KR101176612B1

KR101176612B1 - 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판

Info

Publication number: KR101176612B1
Application number: KR1020117029176A
Authority: KR
Inventors: 아키히코 고지마; 하지메 이시카와; 요시유키 와타나베; 기요시 이시바시; 요시후미 미조모토
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-08-23
Also published as: TW201103988A; TWI359199B; WO2010143726A1; CN102459656B; KR20110139774A; JPWO2010143726A1; JP4681690B2; CN102459656A

Abstract

양호한 대입열 용접 열 영향부 인성을 가진 고강도 후강판의 제조 방법 및 그 제조 방법에 따라 얻는 고강도 후강판을 제공한다. B와 V를 복합 첨가하는 규정의 성분 조성을 가지고, 강탈산 원소에 의한 탈산 후에 잔존하여 약탈산 원소인 Ti에 의하여 탈산될 수 있는 잔존 산소량 OTi, 변태 전의 오스테나이트 소지에 고용되는 유효 붕소량: Bef, 탄소당량 Ceq가 각 관계식에 의하여 규정되는 연속 주조 슬라브를, 1100℃ 초과 1300℃ 이하로 가열한 후, 강 표면 온도가 850℃ 이상이고, 누적 압하량이 50% 이상인 압연을 실시하고, 그 다음에 강 표면 온도가 800℃ 이상에서부터 가속 냉각을 적용하여 500℃ 이하까지 냉각하는 방법으로 하고 있다.

Description

대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판{PROCESS FOR PRODUCING THICK HIGH-STRENGTH STEEL PLATE WITH EXCELLENT TOUGHNESS OF HEAT-AFFECTED ZONE IN HIGH HEAT INPUT WELDING AND THICK HIGH-STRENGTH STEEL PLATE WITH EXCELLENT TOUGHNESS OF HEAT-AFFECTED ZONE IN HIGH HEAT INPUT WELDING}

본 발명은 취성 파괴 전파 정지 특성과 대입열 용접 열 영향부(Heat Affected Zone: 이하, HAZ라고 하는 경우가 있다) 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판에 관한 것이다.

용접 구조물에 대한 최근의 요구로서, 구조물의 대형화, 파괴에 대한 높은 안전성, 건조에 있어서의 용접의 고능률화, 소재인 강재의 경제성 등을 들 수 있다. 이와 같은 동향을 반영하여, 용접 구조물에 사용되는 강판에 대하여, (1) 큰 판 두께에서의 높은 강도, (2) 양호한 대입열 용접 HAZ 인성, (3) 낮은 제조 비용 등의 요구가 높아지고 있다.

구체적으로는, 고층 빌딩에 사용되는 강판에 대하여, (1) 판 두께 5O 내지 100mm의 후강판(이하, 후육재라고 부르는 경우가 있다)에서의 항복 강도 400 내지 650 MPa, 그리고 인장 강도 490 내지 720 MPa의 확보, (2) 용접 입열량이 20 kJ/mm 이상인 용접부의 HAZ 인성(샤르피 충격 흡수 에너지) vE(-20℃)≥70J의 확보, (3) 고가 합금 원소의 저감(Ni량≤1% 등)을 동시에 만족할 것이 요구된다.

TMCP(Thermo Mechanical Control Process)에 의하여 제조되는 후강판에서는 종래부터 붕소(B) 첨가에 의한 고강도화를 시도하여 왔다. B 첨가에 의한 효과로서는, 압연 후의 가속 냉각에 있어서, 오스테나이트(γ) 입계에 편석한 고용 B가 변태시의 담금질성을 높이는 것을 들 수 있는데, 특허 문헌 1에서는 B에 Nb를 복합 첨가함으로써 고강도화를 꾀하고 있다. 특허 문헌 1의 실시예에 나타내는 바와 같이, 이 경우의 압연 종료 온도는 930 내지 1000℃로 높은 것이 특징이며, 재결정 γ로부터 가속 냉각하는 것을 필수 조건으로 하여, Nb와 B의 복합 효과를 발휘시켜 높은 담금질성을 끌어냄으로써 강도를 높이고 있다. 압연 종료 온도를 930℃보다 낮은 미재결정역으로 하여 저온 압연을 실시하였을 경우, 인성은 만족하지만 강도 특성은 만족하지 않고, Nb-B 복합 효과에 의한 고강도화가 어려운 것도 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 1에서는 대입열 용접 HAZ에 있어서의 B 이용 기술을 개시하고 있고, 0.30 내지 0.38%의 Ceq 하에서, γ중 고용 B에 의한 입계 페라이트 억제 효과(담금질성 향상 효과)와 γ 내의 BN에 의한 입내 페라이트 촉진 효과(담금질성 저감 효과)를 병용하는 유효성을 개시하고 있다. 즉, 이 경우, B는 담금질성에 관하여 상반되는 2개의 역할을 하고 있다. 이상으로부터, 특허 문헌 1에 있어서의 B 이용 기술을 요약하면, γ 내의 고용 B에 의한 담금질성 향상 효과를 직접 담금질 모재와 대입열 용접 HAZ에서 이용하고, 동시에 γ내의 석출 B(여기에서는 BN)에 의한 담금질성 저감 효과를 대입열 용접 HAZ에서 이용하고 있다.

본 발명자들은 대입열 용접 HAZ 인성을 높이기 위하여, HAZ의 냉각 과정에서γ 내에 석출하는 VN를 피닝 입자(산화물, 황화물)에 복합 석출시켜, 이 VN 복합 입자가 페라이트 변태 핵으로서 작용하여 HAZ 조직을 미세화하는 기술을 특허 문헌 2, 3에서 발명하였다.

또한, 비특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, V 첨가에 의하여 모재의 강도가 상승하는 효과는 널리 알려져 있다.

이상 설명한 바와 같이, B 또는 V의 첨가에 의하여, 모재의 강도가 향상하는 효과와 대입열 용접 HAZ의 인성이 향상하는 효과가 알려져 있다.

특허 문헌 1 일본 특허 공보 제3599556호 특허 문헌 2 일본 공개 특허 공보 제2005-298900호 특허 문헌 3 일본 공개 특허 공보 제2007-262508호

비특허 문헌 1 CAMP-ISIJ, 6 (1993), 684

일반적으로, 모재나 HAZ의 인성을 높이는 희소한 원소로서 Ni가 알려져 있고, 상기 (2)의 관점에서 Ni의 유효 이용을 생각할 수 있다. 그러나, Ni는 고가의 원소이다. 또한, Ni를 첨가한 강은 표면 스크래치가 발생하기 쉽기 때문에, 그 손질을 위한 공정이 발생한다고 하는 문제가 있다. 따라서, Ni 첨가에 관하여, 상기 (3)의 요구와 상기 (2)의 요구의 사이에 이해가 대립한다. 또한, 상기 (1)의 관점에서 합금 첨가량을 증가시키면, 탄소당량(Ceq)이 높아져 대입열 용접의 경우의 HAZ가 경화하여 취화하므로, 상기 (1)의 요구와 상기 (2)의 요구와의 사이에 이해가 대립한다.

이 때문에, 전술한 바와 같은 서로 이해가 대립하는 상기 (1) 내지 (3)의 세 개의 요구를 동시에 만족하는 강판의 개발이 강하게 요구되고 있었다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, (1) 판 두께 5O 내지 100 mm, 항복 강도 400 내지 650 MPa, 그리고 인장 강도 490 내지 720 MPa의 고강도 후강판이고, (2) 용접 입열량≥20 kJ/mm에서도 vE(-20℃)≥70J가 되는 양호한 대입열 용접 HAZ 인성을 가지고, (3) 고가 합금 원소의 저감(Ni≤1% 등) 등에 의한 낮은 제조 비용을 실현할 수 있는 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 질량%로,

C: 0.05 내지 0.12%,

Si: 0.3% 이하,

Mn: 1 내지 2%,

P: 0.015% 이하,

S: 0.005% 이하,

B: 0.0003 내지 0.003%,

V: 0.03 내지 0.15%,

Al: 0.001 내지 0.1%,

Ti: 0.005 내지 0.02%,

N: 0.002 내지 0.01%,

O: 0.004% 이하

를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고,

아래 식 (1)의 탄소당량 Ceq가 0.32 내지 0.45%이며,

아래 식 (2)의 유효 붕소량 Bef가 0% 이하이며,

아래 식 (3)의 유효 티타늄량 Tief가 0.005% 이상인 연속 주조 슬라브를

1100℃ 초과 1300℃ 이하로 가열한 후, 강 표면 온도가 850℃ 이상이고, 누적 압하량이 50% 이상인 압연을 실시하고, 이어서 강 표면 온도 800℃ 이상에서부터 가속 냉각을 적용하여 500℃ 이하까지 냉각하는

것을 특징으로 하는 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법.

