KR20090090254A - 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법 - Google Patents

용접열 영향부의 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

대입열 용접을 행한 경우에도 HAZ 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법을 제공한다.
강재의 조성으로서, 특히 Zr과 REM 및/또는 Ca를 함유하고, 또한 (a) 상기 강재는 Zr과 REM 및/또는 Ca를 함유하는 산화물을 포함하고, (b) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물로서 환산했을 때 ZrO2 : 5 내지 50％와, REM의 산화물 : 10 내지 50％ 및/또는 CaO : 5 내지 50％를 만족하는 동시에, (c) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물 중 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 산화물이 1㎟당 120개 이상이며, 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과의 산화물이 1㎟당 5개 이하로 하면 된다.
인성, 강재, 단독 산화물, 전체 산화물, 용접

Description

용접열 영향부의 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법 {STEEL MATERIALS HAVING SUPERIOR TOUGHNESS IN WELDHEAT-AFFECTED ZONE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 교량이나 고층 건조물, 선박 등에 사용되는 강재에 관한 것으로, 특히 대입열 용접의 용접열 영향부(이하, 단순히 「HAZ」라고 부르는 경우가 있다)의 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 상기 각종 용접 구조물의 대형화에 수반하여 판 두께가 50㎜ 이상인 후강판의 용접이 불가피해지고 있다. 이 때문에, 모든 분야에 있어서 용접 시공 효율의 향상이나 시공 비용의 저감을 목적으로 하여 대입열 용접이 지향되는 상황이다. 그러나, 대입열 용접을 행하면 HAZ가 고온의 오스테나이트 영역까지 가열되고나서 서냉되므로, 가열 시에 오스테나이트립 성장, 서랭 시에 있어서의 오스테나이트 입계로부터의 입계 페라이트 생성에 기인하여 HAZ의 조직이 조대화되어, 그 부분의 인성이 열화되기 쉽다고 하는 문제가 있다. 이러한 이유로, 대입열 용접을 실시해도 HAZ에 있어서의 인성(이하, 「HAZ 인성」이라고 부르는 경우가 있다)을 높은 수준으로 유지하는 기술의 확립이 기대되고 있다.
HAZ 인성을 개선하기 위해 적용되는 대표적인 기술로서, 산화물이나 질화물 등의 개재물을 기점으로 한 입자내 페라이트 변태 촉진에 의한 조직 미세화 기술을 들 수 있다. 이 기술은, 용접 종료 후의 냉각 시에 있어서, 입자 내에 존재하는 상기 개재물에 의해 미세한 페라이트 변태 조직을 발달시켜, 조대한 입계 페라이트의 생성을 억제하고, 이에 의해 HAZ 인성을 확보하는 것이다. 상기 개재물 중에서도 특히 산화물은 열적으로 안정되어 있기 때문에, 대입열, 혹은 초대입열 용접을 행해도 우수한 HAZ 인성을 확보할 수 있다는 이점을 갖고 있다.
산화물을 이용한 기술로서, 특허 문헌1에는 O 농도와 Ca 농도를 제어함으로써 MnS를 복합 석출시킨 Ti 함유 산화물을 미세하게 분산시키고, 그것을 핵으로 하는 입자내 페라이트 변태를 촉진하는(즉, 조대한 입계 페라이트 생성을 억제하는) 기술이 제안되어 있다. 특허 문헌2에는 Ti와 Mg를 복합 첨가한 계이며, 입자내 페라이트 핵이 되는 Ti 함유 산화물과 MnS의 복합체를 생성시킴으로써 HAZ 인성이 우수한 용접용 고장력 강을 얻는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌3에는 REM의 산화물 및/또는 CaO와, ZrO2를 소정량 생성시킴으로써 HAZ 인성이 우수한 강재를 얻는 기술이 개시되어 있다.
<특허 문헌1> 일본 특개평6-200319호 공보
<특허 문헌2> 일본 특개평9-157787호 공보
<특허 문헌3> 일본 특허 출원 공개2007-100213호 공보
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 대입열 용접을 행한 경우에도 HAZ 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 관한 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재란, C : 0.02 내지 0.12％(「질량％」의 의미. 이하 동일), Si : 0.50％ 이하(0％를 포함한다), Mn : 1 내지 2.0％, Ti : 0.005 내지 0.10％, P : 0.030％ 이하(0％를 포함한다), S : 0.020％ 이하(0％를 포함한다), Al : 0, 05％ 이하(0％를 포함한다), N : 0.0040 내지 0.030％, O : 0.0005 내지 0.010％를 만족하는 동시에, 또한 Zr : 0.0002 내지 0.050％와, REM : 0.0002 내지 0.050％ 및/또는 Ca : 0.0005 내지 0.010％를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강재이며, 또한 (a) 상기 강재는 Zr과 REM 및/또는 Ca를 함유하는 산화물을 포함하고, (b) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물로서 환산했을 때 ZrO2 : 5 내지 50％와, REM의 산화물(REM을 M의 기호로 나타내면 M2O3) : 10 내지 50％, 및/또는 CaO : 5 내지 50％를 만족하는 동시에, (c) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물 중 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 산화물이 1㎟당 120개 이상이며, 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과의 산화물이 1㎟당 5개 이하인 점에 요지를 갖는다.
상기 강재는 또한 다른 원소로서,
(1) Ni : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 Cu : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
(2) Cr : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 Mo : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
(3) Nb : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
(4) B : 0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
등의 원소를 함유해도 된다.
상기 강재는 용존 산소량이 0.0010 내지 0.0060％인 용강을 조정하는 공정(1)과, 상기 용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070％로 조정하는 공정(2)과, Ti를 첨가한 후, Zr과 REM 및/또는 Ca를 첨가하는 공정(3)을 순차적으로 포함함으로써 제조할 수 있다. 상기 공정(3) 후에는 40분을 초과하지 않는 범위에서 용강을 교반하는 공정(4)을 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 입자내 페라이트 변태의 핵이 되는 산화물(ZrO2과, REM의 산화물 및/또는 CaO의 산화물이며, 바람직하게는 Ti2O3을 더 함유하는 산화물)이 소정량 생성되어 있는 동시에, 강재 중에 존재하는 산화물의 크기와 개수(입도 분포)도 적절하게 제어되어 있으며, 특히 HAZ 인성의 저하를 초래하는 조대한 산화물의 생성이 유의하게 억제되고 있기 때문에, 대입열량으로 용접을 행해도 HAZ 인성을 개선할 수 있다.
