol Ca]는 각각 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도(질량％)를 나타낸다.

X=100×[insol Mn]/([insol REM]+[insol Ca]+0.05) ······(1)

산화물, 화합물, 농도, 조성, 불가피적 불순물

Description

용접열 영향부의 인성이 우수한 고장력 후강판{HIGH-TENSILE STRENGTH THICK STEEL PLATE WITH EXCELLENT TOUGHNESS OF WELD HEAT AFFECTED ZONE}

본 발명은 조선, 건축 등의 분야에 있어서 구조재로서 사용되고, 대입열 용접의 적용에 대하여 용접열 영향부(이하,「HAZ」라고 부른다)의 인성이 우수한 용접용 고장력 후강판에 관한 것이다.

일반적으로 조선, 건축 등의 분야에 있어서 구조재로서 사용되는 강재는 용접 시공에 의해 접합되는 일이 많아, 모재 인성 외에 우수한 HAZ 인성을 갖는 것이 필수적이다.

최근, 건축, 조선 분야에 있어서의 용접 구조물의 대형화에 수반하여, 판 두께 50㎜ 이상의 후강판의 적용 범위가 계속 확대되고 있으며, 용접 시공 비용 저감의 관점에서 대입열 용접이 요구되고 있다. 그러나, 일반적으로 후강판의 HAZ는 인성 열화를 초래하기 쉬워, 특히 대입열 용접에 있어서 그 경향은 더 현저해진다. 즉, 대입열 용접에 있어서는 HAZ는 용접 시의 가열에 의해 고온의 오스테나이트 영역으로 유지된 후에 서냉되기 때문에 오스테나이트립 성장, 오스테나이트립계로부터의 조대 입계 페라이트 생성 등의 조직 조대화가 초래되기 쉬워, 그것에 수반하 는 인성 열화가 큰 과제로 되어 있다.

이 과제에 대하여, HAZ의 인성(이하, HAZ 인성이라고 호칭한다)을 확보하기 위한 기술로서 크게 나누어 산화물, 황화물, 혹은 질화물 등의 개재물을 이용한 γ립 조대화 억제 기술 및 입자 내 α 변태 촉진 기술이 제안되어 있다. 전자는 강 중에 분산된 개재물 입자가 오스테나이트립 성장을 핀 고정함으로써 고온 가열 시의 오스테나이트립 조대화를 억제하여 미세 조직을 얻는 기술이며, 후자는 개재물을 입자 내 α 변태의 기점으로서 활용하여 용접 종료 후의 서냉 과정에 있어서의 입자 내 α 변태를 촉진함으로써 미세 조직을 얻는 기술이다.

종래, γ립 조대화 억제, 입자 내 α 변태 촉진에 유효한 개재물로서, 주로 TiN이 사용되어 왔다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개2001-20031호 공보(특허 문헌1)에는 조성을 적절하게 제어한 Ti-REM-Ca-Al계 산화물 및 TiN을 이용한 HAZ 인성 개선 기술이 제시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개2003-166017호 공보(특허 문헌2)에는 TiN에 의한 γ립 조대화 억제, Mn 황화물에 의한 입자 내 α 변태 촉진을 이용한 기술이 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개2003-321728호 공보(특허 문헌3)에는, Mg 산화물을 내포하는 TiN에 의한 γ립 조대화 억제, MnCaS에 의한 입자 내 α 변태 촉진을 조합하여 높은 HAZ 인성을 얻는 기술이 제안되어 있다.

그러나, 최근의 용접 입열 증대 경향에 대하여 TiN은 용접 시의 소실·조대화가 진행되기 쉽기 때문에 안정된 HAZ 인성의 확보가 곤란해지고 있다. 그에 대하여 γ립 조대화 억제, 입자 내 α 변태 촉진에 유효한 개재물로서 고온에서 안정 된 산화물, 황화물, 혹은 산황화물을 사용한 기술이 제안되어, 수많은 검토가 이루어지고 있다.

