KR20100115816A

KR20100115816A - 내응력 제거 소둔 특성과 저온 인성이 우수한 고강도 강판

Info

Publication number: KR20100115816A
Application number: KR1020107021455A
Authority: KR
Inventors: 사토시 시모야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-10-28
Also published as: JP2009242833A; DE112009000462T5; JP4586080B2; WO2009119274A1; CN101960033A; DE112009000462B4

Abstract

용접 후에 장시간의 응력 제거 소둔을 실시한 경우에도 강도 저하가 적고(즉, 내응력 제거 소둔 특성이 양호하고), 게다가 SR 처리 후의 모재나 HAZ에서의 저온 인성도 우수한 고강도 강판을 제공한다.
본 발명의 고강도 강판은, C: 0.05 내지 0.18%(「질량%」의 의미. 이하 동일), Si: 0.10 내지 0.50%, Mn: 1.2 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.10%, Cr: 0.05 내지 0.30%, Ti: 0.008 내지 0.025% 및 V: 0.01 내지 0.05%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 불가피적 불순물 중의 P를 0.008% 이하로 억제하며, 또한 소정의 수학식을 만족한다.

Description

내응력 제거 소둔 특성과 저온 인성이 우수한 고강도 강판{HIGH-STRENGTH STEEL SHEET EXCELLENT IN RESISTANCE TO STRESS-RELIEF ANNEALING AND LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS}

본 발명은 용접 후에 장시간의 응력 제거 소둔(Stress-relief annealing: 이하, 「SR 처리」라고 부르는 경우가 있음)을 실시한 경우에도 강도 저하가 적고, 또한 모재나 용접 열 영향부(Heat Affected Zone: 이하, 「HAZ」라고 부르는 경우가 있음)의 저온 인성도 우수한 고강도 강판에 관한 것이다.

최근, 대형 강제 압력 용기(탱크)의 제조사에서는, 비용 저감을 목적으로 하여, 해외를 대상으로 하는 탱크 조립의 현지화(현지 시공화)를 진행하고 있다. 종래에는, 강철 부재의 절단이나 굽힘 가공, 조립(용접에 의한 조립), 일부 부재의 SR 처리(국부 열 처리) 및 최종 조립까지를 자사 공장에서 한 후, 탱크 전체를 현지로 수송하는 것이 일반적이었다.

그러나, 효율을 고려한 현지 시공화에 의해, 강철 부재의 절단이나 굽힘 가공만을 자사 공장에서 한 후, 부재 단위로 재료를 수송하여, 현지에서 탱크를 조립하고(용접에 의한 조립), 일부가 아닌 탱크 전체를 SR 처리하는 것과 같은 작업 내용으로 계속 변하고 있다. 특히, 해외에서는, 실제로 탱크 1대 당의 저장량 증가나 토지의 유효 이용을 목적으로 하여 강판의 후육화·탱크 대형화가 진행되고 있다.

이러한 상황 하에서, 현지에서의 용접 기술의 문제와 안전성의 관점에서, SR 처리의 시간이나 회수를 늘리는 것이 필요해지고 있고, 합계로 20 내지 30시간 정도의 SR 처리가 실시되는 것을 고려한 재료 설계가 필요해지고 있다.

상기와 같은 장시간의 SR 처리(가열 온도: 585 내지 625℃ 정도)를 하면, 강철 중의 탄화물은 응집 조대화하고, 그에 기인하여 강도 저하가 현저해진다고 하는 문제가 지적되고 있다. 이러한 장시간 SR 처리에 의한 강도 저하를 억제한다고 하는 문제에 대해, 종래에는 Cr을 활용함으로써 강철 중의 세멘타이트(cementite)의 조대화 방지를 도모하여 강도 저하를 억제한다고 하는 기본 사상에 기초한 대책이 행해지고 있다.

그러나, Cr의 고농도 첨가는 강판의 용접성을 저하시키는 동시에, SR 처리 후의 모재나 HAZ에서의 저온 인성(이하, 이들을 일괄해서 「저온 인성」이라고 부르는 경우가 있음)을 저하시키기 쉽다고 하는 문제가 있다. 이러한 점에서, 장시간 SR 처리를 한 경우에도, 강도 저하를 최대한 억제하고, 또한 양호한 저온 인성을 확보할 수 있도록 하는, 탱크의 소재로서 유용한 고강도 강판의 실현이 요망되고 있다.

