KR101120351B1

KR101120351B1 - 후강판

Info

Publication number: KR101120351B1
Application number: KR1020090083228A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 다까오까; 에이이찌 다무라; 요시또미 오까자끼
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2012-03-13
Also published as: KR20100028511A

Abstract

본 발명은 제조 비용의 증대를 초래하는 일 없이 판 두께가 50㎜를 초과할 경우에 있어서도 고강도(인장 강도가 490MPa 이상)를 만족하고, 또한 -10℃에 있어서의 Kca값으로 3500N/㎜^3/2 이상을 만족하는 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판을 제공한다.

이를 해결하기 위해, 본 발명의 후강판은 화학 성분 조성을 적절하게 조정하는 동시에, 표면으로부터 깊이(t/4 내지 t/2)(t는 판 두께를 나타내며, 이하 동일)의 위치의 마이크로 조직에 있어서, 의사 폴리고날?페라이트(pseudo polygonal ferrite)의 평균 면적률이 30 내지 85％이다.

판 두께, 취성, 평균 면적률, 화학 성분 조성, 마이크로 조직

Description

후강판 {STEEL PLATE}

본 발명은, 주로 선박이나 교량의 구조 재료의 소재로서 사용되는 후강판에 관한 것이며, 특히 발생된 취성 균열의 전파를 정지하는 특성(어레스트 특성)을 개선한 후강판에 관한 것이다.

선박, 건축물, 탱크, 해양 구조물, 라인 파이프 등의 구조물에 사용되는 후강판에는 구조물의 취성 파괴를 억제하기 위해서, 취성 균열의 전파에 의한 파괴를 억제하는 능력인 어레스트 특성(이하, 「취성 균열 전파 정지 특성」이라고 칭하는 경우가 있다)이 요구되게 된다. 최근, 구조물의 대형화에 수반하여 항복 응력이 390MPa 이상, 판 두께가 50㎜ 이상인 고강도 후강판을 사용하는 케이스가 많아지고 있다. 그러나, 상기한 바와 같은 취성 균열 전파 정지 특성은, 일반적으로 강판이 고강도?후육화로 됨에 따라 그것을 확보하는 것이 곤란해진다.

한편, 콘테이너선에 있어서도 효율화를 위해 대형화가 진행되고 있으며, 그것에 수반하여 후육?고강도의 강판이 사용되도록 되어 있다. 선체의 파괴 안전성을 생각하면 취성 파괴를 발생시키지 않는 것은 가장 중요하지만, 가령 취성 파괴가 발생한 경우에도 선체의 전체 붕괴를 피하기 위해, 균열의 전파를 정지시키도록 선체에 취성 균열 전파 정지 특성을 구비시키는 것이 중요하다. 이러한 배경으로부터, 해치 코밍부(hatch coaming part)로부터 발생된 취성 균열을 어퍼 데크부(upper deck part)에서 정지시키는 것이 요구되고 있다. 취성 균열을 정지시키기 위하여 어퍼 데크부에 요구되는 취성 균열 전파 정지 특성에 관해서는 지금까지 검토가 이루어지고 있으며, 부하 응력이나 취성 균열 진전 길이가 커져도 후판 강판에서의 응력 확대 계수 K값은 포화되어, -10℃에서의 Kca값(취성 균열 전파 정지 특성의 지표가 되는 수치)이 3500N/㎜^3/2(MPa.㎜^1/2) 정도이면 취성 균열의 진전을 정지시킬 수 있다고 생각되어지고 있다. 따라서, 특히 콘테이너선에 있어서는 고강도 후강판에 있어서 상기 취성 균열 전파 정지 특성을 부여시키는 기술이 요망되고 있다.

또한 상기 Kca값은 보다 높은 값(예를 들어, 4500N/㎜^3/2 이상, 5000N/㎜^3/2 이상)이 얻어지는 것도 요망되고 있다.

또한, 최근에는 콘테이너선 등에 있어서는, 반복 응력 하중에 의한 피로를 원인으로 하여 발생된 균열의 진전 속도가 문제되는 경우가 있어, 상기 취성 파괴 정지 특성 외에 추가로, 일단 발생된 피로 균열의 진전 속도를 가능한 한 늦출 수 있는 특성(이하, 「피로 균열 진전 억제 특성」이라고 칭하는 경우가 있다)이 요구되는 경우가 있다. 피로 균열 진전 억제 특성에 대해서는, 구체적으로는 특정한 응력(ΔK=10MPa?√m) 환경 하에 있어서, 응력 부하 1사이클당 진전성을 나타내는 지수 da/dn(피로 균열 진전 속도)이 5.0×10^-6㎜/cycle 이하인 것이 요구된다.

취성 균열 전파 정지 특성을 향상시키는 방법으로서는, (a) 합금 원소를 첨가하는 방법, (b) 결정 입경을 미세화하는 방법, 등이 알려져 있다. 이 중 합금 원소를 첨가하는 방법으로서는, 예를 들어 특허 문헌1과 같은 기술이 제안되어 있다. 이 기술에서는, 합금 원소로서 Ni를 함유시켜 냉각 과정에서의 냉각 속도를 제어함으로써 베이나이트의 입경을 미세화하여 취성 균열 전파 정지 특성을 향상시키고 있다. 그러나, 이와 같은 기술에서는, 합금 원소 첨가에 의한 비용 증대를 초래하게 된다.

한편, 결정 입경을 미세화함으로써 취성 균열 전파 정지 특성을 향상시키는 방법으로서는, 예를 들어 특허 문헌2, 3과 같은 기술이 알려져 있다. 이들의 기술에서는 페라이트를 모상으로 하고 이 페라이트의 입경을 미세화함으로써 양호한 취성 균열 전파 정지 특성을 확보하는 것이다. 그러나, 이들의 기술에서는 연질의 페라이트를 모상으로 하고 있으므로, 고강도이며 두꺼운 강판으로의 적용은 곤란하다.

또한, 피로 균열 진전 억제 특성을 개선하는 기술로서도 지금까지 다양한 것이 제안되고 있으며, 예를 들어 특허 문헌4에는 강판 표면의 법선 방향을 ND로 했을 때, α철의 (100)면이 ND와 평행한 방위{(100)//ND}를 갖는 결정립과, α철의 (111)면이 ND와 평행한 방위{(111)//ND}를 갖는 결정립 사이의 경계가 균열의 진전 방향을 따라 적어도 30㎛에 1개소 이상 가로지르는 것이나, 강판 표면에 평행한 측정면에서 강판 내부의 α(111)면 강도비와 α(100)면 강도비의 비를 1.25 내지 2.0로 함으로써, 피로 균열 진전 억제 특성이 우수한 강판으로 하는 것이 제안되어 있 다.

높은 응력 하에서 사용되는 강판일수록 피로 특성에 대한 관심은 높아지는 것이지만, 상기 기술은 페라이트를 주체(예를 들어, 70면적％ 이상)로 하는 것이므로, 390 내지 490MPa 정도의 강도 클래스로밖에 대응할 수 없어, 특히 피로 균열이 문제되는 부분에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한 상기 기술에서는, 결정 방위를 상기와 같이 제어하기 위해, 페라이트를 70면적％ 이상 석출시킨 γ-α 2상 영역의 저온도 온도 영역 또는 α 온도 영역에서 강 가공을 하는 것이 기재되어 있다. 이러한 페라이트 조직에 대하여, 베이나이트를 주체로 하는 조직(이것을 「단순히 베이나이트 조직」이라고 하는 경우가 있다)에서는, 오스테나이트와 일정한 방위 관계를 갖고 생성되는 것이 알려져 있고, 상기 기술과 마찬가지의 수단으로는 결정 방위를 제어할 수는 없다.

특허 문헌5에서는, 베이나이트 조직 또는 마르텐사이트 조직에서, 최대 인장?압축 변형으로 ±0.012, 반복 속도 0.5㎐, 최대 변형까지의 파수(12)의 점증?점감 반복 부하를 15회 부여했을 때의, 1회의 최대 변형 시의 응력(σ₁)과 15회의 최대 변형 시의 응력(σ₁₅)의 비(σ₁/σ₁₅)로 나타내는 반복 연화 파라미터가 0.65 이상 0.95 이하인 피로 균열 진전 특성이 우수한 강재가 제안되어 있다. 그리고, 이 기술에서는 균열 선단의 전위의 이동, 소멸에 따른 연화에 의해 변형이 완화되어, 균열 진전이 억제되는 것이 기재되어 있다. 이 기술에서는, 범용 강과 유사한 성분계에 있어서 일반적인 제법으로 제조함으로써 피로 균열 진전 억제 특성이 우수 한 강판으로 할 수 있다고 하고 있으나, 반드시 일반재와의 구별이 명확하게 되어 있는 것이 아니라, 상기와 같은 연화 파라미터를 규정하는 것만으로 희망하는 특성이 발휘된다고는 할 수 없다. 또한, 파면 천이 온도(vTrs)가 0℃를 초과하는 실시예가 존재하여, 구조물로서의 특성을 충분히 만족할 수 없을 가능성이 있다.

<선행 기술 문헌>

특허 문헌1 : 일본 특허 출원 공개 제2007-302993호 공보

특허 문헌2 : 일본 특허 제3845113호 공보

특허 문헌3 : 일본 특허 출원 공개 제2002-256374호 공보

특허 문헌4 : 일본 특허 출원 공개 제2000-17379호 공보

특허 문헌5 : 일본 특허 출원 공개 제2004-27355호 공보

본 발명은 상기한 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 제1 목적은 제조 비용의 증대를 초래하는 일없이 판 두께가 50㎜를 초과할 경우에 있어서도 고강도(인장 강도가 490MPa 이상)를 만족하고, 또한 -10℃에 있어서의 Kca값으로 3500N/㎜^3/2 이상을 만족하는 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판을 제공하는 것에 있다.

또한, -10℃에 있어서의 Kca값으로 4500N/㎜^3/2이상을 만족하는, 취성 균열 전파 정지 특성이 더욱 우수한 후강판을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

또한, -10℃에 있어서의 Kca값으로 5000N/㎜^3/2 이상을 만족하는, 취성 균열 전파 정지 특성이 한층 우수한 후강판을 제공하는 것을 제3 목적으로 한다.

또한, -10℃에 있어서의 Kca값으로 3500N/㎜^3/2 이상을 만족하는 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 것 외에도, 특정한 응력(ΔK=10MPa?√m) 환경 하에 있어서, 피로 균열 진전 속도(da/dn)가 5.0×10^-6㎜/cycle 이하인 피로 균열 진전 억제 특성에도 우수한 후강판을 제공하는 것을 제4 목적으로 한다.