이 때,

Ceq=C+Mn/6+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}??? (1)

Bef=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}??? (2)

Tief=Ti-2×OTi??(3)

다만, OTi는 아래 식 (4)에 의한다.

OTi=O-0.4Ca-0.66Mg-0.17REM-0.35Zr-0.89Al???? (4)

이 때,

식 (4)의 OTi가 0%보다 작은 경우, 식 (2) 및 식 (3)의 OTi를 0%로 하고,

N-0.29(Ti-2×OTi)가 0%보다 작은 경우, 식 (2)의 N-0.29(Ti-2×OTi)를 0%로 하고,

식 (1), 식 (2), 식 (3) 및 식 (4)로 나타내는 원소는 각각의 원소의 함유량(질량%)으로 하고, 불가피한 불순물로서 혼입된 원소도 계산에 포함한다.

[2] 상기 가속 냉각 후, 또한 350 내지 700℃에서 5 내지 6O분의 뜨임 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법.

[3] 질량%로,

Ca: 0.0003 내지 0.004%,

Mg: 0.0003 내지 0.004%,

Ni: 0.01 내지 1%,

Cu: 0.01 내지 1%,

Cr: 0.01 내지 1%,

Mo: 0.01 내지 0.5%,

Nb: 0.003 내지 0.03%,

REM: 0.0003 내지 0.02%,

Zr: 0.0003 내지 0.02%

중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 다만, Nb를 함유할 때에는 Mg도 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법.

[4] 질량%로,

C: 0.05 내지 0.12%,

Si: 0.3% 이하,

Mn: 1 내지 2%,

P: 0.015% 이하,

S: 0.005% 이하,

B: 0.0003 내지 0.003%,

V: 0.03 내지 0.15%,

Al: 0.001 내지 0.1%,

Ti: 0.005 내지 0.02%,

N: 0.002 내지 0.01%,

O: 0.004% 이하%,

를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지며,

아래 식 (1)의 탄소당량 Ceq가 0.32 내지 0.45%이며,

아래 식 (2)의 유효 붕소량 Bef가 0% 이하이며,

아래 식 (3)의 유효 티타늄량 Tief가 0.005% 이하이고,

판 두께가 50 내지 100 mm이며,

항복 강도가 400 내지 650 MPa이고,

인장 강도가 490 내지 720 MPa인

것을 특징으로 하는 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판.

이 때,

Ceq=C+Mn/6+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}??? (1)

Bef=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}??? (2)

Tief=Ti-2×OTi??? (3)

다만, OTi는 아래 식 (4)에 의한다.

OTi=O-0.4Ca-0.66Mg-0.17REM-0.35Zr-0.89Al??? (4)

이 때, 식 (4)의 OTi가 0%보다 작은 경우, 식 (2) 및 식 (3)의 OTi를 0%로 하고, N-0.29(Ti-2×OTi)가 0%보다 작은 경우, 식 (2)의 N-0.29(Ti-2×OTi)를 0%로 하고, 식 (1), 식 (2), 식 (3) 및 식 (4)에 나타내는 원소는 각각의 원소의 함유량(질량%)으로 하고, 불가피한 불순물로서 혼입한 원소도 계산에 포함한다.

[5] 질량%로,

Ca: 0.0003 내지 0.004%,

Mg: 0.0003 내지 0.004%,

Ni: 0.01 내지 1%,

Cu: 0.01 내지 1%,

Cr: 0.01 내지 1%,

Mo: 0.01 내지 0.5%,

Nb: 0.003 내지 0.03%,

REM: 0.0003 내지 0.02%,

Zr: 0.0003 내지 0.02%

중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 다만, Nb를 함유할 때에는 Mg도 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 [4]에 기재된 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판.

본 발명의 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판에 의하면, (1) 판 두께 50 내지 100 mm, 항복 강도 400 내지 650 MPa, 한편 인장 강도 490 내지 720 MPa의 고강도 후강판이고, (2) 용접 입열량≥20 kJ/mm에서도 vE(-20℃)≥70J이 되는 양호한 대입열 용접 HAZ 인성을 가지고 (3) 고가의 합금 원소의 저감(Ni≤1% 등) 등에 의한 낮은 제조 비용을 실현할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 고강도 후강판이 고층 빌딩을 비롯한 각종 용접 구조물에 사용됨으로써, 용접 구조물의 대형화, 파괴에 대한 높은 안전성, 건조에 있어서의 용접의 고능률화, 소재인 강재의 경제성 등이 동시에 만족하기 때문에 그 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.

이하, 본 발명의 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 실시의 형태에 대하여 설명한다.

또한, 이 실시 형태는 발명의 취지를 더 잘 이해하기 위하여 상세하게 설명하는 것이기 때문에, 특별한 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

고층빌딩 등의 용접 구조물에 사용되는 강판에 있어서는, (1) 큰 판 두께에서의 높은 강도, (2) 양호한 대입열 용접 HAZ 인성, (3) 낮은 제조 비용 등의 요구가 높아지고 있다.

이와 같은 요구에 대하여, 본 발명에 관한 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법은 질량%로, C: 005 내지 0.12%, Si: 0.3% 이하, Mn: 1 내지 2%, P: 0.015% 이하, S: 0.005% 이하, B: 0.0003 내지 0.003%, V: 0.03 내지 0.15%, Al: 0.001 내지 0.1%, Ti: 0.005 내지 0.02%, N: 0.002 내지 0.01%, 0: 0.004% 이하를 함유하고, 또한 필요에 따라서, S: 0.0005 내지 0.005%, O: 0.001 내지 0.004%, Ca: 0.0003 내지 0.004%, Mg: 0.0003 내지 0.004%, Ni: 0.01 내지 1%, Cu: 0.01 내지 1%, Cr: 0.01 내지 1%, Mo: 0.01 내지 0.5%, Nb: 0.003 내지 0.03%, REM: 0.0003 내지 0.02%, Zr: 0.0003 내지 0.02% 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 다만, Nb를 함유할 때에는 Mg도 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 아래 식 (1)의 탄소당량 Ceq가 0.32 내지 0.45%이며, 아래 식 (2)로 나타내는 변태 전의 γ 소지에 고용되는 붕소량인 유효 붕소량 Bef가 0% 이하이고, 아래 식 (3)의 유효 티타늄량 Tief가 0.005% 이상인 연속 주조 슬라브를 1100℃ 초과 1300℃ 이하로 가열한 후, 강 표면 온도 850℃ 이상에서 누적 압하량이 5O% 이상의 압연을 실시하고, 이어서 강 표면 온도 800℃ 이상부터 가속 냉각을 적용하여 500℃ 이하까지 냉각하는 것을 특징으로 한다.

Ceq=C+Mn/6+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}??? (1)

Bef=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}??? (2)

Tief=Ti-2×OTi??? (3)

다만, OTi는 아래 식 (4)에 의한다.

OTi=O-0.4Ca-0.66Mg-0.17REM-0.35Zr-0.89Al??? (4)

이 때, 식 (4)의 OTi가 0%보다 작은 경우, 식 (2) 및 식 (3)의 OTi를 0%로 하고, N-0.29(Ti-2×OTi)가 0%보다 작은 경우, 식 (2)의 N-0.29(Ti-2×OTi)를 0%로 하고, 식 (1), 식 (2), 식 (3) 및 식 (4)에 나타내는 원소는 각각의 원소의 함유량(질량%)으로 하고, 불가피한 불순물로서 혼입된 원소도 계산에 포함한다.

