KR20070080839A - 초대입열 ｈａｚ 인성 및 저온 모재 인성이 우수한 후강판 - Google Patents

초대입열 ｈａｚ 인성 및 저온 모재 인성이 우수한 후강판 Download PDF

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히로유키 다카오카
요시토미 오카자키
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은 초대입열 용접에서도 양호한 HAZ 인성을 나타내는 동시에, 저온 모재 인성이 우수한 후강판을 제공한다.
본 발명의 후강판은 C: 0.030 내지 0.10%, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.8 내지 2.0%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.01 내지 0.10%, Nb: 0.015 내지 0.035%, Ti: 0.015 내지 0.03%, B: 0.0015 내지 0.0035% 및 N: 0.0055 내지 0.01%를 함유하고, 추가로 Cu: 2.0% 이하, Ni: 2.0% 이하, Cr: 1% 이하, Mo: 0.5% 이하 및 V: 0.1% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 2≤[Ti]/[N]≤4, 및 40≤(500[C]+32[Si]+8[Mn]-9[Nb]+14[Cu]+17[Ni]-5[Cr]-25[Mo]-34[V])를 만족하는 것이다.

Description

초대입열 ＨＡＺ 인성 및 저온 모재 인성이 우수한 후강판{A THICK STEEL SHEET HAVING EXCELLENT HAZ TOUGHNESS FOR SUPER HIGH INPUT HEAT AND PARENT MATERIAL TOUGHNESS FOR LOW TEMPERATURE}
도 1은 HAZ 인성(vE-40) 측정용의 시험편을 채취한 위치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 X값과 δ역의 온도 범위의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 X값과 Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 X값과 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 X값과 HAZ 인성(vE-40)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 X값과 저온 인성(vE-60)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 δ역의 온도 범위와 HAZ 인성(vE-40)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 δ역의 온도 범위와 저온 인성(vE-60)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경과 HAZ 인성(vE-40)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예에서 제조한 강판 No. 1 내지 26의 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경과 저온 인성(vE-60)의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명은, 예컨대 선박 및 해양 구조물 등의 용접 구조물에 적용되는 후강판에 관한 것이고, 특히 50kJ/mm 이상의 초대입열 용접후의 열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)의 인성이 우수함과 동시에, 저온 모재 인성이 우수한 후강판에 관한 것이다.
최근, 예컨대 콘테이너선 등의 대형화가 진행되어, 판 두께가 60mm 이상인 후강판이 사용되는 경우가 있다. 이러한 후강판을 효율 좋게 용접하기 위해, 입열량이 50kJ/mm 이상인 초대입열 용접을 행하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 초대입열 용접을 행하면 HAZ가 고온의 오스테나이트 영역까지 가열되고 나서 서냉되기 때문에, 그 조직이 조대화되어 HAZ 인성이 현저히 열화된다는 문제가 있었다. 그 때문에 종래에는 용접 입열량의 제한을 할 수 밖에 없었다.
이러한 초대입열 용접에서 양호한 HAZ 인성을 달성하기 위해, 예컨대 특허문헌 1은 후강판 중의 C 함유량을 저감시키는 동시에, 불가피적으로 혼입되는 P의 함유량을 제한하고, 이와 더불어 Nb 및 B의 함유량을 적절한 범위로 제어하는 것을 제안하고 있다(특히, 특허청구의 범위 및 단락 0010 참조). 또한, 특허문헌 2는 강재에 N을 비교적 다량으로 첨가하고, 또한 Ti와 B의 첨가 밸런스를 적절히 제어하는 것을 제안하고 있다(특히, 특허청구의 범위 및 단락 0013 참조). 게다가, 특허문헌 3은 용접용 강 중에 존재하는 TiN계 개재물 중에 적극적으로 Nb를 함유시키는 것을 제안하고 있다(특히, 특허청구의 범위 및 단락 0009 참조).