상기 제1 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 후강판(이하, 제1 발명의 강판이라고 하는 경우가 있다)이란, C : 0.03 내지 0.10％(「질량％」의 의미, 화학 성 분 조성에 대하여 이하 동일), Si : 0.50％ 이하(0％를 포함한다), Mn : 1.0 내지 2.0％, P : 0.015％ 이하(0％를 포함하지 않는다), S : 0.010％ 이하(0％를 포함하지 않는다), Al : 0.005 내지 0.060％, Nb : 0.020 내지 0.060％, Ti : 0.008 내지 0.030％, N : 0.0020 내지 0.010％, 및 O : 0.010％ 이하(0％를 포함하지 않는다)를 각각 함유하는 동시에, 고용 B : 0.0005％ 이하(0％를 포함한다)로 억제하여, 표면으로부터 깊이(t/4 내지 t/2)(t는 판 두께를 나타내며, 이하 동일)의 위치의 마이크로 조직에 있어서, 의사 폴리고날?페라이트의 평균 면적률이 30 내지 85％인 점에 요지를 갖는 것이다.

상기 제2 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 후강판(이하, 제2 발명의 강판이라고 하는 경우가 있다)이란, 상기 제1 발명의 강판으로서, 표면으로부터 깊이(t/4 및 t/2)의 위치의 평균 결정 입경을, 각각 d(t/4) 및 d(t/2)로 했을 때, 하기 수학식 1로 규정되는 K₀가, (K₀>6750)의 관계를 만족하는 것인 점에 요지를 갖는 것이다.

[수학식 1]

또한, 여기에서 말하는 평균 결정 입경(d)은 의사 폴리고날?페라이트의 평균 결정 입경을 말하는 것이다.

상기 제3 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 후강판(이하, 제3 발명의 강판 이라고 하는 경우가 있다)이란, 상기 제1 발명의 강판으로서, 표면으로부터 깊이(t/4)의 위치에 있어서, 이웃하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 입경을 유효 결정 입경[D(㎛)]으로 했을 때, 이것이 섬 형상 마르텐사이트의 평균 원상당 직경[d(㎛)] 및 강판의 항복 응력[YS(MPa)]의 관계에서 하기 수학식 2를 만족하는 것인 점에 요지를 갖는 것이다.

[수학식 2]

상기 제4 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 후강판(이하, 제4 발명의 강판이라고 하는 경우가 있다)이란, 상기 제1 발명의 강판으로서, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치로부터 상기 t/4의 위치까지의 영역에 있어서의 평균 결정 입경이 50㎛ 이하인 동시에, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치에 있어서의 강 조직의 결정 입경과 당해 결정 입경으로 계수되는 결정립 수의 관계를 히스토그램으로 나타냈을 때에, 결정립 수가 극대를 취하는 2개의 결정 입경의 차이가 10 내지 30㎛인 점에 요지를 갖는 것이다.

본 발명의 후강판(상기 제1 내지 4 발명의 강판)에는, 필요에 따라 (a) Cu : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다), Ni : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 Cr : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (b) Mo : 0.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (c) V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (d) Mg : 0.005％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (e) Zr : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 / 또는 Hf : 0.05％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (g) Ca : 0.0035％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (h) Co : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 / 또는 W : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (i) 희토류 원소 : 0.010％ 이하(0%를 포함하지 않는다), 등을 함유시키는 것도 유용하며, 함유되는 성분에 따라 강판의 특성이 개선된다.

본 발명의 강판에 있어서는, 모재 강판의 화학 조성 및 내부 조직을 엄밀하게 규정하여 적정화를 도모함으로써, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판, 또는 취성 균열 전파 정지 특성 및 피로 균열 진전 억제 특성이 우수한 후강판을 실현할 수 있고, 이러한 강판은 선박, 건축물을 비롯한 각종 대형 구조물의 소재로서 유용하다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 달성하기 위해, 취성 균열 전파 정지 특성에 미치는 요인에 대하여 예전부터 연구를 거듭해 왔다. 그 결과, 파괴 역학의 관점에서, 취성 균열 전파 정지 특성 향상에는 판 두께 표면보다도 내부의 인성값을 향상시키는 쪽이 우위라는 것을 밝혀, 그 기술적 의의가 인정되었으므로 앞서 출원하고 있다(일본 특허 출원 제2007-262872). 즉, 취성 균열 전파 정지 특성에 대해서는, 강판 표층부의 인성을 양호하게 하면 좋다고 생각되고 있었던 것이나, 본 발명자들이 검토한 바에 의하면, 강판 표면으로부터 깊이(t/4 내지 t/2)(t : 판 두께)의 위치에서의 인성을 높임으로써 취성 균열이 효과적으로 정지하는 것이 판명된 것이다.

또한, 강판의 취성 균열 전파 정지 특성은, 베이나이트 조직의 형태에 크게 영향을 받는 것, 및 이 조직은 화학 성분과 압연?냉각 조건의 적정화에 의해 제어할 수 있다라는 경험도 얻을 수 있었다.

따라서 본 발명자들은 판 두께 내부로서, 표면으로부터 t/4 내지 t/2(t : 판 두께)의 위치를 선택하고, 이 위치에서의 마이크로 조직으로서 의사 폴리고날?페라이트를 소정량 형성시키면, 강판의 취성 균열 전파 정지 특성을 양호하게 할 수 있는 것을 발견하고, 우선 제1 발명의 강판을 완성시켰다.

또한 이러한 의사 폴리고날?페라이트를 생성시키기 위해서는, 강판의 성분, 특히 고용 B량을 적절하게 조정(0.0005％ 이하)한 후, 열간 압연의 조건과 그 후의 냉각 조건을 조정하는 것이 중요한 것을 밝혔다.

종래에는, 변태 온도를 저온화시켜 미세한 라스 형상(다발 형상)의 베이나이트 조직(베이니틱?페라이트)을 얻으려고 하는 것이 일반적인 개선 수단이지만, 본 발명에서는 베이나이트 조직의 형태가 유효한 것을 새롭게 발견한 점이 중요한 포인트가 된다. 의사 폴리고날?페라이트는, 입상(덩어리 형상)의 상이며, 그 비커스 경도(Hv)가 150 내지 200 정도의 것으로 된다. 이러한 입상의 상을 소정 영역에 형성시킴으로써 강판의 취성 균열 전파 정지 특성이 양호한 것으로 된다.

단, 의사 폴리고날?페라이트를 형성시킴으로써 취성 균열 전파 정지 특성을 양호하게 하기 위해서는, 그 평균 면적률은 적어도 30％ 이상을 확보할 필요가 있으나, 그 양이 과잉으로 되어 85％를 초과하면 강도가 저하된다. 또한, 의사 폴리고날?페라이트 이외는 라스 형상 베이나이트, 마르텐사이트, 페라이트, 시멘타이 트 등을 포함하고 있어도 된다.

제1 발명의 강판에서는, 상기와 같이 화학 성분 조성 및 특정 영역에서의 조직을 규정함으로써 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판을 실현할 수 있는 것이지만, 이러한 후강판은 용접 열 영향부(이하, 「HAZ」로 나타낸다)의 인성도 기본적으로 양호한 것이다. 즉, 본 발명의 후강판은 선박, 건축물, 탱크, 라인 파이프 등의 용접 구조물로서 적용되는 것이며, 용접되었을 때의 HAZ의 인성이 양호한 것도 요구되지만, 이러한 HAZ 인성도 양호한 것으로 된다.

제1 발명의 강판은, 화학 성분 조성이 적정하게 조정되어 있는 것도 특징의 하나가 된다. 이하에서는, 화학 성분의 범위 한정 이유를 설명한다.

[C : 0.03 내지 0.10％]

C는 강판(용접 모재)의 강도를 확보하기 위하여 필요한 원소로서, 원하는 강도를 확보하기 위해서는 0.03％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, C를 과잉으로 함유시키면, HAZ 인성이 도리어 저하되게 된다. 이러한 점에서, 그 상한은 0.10％로 할 필요가 있다. 또한, C 함유량의 바람직한 하한은 0.04％, 0.05％이며, 바람직한 상한은 0.09％, 0.08％이다.

[Si : 0.50％ 이하(0％를 포함한다)]

Si는 강판의 강도를 확보하기 위하여 유효한 원소로서, 필요에 따라 함유된다. 그러나, 과잉으로 함유되면 강재(모재)에 섬 형상 마르텐사이트상(M-A상)을 다량으로 석출시켜 HAZ 인성을 열화시킨다. 이러한 점에서, 그 상한을 0.50％로 했다. 또한, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.1％이며, 바람직한 상한은 0.4％이 다.

[Mn : 1.0 내지 2.0％]

Mn은 켄칭성을 향상시켜 강판 강도를 확보하는 데 있어서 유효한 원소로서, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 Mn은 1.0％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 Mn을 과잉으로 함유시키면 강판의 HAZ 인성이 열화되므로 상한을 2.0％로 한다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 1.3％이며, 바람직한 상한은 1.8％이다.

[P : 0.015％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

P는 불가피하게 혼입되어 오는 불순물로서, 강판 및 HAZ의 인성에 악영향을 미치므로 가능한 한 적은 편이 바람직하다. 이러한 관점에서, P는 0.015％ 이하로 억제하는 것이 좋다. P 함유량의 바람직한 상한은 0.01％이다.

[S : 0.010％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

S는 강판 내의 합금 원소와 화합하여 다양한 개재물을 형성하고, 강판의 연성이나 인성에 유해하게 작용하는 불순물이므로, 가능한 한 적은 편이 바람직한 것이지만, 실용 강의 청정도의 정도를 고려하여 0.010％ 이하로 억제하는 것이 좋다. 또한, S는 강에 불가피하게 포함되는 불순물로서, 그 양을 0％로 하는 것은 공업 생산상 곤란하다.

[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 점에서, 그 상한을 0.060％로 했다. 또한, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.01％이며 (보다 바람직하게는 0.02％), 바람직한 상한은 0.04％이다.

[Nb : 0.020 내지 0.060％]

Nb는 켄칭성을 향상시켜 모재 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다. 그러나, 다량으로 함유되면 탄화물의 생성이 많아져 취성 균열 전파 정지 특성이 열화되기 때문에 0.060％ 이하(보다 바람직하게는 0.04％ 이하)로 하는 것이 좋다. 또한, 이들 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 함유량은 0.020％ 이상이다.

[Ti : 0.008 내지 0.030％]

Ti는 강중에 TiN을 미세 분산시켜 가열 중인 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하는 동시에, Nb과 마찬가지로 오스테나이트의 재결정을 억제하는 효과가 있기 때문에 오스테나이트 입자를 미세화하여 변태 후의 조직을 미세화하는 효과를 발휘한다. 또한, TiN은 용접 시에 있어서의 HAZ부의 오스테나이트 입자를 미세화하여, HAZ 인성 개선에 유효하다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti는 0.008％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Ti의 함유량이 과잉으로 되면 용접성이 손상되므로, 0.030％ 이하로 한다.

[N : 0.0020 내지 0.010％]

N은, Al, Ti, Nb, B 등과 결합하여 질화물을 형성하여 모재 조직을 미세화 시키는 효과가 있는 동시에, 용접 시의 오스테나이트 입자의 미세화나 입자내 조직을 미세화하여 HAZ 인성을 향상시킨다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, N은 0.0020％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 고용 N은 HAZ 인성을 열화시키는 원인이 된다. 전체 질소량의 증가에 의해, 전술한 질화물은 증가하지만 고용 N도 과잉으로 되어 유해하게 되기 때문에 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.008％ 이하(보다 바람직하게는 0.006％ 이하)이다.

