KR20070116561A

KR20070116561A - Ｈａｚ 인성이 우수하고 용접 후 열처리에 의한 강도저하가 작은 강판

Info

Publication number: KR20070116561A
Application number: KR1020070054662A
Authority: KR
Inventors: 히로미치 오니시
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2007-12-10
Also published as: JP4878219B2; JP2007321228A; CN101086054A

Abstract

본 발명의 강판은, C: 0.01 내지 0.05%, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0.50 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.07%, Cr: 0.5 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.100%, V: 0.005 내지 0.10%, Ti: 0.005 내지 0.03%, 및 N: 0.002 내지 0.008%를 함유하고, P: 0.05% 이하, 및 S: 0.01% 이하로 규제되고, 식: X1 = (9[Nb]+4[V])+[C]로 표시되는 X1값이 0.005 내지 0.020의 범위내에 있고, 또한 베이나이트 분율이 90면적% 이상인 조직이다. 본 발명의 강판은, HAZ 인성이 우수하고, 또한 용접 후 열처리 후에 강도가 저하되기 어렵거나, 또는 반대로 강도가 향상된다.

Description

ＨＡＺ 인성이 우수하고 용접 후 열처리에 의한 강도 저하가 작은 강판{STEEL SHEETS HAVING SUPERIOR HAZ TOUGHNESS AND REDUCED LOWERING OF STRENGTH BY POST WELD HEAT TREATMENT}

도 1은 Nb, V 또는 Mo의 각 함유량(질량%)과 PWHT 전후의 인장 강도(TS)의 변화값(ΔTS = PWHT 후의 TS - PWHT 전의 TS)과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2는 X값(식 (4))과 ΔTS와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 X값(식 (4))과 -50℃에서의 샤르피 충격 시험에서의 흡수 에너지(vE_-50)와의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은, 비축용 탱크나 해양 구조물 등의 제조에 이용되는 강판에 관한 것이며, 구체적으로는 용접 및 용접 후 열처리(post weld heat treatment; PWHT)가 행해지는 경우에, 용접 열 영향부(heat affected zone; HAZ)의 인성이 우수하고, 또한 PWHT 후에 강도가 저하되기 어렵거나, 또는 반대로 강도가 향상되는 강판에 관한 것이다.

원유, 에틸렌, LPG 등의 비축용 탱크나 해양 구조물이란 용접 구조물을 제조할 때에는, 용접부의 잔류 응력을 저감시키기 위해, 600℃ 정도에서 수시간 유지하는 PWHT가 행해지는 경우가 있다. PWHT에서는, 대상물을 고온에서 장시간 유지하기 때문에 마이크로 조직이 파괴되어, PWHT 후에 강도 저하가 생기는 경우가 있다. 특히, 탄소량을 저감시킨 강재에서는 PWHT 후의 강도 저하가 문제가 된다.

PWHT 후의 강판 강도를 확보하기 위해서, 예컨대 일본 특허공개 제1987-93312호 공보는, 화학 성분 조성을 조정하는 것(특히 미량의 Nb에 더하여 Cu 및 Ni를 첨가하는 것), 및 압연 조건을 제어하는 것을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허공개 제1987-240713호 공보는 화학 성분 조성을 조정하는 것(특히 Nb 및 B를 복합 첨가하여, 베이나이트량을 많게 하는 것), 및 압연 조건을 제어하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 일본 특허공개 제1987-93312호 공보 및 일본 공개특허 제1987-240713호 공보에서는, C량의 상한을 0.18%로 규정하고 있는 바와 같이, C량을 저감화하는 것은 의도되고 있지 않다.

용접 구조물의 제조에서는, 효율의 관점에서, 대입열로 용접할 수 있는 강판이 요구되고 있으나, 대입열 용접에서는 HAZ 인성이 저하된다고 하는 문제가 생긴다. 이 문제는 C량을 극저화함으로써 개선할 수 있다고 알려져 있다. 예컨대, 일본 특허공개 제2002-47532호 공보에서는, 화학 성분 조성을 조정함으로써 특히 Mn, Cr, Mo, V 및 Nb량을 2.4≤[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo]≤4.5, [V]+[Nb]≤0.040을 만족 시키도록 조정하고, 또한 C량을 극저화하고, B를 첨가함으로써 강판의 내용접 균열성 및 대입열 HAZ 인성을 향상시키는 것이 개시되어 있다. 그러나, 일본 특허공개 제2002-47532호 공보는, PWHT 후의 강도 저하에 대하여 고려되고 있지 않다.