본 발명은, 특허 문헌3에 개시된 입자내 페라이트 변태 기술을 개변하여 보다 큰 입열량으로 용접을 행해도 HAZ 인성이 우수한 강재를 얻기 위한 기술에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 특허 문헌3에는 ZrO2와, REM의 산화물 및/또는 CaO의 산화물을 입자내 페라이트 변태의 핵(기점)으로서 이용한 강재가 개시되어 있다. 상기한 산화물은 열적으로 안정되어 있어, 예를 들어 1400℃ 레벨의 고온에 장시간 노출시켜도 고용되어 소실되지 않기 때문에, 대입열 용접, 혹은 초대입열 용접을 행해도 그 기능을 손상시키는 일은 없다고 생각된다.
그리고, 본 발명자들의 검토 결과에 따르면 당해 강재 중의 전체 산화물(입자내 페라이트 변태의 핵이 되는 상기 산화물에 한정되지 않고, 모든 산화물을 대상으로 한다)의 크기와 개수가 HAZ 인성의 향상에 깊이 관여하고 있으며, 특히 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과의 조대한 산화물을 5개 이하로 억제하면 입열량이 대개 50kJ/㎜ 정도의 대입열 용접을 행해도 HAZ 인성이 우수한 강재가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.
본 명세서에서는 입자내 페라이트 변태의 핵이 되는 산화물, 즉 「ZrO2와, REM의 산화물(REM을 M으로 나타내면 M2O3) 및/또는 CaO」의 산화물과, 강재 중에 포 함되는 모든 산화물을 구별하기 위해, 설명의 편의상 전자를 특히 「Zr·REM/Ca계 산화물」이라고 부르고, 후자를 특히 「전체 산화물」이라고 부르는 경우가 있다. 또한, 상기한 「ZT·REM/Ca계 산화물」을 구성하는 필수 성분(Zr과 REM 및/ 또는 Ca)을, 특히 입자내 페라이트 변태 핵 생성 원소라고 부르는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서는 강재에 포함되는 전체 산화물 중 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 산화물을 「미세한 산화물」이라고 부르고, 한편 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과의 산화물을 「조대한 산화물」이라고 부르는 경우가 있다.
본 발명에 따르면, 조대한 산화물의 개수가 현저하게 억제되고 있기 때문에 특허 문헌3의 실시예에 개시된 HAZ 인성 평가 방법(1400℃의 가열 온도로 5초간 유지한 후, 800℃로부터 500℃로 300초 동안 냉각함으로써 열사이클을 부여하여 -40℃에 있어서의 흡수 에너지를 측정하는 방법)보다도 큰 입열량으로 용접을 행해도 HAZ 인성을 향상시킬 수 있다(후기하는 실시예를 참조).
[(a) Zr·REM/Ca계 산화물에 대해]
우선, 입자내 페라이트 변태의 기점이 되는 Zr·REM/Ca계 산화물에 대해 설명한다. 상기한 Zr·REM/Ca계 산화물은 Zr의 산화물을 반드시 포함하고 있으며, 또한 REM의 산화물 혹은 Ca의 산화물 중 어느 한 쪽, 또는 REM의 산화물 및 Ca의 산화물의 양 쪽을 포함하고 있는 것을 의미하고 있다. Zr·REM/Ca계 산화물을 구성하는 원소(입자내 페라이트 변태 핵 생성 원소)는 Zr과 REM 및/또는 Ca이나, 상기 이외에, 예를 들어 Ti, Mn, Si, Al 등의 산화물 형성 원소나, 그 밖의 강중 성분을 함유하고 있어도 된다.
상기 Zr·REM/Ca계 산화물의 존재 형태는 특별히 한정되지 않고, 입자내 페라이트 변태 핵 생성 원소를 단독으로 함유하는 단독 산화물로서 존재하고 있어도 되며, 입자내 페라이트 변태 핵 생성 원소의 2종 이상을 포함하는 복합 산화물로서 존재하고 있어도 된다. 단독 산화물의 예로서는, Zr에서는 ZrO2 ; Ca에서는 CaO ; REM에서는 REM을 「M」의 기호로 나타냈을 때, M2O3, M3O5, MO2 등이 예시된다. 또한, 이들 산화물은 서로 응집되어 존재해도 되고, 상기 산화물에 황화물이나 질화물 등의 다른 화합물이 복합 석출된 형태로 존재해도 된다.
상기한 Zr·REM/Ca계 산화물은 Ti의 산화물을 더 함유하고 있는 것이 바람직하다. Ti의 산화물이 더 존재하면 입자내 페라이트 변태가 촉진되어, HAZ 인성의 향상을 한층 높일 수 있게 된다. Ti의 산화물은 단독 산화물(예를 들어, Ti2O3, Ti3O5, TiO2)로서 존재하고 있어도 되고, 상기 Zr·REM/Ca계 산화물과의 복합 산화물의 형태로 존재하고 있어도 된다.
[(b) 산화물의 평균 조성에 대해]
본 발명의 강재는 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물(합계가 100％)로서 질량 환산했을 때에 ZrO2를 5 내지 50％와, REM의 산화물(REM을 M의 기호로 나타내면 M2O3) : 10 내지 50％ 및/또는 CaO : 5 내지 50％를 만족하고 있으며, 이에 의해 입자내 페라이트 변태의 핵으로서 유효하게 작용하게 된다. 각 산화물의 하한값을 하회하면 용접 시에 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 산화물량이 부족하여 HAZ 인성의 향상 작용이 발휘되지 않는다. 한편, 각 산화물의 상한값을 초과하면 산화물이 조대화되어, 입자내 페라이트의 생성핵으로서 유효하게 작용하는 미세한 산화물의 개수가 적어져 HAZ 인성 향상 작용이 유효하게 발휘되지 않는다.
상기 ZrO2는 10％ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 13％ 이상, 더 바람직하게는 15％ 이상이다. 한편, 상한은 바람직하게는 45％이며, 더 바람직하게는 40％이다.