예를 들어, 일본 특허 출원 공개2005-206910호 공보(특허 문헌4)에는 REM, Mn 함유 산황화물에 의해 γ립 조대화를 억제하여 높은 HAZ 인성을 얻는 기술이 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개2003-286540호 공보(특허 문헌5)에는 REM을 적절하게 제어함으로써 Mn산 황화물을 미세하게 분산시켜, γ립 조대화를 억제하는 기술이 제시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개2007-100213호 공보(특허 문헌6)에는 REM, Zr을 포함하는 산화물을 사용한 γ립 조대화 억제에 의해 높은 HAZ 인성을 얻는 기술이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공보평4-54734호 공보(특허 문헌7)에는 REM 혹은 Ca의 산화물, 황화물에 BN을 석출시켜 입자 내 α 변태의 기점으로 하는 기술이 제안되어 있다.

<특허 문헌1> 일본 특허 출원 공개2001-20031호 공보

<특허 문헌2> 일본 특허 출원 공개2003-166017호 공보

<특허 문헌3> 일본 특허 출원 공개2003-321728호 공보

<특허 문헌4> 일본 특허 출원 공개2005-206910호 공보

<특허 문헌5> 일본 특허 출원 공개2003-286540호 공보

<특허 문헌6> 일본 특허 출원 공개2007-100213호 공보

<특허 문헌7> 일본 특허 공보 평4-54734호 공보

그러나, 최근의 용접 입열 증대에 수반하는 최고 가열 온도 상승, 고온 유지 시간 장시간화는 조직 조대화를 조장하는 동시에, 용접 시의 HAZ에 있어서의 Mn 황화물 용해를 초래하고, 그 후의 냉각 과정에서 재석출하는 Mn 황화물 미세 입자가 석출 강화에 의해 HAZ 경도를 상승시킴으로써 HAZ 인성 저하의 원인이 된다. 그 때문에, 종래의 조직 미세화 기술만으로는 HAZ 인성 향상의 효과는 한정적인 것으로 되어야 하므로, 보다 우수한 HAZ 인성을 얻는 수단이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 특히 대입열 용접에 있어서 우수한 HAZ 인성을 갖는 용접용 고장력 후강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기한 과제를 달성하기 위해 γ립 조대화 억제에 의한 조직 미세화, 미세 Mn 황화물 재석출 억제를 동시에 달성함으로써 우수한 HAZ 인성을 얻는 수단에 대해 실험, 검토를 행하였다. 그 결과, 주조 프로세스를 적절하게 제어함으로써 γ립 조대화 억제에 유효한 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물을 고밀도로 분산시킬 수 있으며, 또한 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도에 기초하여 강 중에 존재하는 Mn 황화물량을 나타내는 파라미터(후술하는 X값)를 소정의 값 미만으로 제어함으로써 미세 Mn 황화물 재석출이 억제되는 것을 발견했다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 용접용 고장력 후강판은 질량％(이하, 「질량％」은 단순히 「％」라고 기재한다)로,

C : 0.02 내지 0.12％,

Si : 0.40％ 이하(0％를 포함한다),

Mn : 1.0 내지 2.0％,

P : 0.03％ 이하(0％를 포함한다),

S : 0.015％ 이하(0％를 포함한다),

Al : 0.050％ 이하(0％를 포함한다),

Ti : 0.005 내지 0.100％,

REM : 0.0002 내지 0.0500％ 및 / 또는 Ca : 0.0003 내지 0.0100％,

Zr : 0.0001 내지 0.0500％,

N : 0.0020 내지 0.0300％,

O : 0.0005 내지 0.0100％

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 구성된다. 조직적으로는 강 중에 존재하는 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물이 500개/㎟ 이상이고, 또한 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물이 5개/㎟ 이하이며, 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도로부터 (1) 식으로 정의되는 X값이 10.0 미만이다.

또한, 상기 기본 성분에 A군(Ni : 0.05 내지 1.50％, Cu : 0.05 내지 1.50％, Cr : 0.05 내지 1.50％, Mo : 0.05 내지 1.50％), B군(Nb : 0.002 내지 0.10％, V : 0.002 내지 0.10％), B : 0.0010 내지 O.0050％ 중 1종 이상의 원소를 첨가하여 하기 (1)로부터 (3)의 화학 조성으로 할 수 있다.