따라서, 본 발명이 달성하고자 하는 목적은, HAZ 인성이 우수하고, 또한 PWHT 후에 강도가 저하되기 어렵거나, 또는 반대로 강도가 향상되는 강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 강판이란,

C: 0.01 내지 0.05%(질량%의 의미, 이하 동일),

Si: 0.1 내지 1.0%,

Mn: 0.50 내지 2.0%,

Al: 0.01 내지 0.07%,

Cr: 0.5 내지 2.0%,

Nb: 0.005 내지 0.100%,

V: 0.005 내지 0.10%,

Ti: 0.005 내지 0.03%, 및

N: 0.002 내지 0.008%를 함유하고,

P: 0.05% 이하, 및

S: 0.01% 이하로 규제되고,

하기 식 (1)로 표시되는 X1값이 0.005 내지 0.020의 범위내에 있고, 또한 베이나이트 분율이 90면적% 이상인 조직인 것을 특징으로 하는, 용접 후 열처리가 실시되는 강판이다.

X1 = (9[Nb]+4[V])×[C] (1)

(상기 식에서, [Nb], [V] 및 [C]는 각각 Nb, V 및 C의 함유량(질량%)을 나타낸다.)

한편, 본 발명에 있어서 「용접 후 열처리가 실시되는 강판」이란, 본 발명의 강판의 용도가 용접 및 용접 후 열처리가 행해지는 용도(예컨대, 원유 등의 비축용 탱크 또는 해양 구조물 등의 용접 구조물의 제조)로 한정되는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 강판은, 추가로 Mo를 포함할 수도 있다. Mo를 포함하는 본 발명의 바람직한 강판이란,

C: 0.01 내지 0.05%,

Si: 0.1 내지 1.0%,

Mn: 0.50 내지 2.0%,

Al: 0.01 내지 0.07%,

Cr: 0.5 내지 2.0%,

Nb: 0.005 내지 0.100%,

V: 0.005 내지 0.10%,

Mo: 0.03 내지 0.5%,

Ti: 0.005 내지 0.03%, 및

N: 0.002 내지 0.008%를 함유하고,

P: 0.05% 이하, 및

S: 0.01% 이하로 규제되고,

하기 식 (2)로 표시되는 X2값이 0.005 내지 0.020의 범위내에 있고, 또한 베이나이트 분율이 90면적% 이상인 조직인 것을 특징으로 하는, 용접 후 열처리가 실시되는 강판이다.

X2 = (9[Nb]+4[V]+[Mo])×[C] (2)

(상기 식에서, [Nb], [V], [Mo] 및 [C]는 각각 Nb, V, Mo 및 C의 함유량(질량%)을 나타낸다.)

본 발명의 강판에는, 상기 성분 외에, 필요에 따라 추가로, (1) B: 0.0005 내지 0.0040%, (2) Cu: 0.05 내지 3.0% 및/또는 Ni: 0.05 내지 3.0%, (3) W: 0.01 내지 0.5%, (4) Ca: 0.0005 내지 0.005% 및/또는 희토류 원소: 0.0003 내지 0.003%, (5) Zr: 0.001 내지 0.005%, 및/또는 (6) Mg: 0.001 내지 0.005% 등을 함유시키는 것도 유효하며, 함유시키는 성분의 종류에 따라 강판의 특성이 추가로 개선된다.

C량을 극저화시키고, 또한 Nb 및 V, 추가로 필요에 따라 Mo를 적정량 첨가함으로써, 대입열 HAZ 인성이 우수하고 또한 PWHT 후에 강도가 저하되기 어렵거나, 또는 반대로 강도가 향상되는 강판을 제조할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

종래, C를 비교적 다량으로 포함하는 강판에서는, PWHT 후의 강도 저하를 막기 위해, 석출 강화 원소를 함유시키는 것이 알려져 있었다. 그러나, 대입열 HAZ 인성을 향상시키기 위해서 C량을 극저화한 강판에서는, 석출물(특히 탄화물)이 생성되기 어렵다고 생각되고 있고, 지금까지 PWHT 후의 강도 저하와 석출 강화 원소와의 관계는 분명하지 않았다. 그 때문에, HAZ 인성이 우수하고, 또한 PWHT 후의 강도 저하가 억제된 극저 C 강판은 얻어지고 있지 않았다.