본 발명의 요점은 TMCP형으로 제조하는 후강판에 있어서, 강도, 대입열 용접 HAZ 인성 및 낮은 제조 비용 등을 동시에 만족하기 위하여, B와 V를 복합 첨가하는 것을 특징으로 하고, 이들 질화물 형성 원소와 결합하는 N를 정밀하게 제어함으로써 γ중의 B와 V의 존재 상태를 최적화하여, 모재와 대입열 용접 HAZ의 변태 조직을 제어하는 기술이다. 구체적으로는 γ 내의 B 존재 상태는 모재와 대입열 용접 HAZ의 양쪽 모두에 있어서, 고용 B를 존재시키지 않고 모든 B를 BN로서 석출시키는 사상이다. γ 내의 V 존재 상태는 모재에서는 고용 V로서 대입열 용접 HAZ에서는 석출 V(VN 등)로서 이용하는 사상이다. 이하, 상세에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 있어서의 최대의 기술 과제인 상기 (2)의 대입열 용접 HAZ 인성을 만족하기 위한 기술에 대하여 설명한다. 여기에서는 동시에, 상기 (3)의 관점에서 Ni에 의지하지 않고 HAZ 인성의 향상을 꾀한다. 본 발명의 대입열 용접 HAZ 인성의 지배 요인은 크게 나누어 다음의 세 가지이다. 첫째, 경도이고, 둘째 MA(마르텐사이트?오스테나이트 혼합상)이며, 셋째, 유효 결정립경이다.

경도와 MA의 두 가지 측면에서, 본 발명에서는 탄소당량 Ceq를 0.45% 이하로 제한한다. 탄소당량 Ceq가 0.45%를 넘으면, HAZ가 과잉으로 경화하는 동시에 MA가 증가하고, HAZ가 크게 취화하기 때문이다.

또한, 유효 붕소량(Bef)을 0% 이하로 제어함으로써, HAZ에 있어서 B 담금질성이 발현되는 것을 회피하고, 경화와 MA 증가를 억제한다.

경도의 관점에서, 본 발명에서는 V 첨가의 우위성이 판명되었다. 본 발명과 같이 HAZ가 베이나이트 주체가 되는 경우, V 첨가하여도 HAZ는 경화하기 어려운 것을 밝혀내었다. 즉, C나 Mn 등 V 이외의 원소를 첨가하여 모재를 강화하면, 베이나이트 주체의 HAZ는 현저하게 경화하고 HAZ는 크게 취화한다. 이것에 대하여, 본 발명과 같이 V를 첨가하여 모재를 강화하면, 베이나이트 주체의 HAZ는 경화가 억제된다. 이 새로운 지견에 기초하면, V에 의한 모재 강도의 상승분을 상쇄하도록 C나 Mn를 저감하여, 저Ceq화하면, HAZ에 있어서는 저Ceq화한만큼 경도가 저감되므로, HAZ 인성이 향상된다. 이와 같은, 모재와 HAZ에서의 V 경화 거동의 차이를 이용한 HAZ 인성 향상 기술은 종래에는 없었다.

MA의 관점에서, 본 발명에서는 가능한 한 Si를 저감할 필요가 있다. 또한, 본 발명의 TMCP 조건에서는 Nb는 모재 재질에 대한 공헌이 작은 데도 불구하고 MA 생성을 조장한다. 본 발명의 비교적 높은 Ceq 범위에서는 Mo는 고가임에도 불구하고 MA 생성을 조장한다. 따라서, Nb와 Mo는 본 발명에 있어서 가능한 한 저감하는 것이 좋다.

유효 결정립경의 관점에서, 본 발명에서는 2개의 HAZ 조직 미세화 기술을 적용하는 것이 좋다. 제1 기술에 의하여 -20℃의 샤르피 흡수 에너지를 확보하고, 이것에 제2 기술을 조합함으로써 HAZ 조직을 극한까지 미세화하면, -40℃의 샤르피 흡수 에너지를 확보할 수 있을 가능성이 있다. 제1 기술은 γ 중의 B 석출물과 V 석출물을 변태 핵으로서 동시에 사용하는 것이다. 상기 식 (2)에서 나타내는 유효 붕소량(Bef)이 0% 이하가 되도록 N량을 적정하게 높임으로써, 대입열 용접의 냉각 중에 γ 입계나 γ 입내에 BN, VN 또는 V(C, N)이 석출하여, 이들의 단독 또는 복합 입자가 페라이트뿐만 아니라 베이나이트의 변태 핵으로서도 유효하게 작용하여, HAZ 조직을 미세화한다.

또한, HAZ 조직을 미세화하는 제2 기술은 Ca나 Mg의 적정 첨가에 의하여 미세한 산화물이나 황화물을 다수 분산시켜, γ 입자 성장을 피닝 효과에 의하여 억제함으로써, 베이나이트의 패킷을 미세화한다. 미세한 산화물이나 황화물의 일부에는 B 석출물이나 V 석출물이 복합 석출하여, 피닝 입자에 변태 핵 기능이 부가됨으로써, γ립계로부터 변태하는 베이나이트를 한층 더 미세화하는 효과도 있다. 이상의 HAZ 조직 미세화 기술은 결과적으로 HAZ의 담금질성을 낮추므로, 경도와 MA를 저감하는 관점에서도 공헌한다.

이상 설명한 경도 저감, MA 저감, HAZ 조직 미세화의 시책을 통하여, 본 발명의 대입열 용접 HAZ는 Ni에 의지하지 않고 높은 vE(-20℃)를 달성할 수 있다.

전술한 2개의 제약, 즉, 유효 붕소량(Bef) 0% 이하에서 Ceq가 0.45% 이상인 경우에 남은 기술 과제인 상기 (1)을 만족하기 위한 기술을 설명한다.

최대 판 두께 100mm의 강판에 있어서 소정의 강도를 확보하려면 담금질성으로서 최저한의 Ceq를 확보하고, TMCP 조건으로서 고온으로 슬라브를 가열하고, 고온에서 압연을 종료하며, 고온으로부터 수냉을 개시하는 것이 필요한 것으로 판명되었다.

Ceq는 0.32% 이상으로 할 필요가 있다. 0.32% 미만의 낮은 담금질성으로는 판 두께 100 mm 하에서 400 MPa 이상의 항복 강도와 490 MPa 이상의 인장 강도를 안정적으로 확보하기가 어렵다. HAZ의 경화와 MA 생성을 억제하기 위하여, Ceq를 0.43% 이하, 0.41% 이하 또는 0.39% 이하로 제한하여도 좋다.

슬라브는 1100℃ 초과 1300℃ 이하로 가열할 필요가 있다. 1100℃ 이하의 저온 가열에서는 응고 편석한 합금 원소가 충분히 고용되지 않고 석출물인 채 잔존할 염려가 있고, 압연 후의 가속 냉각시에 있어서 합금 원소에 의한 담금질성이 충분히 발휘되지 않고, 강도를 안정적으로 확보하기가 어렵다. 한편, 1300℃를 초과하는 고온 가열이면, γ 입자가 현저하게 조대화하여, 압연에 의하여도 γ입자의 세립화가 불충분하게 되어, 인성을 안정적으로 확보하기가 어렵다.

가열된 슬라브는 강 표면 온도가 850℃ 이상에서 누적 압하량이 50% 이상인 압연을 실시할 필요가 있다. 850℃ 미만의 저온 압연을 실시하면, γ이 미재결정화하여 담금질성이 대폭 저하하기 때문에, 강도를 안정적으로 확보하기가 어렵다. 한편, 850℃ 이상의 γ 재결정역에서의 누적 압하량이 50% 미만이면 γ 재결정 입자의 세립화가 불충분하게 되어, 인성을 안정적으로 확보하기가 어렵다.

압연 종료 후, 강 표면 온도 800℃ 이상에서부터 가속 냉각을 적용하여 500℃ 이하까지 냉각할 필요가 있다. 800℃ 미만에서부터 가속 냉각을 적용하면, 압연 종료 후부터 가속 냉각 개시까지의 사이에 γ 재결정립이 성장하여 인성이 열화할 염려가 있다. 한편, 가속 냉각을 500℃보다 고온에서 정지하면, 온도가 높은 판 두께 내부에 있어서, 변태의 도중에 가속 냉각이 종료하여, 예를 들면 공랭법이 되기 때문에, 베이나이트 조직이 적어져서 강도가 부족하다. 가속 냉각에 있어서는 0.3 m³/m²/min 이상의 수량 밀도를 확보하는 것이, 강도와 인성을 양립하기에 좋다.