상기와 같은 SR 처리에 의한 강도 저하를 극력 저감한 강철 소재로서, 종래부터 Cr-Mo 강철이 적용되는 것이 일반적이다. 이러한 강재에 있어서는, 상기한 바와 같이 Cr의 고농도 첨가에 의해 SR 처리 후의 강도 저하를 억제함과 아울러, Mo의 첨가에 의해 고온 강도의 향상을 도모하는 것이다.

이러한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 0.26 내지 0.75%의 Cr과 0.45 내지 0.60%의 Mo를 기본적으로 포함하는 「압력 용기용 강인 강」이 제안되어 있다. 이 기술은, 상기한 바와 같이 Cr 첨가에 의해 SR 처리 후의 탄화물의 조대화를 억제하여, SR 처리 후의 강도 저하를 억제한다고 하는 점에서는, 상기의 기본 사상에 따른 것이다. 따라서, 이러한 강재에 있어서도 Cr 함유량이 많기 때문에, 저온 인성(특히 HAZ 인성)이 저하된다고 하는 문제는 해결되지 않는 상태이다.

또한 특허문헌 2에는, 0.10 내지 1.00%의 Cr과 0.45 내지 0.60%의 Mo를 기본적으로 포함하는 「압력 용기용 고강도 강인 강」이 제안되어 있다. 이 기술에서는, 장시간의 SR 처리에 의해 Fe₃C가 조대한 M₂₃C₆에 반응하는 것을 Cr의 첨가에 의해 억제한다. 이 기술에서는, 비교적 넓은 범위로 Cr를 함유시키는 것을 상정했지만, 실제로는 Cr 함유량이 0.29% 이상인 것밖에 나타나지 않아, 저온 인성(특히, HAZ 인성)이 저하될 것이 충분히 예상된다.

또한, 특허문헌 3에는 HAZ 인성을 개선한 내SR특성이 우수한 강판에 대해 제안되어 있다. 그러나, 이 기술도 Cr이나 Mo를 다량으로 함유하는 것을 기본으로 하고 있다. 이 때문에, 보통의 SR 처리 후의 연성-취성 파면 천이 온도 vTrs(이하, 간단히 「파면 천이 온도 vTrs」라고 약기함)에서는, 비교적 양호한 값이 얻어지고 있는 경우도 있지만, 최근 요구되는 고온 장시간의 가혹한 SR 처리 후에는 인성이 저하될 것이 충분히 예상된다.

일본 특허공개 제1982-116756호 공보 일본 특허공개 제1982-120652호 공보 일본 특허공개 제1977-9620호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 용접 후에 장시간 응력 제거 소둔을 실시한 경우에도 강도 저하가 적고(즉, 내응력 제거 소둔 특성이 양호하고), 게다가 SR 처리 후의 모재나 HAZ에서의 저온 인성도 우수한 고강도 강판을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 따른 고강도 강판이란, C: 0.05 내지 0.18%(「질량%」의 의미. 이하 동일), Si: 0.10 내지 0.50%, Mn: 1.2 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.10%, Cr: 0.05 내지 0.30%, Ti: 0.008 내지 0.025% 및 V: 0.01 내지 0.05%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 불가피적 불순물 중의 P를 0.008% 이하로 억제하며, 또한 하기 수학식 1 내지 3을 만족하는 점에 요지를 갖는다.

단, [Cr], [Mn] 및 [V]는 각각 Cr, Mn 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.

단, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V] 및 [B]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V 및 B의 함유량(질량%)을 나타낸다.

단, [Ti], [P] 및 [B]는 각각 Ti, P 및 B의 함유량(질량%)을 나타내고, Di는 상기 수학식 2의 좌변 값을 의미한다.

본 발명의 고강도 강판에 있어서는, 조직 중의 세멘타이트의 평균 입경이 원 상당 직경으로 0.165μm 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기「원 상당 직경(equivalent circular diameter)」이란, 세멘타이트의 크기에 착안하여 그의 면적이 같아지도록 상정한 원의 직경을 구한 것이다.

또한, 본 발명의 고강도 강판에 있어서는, 상기 기본 원소에 더하여, 필요에 따라, (a) Cu: 0.05 내지 0.8% 및 Ni: 0.05 내지 1% 중 적어도 하나, (b) Mo: 0.01 내지 0.3%, (c) B: 0.0004% 이하, (d) Ca: 0.0005 내지 0.005% 등을 함유시키는 것도 유용하고, 함유되는 성분의 종류에 따라 강판의 특성이 더 개선된다.

본 발명에 따르면, 강판의 화학 성분 조성을 상기 수학식 1 내지 3을 만족하 도록 제어함으로써, 세멘타이트 입경이 미세한 고강도 강판을 얻을 수 있다. 이렇게 해서 얻어진 고강도 강판은, SR 처리 후의 강도 저하를 억제할 수 있음과 아울러, SR 처리 후에 있어서의 모재 및 HAZ의 저온 인성이 우수하기 때문에, 탱크의 소재로서 매우 유용하다.