이들 2개의 특성을 겸한 강판을 제조하기 위해, 다양한 석출 강화 원소의 영향을 조사한 바, 극저 C 강판에서는 PWHT 후의 강도 저하를 억제하기 위해 Nb, V 및 Mo가 특히 유효하다는 것을 발견했다.

Nb, V 및 Mo는, 특히 C와 탄화물을 형성하여, PWHT 후의 강도 저하의 억제에 기여하고 있다고 생각된다. 그래서, C량과 Nb, V 또는 Mo와의 곱을 합계한 하기 식 (3)으로 표시되는 파라미터 X3을 생각해 내었다:

X3 = (α[Nb]+β[V]+γ[Mo])×[C] (3)

(상기 식에서, [Nb], [V], [Mo] 및 [C]는 각각 Nb, V, Mo 및 C의 함유량(질량%)을 나타내고, α, β 및 γ는 정수를 나타낸다.)

그리고, 상기 식 (3) 중에서의 Nb, V 및 Mo의 각 함유량에 대한 계수(α, β 및 γ)를 정하기 위해, 이들 중 1종의 함유량만을 변화시키고, 그 밖의 원소는 동일하게 한 강판을 이용하여, PWHT 전후의 인장 강도(TS)의 변화값(ΔTS = PWHT 후의 TS-PWHT 전의 TS)을 측정하였다(또한, TS는 이하의 실시예에 기재된 것과 동일한 방법에 의해 측정했다). 그리고, 각 원소(Nb, V 또는 Mo)의 함유량을 가로축 에, ΔTS를 세로축에 취한 직선의 그래프를 작성하고(도 1), 이 직선의 기울기 비로부터, α=9, β=4 및 γ=1로 정하여, 하기 식 (4)로 표시되는 파라미터 X를 정하였다:

X = (9[Nb]+4[V]+[Mo])×[C] (4)

다음으로, PWHT 후의 강도 저하가 억제되고, 또한 대입열 HAZ 인성 둘다 우수한 강판을, 파라미터 X(상기 식 (4))로 특정하기 위해, 60킬로급 이상의 강도가 되도록 성분 조성을 조정한 강편(표 1)을 1100℃로 가열하고, 압연 마무리 온도 800℃에서 열간 압연을 종료한 후, 공냉하여 판 두께 20㎜의 강판을 제작했다.

이들 강판을 이용하여, PWHT 전후의 ΔTS, 및 HAZ 인성의 지표로서 -50℃에서의 샤르피 충격 시험에서의 흡수 에너지(vE_-50)를 측정하였다(한편, TS 및 VE_-50은 이하의 실시예에 기재된 것과 동일한 방법에 의해 측정했다). 결과를 표 2에 나타낸다. X값과 ΔTS, 및 X값과 vE_-50은 이하의 도 2 및 3에 나타내는 관계에 있다.

즉, 상기 식 (4)로 표시되는 X값이 커질수록, PWHT 후의 강도 저하가 적고, 또는 반대로 강도가 상승한다. 그러나, X값이 커질수록, HAZ 인성(vE_-50)이 저하된다. 그래서, PWHT 후의 강도 저하의 억제 및 HAZ 인성 둘다 우수한 극저 C 강판을 수득하기 위해서, 본 발명에 있어서, X값을 0.005 이상, 바람직하게는 0.007 이상, 보다 바람직하게는 0.010 이상이며, 0.020 이하, 바람직하게는 0.018 이하, 보다 바람직하게는 0.015 이하로 정하였다. 한편, 본 발명의 강판이 Mo를 포함하지 않는 경우, 상기 식 (4)의 X값은 상기 식 (1)의 X1값과 일치하고, Mo를 포함하는 경우, X값은 상기 식 (2)의 X2값과 일치한다. 이하, X1값 및 X2값을 정리하여, 「X값」으로서 설명한다.