(1) 기본 성분+A군으로부터 1종 이상

(2) 기본 성분 또는 상기 (1)의 성분+B군으로부터 1종 이상

(3) 기본 성분, 상기 (1) 또는 상기 (2)의 성분+B

본 발명의 용접용 고장력 후강판에 따르면 소정의 강 조성 하에 원 상당 직경으로 2㎛ 미만의 소경 산화물을 사용하여 γ립 조대화를 억제하여 조직 미세화를 도모하는 동시에 취성 파괴의 기점이 되는 원 상당 직경으로 5㎛ 초과의 대직경 산화물의 생성을 억제하고, 또한 미세 Mn 황화물의 재석출을 억제할 수 있는 화합물 조성으로 했으므로 종래에 비하여 대입열 용접에 대하여 우수한 HAZ 인성을 구비한 것이 된다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용접용 고장력 강판에 대해서, 우선 그 조직 조건으로부터 이하 상세하게 설명한다.

일반적으로 γ립 조대화 억제에 대해서는 미세한 개재물 입자를 고밀도로 분산시킬 필요가 있으며, 입자 사이즈가 커짐에 따라 개재물 입자의 개수 밀도가 저하되어 γ립 조대화를 억제할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명자들은 충분한 γ립 조대화 억제 효과가 얻어지는 개재물 입자 사이즈 및 개수 밀도를 실험에 의해 구하여 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물을 500개/㎟ 이상 분산시킴으로써 γ립 조대화가 억제되는 것을 발견했다. 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물이 500개/㎟보다 적으면 필요한 γ립 조대화를 얻을 수 없게 된다. 또한, 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물 개수는 80O개/㎟ 이상인 것이 바람직하다.

또한, HAZ에 있어서의 미세 Mn 황화물 재석출을 억제하는 수단으로서, 본 발 명자들은 Mn 황화물에 비하여 보다 고온에서 안정된 REM 황화물 및 / 또는 Ca 황화물에 착안하여 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도로부터 하기 (1)식과 같이 정의되는 X값을 10.0 미만으로 제어함으로써 황화물의 주체가 Ca 황화물 및 / 또는 REM 황화물이 되고, HAZ에 있어서의 미세 Mn 황화물의 재석출이 억제되는 것을 발견했다.

X=100×[insol Mn]/([insol REM]+[insol Ca]+0.05) ······(1)

단，[insol Mn], [insol REM], [insol Ca]는 각각 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도(％)를 나타낸다.

상기 X값이 나타내는 기술적 의미에 대해서는 이하와 같다. X값은 강 중에 존재하는 Mn 황화물량을 표현하는 파라미터이다. Mn 황화물에 대해서는 일반적으로 광학 현미경, 혹은 주사형 전자 현미경 등을 사용한 조직 관찰에 의해 Mn 황화물 입자의 개수, 또는 사이즈가 평가된다. 그러나, 본 발명의 성분계에 있어서는 Mn 황화물은 단독으로 존재하는 일이 적고, 대다수가 REM 황화물, Ca 황화물 등과의 복합 입자로서 존재하기 때문에 조직 관찰에 의해 Mn 황화물량을 구하는 것은 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는 X값에 의해 Mn 황화물량을 간접적으로 평가하는 방법을 채용했다. 즉, X값이 10.0 미만일 때, 화합물로서 존재하는 Mn양에 대하여 화합물로서 존재하는 REM, Ca양이 충분히 확보됨으로써 황화물의 주체는 고온에서 보다 안정된 REM 황화물, Ca 황화물이 되고, HAZ에 있어서의 미세 Mn 황화물의 재석출은 억제된다. X값이 10.0 이상으로 되면 강 중의 황화물의 주체가 Mn 황화물이 되어, 미세 Mn 황화물의 재석출이 충분히 억제되지 않게 된다. 또한，X값은 8.0 미만인 것이 바람직하다.

양호한 HAZ 인성을 얻기 위해서는 상기한 미세 산화물 분산, 미세 Mn 황화물 재석출 억제 외에 강 중에 존재하는 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물을 5개/㎟ 이하로 제어할 필요가 있다. 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물이 5개/㎟를 상회하면 이들 산화물이 취성 파괴의 기점으로서 작용하여 인성이 악화된다. 또한, 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물은 3개/㎟ 이하인 것이 바람직하다.