특허문헌 1: 일본 특허공개 제2003-166033호 공보, 특허청구의 범위 및 단락 0010
특허문헌 2: 일본 특허공개 제2005-200716호 공보, 특허청구의 범위 및 단락 0013
특허문헌 3: 일본 특허공개 제2004-218010호 공보, 특허청구의 범위 및 단락 0009
그러나, 용접 분야에서는 HAZ 인성의 추가적인 개량이 요구되고 있다. 또한, 상기 특허문헌 중 어느 것에서도 저온 모재 인성(이하, 「저온 인성」으로 생략하는 경우가 있다)에 대하여 고려하고 있지 않다. 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 50kJ/mm 이상의 초대입열 용접에서도 양호한 HAZ 인성을 나타내는 동시에, 저온 인성이 우수한 후강판을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 후강판은, C: 0.030 내지 0.10%(질량%의 의미, 이하 동일), Si: 1.0% 이하(0%를 포함하지 않음), Mn: 0.8 내지 2.0%, P: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않음), S: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음), Al: 0.01 내지 0.10%, Nb: 0.015 내지 0.035%, Ti: 0.015 내지 0.03%, B: 0.0015 내지 0.0035% 및 N: 0.0055 내지 0.01%를 함유하고, 추가로 Cu: 2.0% 이하(0%를 포함함), Ni: 2.0% 이하(0%를 포함함), Cr: 1% 이하(0%를 포함함), Mo: 0.5% 이하(0%를 포함함) 및 V: 0.1% 이하(0%를 포함함)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 수학식 1 및 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.
Figure 112007011578283-PAT00001
Figure 112007011578283-PAT00002
(식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
본 발명의 후강판 중에서, 양호한 저온 인성 및 HAZ 인성의 관점에서, (I) δ역의 온도 범위가 40℃ 이하인 것, 및/또는 (II) 깊이 t/4의 위치(t=판 두께)에 있어서, Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경이 40nm 이하이고, Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경이 60nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 후강판은, 추가로 (1) Ca: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Mg: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), (2) Zr: 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Hf: 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), 및/또는 (3) Co: 2.5% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 W: 2.5% 이하(0%를 포함하지 않음)를 함유하고 있더라도 좋다. 본 발명의 후강판은 대형의 콘테이너선 등의 제조에 적합한 490MPa 이상의 인장강도를 갖는 고장력 강판인 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「탄질화물」은 질화물도 포함하는 의미로 사용한다.
발명을 실시하기 위한 형태
본 발명자들은, Ti계 탄질화물을 미세화함으로써 초대입열 용접에서도 양호한 HAZ 인성을 달성하는 것을 시도했다. 종래의 Ti계 탄질화물의 분산 상태는 용강 응고시의 냉각 속도가 일정하면 Ti, N의 첨가 밸런스에 의해서만 정해지는 것으로 여겨져 왔다. 그러나, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 강의 상태도(狀態圖)에 있어서 표시되는 δ역의 온도 범위를 축소시킴으로써, 동일한 Ti, N 첨가량에서도 Ti계 탄질화물을 미세 분산시킬 수 있음을 발견했다.
여기서 「δ역」이란, 강의 상태도에 있어서 δ철이 포함되는 영역을 의미한다. 이 「δ철이 포함되는 영역」은 δ철만의 영역 외에도 δ+γ의 2상 영역 등, δ철과 다른 상태가 포함되는 영역도 포함한다. 그리고 「δ역의 온도 범위」란, δ철이 포함되는 온도 범위(δ역의 상한 온도와 하한 온도의 차이)를 말한다. 여 기서 특정 조성의 강에 있어서, 예컨대 δ철만의 온도 범위와 δ+γ철의 온도 범위가 있는 경우, 이들 온도 범위의 합계가 δ역의 온도 범위이다. 이 δ역의 온도 범위는 종합 열역학 계산 소프트웨어(Thermo-calc, CRC 종합연구소에서 구입가능)에 강판의 화학 성분 조성을 입력함으로써 계산할 수 있다.
이 δ철 중에서는 Ti의 확산 속도가 빠르기 때문에, δ역의 온도 범위가 넓으면 δ철이 존재하는 시간이 길어져 조대한 Ti계 탄질화물이 형성되기 쉽다고 여겨진다. 그래서, 화학 성분 조성을 조정하여 δ역의 온도 범위를 축소시킴으로써 Ti계 탄질화물을 미세화하는 것을 검토했다. 그 때문에, Thermo-calc의 계산으로써, 특정 성분을 기준으로 화학 성분량의 하나만을 변경함으로써 각 화학 성분의 δ역의 온도 범위에 대한 영향을 조사했다. 그와 같은 검토에 의해, δ역의 온도 범위와 상관관계가 있어서 화학 성분 조성의 함수로 표시되는 X값을 정했다:
X값=500[C]+32[Si]+8[Mn]-9[Nb]+14[Cu]+17[Ni]-5[Cr]-25[Mo]-34[V]
(식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
X값의 상기 식 중의 계수는 특정 성분의 강으로부터 각 화학 성분을 변화시킨 경우의 δ역의 온도 범위의 변화량에 대응한다. 구체적으로는, 예컨대 [C]의 계수인 「500」은 C량을 0.01%만 증대시켰을 때에 Thermo-calc의 계산으로써 δ역의 온도 범위가 약 5℃ 감소하는 것을 의미한다. 그리고 X값과 δ역의 온도 범위란, 거의 반비례의 관계(X값이 증대하면 δ역의 온도 범위는 감소한다고 하는 관계)에 있다.