본 발명의 강판은, 베이나이트 조직을 기본으로 하는 것도 특징으로 한다. 이러한 베이나이트 조직은 극저 C에도 불구하고 570MPa 이상의 강도를 확보하기 위해서도 유용하다. 일반적으로, 라인 파이프 등에 있어서는 페라이트 조직을 주체로 함으로써 고강도를 실현하고 있으나, 페라이트 조직에서는 저온 압연을 실시함으로써, 미세한 페라이트로서 고강도를 실현할 필요가 있다. 이에 반해, 베이나이트 조직에서는, 고온 압연에서도 고강도가 실현될 수 있어, 생산성 향상을 도모하는데 있어서도 유용하다. 단, 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, 반드시 100면적%가 베이나이트 조직일 필요는 없고, 베이나이트 분율로 90면적% 이상이면 좋다. 베이나이트 이외의 조직으로서는 마르텐사이트나 페라이트 등을 들 수 있다.

한편, 본 발명에서의 베이나이트 조직은, 상부 또는 하부 베이나이트에 더하여, 「강의 베이나이트 사진집-1」[일본철강협회 베이나이트 조사연구회편: (1992). 4]에 소개되어 있는 베이니틱 페라이트 또는 그래뉼러 베이니틱 페라이트를 포함하는 것이다. 이들 C량을 극저화한 베이나이트 조직(극저 C 베이나이트 조직)은 강도·인성이 우수하고, 본 발명에서 규정하는 화학 조성의 범위로 하는 동시에, 적절한 조건에서 제조함으로써 얻을 수 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같이 X값을 적절하게 규정하는 동시에, 베이나이트를 주체로 하는 조직으로 함으로써, 우수한 HAZ 인성 및 PWHT 후의 강도 저하가 억제된 강판을 제공하고자 하는 것이다. 그러나, 이들 특성, 및 우수한 강도 및 모재 인성을 달성하기 위해서는, X값 및 베이나이트 분율 뿐만 아니라 강판의 화학 조성을 적정히 조정하는 것도 중요하다. 따라서, 이하에서는, 본 발명의 강판의 화학 성분 조성에 대하여 설명한다.

<C: 0.01 내지 0.05%>

C는 강의 강도를 증대시키는데 유효한 원소이다. 또한, 탄화물을 석출시켜 PWHT 후의 강도 저하를 억제하기 위해 필요한 원소이다. 원하는 강도를 확보하기 위해, 및 PWHT 후의 강도 저하를 충분히 억제하기 위해, C량은 0.01% 이상, 바람직하게는 0.02% 이상이다. 그러나, C를 과잉으로 함유시키면, 탄화물이 조대해지고, 또한 섬 형상 마르텐사이트 상(M-A 상)이나 세멘타이트가 다량으로 형성되어 인성이 저하될 우려가 있다. 따라서, C량은 0.05% 이하, 바람직하게는 0.04% 이하이다.

<Si: 0.1 내지 1.0%>

Si는 냉각 조건에 의존하지 않고 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시키는데 유효한 원소이다. 이 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Si를 0.1% 이상, 바람직하게는 0.2% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, 과잉으로 함유시키면, 강재(모재)에 M-A 상을 다량으로 석출시켜 인성을 열화시킨다. 따라서, Si량의 상한을 1.0%로 정하였다. 바람직한 상한은 0.5%이다.

<Mn: 0.50 내지 2.0%>

Mn은 극저 C 베이나이트 조직을 생성시켜 강재를 강화하는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Mn량은 0.50% 이상, 바람직하게는 0.7% 이상이다. 그러나 Mn을 과잉으로 함유시키면, 모재의 인성 열화를 야기한다. 따라서, Mn량은 2.0% 이하, 바람직하게는 1.8% 이하이다.

<P: 0.05% 이하>

P는 결정립으로 편석하고, 연성이나 인성에 유해하게 작용하는 불가피적 불순물이기 때문에, 가능한 한 적은 쪽이 바람직하지만, 불가피적으로 강재에 혼입된다. 그래서, P량을 0.05% 이하, 바람직하게는 0.01% 이하로 하는 것이 추장된다.

<S: 0.01% 이하>

S는 강재 중의 합금 원소와 반응하여 각종 개재물을 형성하고, 강재의 연성이나 인성에 유해하게 작용하는 불순물이기 때문에, 가능한 한 적은 쪽이 바람직하다. 그러나, S도 P와 마찬가지로 불가피적으로 혼입된다. 그래서, S량을 0.02% 이하, 바람직하게는 0.005% 이하로 하는 것이 추장된다.