상기 산화물의 분포, X값을 얻기 위해서는 주조 공정에 있어서 용존 산소량, REM 및 / 또는 Ca, 및 Zr의 합금 원소 첨가량, 합금 원소 첨가 완료부터 주입 개시까지의 시간을 이하와 같이 제어할 필요가 있다. 즉, 주조 시에 있어서, Ti 첨가에 앞서 Mn, Si, Al 등을 첨가하고, Ti 첨가 전의 용존 산소량을 0.0020 내지 0.0100％로 제어하여 Ti 첨가 전의 용존 산소량, 유황량에 기초하여 하기 (2)식으로부터 구해지는 Z값이 0.58 이상이 되도록 REM 및 / 또는 Ca, 및 Zl 첨가량을 결정한 후, Ti를 첨가한 후에 REM 및 / 또는 Ca, 및 Zr을 첨가하고, 또한 이들 합금 원소 첨가 완료부터 주입 개시까지의 시간 t(min)를 하기 (3)식으로 정의되는 범위로 유지한 후, 주조 시에 응고가 진행되는 1450 내지 1500℃의 냉각 시간을 60 내지 300s로 제어한다.

Z=(3.5×([REM]+[Ca])-0.7×[O]+2.6×[Zr]+0.3)/([S]+0.5)······(2)

3+200×[O]×[S]/([REM]+[Ca])<t<60 ······(3)

또한，[O], [S]는 각각 ％로 나타내는, Ti 첨가 전의 용존 O량, 용존 S량이며, [REM], [Ca], [Zr]은 각각 ％로 나타내는 REM, Ca, Zr의 첨가량이다.

주조 시, Ti 첨가 전의 용존 산소량이 0.0020％보다 적으면 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물의 양을 충분히 확보할 수 없다. 또한, 상기 용존 산소량이 0.0100％보다 많거나, 혹은 Ti에 앞서 REM 및 / 또는 Ca, 및 Zr을 첨가하면 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물의 양이 증가되거나, 혹은 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물의 양을 충분히 얻을 수 없게 된다.

상기 Z값은 REM 황화물 및 / 또는 Ca 황화물의 형성에 기여하는 REM, Ca, S량을 고려한 값으로, Z값이 0.58보다 작으면 REM 및 / 또는 Ca에 대한 S의 비율이 너무 높아지기 때문에 보다 저온에 있어서의 Mn 황화물의 생성량, 혹은 고용 S의 증가를 초래하여 HAZ에 있어서의 미세 Mn 황화물의 재석출량이 증가된다. 상기 Z값, t(min)의 정의식에 대하여 식중의 각 계수는 실험적으로 결정했다.

또한, 합금 원소 첨가 완료부터 주입 개시까지의 시간 t(min)가 상기 (3)식의 범위로부터 일탈되면 충분한 HAZ 인성 개선 효과를 얻을 수 없게 된다. 즉, t의 값이 3+200×[O]×[S]/([REM]+[Ca]) 이하로 되면 용강 중에 있어서의 REM 황화물 및 / 또는 Ca 황화물의 형성이 충분히 진행되지 않아, 미세 Mn 황화물의 재석출이 충분히 억제되지 않게 된다. 또한, t의 값이 60 이상으로 되면 산화물의 합체·성장에 의해 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물이 증가되어 HAZ 인성 저하의 원인이 된다.

또한, 성분 조정된 용탕을 주형에 주입한 후, 응고되기까지 동안에 1450 내지 1500℃의 온도 영역을 통과할 때의 냉각 시간이 60s보다 짧으면 2차 개재물로서 REM 황화물 및 / 또는 Ca 황화물이 형성되는 시간이 충분히 확보되지 않기 때문에 보다 저온에 있어서의 Mn 황화물 생성량, 혹은 고용 S의 증가를 초래하여 HAZ에 있어서의 미세 Mn 황화물의 재석출량이 증가된다. 또한, 상기 냉각 시간이 300s를 초과하면 응고 편석에 의한 합금 원소 농화 영역에 있어서 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물의 형성이 촉진되어 HAZ 인성 저하를 초래한다.

다음에, 실시 형태에 따른 용접용 고장력 후강판의 화학 조성의 기본 성분에 대하여 설명한다.