도 1은 Mn 함유량이 세멘타이트 원 상당 직경에 주는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 세멘타이트 원 상당 직경과 강도 저하량(△TS)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 P값과 세멘타이트 원 상당 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 Pt값와 모재 인성(vE_-46)의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명자는, 장시간의 SR 처리에 의해도 강도 저하를 초래하지 않고, 용접성도 양호하게 유지할 수 있도록 하는 성분에 대해 다양한 각도에서 검토했다. 그 결과, 화학 성분 조성을 적절히 제어하는 동시에, Cr, Mn 및 V의 함유량이 상기 수학식 1의 관계식을 만족하도록 제어하면, 세멘타이트의 미세화가 꾀해져 강도 저하를 억제할 수 있음을 발견하여, 그의 기술적 의의가 인정되었다. 한편, 본 출원인은 이 발명에 관해 먼저 출원한바 있다(일본 특허출원 제2006-338933호). 우선 상기 수학식 1을 도출한 경위는 다음과 같다.

미세한 석출물을 모상에 많이 분산시켜, 석출물에 의한 전위(轉位)의 피닝(pinning) 효과에 의해 전위의 운동을 방해함으로써 강도를 향상시킨다고 하는 강화법은, 석출 강화로서 알려져 있다. 이 사고 방식에 의하면, 세멘타이트가 조대화 함으로써 강도의 저하 폭이 커질 것을 예상할 수 있다.

일반적으로, 용질 원소의 세멘타이트에의 용해도가 크면, 세멘타이트의 조대화 속도가 C의 확산에 대신해서 그의 용질 원소의 확산 계수에 의존하게 된다. 세멘타이트에의 용해도가 크고 또한 C에 비해 확산 계수가 작은 원소로서 Cr이 있지만, 같은 특성을 발휘하는 원소로서 Mn과 V를 들 수 있다.

그래서 본 발명자는, Cr, Mn 및 V의 각각을 단독 첨가했을 때의 세멘타이트 조대화 억제 효과를 실험에 의해 더 구체적으로 검토했다. 그 결과, 이러한 원소가 하기 수학식 1의 관계를 만족하도록 함유되어 있으면, 세멘타이트의 조대화 억제 효과가 최대한으로 발휘되는 것을 발견했다.

[수학식 1]

6.7[Cr]+4.5[Mn]+3.5[V] ≥ 7.2(질량%)

상기 수학식 1을 도출함에 있어서는 다음과 같이 했다. 예를 들면, 베이스 강판에 대하여, Mn을 고농도 첨가했을 때에 세멘타이트의 원 상당 직경에의 영향을 도 1에 나타낸 바와 같이 그래프화 했다. 이 그래프에 있어서, 가로축에는 Mn 함유량, 세로축에는 세멘타이트의 원 상당 직경을 나타내고 있다.

이 도 1의 직선의 경사에 기초하여, 단위량의 Mn을 함유시켰을 때의 세멘타이트의 원 상당 직경에의 영향을 4.5로 결정하고, 마찬가지로 Cr과 V에 관해서도 검토하여 각각의 계수를 구했다. 상기 수학식 1은 이러한 결과에 기초하여 구해졌다.

또한, 본 발명자가 검토한 바에 의하면, 세멘타이트의 원 상당 직경과 강판 강도와는 양호한 상관 관계가 있는 것이 밝혀졌다. 도 2는 세멘타이트의 원 상당 직경과 SR 처리 전후의 강도 저하량(△TS)의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에 따르면, 세멘타이트 입경을 작게 하는 것이 강도 저하량 △TS를 작게 하는 것에 있어서 중요한 것임을 알 수 있다.

그래서 본 발명자는, 여러가지 성분계의 강판을 제작하여, 상기 수학식 1의 좌변 값(6.7[Cr]+4.5[Mn]+3.5[V]: 이 값을 이하, 「P값」이라고 부름)을 변화시켜 세멘타이트의 원 상당 직경과의 상관을 구한 결과, 도 3에 나타내는 것과 같은 관계를 보였다. 이 도 3은 P값와 세멘타이트 원 상당 직경의 관계를 나타낸 그래프이지만, P값이 클수록 세멘타이트의 조대화 억제 효과가 커지는 경향을 보였다. 또한, P값이 7.2 이상이 되었을 때, 세멘타이트를 미세하게(0.165μm 이하) 분산시킬 수 있음이 밝혀졌다.

