KR101314004B1 - 피로 특성이 우수한 후강판 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은, 피로 특성이 우수한 후강판을 제공한다.　 C, Si, Mn, P, S, Al, N을 함유하고, 강 조직 중의 전위 밀도가 1×1010 내지 10×1010(/㎠)이고, 모재의 강도와 HAZ의 강도의 비의 지표로 되는 (전위 밀도/1010)/DI값이 2.2 이상 6.5 이하이고, HAZ의 균일 연신과 HAZ의 강도의 비의 지표로 되는 H값/DI값이 23 이하이다.

Description

피로 특성이 우수한 후강판 {THICK STEEL PLATE WITH EXCELLENT FATIGUE PROPERTY}
본 발명은, 주로 선박, 건축물, 교량 등의 구조용 재료로서 사용되는 후강판에 관한 것으로, 특히 피로 특성이 우수한 후강판에 관한 것이다.
선박, 건축물, 교량 등은, 통상, 판 두께 6㎜ 이상의 후강판을 용접에 의해 접합하여 조립된다. 강판의 용접부에서는, 응력 집중이 일어나기 쉽기 때문에 피로 파괴가 일어나기 쉽다.
피로 특성을 개선하는 기술로서, 예를 들면 특허 문헌 1 내지 3을 들 수 있다. 특허 문헌 1은 용접 열영향부에서의 경도값을 모재 또는 용접 금속 중 어느 하나 경도가 낮은 쪽의 경도의 80％ 이상으로 하여, 용접 조인트의 응력 집중을 완화하고 있다. 특허 문헌 2에서는, 용접 금속과 용접 열영향부의 경도의 차를 적게 함으로써, 용접 금속 및 HAZ의 편측만에서의 변형 집중을 억제하여 피로 강도를 향상시키고 있다. 또한, 특허 문헌 3은 용접 열영향부와 모재의 경도의 차를 작게 함으로써 응력·변형의 집중을 완화하여, 용접부의 피로 강도나 내응력 부식 균열성을 향상시키고 있다. 그러나, 특허 문헌 1 내지 3에서는, Si량이 많거나, Nb량, Mo량 등이 많거나 하기 때문에, 피로 특성이나 인성에서 불충분하였다.
일본 특허 출원 공개 제2006-169602호 공보 일본 특허 출원 공개 평7-171679호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-73071호 공보
본 발명은, 피로 특성이 우수한 후강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성할 수 있었던 본 발명에 따른 후강판은, C:0.02 내지 0.15％(질량％의 의미. 이하, 동일함), Si:0.30％ 이하(0％를 포함함), Mn:1.0 내지 2.5％, P:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음), Al:0.005 내지 0.06％, N:0.0038 내지 0.010％를 각각 함유함과 함께, 잔량부는 불가피적 불순물이고, 강 조직 중의 전위 밀도가 1×1010 내지 10×1010(/㎠)이고, 상기 전위 밀도와, 하기 수학식 1 및 2로 표현되는 DI값 및 H값이
H값/DI값≤23 및
2.2≤(전위 밀도/1010)/DI값≤6.5
의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이며, 피로 특성이 우수하다.
[수학식 1]
Figure 112011037041157-pat00001
단, 상기 수학식 1에서
F1은,
Mn<1.2의 경우에는, F1=3.33×Mn+1
Mn≥1.2의 경우에는, F1=5.1×(Mn-1.2)+5
F2는,
B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14<0의 경우에는, F2=0
B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14≥0의 경우에는, F2=B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14
[수학식 2]
Figure 112011037041157-pat00002
[상기 수학식 1, 2 중, 원소명은 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하고 있지 않은 원소가 있는 경우, 그 함유량에 대해서는 0질량％로 하여 계산하는 것으로 함]
본 발명에서의 후강판은, 필요에 따라서, (a)　Cu:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ni:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cr:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Mo:0.6％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종, (b)　V:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.060％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Ti:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종, (c)　B:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음), (d)　Ca:0.010％ 이하(0％를 포함하지 않음), (e) Mg:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음), (f)　Zr:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Hf:0.05％ 이하(0％를 포함하지 않음), (g)　REM:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하고 있어도 된다.