상기 REM의 산화물은 15％ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 20％ 이상, 더 바람직하게는 30％ 이상이다. 한편, 상한은 바람직하게는 45％이며, 더 바람직하게는 40％이다. 또한, REM의 산화물은 REM을 기호 M으로 나타내면 강재 중에 M2O3, M3O5, N4O2 등의 형태로 존재하나, REM의 산화물을 모두 M2O3로 환산했을 때의 양을 의미한다.
상기 CaO는 10％ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 15％ 이상, 더 바람직하게는 18％ 이상이다. 한편, 상한은 바람직하게는 45％이며, 더 바람직하게는 40％, 특히 바람직하게는 30％이다.
또한, 전체 산화물의 조성의 나머지 성분은 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 강재 중에 포함되는 산화물 형성 원소의 산화물(예를 들어 SiO2나 Al2O3, MnO 등)을 들 수 있다. 이들 산화물의 합계량은 대개 5％ 미만인 것이 바람직하다.
강재에 포함되는 전체 산화물의 조성은 강재의 단면을 예를 들어 EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer; 전자선 마이크로프로브 X선 분석계)로 관찰하여 관찰 시야 내에 인지되는 산화물을 정량 분석하여 측정한다. 측정 조건의 상세한 것은 후기하는 실시예의 란에서 설명한다.
[(c) 전체 산화물의 입도 분포에 대해]
다음에, 본 발명을 특징짓는 전체 산화물(상술한 Zr·REM/Ca계 산화물에 한정되지 않고, 강재 중에 존재하는 모든 산화물)의 개수와 크기에 대해서 설명한다.
본 발명의 강재에 포함되는 전체 산화물은 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 미세한 산화물이 1㎟당 120개 이상이고, 또한 원 상당 직경으로 5.0㎛를 초과하는 조대한 산화물이 1㎟당 5개 이하를 만족하고 있다.
본 발명자들이 전체 산화물의 입도 분포와 HAZ 인성의 관계에 대해 상세하게 조사한 바, 특히 원 상당 직경이 0.1 내지 2.0㎛인 미세한 산화물과, 5.0㎛ 초과인 조대한 산화물이 대입열 용접의 HAZ 인성에 깊이 관여하고 있으며, HAZ 인성의 향상에 크게 기여하는 것은 미세한 산화물의 개수이며, 조대한 산화물은 취성 파괴의 기점이 되어 HAZ 인성의 저하를 초래하는 것, 또한 원 상당 직경으로 0.1㎛ 미만의 미세 산화물은 산화물 분산에 의한 HAZ 인성 향상 작용에 거의 기여하지 않는 것이 밝혀졌다. 따라서, HAZ 인성을 높이기 위해서는, 미세한 산화물의 개수는 가능한 한 많은 쪽이 바람직하나, 미세한 산화물이 많아지면 상관하여 조대한 산화물의 개수도 많아지는 경향이 있기 때문에 미세한 산화물과 조대한 산화물의 개수를 적절하게 제어하는 것이 필요하다.
미세한 산화물의 바람직한 개수는 1㎟당 200개 이상이며, 보다 바람직한 개 수는 1㎟당 500개 이상, 더 바람직한 개수는 1㎟당 1000개 이상이다.
조대한 산화물은 적을수록 좋고, 바람직한 개수는 1㎟당 3개 이하, 더 바람직하게는 1개 이하, 가장 바람직하게는 0개이다. 상기 이외의 사이즈의 산화물의 개수에 대해 본 발명은 어떠한 한정은 없으며, 상기 사이즈의 산화물만 제어되어 있으면 원하는 HAZ 인성을 얻을 수 있다는 것을 실험에 의해 확인하고 있다.
상기 「원 상당 직경」이란, 산화물의 면적이 동등해지도록 상정한 원의 직경이며, 투과형 전자 현미경(TEM) 관찰면 상에서 인지되는 것이다.
다음에, 본 발명의 강재(모재)에 있어서의 성분 조성에 대해 설명한다. 본 발명의 강재는 기본 성분으로서 C : 0.02 내지 0.12％, Si : 0.50％ 이하(0％를 포함한다), Mn : 1 내지 2.0％, Ti : 0.005 내지 0.10％, P : 0.030％ 이하(0％를 포함한다), S : 0.020％ 이하(0％를 포함한다), Al : 0.05％(0％를 포함한다), N : 0.0040 내지 0.030％ 및 O(산소) : 0.0005 내지 0.010％를 만족하는 동시에, 또한 Zr : 0.0002 내지 0.050％와, REM : 0.0002 내지 0.050％ 및/또는 Ca : 0.0005 내지 0.010％를 함유하고 있다. 이러한 범위를 정한 이유는 이하와 같다.
C는 강재(모재)의 강도를 확보하기 위해 빠뜨릴 수 없는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.02％ 이상 함유시킬 필요가 있다. C는 0.04％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 그러나 C가 0.12％를 초과하면 용접 시에 HAZ에 섬 형상 마텐자이트(MA)를 많이 생성하여 HAZ의 인성 열화를 초래할 뿐만 아니라, 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서 C는 0.12％ 이하, 바람직하게는 0.1％ 이하, 더 바람직하게는 0.08％ 이하로 한다.
Si는 고용 강화에 의해 강재의 강도를 확보하는데 기여하는 원소이다. 그러나 Si가 0.50％를 초과하면 용접 시에 HAZ에 섬 형상 마텐자이트(MA)를 많이 생성하여 HAZ 인성의 열화를 초래할 뿐만 아니라, 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서 Si는 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.3％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.2％ 이하, 더 바람직하게는 0.18％ 이하이다. 또한, Si를 첨가하여 강재의 강도를 확보하기 위해서는 0.02％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.05％ 이상, 더 바람직하게는 0.1％ 이상 함유시키는 것이 좋다.
Mn은 강재(모재)의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 1％ 이상 함유시킬 필요가 있다. Mn은 바람직하게는 1.0％ 이상, 더 바람직하게는 1.2％ 이상, 더 바람직하게는 1.4％ 이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나 2.0％를 초과하면 강재(모재)의 용접성을 열화시킨다. 따라서 Mn은 2.0％ 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 1.8％ 이하이며, 더 바람직하게는 1.6％ 이하로 한다.
