KR20030040150A - Steel material having improved fatigue crack driving resistance and manufacturing process thereof - Google Patents

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KR20030040150A KR1020020070549A KR20020070549A KR20030040150A KR 20030040150 A KR20030040150 A KR 20030040150A KR 1020020070549 A KR1020020070549 A KR 1020020070549A KR 20020070549 A KR20020070549 A KR 20020070549A KR 20030040150 A KR20030040150 A KR 20030040150A
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Abstract

PURPOSE: Provided are a structural steel material with improved resistance against fatigue crack propagation, thus being suitable for use in applications where a steel material is expected to undergo repeated loads, and a method for manufacturing the same. CONSTITUTION: The structural steel material is characterized in that it has a cyclic softening parameter of at least 0.65 and at most 0.95, the cyclic softening parameter being represented by the ratio (sigma 15/sigma 1) of the stress at the maximum strain in the first cycle (sigma 1) to that in the 15 th cycle (sigma 15) measured when a waveform of incremental and decremental cyclic loads is applied 15 times with a maximum tensile and compressive strain of +/- 0.012, with a frequency of 0.5 Hz, and with the number of waves to the maximum strain being 12. The structural steel material comprises C 0.02 to 0.20 wt.%, Si 0.60 wt.% or less, Mn 0.50 to 2.0 wt.%, Al 0.003 to 0.10 wt.%, Cu 1.5 wt.% or less, Ni 1.5 wt.% or less, Cr 1.20 wt.% or less, Mo 1.0 wt.% or less, V 0.10 wt.% or less, Nb 0.10 wt.% or less, Ti 0.10 wt.% or less, B 0.0003 to 0.0020 wt.%, Ca 0.0005 to 0.010 wt.%, a balance of Fe and incidental impurities, wherein a value of carbon equivalent, Ceq, represented below is in the range of from 0.28 to 0.65 %, Ceq (%) = C + Si/24 + Mn/6 +Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14.

Description

피로 균열 진전 저항이 우수한 강재와 그 제조 방법 {STEEL MATERIAL HAVING IMPROVED FATIGUE CRACK DRIVING RESISTANCE AND MANUFACTURING PROCESS THEREOF}Steel material with excellent fatigue crack growth resistance and its manufacturing method {STEEL MATERIAL HAVING IMPROVED FATIGUE CRACK DRIVING RESISTANCE AND MANUFACTURING PROCESS THEREOF}

본 발명은, 예를 들어 선박, 해양 구조물, 교량, 건축물, 탱크, 산업용ㆍ건설용 기계 등과 같이, 반복 하중을 받는 일이 예상되는 용도로 이용하는 데 적절한 피로 균열 진전 저항이 우수한 구조용 강재와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to structural steels having excellent fatigue crack propagation resistance suitable for use in applications in which repeated loads are expected, such as ships, offshore structures, bridges, buildings, tanks, and industrial and construction machinery. It is about a method.

선박, 해양 구조물, 교량, 건축물, 탱크, 산업용ㆍ건설용 기계 등에서 사용되는 강재에는 반복 하중이 가해지는 일이 적지 않으므로, 그 안전성을 확보하기 위해서는 피로 특성에 대한 주의가 필요하다. 강재의 피로 파괴에는 환경 조건이 크게 영향을 끼치고, 해수 속과 같이 부식성이 있는 환경 속에서 반복 응력을 받으면 강재의 강도가 저하되는 것이 알려져 있다.Steel materials used in ships, offshore structures, bridges, buildings, tanks, industrial and construction machinery, etc. are rarely subjected to repeated loads, and attention to fatigue characteristics is therefore necessary to ensure their safety. It is known that the environmental conditions greatly affect the fatigue failure of steel materials, and that the strength of steel materials is reduced when cyclic stress is applied in a corrosive environment such as in seawater.

강재의 피로 과정은 응력 집중부에서의 균열 발생과, 균열 진전이라는 성격이 다른 2개의 단계로 크게 구별하여 생각할 수 있다. 통상의 기계 부품에서는 거시 균열 발생이 사용 한계라 생각되고, 균열의 진전을 허용하는 설계는 대부분 행해지지 않는다. 그러나, 용장도가 높은 구조물에서는 피로 균열이 발생해도 곧 파괴에 이르는 일은 없다. 따라서, 피로 균열이 최종 파괴로 이르기 전에 정기 검사에 의해 발견되어 균열이 들어 간 부분이 수리되거나, 혹은 사용 기간 내에 균열이 최종 파괴에 이르는 길이까지 성장하지 않으므로, 피로 균열이 있어도 구조물은 충분히 사용에 견디게 된다.The fatigue process of steel can be thought of as two stages that differ in the characteristics of crack development and crack propagation. In normal mechanical parts, macro cracking is considered to be a limit of use, and most designs that allow for crack propagation are not performed. However, in a highly redundant structure, even if a fatigue crack occurs, it does not immediately lead to breakdown. Therefore, since the cracks are found by periodic inspection before the final fracture and the cracks are not repaired, or the cracks do not grow to the length of the final fracture within the service period, even if the fatigue crack is present, the structure can be sufficiently used. Endured.

용접 구조물에서는 응력 집중부로서의 용접 단부가 다수 존재하고 있고, 피로 균열의 발생을 완전히 방지하는 것은 기술적으로도 불가능에 가깝고, 또한 경제적으로도 이득은 없다. 따라서, 균열의 진전 속도를 가능한 한 느리게 하여 균열이 이미 존재하고 있는 상태로부터의 피로 수명(예비 수명)을 대폭으로 연장하는 것이 중요해진다.In a welded structure, there are many weld ends as stress concentration portions, and it is technically impossible or impossible to completely prevent the occurrence of fatigue cracking, and there is no economic benefit. Therefore, it is important to make the propagation rate of the crack as slow as possible to significantly extend the fatigue life (preliminary life) from the state where the crack already exists.

강재의 피로 균열의 진전을 정류시켜 피로 수명의 장기화를 도모하는 수단에 관하여, 일본 특허 공개 평5-185441호에는 피로 균열 선단부에 마이크로 크랙을 발생시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법의 유효성은 ΔK(최대 응력 확대 계수와 최소 응력 확대 계수와의 차) 영역이 작은 경우, 즉 균열이 길지 않고, 응력 레벨이 낮은 경우에 한정되어, 용접부로부터 발생하여 어느 정도의 길이를 갖는 중간 정도의 ΔK 영역에 있는 균열에 대해서는 효과는 작다고 생각할 수 있다.Regarding a means for rectifying the fatigue crack propagation of steel materials and prolonging the fatigue life, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-185441 discloses a method of generating microcracks at the fatigue crack tip. However, the effectiveness of this method is limited to the case where the ΔK (difference between the maximum stress expansion coefficient and the minimum stress expansion coefficient) region is small, i.e., when the crack is not long and the stress level is low, and it is generated from the welded part to some extent. It can be considered that the effect is small for cracks in the intermediate? K region with.

일본 특허 공개 평4-337026호는 피로 강도와 피로 균열 전파 저항이 우수한고강도 열연 강판의 제조 방법으로서, 인 및 동의 함유량을 관리하여 페라이트 결정 입경이 5 내지 25 ㎛, 제2 상(相)의 체적분율이 10 내지 30 %의 이상 조직으로 하는 것을 제안하고 있다. 단, 이 공보에 있어서의 피로 균열 전파 저항이라 함은, 피로 균열 진전에 있어서의 하한계 응력 확대 계수 범위(ΔKth)인 것이며, 피로 균열이 진전하는 하한의 응력 확대 계수를 높이는 효과는 있지만, 피로 균열 진전 속도를 느리게 하는 것에 대해서는 효과가 있는 기술은 아니다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-337026 is a method for producing a high strength hot rolled steel sheet having excellent fatigue strength and fatigue crack propagation resistance. It is proposed to make the fraction into the ideal structure of 10 to 30%. However, the fatigue crack propagation resistance in this publication is the lower limit stress expansion coefficient range (ΔK th ) in the fatigue crack propagation, and there is an effect of increasing the stress expansion coefficient of the lower limit at which the fatigue crack propagates. Slowing fatigue crack growth is not an effective technique.

일본 특허 제2692134호에는 경질부를 구성하는 바탕과, 이 바탕에 분산된 연질부로 이루어지고, 이들 2개 부분의 경도차가 빅커스 경도로 150 이상인 피로 균열 진전 억제 효과를 갖는 강판이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허에는 강의 기계적 특성은 나타나 있지 않다. 또한, 이 기술은 경질부와 연질부의 조직을 명확하게 구별할 수 있는 경우에만 적용 가능하다. 일반적으로, 강도나 인성을 향상시키기 위해 조직을 미세화할 필요가 있는데, 반드시 경질부와 연질부의 조직을 명확하게 구별 할 수 있거나, 그 경도차를 측정할 수 있는 것은 아니다.Japanese Patent No. 2692134 discloses a steel sheet composed of a base constituting the hard part and a soft part dispersed therein, wherein the steel sheet has a fatigue crack growth suppression effect of having a hardness difference of 150 or more at Vickers hardness. However, this patent does not reveal the mechanical properties of the steel. In addition, this technique is applicable only if the tissues of the hard and soft portions can be clearly distinguished. In general, it is necessary to refine the tissue in order to improve strength or toughness, but it is not necessary to clearly distinguish the hard and soft tissues, or to measure the hardness difference.

일본 특허 공개 2001-41868호에는 20 % 이상이 베이나이트 조직인 강재에 대해, -4 내지 -0.25의 응력비, 양측 진동 파형으로 왜곡 제어의 반복 부하를 가했을 때의 연화량(반복 연화 변수)에 의거하여 피로 균열 진전 속도를 평가하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 미리 반복 연화량과 피로 균열 진전 속도의 상관을 구한 마스터 커브를 작성해 두면, 반복 연화량으로부터 피로 균열 진전 속도를 신속하면서 또한 효율적으로 평가할 수 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 2001-41868 discloses a steel material having 20% or more of bainite structure based on a softening ratio (repeating softening variable) when a stress ratio of -4 to -0.25 is applied and a cyclic load of distortion control is applied at both vibration waveforms. A method of evaluating the fatigue crack growth rate is disclosed. According to this method, if the master curve which calculated | required the correlation of repeated softening amount and fatigue crack growth rate beforehand is created, the fatigue crack growth rate can be evaluated quickly and efficiently from the repeated softening amount.

그러나, 이것은 단순한 평가 방법이고, 이 평가에 상당하는 우수한 강을 제공할 수 있는 것은 아니다. 또한, 구조용 강으로서 충분한 강도, 인성, 용접성을 구비하고 있는지의 여부의 개시가 없다.However, this is a simple evaluation method and cannot provide excellent steel equivalent to this evaluation. In addition, there is no disclosure as to whether the structural steel has sufficient strength, toughness, and weldability.