본 발명자는 상기의 발명이 완성된 후에도, 강판의 저온 인성의 개선을 도모하기 위해 더 검토를 진행했다. 그 결과, 하기 수학식 2 및 3을 동시에 만족시키는 것에 의해, 고온·장시간의 가혹한 SR 처리 후에도 우수한 저온 인성을 확보할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성했다.

[수학식 2]

[수학식 3]

상기 수학식 2의 좌변 값(이하, 이 값을 「Di값」이라고 부름)은 강도를 정리하기 위한 지표가 되는 것으로, 그 값 자체는 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허공개 제1997-202936호). 그러나, 이 Di값은 인성의 지표로서는 사용되고 있지 않았다. 이것은 상기 수학식 2에서 규정되어 있는 성분 중에는, 인성의 지배 인자가 되는 오스테나이트(austenite) 입경을 결정하기 위해 필요한 원소나 불순물에 대해 규정되어 있지 않았기 때문이다.

그러나 본 발명자는, 이러한 원소나 불순물을 포함한 수학식 3도 동시에 만족시키는 것에 의해, 강판을 저온 인성이 우수한 것으로 할 수 있음을 발견했다. 이 수학식 3의 좌변 값(이하, 「Pt값」이라고 부름)은, 저온 인성의 지배 인자인 파괴 단위를 결정하는 것으로서, 고담금질성을 갖는 원소의 양, 조직, 대각 입계(high angle grain boundary) 및 불순물 원소량을 고려한 파라미터이며, 본 발명자가 실험에 의해 구한 것이다. 상기 수학식 3에 의해 저온 인성의 지배 인자에 제약을 갖도록 함으로써, 상부 베이나이트(upper bainite)로의 변태를 억제하여 양호한 저온 인성이 실현되었다.

한편, 상기 수학식 2 및 3에 있어서, 본 발명의 과제인 강판의 내응력 제거 소둔 특성 및 저온 인성을 달성하기 위해 직접 관여하는 성분은, C, Si, Mn, Al, Cr, Ti, V 및 불가피적 불순물로서의 P이다. 그러나, Cu, Ni, Mo 및 B는 본 발명의 과제와는 다른 요구에 따라 포함되는 성분이지만, 저온 인성에도 영향을 준다. 이 때문에, 다른 요구에 따라 정해지는 그들의 함유량도, Di값이나 Pt값의 계산에 넣을 필요가 있다. 이 때문에, 상기 수학식 2, 수학식 3은 이들 원소의 함유량에 관해서도 규정하고 있다. 따라서, 이들 원소를 함유하지 않을 때에는, 상기 수학식 2, 수학식 3으로부터 이들 원소량을 0으로 하여 계산하면 된다.

본 발명에 있어서, 상기 수학식 1 내지 3의 관계를 만족함으로써, 강판을 내SR특성 및 저온 인성 모두 우수한 것으로 할 수 있다. 그러나, 이들 식에서 규정하는 개개의 성분의 함유량은, 본 발명의 과제와 다른 이유에 의해 적절한 범위로 조정할 필요가 있다. 그래서, 이하에 [각 성분의 적절한 함유량 범위] 및 그 이유를 나타낸다.

[C: 0.05 내지 0.18%]

C는 강판의 강도를 확보함에 있어서 불가결한 원소로, 재가열 담금질·템퍼링에 의한 제조방법을 채용하는 경우, C 함유량을 0.05% 미만으로 하면, 필요한 강도를 확보하기 위해서는 다른 합금 원소를 다량으로 함유시킬 필요가 있어 비용이 증가되어 버린다. 또한, C 함유량이 과잉이 되면, 인성과 용접성을 현저하게 손상시키는 점에서, 0.18% 이하로 할 필요가 있다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.06%이며, 바람직한 상한은 0.16%이다.

[Si: 0.10 내지 0.50%]

Si는 강판의 강도 향상과 탈산에 불가결한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.10% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Si 함유량이 과잉이 되면 강판의 인성이 저하되기 때문에, 0.50% 이하로 할 필요가 있다. Si 함유량의 바람직한 하한은 0.15%이며, 바람직한 상한은 0.40%이다.

[Mn: 1.2 내지 2.0%]

Mn은 강판의 담금질성을 높이고 강도의 향상에 필요 불가결한 원소이다. 또한, 세멘타이트에의 고용도(solid solubility)가 Cr 다음으로 높고, 상기한 바와 같이 세멘타이트에 고용함으로써, 세멘타이트의 응집 조대화를 억제함에 있어서 유효한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mn은 1.2% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Mn 함유량이 과잉이 되면 용접부의 인성이 저하되기 때문에, 2.0%를 상한으로 한다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 1.30%이며, 바람직한 상한은 1.80%이다.