Ti는 강재 중에 TiN 등의 질화물이나, Ti 산화물을 생성하여, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 Ti는 0.005％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.007％ 이상, 더 바람직하게는 0.010％ 이상으로 한다. 그러나 Ti를 과잉으로 첨가하면 강재(모재)의 인성을 열화시키기 때문에 Ti는 0.10％ 이하로 억제해야 한다. Ti는 바람직하게는 0.07％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.06％ 이하이다.
P는 편석되기 쉬운 원소이며, 특히 강재 중의 결정립계로 편석되어 입계를 파괴하여 HAZ 인성을 열화시킨다. 따라서 P는 0.030％ 이하로 억제할 필요가 있다. P는, 바람직하게는 0.02％ 이하, 더 바람직하게는 0.01％ 이하로 한다. 또한, P는 통상 불가피하게 0.001％ 정도 함유하고 있다.
S도 P와 마찬가지로 편석되기 쉬운 원소이며, 특히 강재 중의 결정립계로 편석되어 인성을 열화시킨다. 또한 S는 Mn과 결합하여 황화물(MnS)을 생성하여 모재의 인성이나 판 두께 방향의 연신성을 열화시키는 유해한 원소이다. 따라서 S는 0.020％ 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 0.015％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.010％ 이하이다. 또한, S는 통상 불가피하게 0.0005％ 정도 함유하고 있다.
Al은 탈산제로서 작용하는 원소이다. 그러나 과잉으로 첨가하면 산화물을 환원시켜 조대한 Al 산화물을 형성하여 HAZ 인성이 열화된다. 따라서 Al은 0.05％ 이하로 억제할 필요가 있다. Al은 바람직하게는 0.04％ 이하, 더 바람직하게는 0.035％ 이하이다. 또한, Al은 통상 불가피하게 0.0005％ 정도 함유하고 있다.
N은 Ti 함유 질화물을 석출하는 원소이며, 상기 질화물은 피닝 효과에 의해 용접 시에 HAZ에 생성되는 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하여 페라이트 변태를 촉진하여 HAZ 인성의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.0040％ 이상 함유시킬 필요가 있다. N은 바람직하게는 0.005％ 이상, 더 바람직하게는 0.006％ 이상이다. N은 많을수록 Ti 함유 질화물을 형성하여 오스테나이트 입자의 미세화가 촉진되기 때문에 HAZ의 인성 향상에 유효하게 작용한다. 그러나 N이 0.030％를 초과하면 고용 N양이 증대되어 모재 자체의 인성이 열화되고 HAZ 인성도 저하된다. 따라서 N은 0.030％ 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 0.025％ 이하, 더 바람직하게는 0.02％ 이하, 더 바람직하게는 0.015％ 이하로 한다.
O(산소)는 HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물을 생성시키기 위해 필요한 원소이다. 그러나 O가 0.0005％ 미만에서는 상기 미세한 산화물량이 부족하여 HAZ 인성을 향상시킬 수 없다. 따라서 O는 0.0005％ 이상 함유시킬 필요가 있다. O는 바람직하게는 0.0010％ 이상, 더 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 그러나 과잉으로 첨가하면 산화물이 조대화되어 HAZ 인성을 도리어 열화시킨다. 따라서 0는 0.010％ 이하로 억제해야 한다. 0는 바람직하게는 0.008％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.005％ 이하이다.
Zr은 ZrO2를 생성시키는데 필요한 원소이다. ZrO2를 함유함으로써 산화물이 미세 분산되기 쉬워져, 이 미세 분산된 산화물이 입자내 페라이트의 생성핵이 되기 때문에 HAZ 인성의 향상에 기여한다. 그러나 Zr이 0.0002％ 미만에서는 상기 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 적어지기 때문에 HAZ 인성을 향상시킬 수 없다. 따라서 Zr은 0.0002％ 이상 함유시킬 필요가 있다. Zr은 바람직하게는 0.0005％ 이상, 더 바람직하게는 0.0010％ 이상으로 한다. 그러나 Zr를 과잉으로 첨가하면 조대한 산화물이 많이 생성되어 HAZ 인성이 열화된다. 또한, 석출 강화를 초래하는 미세한 Zr 탄화물을 형성하여 모재 자체의 인성 저하를 초래한다. 따라서 Zr은 0.050％ 이하로 억제한다. Zr은 바람직하게는 0.04％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.01％ 이하, 더 바람직하게는 0.008％ 이하로 한다.
REM(희토류 원소)과 Ca는, 각각의 산화물을 생성시키는데 필요한 원소이다. 이들 산화물을 함유함으로써 산화물이 미세 분산되기 쉬워져, 이 미세 분산된 산화물이 입자내 페라이트의 생성핵이 되기 때문에 HAZ 인성의 향상에 기여한다. 본 발명의 강재에서는 REM과 Ca는 각각 단독이거나, 혹은 병용할 수 있다.
REM은 단독으로 또는 Ca와 병용될 경우에는 0.0002％ 이상 함유시켜야 하며, 바람직하게는 0.0005％ 이상, 더 바람직하게는 0.0010％ 이상, 더 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 그러나 REM을 과잉으로 첨가하면 조대한 산화물을 형성하여 HAZ 인성이 도리어 열화된다. 따라서 REM은 0.050％ 이하로 억제해야 한다. REM은 바람직하게는 0.04％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.01％ 이하이다.
또한, 본 발명에 있어서, REM이란 란타노이드 원소(La부터 Ln까지의 15원소) 및 Sc(스칸듐)과 Y(이트륨)을 포함한다는 의미이다. 이들 원소 중에서도 La, Ce 및 Y로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 La 및/또는 Ce를 함유하는 것이 좋다.
Ca는 단독으로, 또는 REM과 병용되는 경우에는 0.0005％ 이상 함유시켜야 하며, 바람직하게는 0.001％ 이상, 더 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 그러나 Ca를 과잉으로 첨가하면 조대한 산화물을 형성하여 HAZ 인성이 도리어 열화된다. 따라서 Ca는 0.010％ 이하로 억제한다. Ca는 바람직하게는 0.008％ 이하이며, 더 바람직하게는 0.005％ 이하이다.
본 발명의 강재는 상기 원소를 필수 성분으로서 함유하는 것이며, 잔량부는 철 및 불가피 불순물(예를 들어, Mg나 As, Se 등)이어도 된다.
