KR20120034017A

KR20120034017A - 인장 강도 980ＭＰａ 이상이고 다층용접 이음의 저온 인성이 우수한 고강도 강판

Info

Publication number: KR20120034017A
Application number: KR1020110098810A
Authority: KR
Inventors: 마코토 가리야자키
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-04-09
Also published as: CN102443742B; JP5208178B2; KR101365351B1; JP2012077340A; CN102443742A

Abstract

본 발명의 강판은, 이음부의 HAZ의 저온 인성이 우수하며, C: 0.12?0.16%(질량%의 의미. 이하 동일), Si: 0.05?0.5%, Mn: 0.8?1.2%, Al: 0.01?0.07%, Mo: 0.5?0.8%, Nb: 0.025?0.08%, B: 0.0004?0.002%, 및 Cr: 0.2?0.8%와 V: 0.025?0.06% 중 적어도 한쪽을 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 하기 수학식 1로 규정되는 MP값이 0.550 이상인 동시에, 하기 수학식 2로 규정되는 탄소 당량(Ceq)이 0.63% 이하이고, 인장 강도 980MPa 이상을 갖는다.
[수학식 1]
MP값=(12/[C])×(([Mo]/96)+([Nb]/93))
[수학식 2]
Ceq=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15

Description

인장 강도 980ＭＰａ 이상이고 다층용접 이음의 저온 인성이 우수한 고강도 강판{HIGH-STRENGTH STEEL PLATE WITH 980 MPa OR ABOVE TENSILE STRENGTH EXCELLENT IN LOW TEMPERATURE TOUGHNESS OF MULTI-LAYER JOINT}

본 발명은, 다층용접 이음을 형성했을 때에 그 이음부의 열 영향부(이하, "HAZ"라고 하기도 함)의 저온 인성이 우수한 특성을 갖는 동시에, 인장 강도가 980MPa 이상인 고강도 강판에 관한 것이다.

이러한 강판의 용도로는, 예를 들어 각종 건설재나 각종 건설기계를 들 수 있다. 구체적으로는 펜스탁(수압 철관), 무손상 건물용 건재, 쇼벨, 크레인, 스크레이퍼 등의 공사 현장 등에서 사용되는 건설기계를 들 수 있다.

이하에서는 건설기계를 중심으로 설명하지만, 본 발명을 이러한 용도에 한정하는 취지는 아니다.

공사 현장 등에서 사용되는 대형 크레인 등의 건설기계는, 차량에 적재하여 현장으로 수송되고 있는데, 대형 건설기계는 그대로는 수송이 어렵기 때문에 건설기계를 분해하여 수송하고 있다. 따라서, 건설기계의 경량화가 요구되고 있다. 한편으로, 건설기계는 가혹한 현장에서의 작업에 견딜 수 있을 만큼의 강도도 필요하다. 또한, 건설기계는 한냉지에서의 사용도 많기 때문에, 모재 및 용접 이음부에서 양호한 저온 인성을 가질 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해서, 건설기계에는 얇으면서도 980MPa 급의 강도를 갖는 동시에 또한 우수한 저온 인성을 갖는 강판이 요구되고 있다.

상기와 같은 용도에 적용되는 강판의 고강도화에는, 일정량 이상(예를 들어, 0.12질량% 이상)의 탄소가 필요하다. 또한, 강판을 용접해서 용접 이음을 형성할 때에는 다층용접되는데(다층용접 이음), 이러한 용접 이음에서의 인성을 확보하기 위해서는, 탄소 함유량이 적을수록 바람직한 것으로 되어 있다.

다층용접 이음부에 있어서는, 이음 구조와의 관계로부터 조직상 복잡한 양상을 띤 것으로 되어 있다. 즉, 다층용접 이음부에 있어서는, 그 부위에 따라서, 템퍼링 조립 HAZ(CG-HAZ) 조직, 템퍼링 세립 HAZ(FG-HAZ) 조직 및 2상 영역 가열 HAZ(IR-CGHAZ) 조직이 존재하고 있으며, 이들 조직 중에서 IR-CGHAZ 조직이 가장 취화부인 것으로 알려져 있다. 즉, 용접 이음의 저온 HAZ 인성을 양호하게 함에 있어서, IR-CGHAZ 조직의 인성을 개선하는 것이 가장 유효한 수단이라고 생각되고 있다.