반복 왜곡을 받는 조건하에서 어닐링재는 경화하는 데 반해, 경화 조직을 포함하는 강재는 연화하는(즉, 「반복 연화」를 나타냄) 것은 종래부터 알려져 있다. 이와 같은 반복 연화가 보이는 강재에서는 내피로 특성의 본질이 해명되어 있지 않으므로, 공업적인 설계 기준이 확립되어 있지 않다. 그 결과, 그와 같은 재료는 내피로 특성을 살리는 용도로는 사용되지 않았다.While the annealing material hardens under conditions subject to cyclic distortion, it has been conventionally known to soften steel materials containing a hardened structure (that is, exhibit "repeated softening"). In the steel material exhibiting such repeated softening, the nature of fatigue resistance is not elucidated, and therefore, industrial design criteria are not established. As a result, such a material was not used for the purpose of utilizing the fatigue resistance.

본 발명의 목적은 특히 반복 연화가 보이는 재료에 있어서, 내피로 특성을 정량적으로 취급한 재료 설계가 가능한 구조용 강재와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a structural steel material and a method of manufacturing the same, which are capable of designing materials in which quantitatively handling fatigue resistance is particularly exemplified in materials exhibiting repeated softening.

도1은 점증ㆍ점감 왜곡 파형을 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing an increase and decrease distortion waveform.

도2는 반복 연화 변수와 피로 균열 진전 속도의 관계를 나타낸 그래프.2 is a graph showing the relationship between cyclic softening parameters and fatigue crack growth rate.

도3은 유한 요소법 해석에 의해 구한 피로 균열 선단부에서의 왜곡량을 나타낸 그래프.3 is a graph showing the amount of distortion at the fatigue crack tip obtained by finite element analysis.

본 발명에 의해, 반복 왜곡을 부여하는 조건하에서의 연화 거동을 포함한 강재의 내피로 특성의 연구에 의거하여 피로 균열 진전 저항이 우수한 강재와 그 제조 방법이 제공된다. 이 강재는 선박, 해양 구조물, 교량, 건축물, 탱크 등에 사용되는 구조용 강에 가장 알맞은 강도ㆍ인성 및 용접성을 겸비하고 있다.According to the present invention, a steel material excellent in fatigue crack growth resistance and a method for producing the same are provided on the basis of the study of fatigue resistance of steel materials including softening behavior under conditions that impart cyclic distortion. This steel combines strength, toughness and weldability that are most suitable for structural steel used in ships, offshore structures, bridges, buildings, tanks, etc.

본 발명에 관한 피로 균열 진전 저항이 우수한 강재는 최대 인장ㆍ압축 왜곡이 ± 0.012, 반복 속도가 0.5 ㎐, 최대 왜곡까지의 파수가 12인 점증ㆍ점감 반복부하를 15회 부여했을 때의 1회째의 최대 왜곡시의 응력 σ1과 15회째의 최대 왜곡시의 응력 σ15와의 비인 σ151로 나타내는 반복 연화 변수가 0.65 이상, 0.95 이하이다.The steel material excellent in fatigue crack growth resistance according to the present invention has the first tensile stress when the maximum tensile and compressive distortion is ± 0.012, the repetition speed is 0.5 GPa, and the wave number up to the maximum distortion is 15 times. The cyclic softening parameters represented by sigma 15 / sigma 1 , which is the ratio between the stress sigma 1 at the maximum distortion and the stress sigma 15 at the 15th maximum distortion, are 0.65 or more and 0.95 or less.

이 강재는 바람직하게는 하기 조성을 갖는다.This steel material preferably has the following composition.

질량 %가, C : 0.02 내지 0.20 %, Si : 0.60 % 이하, Mn : 0.50 내지 2.0 %, Al : 0.003 내지 0.10 %를 포함하고, 경우에 따라서 하기 (A) 내지 (D)로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하고 있어도 좋고, 다음식으로 표시되는 탄소당량 Ceq치가 0.28 내지 0.65 %이다.Mass% contains C: 0.02 to 0.20%, Si: 0.60% or less, Mn: 0.50 to 2.0%, Al: 0.003 to 0.10%, and optionally one selected from the following (A) to (D) or Two or more types of elements may further be included and the carbon equivalent Ceq value represented by following Formula is 0.28 to 0.65%.

Ceq(%) = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14Ceq (%) = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14

(A) Cu : 1.5 % 이하, Ni : 1.5 % 이하, Cr : 1.20 % 이하, Mo : 1.0 % 이하 및 V : 0.10 % 이하인 1종 또는 2종 이상,(A) Cu: 1.5% or less, Ni: 1.5% or less, Cr: 1.20% or less, Mo: 1.0% or less and V: 0.10% or less, 1 type, or 2 or more types,

(B) Nb : 0.10 % 이하 및 Ti : 0.10 % 이하인 1종 또는 2종,(B) 1 or 2 types of Nb: 0.10% or less and Ti: 0.10% or less,

(C) B : 0.0003 내지 0.0020 % 및(C) B: 0.0003 to 0.0020% and

(D) Ca : 0.0005 내지 0.010 %.(D) Ca: 0.0005 to 0.010%.

본 발명에 관한 피로 균열 진전 저항이 우수한 강재는 하기 중 어느 한 방법에 의해 제조할 수 있다.The steel material excellent in the fatigue crack growth resistance which concerns on this invention can be manufactured by either of the following methods.

(a) 열간 가공한 상기 조성의 강재를 Ac1점 이상으로 재가열하여 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각하는 열처리를 1회 이상 행하는 방법,(a) a method of performing one or more heat treatments for reheating the steel material of the above-mentioned composition to at least one Ac and cooling it to 550 ° C. or less at a cooling rate of 5 ° C./s or more,

(b) 열간 가공한 상기 조성의 강재를 (Ar3점 - 100)℃ 이상, (Ar3점 +150)℃ 이하의 온도역으로부터 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각하는 방법.(b) The method of cooling the steel material of the said composition which was hot worked to 550 degrees C or less at the cooling rate of 5 degrees C / s or more from the temperature range of (Ar 3 points-100) degrees C or more and (Ar 3 points +150) degrees C or less.

(c) 열간 가공한 상기 조성의 강재를 (Ar3점 - 100)℃ 이상, (Ar3점 + 150)℃ 이하의 온도역으로부터 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각한 후, 또한 Ac1점 이상으로 재가열하여 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각하는 열처리를 1회 이상 행하는 방법.(c) The steel material of the above-mentioned composition which was hot worked was cooled to 550 ° C. or less at a cooling rate of 5 ° C./s or more from a temperature range of (Ar 3 point-100) ° C. or higher and (Ar 3 point + 150) ° C. or lower Furthermore, the method of reheating to Ac 1 or more point, and performing the heat processing more than once to cool to 550 degrees C or less at the cooling rate of 5 degrees C / s or more.

이상의 어느 한 방법에서도, 마지막으로 Ac1이하의 온도로 가열하여 템퍼링하는 열처리를 실시해도 좋다.In any of the above methods, the heat treatment may be performed by heating to a temperature of Ac 1 or lower and tempering.

이하에, 본 발명을 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, %는 특별히 지정하지 않는 한, 질량 %이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, this invention is demonstrated in detail. In the following description,% is mass% unless otherwise specified.

본 발명은 반복 왜곡을 부여하는 조건하에서 강재의 연화 정도를 평가하는 것에 관계되므로, 본 발명이 대상으로 하는 강재는 반복 왜곡을 받았을 때에 연화하는 조직(즉, 경화 조직)을 갖는다.Since this invention relates to evaluating the softening degree of steel materials on condition to give a cyclic distortion, the steel object of this invention has the structure (namely hardened structure) which softens when it receives a cyclic distortion.

경화 조직을 갖는 강재는 반복 왜곡에 의해 연화하지만, 이 때의 반복 연화 변수 σ151이 통상 이용되는 응력 확대 계수 범위(ΔK) = 20 ㎫ㆍm0.5에서의 피로 균열 진전 속도(da/dN)와 상관을 나타내고, 따라서 피로 균열의 진전 속도의 평가에 사용할 수 있는 것이 판명되었다.Steel having a hardened structure is softened by cyclic distortion, but the fatigue crack growth rate in the stress expansion coefficient range (ΔK) = 20 MPa · m 0.5 at which the cyclic softening parameter σ 15 / σ 1 is usually used (da / dN), and it turned out that it can be used for evaluation of the propagation rate of a fatigue crack.

반복 연화 변수가 0.65를 하회하면 균열 진전 속도는 지연되지만, 강재의 인성이나 용접성이 열화하여 구조용 강으로서 용도가 현저히 한정된다. 한편, 반복 연화 변수가 0.95를 상회하면, 균열 진전 속도가 빨라질 뿐만 아니라, 강도의 저하를 일으킨다. 그래서, 반복 연화 변수를 0.65 이상, 0.95 이하로 설정한다. 반복 연화 변수는, 바람직하게는 0.70 이상, 0.90 이하이다.If the cyclic softening variable is less than 0.65, the crack propagation rate is delayed, but the toughness and weldability of the steel material deteriorate, and the use of the structural steel is significantly limited. On the other hand, when the cyclic softening variable exceeds 0.95, not only the crack propagation speed is increased but also the strength is lowered. Therefore, the repetitive softening variable is set to 0.65 or more and 0.95 or less. The repeat softening parameter is preferably 0.70 or more and 0.90 or less.

본 발명에서 채용하는 반복 연화 변수 σ151에 대해 설명한다.The repeated softening variable σ 15 / σ 1 employed in the present invention will be described.

반복 연화 변수를 구하기 위해 강재에 부하하는 왜곡 파형은 강재의 반복 연화량을 평가하기 위해, 인장과 압축이 교대로 부여되는 양측 진동 파형으로 한다. 이 파형은 점증ㆍ점감 형상으로 하고, 반복 속도를 0.5 ㎐, 왜곡 점증 후의 왜곡 범위를 0.024(최대 인장ㆍ압축 왜곡 = ±0.012)로 한다. 0.5 ㎐라는 반복 속도는 내부 발열의 억제를 고려하여 설정한 것이다. 또한, 0.024라는 왜곡 범위는 통상 이용되는 응력 확대 계수 범위(ΔK)가 20 ㎫ㆍm0.5인 것으로 설정한 것이다. 왜곡 점증 과정에서는 12파가 최대 왜곡에 도달하고, 왜곡 점감 과정에서는 12파가 왜곡량이 0이 되도록 하였다. 이 점증ㆍ점감 과정을 1세트로 하여, 이 1세트를 이하 「블럭」이라는 단위로 나타내는 것으로 한다.The distortion waveform loaded on the steel to obtain the cyclic softening variable is a vibration waveform on both sides of which tension and compression are alternately applied to evaluate the amount of cyclic softening of the steel. This waveform has an increasing and decreasing shape, and the repetition speed is 0.5 Hz, and the distortion range after increasing the distortion is 0.024 (maximum tensile / compression distortion = ± 0.012). The repetition rate of 0.5 Hz was set in consideration of suppression of internal heat generation. Further, the distortion range of 0.024 is set to be the normal use of the stress intensity factor range (ΔK) is the 20 ㎫ and 0.5 m. In the process of increasing the distortion, 12 waves reached the maximum distortion, and in the process of reducing the distortion, the 12 waves had a distortion amount of zero. This increment / decrement process is assumed to be one set, and this one set is represented by the unit of a "block" below.