본 발명의 강재는, 또한 다른 원소로서,
(1) Ni : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 Cu : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
(2) Cr : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 Mo : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
(3) Nb : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다),
(4) B : 0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않는다)
등의 원소를 함유하는 것도 유효하다. 이러한 범위를 정한 이유는 이하와 같다.
[(1) Ni 및/ 또는 Cu]
Ni와 Cu는 모두 강재의 강도를 높이는데 기여하는 원소이다. Ni와 Cu는 각각 단독으로, 혹은 복합하여 첨가할 수 있다. 그러나 Ni가 1.5％를 초과하면 모재의 강도를 현저하게 높여 모재의 인성을 열화시키기 때문에 HAZ 인성도 저하된다. 따라서 Ni는 1.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni는 더 바람직하게는 1.2％ 이하, 더 바람직하게는 1％ 이하이다. 또한, Ni 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Ni는 보다 바람직하게 는 0.1％ 이상, 더 바람직하게는 0.2％ 이상이다.
Cu도 Ni와 마찬가지로 1.5％를 초과하면 모재의 강도를 현저하게 높여 모재 의 인성을 열화시키기 때문에 HAZ 인성도 저하된다. 따라서 Cu는 1.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu는 더 바람직하게는 1.2％ 이하, 더 바람직하게는 1％ 이하이다. 또한, Cu 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cu는 더 바람직하게는 0.1％ 이상, 더 바람직하게는 0.2％ 이상이다.
[(2) Cr 및/또는 Mo]
Cr와 Mo는 모두 강재의 강도를 높이는데 기여하는 원소이다. Cr과 Mo는 각각 단독으로, 혹은 복합하여 첨가할 수 있다. 그러나 Cr이 1.5％를 초과하면 모재의 강도를 현저하게 너무 높여 모재의 인성을 열화시키기 때문에 HAZ 인성을 저하시킨다. 따라서 Cr은 1.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr은 더 바람직하게는 1.2％ 이하, 더 바람직하게는 1％ 이하이다. 또한, Cr 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cr은 더 바람직하게는 0.2％ 이상, 더 바람직하게는 0.5％ 이상이다.
Mo도 Cr와 마찬가지로 1.5％를 초과하면 모재의 강도를 현저하게 너무 높여 모재의 인성을 열화시키기 때문에 HAZ 인성을 저하시킨다. 따라서 Mo는 1.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo는 더 바람직하게는 1.2％ 이하, 더 바람직하게는 1％ 이하이다. 또한, Mo 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Mo는 더 바람직하게는 0.2％ 이상, 더 바람직하게는 0.3％ 이상이다.
[(3) Nb 및/또는 V]
Nb와 V는 모두 탄질화물로서 석출되어 상기 탄질화물의 피닝 효과에 의해 용접 시에 오스테나이트 입자가 조대화되는 것을 방지하여 HAZ 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. Nb와 V는 각각 단독으로, 혹은 복합하여 첨가할 수 있다. 그러나 Nb가 0.1％를 초과하면 석출되는 탄질화물이 조대화되어 HAZ 인성을 도리어 열화시킨다. 따라서 Nb는 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb는 더 바람직하게는 0.08％ 이하, 더 바람직하게는 0.05％ 이하이다. 또한, Nb 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Nb는 더 바람직하게는 0.005％ 이상, 더 바람직하게는 0.008％ 이상이다.
V도 Nb와 마찬가지로 0.1％를 초과하면 석출되는 탄질화물이 조대화되어 HAZ 인성을 도리어 열화시킨다. 따라서 V는 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. V는 더 바람직하게는 0.08％ 이하, 더 바람직하게는 0.05％ 이하이다. 또한, V 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. V는 더 바람직하게는 0.005％ 이상, 더 바람직하게는 0.01％ 이상이다.
[(4) B(붕소)]
B는 입계 페라이트의 생성을 억제함으로써 인성을 향상시키는 원소이다. 그러나 B가 0.0050％를 초과하면 오스테나이트 입계에 BN으로서 석출하여 인성의 저하를 초래한다. 따라서 B는 0.0050％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B는 더 바람직하게는 0.0040％ 이하이다. 또한, B 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.0010％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. B는 더 바람직하게는 0.0015％ 이상이다.
다음에, 본 발명의 강재를 제조하는데 있어서, 적절하게 채용할 수 있는 제법에 대해 설명한다. 본 발명의 제조 방법은 용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060％의 범위로 조정하는 공정(1)과, 상기 용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070％로 조정하는 공정(2)를 이 순서대로 포함하는 것 외에 Ti를 첨가한 후, Zr과 REM 및/또는 Ca를 첨가하는 공정(3)을 포함하고 있다.
이와 같이 용존 산소량과 전체 산소량을 조정한 용강에, 소정의 순서로 소정의 합금 원소를 첨가함으로써 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 원하는 산화물을 생성시킬 수 있다. 특히 본 발명에서는 조대한 산화물이 생성되지 않도록 상기 공정(1)과 같이 용존 산소량을 조정한 후, 상기 공정(2)와 같이 전체 산소량을 조정하는 것이 매우 중요하다. 용존 산소란, 산화물을 형성하고 있지 않아, 용강 중에 존재하는 프리한 상태의 산소를 의미하며, 전체 산소란, 용강에 포함되는 모든 산소, 즉 프리 산소와 산화물을 형성하고 있는 산소의 총 합계를 의미한다. 이하, 각 공정에 대해서 설명한다.
[공정(1)에 대해]
우선, 용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060％의 범위로 조정한다. 용강의 용존 산소량이 0.0010％ 미만에서는 용강 중의 용존 산소량이 부족하기 때문에, 입자내 페라이트 변태의 핵이 되는 Zr·REM/Ca계 산화물을 소정량 확보할 수 없어 우수한 HAZ 인성을 얻을 수 없다. 또한, 용존 산소량이 부족하면 산화물을 형성할 수 없었던 Zr은 탄화물을 형성하거나, REM이나 Ca는 황화물을 형성하기 때 문에 모재 자체의 인성을 열화시키는 원인이 된다. 따라서 상기 용존 산소량은 0.0010％ 이상으로 한다. 상기 용존 산소는 바람직하게는 0.0015％ 이상, 더 바람직하게는 0.0020％ 이상이다.