IR-CGHAZ 조직이 저인성(가장 취화부)으로 되는 것의 원인으로는, MA(마텐자이트-오스테나이트 혼합 조직)라고 불리는 경질상의 존재를 들 수 있다. 즉, 상기 조직의 입계에 존재하는 MA의 갈라짐에 기인해서 균열이 발생하므로, MA가 많을수록 균열 발생점이 많아지게 되어, 이러한 것이 저인성으로 되는 원인이라 생각된다.

용접 이음의 저온 인성이 우수한 강판을 실현하기 위한 기술로는 일찍부터 다양한 제안이 이루어졌다. 이러한 기술로는, 예를 들어 특허문헌 1에는, MgAl₂O₄를 핵으로 하고 그 주변에 TiN을 갖는 MgAl₂O₄-TiN 복합 입자를 함유함으로써 초대입열 용접의 열 영향부의 인성을 개선한 후강판이 제안되어 있다. 이 기술은, MgAl₂O₄-TiN 복합 입자를 강 중에 분산시켜, 그 원소 고정 작용에 의해 HAZ의 γ립 성장을 억제함으로써 HAZ 인성을 향상시키는 것이다.

또한, 특허문헌 2에는, 탄소 당량(Ceq), 용접 균열 감수성 지수(PcM), 합금 원소의 고용량을 만족시키도록 강판의 화학 성분 조성을 제어하는 동시에, 강 중의 Nb 화합물이나 오스테나이트립의 크기 등을 소정의 범위로 제어함으로써, 판두께 방향의 균질성, 인성이 우수한 동시에, 이방성이 작은 고강도 강판이 제안되어 있다. 이 기술은, 첨가 합금 원소를 과포화로 고용함으로써 매트릭스의 강화를 도모하는 동시에, 미세한 Nb 화합물에 의해서 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하는 동시에, 매트릭스의 강화를 도모함으로써 판두께 중심부에서의 강도와 인성을 향상시키는 동시에, 표층부의 고인성을 확보하고, 나아가 이방성이 작은 고장력 강판을 제공하는 것이다.

그러나, 이러한 기술에 있어서도, MA가 여전히 잔존하는 상태로 되어 있어, IR-CGHAZ 조직에 있어서의 MA를 저감하여 저온 인성을 개선한다는 관점에서 보면 충분한 개선 효과를 발휘한다고는 하기 어려운 것이 실정이다.

일본 특허공개 평11-236645호 일본 특허공개 평10-265893호

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 980MPa 이상의 인장 강도를 가지면서도 이음부의 HAZ의 저온 인성이 우수한 고강도 강판을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 달성할 수 있는 본 발명의 강판은, C: 0.12?0.16%(질량%의 의미. 이하 동일), Si: 0.05?0.5%, Mn: 0.8?1.2%, Al: 0.01?0.07%, Mo: 0.5?0.8%, Nb: 0.025?0.08%, B: 0.0004?0.002%, 및 Cr: 0.2?0.8%와 V: 0.025?0.06% 중 적어도 한쪽을 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 하기 수학식 1로 규정되는 MP값이 0.550 이상인 동시에, 하기 수학식 2로 규정되는 탄소 당량 Ceq가 0.63% 이하이다.

단, [C], [Mo] 및 [Nb]는 각각 C, Mo 및 Nb의 함유량(질량%)을 나타낸다.

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

본 발명의 강판에는, 다른 원소로서 Cu: 0.5% 이하와 Ni: 2.0% 이하 중 적어도 한쪽을 함유하는 것도 바람직한 실시 양태이다.

또한, 본 발명의 강판에는, 다른 원소로서 Ca: 0.006% 이하와 Ti: 0.025% 이하 중 적어도 한쪽을 함유하는 것도 바람직한 실시 양태이다.

본 발명에 의하면, C, Mo 및 Nb의 함유량을 상기 수학식 1의 관계를 만족시키도록 제어하는 동시에, 강판의 화학 성분 조성을 적절한 범위 내로 함으로써, 다층용접 이음의 IR-CGHAZ 조직에 있어서의 MA의 생성을 저감할 수 있어, 그 이음부 HAZ의 저온 인성이 우수한 동시에 인장 강도가 980MPa 이상인 고강도 강판을 실현할 수 있다. 이러한 강판은 각종 건재, 건설기계의 소재로서 매우 유용하다.

