KR20070054112A

KR20070054112A - 용접열 영향부의 인성이 우수한 고항복비의 고장력 강판

Info

Publication number: KR20070054112A
Application number: KR1020060115069A
Authority: KR
Inventors: 히로미치 오니시
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2007-05-28
Also published as: JP2007138271A; CN100491575C; CN1970814A; JP4464909B2

Abstract

본 발명은 화학 성분 조성을 적절히 제어하는 동시에, 하기 수학식 1로 규정되는 HM 값이 0.10%이상, 0.25%미만이고, 하기 수학식 2로 규정되는 HG값이 0.02%이상, 0.08%미만이고, 하기 수학식 3으로 규정되는 HB 값이 0.0% 이하를 각각 만족하며, 또한 바이나이트(bainite) 분율이 90면적% 이상인 조직을 갖는 강판에 관한 것이다:

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

본 발명의 강판은 대입열 HAZ 인성이 매우 개선된 인장 강도 570 MPa 급의 고항복비의 고장력 강판이다.

Description

용접열 영향부의 인성이 우수한 고항복비의 고장력 강판{HIGH YIELD RATIO HIGH TENSION STEEL PLATE HAVING SUPERIOR TOUGHNESS IN WELD HEAT-AFFECTED ZONE}

본 발명은 용접열 영향부(HAZ)의 인성이 우수하고, 더구나 인장강도가 570 MPa 이상인 고항복비의 고장력 강판에 관한 것이다.

인장 강도가 570 MPa 이상인 고항복비 고장력 강판은 각종 건축 구조물이나 교량 등의 소재로서 사용되고 있다. 건축 구조물 등은 고장력 강판을 용접하여 구축되지만, 고장력 강판에 요구되는 특성으로서 대입열 용접을 적용했을 때의 용접열 영향부(HAZ)의 인성이 양호할 것이 요구된다.

또한, 지진에 대한 종국 내력 설계를 적용할 때, 항복비[항복강도/인장 강도× 100(%)]가 작은 것(즉, 소성 변형능이 높은 것)이 요구되기도 하지만(건축용도의 경우, 80% 이하), 사용 강재(강의 종류)의 감소라는 관점에서는, 용도에 따라 고항복(상기 항복비가 80이상)인 것이 바람직하다.

인장 강도가 570 MPa 이상인 고장력 강에서 HAZ 인성을 개선시키기는 기술로 서, 예컨대 일본 특허 공보 제3,602,471호에 개시된 것과 같은 기술이 제안되어 있다. 이 기술에서는 C 함량이 매우 낮은 바이나이트 상을 기본 조직(저온 변태 바이나이트 조직)으로 함에 따라, 대입열 용접시에 섬상 마르텐사이트 상(M-A 상)의 생성을 억제하는 동시에, 담금질되는 성향을 갖는 원소인 Mn 및 Cr(필요에 따라서는 Mo)가 소정의 관계식을 만족하도록 적극적으로 첨가하고, 또한 대입열 HAZ 인성을 저하시키는 원소인 V 및 Nb가 소정의 관계식을 만족하도록 제어하고, 또한 B를 첨가한다.

C의 함량이 매우 낮은, 즉 강철 중의 C 함유량이 0.05% 정도 이하인 바이나이트 조직은(이하에서는, C의 함량이 매우 낮은 강철의 바이나이트 조직을 "극저 C 바이나이트 조직"이라고 부른다), M-A 상의 생성을 억제하여, 대입열 HAZ 인성을 향상하는 측면에서는 유효하지만, 극저 C 바이나이트 조직만으로 HAZ 조직을 반드시 적절하게 제어할 수 있다고 말할 수 없고, 경우에 따라서는 충분한 대입열 HAZ 인성이 수득되지 않을 수 있다.

한편, 일본 특허 공개 공보 제2000-345239호에서는 C 함유량이 0.03% 이하이고, Nb나 B의 함유량을 적정화함으로써, 냉각 속도 의존성이 적은(즉, 재질의 격차가 적은) 극저 C 바이나이트 강을 제조하는 기술이 제안되어 있다. 또한 이 기술에서는 대입열 HAZ 인성을 향상시킨다는 관점에서, 산화물계 개재물(Ti, Ca, Al, REM의 산화물)을 균일 분산시킴에 따라 HAZ에서 구 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하는 것으로 개시되어 있다.