한편, 상기 용존 산소량이 0.0060％를 초과하면 용강 중의 산소량이 너무 많기 때문에 용강 중의 산소와 상기 원소의 반응이 격렬해져 용제 작업상 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 조대한 산화물을 생성하여 도리어 HAZ 인성을 열화시킨다. 따라서 상기 용존 산소량은 0.0060％ 이하로 억제해야 한다. 상기 용존 산소량은 바람직하게는 0.0050％ 이하, 더 바람직하게는 0.0045％ 이하로 한다.
그런데, 전로나 전기로에서 1차 정련된 용강 중의 용존 산소량은 통상 0.0100％를 초과하고 있다. 따라서 본 발명의 제법에서는 용강 중의 용존 산소량을 어떠한 방법으로든 상기 범위로 조정할 필요가 있다.
용강 중의 용존 산소량을 조정하는 방법으로서는, 예를 들어 RH식 탈가스 정련 장치를 사용하여 진공 C 탈산하는 방법이나, Si나 Mn, Ti, Al 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법 등을 들 수 있으며, 이들 방법을 적절하게 조합하여 용존 산소량을 조정해도 된다. 또한, RH식 탈가스 정련 장치 대신에 레이들 가열식 정련 장치나 간이식 용강 처리 설비 등을 사용하여 용존 산소량을 조정해도 된다. 이 경우, 진공 C 탈산에 의한 용존 산소량의 조정은 할 수 없기 때문에, 용존 산소량의 조정에는 Si 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법을 채용하면 된다. Si 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법을 채용할 때는 전로로부터 레이들로 나올 때 탈산성 원소를 첨가해도 상관없다.
[공정(2)에 대해]
상기 공정(1)에 이어, 용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리함으로써 용강 중의 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070％로 조정한다. 이렇게 본 발명에서는 용존 산소량이 적절하게 제어된 용강을 교반하여 불필요한 산화물을 제거하고나서, Zr 등의 입자내 페라이트 변태 핵 생성 원소를 첨가하고 있기 때문에, 조대한 산화물의 생성을 방지할 수 있다. 전술한 특허 문헌3에서는 이 공정(2)를 행하지 않기 때문에 조대한 산화물이 생성되어 양호한 HAZ 인성을 확보할 수 없다(후기하는 실시예를 참조).
상기 전체 산소량이 0.0010％ 미만에서는 원하는 산화물량이 부족해지기 때문에 HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 산화물량을 확보할 수 없다. 따라서 상기 전체 산소량은 0.0010％ 이상으로 한다. 상기 전체 산소량은 바람직하게는 0.0015％ 이상, 더 바람직하게는 0.0020％ 이상이다.
한편, 상기 전체 산소량이 0.0070％를 초과하면 용강 중의 산화물량이 과잉이 되어 조대한 산화물이 생성되어 HAZ 인성이 열화된다. 따라서 상기 전체 산소량은 0.0070％ 이하로 억제해야 한다. 상기 전체 산소량은 바람직하게는 0.0060％ 이하, 더 바람직하게는 0.0050％ 이하로 한다.
용강 중의 전체 산소량은 대략 용강의 교반 시간에 상관하여 변화되기 때문에 교반 시간을 조정하거나 하여 제어할 수 있다. 구체적으로는, 용강을 교반하여 부상해 온 산화물을 제거한 후의 용강 중의 전체 산소량을 적절하게 측정하면서 용강 중의 전체 산소량을 적절하게 제어한다.
[공정(3)에 대해]
용강 중의 전체 산소량을 상기 범위로 조정한 후에는 Ti를 첨가한 후, Zr과 REM 및/또는 Ca를 첨가하고나서 주조한다. 전체 산소량을 조정한 용강에 상기한 원소를 첨가함으로써 원하는 입자내 페라이트 변태의 핵이 되는 Zr·Ca/REM계 산화물을 얻을 수 있다. Ti 산화물은 Zr·REM/Ca계 산화물에 비해 용강과의 계면 에너지가 작기 때문에 합금 원소를 이 순서로 첨가하면 Ti 산화물은 미세화되기 때문에 결과적으로 HAZ 인성에 기여하는 미세한 산화물을 생성시킬 수 있다.
용강에 첨가하는 REM이나 Ca, Zr, Ti의 형태는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 REM으로서 순La나 순Ce, 순Y 등, 혹은 순Ca, 순Zr, 순Ti, 또한 Fe-Si-La 합금, Fe-Si-Ce 합금, Fe-Si-Ca 합금, Fe-Si-La-Ce 합금, Fe-Ca 합금, Ni-Ca 합금 등을 첨가하면 된다. 또한, 용강에 미슈 메탈을 첨가해도 된다. 미슈 메탈이란, 셀륨족 희토류 원소의 혼합물이며, 구체적으로는 Ce를 40 내지 50％ 정도, La를 20 내지 40％ 정도 함유하고 있다. 단, 미슈 메탈에는 불순물로서 Ca를 포함하는 경우가 많으므로 미슈 메탈이 Ca를 포함하는 경우에는 본 발명에서 규정하는 범위를 만족할 필요가 있다.
[공정(4)에 대해]
본 발명에서는 조대한 산화물의 제거를 촉진할 목적으로 상기 공정(3) 후, 40분을 초과하지 않는 범위에서 용강을 교반하는 것이 바람직하다. 교반 시간이 40분을 초과하면 미세한 산화물이 용강 중에서 응집·합체하기 때문에 산화물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화된다. 따라서 교반 시간은 40분 이내로 하는 것이 바람 직하다. 교반 시간은 더 바람직하게는 35분 이내이며, 더 바람직하게는 30분 이내이다. 용강의 교반 시간의 하한값은 특별히 한정되지 않으나, 교반 시간이 너무 짧으면 첨가 원소의 농도가 불균일해져, 강재 전체적으로 원하는 효과를 얻을 수 없다. 따라서 용기 사이즈에 따른 원하는 교반 시간이 필요해진다.
이렇게 하여 성분 조정하여 얻어진 용강은 상법에 따라 연속 주조하여 슬라브로 한 후, 상법에 따라 열간 압연하면 된다.
본 발명에 관한 강재는, 예를 들어 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 구조물의 재료로서 사용할 수 있고, 소 내지 중입열 용접은 물론 입열량이 50kJ/㎜ 이상인 대입열 용접에 있어서도 용접열 영향부의 인성 열화를 방지할 수 있다.