도 1은 MP값과 MA 면적률(%)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 MP값과 vE_-20 _min의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명자들은, 다층용접 이음의 가장 취화부인 IR-CGHAZ 조직에 있어서의 MA의 생성을 저감하고자, 특히 MA의 석출에 미치는 화학 성분의 영향에 대해 광범위하면서도 상세하게 연구를 거듭했다. 그 결과, 980MPa 이상의 고강도 및 모재 인성의 안정성을 확보할 수 있는 C 함유량(0.12% 이상)이어도, IR-CGHAZ 조직에 있어서의 MA 생성량을 억제할 수 있는 성분계를 발견함으로써, 용접 이음의 HAZ의 양호한 저온 인성을 확보할 수 있는 강판이 실현 가능함을 발견하여 본 발명을 완성했다. 본 발명이 완성된 경위를 따라서 본 발명의 작용 효과에 대해 설명한다.

강판의 용접시에는(용접 가열 온도: 1350℃ 이상), 모든 석출물은 고용되어 계속되는 냉각 과정에서 순차적으로 석출물이 형성되게 된다. 구체적으로는, 우선, 용접 가열부의 강재가 용접열에 의해 융점 바로 아래까지 가열되면, 오스테나이트(이하, γ라고 약기함) 입자가 조대화되어 CGHAZ 조직이 형성된다. 그때, γ립 내의 C가 이동(확산)하여 γ립계에 농축된다. 그리고, 상기 용접 가열부가 냉각되면 농축된 C가 상기 입계에서 고정되어 입계에 C 농축대가 형성된다. 또한, 후속하는 용접(가열)에 의해 IR-CGHAZ 조직이 형성되는데, 상기 C 농축대는 2상 영역 가열되어 용접 후의 냉각 과정에서 γ립으로 변태되고, 또한 그 후 냉각에 의해서 γ립이 마텐자이트 변태를 일으켜 MA가 형성된다.

상기 MA 형성 과정을 감안해 보면, MA를 억제하는 방책으로는, γ립이 조대화되어 CGHAZ 조직이 형성될 때에, C가 γ립계에 농축되는 것을 억제하는 것, 즉, C가 γ립계로 이동하는 것을 억제하는 것이 유효하다고 생각된다.

그러기 위한 방법으로서 본 발명자들은, 용접 가열부가 융점 바로 아래까지 가열되어 γ립이 조대화될 때에, C를 끌어당기기 쉬운 원소, 즉, C와 탄화물을 형성하기 쉬운 원소를 γ립 내에 존재시켜 두면, C가 γ립계로 이동하는 것을 억제할 수 있을 것으로 생각했다.

그래서, 각 원소와 C의 관계에 대해 조사한 바, Ti, Nb, V, Mo는 다른 원소에 비해 C와 탄화물(TiC, NbC, VC, Mo₂C)을 형성하기 쉬운 원소(강(强)탄화물 형성 원소)이며, C의 포착에 유효한 것으로 생각되었다.

단, 상기 γ립 조대화시에 C를 포착하기 위해서는, 강탄화물 형성 원소가 γ립 내에 존재할 필요가 있으며, 그러기 위해서는 강탄화물 형성 원소는 고용체로서 모상(Fe)에 존재해야만 한다. 구체적으로는, 강탄화물 형성 원소의 원자 반경 및 전기 음성도가 Fe(모상)와 원자 반경 및 전기 음성도가 동일 정도(±15% 이내)이면 고용된다. 그래서 본 발명자들이 상기 Ti, Nb, V, Mo의 원자 반경 및 전기 음성도에 대해 조사한 바, Nb, V, Mo는 Fe와 동일 정도의 원자 반경 및 전기 음성도를 갖고 있어 고용되는 것을 알았다.

그렇지만, 용접시의 고온하(용융 상태)에서, 이들 원소가 γ립계로 이동하지 않기 위해서는 Fe보다 무거운 원소이어야 한다. 구체적으로는 Nb(원자량 93), Mo(원자량 96)는 Fe(원자량 56)보다 무거워 γ립계로의 이동을 억제할 수 있는 것에 반해, V(원자량 51)는 Fe보다 가벼워 탄화물(VC)의 이동을 억제할 수 없을 것으로 생각된다.