C : 0.02 내지 0.12％

C는 강도 확보에 필수적인 원소로서, 함유량이 0.02％보다 적으면 필요한 강도를 얻을 수 없기 때문에 하한을 0.02％로 했다. 또한, 함유량이 0.12％를 초과하면 경질 MA 조직 증가에 의한 HAZ 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.12％ 로 했다. 또한, 바람직한 하한은 0.04％, 바람직한 상한은 0.10％이다.

Si : 0.40％ 이하(0％를 포함한다)

Si는 고용 강화에 의해 강도를 확보하는 원소로서, 함유량이 0.40％를 초과하면 경질 MA 조직(마텐자이트와 잔류 오스테나이트의 혼합 조직)이 증가되어, HAZ 인성의 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.40％로 했다. 또한, 바람직하게는 0.35％ 이하(0％를 포함한다)이다.

Mn : 1.0 내지 2.0％

Mn은 강도 확보에 유효한 원소로서, 1.0％보다 적으면 필요한 강도를 얻을 수 없기 때문에 하한을 1.0％로 했다. 또한, 함유량이 2.0％를 초과하면 HAZ 강도의 과대한 상승을 초래하여 HAZ 인성 저하의 원인이 되기 때문에 상한을 2.0％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 1.4％, 바람직한 상한은 1.8％이다.

P : 0.03％ 이하(0％를 포함한다)

P는 입계 편석에 의해 입계 파괴의 원인이 되는 불순물 원소로서, 함유량이 0.03％를 초과하면 HAZ 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.03％로 했다. 또한, 바람직하게는 0.02％ 이하(0％를 포함한다)이다.

S : 0.015％ 이하(0％를 포함한다)

S는 Mn 황화물로서 존재함으로써 HAZ에 있어서의 미세 Mn 황화물의 재석출에 의한 HAZ 인성 저하를 초래하는 원소로서, 함유량이 0.015％를 초과하면 Mn 황화물의 재석출이 억제되지 않게 되기 때문에 상한을 0.015％로 했다. 또한, 바람직하게는 0.012％ 이하(0％를 포함한다)이다.

Al : 0.050％ 이하(0％를 포함한다)

Al은 주조 시의 탈산에 사용되는 원소로서, 함유량이 0.050％를 초과하면 조대 산화물을 형성하여 HAZ 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.050％로 했다. 또한, 바람직하게는 0.040％ 이하이다.

Ti : 0.005 내지 0.100％

Ti는 REM, Zr에 앞서 첨가됨으로써 미세 산화물의 형성에 기여하는 원소로서, 함유량이 0.005％보다 적으면 충분한 효과를 얻을 수 없기 때문에 하한을 0.005％로 했다. 또한, 함유량이 0.100％를 초과하면 산화물의 조대화에 의해 HAZ 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.100％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 O.010％, 바람직한 상한은 0.080％이며, 보다 바람직한 상한은 0.060％, 더 바람직 한 상한은 0.050％이다.

REM : 0.0002 내지 0.0500％ 및/또는 Ca : 0.0003 내지 0.0100％

REM(희토류 원소), Ca는 각각 REM 황화물, Ca 황화물을 형성함으로써 Mn 황화물량을 줄여, 미세 Mn 황화물의 재석출에 의한 HAZ 인성 저하를 억제한다. 이들 효과를 충분히 얻기 위해서는 REM에서 0.0002％ 이상, Ca에서 0.0003％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 또한, 바람직하게는 REM에서 0.0005％ 이상, Ca에서 0.O010％ 이상이다. 그러나, 이들 원소의 함유량이 과잉이 되면 조대 산화물의 형성에 의해 HAZ 인성이 저하되기 때문에 REM에서 0.0500％ 이하, Ca에서 0.0100％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 바람직하게는 REM에서 0.0400％ 이하, Ca에서 0.0080％ 이하이다.

Zr : 0.0001 내지 0.0500％

Zr은 주조 시에 있어서 Ti 첨가 후에 첨가됨으로써 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 미세 산화물 형성에 기여하는 원소로서, 함유량이 0.0001％보다 적으면 그 효과를 충분히 얻을 수 없게 되기 때문에 하한을 O.0001％로 했다. 또한, 함유량이 0.0500％보다 많으면 조대 산화물, 혹은 석출 강화를 초래하는 미세한 탄화물을 형성하여 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.0500％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 0.0005％, 바람직한 상한은 0.0400％이다.