또한, 본 발명에서는 강도를 안정적으로 충분히 확보하기 위하여, 아래와 같은 2 개의 수단을 강구한다.

제1 수단은 TMCP에 있어서 γ 중에 고용 B를 존재시키지 않고, 모든 B를 BN로서 석출시킴으로써, γ중의 고용 붕소량의 변동에 기인하는 담금질성의 불안정 성을 배제한다. 이것은 종래의 B 이용 기술과 전혀 반대의 생각이며, 모재 강도를 위하여 B 담금질성을 사용하지 않는 사상이다. 이것에 의하여, 대량 생산에서의 강도 불균일을 억제할 수 있다. 구체적으로는 전술한 유효 붕소량(Bef)을 0% 이하로 제어한다. 본 발명에서 B를 첨가하는 의의는 전술한 바와 같이 대입열 용접 HAZ에 있다.

제2 수단은 V 탄화물에 의한 석출 강화를 이용하여 모재 강도를 높인다. 본 발명의 TMCP 조건에서는 V 첨가가 극히 유효한 강화 수단이다. 이것은 고온 가열과 고온 압연을 철저하게 하여 충분한 담금질성 하에서 변태시킨 베이나이트 조직이 가속 냉각이나 뜨임 처리에 있어서 V 탄화물(VC, V₄C₃ 등)이 미세 고밀도로 석출하는 소지로서 매우 적합하기 때문이다. 본 발명에서 V를 첨가하는 또 하나의 의의는 전술한 바와 같이 대입열 용접 HAZ에 있다.

가속 냉각 후에 350 내지 700℃에서 5 내지 60 분의 뜨임 열처리를 실시함으로써, 제조 비용은 상승하지만, 강도나 연신, 샤르피 충격 특성을 고정밀도로 소정의 범위로 제어할 수 있다. 뜨임 열처리 온도나 시간이 350℃ 미만이나 5분 미만이면, 뜨임 효과가 발휘되지 않는다. 또한, 뜨임 열처리의 온도나 시간이 700℃를 넘거나, 60분을 넘으면, 뜨임 현상이 적정 범위를 넘어 과잉으로 발현되어 강도 저하와 샤르피 충격 특성 열화가 현저해져서, 적정한 기계적 성질을 얻을 수 없다.

<화학 성분 조성>

이하에, 본 발명에 있어서의 강판(및 강판의 제조에 사용되는 연속 주조 슬라브)의 화학 성분에 대한 한정 이유를 설명한다.

「C: 탄소」 0.05 내지 0.12%

C는 강도 향상을 위하여 중요한 원소이다. 저온 가열, 저온 압연을 철저하게 한 TMCP형 후강판에 있어서, 소정의 강도를 안정적으로 확보하기 위하여, 0.05% 이상의 C를 함유시킬 필요가 있다. 좋기로는, 0.06% 이상 또는 0.07% 이상의 C를 함유시킴으로써, 더 안정적으로 강도를 높일 수 있다. 또한, 후술하는 이유에서, 본 발명에서는 Nb, Ni, Mo의 함유량을 필요 최소한으로 억제할 필요가 있기 때문에, 이 원소들을 증가시켜 고강도화하는 것은 곤란하다. 따라서, C는 매우 중요한 강화 원소이다. 또한, C는 대입열 HAZ에 있어서의 V(C, N) 변태 핵의 석출을 촉진하는 효과도 있다. 그러나, 양호한 HAZ 인성을 안정적으로 확보하려면 C를 0.12% 이하로 억제할 필요가 있다. C를 0.11% 이하 또는 0.10% 이하로 제한하여도 좋다.

「Si: 규소」 0.3% 이하

Si는 탈산 작용을 가지지만, 강력한 탈산 원소인 Al이 충분히 함유되어 있는 경우에는 불필요하다. 모재를 강화하는 작용도 있으나, 다른 원소에 비하면 그 효과는 상대적으로 작다. 비교적 높은 탄소당량 Ceq가 필요한 본 발명의 대입열 용접 HAZ에서는 Si는 MA 생성을 조장할 위험성이 높기 때문에, 0.3% 이하로 억제할 필요가 있다. HAZ 인성의 관점에서 Si를 극도로 낮게 하는 것이 좋고, 0.20% 이하, 0.16% 이하 또는 0.13% 이하로 제한하여도 좋다.

「Mn: 망간」 1 내지 2%

Mn는 경제적으로 강도를 확보하기 위하여 1% 이상의 함유량이 필요하다. 다만, 2%를 넘어 Mn을 함유시키면, 슬라브의 중심 편석의 유해성이 현저하게 되고, 대입열 용접 HAZ의 경화와 MA 생성을 조장하여 취화시키기 때문에, 이것을 상한으로 한다. 강도를 확보하려면 Mn를 1.1% 이상 또는 1.2% 이상으로 제한하여도 좋다. 대입열 용접 HAZ의 경화와 MA 생성을 억제하기 위하여 1.8% 이하, 1.6% 이하 또는 1.5% 이하로 제한하여도 좋다.

「P: 인」 0.015% 이하

P는 불순물 원소이고, 양호한 취성 파괴 전파 정지 특성과 대입열 용접 HAZ 인성을 안정적으로 확보하기 위하여, 0.015% 이하로 저감할 필요가 있다.

「S: 유황」 0.005% 이하

S는 0.005% 이하로 억제할 필요가 있다. S가 0.005%를 초과하면, 황화물의 일부가 조대화하여 파괴 기점으로서 유해성을 초래하여, 모재와 대입열 용접 HAZ의 인성이 열화된다. 인성 향상을 위하여, S를 0.004% 이하 또는 0.003% 이하로 제한 하여도 좋다. 한편, HAZ의 피닝 효과를 사용할 때, S는 0.0005% 이상 확보할 필요가 있다. 그 이유는 HAZ의 용융선 근방에 있어서, HAZ 인성을 높이기 위하여 Ca나 Mg의 적정 첨가에 의하여 미세한 황화물을 다수 분산시켰을 경우에, 피닝 효과를 강화하여 γ 세립화를 도모하기 때문이다. S가 0.0005% 미만이면, 황화물 개수가 부족하여 충분한 피닝 효과가 얻을 수 없는 경우가 있다.

「B: 붕소(보론)」 0.0003 내지 0.003%

B는 본 발명의 특징적인 원소이다. 이미 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 모재와 대입열 용접 HAZ의 양쪽 모두에 있어서, γ 내에 고용 B를 존재시키지 않고 모든 B를 BN로서 석출시켜, B 담금질성이 발현하지 않도록 유효 붕소량(Bef)을 0% 이하로 제어한다. γ 내에 석출시킨 BN는 변태 핵으로서 작용하고, HAZ의 조직 미세화, 경도 저감, MA 저감을 통하여 인성을 높인다. 그러기 위해서는 B를 0.0003% 이상 함유시킬 필요가 있다. 필요에 따라서, B를 0.0005% 이상으로 제한하여도 좋다. 한편, 0.003%를 넘어 B를 함유하면, 조대한 B 석출물이 생성되어 HAZ 인성이 열화하기 때문에, 이것을 상한으로 한다. HAZ 인성의 향상을 위하여, B를 0.002% 이하 또는 0.0015% 이하로 제한하여도 좋다.

「V: 바나듐」 0.03 내지 0.15%

V는 본 발명의 특징적인 원소이다. 이미 상세하게 설명한 바와 같이, V는 본 발명의 TMCP 조건에 있어서 모재를 효과적으로 강화한다. 그 한편으로, V는 본 발명의 대입열 용접 HAZ에 있어서 경화나 MA 증가를 억제하는 동시에, γ 중에 석출시킨 VN나 V(C, N)는 변태 핵으로서 작용하여, HAZ 조직을 미세화하고 인성을 높인다. 이 효과를 발휘하려면 0.03% 이상의 V가 필요하다. HAZ의 인성을 더 높이기 위하여, V를 0.04% 이상으로 제한하는 것이 더 좋다. 변태 핵으로서 작용 효과는 그러나, V가 0.15%를 넘으면, HAZ의 조직 미세화 효과가 포화하는 동시에, HAZ의 경화가 현저해지므로, HAZ 인성이 열화된다. 따라서, V의 함유량을 0.15% 이하로 할 필요가 있다. 필요에 따라서, V를 0.10% 이하 또는 0.07% 이하로 제한하여도 좋다.