도1은 횡축에 시간(sec)을, 종축에 왜곡량을 취했을 때의 왜곡 파형을 도시한다. 도시한 것은 제1, 제2 블럭뿐이지만, 블럭의 수는 15, 즉 동일한 점증ㆍ점감 왜곡 파형이 15회 반복된다. 15회라는 횟수는 반복 왜곡에 의한 연화 효과가 15회까지는 대략 포화한다고 생각되는 것으로부터 설정한 것이다.Fig. 1 shows a distortion waveform when time (sec) is taken on the horizontal axis and distortion amount is taken on the vertical axis. Although only the 1st and 2nd blocks are shown, the number of blocks is 15, ie, the same incremental and deterioration distortion waveform is repeated 15 times. The number of times of 15 times is set from what is considered that the softening effect by repetitive distortion is about saturated until 15 times.

제1 블럭째의 최대 왜곡에 대응하는 응력을 σ1로 하고, 제15 블럭째의 최대왜곡에 대응하는 응력을 σ15로 하여, σ151의 값을 반복 연화 변수라 정의한다.The value of sigma 15 / sigma 1 is defined as a repetitive softening parameter, with the stress corresponding to the maximum distortion of the first block being sigma 1 and the stress corresponding to the maximum distortion of the fifteenth block being sigma 15 .

도2는 이와 같이 정의한 반복 연화 변수와 피로 균열 진전 속도의 관계를 나타낸 그래프이고, 전술한 바와 같이 이들의 인자 사이에는 일정한 상관을 볼 수 있다.2 is a graph showing the relationship between the cyclic softening parameter and the fatigue crack growth rate defined above, and as described above, a constant correlation can be seen between these factors.

이 메커니즘은 다음과 같이 생각할 수 있다.This mechanism can be thought of as:

강재에 인장ㆍ압축의 정부 교번의 반복 부하가 부여되면, 피로 균열 선단부에서는 전위의 반전 운동이 생기고, 전위의 이동이나 소멸이 일어나기 때문에 연화한다. 연화에 의해 피로 균열 선단부의 왜곡이 완화되어 피로 균열 진전의 구동력이 감소된다.When the steel is subjected to repeated loads of alternating tension and compression, the reverse cracking of dislocations occurs at the tip of the fatigue crack and softens because dislocations move and disappear. The softening mitigates the distortion of the fatigue crack tip and reduces the driving force of fatigue crack growth.

이 피로 균열 선단부의 왜곡 완화 현상을 유한 요소법에 의해 해석하였다. 반복 연화재는 피로 균열의 주위가 연화부에 씌워진 요소 분할로 하고, 균열 선단부의 응력 확대 계수 범위가 20 ㎫ㆍm0.5가 되는 하중을 부하한 모델을 상정하였다.The distortion relaxation phenomenon of the fatigue crack tip was analyzed by the finite element method. The cyclic softener was assumed to have element divisions in which the circumference of the fatigue crack was covered by the softening portion, and a model was applied to a load having a stress expansion coefficient range of 20 MPa · m 0.5 at the crack tip.

도3에 피로 균열 선단부에 있어서의 왜곡량을 균질재와 반복 연화재로 비교한 결과를 나타낸다. 반복 연화재의 피로 균열 선단부에 있어서의 왜곡은 균질재에 있어서의 왜곡보다 작은 것이 확인되었다. 이와 같이, 반복 연화재에 있어서는 균열 선단부에 부여되는 왜곡이 완화되는 것이 피로 균열 진전의 억제에 기여하고 있다고 생각할 수 있다.Fig. 3 shows the result of comparing the amount of distortion at the fatigue crack tip with the homogeneous material and the repeated softening material. It was confirmed that the distortion at the fatigue crack tip of the repeated softener was smaller than the distortion at the homogeneous material. As described above, in the repeated softening material, it can be considered that the relaxation of the distortion applied to the crack tip portion contributes to the suppression of the fatigue crack growth.

본 발명에 있어서는 대기 속에서의 피로 시험에 있어서, 응력 확대 계수 범위가 20 ㎫ㆍm0.5에 있어서의 강재의 피로 균열 진전 속도(da/dN)가 4.0 × 10-5㎜/사이클 이하인 것을 목표로 한다.In the fatigue test in the atmosphere In the present invention, the stress intensity factor range of the steel the fatigue crack growth rate in the 20 ㎫ and 0.5 m (da / dN) is aimed at 4.0 × 10 -5 ㎜ / cycle or less do.

적합한 상태에 있어서, 본 발명에 관한 강재는 상기 조성을 갖는다. 그 이유에 대해 다음에 설명한다.In a suitable state, the steel material which concerns on this invention has the said composition. The reason for this is as follows.

C : 0.02 내지 0.20 %C: 0.02 to 0.20%

탄소(C)는 구조 부재의 강도 확보에 유효한 원소이다. 그 함유량이 0.02 % 미만에서는 강도 향상 효과를 얻기 어렵다. 한편, C 함유량이 0.20 %를 초과하면 용접성이 저하하므로 용접 시공이 곤란해지고, 구조용 강으로서의 사용 영역이 현저하게 한정된다. 큰 강도를 확보하는 동시에, 용접성도 확보하기 위해서는, C 함유량은 0.04 내지 0.15 %로 하는 것이 바람직하다.Carbon (C) is an element effective for securing the strength of the structural member. If the content is less than 0.02%, it is difficult to obtain the effect of improving strength. On the other hand, when C content exceeds 0.20%, weldability will fall, and welding construction becomes difficult, and the use area | region as structural steel is remarkably limited. In order to ensure a great strength and to ensure weldability, it is preferable to make C content into 0.04 to 0.15%.

Si : 0.60 % 이하Si: 0.60% or less

규소(Si)는 탈산 작용을 갖는다. 그러나, 그 함유량이 0.60 %를 초과하면 인성이 열화된다. Si 함유량은 바람직하게는 0.05 내지 0.5 %이다.Silicon (Si) has a deoxidation action. However, when the content exceeds 0.60%, toughness deteriorates. Si content becomes like this. Preferably it is 0.05 to 0.5%.

Mn : 0.50 내지 2.0 %Mn: 0.50% to 2.0%

망간(Mn)은 강도의 확보에 유효한 원소이다. Mn 함유량이 0.50 % 미만에서는 그 효과가 충분하지는 않다. 한편, Mn 함유량이 2.0 %를 초과하면 인성이 열화된다. Mn 함유량은 0.70 내지 1.8 %로 하는 것이 바람직하다.Manganese (Mn) is an element effective for securing strength. If the Mn content is less than 0.50%, the effect is not sufficient. On the other hand, when Mn content exceeds 2.0%, toughness will deteriorate. It is preferable to make Mn content into 0.70 to 1.8%.

Al : 0.003 내지 0.10 %Al: 0.003 to 0.10%

알루미늄(Al)은 탈산 작용을 갖는다. Al 함유량이 0.003 % 미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 강 속의 산화물이 증가하므로 인성이 열화된다. 한편, Al 함유량이 0.10 %를 초과해도 인성은 저하된다. Al 함유량은 0.010 내지 0.050 %로 하는 것이 바람직하다.Aluminum (Al) has a deoxidation action. If the Al content is less than 0.003%, the effect is not sufficient, and since the oxide in the steel increases, the toughness deteriorates. On the other hand, even if Al content exceeds 0.10%, toughness will fall. It is preferable to make Al content into 0.010 to 0.050%.

본 발명의 강재는 상기의 성분 원소에다가 또한, 하기의 군으로부터 선택된 적어도 1종류의 원소를 소정량 함유하고 있어도 좋다.The steel material of the present invention may further contain a predetermined amount of at least one element selected from the following group in addition to the above-described component elements.

(A) Cu, Ni, Cr, Mo 및 V 중 적어도 1종,(A) at least one of Cu, Ni, Cr, Mo and V,

(B) Nb 및/또는 Ti,(B) Nb and / or Ti,

(C) B,(C) B,

(D) Ca.(D) Ca.

Cu : 1.5 % 이하Cu: 1.5% or less

동(Cu)은 강도의 확보 및 내식성 개선에 유효한 원소이지만, Cu 함유량이 1.5 %를 초과하면, 인성의 열화를 일으킨다. 첨가하는 경우의 바람직한 Cu 함유량은 0.10 내지 1.0 %이다.Copper (Cu) is an element effective in securing strength and improving corrosion resistance, but when Cu content exceeds 1.5%, the toughness is deteriorated. The preferable Cu content in the case of adding is 0.10 to 1.0%.

Ni : 1.5 % 이하Ni: 1.5% or less

니켈(Ni)은 강도의 확보, 인성 개선에 유효한 원소이다. 그러나, Ni 함유량이 1.5 %를 초과하는 양이 함유하게 되어도, 그 효과가 포화할 뿐만 아니라 비용의 상승을 초래한다. 첨가하는 경우의 바람직한 Ni 함유량은 0.05 내지 1.3 %이다.Nickel (Ni) is an effective element for securing strength and improving toughness. However, even if an amount of Ni content exceeding 1.5% is contained, the effect is not only saturated but also causes an increase in cost. Preferable Ni content in the case of adding is 0.05 to 1.3%.

Cr : 1.2 % 이하Cr: 1.2% or less

크롬(Cr)은 Cu와 마찬가지로 강도의 확보, 내식성 개선에 유효한 원소이다. 그러나, Cr 함유량이 1.2 %를 초과하면 인성의 열화를 일으킨다. 첨가하는 경우의 바람직한 Cr 함유량은 0.10 내지 1.0 %이다.Chromium (Cr), like Cu, is an effective element for securing strength and improving corrosion resistance. However, when Cr content exceeds 1.2%, toughness will deteriorate. Preferable Cr content in the case of adding is 0.10 to 1.0%.

Mo : 1.0 % 이하Mo: 1.0% or less

몰리브덴(Mo)은 담금질성을 높여 강도를 개선하는 데 유효한 원소이다. 그러나, Mo 함유량이 1.0 %를 초과하면 인성의 열화를 일으킬 뿐만 아니라, 비용 상승을 초래한다. 첨가하는 경우의 바람직한 Mo 함유량은 0.050 내지 0.80 %이다.Molybdenum (Mo) is an effective element to improve the strength by increasing the hardenability. However, when Mo content exceeds 1.0%, not only will it cause toughness deterioration, but will also raise a cost. When adding, preferable Mo content is 0.050 to 0.80%.

V : 0.10 % 이하V: 0.10% or less

바나듐(V)은 강도를 높이는 작용이 있고, 구조용 강으로서 큰 강도를 확보할 목적으로 함유시켜도 좋다. 그러나, V를 0.10 %를 초과하여 함유시키면 인성의 열화를 일으킨다. 첨가하는 경우의 바람직한 V 함유량은 0.010 내지 0.080 %이다.Vanadium (V) has the effect of increasing the strength, and may be contained for the purpose of securing a large strength as a structural steel. However, containing V in excess of 0.10% will cause toughness deterioration. Preferable V content in the case of adding is 0.010 to 0.080%.