[O : 0.010％ 이하(0%를 포함하지 않는다)]

0는 불가피적 불순물로서 함유되지만, 강중에서는 산화물로서 존재한다. 그러나, 그 함유량이 0.010％를 초과하면 조대하는 산화물이 생성되어 HAZ 인성이 열화된다. 이러한 점에서, O 함유량의 상한을 0.010％로 한다. O 함유량의 바람직한 상한은 0.005％(보다 바람직하게는 0.003％)이다.

[고용 B : 0.0005％ 이하(0％를 포함한다)]

B의 고용량은 취성 균열 전파 정지 특성의 향상에 유효한 의사 폴리고날?페라이트의 생성에 크게 영향을 미치기 때문에 제한할 필요가 있다. 고용 B가 0.0005％를 초과하면 의사 폴리고날?페라이트가 생성되기 어려워져, 취성 균열 전파 정지 특성을 저하시켜버린다. 이러한 점에서, 고용 B의 상한을 0.0005％로 하는 것이 좋다. 바람직한 범위는, 0.0003％ 이하, 0.0001％ 이하로 억제하는 것이 좋다. 고용 B량은, B의 첨가량과 가열?압연 조건에 의해 제어할 수 있다. B 첨가량을 적게 하고, 가열 온도를 낮게 하고, 저온에서의 압연 압하량을 증가시킴으로써 고용 B량을 저감(5ppm 이하)시킬 수 있다.

제1 발명의 강판에 있어서, 상기 성분 외에는, 철 및 불가피적 불순물(예를 들어, Sb, Se, Te 등)로 이루어지는 것이지만, 그 특성을 저해하지 않을 정도의 미 량 성분(허용 성분)도 포함할 수 있는 것이며, 이러한 강판도 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

제1 발명의 강판을 제조하는 데 있어서는, 상기 화학 성분량을 만족하는 강을, 통상의 용제법에 의해 용제하고, 이 용강을 냉각하여 슬래브로 한 후, 예를 들어 950 내지 1300℃의 범위로 가열한 후 열간 압연을 행하고, 계속하여 Ar₃ 변태점 + 150℃ 내지 Ar₃ 변태점 + 100℃까지의 누적 압하율을 10 내지 30％로 되도록 하여 압연을 하고, Ar₃ 변태점 + 50℃ 내지 Ar₃ 변태점의 누적 압하율을 10 내지 20％로 되도록 하여 압연을 종료하고, 그 후 400℃까지 0.1 내지 20℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각하도록 하면 된다. 이 방법에 있어서의 각 조건의 범위 설정 이유는 다음과 같다. 또한 상기에서 나타낸 온도는 표면의 온도로 관리한 것이다.

[가열 온도 : 950 내지 1300℃]

강판의 조직을 일단 모두 오스테나이트화하는 관점에서 950℃ 이상으로 할 필요가 있으나, 가열 온도가 1300℃를 초과하면 오스테나이트 입자가 조대화되어 후공정에서 원하는 조직을 얻는 것은 어렵게 된다.

[Ar₃ 변태점 + 150℃ 내지 Ar₃ 변태점 + 100℃까지의 누적 압하율 : 10 내지 30％]

이 온도 범위에서의 누적 압하율을 10 내지 30％로 함으로써, 후공정과의 조합에 의해 그래뉼라화(입상화)할 수 있다. 이 온도 범위를 벗어나거나, 누적 압하율이 10％ 미만 혹은 30％ 초과에서는 의사 폴리고날?페라이트를 30％ 이상 확보 할 수 없다. 또한, 본 발명에 있어서 「Ar₃ 변태점」이란, 하기 수학식 3으로 구해진 값이다.

[수학식 3]

단, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo] 및 [Nb]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 Nb의 함유량(질량％)을 나타낸다.

[Ar₃ 변태점 + 50℃ 내지 Ar₃ 변태점의 누적 압하율 : 10 내지 20％]

이 온도 범위에서의 누적 압하율을 10％ 이상으로 함으로써, 적정량의 그래뉼라화(입상화)를 할 수 있다. 이 온도 범위를 벗어나거나, 누적 압하율이 10％ 미만 혹은 20％ 초과에서는 의사 폴리고날?페라이트를 30％ 이상 확보할 수 없다. 또한, 상기 누적 압하율은, 하기 수학식 4에 의해 구해지는 것이다.

[수학식 4]

〔수학식 4 중, t₀는 당해 온도 영역에서의 강편의 압연 개시 두께(㎜)를 나타내고, t₁은 당해 온도 영역에서의 강편의 압연 종료 두께(㎜)를 나타낸다.〕

[Ar₃ 변태점 내지 400℃까지의 평균 냉각 속도 : 0.1 내지 20℃/초]

냉각 시의 평균 냉각 속도가 0.1℃/초 미만 혹은 20℃/초 초과에서는, 그래 뉼라화(입상화)할 수 없다. 또한, 냉각을 400℃까지로 하는 것은, 그 이하의 온도에서는 그 이상의 조직 변태를 발생시키지 않기 때문이다.

본 발명자들은, 상기 제1 발명의 강판에 관한 경험에 기초하여 Kca 값으로 4500MPa?㎜^1/2 이상의 우수한 취성 균열 전파 정지 특성을 발휘하는 후강판에 대하여 더욱 검토를 거듭했다. 그 결과, 강판의 화학 성분 조성을 적절하게 제어하는 동시에, 강판 내의 조직을 적절하게 제어(즉, 의사 폴리고날?페라이트의 평균 면적률을 30 내지 85％)한 강판에 대해서, 상기 수학식 1로 주어지는 균열 진전 구동력(K₀)의 값(이하, 단순히 「K₀값」이라고 하는 경우도 있다)이 6750(MPa?㎜^1/2)을 초과하도록 하면, 상기 목적에 맞는 후강판을 실현할 수 있는 것을 발견하고, 제2 발명의 강판을 완성했다.

어레스트 특성을 평가하는 기준으로서는, ESSO 시험에 의해 구해지는 Kca값이 일반적으로 채용되고 있다(후기 실험예 참조). 그러나, 이 Kca값을 구하기 위해서는 번잡한 실험이 필요하게 되기 때문에, 어레스트 특성을 간편하게 평가하는 기준으로서, 상기 수학식 1에서 규정하는 K₀값을 규정한 것이다.

이 식이 구해진 경위에 대하여 설명한다.

상기 ESSO 시험에 있어서, 시험체에 응력(σ₀)이 가해지고 있는 경우에 대하여, 취성 균열이 어느 온도(T₀)를 통과한다고 상정하고, 이때의 균열 진전 구동력을 K₀로 한다. 이 균열 진전 구동력(K₀)에 대한 저항으로서는, 강판 표층(즉, t/4부) 에서 발생하는 연성 파괴[전단 가장자리(shear lip)]에 의한 저항[K_s(단위 : MPa?㎜^1/2)]과, 판 두께 중앙부(t/2부)에 있어서의 저항[K_d(단위 : MPa?㎜^1/2)]의 2개가 있다. 이 중, 저항(K_s)은 상기 균열 진전 구동력을 K₀에 비례하는 것으로 생각되기 때문에, K_s=K₀?r(r : 비례 상수)로 나타낼 수 있다. 이들 저항(K_s, K_d)이 균열 정지의 큰 영향을 주게 된다.

이때, 온도(T₀)에 있어서, 균열을 정지시키기 위해서는 하기 수학식 5의 관계가 성립될 필요가 있다. 또한, 이때 균열 진전 구동력(K₀)이 온도(T₀)에 있어서의 Kca값에 대응한다고 생각된다. 하기 수학식 5는 하기 수학식 6과 같이 변형할 수 있다.

[수학식 5]

[수학식 6]

다음에, 기술 문헌 「압력 기술 Vol.31, No.2(1993), p2」 (이하, 「참고 문헌1」이라고 한다)에 의하면, 비례 상수(r)는, 판 두께 표층 근방의 동적 파괴 인성값[K_D(B)]과 관련이 있다고 되어 있다. 동적 파괴 인성값은 고속 진전하는 균열에 대한 파괴 인성값이며, 일반적인 파괴 인성값(Kci)과는 상이하다고 되어 있다. 한 편, 기술 문헌 「일본 조선 학회 논문집 Vol.177(1995), p243」(이하, 「참고 문헌2」라고 한다)에 의하면, 고속으로 진전되는 취성 균열도, 전단 가장자리가 발생하는 표층 근방에서는 균열 진전 속도는 매우 저하된다고 되어 있다. 여기서, 표층 근방에서는 균열 진전 속도는 매우 낮기 때문에, 그 동적 파괴 인성값도 통상의 파괴 인성값과 등가로 된다. 이에 의해, 비례 상수(r)는, 표층 근방의 파괴 인성값(Kci)과 상관이 있게 된다.

또한, 상기 참고 문헌2에 의하면, 파괴 인성값(Kci)은 파면 천이 온도(vTrs)와 상관이 있다고 되어 있다. 또한, 파면 천이 온도(vTrs)란 샤르피 충격 시험에 의해 구해지는 취성 파면 천이 온도(vTrs)이다. 이에 의해 비례 상수(r)는 표층 근방의 파면 천이 온도(vTrs)와 상관이 있는 것으로 된다. 예를 들어, 표층 근방의 재료 특성은 t/4부의 재료 특성으로 대표할 수 있다고 생각하면, 비례 상수(r)는 t/4부의 파면 천이 온도(vTrs)(이하, [vTrs(t/4)]로 약기한다)와 상관이 있다고 할 수 있다.

한편, 판 두께 중앙부의 저항(K_d)은 동일부의 동적 파괴 인성값이며, 통상의 파괴 인성값과 상이하다. 상기 참고 문헌2에 의하면, 동적 파괴 인성값[즉, 저항(K_d)]은, 국부 한계 응력(σ_F)과 상관이 있다. 국부 한계 응력(σ_F)은, 균열 선단의 극미소 영역의 인장 파괴 응력이다. 이 인장 파괴는 결정물의 벽개 파괴와 입계의 연성 파괴의 연속이다.

여기서, 입계의 연성 파괴에 대한 강도(응력)는 연성 파괴부가 많을수록 높 아진다고 생각된다. 연성 파괴부는 입계가 많을수록 많고, 즉 결정 입경(d)이 작을수록 연성 파괴에 대한 강도는 높아진다고 생각된다. 즉, 국부 한계 응력(σ_F)은 결정 입경(d)에 반비례한다고 할 수 있다. 한편, d^-1/2는 일반적으로 파면 천이 온도(vTrs)와 비례 관계에 있다고 되어 있다. 이상의 것으로부터, 국부 한계 응력(σ_F)은 파면 천이 온도(vTrs)와 상관이 있다고 할 수 있다.