그러나 융접 입열량이 커지면, HAZ에서의 구 오스테나이트 입자의 조대화에 도 한계가 있어, 구 오스테나이트 입자의 조대화 억제만으로는 대입열 HAZ 인성이 양호해지지 않는 경우가 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 대입열 HAZ 인성을 매우 개선시킨 인장 강도 570 MPa 급의 고항복비 고장력 강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 강판은, C: 0.01 내지 0.05%(이는 질량%이며 하기 모든 %는 모두 질량%를 의미한다), Si:1.0% 이하(0%를 포함하지 않는다), Mn: 0.5 내지 2.0%, P:0.5이하(0%를 포함한다), S: 0.01% 이하(0%를 포함한다), Al: 0.01 내지 0.07%, Cr: 0.5 내지 2.0%, Mo: 0.5% 이하(0%를 포함한다), Nb: 0.0020 내지 0.030%, Ti: 0.005 내지 0.03%, B: 0.0005 내지 0.0030%, Ca: 0.0005 내지 0.005%, N: 0.0020 내지0.0080%를 각각 함유하는 동시에, 하기 수학식 1로 정의되는 HM 값이 0.10%이상, 0.25%미만이고, 하기 수학식 2로 정의되는 HG 값이 0.02%이상, 0.08%미만이고, 하기 수학식 3으로 정의되는 HB 값이 0.0% 이하를 각각 만족하고, 또한 바이나이트 분율이 90면적% 이상인 조직이다:

수학식 1

수학식 2

수학식 3

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

본 발명의 강판이, 필요한 경우, (a) Cu: 3.0% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및/또는 Ni: 3.0% 이하(0%를 포함하지 않는다), (b) V: 0.05% 이하(0%를 포함하지 않는다), (c) Mg: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), (d) Zr: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), (e) 희토류 원소: 0.0003 내지0.03% 등을 함유하는 것 또한 유효하며, 이들 함유되는 성분에 따라 강판의 특성이 또한 향상될 수 있다.

본 발명의 강판은 HAZ 인성에 영향을 주는 요인이며, M-A 상의 함유량, 구 오스테나이트 입경 및 바이나이트 블록 크기를 화학 성분 조성을 엄밀히 규정하여 적정화시킴에 따라 양호한 HAZ 인성을 안정하게 확보할 수 있는 인장 강도 570 MPa 급의 바이나이트 고항복비 고장력 강판이 실현되고, 이러한 고장력 강판은 각종 건축 구조물 등의 소재로서 매우 유용하다.

양호한 HAZ 인성을 얻기 위한 강판으로 극저 C 바이나이트 조직을 갖는 것이 널리 사용되고 있다. 본 발명자 등은 이러한 조직을 갖는 강판을 기본으로 하여 그 HAZ 인성을 또한 개선시키는 수단을 다양한 각도로 검토했다.

지금까지 제안된 기술에서는 HAZ 인성에 영향을 주는 요인으로 HAZ에서의 M- A 상 함유량이나 구 오스테나이트 입경 등이 알려져 있다. 또한 이들 요인에 추가하여, 구 오스테나이트 입자내의 조직 단위(바이나이트 블록)의 크기를 적정히 제어하는 것도 중요한 요인인 것으로 알려져 있다.

본 발명자는 또한 고장력 강에 일반적으로 함유되어 있는 원소(C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb 등)에 있어서, 이들이 (1) M-A 상 함유량, (2)구 오스테나이트 입경 및 (3) 바이나이트 블록 크기라는 각각의 요인에 미치는 영향에 대하여 상세하게 검토하였다. 그 결과, 상기 요건마다 특정한 원소의 관계식을 규정해 주면, 어떤 요건도 양호하게 되어, HAZ 인성이 현저히 양호하게 되는 것을 발견하여 본 발명이 완성되었다. 본 발명에서는 특정한 원소에 대해 상기 수학식 1 내지 3에 의해 각각 규정되는 HM 값, HG 값 및 HB 값이 소정의 범위를 만족해야 하며, 이들의 범위를 한정한 이유는 다음과 같다.