이러한 고찰에 기초하여, 다양한 X값을 갖는 강판을 제조하여 조사한 바, X 값을 증대시킴으로써 Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경을 미세화할 수 있어, HAZ 인성을 향상시킬 수 있음을 발견했다.
그리고 X값을 증대시킴으로써, 추가로 강판의 저온 인성도 향상됨을 발견했다. 이 현상은 X값을 증대시킴으로써, Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경의 감소와 함께, Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경이 감소한 것에 의한 것으로 추정된다. 또한 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경이 감소한 것은 Ti계 탄질화물이 미세 분산되었기 때문이라고 여겨진다. 왜냐하면 Nb계 탄질화물의 대부분은 Ti계 탄질화물을 중심으로 석출되기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 강판은 그 화학 성분 조성이 하기 수학식 2를 만족하고 있는 점에 큰 특징이 있다.
수학식 2
Figure 112007011578283-PAT00003
(식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
단, 본 발명은 상기와 같은 추정 이유(δ역의 온도 범위의 감소에 의한 탄질화물의 평균 입자 직경의 감소, 평균 입자 직경의 감소에 의한 HAZ 인성 및 저온 인성의 향상 등)에는 제한되지 않고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해 정해진다. 즉, 특허청구범위에 규정하는 구성 요건을 만족하는 후강판은 본 발명의 범위내에 포함된다.
각 화학 성분량이 적정 범위내이면 X값이 커질수록 Ti계 탄질화물 및 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경, 및 HAZ 인성 및 저온 인성이 향상된다. 이 X값의 하한은 40, 바람직하게는 45, 보다 바람직하게는 50이다. X값의 상한은 각 화학 성분의 적정량으로부터 정해지고 160 정도이다. 경질상 MA 조직(마르텐사이트-오스테나이트의 혼합 조직)의 생성 억제의 관점에서 X값의 바람직한 상한은 75 이하이다.
본 발명의 후강판에서는, X값이 40 이상이 되도록 화학 성분 조성을 조정함으로써 Ti계 및 Nb계 탄질화물을 미세하게 하고 있다. 그러나, Ti량과 N량의 밸런스가 무너지면 강판의 인성, 특히 HAZ 인성이 열화된다. 구체적으로는, [Ti]/[N]이 4를 초과하는 경우는 Ti계 탄질화물이 조대하게 되어 HAZ 인성이 저하한다. 반대로, 2 미만이면 과잉 N의 영향으로 저온 인성 및 HAZ 인성이 저하한다. 이에 따라, 본 발명의 강판은 X값을 규정하는 상기 수학식 2와 더불어 하기 수학식 1을 만족하도록 Ti량과 N량의 밸런스가 도모되고 있는 것도 특징의 하나로 한다.
수학식 1
Figure 112007011578283-PAT00004
(식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
이 [Ti]/[N]의 바람직한 하한은 2.5이며, 바람직한 상한은 3.5이다.
인성의 관점에서, 본 발명의 후강판 중의 Ti계 및 Nb계 탄질화물은 미세한 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 후강판 중의 Ti계 탄질화물은 바람직하게는 40nm 이하, 보다 바람직하게는 35nm 이하, 더욱 바람직하게는 30nm 이하이며, Nb계 탄질화물은 바람직하게는 60nm 이하, 보다 바람직하게는 55nm 이하, 더욱 바 람직하게는 50nm 이하이다.
본 발명에 있어서의 Ti계 탄질화물 및 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경의 값은 이하와 같이 하여 측정한 값이다: 우선, 강판의 열이력을 대표하는 부분으로서 깊이 t/4의 위치(t=판 두께)를 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰 배율 6만배 이상, 관찰 시야 2.0×2.0μm 이상, 관찰 개소 5개소 이상의 조건에서 관찰한다. 그리고, 그 시야 중의 각 탄질화물의 면적을 측정하고, 이 면적으로부터 각 탄질화물의 원 상당 직경을 산출한다. 이 각 탄질화물의 원 상당 직경을 산술 평균(상가 평균)하여 얻어지는 값을 본 발명에 있어서의 Ti계 또는 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경으로 한다.