예를 들어, 판 두께 중앙부 근방의 재료 특성은 t/2부의 재료 특성으로 대표할 수 있는 것으로 하면, K_d는 t/2부의 파면 천이 온도(vTrs)와 상관이 있다고 할 수 있다. 이상으로, Kca의 대체 파라미터인 파괴 인성 구동력(K₀)은 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 7]

상기 수학식 7의 f₁(), f₂()는 각각 함수이며, 예를 들어 실온(25℃)에서의 항복 응력(σy), 판 두께(t), 및 설계 요건으로부터 얻어지는 온도 조건(T₀)을 파악할 수 있으면, 파면 천이 온도[vTrs(t/4) 및 vTrs(t/2)]의 함수로서 정식화할 수 있다. 이 정식화의 수순은 다음과 같다.

우선, 상기 비례 상수(r)에 대해서는, 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다 (상기 참고 문헌1).

[수학식 8]

단, ts1 : 표층부의 연성 파괴(전단 가장자리)의 폭(㎜), σ_Y1 : 온도(T₀)에 있어서의 강판 표층 근방의 고속 인장 변형 시의 항복 응력(MPa), σ₀ : ESSO 시험 시의 항복 응력(MPa), a : 균열 길이(㎜), 1s1 : 사이드 리거먼트(side ligament) 길이(㎜)를 각각 나타낸다.

상기 표층부의 연성 파괴(전단 가장자리)의 폭(ts1)은, 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. 또한, 하기 수학식 9에 있어서, ks1은 계수(전단 가장자리 폭과 소성 영역 치수의 비)로서, 상기 참고 문헌2로부터 ks1=2로 한다.

[수학식 9]

또한, 상기 수학식 9에 있어서, rp는 소성 영역 치수(㎜)로서, 하기 수학식 10과 같이 나타내어진다.

[수학식 10]

단, K_D(B) : 표층부 근방의 동적 파괴 인성값(MPa?㎜^1/2)

상기 참고 문헌2에 의하면, 전단 가장자리의 발생부에서는 균열 진전 속도는 매우 저속인 것으로 되어 있기 때문에 통상의 파괴 인성값(Kci)과 동등하게 할 수 있다. 즉, 하기 수학식 11로 나타낸 바와 같다.

[수학식 11]

파괴 인성값(Kci)은, 예를 들어 문헌(키타다 히로시게 저, 박사 논문 「TMCP에 의한 항복점 40kgf/㎟급 강판의 실제 선박 적용에 있어서의 인성 요구 기준에 관한 연구」(1990), p32 : 이하, 「참고 문헌3」이라고 한다)에 의해, 하기 수학식 12 내지 수학식 14와 같이 파면 천이 온도(vTrs)와의 상관이 나타나 있다.

[수학식 12]

[수학식 13]

[수학식 14]

단, σ_y0 : 강재의 실온(25℃)에서의 항복 응력

여기서, 판 두께=60㎜, 항복 응력 σ_y0=500MPa의 강재를 구체적으로, 응력(σ₀)으로 ESSO 시험을 실시한 경우에, 선박 등의 설계 요건으로부터 얻어지는 온도 조건(T₀)에서의 K₀을 정식화해 본다. 선박의 경우, 설계 요건으로부터 얻어지는 온 도 조건(T₀)은 0 내지 -10℃인 것이 많기 때문에, 여기에서는 T₀=-10℃로 설정한다. 또한 ESSO 시험에서는 다양한 응력 조건에서 실험이 행하여지지만, 응력이 너무 낮으면 균열 진전량은 매우 작아 온도 T₀=-10℃의 온도 영역까지 균열이 진전되지 않을 가능성이 높다. 따라서, 충분히 높은 응력으로 할 필요가 있다. 선박의 경우, 설계 요건으로부터 설계 응력이 결정되는 경우가 많아, 이 설계 응력에서의 균열 정지 성능을 파악하는 것이 가장 합리적이다. 따라서, 여기에서는 ABS 규격(미국 선급 협회 규격) ET40에 대한 설계 사용 응력(예를 들어, 「일본 선박 해양 공학 강연 논문집」Vol.3(2006), p359 : 이하 「참고 문헌4」라고 한다)을 사용하여, σ₀=252MPa로 한다.

이러한 예의 경우에는, vTrs와 Kci는 비례 관계를 나타나게 된다. 이 관계로부터, 본 발명자들은 표층부의 Kci(Kci_(B))를 사용하여, 하기 수학식 15가 얻어지는 것을 밝히고 있다.

[수학식 15]

또한, 상기한 수학식 8의 σ_Y1은 온도[T₀(=-10℃)]에 있어서의 강재 표층 근방의 고속 인장 변형 시의 항복 응력이다. 이 항복 응력(σ_Y1)은 표층 근방의 균열 진전 속도에 의존하고, 이 속도를 상기 참고 문헌2에 기초하여 100m/초로 하면, 항 복 응력(σ_Y1)을 참고 문헌의 도 1(b)로부터 항복 응력 σ_Y1=800MPa가 얻어진다. 또한 상기 수학식 8에 나타낸 a는 균열 길이, 1s1는 사이드리가먼트 길이이나, 1s1은 상기 참고 문헌2에 의하면, 10 내지 20㎜ 정도로 된다. 또한 통상의 ESSO 시험에서의 균열 길이(a)는 300㎜ 정도로 되는 경우가 많기 때문에 (a-1s1)/a는 약 0.95 정도로 된다.

이상에서, 비례 상수(r)는 하기 수학식 16과 같이 정식화할 수 있게 된다. 또한, 여기서의 vTrs는 표층 근방에 있어서의 재료의 파면 천이 온도{vTrs[vTrs(표층 근방)]}로 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 표층 근방의 vTrs가 t/4부의 vTrs와 동등하다고 생각하면 하기 수학식 17의 관계가 성립하게 된다.

[수학식 16]

[수학식 17]

이상이, 비례 상수(r)의 구체적인 정식화 예이지만, 비례 상수(r)의 정식화에 대해서는 이하와 같이 이해할 수 있다. 즉, 비례 상수(r)는 이하와 같은 함수이다.

여기서, 파라미터는, 이하와 같이 구해진다.

vTrs(표층 근방) : 표면 근방의 파면 천이 온도(℃) → 강재로부터 채취

σ_y0 : 강재의 실온(25℃)에서의 항복 응력 → 강재로부터 채취

T₀: 설계 요건으로부터 얻어지는 온도 조건이다.

t : 강판의 두께 → 강재로부터 채취

ks1 : 전단 가장자리 폭과 소성 영역 치수의 비 → 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2 등에 기재되어 있다.

σ_Y1 : 온도(T₀)에 있어서의 강재 표층 근방의 고속 인장 변형 시의 항복 응력 → 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2 등에 기재되어 있다.

σ₀: 설계 요건으로부터 얻어지는 부하 응력 조건이다.

(a-1s1)/a : a는 균열 길이, 1s1은 사이드리가먼트 길이이며, 모두 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2에 의해 유추할 수 있다.

이상에서, 설계 요건으로부터 구해지는 값과, 문헌으로부터 얻어지는 값을 빼면,

r=f₁"([vTrs(표층 근방)], σ_y0, t)이 되고,

어느 한 항복 응력(σ_y0) 및 판 두께(t)의 조건에 대하여 r=f₁([vTrs(표층 근방)])로 나타낼 수 있다.

한편, K_d의 정식화의 수순에 대하여 상세하게 설명한다. 상기 참고 문헌2로 부터 K_d는 하기 수학식 18과 같이 정식화된다.

[수학식 18]

상기 수학식 18에 있어서, σ_Y2는 온도[T₀(=-10℃)]에 있어서의 판 두께 중앙부 근방의 고속 인장 변형 시의 항복 응력(MPa)으로서, 이 항복 응력(σ_Y2)은 판 두께 중앙부 근방의 균열 진전 속도에도 의존하고, 동일 속도를 600m/초(표준적인 ESSO 시험으로 얻어지는 균열 진전 속도)로 하면, 상기 참고 문헌2의 도 11(b)로부터, 800MPa로 된다.

상기 υ은 포와송비이며 0.3이다. 또 r_c는 국부 영역을 나타내는 상수이며 (단위 : ㎜), 상기 참고 문헌2로부터 0.3㎜로 했다. -s는 응력 특이성의 강도를 나타내는 지수이며, 여기에서는 -10℃, 균열 진전 속도 600㎜/초에서의 -s를 상기 참고 문헌2의 도 11(c)로부터 0.08로 했다. Σ_yy는 응력의 강도를 나타내는 계수이며, 상기 참고 문헌2로부터 Σ_yy=4로 한다.

σ_F는 국부 한계 응력(MPa)이며, 결정 입경(d)을 사용하면 전술한 바와 같이 1/d(=(-A?vTrs+B)²)로 비례한다고 생각된다. 여기서, A, B는 문헌(「열처리」, Vol.47, No.2(2007), p66 : 이하 「참고 문헌5」라고 한다)로부터, A=3, B=1000으로 한다. 파면 천이 온도(vTrs)의 단위는 K이다. 또한, 참고 문헌2에 의해, 국부 한계 응력(σ_F)은 4000 내지 4500MPa까지의 값으로 되는 것으로 하고, 그것이 파면 천이 온도(vTrs)의 변화(273 내지 263K)에 대응한다고 가정하면, 하기 수학식 19와 같이 나타난다.

[수학식 19]

이상에서, K_d는 하기 수학식 20과 같이 정식화되게 된다. K_d의 단위는 MPa?㎜^1/2다.

[수학식 20]

또한, 여기서의 파면 천이 온도(vTrs)는, 판 두께 중앙부 근방의 재료의 vTrs[vTrs(판 두께 중앙부 근방)]이 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 판 두께 중앙부 근방의 파면 천이 온도(vTrs)가 t/2부의 vTrs[vTrs(t/2)]와 동등하다고 생각하면, 상기 수학식 20은 하기 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 21]

이상이, K_d의 구체적인 정식화 예이지만, K_d의 정식화에 대해서는 이하와 같이 이해할 수 있다. 즉, K_d는 하기 수학식 22로 나타낸 바와 같은 함수이다.

[수학식 22]

여기서, 각 파라미터는, 이하와 같이 구해진다.

vTrs(판 두께 중앙부 근방) : 판 두께 중앙부 근방의 파면 천이 온도(℃) → 강재로부터 채취

σ_Y2 : 온도(T₀)에 있어서의 판 두께 중앙부 근방의 고속 인장 변형 시의 항복 응력 → 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2 등에 기재되어 있다.

r_c: 국부 영역을 나타내는 상수 → 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2 등에 기재되어 있다.

υ : 포와송비 → 일반적인 강재에 대하여 0.3으로 되어 있다.

-s : 응력 특이성의 강도를 나타내는 지수 → 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2 등에 기재되어 있다.

Σ_yy : 응력의 강도를 나타내는 계수 → 일반적인 강재에 대하여 참고 문헌2 등에 기재되어 있다.