[Al: 0.01 내지 0.10%]

Al은 탈산제로서 첨가되지만, 0.01% 미만이면 충분한 효과가 발휘되지 않는다. 또한, Al은 0.10%를 넘어 과잉으로 함유시키면 강판에 있어서의 인성의 악화나 결정립의 조대화를 초래하기 때문에 0.10%를 상한으로 한다. Al 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이며, 바람직한 상한은 0.08%이다.

[Cr: 0.05 내지 0.30%]

Cr은 Mn과 마찬가지로 소량의 첨가로 강판의 담금질성을 높이고 강도의 향상에 유효한 원소이다. 또한, Mn과 마찬가지로 세멘타이트에 고용하여 세멘타이트의 응집 조대화를 억제함에 있어서 유효한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Cr은 0.05% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 과잉으로 함유되면 용접성이 나빠지기 때문에, 0.30% 이하로 해야 한다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.10%이며, 바람직한 상한은 0.25%이다.

[Ti: 0.008 내지 0.025%]

Ti는 모재에는 거의 고용하지 않고, 탄화물이나 질화물을 형성하여 강도 향상이나 가열시의 오스테나이트 입경 미세화에 기여한다. 본 발명의 성분계에서는, Ti의 함유에 의해, 질화물을 형성하고 오스테나이트의 조대화를 억제하여, 저온 인성 확보에 필요한 페라이트(ferrite) 조직을 얻을 수 있다. 이러한 효과는 Ti 함유량이 0.008% 이상에서 유효하게 발휘되지만, 0.025%를 초과하여 과잉으로 함유시켜도 그 효과는 포화된다.

[V: 0.01 내지 0.05%]

V는 전술한 바와 같이, Mn이나 Cr과 마찬가지로, 세멘타이트에의 고용도가 높고, 세멘타이트 입자 조대화 억제 효과를 발휘하는데 유효한 원소이다. 또한 V는 미세한 탄질화물을 형성시켜 강판의 인성을 향상시키는데 필요 불가결한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, V는 0.01% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 0.05%를 초과하여 과잉으로 함유시키면, HAZ 인성을 저하시키게 된다. V 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이며, 바람직한 상한은 0.04%이다.

본 발명의 고강도 강판에 있어서의 기본 성분은 상기한 바와 같고, 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 한편, 불가피적 불순물로서는, 강 원료 또는 그의 제조 공정에서 혼입할 수 있는 P, S, N, O 등을 들 수 있다. 이러한 불순물 중, 특히 P에 관해서는, 그의 양이 과잉이 되면, 장시간의 SR 처리에 의한 입계 편석(grain boundary segregation)의 영향이 현저해져서 저온 인성이 악화하기 때문에, 0.008% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판에는, 필요에 따라 (a) Cu: 0.05 내지 0.8% 및/또는 Ni: 0.05 내지 1%, (b) Mo: 0.01 내지 0.3%, (c) B: 0.0004% 이하(0%를 포함하지 않음), (d) Ca: 0.0005 내지 0.005% 등을 함유시키는 것도 유용하고, 함유되는 성분의 종류에 따라 강판의 특성이 더 개선된다. [이러한 원소를 함유시킬 때의 적절한 함유량의 범위] 및 그 이유는 이하와 같다.

[Cu: 0.05 내지 0.8%, Ni: 0.05 내지 1%]

Cu 및 Ni는 강판의 담금질성을 높이는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 모두 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 과잉으로 함유시키더라도 상기 효과가 포화되어 버리기 때문에, Cu로 0.8% 이하, Ni로 1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cu로 0.5% 이하, Ni로 0.8% 이하이다. Cu와 Ni는 어느 한쪽을 함유시킬 수도, 양쪽을 함유시킬 수도 있다.

[Mo: 0.01 내지 0.3%]

Mo는 소둔 후의 강판의 강도를 확보하는데 유효하게 작용한다. 이러한 효과는 Mo 함유량이 0.01% 이상에서 유효하게 발휘되지만, 과잉으로 함유시키더라도 상기 효과가 포화되어 버리기 때문에, 0.3% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2% 이하이다.

[B: 0.0004% 이하]

B는 극소량의 첨가로 강판의 담금질성을 향상시키는데 유효한 원소이지만, 과잉으로 함유시키면 가혹한 SR 처리에 의해 저온 인성에 악영향을 미치기 때문에, 그 상한을 0.0004% 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Ca: 0.0005 내지 0.005%]

Ca는 개재물의 제어에 의해 강판의 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과는 함유량이 0.0005% 이상에서 유효하게 발휘되지만, 과잉으로 함유되면 상기 효과가 포화되기 때문에, 0.005% 이하로 하는 것이 좋다.