Nb : 0.10 % 이하Nb: 0.10% or less

니오븀(Nb)은 인성을 확보하는 데 유효한 원소이다. 그러나, 0.10 %를 초과하여 Nb을 함유시키면, 오히려 인성이 저하된다. 첨가하는 경우의 바람직한 Nb 함유량은 0.020 내지 0.050 %이다.Niobium (Nb) is an effective element for securing toughness. However, when Nb is contained exceeding 0.10%, toughness will fall rather. The preferable Nb content in the case of adding is 0.020 to 0.050%.

Ti : 0.10 % 이하Ti: 0.10% or less

티탄(Ti)도 Nb과 같이 인성을 확보하는 데 유효한 원소이다. 그러나, Ti 함유량이 0.10 %를 초과하면, 오히려 인성이 저하된다. 첨가하는 경우의 바람직한 Ti 함유량은 0.010 내지 0.050 %이다.Titanium (Ti) is also an effective element for securing toughness like Nb. However, when Ti content exceeds 0.10%, toughness will fall rather. Preferable Ti content in the case of adding is 0.010 to 0.050%.

B : 0.00030 내지 0.020 %B: 0.00030 to 0.020%

붕소(B)는 담금질성을 높여 페라이트량을 제어하는 데 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.00030 % 미만에서는 그 효과가 충분하지 않다. 한편, B의함유량이 0.0020 %를 초과하면 인성의 열화를 일으킨다. 첨가하는 경우의 바람직한 B 함유량은 0.00080 내지 0.0015 %이다.Boron (B) is an effective element for controlling ferrite amount by increasing hardenability. However, if the content is less than 0.00030%, the effect is not sufficient. On the other hand, when B content exceeds 0.0020%, toughness will deteriorate. Preferable B content in the case of adding is 0.00080 to 0.0015%.

Ca : 0.00050 내지 0.010 %Ca: 0.00050 to 0.010%

칼슘(Ca)은 비금속 개재물을 구형화하고, 인성 개선에 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.00050 % 미만에서는 그 효과가 충분하지 않다 한편, Ca의 함유량이 0.010 %를 초과하면 CaO, CaS 등의 개재물이 다량 생성되어 인성을 열화시킨다. 첨가하는 경우의 바람직한 Ca 함유량은 0.0010 내지 0.0050 %이다.Calcium (Ca) is an element effective in spheroidizing nonmetallic inclusions and improving toughness. However, when the content is less than 0.00050%, the effect is not sufficient. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.010%, a large amount of inclusions such as CaO, CaS, etc. are generated to deteriorate the toughness. When adding, preferable Ca content is 0.0010 to 0.0050%.

탄소당량(Ceq) : 0.28 내지 0.65 %Carbon equivalent (Ceq): 0.28 to 0.65%

Ceq(%) = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14 :Ceq (%) = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14:

상기 식에서 나타내는 탄소당량 Ceq치는 강재의 담금질성이나 용접성을 평가하는 지표이고, 일반적으로 널리 사용되고 있다. 그러나, Ceq는 원하는 기계적 특성이나 용접성을 가진 강재를 얻기 위한 지표로서만 사용되고 있고, 피로 균열 진전 저항과의 관계를 조사한 연구는 눈에 띄지 않는다.The carbon equivalent Ceq value shown by said Formula is an index which evaluates the hardenability and weldability of steel materials, and is generally used widely. However, Ceq is used only as an index for obtaining steel with desired mechanical properties or weldability, and studies on the relationship with fatigue crack growth resistance are not noticeable.

피로 균열 진전을 억제하고, 또한 구조용 강으로서 일반적인 강도 특성 : 인장 강도 TS가 500 N/㎟ 이상, 0 ℃에서의 샤르피 흡수 에너지치(vE0)가 27 J 이상을 만족시키기 위해서는 조직이 미세할(조대화하지 않음) 필요가 있다. 본 발명자들은 미세 조직을 갖는 강에서는, Ceq치가 기계적 특성이나 용접성뿐만 아니라 피로 균열 진전 속도에도 관계되는 것을 발견하였다.In order to suppress fatigue crack growth and to satisfy general strength characteristics of structural steel: tensile strength TS of 500 N / mm 2 or more and Charpy absorbed energy value (vE 0 ) at 0 ° C. to satisfy 27 J or more. Not coarsened). The present inventors found that in steels having a microstructure, the Ceq value is related not only to mechanical properties and weldability but also to fatigue crack growth rate.

즉, Ceq가 0.28 % 미만에서는 강도가 저하할 뿐만 아니라 반복 연화량도 작아지므로, 피로 균열 진전 속도가 충분히 작아지지 않는다. 한편, Ceq가 0.65 %를 초과하면 피로 균열 진전은 억제되지만, 용접성의 열화를 일으켜 용접 시공이 곤란해져 그 용도가 현저히 제한된다. 따라서, Ceq의 범위를 0.28 내지 0.65 %로 한다. Ceq의 범위는 0.30 내지 0.63 %가 바람직하다.In other words, if Ceq is less than 0.28%, not only the strength decreases but also the amount of repeated softening decreases, and thus the fatigue crack growth rate does not sufficiently decrease. On the other hand, when Ceq exceeds 0.65%, fatigue crack growth is suppressed, but weldability deteriorates and welding construction becomes difficult and the use is remarkably limited. Therefore, the range of Ceq is made 0.28 to 0.65%. The range of Ceq is preferably 0.30 to 0.63%.

다음에, 본 발명에 관한 강재의 제조 방법에 대해 설명한다.Next, the manufacturing method of the steel material which concerns on this invention is demonstrated.

상술한 바와 같은 강 조성을 갖는 강편을, 예를 들어 연속 주조법에 의해 준비하여 이에 열간 압연을 행한다. 이렇게 얻게 된 열연 강판은 열간 압연 후의 냉각 속도를 제어하거나, 및/또는 열처리를 행함으로써 반복 연화 변수가 0.65 이상, 0.95 이하로 조정된 강재를 얻는다.A steel piece having the steel composition as described above is prepared by, for example, a continuous casting method and hot rolled thereto. The hot rolled steel sheet thus obtained is obtained by controlling the cooling rate after hot rolling and / or performing heat treatment to obtain a steel material having a cyclic softening parameter of 0.65 or more and 0.95 or less.

열간 압연 그 자체는 특별히 제한되지 않고, 관용 조건으로 행하면 된다. 본 발명에 관한 강재는, 일반적으로는 열연 강판의 형태이지만, 형강, 봉형재, 관재 등 용도에 따라서 다른 형태라도 좋다. 따라서, 열간 압연 대신에, 다른 열간 가공을 실시해도 좋다.The hot rolling itself is not particularly limited and may be performed under conventional conditions. Although the steel material which concerns on this invention is generally a form of a hot rolled sheet steel, it may be another form according to a use, such as a shaped steel, a rod-shaped material, a pipe material, etc. Therefore, you may perform another hot working instead of hot rolling.

열간 압연 후에, 이하에 서술한 바와 같이 Ac1점 이상으로의 재가열과 급속 냉각을 행하는 열처리를 행하거나, 혹은 열간 압연 후의 냉각을 급속 냉각으로 하거나, 혹은 그 쌍방을 행하면, 경화 조직을 갖고, 반복 연화 변수가 0.65 내지 0.95인 강재를 얻을 수 있다. 그 후, 후술하는 템퍼링을 실시해도 좋다.After the hot rolling, as described below, if the heat treatment for reheating and rapid cooling to Ac 1 or more is performed, or if the cooling after the hot rolling is rapid cooling, or both are performed, the hardened structure is repeated. Steels with softening parameters of 0.65 to 0.95 can be obtained. Thereafter, tempering described later may be performed.

열처리(열간 압연 후의 재가열과 급속 냉각) :Heat treatment (reheating and rapid cooling after hot rolling):

열간 압연 후의 강재의 재가열 온도는 Ac1점 이상으로 한다. 재가열 온도가AC1점 미만에서는 오스테나이트 변태가 일어나지 않으므로, 원하는 반복 연화 변수를 갖는 강재를 얻을 수 없어 피로 균열 진전 특성의 저하를 일으킨다. 재가열 온도는 (Ac1점 + 100 내지 300)℃의 온도 범위인 것이 바람직하다.The reheating temperature of the steel material after hot rolling shall be Ac 1 point or more. If the reheating temperature is less than 1 AC, austenite transformation does not occur, and thus steel materials having a desired repeat softening parameter cannot be obtained, resulting in deterioration of fatigue crack growth characteristics. Re-heating temperature is preferably in the (Ac 1 point + 100-300) temperature range ℃.

재가열 후의 냉각 속도는 5 ℃/s 이상의 급속 냉각으로 한다. 냉각 속도가 5 ℃/s 미만에서는 냉각이 지연되고, 피로 균열 진전 속도의 증가와, 강도나 인성의 저하를 일으킨다. 재가열 후의 냉각 속도는, 바람직하게는 10 ℃ 이상이다. 냉각 속도의 상한은 특별히 없지만, 강재의 크기(강판의 경우에는 두께)에도 의존한다. 예를 들어, 판 두께가 10 ㎜ 이하이면, 50 ℃/s 이상의 냉각 속도로 하는 것도 가능하다.The cooling rate after reheating is made into rapid cooling of 5 degrees C / s or more. If the cooling rate is less than 5 ° C / s, cooling is delayed, causing an increase in the fatigue crack growth rate and a decrease in strength and toughness. The cooling rate after reheating becomes like this. Preferably it is 10 degreeC or more. The upper limit of the cooling rate is not particularly limited, but also depends on the size of the steel (thickness in the case of steel sheet). For example, if plate | board thickness is 10 mm or less, it is also possible to set it as the cooling rate of 50 degreeC / s or more.

급속 냉각의 정지 온도는 550 ℃ 이하로 한다. 냉각 정지 온도가 550 ℃를 상회하면 피로 균열 진전 속도의 증가, 즉 반복 연화 특성의 저하를 일으킨다. 냉각 정지 온도는 바람직하게는 450 ℃ 이하이다.The stop temperature of rapid cooling shall be 550 degreeC or less. When the cooling stop temperature is higher than 550 ° C., the fatigue crack growth rate is increased, that is, the cyclic softening property is lowered. Cooling stop temperature becomes like this. Preferably it is 450 degrees C or less.

상기한 재가열과 급속 냉각에 의한 열처리는 필요에 따라 2회 이상 행해도 좋다. 그에 의해 생성된 경화 조직을 유지하기 위해, 이 열처리 후, 후술하는 템퍼링을 제외하고, 열처리는 실시하지 않는다.The heat treatment by the above reheating and rapid cooling may be performed two or more times as necessary. In order to hold | maintain the hardened structure produced | generated thereby, after this heat processing, heat processing is not performed except the tempering mentioned later.