이상에서, 설계 요건으로부터 구해지는 값과, 문헌으로부터 얻어지는 값을 빼면 K_d=f₂([vTrs(판 두께 중앙부 근방)])로 나타낼 수 있다.

이상과 같이 하여 정식화된 r 및 K_d에 의해, Kca의 대체 평가 파라미터 K₀값은, 하기 수학식 23, 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 23]

[수학식 24]

여기서, 취성 파면 천이 온도(vTrs)는, 일반적으로 평균 결정 입경(d) 사이에 1/d=(-A×vTrs+B)²(A, B는 상수)의 관계에 있다고 여겨지고 있다. 상기 관계는, vTrs=-1/A?√(1/2)+B/A로 바꾸어 쓸 수 있다. 따라서, 균열 진전 구동력(K₀)은 취성 파면 천이 온도(vTrs)뿐만 아니라, 표층 근방[대표적으로는, 표면으로부터 t/4(t : 판 두께)의 위치 ; 이하 단순히 「t/4부」라고 하는 경우가 있다] 및 판 두께 중앙부 근방[대표적으로는, 표면으로부터 t/2(t : 판 두께)의 위치 ; 이하 단순히 「t/2부」라고 하는 경우가 있다]의 평균 결정 입경에 의해서도 표현할 수 있게 된다. 그리고, 예를 들어 문헌(철강 협회 포럼 「구조 재료의 강도와 파괴」2006년 11월 발행)에 기재된 실험 결과로부터 취성 파면 천이 온도(vTrs)는 하기 수학식 25와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 25]

상기 균열 진전 구동력(K₀)의 식[상기 수학식 24]을 평균 결정 입경(d)에 의해 재차 전개하면 하기 수학식 1이 구해진다.

[수학식 1]

제2 발명의 강판을 제조하는 방법은 상기 제1 발명의 강판의 제조 방법과 많은 공정에서 동일 조건으로 되지만, 열간 압연을 종료하고, 그 온도로부터 즉시 냉각하는 것이 아니라, 일단 압연 종료 온도에서 30 내지 150초 대기시키고나서 냉각하도록 하는 점이 상이하다. 이 방법에 있어서, 압연 종료 온도에서 30 내지 150초 대기시키는 이유는 다음과 같다. 또한 상기에서 나타낸 온도는 표면의 온도로 관리한 것이다.

[압연 종료 온도에서 30 내지 150초 대기]

압연 후의 대기 시간이 30초 미만에서는 판 두께 중심부의 온도가 높고, 판 두께 중심부의 평균 결정 입경이 커져, 상기 K₀값이 6750MPa?㎜^1/2 초과를 만족시킬 수 없다. 또한 대기 시간이 150초를 초과하면, 입자의 성장이 진행되어 판의 중심 부, 표층부를 막론하고 평균 결정 입경이 커져 상기 K₀값이 6750MPa?㎜^1/2 초과를 만족시킬 수 없다.

본 발명자들은 상기 제1 발명의 강판에 관한 경험에 기초하여, 또한 Kca값으로 5000MPa?㎜^1/2이상의 우수한 취성 균열 전파 정지 특성을 발휘하는 후강판에 관하여 더욱 검토를 거듭했다.

그 결과, 강판의 취성 균열 전파 정지 특성은 베이나이트 조직의 형태, 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 입경, 섬 형상 마르텐사이트의 크기, 강판의 항복 응력(YS) 등에 영향을 받는 것, 및 이 조직은 화학 성분과 압연?냉각 조건의 적정화에 의해 제어할 수 있다는 경험을 얻었다.

따라서 본 발명자들은 상기 제1 발명의 강판을 베이스로, 또한 표면으로부터 t/4의 위치의 유효 결정 입경[D(㎛)][즉, 의사 폴리고날?페라이트의 유효 결정 입경(D)], 섬 형상 마르텐사이트(MA)의 평균 원상당 직경[d(㎛)], 및 강판의 항복 응력[YS(MPa)]이, 하기 수학식 2를 만족하도록 밸런스를 맞추어 제어하면, 강판의 취성 균열 전파 정지 특성을 양호하게 할 수 있는 것을 발견하고, 제3 발명의 강판을 완성했다.

[수학식 2]

상기 수학식 2를 구한 경위는 다음과 같다. 우선 본 발명자들은 강판의 취성 균열 전파 정지 특성에 영향을 주는 요인으로서, 표면으로부터 t/4의 위치의 유 효 결정 입경[D(㎛)], 섬 형상 마르텐사이트(MA)의 평균 원상당 직경[d(㎛)], 및 강판의 항복 응력[YS(MPa)]을 선택했다.

상기한 요건 중, 강판의 항복 응력(YS)은 고강도로 될수록 높아지는 경향이 있고, 이 항복 응력(YS)이 낮을수록 취성 균열 전파 정지 특성도 양호한 것으로 되는 것이 예상된다. 그리고, 이 항복 응력(YS)은 일반적으로는 켄칭성 지수(P㎝)와의 상관이 높기 때문에, 켄칭성 지수(P㎝)가 항복 응력(YS)의 제어 지침으로 되어 있다. 단, 통상의 켄칭성 지수(P㎝)에서는 Nb 등의 합금 원소의 영향이 고려되어 있지 않기 때문에 본 발명에서는 이러한 합금 원소의 영향도 고려한 후, 취성 균열 전파 정지 특성과 항복 응력의 관계에 대하여 검토했다.

상기한 경험에 기초하여 의사 폴리고날?페라이트의 유효 결정 입경(D)이나 섬 형상 마르텐사이트(MA)의 평균 원상당 직경(d)이 항복 응력(YS)에 끼치는 영향에 대하여 실험(회귀 분석)에 기초하여 검토한 결과, 상기 수학식 1의 관계를 만족했을 때에 강판의 취성 균열 전파 정지 특성이 양호해지는 것이 판명된 것이다.

또한, 대각 입계를 규정하는 「결정 방위차」란, 「편차각」 혹은 「경각」이라고도 부르고 있는 것이며, 이러한 결정 방위차를 측정하기 위해서는 EBSP법(Electron Backscattering Pattern법)를 채용하면 된다(후기 실시예 참조).

제3 발명의 강판을 제조하는 데 있어서는, 상기 제1 발명의 강판의 제조 방법과 많은 공정에서 동일 조건으로 되지만, 950 내지 1300℃의 범위에서 행하는 압연 가열 전에 한번 가열 처리(950 내지 1100℃)를 행하는 것, 및 마지막에 500℃ 이상의 온도에서 템퍼링 처리를 행하는 것에 있어서 상이하다. 이 방법에 있어서, 압연 가열 전에 한번 가열 처리를 행하는 것, 및 마지막에 템퍼링 처리를 행하는 것의 이유는 다음과 같다. 또한 상기에서 나타낸 온도는 표면의 온도로 관리한 것이다.

[가열 온도 : 950 내지 1100℃]

압연 가열 전에 가열 처리를 행함으로써 유효 결정립의 제어를 행할 수 있어, 취성 파괴 정지 특성을 향상시킬 수 있다. 강판의 유효 결정 입경은, 초기γ 입자를 미립화함으로써 한층 더 미립화할 수 있어 특성의 향상으로 연결되지만, 압연 가열 전에 950℃ 이상으로 일단 가열 처리함으로써 이 미세화가 가능해진다. 950℃ 미만의 온도에서는 모두 오스테나이트로 되지 않기 때문에 유효하지 않다. 한편, 가열 온도가 1100℃를 초과하면 온도가 너무 높아, 후의 재가열과도 아울러 결정립이 조대하게 되어버려 특성이 열화된다.

[템퍼링 처리]

템퍼링 처리를 행함으로써, MA 사이즈를 미세화할 수 있어, 취성 파괴 정지 특성을 향상시킬 수 있다. 너무 저온이면 그 효과가 적어 MA가 미세화되지 않기 때문에 500℃ 이상으로 할 필요가 있다.

또한, 본 발명자들은 상기 제1 발명의 강판에 관한 경험에 기초하여 이것 외에, 피로 균열 진전 억제 특성에도 우수한 후강판에 대하여 검토를 거듭했다.

그 결과, 강판의 피로 균열 진전 억제 특성은, 표층 근방의 평균 결정 입경이나 입도 분포에 영향을 받는 것, 및 이 조직은 화학 성분과 압연?냉각 조건의 적정화에 의해 제어할 수 있다는 경험도 얻어졌다.

따라서 본 발명자들은 상기 제1 발명의 강판을 베이스로, 또한 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치(표층)로부터 상기 t/4의 위치[표면으로부터 t/4(t : 판 두께)의 위치]까지의 영역에 있어서의 평균 결정 입경(즉, 의사 폴리고날?페라이트의 평균 결정 입경)을 소정의 값 이하로 한 후, 표층 부근(표면으로부터 깊이 2㎜의 위치)에 있어서의 강 조직의 결정 입경과 당해 결정 입경으로 계수되는 결정립 수의 관계를 히스토그램으로 나타냈을 때에, 결정립 수가 극대로 되는 2개의 결정 입경의 차이를 소정의 범위 내로 함으로써 강판의 취성 균열 전파 정지 특성과 피로 균열 진전 억제 특성 모두 양호하게 할 수 있는 것을 발견하고, 제4 발명의 강판을 완성했다.

또한, 통상의 제법으로 강판을 제조한 경우, 표면 부근의 강 조직의 결정 입경과 당해 결정 입경으로 계수되는 결정립 수의 관계를 히스토그램으로 나타내면, 결정립 수가 극대로 되는 결정 입경은 많은 경우에는 1개소이거나(입경 분포는 소위 정규 분포에 가까워지거나), 혹은 복수의 극대점이 있어도 양자는 비교적 가까운 입경이다(극대로 되는 2개의 결정 입경의 차이는 겨우 수㎛ 정도이다).

이에 대해, 본 발명의 후강판에 있어서는, 강판의 표면 부근에, 일부러 결정립 수가 극대로 되는 결정 입경을 2개소로 하고 그것도 극대점을 나타내는 2개소의 입경의 차이가 10 내지 30㎛로 되도록 조직을 제어하고 있는 점이 큰 특징이다. 또한, 본 발명에 있어서 이러한 입경 분포를 나타내는 위치(표층 부근)로서, 「표면으로부터 깊이 2㎜의 위치」로 한 것은, 다음과 같은 이유때문이다.

피로 균열은 표층으로부터 발생하여, 표층을 긴 시간에 걸쳐 진전하게 된다. 그리고, 판의 중심까지 진전되게 되면, 진전 속도는 상당히 빨라지고, 그렇게 되면 강 조직의 영향은 작아진다. 따라서, 표층 근방의 강 조직이 피로 균열에 끼치는 영향이 더 크다고 하는 점에서, 표층 근방을 대표하는 조직으로서 「표면으로부터 깊이 2㎜의 위치」를 선택했다. 또한, 「2㎜의 깊이」의 의미는, 최표층에서는 산화층 등 표면 특유의 영향을 받고 있는 경우가 많아, 그 영향을 피하여 「2㎜의 깊이」로 한 것이다.