「Al: 알루미늄」 0.001 내지 0.1%

Al은 탈산을 담당하고, 0을 저감하여 강의 청정도를 높이는데 필요하다. Al 이외의 Si, Ti, Ca, Mg, REM, Zr 등도 탈산 작용이 있으나, 비록 원소가 함유되는 경우에도, 0.001% 이상의 Al이 없으면 안정적으로 O(산소)를 0.004% 이하로 억제하기가 어렵다. 다만, Al이 0.1%를 넘으면 알루미나계 조대 산화물이 클러스터화하는 경향이 강해져서 제강 노즐 막힘이 발생하거나 파괴 기점으로서의 유해성이 현재화하기 때문에, 이것을 상한으로 한다. Al를 0.06% 이하, 0.04% 또는 0.03% 이하로 제한하는 것이 더 좋다. 특히, Mg를 첨가하는 경우에는, Al를 0.02% 이하로 제한하여도 좋다.

「Ti: 티타늄」 0.005 내지 0.02%

「N: 질소」 0.002 내지 0.01%

「유효 붕소량: Bef (%)」 0% 이하

Ti는 N과 결합하여 TiN를 형성하고, 슬라브 재가열시와 대입열 용접 HAZ에서 피닝 효과에 공헌하여, γ 세립화에 기여하는 결과를 낳고, 모재나 HAZ의 조직을 미세화하고 인성을 높인다. 또한, TiN를 형성한 나머지 N는 B와 결합하여 BN를 형성하고, γ 내에 고용 B를 존재시키지 않고 모든 B를 BN로서 석출시켜, B 담금질성이 발현되지 않게 한다. 이상의 효과를 동시에 발휘하기 위하여, Ti를 0.005 내지 0.02%, N를 0.002 내지 0.01%, 유효 붕소량(Bef)을 0% 이하로 할 필요가 있다. Ti와 N이 각각 0.005%, 0.002%에 미치지 못하면 TiN에 의한 피닝 효과가 충분히 발휘되지 않고, 모재와 HAZ의 인성이 열화된다. Ti와 N이 각각 0.02%, 0.01%를 넘으면, TiC 석출이나 고용 N 증가에 의하여 모재와 HAZ의 인성이 열화된다. 또한, Ti와 N이 적정 범위에 있더라도, 유효 붕소량이 0%를 넘으면, γ 내의 고용 B량이 증가하여 B 담금질성이 발현되고, 모재 강도의 불균일이나 HAZ의 경화(취화)를 초래한다. Ti를 0.015% 이하로 제한하는 것이, N를 0.008% 또는 0.006%로 제한하는 것이 더 좋다.

이하에, 유효 붕소량(Bef)에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 원소를 포함하는 식에 있어서, 원소는 각각의 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

화학 성분으로서 첨가된 Ti는 용강 중의 탈산에 소비되는 경우가 있고(저Al의 경우에 일어나기 쉽다), 탈산 후에 남은 Ti가 응고 후의 γ 중에서 TiN를 형성한다. 이 때, Ti에 대하여 N이 과잉이면, TiN를 형성한 후에 남은 N이 B의 일부와 결합하여 BN를 형성한다. 또한, BN를 형성한 나머지의 B가 고용 B로서 담금질성을 발현한다. 이 담금질성에 기여하는 γ 중의 고용 붕소량을 본 발명에서는 유효 붕소량 Bef(%)로서 취급한다.

각 원소의 첨가량, 열역학적인 반응 순서, 생성 물질의 화학량론 조성에 기초한 유효 붕소량 Bef의 계산 방법에 대하여 이하에 설명한다.

먼저, 탈산력이 높은 순서로, Ca, Mg, REM(희토류 원소), Zr, Al이 O와 결합하는 것으로 가정한다. 이 때의 탈산 생성물로서 CaO, MgO, REM₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃를 가정하여, 탈산되는 0량을 계산한다.

Ti보다 탈산력이 강한 원소에 의하여 탈산이 완료되지 않는 경우, 이 강탈산 원소에 의한 탈산 후에 잔존하여, 약탈산 원소인 Ti에 의하여 탈산될 수 있는 잔존 산소량 OTi(%)는 아래 식 (4)로 나타낸다.

OTi(%)=O-0.4Ca-0.66Mg-0.17REM-0.35Zr-0.89Al??? (4)

다만, 상기 식 (4)에 있어서, 불가피한 불순물로 취급한 성분 원소도 계산에 포함한다. 또한, OTi가 0%보다 작은 경우, 잔존 산소량 OTi를 0%로 간주한다.

이 경우, 남은 산소(즉, OTi)를 Ti가 탈산하게 된다. OTi는 Ti에 의하여 탈산될 수 있는 잔존 산소량이며, Ti와 결합하여 Ti₂O₃를 형성한다. 이 때, 3개의 O에 대하여 2개의 Ti가 결합한다. 따라서, Ti₂O₃를 질량%로 생각하면, O의 원자량은 16이므로, O가 3개이고 48이다. 또한, Ti의 원자량은 48이므로, Ti가 2개이고 96이다. 따라서, Ti₂O₃를 구성하는 Ti는 O(여기에서는 OTi)의 2배의 질량으로 계산된다. 이것이 탈산으로 소비되는 Ti의 양이다. 이때 Ti₂O₃를 가정하여, 탈산으로 소비되는 Ti를 뺀 나머지의 티타늄의 양인 유효 티타늄량 Tief는 Tief=Ti-2×OTi로 나타내진다.

이 유효 티타늄량 Tief가 HAZ 인성 개선 효과가 있는 TiN를 생성하는 Ti량이 된다. 탈산으로 소비되는 Ti를 뺀 나머지 Ti가 0.005% 미만이면, TiN에 의한 고정 효과가 충분히 발휘되지 않고, 후강판 모재와 대입열 용접 HAZ 인성이 열화된다. 이 때문에, 유효 티타늄량을 0.005% 이상 확보할 필요가 있다.

또한, 탈산에서 남은 0.005% 이상의 Ti가 TiN를 형성한 후에 잔존하는 질소량 Nr는 아래 식 (5)으로 나타낸다.

Nr(%)=N-0.29(Ti-2×OTi)??? (5)

이 때, Nef가 0%보다 큰 경우에는, 즉 질소가 잔존하고 있는 것을, Nef가 0%보다 작은 경우에는 N이 잔존하고 있지 않은 것을 의미한다.

Nr>0의 경우: N이 남는다.

Nr≤0 경우: N이 남지 않는다.

또한, Nr가 0%보다 커지는 경우, 즉, 질소가 잔존하고 있는 경우에는 B의 일부가 BN으로서 소비되기 때문에, 아래 식 (2)에 의하여 유효 붕소 Bef가 계산된다.

Bef(%)=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}??? (2)

또한, Nr이 0 또는 마이너스 값이 되어 질소가 남지 않는 경우에는, 유효 붕소량 Bef는 강 중에 함유되는 B량이 된다. 즉, Nr가 0%보다 작은 경우, Nr=N-0.29(Ti-2×OTi)를 0%로 하여, 식 (1)의 계산을 실시하면, 유효 붕소량을 산출할 수 있다.