또한, Ti계 탄질화물 또는 Nb계 탄질화물의 어느 것인가의 판별은 각 탄질화물 입자의 주체가 되는 성분(탄소 및 질소 이외에 최대 함유량(질량%)인 성분)에 의해 정해지고, 이것은 에너지 분산형 X선 검출기(EDX)에 의해 결정할 수 있다. 한편, 너무나 미세한 탄질화물은 측정할 수 없기 때문에, 본 발명에 있어서의 탄질화물이란, 5nm 이상의 것으로 한정한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 후강판은 그 화학 성분 조성이 상기 수학식 1 및 2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기 수학식 1 및 2의 관계를 만족시키더라도 각각의 화학 성분(각 원소)의 함유량이 적정 범위내에 없으면 우수한 HAZ 인성 및 저온 인성을 달성할 수 없다. 이에 따라 본 발명의 후강판은 상기 수학식 1 및 2를 만족시키는 것에 더하여, 각각의 화학 성분량이 이하에 기재하는 바와 같은 적정 범위내에 있는 것도 특징으로 한다. 이하, 화학 성분에 대하 여 각각 설명한다.
[C: 0.030 내지 0.10%]
C는 강판의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이고, 또한 강의 상태도에 있어서의 δ역의 온도 범위를 축소시키기 위해 유효한 원소이다. C량이 0.030% 미만이면 강도를 확보할 수 없게 된다. 한편, C량이 0.10%를 초과하면 경질의 제 2 상 MA 조직이 많아져 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하된다. 그래서 C량을 0.030 내지 0.010%로 정했다. C량의 바람직한 하한은 0.040%이고, 바람직한 상한은 0.080%이다.
[Si: 1.0% 이하(0%를 포함하지 않음)]
Si는 강판의 강도를 확보하기 위해 유효한 원소이고, 그것을 위해서는 0.10% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Si를 과잉으로 첨가하면 MA 조직이 많이 생성되고 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되기 때문에, 그의 상한을 1.0%로 할 필요가 있다. Si량의 바람직한 상한은 0.8%이고, 보다 바람직하게는 0.6% 이하이다.
[Mn: 0.8 내지 2.0%]
Mn은 담금질성을 향상시켜 강판의 강도를 확보하는 데 유효한 원소이다. Mn량이 0.8% 미만이면 강도 확보의 작용이 충분히 발휘되지 않는다. 한편, Mn량이 2.0%를 초과하면 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하된다. 그래서Mn량을 0.8 내지 2.0%로 정했다. Mn량의 바람직한 하한은 1.00%이고, 보다 바람직하게는 1.50% 이상이다. 한편, Mn량의 바람직한 상한은 1.80%이다.
[P: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않음)]
불순물 원소인 P는 모재 인성 및 HAZ 인성에 악영향을 미치기 때문에, 그 양은 될 수 있는 한 적은 것이 바람직하다. 이에 따라, P량은 0.03% 이하, 바람직하게는 0.010% 이하이다. 그러나, 공업적으로 강 중의 P량을 0%로 하는 것은 곤란하다.
[S: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음)]
S는 MnS를 형성하여 연성을 저하시키는 원소이고, 특히 고장력 강에 있어서 악영향이 커지기 때문에, 그 양은 될 수 있는 한 적은 것이 바람직하다. 이에 따라, S량은 0.01% 이하, 바람직하게는 0.005% 이하이다. 그러나, 공업적으로 강 중의 S량을 0%로 하는 것은 곤란하다.
[Al: 0.01 내지 0.10%]
Al은 탈산 및 마이크로 조직의 미세화에 의해 모재 인성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Al을 0.01% 이상 첨가한다. 다만 Al을 과잉으로 첨가하면 오히려 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되기 때문에, 상한을 0.10%로 한다. Al량의 바람직한 하한은 0.020%이다. 한편, 그의 바람직한 상한은 0.060%이고, 보다 바람직하게는 0.040% 이하이다.