열간 압연 후의 급속 냉각 :Rapid cooling after hot rolling:

열간 압연 후에 강재를 (Ar3점 - 100)℃ 이상, (Ar3점 + 150)℃ 이하의 온도로부터 급속 냉각하는 것만으로도, 반복 연화 변수가 0.65 내지 0.95의 강재를 얻을 수 있다.The steel after hot rolling - simply by rapid cooling from (Ar 3 point 100) ℃ above, (Ar 3 point + 150) ℃ temperature below also, the cyclic softening parameter can be obtained a steel material of 0.65 to 0.95.

상기한 재가열 후의 냉각과 같은 이유로, 이 열간 압연 직후의 급속 냉각은 냉각 속도를 5 ℃/s 이상, 냉각 정지 온도를 550 ℃ 이하로 한다.For the same reasons as the cooling after the reheating described above, rapid cooling immediately after the hot rolling causes the cooling rate to be 5 ° C / s or more and the cooling stop temperature to 550 ° C or less.

급속 냉각의 개시 온도가(Ar3점 - 100)℃보다 낮으면, 반복 연화 특성의 저하와 강도 저하를 일으킨다. 한편, 이 냉각 개시 온도가 (Ar3점 + 150)℃보다 높으면, 오스테나이트 입경이 조대화하여 인성의 열화를 일으킨다. 바람직한 냉각 개시 온도는 (Ar3점 - 50)℃ 이상, (Ar3점 + 100)℃ 이하이다.If the onset temperature of rapid cooling is lower than (Ar 3 point-100) ° C, a decrease in cyclic softening characteristics and a decrease in strength occur. On the other hand, when this cooling start temperature is higher than (Ar 3 point + 150) degreeC, austenite particle diameter will coarsen and cause toughness deterioration. Preferable cooling start temperature is (Ar 3 point-50) degreeC or more, and (Ar 3 point + 100) degreeC or less.

열간 압연 후에 상기한 급속 냉각을 행한 후, 전술한 AC1점 이상으로의 재가열과 급속 냉각에 의한 열처리를 1회 이상 반복해도 좋다.After performing the above-mentioned rapid cooling after hot rolling, you may repeat the reheating to AC 1 or more point mentioned above, and the heat processing by rapid cooling once or more.

템퍼링 :Tempering:

상기와 같이 열간 압연 후 및/또는 재가열 후에 급속 냉각한 강재에 마지막으로 템퍼링을 행해도 좋다. 특히, 상기 처리에 있어서의 냉각 속도가 큰(예, 50 ℃ 이상) 경우는 템퍼링에 의해 얻게 되는 인성 향상이 크기 때문에, 템퍼링을 행하는 것이 바람직하다. 템퍼링 온도는 Ac1점 이하로 한다. 템퍼링 온도가 Ac1점을 초과하면 오스테나이트 변태가 생겨 반복 연화 특성의 저하와, 강도나 인성의 저하를 일으킨다. 템퍼링 온도는, 바람직하게는 550 ℃ 이하이다.As described above, tempering may be finally performed on the steel material rapidly cooled after hot rolling and / or after reheating. In particular, in the case where the cooling rate in the treatment is large (for example, 50 ° C. or more), since the toughness improvement obtained by tempering is large, tempering is preferable. Tempering temperature shall be Ac 1 or less. When the tempering temperature exceeds Ac 1 point, austenite transformation occurs, causing a decrease in cyclic softening characteristics and a decrease in strength and toughness. Tempering temperature becomes like this. Preferably it is 550 degrees C or less.

본 발명의 강재는 0.65 내지 0.95인 범위의 반복 연화 변수를 갖지만, 지금까지의 설명으로부터도 당업자에게는 이해되는 바와 같이 반복 연화 변수는 열처리와 냉각의 조건 및/또는 Ceq에 의해 조정할 수 있다.The steel material of the present invention has a repeat softening parameter in the range of 0.65 to 0.95, but the repetitive softening parameter can be adjusted by the conditions of heat treatment and cooling and / or Ceq, as will be understood by those skilled in the art from the foregoing description.

(제1 실시예)(First embodiment)

표1에 나타낸 화학 조성 및 Ceq를 갖는 강을 통상법에 의해 시험로로 용제하였다. 표1에는 각 강의 Ar3점과 Ac1점의 값도 나타낸다.Steels having the chemical composition and Ceq shown in Table 1 were dissolved in a test furnace by a conventional method. Table 1 also shows the values of the Ar 3 point and Ac 1 point of each steel.

각 강을 통상의 열간 단조에 의해 두께 150 ㎜의 강재로 하였다. 이 강재를 1150 ℃로 가열하여 열간 압연을 행하고, 표1에 나타낸 판 두께를 갖는 강판으로 하였다.Each steel was made into steel with a thickness of 150 mm by normal hot forging. The steel was heated to 1150 ° C. to hot roll to obtain a steel sheet having a plate thickness shown in Table 1.

이들의 강판에, 하기의 처리를 행하였다.These steel plates were subjected to the following treatment.

판 두께가 10 ㎜ 이하인 강(1, 2 및 13)에서는 열간 압연한 강판을 (Ac1점 + 200)℃로 재가열하고, 계속해서 60 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각하는 열처리를 1회 행한 후, 400 ℃에서 템퍼링을 행하였다.In steels (1, 2, and 13) having a sheet thickness of 10 mm or less, the heat-rolled hot rolled steel sheet is reheated to (Ac 1 point + 200) ° C., and then subjected to one heat treatment for cooling to room temperature at a cooling rate of 60 ° C./s. After performing it, tempering was performed at 400 degreeC.

강(3 내지 12) 및 강(14 내지 28)에서는 열간 압연 후, (Ar3점 + 50)℃로부터, 판 두께 15 ㎜인 경우는 30 ℃/s, 판 두께 25 ㎜인 경우는 20 ℃/s, 판 두께 40 ㎜인 경우는 10 ℃/s, 판 두께 50 ㎜인 경우는 5 내지 8 ℃/s인 범위의 냉각 속도로 각각 450 ℃까지 냉각하였다. 템퍼링은 실시하지 않았다.If the river (3 to 12) and the steel (14 to 28) after hot rolling, (Ar 3 point + 50) if from ℃, the thickness 15 ㎜ is 30 ℃ / s, thickness 25 ㎜ which is 20 ℃ / s and a plate thickness of 40 mm were cooled to 450 ° C at a cooling rate in the range of 5 ° C to 8 ° C / s in the case of 10 ° C / s and 50 mm in the plate thickness. No tempering was performed.

이들의 강판으로부터 판 두께 중심부를 평가할 수 있도록 적절하게 시험 부재를 채취하여 반복 연화 시험, 피로 균열 진전 시험, 인장 시험 및 샤르피 충격 시험에 제공하였다.In order to evaluate the sheet thickness center part from these steel plates, the test member was appropriately taken and used for the cyclic softening test, the fatigue crack propagation test, the tensile test, and the Charpy impact test.

반복 연화 시험은 시험 부재의 길이 방향이 압연 방향에 일치하도록 판 두께 중심부로부터 채취한 직경 6 내지 8 ㎜, 평행부 길이 15 ㎜인 둥근 막대 시험 부재를 이용하여, 실온 대기 중에 있어서 완전 양측 진동 왜곡 파형으로 실시하였다. 이 시험 부재의 평행부에 게이지 길이 12.5 ㎜의 신장계를 장착하고, 그 신장계를 센서로서 시험 부재에 왜곡 제어의 축력 부하를 행하였다. 사용한 시험기는 전기 유압식 폐쇄 루프형 피로 시험기이고, 왜곡 파형은 점증ㆍ점감 타입의 인크리멘탈ㆍ스텝(incremental step) 파형으로 하였다. 반복 속도는 0.5 ㎐, 왜곡 범위는 0.024이고, 왜곡 점증 과정에서는 12파로 최대 왜곡에 도달하고, 왜곡 점감 과정에서는 12파로 왜곡이 0으로 복귀하도록 하였다(도1을 참조).The cyclic softening test was performed using a round bar test member having a diameter of 6 to 8 mm and a parallel part length of 15 mm taken from the center of the plate thickness so that the longitudinal direction of the test member coincided with the rolling direction. Was carried out. An extensometer having a gauge length of 12.5 mm was attached to the parallel portion of the test member, and the axial force load of the distortion control was applied to the test member using the extensometer as a sensor. The test machine used was an electro-hydraulic closed loop type fatigue test machine, and the distortion waveform was an incremental step waveform of increasing and decreasing type. The repetition rate was 0.5 Hz, the distortion range was 0.024, and the maximum distortion was reached with 12 waves in the process of increasing the distortion, and the distortion returned to 0 with 12 waves in the process of reducing the distortion (see FIG. 1).

상술한 바와 같이, 이 점증ㆍ점감 과장의 1세트를 「블럭」이라 칭한다. 제1 블럭째의 최대 왜곡에 대응하는 응력을 σ1, 제15 블럭째의 최대 왜곡에 대응하는 응력을 σ15로서 측정하고, σ151의 값을 반복 연화 변수로서 구하였다.As described above, one set of this increase and decrease is referred to as "block". The stress corresponding to the maximum distortion of the first block was measured as σ 1 and the stress corresponding to the maximum distortion of the 15th block as σ 15 , and the value of σ 15 / σ 1 was determined as a repetitive softening variable.

피로 균열 진전 시험은 균열 진전 방향이 압연 방향에 직각이 되도록 채취한 CT(컴팩트) 시험 부재를 이용하여, 반복 속도 25 ㎐, 응력비(최소 응력/최대 응력) 0.1인 부하 조건하, 실온 대기 중에 있어서 ASTM 규격(E647)에 준하여 실시하였다.The fatigue crack propagation test was performed using a CT (compact) test member taken so that the crack propagation direction was perpendicular to the rolling direction, in a room temperature atmosphere under a load condition of 25 kV repetition rate and a stress ratio (minimum stress / maximum stress) of 0.1. It carried out according to ASTM specification (E647).

피로 균열 진전 속도는 균열 선단부에 있어서의 응력 확대 계수 범위(ΔK)가 20 ㎫ㆍm0.5에 있어서의 진전 속도로서 구하였다. 종래 재료에 있어서의 피로 균열 진전 속도가 5 내지 6 × 10-5㎜/사이클이였던 것으로부터, 목표로 하는 피로 균열 진전 속도를 4.0 × 0-5㎜/사이클 이하로 하였다.The fatigue crack growth rate was calculated as the growth rate in the stress expansion coefficient range (ΔK) at the crack tip portion at 20 MPa · m 0.5 . Since the fatigue crack growth rate in the conventional material was 5-6 * 10 <-5> mm / cycle, the target fatigue crack growth rate was made into 4.0 * 0--5 mm / cycle or less.

인장 시험은 시험 부재의 길이 방향이 압연 방향에 직각이 되도록 판 두께중심부로부터 채취한 JIS Z2201(1998)에 기재된 4호 시험 부재를 이용하여 행하였다.The tensile test was performed using the 4th test member of JISZ2201 (1998) extract | collected from the plate thickness center part so that the longitudinal direction of a test member might be perpendicular to a rolling direction.