다음으로, 전술한 잔존 산소량 OTi의 식에 있어서의 Ca, Mg, REM, Zr, Al의 계수에 대하여 설명하면, 용강 중에서의 탈산 반응(산화 반응)에 의한 생성물(산화물)로서 CaO, MgO, REM₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃를 가정하고, 이들의 산화물로서 존재하는 O량을 질량%로 계산한다. 예를 들면, CaO의 경우, 원자량은 Ca가 40이고 O가 16이기 때문에, Ca의 질량%에 대하여 16/40=0.4의 O가 결합한다(OasCaO=0.4Ca). Al₂O₃이면, 원자량은 Al이 27이고 O가 16이기 때문에, Al의 질량%에 대하여 (16×3)/(27×2)=0.89의 O가 결합한다(OasAl₂O₃=0.89Al). 이하와 같은 계산 개념으로서 전술한 OTi식의 각 원소의 계수(0.66: Mg, 0.17: REM, 0.35: Zr)를 규정하였다.

또한, 유효 붕소량 Bef의 도출식 개념을, 저온측으로부터 고온측으로 거슬러 올라가면서 나타내면 이하와 같이 된다.

유효 붕소량 Bef(%)=성분 B량-BasBN

→BasBN=0.77(N-NasTiN)

→NasTiN=0.29(Ti-TiasTi₂O₃)

→TiasTi₂O₃=2(O-OasCaO-OasMgO-OasREM₂O₃-OasZrO₂-OasAl₂O₃)

→OasCaO=0.4Ca

→OasMgO=0.66Mg

→OasREM₂O₃=0.17REM

→OaSZrO₂=0.35Zr

→OasAl₂O₃=0.89Al

다음으로, 유효 붕소량 Bef의 도출식 개념을, 고온측으로부터 저온측으로의 반응 순서로 나타내면 이하와 같이 된다. 즉, 제강에서의 정련→응고 공정에 있어서, 이하의 순서로 반응한다.

[1] 액상(용강 중)에서의 탈산 반응(1600℃ 부근)

O와의 화학적 친화력의 강한 순서로 CaO→MgO→REM₂O₃→ZrO₂→Al₂O₃의 반응이 일어나서 용강 중의 용존 O가 감소해 간다. 이것으로 탈산이 완료되는 경우에는 OTi≤0으로 나타내진다. 탈산이 완료되지 않고 용존 O가 남는 경우에는 OTi>0, Tief=Ti-2×OTi≥0.005(%)로 나타내지고, Al보다 약탈산 원소인 Ti가 Ti₂O₃로서 탈산에 기여하고, 성분 Ti로부터 탈산으로 소비된 TiasTi₂O₃를 뺀 나머지의 유효 티타늄량이 0.005% 이상이 된다.

[2] 고상(응고 γ 중)으로의 탈질 반응(1300℃ 부근 내지 80O℃ 부근)

N과의 화학적 친화력이 강한 순으로 TiN→BN→AlN의 반응이 생기고, 고상 γ 중의 고용 N이 감소해간다. 먼저, 탈산으로 소비되고 남은 Ti가 탈질 반응을 일으킨다. 이것으로 탈질이 완료되는 경우에는 N-0.29(Ti-2×OTi)≤0으로 나타내지고, γ 중에 고용 N이 존재하지 않기 때문에, B는 BN를 형성하지 않고, 모두 고용 B로서 존재한다. 한편, Ti에 의하여 탈질이 완료되지 않고, 고용 N이 남는 경우에는 N-0.29(Ti-2×OTi)>0으로 나타내고, B의 일부가 BN를 생성하여 나머지가 고용 B가 된다.

한편, Ti보다 탈산력이 강한 원소에 의하여 탈산이 완료되는 경우에는 아래 식을 만족한다.

OTi≤0

이 경우, Ti는 탈산으로 소비되지는 않는다. Ti가 TiN를 형성하고, N이 남는 경우에는 아래 식을 만족한다.

N-0.29Ti>0

이 때의 유효 붕소량 Bef는 아래 식으로 계산된다.

Bef(%)=B-0.77(N-0.29Ti)

Ti가 TiN를 형성하고, N이 남지 않는 경우에는 아래 식을 만족한다.

N-0.29Ti≤0

이 때의 유효 붕소량 Bef는 아래 식으로 계산된다.

Bef(%)=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}

이 때, Ti-2×OTi는 유효 티타늄량 Tief이다.

상기 각 식에 있어서, 식 (N-0.29Tief)는 Ti에 의하여 탈질되고 남은 N이며, B와 결합하여 BN를 형성할 수 있다. 이 때, 1개의 B에 대하여 1개의 N이 결합한다. 따라서, BN를 질량%로 생각하면, B의 원자량은 10.8이며, N의 원자량은 14이다. 따라서, BN를 구성하는 B는 N(여기에서는 N-0.29Tief)의 0.77배의 질량으로 계산된다. 이것이 탈질로 소비되는 B의 양이다.

또한, 상기 각 식에 있어서, 식 (N-0.29Tief)에 있어서의 0.29Tief는 NasTiN를 의미한다. 이 때, 원자량은 Ti가 48이고 N이 14이기 때문에, Tief(탈산으로 소비된 Ti를 뺀 나머지 Ti)의 질량%에 대하여 14/48=0.29의 N이 결합한다. 또한, N-0.29Ti≤0이면, N은 모두 TiN로 고정되어 γ 소지 내에 고용 N은 존재하지 않는다. 한편, N-0.29Tief>0이면, γ 소지 내에는 TiN 외에 고용 N이 존재하므로, 이 고용 N은 B와 결합하여 BN를 생성하여, 유효 붕소량을 감소시킨다.

「O: 산소」 0.004%

이하 O는 0.004% 이하로 억제할 필요가 있다. O가 0.004%를 넘으면, 산화물의 일부가 조대화하여 파괴 기점으로서 유해성을 초래하고, 모재와 대입열 용접 HAZ의 인성이 열화된다. 한편, HAZ의 피닝 효과를 이용할 때, 0는 0.001% 이상 확보할 필요가 있다. 그 이유는 HAZ의 용융선 근방에 있어서, HAZ 인성을 높이기 위하여 Ca이나 Mg의 적정 첨가에 의하여 미세한 산화물을 다수 분산시켰을 경우에, 피닝 효과를 강화하고 γ 세립화를 하기 때문이다. 0이 0.001% 미만이면, 산화물 개수가 부족하여 충분한 피닝 효과가 얻을 수 없는 경우가 있다.

「Ca: 칼슘」 0.0003 내지 0.004%

「Mg: 마그네슘」 0.0003 내지 0.004%

Ca, Mg는 용강에의 첨가 순서를 고려하면서, 한쪽 또는 양쪽 모두를 0.0003% 이상 함유시킴으로써, Ca나 Mg를 함유하는 10 내지 500nm의 산화물이나 황화물을 1000개/mm² 이상 확보할 수 있다. Ca나 Mg가 0.0003% 미만이면, 대입열 용접 HAZ의 피닝 입자인 산화물이나 황화물의 개수가 부족한 경우가 있다. 그러나, 각각 0.004% 초과하여 함유시키면, 산화물이나 황화물이 조대화하여 피닝 입자의 개수가 부족한 동시에, 파괴 기점으로서의 유해성도 현저하게 되어, 양호한 HAZ 인성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, Nb를 첨가하는 경우에는 대입열 용접 HAZ의 피닝 효과에 의한 세립화 효과를 병용하는 것이 필수이며, Mg를 반드시 첨가할 필요가 있다.

「Ni: 니켈」 0.01 내지 1%

Ni는 인성의 열화를 억제하고 강도를 확보하기 위하여 유효하다. 그러기 위하여는 0.01% 이상의 Ni를 함유시키는 것이 좋다. 그러나, Ni는 합금 비용이 매우 높고, 표면 스크래치 손질 공정이 발생한다고 하는 문제가 있다. 따라서, Ni는 1% 이하로 억제하는 것이 좋다. 또한, Ni의 함유량은 극도로 낮게 하는 것이 좋으며, 0.7% 이하, 0.5% 이하 또는 0.3% 이하로 제한하여도 된다.

「Cu: 구리」 0.01 내지 1%,

「Cr: 크롬」 0.01 내지 1%

「Mo: 몰리브덴」 0.01 내지 0.5%

Cu, Cr, Mo는 강도를 확보하는 데 유효하고, 또한 0.01% 이상의 함유량으로 효과를 발휘한다. 한편, 대입열 용접 HAZ 인성을 열화시키는 관점에서, 각각 1%, 1%, 0.5%가 상한이다. Mo는 Ni와 마찬가지로 고가의 원소이며, 또한, HAZ의 MA 생성을 조장하는 위험성도 높기 때문에, Mo의 함유량은 Ni와 마찬가지로 극도로 낮게 하는 것이 좋다. HAZ 인성 향상을 위하여, Cu, Cr를, 0.5% 이하 또는 0.3% 이하로, Mo를 0.3% 이하 또는 0.1% 이하로 제한하여도 좋다.