<Al: 0.01 내지 0.07%>

Al은 탈산제로서 유효한 원소이다. 또한 Al은, 강 중의 N을 고정화함으로써 B의 고용량을 증가시켜, B의 담금질성 향상 작용을 돕는 원소이기도 하다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Al량은 0.01% 이상, 바람직하게는 0.02% 이상이다. 그러나, 과잉으로 포함되면, Si와 마찬가지로, 모재 조직 중에 섬 형상 마르텐사이트 상(M-A 상)을 다량으로 석출시켜, 인성을 열화시킨다. 따라서, Al량은 0.07% 이하, 바람직하게는 0.05% 이하이다.

<Cr: 0.5 내지 2.0%>

Cr은 극저 C 베이나이트 조직을 얻기 위해 중요하고, 또한 HAZ 조직에서의 베이나이트 블록 사이즈를 저감시키기 위해서도 유효한 원소이다. 또한, 담금질성을 향상시켜 강재의 강도를 확보하는데에 있어서도 유효한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Cr량은 0.5% 이상, 바람직하게는 0.7% 이상이다. 그러나, Cr량이 과잉으로 되면, 모재 인성이 열화된다. 따라서, Cr량은 2.0% 이하, 바람직하게는 1.8% 이하이다.

<Nb: 0.005 내지 0.100%>

Nb는 극저 C 베이나이트 조직을 얻기 위해 유효하며, 또한 PWHT 후의 강도 저하를 억제하기 위해 중요한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Nb량은 0.005% 이상, 바람직하게는 0.008% 이상이다. 그러나 Nb량이 과잉으로 되면, 그 석출물이 조대해져 인성을 열화시킨다. 따라서, Nb량은 0.100% 이하, 보다 바람직하게는 0.07% 이하이다.

<V: 0.005 내지 0.10%>

V는 강도 확보에 유효하고, 또한 PWHT 후의 강도 저하를 억제하기 위해 중요한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, V량은 0.005% 이상, 바람직하게는 0.008% 이상이다. 그러나, V량이 과잉으로 되면, HAZ에서 석출물이 형성되어, HAZ 인성이 열화된다. 따라서, V량은 0.10% 이하, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다.

<Mo: 0.03 내지 0.5%>

Mo는 강도 향상에 유효하고, 또한 PWHT 후의 강도 저하를 억제하기 위해서도 유효한 원소이지만, 본 발명의 강판에 있어서 필수 원소가 아니고, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 그 효과를 충분히 발휘시키기 위해서, Mo를 바람직하게는 0.03% 이상, 보다 바람직하게는 0.06% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 단, Mo량이 과잉으로 되면, 인성이 열화된다. 그래서, Mo를 함유시키는 경우, 그 양은 0.5% 이하, 바람직하게는 0.2% 이하이다.

<Ti: 0.005 내지 0.03%>

Ti는 N과 함께 질화물을 형성함으로써, 대입열 용접시에 구 오스테나이트립의 조대화를 억제하여, HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Ti량은 0.005% 이상, 바람직하게는 0.010% 이상이다. 그러나, Ti를 과잉으로 함유시키면, 조대한 개재물을 석출시켜, 오히려 HAZ 인성을 열화시킨다. 따라서, Ti량은 0.03% 이하, 바람직하게는 0.025% 이하이다.

<N: 0.002 내지 0.008%>

N은 Ti와 함께 미세한 TiN을 형성하여, 대입열 용접에 있어서 구 오스테나이트립의 조대화를 방지하여 HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, N량은 0.002% 이상, 바람직하게는 0.003% 이상이다. 그러나, N량이 과잉으로 되면, 조대한 TiN이 석출되어 인성이 열화된다. 따라서, N량은 0.008% 이하, 바람직하게는 0.006% 이하이다.

본 발명의 강판의 기본 성분 조성은 상기한 바와 같고, 잔부는 실질적으로 Fe이다. 단, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 혼입되는 불가피 불순물이 강판 중에 포함되는 것은 당연히 허용된다. 또한, 본 발명의 강판은 필요에 따라 이하의 임의 원소를 함유하고 있어도 좋다.

<B: 0.0005 내지 0.0040%>

B는 극저 C 베이나이트 조직을 얻기 위해, 및 강도 향상을 위해 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, B는 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, B를 과잉으로 함유시키면, 그 효과가 포화되어 버려 오히려 HAZ 인성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우, 그 양은 0.0040% 이하, 바람직하게는 0.0025% 이하이다.