N : 0.0020 내지 0.0300％

N은 Ti 질화물을 형성하여 인성 향상을 초래하는 원소로서, 함유량이 0.0020％보다 적으면 충분한 효과를 얻을 수 없기 때문에 하한을 0.0020％로 했다. 또 한, 함유량이 0.0300％를 초과하면 고용 N으로서 왜곡 시효에 의한 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.0300％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 0.0030％, 바람직한 상한은 0.0250％이며, 보다 바람직한 상한은 0.0200％, 더 바람직한 상한은 0.0150％이다.

O : 0.0005 내지 0.0100％

O는 미세 산화물의 생성에 필수적인 원소로서, 함유량이 0.0005％보다 낮으면 충분한 양의 산화물을 얻을 수 없기 때문에 하한을 0.0005％로 했다. 또한, 함유량이 0.0100％를 초과하면 산화물의 조대화에 의해 HAZ 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.0100％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 0.0010％, 바람직한 상한은 0.0080％이다.

상기 기본 성분에 대하여 강판의 기계적 성질을 더 향상시키기 위해 상기 기본 성분에 A군(Ni : 0.05 내지 1.50％, Cu : 0.05 내지 1.50％, Cr : 0.05 내지 1.50％, Mo : 0.05 내지 1.50％), B군(Nb : 0.002 내지 0.10％, V : 0.002 내지 0.10％), B : 0.0010 내지 0.0050％의 1종 이상을 첨가하여 하기 (1)로부터 (3)의 조성(잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물)으로 할 수 있다.

(1) 기본 성분+A군으로부터 1종 이상

(2) 기본 성분 또는 상기 (1)의 성분+B군으로부터 1종 이상

(3) 기본 성분, 상기 (1) 또는 (2) 중 어느 한 쪽의 성분+B

Ni, Cu, Cr, Mo는 모두 강재의 고강도화에 유효한 원소로서, 각각 함유량이 0.05％보다 적으면 그 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문에 하한을 0.05％로 했다. 또한, 각각 함유량이 1.50％를 초과하면 강도의 과대한 상승을 초래하여 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 1.50％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 각각 0.10％, 바람직한 상한은 각각 1.20％이다.

Nb, V는 모두 탄질화물로서 석출됨으로써 오스테나이트립 조대화를 억제하는 원소로서, 각각 함유량이 0.002％보다 적으면 그 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문에 하한을 0.002％로 했다. 또한, 각각 함유량이 0.10％를 초과하면 조대 탄질화물로서 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.10％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 각각 0.005％, 바람직한 상한은 0.08％이다.

B는 입계 페라이트 생성을 억제함으로써 인성을 향상시키는 원소로서, 함유량이 0.0010％보다 적으면 그 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문에, 하한을 0.0010％로 했다. 또한, 함유량이 0.0050％보다 많으면 BN으로서 오스테나이트 입계에 석출되어 인성 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.0050％로 했다. 또한, 바람직한 하한은 0.0015％, 바람직한 상한은 0.0040％이다.

다음에, 상기 용접용 고장력 후강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 상기 후강판의 제조 방법에 있어서의 특징은 주조 공정에 있으며, 이것에 대해서는 이미 설명했으므로, 이하 주조 후의 강괴에 대한 처리를 간단하게 설명한다. 상기 주조 프로세스, 성분 범위 등을 만족하여 제조된 주괴를 통상의 열간 압연 순서에 따라 압연 개시 온도를 1200 내지 900℃ 정도, 압연 종료 온도를 950 내지 750℃ 정도로 하고, 압연을 종료한 후, 실온 내지 500℃ 정도 사이의 냉각 정지 온도까지 냉각함으로써 후강판이 얻어진다. 냉각 종료 후, 템퍼링 처리를 더 실시해도 좋다. 또 한, 제조되는 후강판의 판 두께에 대해서는 특별히 제한되지 않으나, 50 내지 120㎜ 정도가 용접용 후강판으로서 요구되고 있으며, 본 발명은 이러한 판 두께라도 우수한 HAZ 인성을 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다.