0.10(%)≤HM<0.25(%)

HAZ 인성을 향상시키기 위해서는, HAZ에서 파괴의 기점이 되는 M-A 상의 함유량을 가능한 한 감소시켜야만 한다. M-A 상은 조직중의 C가 많아져서 그 부분의 변태 온도가 낮아짐으로써 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트가 조직 중에 석출된 상이다. 따라서, M-A 상을 감소시키기 위해서는 C 함유량 자체를 감소시키는 것이 효과적이다. 또한, M-A 상을 감소시키기 위해서는 오스테나이트 안정화 원소(Mn, Cr, Mo, Si 등)을 감소시켜 잔류 오스테나이트 양을 감소시킬 필요가 있다. 그러나 C 함유량이나 오스테나이트 안정화 원소의 감소가 지나치면 강도가 확보되지 않는다는 문제점이 생긴다. 즉, 상기 HM 값이 0.25% 미만인 강판의 경우 HAZ 중의 M-A 상이 충분히 적어져 양호한 인성을 나타내게 된다. 그러나, HM 값이 0.10% 미만이 되면, 담금질성이 저하되어, 극저 C 바이나이트 조직이 충분히 생성되지 않아, 페라이트 주체의 조직이 없어 강판으로서 요구되는 강도를 확보할 수 없게 된다.

0.02(%)≤HG<0.08(%)

HAZ에서 구 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하기 위해서는 일반적으로 TiN을 활용한다. 본 발명에서도 TiN을 활용하고 있고, 상기 Ti이 0.005 내지 0.03%이고, N이 0.0020 내지 0.0080%의 범위 이내이면 TiN에 의한 효과가 충분하다. 이러한 TiN에 의한 효과에 추가하여, 질화물, 탄화물, 산화물 등에 의한 오스테나이트 입자 성장의 핀(pin) 정지 또는 입자 성장 자체를 지연시킨다는 측면에서, C, Mn, Cr, Mo, Si의 영향을 정량적으로 조사한 결과, HG 값을 도출하였다. 상기 HG 값이 0.08% 미만인 강판에서는 HAZ 중의 구 오스테나이트 입자의 조대화가 억제되어, 양호한 인성을 나타낸다. 그러나, HG 값이 0.02% 미만인 경우, 극저 C 바이나이트 조직이 충분히 생성되지 않아, 강판으로서 요구되는 강도를 확보할 수 없게 된다.

HB≤0.0(%)

HAZ에서 구 오스테나이트 입자 내의 조직 단위(바이나이트 블록)를 작게 만듬으로써, 파괴시의 균열 전파 저항이 커지고, HAZ 인성을 향상시키 수 있다. 상기 HB 값이 0.0% 이하인 강판에서는 HAZ의 구 오스테나이트 입자 내에서 방향이 다른 다수의 바이나이트 라스가 발달하여, 양호한 인성을 나타내게 된다. 바이나이 트 블록 크기의 미세화를 촉진시키는 원소는 그 외에도 있지만(예컨대, Cu, Ni 등), 그 효과가 적어, 본 발명에서는 상기 3가지 원소만으로 한정했다. 특별히, Cr 함유량이 많은 것이 특징이다.

본 발명의 고장력 강판은 바이나이트 조직을 기본으로 하지만, 이러한 바이나이트 조직은 극저 C임에도 불구하고 570 MPa 이상의 강도를 확보하기 위해서도 유용하다. 일반적으로 라인 파이프 등에서는 페라이트 조직을 주체로 함으로써 고강도를 실현하고 있지만, 페라이트 조직의 경우 저온 압연을 실시할 경우 페라이트가 미세해야만 고강도가 실현된다. 반면, 바이나이트 조직의 경우 고온 압연에 의해서도 고강도가 실현되므로 생산성 향상 측면에서도 유용하다. 단, 이들의 효과를 발휘하기 위해서 반드시 100면적%이 바이나이트 조직일 필요는 없고, 바이나이트 분율이 90면적% 이상이면 바람직하다. 바이나이트 이외의 조직으로는 마르텐사이트 또는 페라이트 등을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 바이나이트 조직은 상부 또는 하부 바이나이트에 추가하여, [강철의 바이나이트 사진집-1], [일본 철강 협회 바이나이트 조사 연구회 편:(1992). 4]에 소개되어 있는 바이나이틱 페라이트 또는 그래뉼-바이나이틱 페라이트를 포함한다. 이들 C 함유량이 매우 낮은 바이나이트 조직(극저 C 바이나이트 조직)은 강도와 인성이 우수하고, 본 발명에서 한정되는 화학 조성의 범위인 것으로 수득될 수 있다.

본 발명의 고장력 강판의 경우 그의 화학 성분 조성을 엄밀하게 조정하는 것이 중요한 요건이며, 그 범위 한정 이유는 다음과 같다.