<Cu: 0.05 내지 3.0% 및/또는 Ni: 0.05 내지 3.0%>

Cu 및 Ni는 HAZ 인성을 손상하는 일 없이, 모재 강도를 향상시키는 원소 이며, 필요에 따라, 이들 하나 또는 둘다를 함유시킬 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Cu를 바람직하게는 0.05% 이상, 보다 바람직하게는 0.10% 이상, 더욱 바람직하게는 0.5% 이상의 양으로, Ni를 바람직하게는 0.05% 이상, 보다 바람직하게는 0.10% 이상, 더욱 바람직하게는 0.5% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, 이들 원소를 지나치게 함유시키면, 용접시에 섬 형상 마르텐사이트 상(M-A 상)의 생성이 촉진되어, HAZ 인성이 열화된다. 그래서, Cu 및/또는 Ni를 함유시키는 경우, Cu량은 3.0% 이하, 바람직하게는 1% 이하이며, Ni량은 3.0% 이하, 바람직하게는 2% 이하이다.

<W: 0.01 내지 0.5%>

W는 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 특히, W는 Ti나 Ni와 공존시키는 것이 바람직하다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해서, W를 바람직하게는 0.01% 이상, 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더욱 바람직하게는 0.10% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, W량이 과잉으로 되어도 그 효과는 포화된다. 따라서, W를 함유시키는 경우, 그 양은 0.5% 이하, 바람직하게는 0.3% 이하이다.

<Ca: 0.0005 내지 0.005% 및/또는 희토류 원소: 0.0003 내지 0.003%>

Ca 및 희토류 원소(이하, 「REM」으로 생략한다)는 개재물 형상의 이방성을 저감시켜, HAZ 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Ca를 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상의 양으로, REM을 바람직하게는 0.0003% 이상, 보다 바람직하게는 0.0006% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, 이들 원소를 과잉으로 함유시키면, 개재물이 조대화되어, HAZ 인성이 오히려 열화된다. 그래서, Ca 및/또는 REM을 함유시키는 경우, Ca량은 0.005%% 이하, 바람직하게는 0.004% 이하이며, REM량은 0.003% 이하, 바람직하게는 0.002% 이하이다.

<Zr: 0.001 내지 0.005%>

Zr은 질화물이나 산화물을 형성하고, HAZ의 구 오스테나이트립의 조대화를 억제함으로써, HAZ 인성을 향상시키기 위해 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Zr을 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.002% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, Zr량이 과잉으로 되면, 오히려 HAZ 인성이 열화된다. 그래서, Zr를 함유시키는 경우, 그 양은 0.005% 이하, 바람직하게는 0.004% 이하이다.

<Mg: 0.001 내지 0.005%>

Mg는 TiN 석출의 핵이 되는 산화물을 미세 분산시켜, HAZ 인성을 향상시키기 위해 유효한 원소이며, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Mg를 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.002% 이상의 양으로 함유시키는 것이 추장된다. 그러나, Mg량이 과잉으로 되면, 조대한 개재물이 형성되어, 오히려 인성이 열화된다. 따라서, Mg를 함유시키는 경우, 그 양은 0.005% 이하, 바람직하게는 0.004% 이하이다.

본 발명의 강판을 제조하기 위해서는, 기본적으로는 상기와 같은 화학 성분 조성을 만족시키는 주편 또는 강편을 연주법이나 조괴법에 의해 제작하고, 이것을 열간 압연-냉각-열처리의 통상의 방법에 의해 제조할 수 있지만, 특히 극저 C 베이나이트 조직을 얻기 위해서는, 하기 (A) 또는 (B)의 공정을 포함하는 방법에 의해 제조하는 것이 바람직하다.

(A) 주편 또는 강편을 950 내지 1300℃로 가열하고, 압연 마무리 온도 700℃이상에서 열간 압연을 종료한 후, 공냉한다.

(B) 주편 또는 강편을 950 내지 1300℃로 가열하고, 압연 마무리 온도 700℃ 이상에서 열간 압연을 종료한 후, 냉각 속도 1 내지 50℃/초로 500℃ 이하까지 수냉각한다.

상기 (A) 및 (B)의 공정에서, 가열 온도가 지나치게 낮으면, 합금 원소가 충분히 고용되지 않아, 합금 원소에 의한 원하는 효과가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에, 950℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가열 온도가 지나치게 높으면, 오스테나이트립이 조대화되어 버려, 결과적으로 강판의 인성이 저하된다. 그래서, 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 압연 마무리 온도는 생산성의 관점에서 700℃ 이상인 것이 바람직하다.