「Nb: 니오브」 0.003 내지 0.03%

Nb는 담금질성과 석출의 두 가지 측면에서 강도를 확보하는 데 유효하다. 그러나, 압연 γ 재결정화나 대입열 용접 HAZ 인성에 대하여 Nb는 유해하다. 따라서, Nb를 첨가하는 경우에는, Mg에 의한 대입열 용접 HAZ의 피닝 효과에 의한 세립화 효과를 병용하는 것이 필수이기 때문에, Mg도 첨가한다. Nb의 강도 향상 효과를 누리기 위하여 0.003% 이상의 Nb를 함유시키는 것이 좋다. 더 좋기로는, 0.008% 이상 함유시키면 좋다. 그러나, 너무 많은 첨가는 압연 γ 재결정화나 대입열 용접 HAZ 인성에 대한 Nb의 유해함이 현재화하기 때문에, 본 발명에서는 0.03% 이하의 미량 Nb 밖에 함유시키지 않는 것이 좋다. 0.02% 이하, 0.01% 이하 또는 0.005% 이하로 억제하는 것이 더 좋다. Nb를 함유하지 않은 것이 HAZ 인성의 관점에서 더 좋다.

「REM: 희토류 원소(란타노이드계 원소)」 0.0003 내지 0.02%,

「Zr: 지르코늄」 0.0003 내지 0.02%,

REM(희토류 원소), Zr는 탈산과 탈황에 관여하여, 중심 편석부의 조대한 연신 MnS의 생성을 억제하여 황화물을 구상 무해화하고, 모재와 대입열 용접 HAZ의 인성을 개선한다. 이 효과들을 발휘하려면 REM와 Zr의 하한은 모두 0.0003%이다. 다만, 이들의 함유량을 늘려도 효과는 포화하기 때문에, 경제성의 관점에서 REM와 Zr의 상한은 모두 0.02%이다. 또한, 본 발명에서 함유하는 REM이란, La나 Ce 등의 란타노이드계 원소이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판에 의하면, (1) 판 두께 50 내지 100 mm, 항복 강도 400 내지 650 MPa, 그리고 인장 강도 490 내지 720 MPa의 고강도 후강판이고, (2) 용접 입열량≥20 kJ/mm에서도 vE(-20℃)≥70J이 되는 양호한 대입열 용접 HAZ 인성을 가지고 (3) 고가 합금 원소의 저감(Ni≤1% 등) 등에 의한 낮은 제조 비용을 실현할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 고강도 후강판이 고층 빌딩을 비롯한 각종 용접 구조물에 사용됨으로써, 용접 구조물의 대형화, 파괴에 대한 높은 안전성, 건조에 있어서의 용접의 고능률화, 소재인 강재의 경제성 등이 동시에 만족되기 때문에 그 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.

<실시예>

이하, 본 발명에 관한 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법 및 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 원래 아래의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 전술 또는 후술하는 취지에 적합한 범위에서 적당하게 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[샘플 제작]

제강 공정에 있어서 용강의 탈산?탈황과 화학 성분을 제어하고, 연속 주조에 의하여 아래 표 1 내지 표 4에 나타내는 No. 1 내지 No. 36, 및 표 11 및 표 12에 나타내는 No. A 내지 J의 화학 성분의 슬라브를 제작하였다. 또한, 상기 슬라브를, 아래 표 5, 표 6 및 표 13에 나타내는 제조 조건으로 재가열하여 후판 압연함으로써, 판 두께 50 내지 100 mm로 마무리하여, 가속 냉각을 실시하고, 또한 필요에 따라서 오프라인에서의 뜨임 처리를 실시하여, No. 1 내지 No. 36 및 No. A 내지 J의 후강판의 샘플을 제작하였다.

또한, 표 1에 나타내는 No. 1의 화학 성분의 슬라브를, 아래 표 7에 나타내는 제조 조건으로 재가열하여 후판 압연함으로써, 판 두께 50 내지 100mm로 마무리하고, 가속 냉각을 실시하며, 또한, 오프라인에서의 뜨임 처리를 실시하여, No. 1A 내지 No. 1E의 후강판의 샘플을 제작하였다.

본 발명강 1 내지 16 및 A 내지 F에 있어서는 성분 조성, Ceq, Tief 및 유효 붕소량이 본 발명의 범위 내인 것에 대하여, 비교강 17 내지 36 및 G 내지 J에 있어서는 성분 조성, Ceq 또는 유효 붕소량 중 어느 하나가 본 발명의 범위 외가 되었다.

[평가 시험]

상기 방법에 따라 제작한 No. 1 내지 No. 36, No. A 내지 J, No. 1A 내지 No. 1E의 후강판의 샘플에 대하여, 이하와 같은 평가 시험을 실시하였다.

모재의 인장 특성 및 샤르피 충격 특성에 대하여는 후강판 샘플의 판 두께 1/2부- 압연 길이(L) 방향으로부터 시험편을 채취하여 측정하고 평가하였다. 또한, 인장 시험편으로서는, JIS Z 2201의 14 B호의 인장 시험 편을 준비하였다. 또한, 항복 강도 및 인장 강도는 JIS Z 2241의 기재에 따라서 측정하였다.

또한, 이음부의 HAZ 인성에 대하여는 맞대기 개선(開先)을 서브 머지 아크 용접(SAW) 또는 상기 슬래그 용접(ESW)에 의하여 1 패스 용접하고, 판 두께 1/2부의 용융선으로부터 1 mm 떨어진 HAZ에 노치를 넣어 조사하였다. 이 때, -20℃에서 3개의 샤르피 충격 시험(JIS Z 2242)를 실시하고, 평균의 흡수 에너지 값을 평가하였다. 또한, JIS, 참고로서 -40℃에 있어서의 특성도 동일하게 조사하였다.

또한, JIS Z 3001의 2652의 기재에 따라서 용접 입열량을 측정하였다.

본 실시예에 있어서의 후강판과 용접 이음부의 기계적 성질의 일람을 표 8 내지 표 10 및 표 14에 나타낸다.

[평가 결과]

No. 1 내지 16 및 No. A 내지 F는 본 발명 강이며, 강의 화학 성분을 적정화하고, TMCP 조건을 적정화함으로써, 후강판임에도 불구하고, 표 8 및 표 14에 나타내는 바와 같이, 400 내지 620 MPa의 항복 강도와 520 내지 700 MPa의 인장 강도 및 모재 인성을 나타내고, -20℃ 미만의 양호한 연취성 천이 온도(vTrs)를 만족하며, 또한, 50 내지 120 kJ/mm의 큰 용접 입열량임에도 불구하고, -20℃에 있어서 70 J이상의 양호한 HAZ 인성이, Ni 함유량을 1% 이하로 억제하면서, 동시에 만족되어 있는 것을 알 수 있다.

한편, 비교 강인 No. 17 내지 36 및 강 No. H 내지 J는 강의 화학 성분이 적정하지 않기 때문에, 또한, 표 7에 나타내는 비교 강 1 A 내지 1 E는 강판 제조 조건이 적정하지 않기 때문에, 표 9, 표 10 및 표 14에 나타내는 바와 같이, 항복 강도, 인장 강도, vTrs, 대입열 용접 HAZ 인성 중 어느 것이 떨어지고, 본 발명의 고강도 후강판과 같이, 이들 복수의 요구 특성을 동시에 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.

강 17은 C량과 Ceq가 적기 때문에, 강 20은 Mn량이 적기 때문에, 담금질성이 부족하여 항복 강도나 인장 강도가 떨어진다.

강 18은 C량이 많기 때문에, 강 19는 Si량이 너무 많기 때문에, 강 21은 Mn량이 많기 때문에, 강 22는 B량이 적기 때문에, 강 23은 V량이 적기 때문에, 강 24는 V량이 많기 때문에, 대입열 용접 HAZ의 인성이 떨어진다. 또한, 강 21은 Ceq도 높기 때문에 항복 강도와 인장 강도가 과잉이고, vTrs도 열화되었다.