본 발명에 따르면, 각종 성분 조성이 적절하게 조정되어 있음과 함께, 용접 열영향부의 균일 연신의 지표로 되는 H값과 용접 열영향부의 강도의 지표로 되는 DI값과의 비(H값/DI값), 모재 강도의 지표로 되는 전위 밀도, 및 모재 강도의 지표로 되는 전위 밀도와 용접 열영향부의 강도의 비의 지표로 되는 DI값의 비((전위 밀도)/DI값)가 모두 적절하게 제어되어 있기 때문에, 피로 특성이 우수한 후강판을 실현할 수 있다.
도 1은 피로 특성의 측정에 사용한 시험편을 도시하는 개략도.
후강판의 용접부에서는, 통상, 용접 지단부에 응력이 집중되기 때문에, 피로 파괴는 용접 지단부로부터 용접 열영향부(이하, 「HAZ」라고 부름)를 향하여 발생한다. 본 발명자들은 이 HAZ에 발생 및 진전되는 피로 파괴에 대하여 검토한 결과, (ⅰ) 응력 집중이 HAZ와 모재의 경계선 부근에서 발생하도록 함과 함께, (ⅱ) HAZ의 균일 연신을 작게 하면, HAZ에서의 피로의 발생을 제어할 수 있는 결과, 피로 특성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
우선, HAZ와 모재의 경계선 부근에 응력을 집중시키기 위해서는, 모재의 강도를 낮게 조정함과 함께, 모재의 강도와 HAZ의 강도의 밸런스를 조정하는 것이 유효하다.
모재의 강도는, 모재 중에 존재하는 전위 밀도와 상관 관계가 있어, 전위 밀도가 많아질수록 모재의 강도는 상승한다. 본 발명에서는, 모재의 강도를 낮게 조정할 필요가 있기 때문에 전위 밀도의 상한을 10×1010(/㎠)으로 정하였다. 한편, 모재의 강도가 지나치게 낮아지면, 즉 전위 밀도가 지나치게 작으면, 모재가 피로파괴되게 되기 때문에, 전위 밀도의 하한은 1×1010(/㎠)으로 정하였다. 전위 밀도는, 바람직하게는 2×1010 내지 9×1010(/㎠)이고, 보다 바람직하게는 3×1010 내지 8×1010(/㎠)이다.
HAZ의 강도는, 하기 수학식 1에 의해 산출되는 DI값과 상관 관계가 있다. 하기 수학식 1의 DI값은, 강의 켄칭성을 나타내는 지표로서 일반적인 이상 임계 직경에 기초하여, 본 발명의 화학 성분 조성에서의 실험에 기초하여 수정을 가한 식이다.
[수학식 1]
Figure 112011037041157-pat00003
단, 상기 수학식 1에서
F1은,
Mn<1.2의 경우에는, F1=3.33×Mn+1
Mn≥1.2의 경우에는, F1=5.1×(Mn-1.2)+5
F2는,
B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14<0의 경우에는, F2=0
B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14≥0의 경우에는, F2=B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14
본 발명에서는, 모재와 HAZ의 경계선 부근에 응력을 집중시키기 위해서, HAZ에 비해 모재의 강도가 충분히 낮아지도록, 모재 강도의 지표로 되는 상기 전위 밀도와, HAZ의 강도의 지표로 되는 DI값을 (전위 밀도/1010)/DI값이 6.5 이하로 되도록 제어한다. (전위 밀도/1010)/DI값은 바람직하게는 6.0 이하이고, 보다 바람직하게는 5.5 이하이다. 한편, 모재의 강도가 지나치게 저하되면, 모재가 피로 파괴되게 되기 때문에, (전위 밀도/1010)/DI값은 2.2 이상으로 한다. (전위 밀도/1010)/DI값은 바람직하게는 2.5 이상이고, 보다 바람직하게는 3.0 이상이다.
다음으로, HAZ의 균일 연신에 대하여 설명한다. 본 발명에서 HAZ의 균일 연신을 작게 하는 것은, HAZ의 균일 연신을 작게 하여 소성 변형을 적게 함으로써, HAZ에서의 피로 균열의 발생을 억제할 수 있기 때문이다. HAZ의 균일 연신은, 하기 수학식 2로 표현되는 H값과 상관 관계가 있다.