열간 압연을 종료한 후에는, 공냉함으로써도 페라이트 변태를 억제하는 성분설계로 되어 있기 때문에 베이나이트 조직이 얻어지지만, 경우에 따라서는 냉각 속도 1 내지 50℃/초로 500℃ 이하까지 가속 냉각할 수도 있다. 그렇게 함으로써 조직이 과냉 상태가 되어, 양호한 극저 C 베이나이트 조직이 얻어지기 때문이다. 또한, 가속 냉각을 실시하는 경우에는, 베이나이트 조직의 생성이 완료할 때까지 냉각할 필요가 있기 때문에, 500℃ 이하까지 냉각하는 것이 추장된다.

또한, 상기 제조 공정에 덧붙여, 필요에 따라 500 내지 700℃의 온도 영역에서 템퍼링 처리를 실시하는 것도 유용하며, 이에 의해 추가로 인성이 높아진다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니며, 상·하기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

진공 용해재로부터의 용제에 의해, 하기 표 3에 나타내는 화학 성분 조성을 만족시키는 강편을 제작하고, 하기 표 4에 나타내는 열간 압연-냉각-열처리 조건에 의해 강판을 제조했다.

수득된 각 강판에 대하여, 베이나이트 분율, 강판의 인장 강도(TS) 및 PWHT에 의한 인장 강도의 변화값(ΔTS), 모재 인성(파면 천이 온도 vTrs), 및 HAZ 인성(vE_-50)을 하기 방법에 의해서 측정했다. 이들 결과를 표 5에 기재한다. 한편, 화학 성분 조성으로부터 계산한 X값도 표 5에 기재한다.

<베이나이트 분율>

강판의 t/4(t는 판 두께) 부위로부터 경면 연마 후 시험편을 채취하고, 이것을 2% 질산-에탄올 용액(나이탈 용액)으로 에칭한 후, 5 시야에 있어서 광학 현미경을 이용하여 400배로 관찰하고, 화상 해석에 의해 강 조직 중의 베이나이트 분율(면적%)을 측정했다. 이 때, 페라이트 이외의 라스 상 조직은 모두 베이나이트로 간주하였다.

<강판의 인장 강도(TS) 및 PWHT에 의한 인장 강도의 변화값>

PWHT를 행하기 전의 강판의 t/4(t는 판 두께) 부위로부터, JIS Z 22014호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 따라서 인장 시험을 행함으로써, 인장 강도(TS)를 측정했다. 이 시험에서는 TS≥570MPa를 합격으로 했다.

이어서, 강판에 대하여, 2회의 PWHT를 각각 600℃ 및 「판 두께(inch)×1시간」의 유지 시간의 조건으로 행한 후, 강판의 t/4(t는 판 두께) 부위로부터, JIS Z 2201 4호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 따라 인장 시험을 행함으로써, PWHT 후의 인장 강도(TS)를 측정하고, PWHT에 의한 인장 강도의 변화값(ΔTS=PWHT 후의 TS-PWHT 전의 TS)을 구했다. 이 시험에서는, ΔTS≥-15MPa를 합격으로 했다.

<모재 인성(vTrs)>

강판의 t/4(t는 판 두께) 부위로부터 JIS Z 2242에 따라 V 노치 시험편을 채취하여 샤르피 충격 시험을 행하고, 샤르피 시험편의 취성 파면율이 50%가 되는 온도를 파면 천이 온도(vTrs)로 하여 근사에 의해 구하였다. 이 시험에서는, vTrs≤-50℃를 합격으로 했다.

HAZ 재현 시험을 행하였다. 강판으로부터 채취한 시험편(12.5×32×55(㎜)의 시험편을 각 5개 채취)에, 1400℃×5초 가열 후, 800 내지 500℃까지를 40초로 냉각하는 열 사이클 시험(입열량 5kJ/㎜에 상당)을 행했다. 그 후, 각 시험편으로부터 2개의 샤르피 시험편을 채취하고, 각 강판에 있어서 각 10개에서 -50℃에서의 흡수 에너지를 측정하고, 그 평균치를 vE_-50으로 구했다. 이 시험에서는 vE_-50≥100J 이상을 합격으로 했다.