제4 발명의 강판을 제조하는 데 있어서는, 상기 제1 발명의 강판의 제조 방법과 많은 공정에서 동일 조건으로 되지만, Ar₃ 변태점 + 50℃ 내지 Ar₃ 변태점의 누적 압하율을 10 내지 20％로 되도록 하여 압연을 하는데 있어서, 최종 압연 패스에서의 누적 압하율을 3％ 이하로 되도록 하여 압연을 종료하는 점에 있어서 상이하다. 이 방법에 있어서, 최종 압연 패스에서의 누적 압하율을 규정하는 이유는 다음과 같다.

[최종 압연의 패스 누적 압하율 : 3％ 이하]

최종 압연 패스에서의 누적 압하율을 3％ 이하로 함으로써, 표면 부근(표면으로부터 깊이 2㎜의 위치)에서의 결정 입경 분포를 제어할 수 있다. 통상의 강판 제조 시의 최종 압연 패스는 5％ 정도의 압하가 행하여지는 경우가 많으나, 이러한 압하율에서는 결정립 수가 극대로 되는 결정 입경이 1개소, 혹은 복수의 극대점을 가져도 양자는 비교적 가까운 입경으로 된다. 이에 대해, 최종 압연 패스에서의 압하율을 일부러 낮게 함으로써, 표면 부근의 결정 입경은 오히려 불균일하며, 결 정립 수가 극대로 되는 결정 입경을 2개소, 그것도 극대점을 나타내는 2개소의 입경의 차이를 10 내지 30㎛로 할 수 있다. 이와 같이 하여, 표면 부근(표면으로부터 깊이 2㎜의 위치)의 결정 입경 분포를 제어함으로써 피로 균열 진전 억제 특성이 향상된다.

상기한 본 발명의 강판(제1 내지 4 발명의 강판)에는 필요에 따라, (a) Cu : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다), Ni : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 Cr : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (b) Mo : 0.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (c) V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (d) Mg : 0.005％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (e) Zr : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 / 또는 Hf : 0.05％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (g) Ca : 0.0035％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (h) Co : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 / 또는 W : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다), (i) 희토류 원소 : 0.010％ 이하(0%를 포함하지 않는다), 등을 함유시키는 것도 유효하다. 이들의 성분을 함유시킬 때의 범위 한정 이유는, 다음과 같다.

[Cu : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다), Ni : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 Cr : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상]

Cu, Ni 및 Cr은 모두 켄칭성을 높여서 강도를 향상시키는데 유효한 원소로서, 필요에 따라 함유된다. 그러나, 이들 원소의 함유량이 과잉으로 되면 HAZ 인성이 도리어 저하되므로 모두 2％ 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 않는다)]

Mo는 켄칭성을 향상시켜 강도 확보에 유효하여 템퍼링 취성을 방지하기 위하여 적절하게 이용된다. 이러한 효과는 그 함유량이 증가됨에 따라 증대되나, Mo 함유량이 과잉으로 되면 HAZ 인성이 열화되므로 0.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.30％ 이하로 하는 것이 좋다.

[V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

V는 켄칭성을 향상시켜 모재 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다. 또한 V는 템퍼링 연화 저항을 높게 하는 효과도 있다. 그러나, 다량으로 함유되면 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 0.1％ 이하(보다 바람직하게는 0.05％ 이하)로 하는 것이 좋다. 또한, 이들 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 함유량은 V로 0.01％ 이상이다.

[Mg : 0.005％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

Mg는 MgO를 형성하여, HAZ에 있어서의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제 함으로써, HAZ 인성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에 필요에 따라 함유된다. 그러나 Mg의 함유량이 과잉으로 되면, 개재물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 0.005％ 이하(보다 바람직하게는 0.0035％ 이하)로 하는 것이 좋다.

[Zr : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 / 또는 Hf : 0.05％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

Zr 및 Hf는, Ti와 마찬가지로 N과 질화물을 형성하여, 용접 시에 있어서의 HAZ의 오스테나이트 입자를 미세화하여 HAZ 인성 개선에 유효한 원소이다. 그러나, 과잉으로 함유되면 HAZ 인성을 도리어 저하시킨다. 이로 인해, 이들 원소를 함유할 때에는 Zr은 0.1％ 이하, Hf는 0.05％ 이하로 한다.

[Ca : 0.0035％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

Ca는 황화물의 형태를 제어하여 HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 그러나, 0.0035％를 초과하여 과잉으로 함유시켜도 HAZ 인성이 도리어 열화된다. 또한, Ca 함유량의 바람직한 상한은 0.0020％(보다 바람직하게는 0.0015％)이다.

또한, 제2 발명의 강판에 한해서는 Ca를 함유시킬 경우에 Ca, O 및 S의 함유량을 하기 수학식 26을 만족시키도록 제어함으로써 HAZ 인성의 가일층의 향상을 도모할 수 있다.

[수학식 26]

단, [Ca], [S] 및 [O]는 각각 Ca, S 및 O의 함유량(질량％)을 나타낸다.

응고 단계에서 CaO나 CaS를 미세하게 분산시키면 페라이트 변태핵이 미세 분산되어, 조대 조직의 생성을 억제할 수 있어, HAZ 인성을 더욱 향상시킬 수 있다. CaO나 CaS를 미세 분산시키기 위해서는, 상기 수학식 26의 관계를 만족시키는 것이 유효한 것이 밝혀졌다. 각각의 성분에 대한 「계수」는 미세 분산의 정도를 나타내고 있다. 본 발명에서 나타낸 성분 조성 범위 하에서는 Ca, S 및 O의 순으로 고밀도로 분산시키는 경향이 강한 것을 나타내고 있다. 이러한 관계를 만족시킴으로 써 대입 열 용접 시에도 양호한 HAZ 인성을 확보할 수 있는 유효한 페라이트 생성핵을 다수 도입할 수 있다. 구체적으로는, 후기 실시예에 나타낸 바와 같이, 입열량이 50kJ를 초과하는 대입 열 용접에서도 -55℃에 있어서의 V 샤르피 충격값(VE_-55)이 100J 이상으로 된다.

[Co : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 / 또는 W : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다)]

Co 및 W는, 켄칭성을 향상시켜 모재 강도를 높이는 효과를 가지므로, 필요에 따라 함유된다. 그러나, 과잉으로 함유하면 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 상한을 모두 2.5％로 한다.

[희토류 원소(REM) : 0.010％ 이하(0%를 포함하지 않는다)]

희토류 원소(REM)는 강재 내에 불가피하게 혼입되어 오는 개재물(산화물이나 황화물 등)의 형상을 미세화?구상화함으로써, HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라 함유된다. 이러한 효과는, 그 함유량이 증가됨에 따라 증대되나, REM의 함유량이 과잉으로 되면 개재물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 0.010％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, REM이란, 란타노이드 원소(La부터 Ln까지의 15원소) 및 Sc(스칸듐)과 Y(이트륨)을 포함하는 의미이다.

또한, 본 발명에서 대상으로 하는 강판(상기 제1 내지 제4 발명의 강판)은, 기본적으로는 판 두께가 50㎜ 이상인 후강판을 상정한 것이나, 그 이하의 판 두께 에 있어서도 동등한 특성을 갖는 것으로 되어, 본 발명의 대상에 포함되는 것이다. 또한, 본 발명의 강판을 용접할 때의 입열량은 2kJ/㎜ 이상을 상정한 것이며, 이러한 입열량으로 용접을 행했을 때에 양호한 HAZ 인성을 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것이 아니고, 전?후기의 취지에 비추어 보아 설계 변형하는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

<실시예>

제1 실험예(제1 발명의 강판에 관한 실험예)

하기 표1, 표2에 화학 성분 조성을 나타내는 각종 용강을, 통상의 용제법에 의해 용제하고, 이 용강을 냉각하여 슬래브로 한 후, 하기 표3, 표4에 나타낸 조건으로 열간 압연 및 냉각을 행하여 각종 강판(두께 : 60㎜)을 얻었다. 또한, 하기 표1에 있어서, REM은 La를 50％ 정도와 Ce를 25％ 정도 함유하는 미슈 메탈의 형태로 첨가했다. 또한, 하기 표1, 표2 중 「-」은 원소를 첨가하고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

얻어진 각 강판에 대해서, 모재 조직(의사 폴리고날?페라이트의 경도, 평균 면적률), 고용 B량, 기계적 특성(모재의 인장 특성, 모재의 충격 특성, 취성 균열 정지 특성)을 하기한 방법에 의해 측정하는 동시에, HAZ 인성에 대해서도 평가했다. 측정 결과를, 하기 표5, 표6에 나타낸다.

[의사 폴리고날?페라이트의 경도 측정]

의사 폴리고날?페라이트의 판별을 위한 경도(Hv)는 이하와 같이 측정했다. 각 강판의 t/4, t/2(t : 판 두께)의 위치로부터 채취한 한변이 2㎝인 시험편을 경면 연마한 후, 나이탈 부식액(2％질산-에탄올 용액)으로 에칭 후, 나노인덴터(에이오니크스 제품, 「ENT-1100」)를 사용하여, TD면을 하중 250mg로 측정했다. 150㎛ × 200㎛의 관찰 범위에서, 우선은 입상 조직(어스펙트비 3 이하)을 선별하고, 당해 입상 조직의 경도 측정을 행하여, Hv150 내지 200의 범위에 있는 입상 조직을 의사 폴리고날?페라이트로 판별하였다.

[의사 폴리고날?페라이트 분율의 측정]

상기 경도 측정 결과로부터 얻어진 의사 폴리고날?페라이트 분율을 측정하기 위해, 우선 광학 현미경으로 상기 경도 측정을 행한 시료 관찰면의 사진 촬영을 행하고, 그 후 화상 해석 소프트(Media Cybernetics 제품 : Image-Pro Plus)를 사용하여, 경도 측정 결과에 의해 의사 폴리고날?페라이트로 판별된 조직의 면적분율(평균값)의 정량화를 행했다.

[고용 B량의 측정]

고용 B량은, 추출 잔사의 화학 분석 시험에 의해 정량화했다. 시험편은 t/4부와 t/2부(t : 판 두께)의 위치로부터 10㎜×10㎜을 채취하여, 10질량％아세틸아세톤-1질량％ 테트라메틸암모늄클로리드메탄올 용액을 전해액으로 하여 200mA/㎡ 이하의 전류 하에서 추출하여 0.1㎛의 필터를 사용했다.

[모재의 인장 특성의 평가]

각 강판의 t/4(t : 판 두께)의 위치로부터 JIS4호 시험편을 채취하여 JIS Z2241에 따라 인장 시험을 행함으로써, 항복 응력(YS)[항복점(YP)] 및 인장 강도(TS)를 측정하여 항복비(YR)를 계산했다.