[수학식 2]
Figure 112011037041157-pat00004
H값은, HAZ의 연신과 합금 원소와의 관계를 실험적으로 구한 것이다. 일반적으로, 강재에서 인장 강도가 높아질수록 균일 연신은 낮아지는 것이지만, 본 발명에서는, 본 발명의 HAZ의 강도 클래스(약 500 내지 700㎫)에서도 낮은 균일 연신을 달성하고 있는 점에서 종래 기술과 상이하다. 즉, 본원 발명에서는 HAZ의 균일 연신의 지표로 되는 H값과, HAZ의 강도의 지표로 되는 DI값을 H값/DI값≤23의 관계를 만족시키도록 제어하고 있다. H값/DI값은 바람직하게는 20 이하이고, 보다 바람직하게는 15 이하이다. 한편, H값/DI값의 값이 지나치게 작아지면 모재 강도가 올라가고 인성이 내려가는 경우가 있다. 따라서 H값/DI값은, 바람직하게는 3 이상이고, 보다 바람직하게는 5 이상이다.
또한, 상기 수학식 1, 2 중, 원소명은 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하고 있지 않은 원소가 있는 경우, 그 함유량에 대해서는 0질량％로 하여 계산하는 것으로 한다.
본 발명에 따른 후강판의 화학 성분에 대하여 이하에 설명한다.
C:0.02 내지 0.15％
C는, 강판의 강도를 확보하기 위해 필수적인 원소이다. 따라서 C량을 0.02％ 이상으로 한다. C량은, 바람직하게는 0.03％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.04％ 이상이다. 한편, C량이 과잉으로 되면 경질의 섬 형상 마르텐사이트(MA)가 많이 생성되어 모재의 인성 열화를 초래하게 된다. 따라서 C량은 0.15％ 이하로 한다. C량은, 바람직하게는 0.13％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.11％ 이하이다.
Si:0.30％ 이하(0％를 포함함)
Si는, 필수 원소는 아니지만, 고용 강화에 의해 강도를 확보하는 데에 유용한 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 한편, Si량이 과잉으로 되면 경질의 섬 형상 마르텐사이트(MA)가 많이 생성되어 모재의 인성 열화를 초래하게 된다. 따라서 Si량의 상한은 0.30％ 이하로 한다.　 Si량은, 바람직하게는 0.27％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.23％ 이하이다.
Mn:1.0 내지 2.5％
Mn은, 강판의 강도를 확보하는 데에 유용한 원소이다. 따라서 Mn량은 1.0％ 이상으로 한다. Mn량은, 바람직하게는 1.20％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.40％ 이상이다. 한편, Mn량이 과잉으로 되면 HAZ의 강도가 지나치게 상승하여 인성이 열화된다. 따라서 Mn량은 2.5％ 이하로 한다. Mn량은, 바람직하게는 2.3％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.0％ 이하이다.
P:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음)
P는, 입계 파괴를 일으키기 쉬워 인성에 악영향을 미치는 불순물 원소이기 때문에, 그 함유량은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 모재 및 HAZ 인성을 확보하기 위해서는, P량은 0.015％ 이하로 한다. P량은, 바람직하게는 0.013％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.010％ 이하이다.
S:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)
S는, Mn 황화물을 형성하여 모재 인성을 열화시키는 원소이므로, 그 함유량은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 모재의 인성을 확보하기 위해서는, S량은 0.01％ 이하로 한다. S량은, 바람직하게는 0.008％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.006％ 이하이다.
Al:0.005 내지 0.06％
Al은, 탈산제로서 유용한 원소임과 함께, 강판의 마이크로 조직화에 의한 피로 강도 향상 효과도 발휘하는 원소이다. 따라서 Al량은 0.005％ 이상으로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.01％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상이다. 한편, Al량이 과잉으로 되면 섬 형상 마르텐사이트(MA)가 많이 생성되어 피로 특성에 악영향을 준다. 따라서 Al량은 0.06％ 이하로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.045％ 이하이다.
N:0.0038 내지 0.010％
N은, Al 등과 결합하여 질화물을 형성함으로써 강판 조직을 미세화시켜, 모재 및 HAZ의 인성, 피로 특성을 확보하는 데에 유용한 원소이다. 따라서 N량을 0.0038％ 이상으로 한다. N량은, 바람직하게는 0.0040％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0045％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.0050％ 이상이다. 한편, N량이 과잉으로 되면, 고용 N량이 증대되어 변형 시효가 발생함으로써 모재 및 HAZ의 인성이 열화된다. 따라서 N량은 0.010％ 이하로 한다. N량은, 바람직하게는 0.009％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.008％ 이하이다.