본 발명의 고강도 강판은, 화학 성분 조성 및 상기 수학식 1의 관계를 만족하면, 세멘타이트의 평균 결정 입경을 0.165μm 이하로 제어할 수 있고, 이것에 의해 SR 처리 후의 강도 저하를 억제할 수 있다. 강판의 제조 공정에 관해서는, 보통의 방법에 따르면 되지만, 미세 세멘타이트를 얻기 위한 바람직한 제조방법으로서는, 예를 들면 하기의 방법(열간 압연 조건 및 열 처리 조건)을 들 수 있다.

화학 성분을 조정한 강재를 용제한 후, 연속 주조기로 슬레이브를 주조하여, 가열 온도: 1000 내지 1200℃ 정도로 가열하고, 800 내지 1000℃의 온도 영역에서 압연을 종료한 후 방냉하고, 계속해서 Ac3 변태점 이상으로 재가열하여 담금질 처리를 하고, 이어서 600 내지 700℃의 온도에서 뜨임 처리를 한다.

상기 방법에 있어서, 슬레이브의 가열 온도가 1000℃ 미만이면, 오스테나이트 결정립이 미세해져서 담금질이 들어가기 어려운 조직이 되고, 1200℃를 초과하면, 이상립 성장(exagrated grain growth)이 일어나는 경우가 있다. 또한, 압연 종료 온도를 800 내지 1000℃의 온도역으로 하는 것은, 가능한 한 생산성을 향상시키기 위함이다.

압연(열간 압연)을 종료한 후에는, 일단 천천히 냉각하고, 계속해서 Ac3 변태점 이상으로 재가열하여 담금질 처리를 한다. 이러한 공정에 의해, 오스테나이트 변태한 조직을 급냉하여, 마텐사이트(martensite) 등의 담금질 조직으로 함으로써 강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 이 공정에서의 가열 온도가 Ac3 변태점 미만이면, 변태 강화를 이용한 강판의 고강도화를 할 수 없다.

최종적으로는, 강도를 적정화시키기 위해 뜨임 처리를 한다. 이 진행에 있어서, 템퍼링 온도가 600℃ 미만이면, 강판의 강도가 지나치게 높아지고, 700℃를 초과하면, 강판의 강도가 지나치게 낮아진다.

이렇게 해서 얻어지는 본 발명의 고강도 강판은, 세멘타이트가 미세 분산된 것으로 된다. 이 때문에, 본 발명의 강판은 SR 처리 후의 강도 저하가 최대한 저감되고, 또한 저온 인성도 우수한 것으로 된다. 따라서, 본 발명의 강판은 대형 강제 용기의 소재로서 매우 유용하다.

본 발명의 강판에서는, 상기 수학식 1에서 규정되는 P값를 7.2% 이상으로 함으로써, 가혹한 SR 처리를 실시한 후의 내SR특성 및 HAZ의 저온 인성이 양호한 것으로 된다. 그러나, 상기 「가혹한 SR 처리」란, 그의 시간에만 한하지 않고, 온도와의 관계도 고려하여 논할 필요가 있다. 본 발명에서는, 가혹한 SR 처리를 객관적으로 판단하기 위한 기준으로서, 하기 수학식 4에서 규정되는 TP값이 18.5 이상이 되도록 하는 조건을 「가혹한 SR 처리」라고 규정했다. 즉, 본 발명의 강판은, 하기 수학식 4에서 규정되는 TP값이 18.5 이상이 되도록 하는 조건에서 SR 처리한 경우에도 내SR특성이 양호하다.

[수학식 4]

단, T: SR 처리 가열 온도(K), t₀: SR 처리 가열 시간(시간)

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것이 아니라, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기 표 1에 나타내는 각종 화학 성분 조성에 있어서 용제(smelting)를 한 후, 연속 주조기로 슬레이브를 주조하여, 열간 압연(슬레이브 가열 온도: 1000 내지 1200℃, 압연 종료 온도: 800 내지 1000℃) 및 열 처리(900 내지 930℃로 가열하여 담금질하고, 그 후 600 내지 680℃에서 탬퍼링함)를 하여, 각종 강판을 얻었다(판 두께 t: 70 내지 72mm). 이때의 가열 온도는 프로세스 컴퓨터에 의해 가열 개시부터 추출까지의 노 내의 분위기 온도, 재로(在爐) 시간을 기초로 하여 계산된 강철편의 표면부터 이면까지의 온도 분포에 있어서의 t(t: 판 두께)/4의 부위(강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 심도인 점)의 온도이다.