샤르피 충격 시험은 시험 부재의 길이 방향이 압연 방향에 일치하도록 판 두께 중심부로부터 채취한 JIS Z2202(1998)에 기재된 V 노치 충격 시험 부재를 이용하여 행하였다. 각 시험 온도에서 3회씩 시험을 행하고, 취성 - 연성의 파면 천이 온도(vTrs)를 구하였다.The Charpy impact test was conducted using the V notch impact test member described in JIS Z2202 (1998), which was taken from the sheet thickness center so that the longitudinal direction of the test member coincided with the rolling direction. The test was performed three times at each test temperature and the brittle-ductile wavefront transition temperature (vTrs) was determined.

표2에 상기한 각 시험 결과를 나타낸다. 표 중, 인장 시험과 샤르피 충격 시험에 있어서의 마크 「O」,「△」,「×」의 의미는 다음과 같다.Table 2 shows each test result described above. In the table, the meanings of the marks "O", "Δ", and "x" in the tensile test and the Charpy impact test are as follows.

인장 시험에서는 인장 강도가 500 ㎫ 이상인 경우를 「O」, 500 ㎫를 하회하는 경우를 「△」라 하였다.In the tensile test, the case where the tensile strength was 500 MPa or more was "O" and the case below 500 MPa was made "△."

샤르피 충격 시험에서는 취성 - 연성의 파면 천이 온도(vTrs)가 -20 ℃ 이하인 경우를「O」, -20 ℃를 초과하고, 0 ℃ 이하인 경우를 「△」, 0 ℃를 초과하는 경우를 「×」라 하였다. 재료의 vTrs가 -20 ℃ 이하이면, 0 ℃에 있어서의 흡수 에너지가 평균치 150 J 이상, -20 ℃에 있어서의 흡수 에너지는 평균 100 J 이상이 된다.In the Charpy impact test, the case where the brittle-ductile wavefront transition temperature (vTrs) is -20 ° C. or less exceeds "0", -20 ° C., and the case where it is 0 ° C. or less exceeds "Δ" and 0 ° C. ”. If vTrs of a material is -20 degrees C or less, the absorption energy in 0 degreeC will be 150 J or more in average value, and the absorption energy in -20 degreeC will be 100 J or more in average.

표2에 도시한 바와 같이, 강(15, 18, 25, 27)은 반복 연화 변수가 본 발명에서 규정하는 범위를 초과하고 있고, 대기 중에서의 피로 균열 진전 속도가 컸다. 강(14)은 반복 연화 변수가 지나치게 작으므로, 충격 특성이 좋지 않았다. 강(13, 16, 17, 19 내지 24, 26 및 28)은 반복 연화 변수는 양호하고 피로 균열 진전 속도도 양호하였지만, 강의 강도 또는 충격 특성이 약간 뒤떨어졌다.As shown in Table 2, the steels 15, 18, 25, and 27 exceeded the cyclic softening parameters defined in the present invention, and the fatigue crack growth rate in the atmosphere was large. The steel 14 had too low a cyclic softening variable, so the impact characteristics were not good. The steels 13, 16, 17, 19-24, 26, and 28 had good cyclic softening parameters and good fatigue crack propagation rates, but were slightly inferior in strength or impact properties of the steel.

(제2 실시예)(2nd Example)

반복 연화 변수, 피로 균열 진전 속도, 인장 강도, vTrs 중 어느 것이나 목표에 도달한 제1 실시예의 강(4)(Ac1점 : 688 ℃, Ar3점 : 774 ℃)을 이용하여 제조 조건의 영향을 조사하였다.Effect of manufacturing conditions using steel (4) (Ac 1 point: 688 ° C., Ar 3 point: 774 ° C.) of the first embodiment in which any of cyclic softening parameters, fatigue crack growth rate, tensile strength, and vTrs reached the target Was investigated.

판 두께 150 ㎜의 강덩어리를 1150 ℃로 가열하고, 열간 압연하여 판 두께 25 ㎜인 강판으로 하였다. 열간 압연 후의 냉각 및/또는 열간 압연 종료 후의 열처리(재가열과 냉각)를 표3에 나타낸 조건으로 행하였다. 이렇게 얻게 된 강판으로부터 채취한 각 시험 부재를 이용하여 제1 실시예의 경우와 같은 시험을 행하였다. 표4에 반복 연화 변수, 피로 균열 진전 속도, 인장 강도, 샤르피 충격 시험(vTrs)의 결과를 나타낸다.A steel lump having a sheet thickness of 150 mm was heated to 1150 ° C, hot rolled to obtain a steel sheet having a sheet thickness of 25 mm. Cooling after hot rolling and / or heat treatment (reheating and cooling) after the end of hot rolling was performed under the conditions shown in Table 3. The test similar to the case of 1st Example was performed using each test member extract | collected from the steel plate obtained in this way. Table 4 shows the results of cyclic softening parameters, fatigue crack growth rate, tensile strength and Charpy impact test (vTrs).

기호sign 제조 조건Manufacture conditions AA 900 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.Reheat to 900 ° C. and cool to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s. BB 900 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,500 ℃ 템퍼링한다.After reheating to 900 ° C., cooling to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s, and tempering at 500 ° C. CC 900 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,750 ℃로 재가열하여 15 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.Reheat to 900 ° C. and cool to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s, then reheat to 750 ° C. to cool to room temperature at a cooling rate of 15 ° C./s. DD 900 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,780 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각하고,계속해서 450 ℃로 템퍼링한다.After reheating to 900 ° C and cooling to room temperature at a cooling rate of 20 ° C / s, reheating to 780 ° C, cooling to room temperature at a cooling rate of 20 ° C / s, and then tempering to 450 ° C. EE 열간 압연 후, 830 ℃에서 20 ℃/s의 냉각 속도로 500 ℃까지 냉각.After hot rolling, cooling from 830 ° C. to 500 ° C. at a cooling rate of 20 ° C./s. FF 열간 압연 후, 800 ℃에서 25 ℃/s의 냉각 속도로 450 ℃까지 냉각한 후,400 ℃로 템퍼링한다.After hot rolling, cooling was carried out at 800 ° C to 450 ° C at a cooling rate of 25 ° C / s, and then tempered at 400 ° C. GG 열간 압연 후, 750 ℃에서 30 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.After hot rolling, cooling from 750 ° C. to room temperature at a cooling rate of 30 ° C./s. HH 열간 압연 후, 800 ℃에서 30 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,750 ℃로 재가열하여 25 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.After hot rolling, it cooled to room temperature at the cooling rate of 30 degree-C / s at 800 degreeC, then reheated to 750 degreeC, and cooled to room temperature at the cooling rate of 25 degree-C / s. II 650 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.Reheat to 650 ° C. and cool to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s. JJ 900 ℃로 재가열하여 3 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,450 ℃로 템퍼링한다.After reheating to 900 ° C., cooling to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./s, and tempering to 450 ° C. KK 900 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,660 ℃로 재가열하여 15 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.Reheat to 900 ° C. and cool to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s, then reheat to 660 ° C. and cool to room temperature at a cooling rate of 15 ° C./s. LL 900 ℃로 재가열하여 20 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,780 ℃로 재가열하여 3 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각하고,계속해서 400 ℃로 템퍼링한다.After reheating to 900 ° C., cooling to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s, reheating to 780 ° C., cooling to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./s, and then tempering to 400 ° C. MM 열간 압연 후, 830 ℃에서 20 ℃/s의 냉각 속도로 600 ℃까지 냉각.After hot rolling, cooling from 830 ° C. to 600 ° C. at a cooling rate of 20 ° C./s. NN 열간 압연 후, 800 ℃에서 25 ℃/s의 냉각 속도로 450 ℃까지 냉각한 후,700 ℃로 템퍼링한다.After hot rolling, cooling was carried out at 800 ° C to 450 ° C at a cooling rate of 25 ° C / s, and then tempered at 700 ° C. OO 열간 압연 후, 650 ℃에서 30 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.After hot rolling, cooling from 650 ° C to room temperature at a cooling rate of 30 ° C / s. PP 열간 압연 후, 750 ℃에서 30 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각한 후,650 ℃로 재가열하여 25 ℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각.After hot rolling, it cooled to room temperature at the cooling rate of 30 degree-C / s at 750 degreeC, then reheated to 650 degreeC, and cooled to room temperature at the cooling rate of 25 degree-C / s.

제조 조건Manufacture conditions 반복 연화 변수σ151 Repeat Softening Variable σ 15 / σ 1 피로 균열 진전 속도(× 10-5㎜/사이클)Fatigue Crack Growth Rate (× 10 -5 mm / cycle) 인장 시험Tensile test 샤르피충격 시험Charpy Impact Test AA 0.8520.852 2.422.42 O O BB 0.9110.911 3.213.21 O O CC 0.8310.831 1.981.98 O O DD 0.9120.912 3.053.05 O O EE 0.8750.875 2.612.61 O O FF 0.8910.891 2.972.97 O O GG 0.8600.860 2.852.85 O O HH 0.8550.855 2.472.47 O O II 1.1051.105 6.246.24 ×× JJ 1.0111.011 5.035.03 KK 0.9760.976 4.984.98 O ×× LL 0.9870.987 5.015.01 ×× MM 0.9790.979 4.954.95 O O NN 0.9810.981 4.964.96 ×× OO 0.9930.993 5.025.02 O PP 0.9840.984 4.884.88 O ××

표4로부터 알 수 있는 바와 같이, 제조 조건이 본 발명에서 규정하는 범위였던 A 내지 H의 강판은 반복 연화 변수가 0.65 내지 0.95의 적정 범위 내에서, 또한 피로 균열 진전 속도가 목표의 4.0 × 10-5㎜/사이클 이하였다. 또한, 인장 강도와 충격 특성도 어느 것이나 양호하였다.As can be seen from Table 4, the steel sheets of A to H, in which the manufacturing conditions were in the range defined by the present invention, had a repeat softening variable within an appropriate range of 0.65 to 0.95, and the fatigue crack growth rate was 4.0 × 10 − of the target. 5 mm / cycle or less. Moreover, both tensile strength and impact characteristics were also favorable.

이에 대해, 제조 조건이 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어난 I 내지 P의 강판은 반복 연화 변수가 0.95를 초과하여 피로 균열 진전 속도가 목표치에 도달하지 않았다. 또한, M을 제외하고, 인장 강도와 충격 강도 중 적어도 한 쪽이 충분하지 않았다.On the other hand, the steel sheet of I to P whose manufacturing conditions were out of the range prescribed | regulated by this invention had a cyclic softening parameter exceeding 0.95, and the fatigue crack growth rate did not reach the target value. Except for M, at least one of tensile strength and impact strength was not sufficient.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

표2에 나타낸 3, 4, 5, 7, 12, 15, 18, 25, 27의 9개의 강에 대해, 부식 피로 균열 진전 시험 및 부식 피로 시험을 실시하였다.Corrosion fatigue crack growth test and corrosion fatigue test were done about nine steels of 3, 4, 5, 7, 12, 15, 18, 25, and 27 shown in Table 2.