C: 0.01 내지 0.05%

C는 고장력 강의 강도를 증대시키는데 유효한 원소이며, 원하는 강도를 확보하기 위해서는 0.01% 이상 함유될 필요가 있다. 그러나 C를 지나치게 함유하면, M-A 상 또는 시멘타이트가 다량 형성되어 극저 C 바이나이트조직을 안정하게 생성하기 어려워진다. 따라서, 그 상한이 0.05%일 필요가 있다.

Si: 1.0% 이하(0%를 포함하지 않는다)

Si는 냉각 조건에 의하지 않고 고용 강화에 의해 강철의 강도를 증가시키는 데 유효한 원소이지만, 지나치게 함유될 경우 강재(모재)에 섬상 마르텐사이트 상(M-A 상)을 다량 석출시켜 인성을 열화시킨다. 따라서, 그 상한이 1.0%이다. 한편, Si 함유량이 바람직한 상한은 0.5% 이다.

Mn: 0.5 내지 2.0%

Mn은 극저 C 바이나이트 조직을 생성시켜 강재를 강화하는 데 유효한 원소이며, 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 Mn을 0.5% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나 Mn이 지나치게 많이 함유될 경우, 모재의 인성이 열화되기 때문에 상한을 2.0%로 한다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.7%이며, 바람직한 상한은 1.8%이다.

P: 0.5% 이하(0%를 포함한다) 및 S: 0.02% 이하(0%를 포함한다)

P는 결정립에 편석하여 연성이나 인성에 유해하게 작용하는 불순물이기 때문에, 가능한 한 적은 편이 바람직하다(0%를 포함한다). 불가피하게 강재에 혼입되는 것을 고려하여 P를 0.5% 이하로 억제하는 것이 바람직하다다. 또한 S는 강재 중의 합금 원소와 반응하여 여러 가지의 개재물을 형성하여 강재의 연성이나 인성 에 유해하게 작용하는 불순물이기 때문에, 가능한 한 적은 편이 바람직하다(0%를 포함한다). 불가피하게 혼입되는 것을 고려하여, S를 0.02% 이하로 억제하는 것이 바람직하다,

Al: 0.01 내지 0.07%

Al은 탈산제로서 유효한 원소로 함께 강재 중의 N을 고정함으로써, B의 고용량을 증가시키는 원소이다. 이에 의해 B에 의한 담금질성 향상 효과가 향상된다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, Al 함유량이 0.01% 이상일 필요가 있다. 그러나 지나치게 함유되면 강재(모재)에 섬상 마르텐사이트 상(M-A 상)을 다량 석출시켜 인성을 열화시킨다. 따라서, 그 상한을 0.07%로 했다. 한편, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이며, 바람직한 상한은 0.05%이다.

Cr: 0.5 내지 2.0%

Cr는 극저 C 바이나이트 조직을 얻기 위한 중요한 원소이다. 또한, HAZ 조직에서 바이나이트 블록 크기를 감소시키는 데에도 유효하다. 또한, 담금질성을 향상시켜 강재의 강도를 확보하는 측면에서도 유효한 원소이다. 이들의 효과를 발휘하기 위해서는 Cr를 0.5% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나 Cr의 함유량이 과다하여 2.0%를 초과하면 조대한 석출물을 형성하기 때문에, 모재 및 HAZ 모두의 인성이 열화된다. 한편, Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.7%이며, 바람직한 상한은 1.8%이다.

Mo: 0.5% 이하(0%를 포함한다)

Mo는 담금질성을 향상시키고 강도 향상에 유효한 원소이지만, 0.5%을 초과하 여 지나치게 함유하면, 조대한 경화상이 되기 때문에, 모재 및 HAZ 모두의 인성이 열화된다. 한편, 본 발명에서는 극저 C 바이나이트 조직을 얻기 위한 필수 원소가 아니므로 첨가하지 않아도 된다. 단, Mo를 포함하지 않는 경우에는 상기 수학식 1 및 2를 Mo를 포함하지 않는 것으로 계산해야 한다. Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.4% 이다.

Nb: 0.005 내지 0.030%

Nb는 극저 C 바이나이트 조직을 얻기 위해서 중요한 원소이다. 또한, HAZ 조직에서 바이나이트 블록 크기를 감소 크기를 감소시키는데 유효하다. 또한, 강재의 강도를 확보하는데도 유효한 원소이다. 이의 효과를 발휘하기 위해서는 Nb를 0.005% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나 Nb의 함유량이 과다하여 0.030%를 초과하여 함유할 경우 효과가 포화된다. 한편, Nb 함유량이 바람직한 하한은 0.010%이며, 바람직한 상한은 0.025%이다.