[Nb: 0.015 내지 0.035%]
Nb는 바탕의 담금질성을 향상시켜 강판의 강도를 높이기 위해 유효한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Nb량은 0.015% 이상인 것이 필요하다. 그러나, Nb를 과잉으로 첨가하면 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되기 때문에, 그의 상한량을 0.035%로 정했다. Nb량은 바람직하게는 0.020% 이상이고, 바람직하게는 0.030% 이하, 보다 바람직하게는 0.025% 이하이다.
[Ti: 0.015 내지 0.03%]
Ti는 N과 미세한 질화물을 형성하고, 용접시에서의 HAZ의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제함으로써(이른바 핀닝(pinning) 효과), HAZ 인성을 향상시키기 위해 유효한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Ti를 0.015% 이상 첨가한다. 그러나, Ti량이 과잉이면 오히려 HAZ 인성이 열화되기 때문에, Ti량의 상한을 0.03%로 정했다. Ti량은 바람직하게는 0.018% 이상 0.025% 이하이다.
[B: 0.0015 내지 0.0035%]
B는 초대입열 용접시에 HAZ, 특히 본드부의 부근에서 BN을 중심으로 한 입자내 페라이트를 생성시키는 동시에, 고용 N의 고정 작용도 가지고, HAZ 인성 개선에 중요한 원소이다. 본 발명에서는 그 효과를 충분히 발휘시키기 위해 B를 통상의 후강판 중의 함유량보다도 많이 0.0015% 이상 함유시키고 있다. 그러나, B량이 과잉이면 초대입열 용접시에 조대한 베이나이트 조직이 형성되기 때문에, 오히려 HAZ 인성이 열화된다. 그 때문에, B량의 상한을 0.0035%로 정했다. B량은 바람직하게는 0.0020% 이상 0.0030% 이하이다.
[N: 0.0055 내지 0.01%]
N은 Ti와 결합하여 미세한 탄질화물을 형성하고, 초대입열 용접시에 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하여 HAZ 인성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. N량이 지나치게 적으면 상기 효과가 충분히 발휘되지 않기 때문에, 그 하한을 0.0055%로 정했다. 한편, N량이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성에 악영향을 미치 기 때문에, 그의 상한을 0.01%로 정했다. N량의 바람직한 하한은 0.0060%이고, 보다 바람직하게는 0.0070% 이상이다. 또한, N량의 바람직한 상한은 0.0090%이고, 보다 바람직하게는 0.0080% 이하이다.
[Cu: 2.0% 이하(0%를 포함함)]
Cu는 담금질성을 높여 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 또한, C와 마찬가지로 δ역의 온도 범위를 축소시켜 Ti계 탄질화물을 미세화하는 효과를 갖는다고 여겨진다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Cu량은 바람직하게는 0.20% 이상, 보다 바람직하게는 0.40% 이상인 것이 권장된다. 그러나, Cu량이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 그의 상한을 2.0%로 정했다. Cu량은 바람직하게는 1.0% 이하이다.
[Ni: 2.0% 이하(0%를 포함함)]
Ni도 Cu와 마찬가지로 담금질성을 높여 강도 향상에 기여하고, δ역의 온도 범위를 축소시키기 위해 유효한 원소이고, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Ni량은 바람직하게는 0.20% 이상, 보다 바람직하게는 0.40% 이상인 것이 권장된다. 그러나, Ni량이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 그의 상한을 2.0%로 정했다. Ni량은 바람직하게는 1.0% 이하이다.
[Cr: 1% 이하(O%를 포함함)]
Cr도 Cu와 마찬가지로 담금질성을 높여 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Cr량은 바람직 하게는 0.20% 이상, 보다 바람직하게는 0.40% 이상인 것이 권장된다. 그러나, Cr량이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되기 때문에, 그의 상한을 1%로 정했다. Cr량의 바람직한 상한은 0.80%이다.
[Mo: 0.5% 이하(0%를 포함함)]
Mo는 담금질성을 높여 강도를 향상시키는 것에 더하여, 템퍼링 취성을 방지하기 위해 유효한 원소이고, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Mo량은 바람직하게는 0.05% 이상, 보다 바람직하게는 0.10% 이상인 것이 권장된다. 그러나, Mo량이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 그의 상한을 0.5%로 정했다. Mo량은 바람직하게는 0.30% 이하이다.