표 3 내지 5의 결과로부터, 본 발명의 각 요건(화학 성분 조성 X값 및 베이나이트 분율)을 만족시키는 강판 No. 1 내지 11은, 용접 전에 있어서 우수한 인장 강도 및 모재 인성을 나타내는 것에 덧붙여, 용접 및 PWHT 후에도 인장 강도의 저하가 충분히 억제되거나, 또는 반대로 강도가 향상되고 또한 HAZ 인성이 우수한 것임을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 요건의 어느 하나를 만족하지 않는 강판 No. 12 내지 31에서는 양호한 결과가 얻어지고 있지 않다.

구체적으로는, 강판 No. 12는, C량이 많기 때문에 극저 C 베이나이트 강이 되지 않고, 모재 인성이 열화되어 있다. 또한 HAZ 인성도 나쁘다.

강판 No. 13은, Si량이 많기 때문에 강재 중에 M-A 상이 다량으로 석출되어, 모재 및 HAZ 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 14는, Mn량이 적기 때문에 극저 C 베이나이트 강이 되지 않고, 강도가 낮다.

강판 No. 15는, Mn량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 16은, Cr량이 적기 때문에 극저 C 베이나이트 강이 되지 않고, 강도가 낮다.

강판 No. 17은, Cr량이 많기 때문에 모재 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 18은, Ti량이 많기 때문에 조대 개재물이 강재 중에 석출되고, 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 19는, B량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 20은, Mo량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 21은, V량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 22는, Cu량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 23은, Ni량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 24는, Nb량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 25는, Ca량이 많기 때문에 인성이 열화되어 있다.

강판 No. 26 내지 28은, X값이 본 발명에서 규정하는 하한 미만이며, PWHT에 의한 강도 저하가 크다(ΔTS가 작다)

강판 No. 29 내지 31은, X값이 본 발명에서 규정하는 상한을 넘고 있어, HAZ 인성이 낮다.

본 발명에 의한 강판은 HAZ 인성이 우수하고, 또한 PWHT 후에 강도가 저하되기 어렵거나, 또는 반대로 강도가 향상되는 효과를 발휘한다.

Claims

C: 0.01 내지 0.05%(질량%의 의미, 이하 동일),

Si: 0.1 내지 1.0%,

Mn: 0.50 내지 2.0%,

Al: 0.01 내지 0.07%,

Cr: 0.5 내지 2.0%,

Nb: 0.005 내지 0.100%,

V: 0.005 내지 0.10%,

Ti: 0.005 내지 0.03%, 및

N: 0.002 내지 0.008%를 함유하고,

P: 0.05% 이하, 및

S: 0.01% 이하로 규제되고,

하기 식 (1)로 표시되는 X1값이 0.005 내지 0.020의 범위내에 있고, 또한 베이나이트 분율이 90면적% 이상인 조직인, 용접 후 열처리가 실시되는 강판.

X1 = (9[Nb]+4[V])×[C] (1)

(상기 식에서, [Nb], [V] 및 [C]는 각각 Nb, V 및 C의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
C: 0.01 내지 0.05%(질량%의 의미, 이하 동일),

Si: 0.1 내지 1.0%,

Mn: 0.50 내지 2.0%,

Al: 0.01 내지 0.07%,

Cr: 0.5 내지 2.0%,

Nb: 0.005 내지 0.100%,

V: 0.005 내지 0.10%,

Mo: 0.03 내지 0.5%,

Ti: 0.005 내지 0.03%, 및

N: 0.002 내지 0.008%를 함유하고,

P: 0.05% 이하, 및

S: 0.01% 이하로 규제되고,

하기 식 (2)로 표시되는 X2값이 0.005 내지 0.020의 범위내에 있고, 또한 베이나이트 분율이 90면적% 이상인 조직인, 용접 후 열처리가 실시되는 강판.

X2 = (9[Nb]+4[V]+[Mo])×[C] (2)

(상기 식에서, [Nb], [V], [Mo] 및 [C]는 각각 Nb, V, Mo 및 C의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

추가로 B: 0.0005 내지 0.0040%를 함유하는 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

Cu: 0.05 내지 3.0% 및 Ni: 0.05 내지 3.0% 중 적어도 하나를 함유하는 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

W: 0.01 내지 0.5%를 함유하는 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

Ca: 0.0005 내지 0.005% 및 희토류 원소: 0.0003 내지 0.003% 중 적어도 하나를 함유하는 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

Zr: 0.001 내지 0.005%를 함유하는 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

Mg: 0.001 내지 0.005%를 함유하는 강판.