부식 피로 균열 진전 시험은 실온의 해수 속에서 실시하였다. 이 시험에는 제1 실시예에 기재한 것과 동일 형상의 CT 시험 부재를 이용하였다. 대기 중 피로 균열 진전 시험과 다른 것은 반복 속도를 해양에서의 파랑 주기에 맞추어 0.17 ㎐로 한 것이다. 응력비는 대기 중 피로 균열 진전 시험과 같이 0.1로 설정하였다.The corrosion fatigue crack propagation test was conducted in seawater at room temperature. In this test, a CT test member having the same shape as that described in Example 1 was used. The difference from the fatigue crack propagation test in the atmosphere is that the repetition rate is set to 0.17 kPa for the wave period in the ocean. The stress ratio was set to 0.1 as in the fatigue crack growth test in air.

부식 피로 시험은 실온의 해수, 60 ℃의 해수, 실온의 염소 포화 수용액, 실온의 1 % 식염수, 실온의 3 % 식염수인 5종류의 환경 속에서 실시하였다. 여기서 말하는 해수는 ASTM 규격에 나타나 있는 인공 해수를 의미한다. 또한, 실온이라 함은, 특별히 온도 제어를 행하는 일 없이 공식한 것을 의미하고 있고, 60 ℃라 함은 서모스탯에 의해 이 온도가 유지되도록 제어한 것을 의미한다. 두 종류의 식염수 환경은 부식 피로 강도에 미치는 염화나트륨 단일 부재의 영향을 명확하게 하기 위해 준비한 것으로, 3 %의 식염수 환경은 약 3.5 %의 염화나트륨을 포함하는 해수 환경에 대응한다.The corrosion fatigue test was carried out in five different environments: seawater at room temperature, seawater at 60 ° C, saturated aqueous chlorine solution at room temperature, 1% saline at room temperature, and 3% saline at room temperature. Seawater as used herein means artificial seawater shown in the ASTM standard. In addition, room temperature means what was formulated without performing temperature control in particular, and 60 degreeC means controlling so that this temperature may be maintained by a thermostat. Two types of saline environments were prepared to clarify the effect of a single member of sodium chloride on corrosion fatigue strength, with a 3% saline environment corresponding to a seawater environment containing about 3.5% sodium chloride.

부식 피로 시험의 표준 시험 환경으로서 선택한 실온의 해수 중에 대해서는부하 모드 또는 시험면 가공 조건을 변경한 시험도 행하여 그들의 영향을 조사하였다.In seawater at room temperature selected as the standard test environment for the corrosion fatigue test, a test in which the load mode or the test surface processing conditions were changed was also performed to examine their effects.

부식 피로 강도도 부식 피로 균열 진전 속도와 마찬가지로, 반복 속도의 의존성이 매우 강하고, 반복 속도가 낮아질수록, 부식 피로 강도의 저하가 현저하다. 이로 인해, 부식 피로 시험의 부하 반복 속도는 해양 환경에서의 파랑 하중의 주기에 맞추어, 모든 시험 환경에 있어서 일률 0.17 ㎐로 하였다. 응력비는 피로 시험에서 가장 널리 채용되어 있는 표준 값인 0.1로 하였다.Similar to the corrosion fatigue crack growth rate, the corrosion fatigue strength is very strongly dependent on the repetition rate, and the lower the repetition rate is, the lower the corrosion fatigue strength is. For this reason, the load repetition rate of the corrosion fatigue test was set to 0.17 kW in all test environments in accordance with the cycle of the wave load in the marine environment. The stress ratio was set to 0.1, which is the standard value most widely adopted in the fatigue test.

부식 피로 시험의 부하 모드는 축력, 급힘, 비틀림 3개의 모드이고, 축력 부하가 표준 부하 모드이다.The load modes of the corrosion fatigue test are three modes of axial force, rapid force and torsion, and axial force load is the standard load mode.

축력 및 굽힘 하중 모드에서 사용한 부식 피로 시험 부재는 손잡이부의 폭 80 ㎜, 시험부의 폭 25 ㎜의 판형이고, 손잡이부로부터 시험부로의 감소폭은 R100의 곡선으로 완만하게 연결하였다. 또한, 손잡이부의 판 두께는 12 ㎜, 시험부의 판 두께는 6 ㎜로 하고, 손잡이부로부터 시험부로의 감소 두께는 R40의 곡선으로 완만하게 연결하였다.The corrosion fatigue test member used in the axial force and the bending load mode was a plate with a width of 80 mm of the handle and a width of 25 mm of the test, and the reduction from the handle to the test was smoothly connected by a curve of R100. In addition, the plate | board thickness of the handle part was 12 mm and the plate | board thickness of the test part was 6 mm, and the reduced thickness from the handle part to the test part was gently connected by the curve of R40.

비틀림 하중 모드로 사용한 부식 피로 시험 부재는 손잡이부 직경 12 ㎜, 시험부 직경 6 ㎜인 축대칭 둥근 막대 형상이었다.The corrosion fatigue test member used in the torsional load mode was an axisymmetric round bar shape having a handle diameter of 12 mm and a test diameter of 6 mm.

시험면 가공 조건은 기계 가공, 플라즈마 절단 및 레이저 절단의 3 종류이고, 기계 가공이 표준이다.The test surface machining conditions are three kinds of machining, plasma cutting, and laser cutting, and machining is standard.

기계 가공면에 피로 균열을 발생시켜 부식 피로 강도를 평가하는 경우, 시험면의 최종 마무리를 8 ㎜ 길이의 사이에서 표면 거칠기의 최대산 높이가 1.6 내지 6.3 ㎛의 사이가 되도록 행하였다.In the case where fatigue cracks were generated on the machined surface to evaluate the corrosion fatigue strength, the final finish of the test surface was performed so that the maximum peak height of the surface roughness was between 1.6 and 6.3 μm between 8 mm in length.

플라즈마 절단면을 기점으로 하는 부식 피로 강도를 평가하는 경우, 시험 부재의 평면 형상을 잘라낼 때에 플라즈마 절단법을 적용하였다. 이 때, 피로 균열이 플라즈마 절단면으로부터 확실하게 발생하도록 시험부 단면의 코너부에는 베이비 그라인더를 이용하여 미리 R1의 모따기를 실시하였다. 플라즈마 절단은 하기 조건으로 행하였다.In the case of evaluating the corrosion fatigue strength starting from the plasma cut surface, the plasma cutting method was applied when the planar shape of the test member was cut out. At this time, the chamfer of R1 was previously performed in the corner part of the cross section of a test part using a baby grinder so that a fatigue crack might arise reliably from a plasma cutting surface. Plasma cutting was performed under the following conditions.

플라즈마 절단 조건 :Plasma Cutting Conditions:

전류 : 240 A, 전압 : 110 V, 절단 속도 : 1000 ㎜/분, 전극 : 텅스텐 전극, 가스 : H2-N2-Ar 혼합 가스.Current: 240 A, Voltage: 110 V, Cutting speed: 1000 mm / min, Electrode: Tungsten electrode, Gas: H 2 -N 2 -Ar mixed gas.

레이저 절단부의 부식 피로 강도를 평가하는 경우, 하기 조건으로 레이저 절단을 행하여 절단면을 준비하였다. 이 경우도, 피로 균열이 절단면으로부터 확실하게 발생하도록 플라즈마 절단면과 동일한 모따기 방법을 채용하였다.In the case of evaluating the corrosion fatigue strength of the laser cut portion, the cut surface was prepared by laser cutting under the following conditions. Also in this case, the same chamfering method as that of the plasma cut surface was adopted so that fatigue cracking occurred reliably from the cut surface.

레이저 절단 조건Laser cutting conditions

CO2레이저, 출력 : 40 ㎾(연속), 자세 : 횡방향, 절단 속도 : 2.5 m/분,CO 2 laser, output: 40 ㎾ (continuous), posture: transverse, cutting speed: 2.5 m / min,

촛점 거리 : 381 ㎜(포물면 집광), 촛점 제거량 : + 8 ㎜.Focal length: 381 mm (parabolic condensing), focal removal amount: + 8 mm.

부식 피로 시험에서는 하나의 시험 조건, 즉 어떤 강판과 시험 조건의 조합에 대해, 시험 부재를 6 내지 8개 시험 공급하여 S-N 곡선(피로 강도선도)을 작성하고, 이 곡선으로부터 피로 파괴까지의 반복 수 1 × 106회에 있어서의 시간 강도 Δσ(응력 범위 : 최대 응력 - 최소 응력)를 부식 피로 강도로 하여 구하였다.In the corrosion fatigue test, six to eight test members are supplied for one test condition, that is, a combination of a steel sheet and a test condition, and an S-N curve (fatigue strength diagram) is generated. The time intensity Δσ (stress range: maximum stress min minimum stress) at a repetition number of 1 × 10 6 was determined as the corrosion fatigue strength.

부식 피로 균열 진전 시험의 결과를 표5에, 부식 피로 시험의 결과를 표6에 나타낸다. 참고를 위해, 표2의 반복 연화 변수와 대기 중 피로 균열 진전 속도의 값을 표5에도 병기한다.Table 5 shows the results of the corrosion fatigue crack propagation test and Table 6 shows the results of the corrosion fatigue test. For reference, the repeat softening parameters of Table 2 and the values of fatigue crack propagation rate in air are also listed in Table 5.

강 번호River number 반복 연화 변수σ151 Repeat Softening Variable σ 15 / σ 1 피로 균열 진전 속도(× 10-5㎜/사이클)Fatigue Crack Growth Rate (× 10 -5 mm / cycle) 환경에 의한 피로균열 진전 속도의 가속Acceleration of Fatigue Crack Growth Rate by Environment 비고Remarks 대기 중Waiting 해수 중Underwater 33 0.8890.889 3.163.16 17.3817.38 5.55.5 본 발명예Inventive Example 44 0.8630.863 2.872.87 17.7917.79 6.26.2 55 0.8200.820 1.921.92 9.229.22 4.84.8 77 0.8110.811 1.721.72 9.989.98 5.85.8 1212 0.7120.712 0.830.83 4.234.23 5.15.1 1515 0.980*0.980 * 4.954.95 24.2624.26 4.94.9 비교예Comparative example 1818 1.092*1.092 * 5.955.95 36.3036.30 6.16.1 2525 1.120*1.120 * 6.326.32 34.7634.76 5.55.5 2727 1.052*1.052 * 5.675.67 33.4533.45 5.95.9

*표시는 본 발명의 범위 밖인 것을 나타낸다.* Indicates that it is outside the scope of the present invention.