<실시예>

진공 용해로(150㎏)를 사용하여 실리콘 등의 첨가량을 조정하여 Ti 첨가 전의 용존 산소량을 변화시켜 Z값을 고려하면서 REM 및 / 또는 Ca, 및 Zr 첨가량을 결정한 후, 일부의 것(표1의 강 No.26)을 제외하고, Ti를 첨가한 후, REM 및 / 또는 Ca, Zr을 첨가하고, 합금 원소 첨가 완료부터 주입 개시까지의 시간 t(min) 및 성분 조정한 용탕을 주형에 주입한 후, 응고되기까지 동안에 1450 내지 1500℃의 온도 영역을 통과할 때의 냉각 시간 t1(s)을 변화시켜 강을 용제하고, 얻어진 주괴를, 압연 개시 온도를 950℃ 정도, 최종 압연 온도를 880℃ 정도로 하여 열간 압연을 실시하여 두께 80㎜의 후강판을 제조했다. 그 조성을 표1, 표2에, Ti 첨가 전의 용존 산소량[O](％) 및 Z값, (3)식에 기초하여 하기 (4)식으로 표현되는 t(min)의 허용 하한값 Y, t(min), t1(s)의 각 값을 표3에 나타낸다.

Y=3+200 ×[O]×[S]/([REM]+[Ca]) ······(4)

또한，[O], [S]은 각각 Ti 첨가 전의 용존 O량(％), 용존 S량(％)이고, [REM], [Ca]는 각각 REM, Ca의 첨가량(％)이다.

얻어진 각 후강판의 t(판 두께)/4 위치에 있어서, 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도를 측정하여 X값을 산출했다. 화합물을 형성하는 Mn의 농도에 대해서는 옥소 메탄올법에 의해 측정을 행하였다. 또한, 화합물을 형성하는 REM, Ca의 농도에 대해서는 전해액으로서 메탄올 100cc 중에 트리에탄올아민 2cc와 테트라메틸암모늄클로라이드 1g을 함유하는 용액을 사용한 전해 추출법에 의해 측정을 행하였다. 또한, 잔사의 여과 시에는 포아사이즈 O.1㎛의 필터를 사용했다. 얻어진 X값을 표3에 나타낸다.

또한, 얻어진 각 후강판의 t(판 두께)/4 위치로부터 시험편을 잘라내어 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 단면(압연면에 수직이고, 압연 방향을 따라 자른 단면)을 전계 방사식 주사형 전자 현미경(장치명:SUPRA 35, Carl Zeiss사 제품)(이하, FE-SEM이라고 호칭한다)을 사용하여 관찰하여 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물 및 5㎛보다 큰 산화물의 개수 밀도를 측정했다. 측정 방법은 이하와 같다.

우선，FE-SEM의 관찰 배율을 5000배로 설정하고, 0.0024㎟의 면적을 갖는 시야를 무작위로 20시야 선택하여 각 시야의 화상을 촬영했다. 동시에, 각 시야에 포함되는 최대 직경 2㎛ 이하의 개개의 개재물 입자 중앙부를 FE-SEM 부속의 EDS에 의해 측정하여 구성 원소에 산소가 포함되는 개재물 입자를 산화물이라고 판정했다. 또한, 최대 직경으로 0.2㎛ 이하의 개재물 입자에 대해서는 EDS 측정의 신뢰성이 낮기 때문에 측정 대상으로부터 제외했다. 그 후에, 얻어진 화상을 화상 처리 소프트(소프트명:Image-Pro Plus, Media Cybernetic사 제품)를 사용한 화상 해석을 실시하여, 이들 산화물 중 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 것의 개수 밀도 N1(개/㎟)을 산출했다. N1의 값을 표3에 나타낸다. 마찬가지로, FE-SEM의 관찰 배율을 1000배로 설정하여 0.06㎟의 면적을 갖는 20시야로부터 산출된, 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물의 개수 밀도 NL(개/㎟)의 값을 표3에 나타낸다.