[V: 0.1% 이하(0%를 포함함)]
V는 소량의 첨가에 의해 담금질성 및 템퍼링 연화 저항을 높이는 효과를 갖는 원소이고, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 V량은 바람직하게는 0.01% 이상, 보다 바람직하게는 0.02% 이상인 것이 권장된다. 그러나, V량이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 그의 상한을 0.1%로 정했다. V량은 바람직하게는 0.05% 이하이다.
본 발명의 후강판은 상기 성분 외에는 기본적으로 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 그러나, 본 발명은 다른 원소가 함유되는 후강판을 배제하는 것이 아니라, 본 발명의 범위에는, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 범위에서 다른 성분 원소를 함유하게 되는 후강판도 포함된다.
예컨대, 본 발명의 후강판에는 상기 성분 외에, 필요에 따라 (1) Ca: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Mg: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), (2) Zr: 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Hf: 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음), 및/또는 (3) Co: 2.5% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 W: 2.5% 이하(0%를 포함하지 않음) 등을 함유시키는 것도 유효하고, 함유시키는 성분의 종류에 따라 강판의 특성이 더욱 개선된다.
[Ca: 0.005% 이하 및/또는 Mg: 0.005% 이하]
Ca 및 Mg는 HAZ 인성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 상세하게는, Ca는 MnS를 구상화한다고 하는 개재물의 형태 제어에 의한 이방성을 저감시킴으로써 HAZ 인성을 향상시킨다. 한편, Mg는 MgO를 형성하고, HAZ의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제함으로써 HAZ 인성을 향상시킨다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 강판 중에 Ca를 바람직하게는 0.0005% 이상 및/또는 Mg를 0.0001% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이들의 양이 과잉이면 오히려 모재 인성 및 HAZ 인성을 열화시키기 때문에, Ca 및/또는 Mg를 함유시키는 경우의 상한을 각각 0.005%로 정했다. Ca량의 바람직한 상한은 0.0030%이고, Mg량의 바람직한 상한은 0.0035%이다.
[Zr: 0.1% 이하 및/또는 Hf: 0.05% 이하]
Zr 및 Hf는 Ti와 마찬가지로 질화물을 형성하고, 용접시에서의 HAZ의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하기 때문에, HAZ 인성의 개선에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해 Zr량은 바람직하게는 0.001% 이상, Hf량은 바람직하게는 0.0005% 이상인 것이 권장된다. 그러나, 이들의 양이 과잉이면 오히 려 모재 인성 및 HAZ 인성을 저하시키기 때문에, 이들을 함유시키는 경우, Zr량의 상한을 0.1%, Hf량의 상한을 0.05%로 정했다.
[Co: 2.5% 이하 및/또는 W: 2.5% 이하]
Co 및 W는 담금질성을 향상시켜 강판의 강도를 높이는 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, 이들 중 하나 또는 양쪽을 각각 0.2% 이상으로 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이들의 양이 과잉이면 모재 인성 및 HAZ 인성이 열화되기 때문에, 이들의 양의 상한을 각각 2.5%로 정했다.
본 발명의 후강판은 상기 화학 성분량, [Ti]/[N] 및 X값의 요건을 만족시키는 강을 통상의 용제법에 따라 용제하고, 이 용강을 냉각하여 슬라브로 한 후, 통상의 조건에서 가열 및 열간 압연을 하고, 이어서 담금질(경우에 따라 담금질·템퍼링)을 함으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 후강판은 X값을 제어하여 δ역의 온도 범위를 좁게 하고 있기 때문에, 용강을 통상의 조건에서 냉각(예컨대 1500℃에서 1100℃까지를 0.1 내지 2.0℃/초의 냉각 속도로 냉각)하여 슬라브를 형성함으로써 충분히 작은 Ti계 및 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경을 형성할 수 있다. 단, 보다 미세한 탄질화물을 형성시키기 위해, 주조기의 냉각 수량이나 냉각 방법을 변경시켜 응고시의 냉각 속도를 향상시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 후강판에 관한 것으로, 당해 분야에 있어서 후강판이란, JIS에서 정의되는 바와 같이, 일반적으로 판 두께가 3.0mm 이상인 것을 가리킨다. 그러나, 본 발명의 후강판의 판 두께는 바람직하게는 20mm 이상, 보다 바람직하게는 40mm 이상, 더욱 바람직하게는 60mm 이상이다. 왜냐하면 본 발명의 후강판은 입열량이 50kJ/mm인 초대입열 용접에서도 양호한 HAZ 인성을 나타내기 때문에, 판 두께가 두껍더라도 입열량을 증대시킴으로써 효율적으로 용접할 수 있기 때문이다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
표 1에 나타내는 조성의 강을 통상의 용제법에 따라 용제하고, 이 용강을 0.1 내지 2.0℃/분의 냉각 속도로 1500℃에서 1100℃까지 냉각하여 슬라브로 한 후, 1100℃로 가열하여 열간 압연을 하고, 경우에 따라 템퍼링을 하여 판 두께 60mm의 고장력 강판을 제조했다.