본 발명의 강재는 판 두께가 약 3.0㎜ 이상인 후강판 등의 강재를 대상으로 하고 있다. 본 발명에 의한 우수한 HAZ 인성 향상 작용은 판 두께가 50㎜ 이상, 특히 80㎜ 이상인 후강판으로 하고, 입열량이 50kJ/㎜ 이상인 대입열 용접을 행했을 때에 유효하게 발휘된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것이 아니라, 전·후기의 취지에 적합한 범위에서 적당하게 변경하여 실시하는 것도 가능하며, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
<실시예>
진공 용해로(용량 150㎏)를 사용하여, 하기 표1, 표2에 나타내는 조건으로 하기 표3, 표4에 나타낸 화학 성분(질량％)을 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불 순물인 공시강을 용제하여 150㎏의 잉곳으로 주조하고 냉각했다. 그 후, 가열, 압연을 행하여 후강판을 제조했다.
진공 용해로에서 공시강을 용제하는 데 있어서는 Ti, Zr, Al, REM 및 Ca 이외의 원소에 대해 성분 조정하는 동시에 C, Si 및 Mn으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 사용하여 탈산하여 용강의 용존 산소량을 조정했다. 조정 후의 용존 산소량을 하기 표1, 표2에 나타낸다.
용존 산소량을 조정한 용강을 1 내지 10분 정도 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 용강의 전체 산소량을 조정했다. 조정 후의 전체 산소량을 하기 표1, 표2에 나타낸다.
전체 산소량을 조정한 용강에 Ti를 첨가한 후, Zr과 REM 및/또는 Ca를 첨가했다. 또한, Ti는 Fe-Ti 합금의 형태로, Zr은 Fe-Zr 합금의 형태로, REM은 La를 약 25％와 Ce를 약 50％ 함유하는 미슈 메탈의 형태로, Ca는 Ni-Ca 합금, 또는 Ca-Si 합금, 또는 Fe-Ca 압분체의 형태로 각각 첨가했다. 단, 표4의 No.35는 용존 산소량을 조정한 용강을 교반하지 않고, 바로 Ti를 첨가하였다.
상기 원소를 첨가한 후, 잉곳으로 주조하고 냉각했다. 용강을 교반한 시간을 하기 표1, 표2에 나타낸다.
얻어진 잉곳을 열간 압연하여 두께가 50 내지 80㎜인 후강판을 제조했다. 얻어진 후강판의 D/4(단, D는 강판의 두께) 위치에 있어서의 횡단면으로부터 샘플을 잘라내어, 상기 샘플에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정하고, 단독 산화물로서 질량 환산하여 산화물의 평균 조성을 산출했다.
잘라낸 샘플 표면을 시마츠 제작소 제품 「EPMA-8705(장치명)」을 사용하여 600배로 관찰하여, 최대 직경이 0.2㎛ 이상인 입자에 대해서 성분 조성을 정량 분석했다. 관찰 조건은 가속 전압을 20㎸, 시료 전류를 0.01㎂, 관찰 시야 면적을 1 내지 5㎠, 분석 개수를 100개로 하여, 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 입자 중앙부에서의 성분 조성을 정량 분석했다. 분석 대상 원소는 Mn, Ti, Zr, La, Ce, Ca, Si, Al 및 O(산소)로 하고 기지 물질을 사용하여 각 원소의 전자선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로 하여 구해 두고, 이어서 상기 입자로부터 얻어진 전자선 강도와 미리 상기 검량선으로부터 그 입자의 원소 농도를 정량했다.
얻어진 정량 결과 중 산소 함량이 5％ 이상인 입자를 산화물로 하고, 단독 산화물로서 질량 환산한 것을 평균한 것을 산화물의 평균 조성으로 했다. 전체 산화물의 평균 조성을 하기 표5, 표6에 나타낸다. 또한, REM의 산화물은 금속 원소를 M으로 나타내면 강재 중에 M2O3이나 M3O5, MO2의 형태로 존재하나, 모든 산화물을 M2O3으로 환산하여, 조성을 측정했다. 또한, 하나의 개재물로부터 복수의 원소가 관측된 경우에는 그들 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비로부터 각 원소의 단독 산화물로 환산하여 산화물의 조성을 산출했다.
상기 샘플 표면을 EPMA에 의해 관찰한 결과, 관찰된 산화물은 Ti와 Zr과 REM 및/또는 Ca를 포함하는 복합 산화물이 대부분이었으나, 단독 산화물로서 Ti2O3, ZrO2, REM의 산화물, CaO도 생성되어 있었다.
또한, 얻어진 정량 결과 중 산소 함량이 5％ 이상인 산화물의 원 상당 직경 을 측정하여 원 상당 직경(입경)이 0.1 내지 2.0㎛인 산화물의 개수와 원 상당 직경(입경)이 5.0㎛를 초과하는 산화물의 개수를 산출했다. 하기 표5, 표6에 산화물의 개수를 관찰 시야 1㎟당 환산한 개수를 나타낸다.
다음에, 용접 시에 열 영향을 받는 HAZ의 인성을 평가하기 위해, 대입열 용접을 모의하여 하기에 나타내는 용접 재현 시험을 행했다. 용접 재현 시험은 후강판으로부터 잘라낸 샘플이 1400℃가 되도록 가열하고, 이 온도에서 30초간 유지한 후, 냉각하는 열사이클을 부여했다. 냉각 속도는 800℃로부터 500℃로의 냉각 시간이 300초가 되도록 조정하였다.
냉각 후의 샘플의 충격 특성은 V 노치 샤르피 시험하여 -40℃에 있어서의 흡수 에너지(vE-40)를 측정하여 평가했다. vE-40이 100J 이상인 것을 합격(HAZ 인성 양호)으로 한다. 측정 결과를 하기 표5, 표6에 나타낸다.
하기 표1 내지 표6으로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. No.1 내지 31은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 예로서, 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물로서 질량 환산했을 때에 ZrO2와, REM의 산화물 및/또는 CaO를 소정량 함유하도록 조정한 후, 입경이 5.0㎛를 초과하는 조대한 산화물이 생성되지 않도록 입경이 0.1 내지 2.0㎛인 미세한 산화물을 많이 생성시키고 있기 때문에 HAZ 인성이 양호한 강재가 얻어지고 있다.