강 25, 26, 27, 30, 31, 34, 35는 Ceq와 판 두께가 동일하고, 표 6의 TMCP 조건도 동일하지만, 유효 붕소량이 8 내지 27 ppm 존재하기 때문에, 강도와 인성의 변동이 크고, 일부 강에서 vTrs가 열화되어 있고, 또한 대입열 용접 HAZ의 인성이 떨어진다.

강 28은 P량이 많기 때문에, 강 29는 S량이 많기 때문에, vTrs와 대입열 HAZ의 인성이 떨어진다.

강 31은 Al량이 적기 때문에 O가 많아지고, 강 32는 Al가 많기 때문에 알루미나 클러스터가 생성되고, 이와 함께 조대한 유해 산화물이 증가하여 모재와 대입열 HAZ의 인성이 떨어진다.

강 33은 Ti량이 적기 때문에, 강 35는 N량이 적기 때문에, TiN의 생성이 불충분하고 모재와 HAZ의 결정입자가 충분히 미세화되지 않고, 모재 인성, 대입열 HAZ 인성이 떨어진다.

강 34는 Ti량이 많기 때문에, 강 36은 N량이 많기 때문에, TiC 취화나 고용 B 취화에 의하여 모재 인성과 대입열 HAZ 인성이 떨어진다.

강 G는 Nb가 첨가되어 있지만 Mg가 첨가되어 있지 않기 때문에, 대입열 HAZ 인성이 저하되었다.

강 H, 강 I 및 강 J는 V량이 적기 때문에, 대입열 HAZ 인성이 저하되었다.

강 1A는 슬라브 재가열의 가열 온도가 너무 낮기 때문에, 강 1B는 압연 종료 온도가 너무 낮기 때문에 강 1D는 가속 냉각의 개시 온도가 너무 낮기 때문에, 강 1E는 가속 냉각의 정지 온도가 너무 높기 때문에 강도가 부족하다.

강 1C는 압연의 누적 압하량이 너무 적기 때문에, 모재 인성이 열화되었다.

이상 설명한 실시예의 결과로부터, 본 발명의 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판이 (1) 판 두께 50 내지 100 mm, 항복 강도 400 내지 650 MPa, 또한, 인장 강도 490 내지 720 MPa의 고강도 후강판이고, (2) 용접 입열량≥20 kJ/mm에서도 vE(-20℃)≥70J이 되는 양호한 대입열 용접 HAZ 인성을 가지고 (3) 고가 합금 원소의 저감(Ni≤1% 등) 등에 의한 낮은 제조 비용을 실현할 수 있는 것이 분명하다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명에 관한 고강도 후강판은 고층 빌딩 등의 건축용으로서 주로 사용되지만, 교량, 선박, 탱크 및 해양 구조물 등 그 밖의 용접 구조물에 사용하는 것도 가능하다.

Claims

질량%로,
C: 0.05 내지 0.12%,
Si: 0.01 내지 0.3%,
Mn: 1 내지 2%,
P: 0.015% 이하(0%를 제외),
S: 0.0005 내지 0.005%,
B: 0.0003 내지 0.003%,
V: 0.03 내지 0.15%,
Al: 0.001 내지 0.1%,
Ti: 0.005 내지 0.02%,
N: 0.002 내지 0.01%,
O: 0.001 내지 0.004%
를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
아래 식 (1)의 탄소당량 Ceq가 0.32 내지 0.45%이며,
아래 식 (2)의 유효 붕소량 Bef가 0% 이하이고,
아래 식 (3)의 유효 티타늄량 Tief가 0.005% 이상인 연속 주조 슬라브를
1100℃ 초과 1300℃ 이하로 가열한 후, 강 표면 온도 850℃ 이상에서, 누적 압하량이 50% 이상인 압연을 실시하고, 이어서 강 표면 온도 800℃ 이상에서부터 가속 냉각을 적용하여 500℃ 이하까지 냉각하는
것을 특징으로 하는 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법.
이 때,
Ceq=C+Mn/6+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}??? (1)
Bef=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}??? (2)
Tief=Ti-2×OTi??(3)
단, Ti에 의하여 탈산될 수 있는 잔존 산소량 OTi는 아래 식 (4)에 의한다.
OTi=O-0.4Ca-0.66Mg-0.17REM-0.35Zr-0.89Al???? (4)
이 때,
식 (4)의 OTi가 0%보다 작은 경우, 식 (2) 및 식 (3)의 OTi를 0%로 하고,
N-0.29(Ti-2×OTi)가 0%보다 작은 경우, 식 (2)의 N-0.29(Ti-2×OTi)를 0%로 하고,
식 (1), 식 (2), 식 (3) 및 식 (4)로 나타내는 원소는 각각의 원소의 함유량(질량%)으로 하고, 불가피한 불순물로서 혼입된 원소도 계산에 포함한다.
제1항에 있어서, 상기 가속 냉각 후, 350 내지 700℃에서 5 내지 6O분의 뜨임 열처리를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는, 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량%로,
Ca: 0.0003 내지 0.004%,
Mg: 0.0003 내지 0.004%,
Ni: 0.01 내지 1%,
Cu: 0.01 내지 1%,
Cr: 0.01 내지 1%,
Mo: 0.01 내지 0.5%,
Nb: 0.003 내지 0.03%,
REM: 0.0003 내지 0.02%,
Zr: 0.0003 내지 0.02%
중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 다만, Nb를 함유할 때에는 Mg도 함유하는 것을 특징으로 하는, 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판의 제조 방법.
질량%로,
C: 0.05 내지 0.12%,
Si: 0.01 내지 0.3%,
Mn: 1 내지 2%,
P: 0.015% 이하(0%를 제외),
S: 0.0005 내지 0.005%,
B: 0.0003 내지 0.003%,
V: 0.03 내지 0.15%,
Al: 0.001 내지 0.1%,
Ti: 0.005 내지 0.02%,
N: 0.002 내지 0.01%,
O: 0.001 내지 0.004%,
를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
아래 식 (1)의 탄소당량 Ceq가 0.32 내지 0.45%이며,
아래 식 (2)의 유효 붕소량 Bef가 0% 이하이며,
아래 식 (3)의 유효 티타늄량 Tief가 0.005% 이하이고,
판 두께가 50 내지 100 mm이며,
항복 강도가 400 내지 650 MPa이고,
인장 강도가 490 내지 720 MPa인
것을 특징으로 하는 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판.
이 때,
Ceq=C+Mn/6+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}??? (1)
Bef=B-0.77{N-0.29(Ti-2×OTi)}??? (2)
Tief=Ti-2×OTi??? (3)
단, Ti에 의하여 탈산될 수 있는 잔존 산소량 OTi는 아래 식 (4)에 의한다.
OTi=O-0.4Ca-0.66Mg-0.17REM-0.35Zr-0.89Al??? (4)
이 때, 식 (4)의 OTi가 0%보다 작은 경우, 식 (2) 및 식 (3)의 OTi를 0%로 하고,
N-0.29(Ti-2×OTi)가 0%보다 작은 경우, 식 (2)의 N-0.29(Ti-2×OTi)를 0%로 하고,
식 (1), 식 (2), 식 (3) 및 식 (4)에 나타내는 원소는 각각의 원소의 함유량(질량%)으로 하고, 불가피한 불순물로서 혼입한 원소도 계산에 포함한다.
제4항에 있어서, 질량%로,
Ca: 0.0003 내지 0.004%,
Mg: 0.0003 내지 0.004%,
Ni: 0.01 내지 1%,
Cu: 0.01 내지 1%,
Cr: 0.01 내지 1%,
Mo: 0.01 내지 0.5%,
Nb: 0.003 내지 0.03%,
REM: 0.0003 내지 0.02%,
Zr: 0.0003 내지 0.02%
중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 다만, Nb를 함유할 때에는 Mg도 함유하는 것을 특징으로 하는, 대입열 용접 열 영향부 인성이 우수한 고강도 후강판.