Ti: 0.005 내지 0.03%

Ti는 질화물을 형성시키고, 대입열 용접 시 구 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하고, HAZ 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 Ti 함유량이 0.005% 이상일 필요가 있다. 그러나 Ti를 과다하게 함유할 경우, 조대한 개재물을 석출시켜, 도리어 HAZ 인성을 열화시키기 때문에, 그 상한을 0.03%로 한다. 한편, Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.010%이며, 바람직한 상한은 0.025%이다.

B: 0.0005 내지 0.0030%

B는 극저 C 바이나이트 조직을 얻기 위해서 중요한 원소이다. 또한 담금질성을 향상시켜 페라이트 변태를 억제하는 측면에서도 유효하게 작용한다. 이를 위해서는, B를 O.0005% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나 B를 지나치게 함유하면 그 효과가 포화될 뿐 아니라, HAZ 조직중에서의 개재물(B 질화물)이 증가하여 HAZ 인성이 도리어 저하되기 때문에, B 함유량의 상한이 O.0030%일 필요가 있다. 한편, B 함유량의 바람직한 하한은 0.0007% 이며, 바람직한 상한은 0.002%이다.

Ca: 0.0005 내지 0.005%

Ca는 개재물 형상의 이방성을 감소시키는 작용을 하여, HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, 0.0005% 이상 함유할 필요가 있지만, 0.005%을 초과하여 지나치게 함유하면 개재물이 조대화하여 HAZ 인성이 도리어 열화된다. 한편, Ca 함유량의 바람직한 하한은 O.OO1%이며, 바람직한 상한은 O.004%이다.

N: 0.0020 내지 0.0080%

대입열 용접 HAZ에서 인성을 매우 높게 확보하기 위해서는, 구 오스테나이트 입자 내에 TiN을 미세석출시켜 구 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하는 것이 유효하다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, N 함유량이 0.0020% 이상일 필요가 있다. 그러나 N의 함유량이 과잉으로 0.0080%를 초과하면 조대한 TiN이 석출되어 파괴 기점이 된다. 한편, N 함유량의 바람직한 하한은 0.003%이며, 바람직한 상한은 0.007%이다.

본 발명의 고항복비 고장력 강판이, 필요에 따라, (a) Cu: 3.0% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및/또는 Ni: 3.0% 이하(0%를 포함하지 않는다), (b) V: 0.05% 이하(0%를 포함하지 않는다), (c) Mg: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), (d) Zr: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), (e) 희토류 원소: 0.0003 내지 0.03% 등을 함유하는 것도 유효하며, 이들 성분을 함유할 때의 범위 한정 이유는 다음과 같다.

Cu: 3.0% 이하 및/또는 Ni: 3.0%

Cu 및 Ni는 모재 강도를 향상하는 데 유효한 원소이다. 이들의 효과는 그 함유량이 증가함에 따라서 증대하지만, 함유량이 지나치면 용접시 M-A 상의 생성이 촉진되어 HAZ 인성이 열화하게 되기 때문에 이들 둘 모두의 함유량은 3.0%이하이다.

V: 0.05% 이하(0%를 포함하지 않는다)

V는 모재 강도 향상에 유효한 원소이지만, 0.05%를 초과하여 지나치게 함유하면 HAZ 부에서 석출물이 형성되어, HAZ 인성이 저하된다.

Mg: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다)

Mg는 TiN의 석출의 핵과 산화물을 미세분산시켜 HAZ의 인성 향상에 기여하는 원소이지만, 과다하게 함유할 경우 산화물이 조대화되어 도리어 HAZ 인성을 저하시키기 때문에 0.005% 이하로 해야한다.

Zr: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다)

Zr는 Ti와 같이 질화물이나 산화물을 형성하여 HAZ 부의 구 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하여 HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이지만, 과다하게 함유하면 개재물이 조대화하여 HAZ 인성이 열화되기 때문에 0.005% 이하이어야 한 다.

희토류원소: 0.0003 내지 0.03%

희토류 원소(REM)는 Ca와 같이 개재물 형상의 이방성을 감소시켜 HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 0.0003% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나 REM의 함유량이 0.03%를 초과하여 과다해지면, 개재물이 조대화하여 HAZ 인성이 도리어 저하된다.