본 발명에 따른 후강판의 기본 성분은 상기한 대로이고, 잔량부는 실질적으로 철이다. 단, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라서 가지고 들어오는 불가피 불순물이 포함되는 것은 당연히 허용된다. 또한 본 발명의 후강판은 필요에 따라서, 이하의 임의 원소를 함유하고 있어도 된다.
Cu:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ni:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cr:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Mo:0.6％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
Cu, Ni, Cr, 및 Mo는, 모두 강판의 고강도화에 유효한 원소이고, 그 효과는 이들 함유량이 증가함에 따라서 증대된다. 이와 같은 관점에서, Cu량, Ni량, Mo량은 모두 0.1％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2％ 이상이다. Cr량은, 0.2％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이상이다. 한편, 이들 원소가 과잉으로 되면, 강도의 과대한 상승을 초래하여, 모재 및 HAZ 인성을 열화시킨다. 따라서, Cu, Ni, 및 Cr은 모두 2％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo량은 0.6％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu량 및 Ni량은 모두 10％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.8％ 이하이다. Cr량은 보다 바람직하게는 1.5％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.3％ 이하이다. Mo량은 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.4％ 이하이다.
V:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.060％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Ti:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
V, Nb, 및 Ti는 모두 탄질화물로서 석출되고, γ 입자의 조대화를 억제함으로써 모재 인성을 양호하게 하는 데에 유효한 원소이다. 따라서, V량, Nb량은 모두 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이상이다. Ti량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.012％ 이상이다. 한편, V량, Nb량, 및 Ti량이 과잉으로 되면 HAZ 조직의 조대화를 초래하여, HAZ 인성이 열화된다. 따라서 V량 및 Ti량은 모두 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.08％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.06％ 이하이다. Nb량은 0.060％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.050％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.040％ 이하이다.
B:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음)
B는, 모재 및 HAZ의 인성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 따라서, B량은 0.0005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0008％ 이상이다. 한편, B량이 과잉으로 되면 오스테나이트 입계에서의 BN 편석을 초래하여, 모재 및 HAZ의 인성을 열화시킨다. 따라서 B량은, 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0045％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0040％ 이하이고, 한층 더 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.
Ca:0.010％ 이하(0％를 포함하지 않음)
Ca는, 황화물의 형태를 제어하여 HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 따라서, Ca량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.　 그러나, 그 함유량이 과잉이면 조대 개재물이 생성되어 모재 및 HAZ의 인성이 열화된다. 따라서 Ca량은, 0.010％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0080％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.
Mg:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음)
Mg는, 산화물 및 질화물을 형성하여, 오스테나이트 입자의 조대화를 억제함으로써 HAZ 특성(인성)을 향상시킨다. 따라서 Mg량은, 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, Mg량이 과잉으로 되면 개재물이 조대화되어 인성이 열화된다. 따라서, Mg량은 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0030％ 이하이다.
Zr:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Hf:0.05％ 이하(0％를 포함하지 않음)
Zr 및 Hf는 모두, 질화물을 형성하여 오스테나이트 입자를 미세화하여, HAZ 특성 개선에 유효한 원소이다. 따라서 Zr량은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.002％ 이상이다. Hf량은 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 한편, Zr량 및 Hf량이 과잉으로 되면 오히려 HAZ 특성을 열화시키게 되므로, Zr량은 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하고, Hf량은 0.05％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Zr량은 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.02％ 이하이다. Hf량은 보다 바람직하게는 0.03％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.02％ 이하이다.
REM:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)
REM(희토류 원소)은, 개재물의 형태를 제어하여, 모재 및 HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 따라서, REM량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 한편, REM량이 과잉으로 되면, 산화물이 조대해짐으로써 모재 및 HAZ의 인성을 열화시킨다. 따라서, REM량은 0.02％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.018％ 이하이다. 또한, 본 발명에서 REM은, 주기율표 3족에 속하는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y) 및 란타노이드 계열 희토류 원소(원자 번호 57 내지 71)의 원소 중 어느 것도 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 후강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 6㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 10㎜ 이상(특히 15㎜ 이상)이다.
본 발명의 후강판을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 강을 용제하여 주조한 후, 열간 압연을 실시한다고 하는 후강판의 일련의 제조 공정에서, 상기한 전위 밀도를 확보하는 데에는 특히 열간 압연의 누적 압하율, 및 열간 압연 후의 냉각 속도를 적절하게 제어하는 것이 바람직하다.