[모재의 충격 특성(인성)의 평가]

모재의 충격 특성(인성)은, V 노치 샤르피 시험을 행하여 천이 곡선에 의해 vTrs(취성 파면 천이 온도)를 구했다. t/4(t : 판 두께)의 위치로부터 JIS4호 시험편을 채취하여 JIS Z2242에 따라 시험을 실시했다. 이때 각 온도(최저 4온도 이상)의 측정에 관하여 n=3으로 시험을 실시하여, 3점 중 가장 취성 파면율이 높은 점을 통과하도록 취성 파면 천이 곡선을 그리고, 취성 파면율 50％의 온도를 취성 파면 천이 온도(vTrs)로서 산출하였다(vTrs가 가장 고온측으로 되도록 선을 긋는다).

[취성 균열 전파 정지 특성]

취성 균열 전파 정지 특성(어레스트 특성)은, 사단 법인 일본 용접 협회(WES) 발행의 강종 인정 시험 방법(2003년 3월 31일 제정)에서 규정되는 「취성 파괴 전파 정지 시험」에 준해 행하였다. 시험은, 취성 파괴 전파 정지 시험 방법의 도 7.2에 나타내고 있는 형상의 시험편을 사용하여, 상기 시험편에 -190℃ 내지 +60℃의 범위로부터 선택되는 임의의 온도 범위에서 온도 구배를 주어 4시험체분 행했다. Kca값은 하기 수학식 27로 산출했다. 하기 수학식 27 중 c는 전파부 입구로부터 취성 균열 선단까지의 길이, σ는 전파부 입구로부터 취성 균열 선단까지의 길이, W는 전파부 폭을, 각각 나타내고 있다.

[수학식 27]

T를 취성 균열 선단의 온도(단위는 K)로 하고 X 축을 1/T, Y축을 산출한 Kca 값으로 하여 1/T와 Kca값의 상관 관계를 나타내는 그래프를 작성하여, 4점의 근사 곡선과 263K의 교점을 -10℃에서의 Kca값으로 했다. -10℃에서의 Kca값을 하기 표5, 표6에 나타낸다. 본 발명에서는, -10℃에서의 Kca가 3500N/㎜^3/2이상의 경우를 합격(취성 균열 전파 정지 특성이 우수하다)으로 한다.

[HAZ 인성 시험]

서브 머지 아크 용접(2kJ/㎜)을 행했을 때의 열사이클을 모의한 HAZ 인성 평가법으로서, 가열 온도 : 1400℃에서 5초 유지, 그 후 냉각이 800 내지 500℃의 냉각 시간(Tc) : 25초의 열사이클로 각 공시 강판을 열처리한 후, 온도 -15℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지(V 노치)를 측정했다. 또한, 시험편으로서는 판 두께 t/4부(t : 판 두께)의 위치로부터 채취한 사이즈 10㎜×10㎜×55㎜의 막대 형상이며, 중앙부 편면에 깊이 : 2㎜의 V 노치를 형성한 것을 사용했다. 이때 V 샤르피 충격값(vE_-15)이 50J 이상을 합격으로 했다.

이들 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실험 No.1 내지 22는 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 예로서, 고강도를 만족하는 동시에, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판이 얻어지고 있다. 이에 대해, 실험 No.23 내지 45에서는, 본 발명에서 규정하는 어느 하나의 요건을 벗어나는 예로서, 어느 한쪽의 특성이 얻어지고 있지 않은 것을 알 수 있다.

제2 실험예(제2 발명의 강판에 관한 실험예)

하기 표7, 표8에 화학 성분 조성을 나타내는 각종 용강을 통상의 용제법에 의해 용제하고, 이 용강을 냉각하여 슬래브로 한 후, 하기 표9, 표10에 나타낸 조건으로 열간 압연 및 냉각을 행하여, 각종 강판(두께 : 60㎜)을 얻었다. 또한, 하기 표7, 표8에 있어서, REM은 La를 50％ 정도와 Ce를 25％ 정도 함유하는 미슈 메탈의 형태로 첨가했다. 하기 표7, 표8 중 「-」은 원소를 첨가하고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 또한 표7, 표8에는 [1000×([Ca]+2×[S]+3×[O])]의 값(이하, 「A값」이라고 한다)도 동시에 나타냈다.

얻어진 각 강판에 관하여, 의사 폴리고날?페라이트의 경도?평균 면적률, 고용 B량, 기계적 특성(모재의 인장 특성, 모재의 충격 특성, 취성 균열 전파 정지 특성)에 대해서는, 상기 제1 실험예과 마찬가지의 방법으로 측정했다. 또한 각 강판의 t/4부, t/2부의 평균 결정 입경을 하기의 방법에 의해 측정하는 동시에, HAZ 인성에 대해서도 평가했다. 측정 결과를, 상기 수학식 1로 규정되는 K₀값과 함께, 하기 표11, 표12에 나타낸다. 또한, 표11 중 「-」은 의사 폴리고날?페라이트가 생성되지 않기 때문에 측정하고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

[평균 결정 입경]

강판의 t/4부, t/2부의 평균 결정 입경은 EBSP 해석 장치(TexSEM Laboratries사 제품) 및 Philips사 제품 FE-SEM(전해 방출형 주사 전자 현미경)「XL30S-FEG」를 사용하여 측정했다. 결정 방위차(경사각)가 15°이상인 경계(대각 입계)를 결정립계로 하여 「결정립」을 정의하고, 의사 폴리고날?페라이트에 있어서의 결정립의 평균 결정 입경을 결정했다. 이때의 측정 영역은 250㎛, 측정 스텝은 0.4㎛ 간격으로 하여 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 컨피던스?인덱스(Confidence Index)가 0.1 이하인 측정점은 해석 대상으로부터 삭제했다. 또한, 결정 입경이 2.0㎛ 미만인 것에 대해서는 측정 노이즈로 판단하여 결정 입경의 평균값 계산의 대상으로부터 제외했다.

[HAZ 인성 시험1]

서브 머지 아크 용접(2kJ/㎜)을 행했을 때의 열사이클을 모의한 HAZ 인성 평가법으로서, 가열 온도 : 1400℃에서 5초 유지, 그 후 냉각이 800 내지 500℃의 냉각 시간(Tc) : 25초의 열사이클로 각 공시 강판을 열처리한 후, 온도 -15℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지(V 노치)를 측정했다. 또한, 시험편으로서는, t/4부로부터 채취한 사이즈 10㎜×10㎜×55㎜의 막대 형상이며, 중앙부 편면에 깊이 : 2㎜의 V 노치를 형성한 것을 사용했다. 이때 V 샤르피 충격값(vE_-15)이 100J 이상을 합격으로 했다.

[HAZ 인성 시험2]

일렉트로 슬러그 용접(60kJ/㎜)을 행했을 때의 열사이클을 모의한 HAZ 인성 평가법으로서, 가열 온도 : 1400℃에서 50초 유지, 그 후 냉각이 800 내지 500℃의 냉각 시간(Tc) : 500초의 열사이클로 각 공시 강판을 열처리한 후, 온도 -55℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지(V 노치)를 측정했다. 또한, 시험편으로서는 t/4부로부터 채취한 사이즈 10㎜×10㎜×55㎜의 막대 형상이며, 중앙부 편면에 깊이 : 2㎜의 V 노치를 형성한 것을 사용했다. 또한, 이때 V 샤르피 충격값(vE_-55)에 대해서는 본 발명의 요건을 만족하는 것(Ca를 함유하는 것)에 대해서만 평가하고, 비교예에 대해서는 평가를 행하지 않았다.

이들 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실험 No.1 내지 22, 48 내지 50은 제2 발명의 강판에서 규정하는 요건을 만족하는 예로서, 고강도를 만족하는 동시에 -10℃에 있어서의 Kca값으로 4500N/㎜^3/2이상의 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판이 얻어지고 있다. 이에 대해, 실험 No.23 내지 43, 45 내지 47에서는 제2 발명의 강판에서 규정하는 어느 한 요건을 벗어나는 예로서, 어느 한 특성이 얻어지고 있지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 실험 No.44는 제1 발명의 강판에서 규정하는 조건은 만족하고는 있으나, 압연 후의 대기 시간이 제2 발명의 강판을 제조하는 조건보다도 짧았기 때문에 -10℃에 있어서의 Kca값으로 3500N/㎜^3/2이상은 만족하지만, -10℃에 있어서의 Kca값으로 4500N/㎜^3/2미만으로 된 참고예이다.

제3 실험예(제3 발명의 강판에 관한 실험예)

하기 표13, 표14에 화학 성분 조성을 나타내는 각종 용강을, 통상의 용제법에 의해 용제하고, 이 용강을 냉각하여 슬래브로 한 후, 하기 표15, 표16에 나타낸 조건으로 열간 압연 및 냉각을 행하여, 각종 강판(두께 : 60㎜)을 얻었다. 또한, 하기 표13에 있어서, REM은 La를 50％ 정도와 Ce를 25％ 정도 함유하는 미슈 메탈의 형태로 첨가했다. 또한, 하기 표13, 표14 중 「-」은 원소를 첨가하고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

얻어진 각 강판에 관하여, 의사 폴리고날?페라이트의 경도?평균 면적률, 고용 B량, 기계적 특성(모재의 인장 특성, 모재의 충격 특성, 취성 균열 전파 정지 특성)에 대해서는, 상기 제1 실험예과 마찬가지의 방법으로 측정했다. 의사 폴리고날?페라이트의 유효 결정 입경(㎛), MA 평균 원상당 직경(㎛)을 하기의 방법에 의해 측정하는 동시에, HAZ 인성에 대해서도 평가했다. 측정 결과를, 하기 표17, 표18에 나타낸다. 또한, 표17, 표18에는, 수학식 2의 좌변의 값[-215+1.56×D+9.79×d+0.24×YS]도 동시에 나타냈다. 또한, 하기 표17, 표18 중 「-」은 측정 불능인 것을 나타내고 있다.

[모재의 인장 특성의 평가]

각 강판의 t/4(t : 판 두께)의 위치로부터 JIS4호 시험편을 채취하고, JIS Z2241에 따라 인장 시험을 행함으로써, 항복 응력[YS(항복점YP)] 및 인장 강도(TS)를 측정했다.

[유효 결정 입경(D)]

유효 결정 입경(D)은, EBSP 해석 장치(TexSEM Laboratries사 제품) 및 Philips사 제품 FE-SEM(전해 방출형 주사 전자 현미경) 「XL30S-FEG」를 사용하여 측정했다. 결정 방위차가 15°이상인 대각 입계로 둘러싸인 의사 폴리고날?페라이트에 있어서의 결정립의 결정 입경을 결정했다. 이때의 측정 영역은, 250㎛, 측정 스텝은 0.4㎛ 간격으로 하고 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 컨피던스 인덱스(Confidence Index)가 0.1 이하인 측정점은 해석 대상으로부터 삭제했다. 또한, 유효 결정 입경(D)이 2.0㎛ 이하인 것에 대해서는, 측정 노이즈로 판단하여 결정 입경의 평균값 계산의 대상으로부터 제외했다.