본 발명의 고장력 강판은 상기 성분의 이외에 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지지만, 그 특성을 저해하지 않을 정도의 미량 성분(허용성분)도 포함하여 수득될 수 있고, 이러한 고장력 강판도 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 강판을 제조하기 위해서는, 기본적으로는 상기와 같은 화학 성분 조성을 만족하는 주편 또는 강철편을 연주법이나 조괴법에 의해 제작하고, 이것을 열간 압연-냉각-열처리하는 통상의 방법으로 제조할 수 있지만, 특히 극저 C 바이나이트 조직을 얻기 위해서는, 하기, (A) 또는 (B)의 공정을 포함하여 제조하는 것이 바람직하다.

(A) 주편 또는 강철편을 1000 내지 1300℃로 가열하고, 압연마무리 온도 700℃ 이상에서 열간 압연을 종료한 후 공냉시킨다.

(B) 주편 또는 강철편을 1000 내지 1300℃에서 가열하고, 압연마무리 온도 700℃이상에서 열간 압연을 종료한 후, 1 내지 50℃/초의 냉각 속도로 500℃ 이하까지 수냉시킨다.

상기 제조 방법은 기본적으로는 충분한 오스테나이트 상태가 되게 한 뒤에 열간 압연시킨 후, 냉각시킴으로써 바이나이트 조직이 되게 하는 것이다. 상기 (A) 및 (B)의 공정에서 가열 온도가 1000℃ 미만이 되면, 충분한 오스테나이트 상태가 수득되지 않고, 가열 온도가 1300℃를 초과하면, 초기 오스테나이트 입자가 조대화되어, 결과적으로 생성물의 인성이 낮아진다. 압연시 온도는 생산성 측면에서 700℃ 이상이다.

열간 압연을 종료한 후, 공냉시킴으로써 페라이트 변태를 억제시키는 성분 설계에 의해 바이나이트 조직이 수득되지만, 경우에 따라 1 내지 50℃/초의 냉각 속도로 500℃ 이하까지 가속 냉각시키는 것도 바람직하다. 이는 조직이 과냉각 상태가 되어 양호한 극저 C 바이나이트 조직이 얻어지기 때문이다. 한편, 가속냉각을 실시하는 경우에는, 바이나이트 조직의 생성이 완료될 때까지 냉각해야 하기 때문에 500 ℃ 이하까지 냉각시킨다.

또한 상기 제조 공정에 추가하여, 필요에 따라, 500 내지 700℃의 온도 영역에서 템퍼링 처리하는 것도 유용하며, 이에 의해서 또한 고항복비·고인성이 된다.

이하, 본 발명을 실시예에서 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니라, 전, 후에 기술된 취지에 비추어 설계를 변경할 수 있고, 이 또한 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

실시예 1

하기 표 1 및 2에 나타나는 화학 성분 조성의 강철을 이용하여 하기표 3 및 4에 나타나는 제조 조건으로 강판을 제조했다. 한편, 표 1 및 2에는 본 발명에서 정의된 HM 값, HG 값 및 HB 값을 나타내었다.

수득된 각 강판에 대하여, 바이나이트 분율, 강재(모재)의 인장 특성(0.2%내력 σ_0.2, 인장 강도 TS, 항복비), 충격 특성(파면 천이 온도 vTrs),내용접 저온 분할성, HAZ 인성 등을 하기 방법으로 측정했다.

[바이나이트 분율(면적율)]

각 강판의 t/4(t는 판두께)로부터 경면 연마 후 시험편을 채취하고, 이를 2% 질산에탄올 용액(나이탈 용액)으로 에칭한 후, 5시야에 있어서 광학 현미경을 이용하고 400배로 관찰하여, 화상 분석에 의해서 강철 조직중의 바이나이트 분율(면적%)을 측정하였다. 이 때, 페라이트(폴리고날 페라이트·의사 폴리고날 페라이트를 포함한다) 이외의 라스 상 조직은 모두 바이나이트라고 간주했다.

[강판의 인장 특성]

강판의 t/4(t는 판두께)로부터 JIS Z 22014호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241의 방법에 따라 인장력을 시험하고, 항복 강도(0.2% 내력: σ_0.2), 인장 강도(TS), 항복비(항복 강도/인장 강도×100%: YR)를 측정했다. 본 발명에서는 인장 강도 TS:570 MPa이상, 항복비 YR:80% 이상을 합격으로 했다.