시험 환경Test environment 해수 중Underwater 해수 중Underwater 해수 중Underwater 해수 중Underwater 해수 중Underwater 해수 중Underwater 염소 포화Chlorine Saturation 1 % 식염수1% saline 3 %식염수3% saline 시험 온도Test temperature 실온Room temperature 실온Room temperature 실온Room temperature 60 ℃60 ℃ 실온Room temperature 실온Room temperature 실온Room temperature 실온Room temperature 실온Room temperature 시험면Test surface 기계 가공Machining 기계 가공Machining 기계 가공Machining 기계 가공Machining 플라즈마 절단Plasma cutting 레이저절단Laser cutting 기계 가공Machining 기계 가공Machining 기계 가공Machining 부하 양식Load form 축력Axial force 굽힘flex 비틀림torsion 축력Axial force 축력Axial force 축력Axial force 축력Axial force 축력Axial force 축력Axial force 강 번호River number 33 450450 630630 360360 440440 430430 410410 400400 460460 450450 44 420420 -- -- 410410 410410 410410 410410 440440 420420 55 410410 -- -- -- 400400 400400 410410 -- -- 77 420420 -- -- -- 400400 410410 -- -- -- 1212 430430 -- -- -- 420420 430430 -- -- -- 15*15 * 290290 -- -- -- 250250 -- -- -- -- 18*18 * 290290 -- -- -- 240240 -- -- -- -- 25*25 * 270270 380380 220220 260260 220220 210210 230230 280280 270270 27*27 * 300300 -- -- -- 240240 220220 -- -- --

*표시는 본 발명 범위로부터 일탈한 강인 것을 나타낸다. (단위 : ㎫)* Indicates that the steel deviated from the scope of the present invention. (Unit: MPa)

표5로부터 알 수 있는 바와 같이, 어떠한 강재라도 부식 피로 균열의 진전 속도(해수 중에서의 피로 균열 진전 속도)는 대기 중에서의 피로 균열 진전 속도보다 빠르지만, 이 대기 중에서의 진전 속도에 대한 부식 피로 균열 진전 속도의 가속 정도(즉 환경에 의한 피로 균열 진전 속도의 가속 정도)는 강종류의 의존성이 거의 없고, 대략 일정하였다. 따라서, 강재의 대기 중에서의 피로 균열 진전을 억제함으로써, 그 부식 피로 균열의 진전도 억제되는 것이 확인되었다.As can be seen from Table 5, the corrosion fatigue crack growth rate (fatigue crack growth rate in seawater) of any steel material is faster than the fatigue crack growth rate in the air, but the corrosion fatigue cracking rate against the growth rate in this atmosphere. The degree of acceleration of the propagation rate (that is, the degree of acceleration of the fatigue crack propagation rate due to the environment) had little dependence on the type of steel and was substantially constant. Therefore, by suppressing the fatigue crack growth in the atmosphere of the steel, it was confirmed that the corrosion fatigue crack growth is also suppressed.

표6에 나타낸 부식 피로 시험의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실온 해수 속의 기계 가공면을 기점으로 하는 축력 부식 피로 강도는 본 발명예인 강(3, 4, 5, 7)에서는 400 ㎫ 이상으로 우수했던 것에 반해, 반복 연화 변수가 0.95를 초과하는 비교예의 강(15, 18, 25, 27)에서는 모두 310 ㎫ 이하의 낮은 값이 되었다. 또한, 데이터가 준비되어 있는 예[강(3, 25)]를 비교하면, 어떠한 시험 환경, 어떠한 시험면, 어떠한 부하 모드에 있어서도, 본 발명예인 강(3)의 부식 피로 강도는 비교예인 강(25)의 부식 피로 강도에 비해 명백하게 우수하였다.As can be seen from the results of the corrosion fatigue test shown in Table 6, the axial corrosion fatigue strength based on the machined surface in room temperature seawater is superior to 400 MPa or more in the steels (3, 4, 5, 7) of the present invention. On the contrary, in the steels 15, 18, 25, and 27 of the comparative example in which the cyclic softening variable exceeded 0.95, all were low values of 310 MPa or less. In addition, when comparing the examples (steels 3 and 25) in which data were prepared, the corrosion fatigue strength of the steel 3 according to the present invention in any test environment, any test surface, and any load mode was compared to that of the comparative example ( It was clearly superior to the corrosion fatigue strength of 25).

부식 피로 시험 후의 시험 부재의 파면이나 그 근방을 관찰한 바, 본 발명예와 비교예는 부식 피트(pit)의 형상ㆍ치수에는 명료한 차이를 인정할 수 없었다. 그런데, 부식 피트 바닥 근방에 있어서의 미소 경도를 측정한 바, 본 발명예인 강재에서는 비교예의 강재에 비해, 모두 경도가 낮아져 있었다. 본 발명의 강재에서는 반복 연화 특성에 의해 경도가 감소하여, 부식 환경 속에 있어서의 피로 균열 발생에 대해 유리하게 작용하고 있다고 생각할 수 있다.When the wavefront of the test member after the corrosion fatigue test and its vicinity were observed, the present invention and the comparative example could not recognize a clear difference in the shape and size of the corrosion pit. By the way, when the micro hardness in the vicinity of the corrosion pit bottom was measured, the hardness of all the steel materials of this invention example was lower than the steel materials of a comparative example. In the steel of the present invention, it is considered that the hardness decreases due to the cyclic softening property, which is advantageously acting on the occurrence of fatigue cracking in the corrosive environment.

본 발명에 따르면, 강재의 내피로 특성을 정량적으로 평가할 수 있으므로, 이 평가를 이용한 재료 설계가 가능해지고, 또한 그것을 이용하여 피로 균열 진전 저항이 우수한 강재를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 이 강재는 염소 또는 염화물 이온을 포함하는 물 환경 하에 있어서도 우수한 성능을 나타낸다. 따라서, 선박, 해양 구조물, 교량, 건축물, 탱크, 산업용ㆍ건설용 기계 등의 각종 구조물에 사용하는 데 적합하다.According to the present invention, since fatigue resistance of steel can be quantitatively evaluated, material design using this evaluation becomes possible, and it is also possible to provide a steel having excellent fatigue crack growth resistance by using it. In addition, this steel exhibits excellent performance even in a water environment containing chlorine or chloride ions. Therefore, it is suitable for use in various structures such as ships, offshore structures, bridges, buildings, tanks, and industrial and construction machinery.

Claims (9)

최대 인장ㆍ압축 왜곡이 ± 0.012, 반복 속도가 0.5 ㎐, 최대 왜곡까지의 파수가 12인 점증ㆍ점감 반복 부하를 15회 부여했을 때의 1회째의 최대 왜곡시의 응력 σ1과 15회째의 최대 왜곡시의 응력 σ15와의 비인 σ151로 나타내는 반복 연화 변수가 0.65 이상, 0.95 이하인 것을 특징으로 하는 구조용 강재.Stress σ 1 and the 15th maximum at the first maximum distortion when 15 incremental / decrease repeated loads with a maximum tensile / compression distortion of ± 0.012, a repetition speed of 0.5 Hz, and a wavenumber up to a maximum distortion of 12 were applied. A structural steel material characterized by having a repetitive softening parameter of 0.65 or more and 0.95 or less, represented by σ 15 / σ 1 , which is a ratio to the stress σ 15 at the time of distortion. 제1항에 있어서, 질량 %로The method according to claim 1, in mass% C : 0.02 내지 0.20 %,Si : 0.60 % 이하,C: 0.02 to 0.20%, Si: 0.60% or less, Mn : 0.50 내지 2.0 %, Al : 0.003 내지 0.10 %,Mn: 0.50% to 2.0%, Al: 0.003% to 0.10%, 잔량부 : Fe 및 불가피 불순물Balance: Fe and unavoidable impurities 의 조성을 갖고, 하기식으로 나타내어지는 탄소당량 Ceq치가 0.28 내지 0.65 %인 것을 특징으로 하는 구조용 강재.The structural steel material which has a composition and whose carbon equivalent Ceq value represented by a following formula is 0.28 to 0.65%. Ceq(%) = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14Ceq (%) = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 제1항에 있어서, 질량 %로The method according to claim 1, in mass% Cu : 1.5 % 이하, Ni : 1.5 % 이하, Cr : 1.20 % 이하, Mo : 1.0 % 이하, V : 0.10 % 이하, Nb : 0.10 % 이하, Ti : 0.10 % 이하, B : 0.0003 내지 0.0020 %, Ca : 0.0005 내지 0.010 %를 더 함유하고, 하기식으로 나타내어지는탄소당량 Ceq치가 0.28 내지 0.65 %인 것을 특징으로 하는 구조용 강재.Cu: 1.5% or less, Ni: 1.5% or less, Cr: 1.20% or less, Mo: 1.0% or less, V: 0.10% or less, Nb: 0.10% or less, Ti: 0.10% or less, B: 0.0003 to 0.0020%, Ca : Structural steel further containing 0.0005 to 0.010%, and carbon equivalent Ceq value represented by a following formula is 0.28 to 0.65%. Ceq(%) = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14Ceq (%) = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 제2항 또는 제3항에 기재된 조성을 갖는 열간 가공된 강재를 Ac1점 이상으로 재가열하여 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각하는 열처리를 1회 이상 행하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조용 강재의 제조 방법.The heat-treated steel having the composition according to claim 2 or 3 is reheated to at least one Ac and subjected to at least one heat treatment for cooling to 550 ° C. or lower at a cooling rate of 5 ° C./s or more. Method of manufacturing steels. 제2항 또는 제3항에 기재된 조성을 갖는 열간 가공된 강재를 (Ac3점 - 100)℃ 이상, (Ac3점 + 150)℃ 이하의 온도 범위로부터 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조용 강재의 제조 방법.Claim 2 or claim 3, wherein the hot working of the steel having the composition according to (Ac 3 point - 100) ℃ above, (Ac 3 point + 150) from the temperature range of not more than ℃ below 550 ℃ in more than 5 ℃ / s cooling rate Method for producing a structural steel, characterized in that the cooling to. 제5항에 있어서, 상기 냉각 후에, Ac1점 이상으로 재가열하여 5 ℃/s 이상의 냉각 속도로 550 ℃ 이하까지 냉각하는 열처리를 1회 이상 행하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조용 강재의 제조 방법.The method for producing a structural steel according to claim 5, wherein after the cooling, a heat treatment for reheating to Ac 1 or more and cooling to 550 ° C or less at a cooling rate of 5 ° C / s or more is performed at least once. 제4항에 있어서, 마지막으로 Ac1점 이하의 온도에서의 템퍼링을 행하는 것을 특징으로 하는 구조용 강재의 제조 방법.The method for producing a structural steel material according to claim 4, wherein tempering at a temperature equal to or less than Ac 1 is performed . 제5항에 있어서, 마지막으로 Ac1점 이하의 온도에서의 템퍼링을 행하는 것을 특징으로 하는 구조용 강재의 제조 방법.The method for producing a structural steel material according to claim 5, wherein tempering at a temperature of Ac 1 or less is carried out. 제6항에 있어서, 마지막으로 Ac1점 이하의 온도에서의 템퍼링을 행하는 것을 특징으로 하는 구조용 강재의 제조 방법.The method for producing a structural steel material according to claim 6, wherein tempering at a temperature of Ac 1 or less is carried out.
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