열간 압연의 누적 압하율은 70％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 75％ 이상이다. 또한 열간 압연 후의 냉각 속도는 1 내지 12℃/초로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 내지 10℃/초이다. 성분 조성을 상기 범위로 적절하게 조정함과 함께, 상기 누적 압하율 및 상기 냉각 속도를 조정함으로써, 전위 밀도를, 1×1010 내지 10×1010(/㎠), 보다 바람직하게는 3×1010 내지 8×1010(/㎠)으로 함과 함께, (전위 밀도/1010)/DI 값을 2.2 내지 6.5로 할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니며, 전ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적절히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
표 1, 2에 나타내는 화학 성분 조성을 갖는 강을, 통상의 용제법에 따라서 용제하고, 주조(240㎜ 두께)한 후, 표 3, 4에 나타내는 조건에서 열간 압연하여 강판(40㎜ 두께)을 얻었다(열간 압연의 누적 압하율:약 83％).
Figure 112011037041157-pat00005
Figure 112011037041157-pat00006
각 강판에 대하여, 이하의 요령에 따라서 모재의 전위 밀도, HAZ 강도(TS) 및 HAZ의 균일 연신(UE), HAZ 인성 및 피로 특성(피로 수명)을 측정하였다.
(1) 전위 밀도의 측정
각 강판의 t/4 위치(t:판 두께) 부근으로부터 25㎜×25㎜×10㎜의 사이즈의 시험편을 채취하고, 압연면에 평행한 면을 전해 연마하여 측정면으로 하고, X선 회절법을 사용하여 전위 밀도를 측정하였다. 보다 구체적으로는 CAMP-ISIJ vol.17(2004)　p.396-399에 기재되는 방법에 따라서, (200)면의 반가폭으로부터 전위 밀도를 측정하였다.
(2) HAZ 강도, HAZ 인성 및 HAZ의 균일 연신의 측정
얻어진 각 강판의 t/4 위치(t:판 두께) 부근으로부터 JIS　14A호 시험편을 채취하고, 최고 가열 온도:1200℃, 800℃ 내지 500℃의 냉각 시간 Tc:100초의 조건의 열사이클을 부여한 후, JIS　Z2241에 따라서, 인장 시험을 행하여, HAZ의 인장 강도(TS) 및 균일 연신(UE)을 측정하였다. 시험 장치는, 시마츠 제작소제 AG-IS　250kN　오토그래프 인장 시험기를 사용하고, 시험 온도는 실온으로 하였다.
HAZ 인성에 대해서는, JIS　Z3111에 규정되는 4호 V 노치 시험편을 각 강판의 t/4 위치(t:판 두께)로부터 채취하고, 그 후, 상기 인장 시험편과 마찬가지의 열이력을 부여한 후, JIS　Z2242에 따라서 -15℃에서의 흡수 에너지(vE-15)를 구하였다. HAZ 인성은, vE-15가 47J 이상을 합격, 47J 미만을 불합격으로 평가하였다.
(3) 피로 특성의 측정
각 강판의 t/4 위치(t:판 두께)로부터 도 1에 도시한 형상의 시험편을 채취하고, 절결 주변부만 상기 (2)와 거의 마찬가지의 열이력으로 되도록 부분 가열을 행하고, 시마츠 제작소제 ±50kN 전기 유압 서보식 피로 시험기를 사용하여, 이하의 조건에서 피로 시험을 행하였다. 피로 특성은 HAZ 강도의 영향을 받는 것이며, 그 영향을 배제하기 위해서 시험 응력/HAZ 강도가 0.5일 때의 균열 발생 사이클수에 의해 피로 특성을 평가하였다.
시험 환경:실온, 대기 중
제어 방법:하중 제어
제어 파형:정현파
응력비:R=0.1
시험 속도:10㎐
결과를, 모재의 인장 강도(TS)와 (전위 밀도/1010)/DI의 값과 함께, 표 3, 4에 나타낸다.
Figure 112011037041157-pat00007
Figure 112011037041157-pat00008
No.1 내지 8, 12, 13, 18 내지 21은, 성분 조성 및 제조 조건이 적절하게 조정되어 있기 때문에, 우수한 피로 특성을 실현할 수 있었다.