강판의 화학 성분 조성으로부터 계산한 [Ti]/[N] 및 X값, 및 Thermo-calc로부터 계산한 δ역의 온도 범위의 값(표 중에서 「δ역」으로 기재함)을 표 2에 나타낸다. 또한 상기한 바와 같이 하여 제조한 강판에 대하여, 하기 요령으로 Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경, Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경, 강판의 인장강도, 저온 인성 및 HAZ 인성을 측정했다. 이들의 결과를 표 2에 나타낸다.
[Ti계 탄질화물 및 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경]
깊이 t/4의 위치(t=판 두께)를 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰 배율 6만 배, 관찰 시야 2.0×2.0μm, 관찰 개소 5개소의 조건에서 관찰했다. 그리고, 그 시야 중의 각 탄질화물의 면적을 측정하고, 이 면적으로부터 각 탄질화물의 원 상당 직경을 산출했다. 이 각 탄질화물의 원 상당 직경을 산술 평균(상가 평균)하여 각 강판에 있어서의 Ti계 또는 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경을 산출했다.
[인장강도]
깊이 t/4의 위치(t=판 두께)에서 JIS4호 시험편을 채취하고, 인장시험을 함으로써 인장강도를 측정했다. 이 실시예에서는 인장강도가 490MPa 이상인 것을 합격으로 했다.
[저온 인성]
깊이 t/4의 위치(t=판 두께)에서 JIS4호 시험편을 채취하고, -60℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여 흡수에너지(vE-60)를 측정했다. 이 실시예에서는 인장강도가 150J 이상인 것을 합격으로 했다.
[HAZ 인성]
입열 50kJ/mm에서 용접(일렉트로 가스 아크 용접)을 행하여 도 1에 나타내는 부위로부터 JIS4호 시험편을 채취하고(노치 위치는 본드로부터 0.5mm HAZ측), -40℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여 흡수에너지(vE-40)를 측정했다. 이 실시예에서는 인장 강도가 200J 이상인 것을 합격으로 했다.
Figure 112007011578283-PAT00005
Figure 112007011578283-PAT00006
Figure 112007011578283-PAT00008
Figure 112007011578283-PAT00009
Figure 112007011578283-PAT00010
강판 No. 1 내지 24는 본 발명의 각 화학 성분량의 요건을 만족시키는 것이다. 또한 강판 No. 25 및 26은, C량은 본 발명에서 규정하는 하한 미만이지만, 그 밖의 성분량의 요건은 만족하는 것이다. 이들 강판 No. 1 내지 26의 X값과 δ역의 온도 범위의 관계, X값과 Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경의 관계, 및 X값과 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경의 관계를 도 2 내지 4에 나타낸다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, X값과 δ역의 온도 범위는 양호한 상관관계(구체적으로 거의 반비례의 관계)에 있다. 또한 도 3 및 4로부터 알 수 있는 바와 같이, X값이 증대함에 따라서 탄질화물의 평균 입자 직경이 감소하고 있다.
강판 No. 1 내지 26의 X값과 HAZ 인성(vE-40)의 관계, X값과 저온 인성(vE-60)의 관계, δ역의 온도 범위와 HAZ 인성(vE-40)의 관계, 및 δ역의 온도 범위와 저온 인성(vE-60)의 관계를 도 5 내지 8에 나타낸다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, X값이 증대함에 따라서, 즉 δ역의 온도 범위가 감소함에 따라서 강판의 HAZ 인성 및 저온 인성이 향상되고 있다. 그리고, X값이 40 이상인 강판(δ역의 온도 범위가 40℃ 이하인 강판)은 그 vE-40이 20OJ 이상이고, vE-60이 150J 이상으로, 양호한 HAZ 인성 및 저온 인성을 갖고 있다. 이것은 X값이 40 이상이 되도록 화학 성분 조성을 조정함으로써 δ역의 온도 범위가 좁게 되는 결과, Ti의 확산이 억제되어 Ti계 탄질화물 및 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경이 억제되었기 때문이라고 여겨진다.