[강판의 인성]

강판의 t/4로부터 L방향(압연 방향)에 JIS Z 2202 V 노치 시험편을 채취하여 JIS Z 2242에 준거하여 샤르피 충격시험을 행하고, 샤르피 시험편의 취성 파면율이 50%인 온도를 파면 천이 온도(vTrs)로서 측정했다. vTrs -50℃ 이하를 합격으로 했다.

[내용접 저온 분할성]

JIS Z 3158의 y형 용접 분할 시험법에 따라서, 입열량: 1.5 KJ/mm에서 피복 아크 용접시키고, 예열온도 25℃에서 단면 분할율을 측정하여 분할율 0%를 합격으로 하였다.

[용접 HAZ 인성]

HAZ 재현 시험을 실시했다. 강판으로부터 채취한 시험편[12.5× 32× 55(mm)의 시험편을 각각 5개씩 채취]을 1400℃ × 5초 가열한 후, 입열량 10 KJ/mm에 해당하는 [800 내지 500℃까지를 80초로 냉각] 열 사이클 시험을 실시했다. 그 후, 각 시험편으로부터 2개씩의 샤르피 충격 시험편(JIS Z 2202V 노치 시험편)을 채취하여, 강판마다 10개씩 -15℃에서의 평균충격 흡수 에너지 vE_-15를 구했다. 평균 10OJ 이상을 합격으로 했다.

이들 결과를 하기 표 5 및 6에 나타내지만, 이들의 결과로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. 우선 시험 No.1 내지 11의 것은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 것으로, 강판(모재)의 강인성은 목표를 만족하고, 용접성은 예열할 필요없이 양호하며, 입열량 10 KJ/mm에서의 HAZ 인성도 목표로 하는 평균 100J 이상을 충분히 만족한다.

반면, 시험 No.12 내지 36의 것은 본 발명에서 규정하는 요건들중 하나를 만족하지 못하고, 어느 한 특성이 열화된다. 이 중 시험 No.12의 것은 C 함유량이 규정 범위를 초과하여(표 1의 강철종 A1) 조대한 탄화물을 포함하는 조직이 되고, 모재의 인성 및 HAZ 인성 둘 모두 감소되었다. 또한, 시험 No.13의 것은 Si 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고(표 1의 강철종 B1), 또한 HM 값도 그 상한을 초과하기 때문에, M-A 양이 매우 많아지고, 모재의 인성과 HAZ 인성 둘 모두 감소되었다.

시험 No.14의 것은 Mn의 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 만족하지 않고(표 1의 강철종 C1), 담금질성이 현저히 감소되고, 모재에서는 페라이트가 석출되고, 강도가 감소되었다. 시험 No.15의 것은 Mn의 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고(표 1의 강철종 D1), 조대한 석출물이 형성되기 때문에, 모재의 인성과 HAZ 인성 둘 모두가 감소되었다.

시험 No.16의 것은 Cr 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 만족하지 않고(표 1의 강철종 E1), 담금질성이 현저히 감소되어 있기 때문에, 모재에서는 페라이트가 석출되고, 강도가 감소되었다. 시험 No.17의 것은 Cr 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고(표 1의 강철종 F1), 조대한 석출물이 형성되기 때문에, 모재의 인성과 HAZ 인성 둘 모두가 감소되었다.

시험 No.18의 것은 Ti 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고 있기 때문에(표 1의 강철종 G1), HAZ 부에서 조대한 개재물이 생성된 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다. 시험 No.19의 것은 B 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하여(표 2의 구리종 H1), HAZ 부에서 조대한 개재물이 생성된 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다. 시험 No.20의 것은 Mo 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하여(표 2의 강철종 I1), 조대한 경화상을 포함하는 조직이 되었고, 모재의 인성과 HAZ 인성 둘 모두가 감소되었다.

시험 No.21의 것은 V 함유량이 본 발명의 바람직한 범위를 초과하여(표 2의 강철종 J1), HAZ 부에서 조대한 개재물이 생성된 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다. 시험 No.22의 것은 Cu 함유량이 본 발명이 바람직한 범위를 초과하고(표 2의 강철종 K1), HAZ 부에서의 M-A 상의 생성량이 증대한 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다. 시험 No.23의 것은 Ni 함유량이 본 발명이 바람직한 범위를 초과하고(표 2의 강철종 L1), HAZ 부에서의 M-A 상의 생성량이 증대한 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다.

시험 No.24의 것은 Nb 함유량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하여(표 2의 강철종 M1), HAZ 부에서의 개재물 양이 증대한 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다. 시험 No.25의 것은 Ca 함유량이 본 발명의 바람직한 범위를 초과하고(표 2의 강철종 N1), HAZ 부에서 조대한 개재물이 생성된 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다.