한편, No.32 내지 54는 본 발명에서 규정하는 요건 중 하나를 벗어나는 예이다. No.32는 용강의 용존 산소량이 부족한 예로서, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 산화물량을 확보할 수 없어, HAZ 인성이 개선되어 있지 않다. No.33은 용강의 용존 산소량이 과잉인 예로서, 조대한 산화물을 생성하여 HAZ 인성이 도리어 열화되어 있다. No.34는 용강의 용존 산소량이 부족한 예로서, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 산화물량을 확보할 수 없어 HAZ 인성이 개선되어 있지 않다.
No.35는 본 발명자들이 특허 문헌3에 개시한 강재의 조성에 유사한 예이다. 용강의 용존 산소량을 조정한 후, 용강을 교반하여 전체 산소량을 조정하고 있지 않기 때문에 Ti를 첨가하기 전의 전체 산소량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고 있다. 따라서 조대한 산화물이 많아져 HAZ 인성이 열화되어 있다.
No.36과 No.37은 Zr과 Al과, REM 및/ 또는 Ca를 첨가한 후에 용강을 장시간 교반하고 있기 때문에 용강 중의 산화물이 서로 응집되어 조대한 산화물을 많이 생성하고 있다. 그 때문에 HAZ 인성이 열화되어 있다.
No.38은 Si가 너무 많은 예로서, 용접 시에 HAZ에 섬 형상 마텐자이트(MA)를 많이 생성하여 HAZ가 인성 열화되어 있다. No.39는 Mn이 너무 많은 예로서, 모재의 강도를 현저하게 높여, 모재 자체의 인성을 저하시키기 때문에 HAZ 인성도 저하되어 있다. No.40은 P가 너무 많은 예로서, P가 결정립계로 편석되어 HAZ 인성이 열화되어 있다. No.41은 S가 너무 많은 예로서, S가 결정립계로 편석되어 HAZ 인성이 열화되어 있다. No.42는 Al이 너무 많은 예로서, 조대한 산화물이 생성되어 HAZ 인성이 열화되어 있다.
No.43은 Ti가 너무 적은 예로서, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자내 페라이 트의 생성핵이 되는 미세한 질화물이 적어지기 때문에 HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.44는 Ti가 너무 많은 예로서, 산화물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화되어 있다. No.45는 REM이 너무 많은 예로서, REM의 산화물이 과잉으로 생성되고, 게다가 조대한 산화물을 형성하여 HAZ 인성을 도리어 열화시키고 있다.
No.46은 Zr이 너무 적은 예로서, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 적어지기 때문에 HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.47은 Zr이 너무 많은 예로서, 조대한 산화물이 많이 생성되어 HAZ 인성이 열화되어 있다. No.48은 Ca가 너무 많은 예로서, CaO가 과잉으로 생성되며, 게다가 조대한 산화물을 형성하여 HAZ 인성을 도리어 열화시키고 있다.
No.49는 N이 너무 많은 예로서, 고용 N양이 증대되어 모재 자체의 인성이 열화되어 HAZ 인성도 저하된다. No.50은 N이 너무 적은 예로서, Ti 함유 질화물의 생성이 억제되기 때문에 피닝 효과에 의한 오스테나이트 입자의 조대화를 방지할 수 없어 HAZ 인성이 열화되어 있다.
No.51은 O가 너무 적은 예로서, 입자내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 부족하여 HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.52는 O가 너무 많은 예로서, 산화물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화되어 있다.
No.53은 Ni가 너무 많은 예로서, 모재의 강도가 현저하게 높아져 모재의 인성이 열화되어 있기 때문에, HAZ 인성도 저하되어 있다. No.54는 Cu가 너무 많은 예로서, 모재의 강도가 현저하게 높아져 모재의 인성이 열화되어 있기 때문에 HAZ 인성도 저하되어 있다.
Figure 112008077407434-PAT00001
Figure 112008077407434-PAT00002
Figure 112008077407434-PAT00003
Figure 112008077407434-PAT00004
Figure 112008077407434-PAT00005
Figure 112008077407434-PAT00006

Claims (4)

  1. C : 0.02 내지 0.12％(「질량％」의 의미. 이하 동일),
    Si : 0.50％ 이하(0％를 포함한다),
    Mn : 1 내지 2.0％,
    Ti : 0.005 내지 0.10％,
    P : 0.030％ 이하(0％를 포함한다),
    S : 0.020％ 이하(0％를 포함한다),
    Al : 0.05％ 이하(0％를 포함한다),
    N : 0.0040 내지 0.030％,
    O : 0.0005 내지 0.010％를 만족하는 동시에,
    또한,
    Zr : 0.0002 내지 0.050％와,
    REM : 0.0002 내지 0.050％ 및/또는 Ca : 0.0005 내지 0.010％를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재이며, 또한
    (a) 상기 강재는 Zr과 REM 및/ 또는 Ca를 함유하는 산화물을 포함하고,
    (b) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물로서 환산했을 때 ZrO2 : 5 내지 50％와, REM의 산화물(REM을 M의 기호로 나타내면 M2O3) : 10 내지 50％ 및/또는 CaO : 5 내지 50％를 만족하는 동시에,
    (c) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물 중 원상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 산화물이 1㎟당 120개 이상이며, 원상당 직경으로 5.0㎛초과의 산화물이 1㎟당
    5개 이하인 것을 특징으로 하는 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강재가 또 다른 원소로서, 이하의 (A) 내지 (D)로부터 선택되는 적어도 하나의 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재.
    (A) Ni : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/ 또는 Cu : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다)
    (B) Cr : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/ 또는 Mo : 1.5％ 이하(0％를 포함하지 않는다)
    (C) Nb : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다) 및/또는 V : 0.1％ 이하(0％를 포함하지 않는다)
    (D) B : 0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않는다)
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재의 제조 방법이며,
    용존 산소량이 0.0010 내지 0.0060％인 용강을 조정하는 공정(1)과,
    상기 용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 전체 산소량 을 0.0010 내지 0.0070％로 조정하는 공정(2)과,
    Ti를 첨가한 후, Zr과 REM 및/또는 Ca를 첨가하는 공정(3)을 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공정(3) 후, 40분을 넘지 않는 범위에서 용강을 교반하는 공정(4)을 더 포함하는 용접열 영향부의 인성이 우수한 강재의 제조 방법.
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