한편, 표 1에는 각 강판의 Ar3 변태점도 나타내었지만, 이러한 값은 하기 수학식 5에 따라 구한 것이다(상기 식에서, []는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, t는 판 두께(mm)를 나타냄).

[수학식 5]

상기와 같이 하여 얻어진 각 강판에 대하여, 하기의 방법에 의해 세멘타이트의 원 상당 직경을 측정했다. 또한 각 강판에 대하여, 상기 TP값으로 18 내지 18.5에 상당하는 SR 처리를 실시하여, SR 처리 전·후의 인장 강도를 하기의 방법(인장 시험)에 의해 측정하여, SR 처리 전·후의 강도 저하량(△TS)을 측정함과 아울러, 하기의 방법에 의해 모재의 인성(SR 처리 후의 모재 인성 vE_-46)을 측정했다. 또한, 각 강판을 사용하여 하기의 조건에 의해 용접 시공을 한 후, SR 처리(조건은 상기와 동일)를 하여, HAZ 인성(파면 천이 온도 vTrs)에 관해서도 평가했다. 한편, 이하의 측정방법에 있어서는, 모든 강판에 관해서도 각 2개씩의 시험편을 사용하여 그의 평균값을 구했다.

[세멘타이트 원 상당 직경 측정 방법]

각 강판의 t(t: 판 두께)/4의 부위를 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 배율: 7500배로 약 200μm의 시야를 10시야 관찰했다. 그에 따라 얻어진 화상 데이터를 화상 해석하고, 면적 분율과 개수로부터 세멘타이트의 1개당의 면적을 산출하여, 세멘타이트의 절단면을 원이라 가정했을 때의 직경을 원 상당 직경으로서 도출했다. 이때, 면적이 0.0005μm² 이하인 입자는 노이즈(noise)로 판단하여 제외했다.

[인장 시험]

SR 처리 전·후의 각 강판의 t(t: 판 두께)/4 부위로부터, 압연 방향에 대하여 직각의 방향에 JIS Z2201의 4호 시험편을 채취하여, JIS Z2241의 요령으로 인장 시험을 하여 인장 강도(TS)를 측정했다. 그리고, SR 처리 전·후의 인장 강도 TS의 차이에 의해 강도 저하량 △TS를 측정하여, 이 △TS(평균값)가 35MPa 미만인 것을 내SR특성이 양호하다고 판정했다.

[모재 인성(SR 후의 모재 인성)의 평가]

SR 처리 후의 각 강판의 t(판 두께)/4 부위로부터, 압연 방향에 대하여 직각의 방향으로 ASTM A370-05(0.500-in. Round Spacimen) 시험편을 채취하여, ASTM A370-05에 준거하여 -46℃에서 샤르피 충격 시험을 하여, 흡수 에너지(vE_-46)를 측정했다. 그리고, vE_-46의 값(평균값)이 200J 이상인 것을 모재 인성이 우수하다고 평가했다.

[HAZ 인성(SR 후의 HAZ 인성)의 평가]

하기의 조건으로 용접한 각 강판에 대해 SR 처리(조건은 상기와 동일)를 하고, 상기와 마찬가지로 하여 ASTM A370-05 시험편을 채취하여, ASTM A370-05에 준거하여 -46℃에서 샤르피 충격 시험을 하여, 흡수 에너지(vE_-46)를 측정했다. 그리고, vE_-46의 값(평균값)이 50J 이상인 것을 HAZ 인성이 우수하다고 평가했다.

<용접 시공 조건>

용접 방법: 피복 아크 용접

최고 입열량: 50kJ/cm

용접 재료: LB-62L

전류: 170A

전압: 26V

용접 속도: 6.0cm/분

예열 패스간 온도: 75℃ 이상

패스 수: 백 측 14패스, 파이널 측 17패스

개선 형상: X개선

이들의 측정 결과(세멘타이트의 원 상당 직경, SR 처리 전 TS, SR 처리 후 TS, 강도 저하량 △TS, SR 처리 후 모재 인성 및 SR 처리 후 HAZ 인성)를 각 강판의 판 두께와 마찬가지로, 하기 표 2에 나타낸다.

이러한 결과로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(한편, 하기 No.는 표 1, 2의 실험 No.를 나타냄). No. 1 내지 5, 8 내지 13은 화학 성분 조성과 아울러, 상기 수학식 1 내지 3의 관계를 만족하는 것이고, 이에 따라 세멘타이트의 원 상당 직경을 작은 채로 분산시킬 수 있고, 인장 강도의 저하량(△TS)을 작게 할 수 있음과 동시에, 저온 인성도 양호하게 확보할 수 있다.