[섬 형상 마르텐사이트(MA)의 평균 원상당 직경(d)]

각 강판의 t/4 위치에 대하여 경면 연마한 시험편을 레페라 부식(Lepera etching)시켜, 광학 현미경에 의해 조직을 관찰하고, 배율 : 1000배, 한변이 50㎛인 영역을 n=10로 촬영하여, 화상 해석 장치(Media Cybernetics 제품 : Image-Pro Plus)에 의해 평균 원상당 직경(d)을 측정했다.

[HAZ 인성 시험]

서브 머지 아크 용접(2kJ/㎜)을 행했을 때의 열사이클을 모의한 HAZ 인성 평가법으로서, 가열 온도 : 1400℃에서 5초 유지, 그 후 냉각이 800 내지 500℃의 냉각 시간(Tc) : 25초의 열사이클로 각 공시 강판을 열처리한 후, 온도 : -15℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지(V 노치)를 측정했다. 또한, 시험편으로서는, 판 두께 t/4부(t : 판 두께)의 위치로부터 채취한 사이즈 10㎜×10㎜×55㎜의 막대 형상이며, 중앙부 편면에 깊이 : 2㎜의 V 노치를 형성한 것을 사용했다. 이때 V 샤르피 충격값(vE_-15)이 50J 이상을 합격으로 했다.

이들 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실험 No.1 내지 24는 제3 발명의 강판에서 규정하는 요건을 만족하는 예로서, 고강도를 만족하는 동시에 -10℃에 있어서의 Kca값으로 5000N/㎜^3/2이상의 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 후강판이 얻어지고 있다. 이에 대해, 실험 No.25 내지 47에서는 제3 발명의 강판에서 규정하는 어느 한 요건을 벗어나는 예로서, 어느 한 특성이 얻어지고 있지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 실험 No.48, 49는 제1 발명의 강판에서 규정하는 조건은 만족하고는 있으나, 템퍼링 온도가 제3 발명의 강판을 제조하는 조건보다도 낮았기 때문에 -10℃에 있어서의 Kca값으로 3500N/㎜^3/2이상은 만족하기는 하나, -10℃에 있어서의 Kca값으로 5000N/㎜^3/2미만으로 된 참고예이다.

제4 실험예(제4 발명의 강판에 관한 실험예)

하기 표19, 표20에 화학 성분 조성을 나타내는 각종 용강을, 통상의 용제법에 의해 용제하고, 이 용강을 냉각하여 슬래브로 한 후, 하기 표21, 표22에 나타낸 조건으로 열간 압연 및 냉각을 행하고, 각종 강판(두께 : 60㎜)을 얻었다. 또한, 하기 표19에 있어서, REM은 La를 50％ 정도와 Ce를 25％ 정도 함유하는 미슈 메탈의 형태로 첨가했다. 또한, 하기 표19, 표20 중 「-」의 란은 원소를 첨가하고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

얻어진 각 강판에 대해서, 의사 폴리고날?페라이트의 경도?평균 면적률, 고용 B량, 기계적 특성(모재의 인장 특성, 모재의 충격 특성, 취성 균열 전파 정지 특성)에 대해서는, 상기 제1 실험예와 마찬가지의 방법으로 측정했다. 의사 폴리고날?페라이트의 평균 결정 입경, 결정립 분포, 피로 균열 진전 억제 특성을 하기의 방법에 의해 측정하는 동시에, HAZ 인성에 대해서도 평가했다. 강판 조직 및 고용 B량의 측정 결과를 하기 표23, 표24에, 기계적 특성(모재의 인장 특성, 모재의 충격 특성, 취성 균열 정지 특성, 피로 균열 진전 억제 특성)의 측정 결과를 하기 표25, 표26에 각각 나타낸다. 또한, 하기 표24에 있어서의 「-」의 란은, 의사 폴리고날?페라이트가 존재하지 않기 때문에(0％), 측정하고 있지 않은 것을, 하기 표26에 있어서의 「-」의 란은 Kca값이 원하는 값에 도달하고 있지 않기 때문에 균열 진전 속도의 측정을 행하지 않은 것을 의미한다.

[의사 폴리고날?페라이트의 평균 결정 입경 및 결정 입경 분포]

평균 결정 입경 및 결정 입경 분포는, EBSP 해석 장치(TexSEM Laboratries사 제품) 및 Philips사 제품 FE-SEM(전해 방출형 주사 전자 현미경) 「XL30S-FEG」를 사용하여 측정했다. 결정 방위차(경사각)가 15° 이상인 경계(대각 입계)를 결정립계로 하여 「결정립」을 정의하고, 의사 폴리고날?페라이트에 있어서의 결정립의 평균 결정 입경을 결정했다. 이때의 측정 영역은 250㎛, 측정 스텝은 0.4㎛ 간격으로 하고 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 컨피던스?인덱스(Confidence Index)가 0.1 이하인 측정점은 해석 대상으로부터 삭제하였다. 또한, 결정 입경이 2.0㎛ 미만인 것에 대해서는 측정 노이즈로 판단하여, 결정 입경의 평균값 계산의 대상으로부터 제외했다. 그리고, 결정 입경이 2.0㎛ 이상에서 측정된 결정립을, 결정 입경의 단위가 1㎛마다(예를 들어, 최초의 범위가 2.0㎛ 이상, 3.0㎛ 미만, 다음이 3.0㎛ 이상, 4.0㎛ 미만, …이라는 순서) 계수하여 결정 입경과 그 입자수의 히스토그램을 작성하여, 극대값으로 판단되는 결정 입경[극대값(1), 극대값(2)]을 구했다.

[HAZ 인성 시험]

서브 머지 아크 용접(2kJ/㎜)을 행했을 때의 열사이클을 모의한 HAZ 인성 평가법으로서, 가열 온도 : 1400℃에서 5초 유지, 그 후 냉각이 800 내지 500℃의 냉각 시간(Tc) : 25초의 열사이클로 각 공시 강판을 열 처리한 후, 온도 -15℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지(V 노치)를 측정했다. 또한, 시험편으로서는, t/4(t : 판 두께)의 위치로부터 채취한 사이즈 10㎜×10㎜×55㎜의 막대 형상이며, 중앙부 편면에 깊이 : 2㎜의 V 노치를 형성한 것을 사용했다. 이때 V 샤르피 충격값(vE_-15)이 50J 이상을 합격으로 했다.

[피로 균열 진전 억제 특성(피로 균열 진전 속도)]

ASTM E647에 준거하여, 컴팩트형 시험편을 사용하여, 피로 균열 진전 시험을 실시함으로써, 피로 균열 진전 속도를 구했다. 또한, 시험편은 t/4(t : 판 두께)의 위치로부터 12㎜ 두께로 채취하여 균열 진전부에는 표리 모두 경면 연마를 실시했다. 이때, 하기 수학식 28에 의해 규정되는 패리스 법칙(Paris law)이 성립되는 안정 성장 영역 ΔK=10(MPa?√m)에서의 값을 대표값으로서 평가했다. 또한, 피로 균열 진전 속도의 평가 기준은 상기 취지로부터 명백해진 바와 같이 5.0×10^-6㎜/cycle 이하를 합격으로 했다.

[수학식 28]

〔수학식 28 중 a : 균열 길이(㎜), n : 반복수(수), C, m : 재료, 하중 등의 조건으로 결정되는 상수를 각각 나타낸다.〕

이들 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실험 No.1 내지 22는 제4 발명의 강판에서 규정하는 요건을 만족하는 예로서, 고강도를 만족하는 동시에, 취성 균열 전파 정지 특성 및 피로 균열 진전 억제 특성이 우수한 후강판이 얻어지고 있다. 이에 대해, 실험 No.23 내지 45에서는 제4 발명의 강판에서 규정하는 어느 한 요건을 벗어나는 예로서, 어느 한 특성이 얻어지고 있지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 실험 No.46, 47은 제1 발명의 강판에서 규정하는 조건은 만족하고는 있기는 하나, 최종 패스에서의 누적 압하율이 제4 발명의 강판을 제조하는 조건보다도 컸기 때문에, -10℃에 있어서의 Kca값으로 3500N/㎜^3/2 이상은 만족하기는 하나, 피로 균열 진전 억제 특성이 불충분한 참고예이다.

Claims

C : 0.03 내지 0.10％(「질량％」의 의미, 화학 성분 조성에 대하여 이하 동일), Si : 0.50％ 이하(0％를 포함한다), Mn : 1.0 내지 2.0％, P : 0.015％ 이하(0％를 포함하지 않는다), S : 0.010％ 이하(0％를 포함하지 않는다), Al : 0.005 내지 0.060％, Nb : 0.020 내지 0.060％, Ti : 0.008 내지 0.030％, N : 0.0020 내지 0.010％, 및 O : 0.010％ 이하(0％를 포함하지 않는다)를 각각 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 동시에, 고용 B : 0.0005％ 이하(0％를 포함한다)로 억제하여, 표면으로부터 깊이(t/4 내지 t/2)(t는 판 두께를 나타내며, 이하 동일)의 위치의 마이크로 조직에 있어서, 의사 폴리고날?페라이트의 평균 면적률이 30 내지 85％인 것을 특징으로 하는, 후강판.
제1항에 있어서, 표면으로부터 깊이(t/4 및 t/2)의 위치의 평균 결정 입경을, 각각 d(t/4) 및 d(t/2)로 했을 때, 하기 수학식 1로 규정되는 K₀가, (K₀>6750)의 관계를 만족하는, 후강판.

<수학식 1>
제1항에 있어서, 표면으로부터 깊이(t/4)의 위치에 있어서, 이웃하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 입경을 유효 결정 입경 D(㎛)로 했을 때, 이것이 섬 형상 마르텐사이트의 평균 원상당 직경[d(㎛)] 및 강판의 항복 응력[YS(MPa)]의 관계에서 하기 수학식 2를 만족하는, 후강판.

<수학식 2>
제1항에 있어서, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치로부터 상기 t/4의 위치까지의 영역에 있어서의 평균 결정 입경이 50㎛ 이하인 동시에, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치에 있어서의 강 조직의 결정 입경과 당해 결정 입경으로 계수되는 결정립 수의 관계를 히스토그램으로 나타냈을 때에, 결정립 수가 극대를 취하는 2개의 결정 입경의 차이가 10 내지 30㎛인, 후강판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성 외에 추가로, 이하의 (a) 내지 (h) 군 중 적어도 1군을 더 포함하는, 후강판.

(a) Cu : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다), Ni : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 Cr : 2％ 이하(0％를 포함하지 않는다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,

(b) Mo : 0.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다),

(c) V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다),

(d) Mg : 0.005％ 이하(0％를 포함하지 않는다),

(e) Zr : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 Hf : 0.05％ 이하(0％를 포함하지 않는다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,

(f) Ca : 0.0035％ 이하(0％를 포함하지 않는다),

(g) Co : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및 W : 2.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,

(h) 희토류 원소 : 0.010％ 이하(0%를 포함하지 않는다).