또한, 얻어진 각 후강판의 t(판 두께)/4 위치로부터 압연 방향에 대하여 평행하게, 샤르피 시험편(V 노치)을 채취하여 대입열 용접 시의 HAZ 열 사이클을 모의했다. 재현 HAZ 열 사이클을 실시했을 때의 인성을 평가했다. 상기 재현 HAZ 열 사이클은 시험편을 1400℃로 가열하여 60s동안 유지한 후, 800 내지 500℃의 온도 범위를 500s 걸쳐 냉각시킨 것이다. 샤르피 충격 시험은 JIS Z 2242에 준거하여 3개의 시험편에 관하여 -40℃에서의 충격 흡수 에너지 vE_-40(J)을 측정한 값의 최소값 vE_-40(min)이 100J를 초과하는 것을 HAZ 인성이 우수하다고 평가했다. vE_-40(min)의 값을 표3에 나타낸다.

표1 내지 표3으로부터 분명한 바와 같이, 발명예 No.1 내지 25는 후강판의 조성, 주조 프로세스를 적절하게 제어했으므로 산화물을 적절한 형태로 분산시키고, 더불어 X값을 10.0 미만으로 하는 것에 성공했다. 이 때문에, 조직 미세화 및 미세 Mn 황화물 재석출 억제를 달성할 수 있어, HAZ 인성[vE_-40(min)]에 있어서 높은 값이 얻어졌다. 한편, 비교예 No.26 내지 47에서는 Ti, REM, Zr의 첨가순, Ti 첨가 전의 용존 산소량[O](％) 및 Z값, 합금 원소 첨가 완료부터 주입 개시까지의 시간 t(min) 및 주입 후, 1450 내지 1500℃의 온도 영역을 통과할 때의 냉각 시간 t1(s), 혹은 강의 조성이 적정한 범위로부터 일탈하는 등 하여 규정의 산화물 형태를 얻을 수 없기 때문에, 혹은 X값이 10.0을 초과했기 때문에, 혹은 어쩌면 조대 개재물의 증가, 불순물의 증가, 과도한 강화, 고용 원소의 입계 편석 등의 이유에 의해 발명예에 비하여 HAZ 인성이 꽤 저하되어 있다.

Claims (5)

1. 질량％로,

   C : 0.02 내지 0.12％,

   Si : 0.40％ 이하(0％를 포함한다),

   Mn : 1.0 내지 2.0％,

   P : 0.03％ 이하(0％를 포함한다),

   S : 0.015％ 이하(0％를 포함한다),

   Al : 0.050％ 이하(0％를 포함한다),

   Ti : 0.005 내지 0.100％,

   REM : 0.0002 내지 0.0500％ 및 Ca : 0.0003 내지 0.0100％ 중 1종 이상,

   Zr : 0.0001 내지 0.0500％,

   N : 0.0020 내지 0.0300％,

   O : 0.0005 내지 0.0100％

   를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 구성되는 강이며, 강 중에 존재하는 원 상당 직경이 2㎛보다 작은 산화물이 5OO개/㎟ 이상이고, 또한 원 상당 직경이 5㎛보다 큰 산화물이 5개/㎟ 이하이며, 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도로부터 (1)식으로 정의되는 X값이 10.0 미만인, 대입열 용접 시의 열 영향부의 인성이 우수한 용접용 고장력 후강판.

   X=100×[insol Mn]/([insol REM]+[insol Ca]+0.05) ······(1)

   단，[insol Mn], [insol REM], [insol Ca]는 각각 강 중에 있어서 화합물을 형성하는 Mn, REM, Ca의 농도(질량％)를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 질량％로,

   Ni : 0.05 내지 1.50％,

   Cu : 0.05 내지 1.50％,

   Cr : 0.05 내지 1.50％,

   Mo : 0.05 내지 1.50％,

   중 1종 혹은 2종 이상을 더 포함하는 용접용 고장력 후강판.
3. 제1항에 있어서, 질량％로,

   Nb : 0.002 내지 0.10％,

   V : 0.002 내지 0.10％

   중 1종 혹은 2종 이상을 더 포함하는 용접용 고장력 후강판.
4. 제2항에 있어서, 질량％로

   Nb : 0.002 내지 0.10％,

   V : 0.002 내지 0.10％

   중 1종 혹은 2종 이상을 더 포함하는 용접용 고장력 후강판.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로

   B : 0.0010 내지 0.0050％를 더 포함하는 용접용 고장력 후강판.