이에 비하여 No.6에서는, B의 함유량이 많기 때문에, 담금질성이 높고, 조직이 상부 베이나이트 조직으로 되어 있어, 모재 및 HAZ 모두 인성이 열화하고 있다.

No.7에서는, 본 발명에 있어서 필수 원소인 Ti를 함유하고 있지 않은 강 종을 사용하고 있는 것으로, 이에 따라 Ti의 질화물인 TiN이 석출되지 않고, 가열시의 오스테나이트 결정립이 커져, 담금질이 쉬운 조직이 되어 있다. 또한, 이 강에서는, 상기와 마찬가지로 상부 베이나이트 조직으로 되어, 모재 및 HAZ 모두 인성이 열화하고 있다.

이러한 데이터에 기초하여, 세멘타이트 원 상당 직경과 강도 저하량(△TS)의 관계를 나타낸 것이 상기 도 2이며, P값과 세멘타이트 원 상당 직경의 관계를 나타낸 것이 상기 도 3이다. 또한, Pt값과 모재 인성(vE_-46)의 관계를 도 4에 나타낸다.

Claims

C: 0.05 내지 0.18%(「질량%」의 의미. 이하 동일), Si: 0.10 내지 0.50%, Mn: 1.2 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.10%, Cr: 0.05 내지 0.30%, Ti: 0.008 내지 0.025% 및 V: 0.01 내지 0.05%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 불가피적 불순물 중의 P를 0.008% 이하로 억제하고, 또한 하기 수학식 1 내지 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판:
[수학식 1]
6.7[Cr]+4.5[Mn]+3.5[V] ≥ 7.2(질량%)
(단, [Cr], [Mn] 및 [V]는 각각 Cr, Mn 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
[수학식 2]
1.16×([C]/10)^1/2×(0.75×[Si]+1)×(5.1×([Mn]-1.2)+5)×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1) ≤ 2.08
(단, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V] 및 [B]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V 및 B의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
[수학식 3]
-{Di-900×[Ti]+50×([P]-0.008)+3500×([B]-0.0004)} ≥ 9.62
(단, [Ti], [P] 및 [B]는 각각 Ti, P 및 B의 함유량(질량%)을 나타내고, Di는 상기 수학식 2의 좌변 값을 의미한다.)
제 1 항에 있어서,
조직중의 세멘타이트의 평균 입경이 원 상당 직경으로 0.165μm 이하인 고강도 강판.
제 1 항에 있어서,
추가로 기타 원소로서, Cu: 0.05 내지 0.8% 및 Ni: 0.05 내지 1% 중 적어도 어느 하나를 함유하는 고강도 강판.
제 1 항에 있어서,
추가로 기타 원소로서, Mo: 0.01 내지 0.3%를 함유하는 고강도 강판.
제 1 항에 있어서,
추가로 기타 원소로서, B: 0.0004% 이하를 함유하는 고강도 강판.
제 1 항에 있어서,
추가로 기타 원소로서, Ca: 0.0005 내지 0.005%를 함유하는 고강도 강판.
C: 0.05 내지 0.18%(「질량%」의 의미. 이하 동일), Si: 0.10 내지 0.50%, Mn: 1.2 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.10%, Cl: 0.05 내지 0.30%, Ti: 0.008 내지 0.025% 및 V: 0.01 내지 0.05%, Cu: 0.8% 이하, Ni: 1% 이하, Mo: 0.3% 이하, B: 0.0004 이하 및 Ca: 0.005% 이하를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 불가피적 불순물 중의 P를 0.008% 이하로 억제하고, 또한 하기 수학식 1 내지 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판:
[수학식 1]
6.7[Cr]+4.5[Mn]+3.5[V] ≥ 7.2(질량%)
(단, [Cr], [Mn] 및 [V]는 각각 Cr, Mn 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
[수학식 2]
1.16×([C]/10)^1/2×(0.75×[Si]+1)×(5.1×([Mn]-1.2)+5)×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1) ≤ 2.08
(단, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V] 및 [B]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V 및 B의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
[수학식 3]
-{Di-900×[Ti]+50×([P]-0.008)+3500×([B]-0.0004)} ≥ 9.62
(단, [Ti], [P] 및 [B]는 각각 Ti, P 및 B의 함유량(질량%)을 나타내고, Di는 상기 수학식 2의 좌변 값을 의미한다.)