시험 No.26 및 27의 것은 HM 값이 본 발명에서 규정된 범위를 만족하지 않고(표 2의 강철종 O1, P1), 담금질성이 감소되고, 모재에서는 페라이트가 생성된 것으로 예상되고, 강도가 감소되었다.

시험 No.28 및 29의 것은 HM 값이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고(표 2의 강철종 Q1, R1), HAZ 부에서 M-A 상이 다량 생성된 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다.

시험 No. 30 및 31의 것은 HG 값이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 만족하지 않고(표 2의 강철종 S1, T1), 담금질성이 감소되고, 모재에서는 페라이트가 생성된 것으로 예상되고, 강도가 감소되었다.

시험 No. 22 및 33의 것은 HG 값이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고(표 2의 강철종 U1, V1), HAZ 부에서 구 오스테나이트 입자가 매우 커진 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다.

시험 No. 34 내지 36의 것은 HB 값이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고(표 2의 강철종 W1, X1, Y1), HAZ 부에서 구 오스테나이트 입자가 거의 분할되어 있지 않고, 블록 크기가 커진 것으로 예상되고, HAZ 인성이 열화되었다.

실시예 2

상기 표 1에 나타낸 강철종 A를 이용하고, 입열양을 변화시킨 점 이외에는 상기와 동일하게 HAZ 재현시험을 실시했다. 이 또한 입열양 1 내지20 KJ/mm에 상응하도록 800 내지 500℃까지의 냉각 시간을 변화시켜 열 사이클 시험을 실시했다. 한편, 입열량 1 KJ/mm에서는 냉각 시간 10초, 입열량 2 KJ/mm에서는 냉각 시간 20초, 입열량 5 KJ/mm에서는 냉각 시간 40초, 입열량 7 KJ/mm에서는 냉각 시간 60초, 입열량 15 KJ/mm에서는 냉각 시간 120초, 입열량 20 KJ/mm에서는 냉각 시간 160초이다.

그런 다음, 각 시험편으로부터 2개씩의 샤르피 충격 시험 편(JIS Z 2202V 노치 시험편)을 채취하여, 강판마다 10개씩 -15℃에서의 평균 충격 흡수 에너지 vE_-15를 구했다.

그 결과를 하기 표 7에 나타내고, 본 발명의 고장력 강판에서는 입열량 20 KJ/mm까지는 우수한 HAZ 인성을 나타냄을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 대입열 HAZ 인성을 매우 개선시킨 인장 강도 570 MPa 급의 고항복비 고장력 강판이 제공된다.

Claims

C: 0.01 내지 0.05%(질량%의 의미, 이하 동일),

Si: 1.0% 이하(0%를 포함하지 않는다),

Mn: 0.5 내지 2.0%,

P: 0.5이하(0%를 포함한다),

S: 0.01% 이하(0%를 포함한다),

Al: 0.01 내지 0.07%,

Cr: 0.5 내지 2.0%

Mo:0.5% 이하(0%를 포함한다),

Nb: 0.0020 내지 0.030%,

Ti: 0.005 내지 0.03%,

B: 0.0005 내지 0.0030%,

Ca: 0.0005 내지 0.005%, 및

N: 0.0020 내지 0.0080%를 각각 함유하는 동시에,

하기 수학식 1로 규정되는 HM 값이 0.10%이상, 0.25%미만이고,

하기 수학식 2로 규정되는 HG 값이 0.02%이상, 0.08% 미만이고,

하기 수학식 3으로 규정되는 HB 값이 0.0% 이하를 각각 만족하고 또한 바이나이트 분율이 90면적% 이상의 조직인 강판:

수학식 1

수학식 2

수학식 3

상기 식에서, [C], [Mn], [Cr], [Mo], [Si] 및 [Nb]는 각각 C, Mn, Cr, Mo, Si 및 Nb의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,

3.0% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 Cu와 3.0% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 Ni중 적어도 하나를 함유하는 강판.
제 1 항에 있어서,

0.05% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 V를 함유하는 강판.
제 1 항에 있어서,

0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 Mg를 함유하는 강판.
제 1 항에 있어서,

0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 Zr을 함유하는 강판.
제 1 항에 있어서,

0.0003 내지 0.03%의 희토류 원소를 함유하는 강판.
제 1 항에 있어서,

인장 강도가 570 MPa 이상인 강판.