또한, 강판 No. 1 내지 26의 Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경과 HAZ 인성(vE-40)의 관계, 및 Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경과 저온 인성(vE-60)의 관계를 도 9 및 10에 나타낸다. 이들 도면으로부터, 탄질화물의 평균 입자 직경이 작아짐에 따라 HAZ 인성 및 저온 인성은 향상됨을 알 수 있다. 특히 도 9로부터, Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경이 40nm 이하이면 200J 이상의 vE-40이 달성됨을 알 수 있고, 도 10으로부터, Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경이 60nm 이하이면 150J 이상의 vE-60이 달성됨을 알 수 있다.
표에 정리한 결과로부터, 본 발명의 각 화학 성분량, [Ti]/[N] 및 X값의 요건을 만족하는 강판 No. 1 내지 23은 인장강도, 저온 인성 및 HAZ 인성이 우수함을 알 수 있다. 이에 대하여, 기본적으로 본 발명의 각 화학 성분량의 요건을 만족하지만, 40≤X값의 요건을 만족하지 않는 강판 No. 24 내지 26은 저온 인성, 또는 저온 및 HAZ 인성의 양쪽이 불충분하다. 또한, 강판 No. 25 및 26은 C량이 0.030% 미만이어서, 인장강도도 불충분하다.
본 발명에서 규정하는 화학 성분량의 상한치의 요건 중 어느 하나를 만족하지 않는 강판 No. 27 내지 33, 35, 37 및 40은 화학 성분 중 어느 하나를 지나치게 함유하기 때문에, 저온 인성 및 HAZ 인성의 양쪽 모두 불충분하다. 반대로, 본 발명에서 규정하는 각 화학 성분량의 하한치의 요건 중 어느 하나를 만족하지 않는 강판도 인성이 불충분하다. 구체적으로는, Ti 또는 N을 하한치 미만으로 밖에 함유하지 않는 강판 No. 34 또는 38은 Ti계 탄질화물이 충분히 형성되지 않기 때문에, HAZ 인성이 불충분하다. 마찬가지로, B를 하한치 미만으로 밖에 함유하지 않는 강판 No. 36은 BN이 충분히 형성되지 않기 때문에, HAZ 인성이 불충분하다. 또한, 강판 No. 39는 [Ti]/[N]이 2 미만이어서, 과잉 N의 영향으로 인성이 불충분하다.
놀랍게도, 각 화학 성분의 양을 적절한 범위내로 하는 동시에, 상기 수학식 1 및 2를 만족하도록 화학 성분 조성을 조정함으로써, 초대입열 용접에서도 우수한 HAZ 인성을 나타내는 동시에, 저온 인성이 우수한 후강판을 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. C: 0.030 내지 0.10%(질량%의 의미, 이하 동일),
    Si: 1.0% 이하(0%를 포함하지 않음),
    Mn: 0.8 내지 2.0%,
    P: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않음),
    S: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음),
    Al: 0.01 내지 0.10%,
    Nb: 0.015 내지 0.035%,
    Ti: 0.015 내지 0.03%,
    B: 0.0015 내지 0.0035% 및
    N: 0.0055 내지 0.01%를 함유하고, 추가로
    Cu: 2.0% 이하(0%를 포함함),
    Ni: 2.0% 이하(0%를 포함함),
    Cr: 1% 이하(O%를 포함함),
    Mo: 0.5% 이하(0%를 포함함) 및
    V: 0.1% 이하(0%를 포함함)를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한
    하기 수학식 1 및 2를 만족하는 것을 특징으로 하는, HAZ 인성 및 저온 모재 인성이 우수한 후강판.
    수학식 1
    Figure 112007011578283-PAT00011
    수학식 2
    Figure 112007011578283-PAT00012
    (식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    δ역의 온도 범위가 40℃ 이하인 후강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    깊이 t/4의 위치(t=판 두께)에 있어서, Ti계 탄질화물의 평균 입자 직경이 40nm 이하이고, Nb계 탄질화물의 평균 입자 직경이 60nm 이하인 후강판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로 Ca: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Mg: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음)를 함유하는 후강판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로 Zr: 0.1% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Hf: 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음)를 함유하는 후강판.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로 Co: 2.5% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 W: 2.5% 이하(0%를 포함하지 않음)를 함유하는 후강판.
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