한편, No.9 내지 11, 14 내지 17, 22 내지 40은, 성분 조정 및 제조 조건 중 적어도 어느 하나가 부적절하였기 때문에, HAZ 인성 및 피로 특성 중 적어도 어느 하나가 저하되었다.
No.9 내지 11은 모두 Si량이 많고, H값/DI값이 컸기 때문에, 피로 특성이 저하되었다. No.14 내지 16은 모두 Si량이 많고, No.17은 H값/DI값의 값이 컸기 때문에, 피로 특성이 저하되었다.
No.22 내지 24는, (전위 밀도/1010)/DI값의 값이 높았기 때문에, 피로 특성이 저하되었다.
No.25는 C량이 적고, H값/DI값 및 (전위 밀도/1010)/DI값의 값이 높았기 때문에, No.26은 C량이 많아 HAZ 인성이 저하되었기 때문에, 피로 특성이 저하되었다.
No.27은 Mn량이 적고, H값/DI값 및 (전위 밀도/1010)/DI값의 값이 높았기 때문에, 피로 특성이 저하되었다. No.28은 Mn량이 많고, (전위 밀도/1010)/DI의 값이 높았기 때문에, 피로 특성이 저하되었다.
No.29, 30은 각각 P량, S량이 많아 HAZ 인성이 저하되었기 때문에, 피로 특성이 저하되었다. No.31은 Al량이 적었기 때문에, No.32는 Al량이 많아 HAZ 인성이 저하되어, 모두 피로 특성이 저하되었다.
No.33은 N량이 적어 HAZ 인성이 저하되고, No.34는 N량이 많아 HAZ 인성이 저하되어, 모두 피로 특성이 저하되었다.
No.35는 열간 압연 후의 냉각 속도가 느려 (전위 밀도/1010)/DI값의 값이 낮아졌기 때문에, 피로 특성이 저하되었다. No.36은 열간 압연 후의 냉각 속도가 빨라, (전위 밀도/1010)/DI값의 값이 높아졌기 때문에 피로 특성이 저하되었다.
No.37은 Nb량이 많음과 함께 (전위 밀도/1010)/D I값의 값이 크고, No.38은 Mo량이 많음과 함께 H값/DI값의 값이 크고, No.39는 Ti량이 많고, No.40은 V량이 많았기 때문에, HAZ 인성이 저하되고, No.37과 No.38에서는 피로 특성도 저하되었다.

Claims (2)

  1. C:0.02 내지 0.15％(질량％의 의미. 이하, 동일함),
    Si:0.30％ 이하(0％를 포함함),
    Mn:1.0 내지 2.5％,
    P:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    S:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    Al:0.005 내지 0.06％,
    N:0.0038 내지 0.010％,
    B:0.005％ 이하(0％를 포함함),
    를 각각 함유함과 함께, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물이고,
    강 조직 중의 전위 밀도가 1×1010 내지 10×1010(/㎠)이고,
    상기 전위 밀도와, 하기 수학식 1 및 2로 표현되는 DI값 및 H값이
    H값/DI값≤23 및
    2.2≤(전위 밀도/1010)/DI값≤6.5
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 피로 특성이 우수한 후강판.
    [수학식 1]
    Figure 112013039218708-pat00009

    단, 상기 수학식 1에서
    F1은,
    Mn<1.2의 경우에는, F1=3.33×Mn+1
    Mn≥1.2의 경우에는, F1=5.1×(Mn-1.2)+5
    F2는,
    B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14<0의 경우에는, F2=0
    B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14≥0의 경우에는, F2=B-0.3×(N-Ti×14/48)×11/14
    [수학식 2]
    Figure 112013039218708-pat00010

    [상기 수학식 1, 2 중, 원소명은 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하고 있지 않은 원소가 있는 경우, 그 함유량에 대해서는 0질량％로 하여 계산하는 것으로 함]
  2. 제1항에 있어서, 상기 후강판이, 다른 원소로서, 이하의 (A) 내지 (F)로부터 선택되는 적어도 1개의 군을 더 포함하는, 피로 특성이 우수한 후강판.
    (A) Cu:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ni:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cr:2％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Mo:0.6％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종,
    (B) V:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.060％ 이하(0％를 포함하지 않음), 및 Ti:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종,
    (C) Ca:0.010％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    (D) Mg:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    (E) Zr:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음), Hf:0.05％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종,
    (F) REM:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)
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