이상의 검토 결과로부터, Nb, Mo가 C와 탄화물을 형성하여 C의 이동을 억제하는 비율은, Mo의 물질량([Mo]/96: [Mo]는 Mo의 함유량(질량%), 96은 Mo 원자량)과 Nb의 물질량([Nb]/93: [Nb]는 Nb의 함유량(질량%), 93은 Nb 원자량)의 합([Mo]/96+[Nb]/93)에 비례하게 된다. 즉, ([Mo]/96+[Nb]/93)이 높을수록 C의 이동 억제 효과가 높고, 그 결과 MA의 석출 억제 효과도 높아진다.

상기 효과는 C의 물질량(12/[C]: [C]는 C의 함유량(질량%), 12는 C 원자량)에 대한 Mo와 Nb의 물질량의 합([Mo]/96+[Nb]/93)의 비율이 높을수록 C의 농축 억제 효과가 높기 때문에, MA의 형성 억제 파라미터로서 하기 수학식 1로 구해지는 MP값이 요구된다.

[수학식 1]

MP값=(12/[C])×(([Mo]/96)+([Nb]/93))

C, Mo, Nb의 함유량에 의해 규정되는 MP값이 크면 클수록 석출되는 MA량이 적어지는데, 석출되는 MA량을 소정량 이하로 억제하여 우수한 저온 인성을 발휘시키기 위해서는, 상기 MP값은 0.550 이상으로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.570 이상, 보다 바람직하게 0.590 이상이다.

MP값의 상한은 후기하는 Mo, Nb, C의 범위에 의해 결정되는 값을 취할 수 있기 때문에 특별히 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 강판에서는, 저온 이음 인성을 양호하게 유지하기 위해서, 하기 수학식 2로 규정되는 탄소 당량 Ceq가 0.63% 이하일 필요도 있다. 탄소 당량이 0.63%를 초과하면, IR-CGHAZ부의 바탕 조직이 경화되어 버려 인성이 열화된다. 바람직한 탄소 당량은 0.62% 이하이다.

상기 탄소 당량 Ceq는, 저온 이음 인성에 주는 각 원소의 영향력을 탄소량으로 환산한 것이며, 다양한 분야에서 이용되고 있는 것이다(ASTM 규격). 본 발명에서는 이러한 탄소 당량 Ceq를 저온 이음 인성의 판단 기준으로서 이용하는 것이다. 한편, 하기 수학식 2에는, 본 발명의 강재의 기본 성분(C, Mn 및 Mo) 이외에도 필요에 따라 함유되는 Cu나 Ni도 항으로서 포함하는 것인데, Cu나 Ni를 포함하는 경우에 한해서 그 양도 고려하여 계산하면 된다.

[수학식 2]

Ceq=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15

본 발명의 강판에서는, 상기 수학식 1로 규정되는 MP값을 0.550 이상으로 하는 동시에, 상기 수학식 2로 규정되는 탄소 당량 Ceq를 0.63% 이하로 함으로써, 강도 및 저온 이음 인성이 양호한 것으로 되는데, 이들 관계식을 만족시키는 것에만 한하지 않고, 강판의 화학 성분 조성과의 관계도 고려할 필요가 있다.

이하, 본 발명의 강재(모재)에 있어서의 다른 성분 조성에 대해 설명한다. 상기한 바와 같이 본 발명의 강판은, 그 화학 성분 조성이 상기 수학식 1로 규정되는 MP값이 소정의 범위를 만족하고 있어도, 각각의 화학 성분(원소)의 함유량이 적정 범위 내에 없으면, 우수한 저온 인성과 인장 강도를 달성할 수 없다. 따라서, 본 발명의 강판에서는, 적정량의 C, Mo 및 Nb로 규정되는 MP값[상기 수학식 1]이 소정의 범위로 제어되는 것에 더하여, 각각의 화학 성분의 양이 이하에 기재하는 바와 같은 적정 범위 내에 있을 필요도 있다. 이들 성분의 범위 한정 이유는 하기와 같다.

[C: 0.12?0.16%]

C는 강판의 담금질성을 향상시켜 강도를 확보함에 있어서 중요한 원소이지만, 그 함유량이 과잉이 되면 이음 인성을 열화시키기 때문에 0.16% 이하로 할 필요가 있다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.15%이다. 용접성을 확보한다는 관점에서 봤을 때, C 함유량은 적을수록 바람직하지만, 0.12% 미만이 되면 담금질성이 오히려 저하되어 강도를 확보할 수 없게 된다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.13%이다.

[Si: 0.05?0.5%]

Si는 강을 용제할 때에 탈산제로서 작용하여 강의 강도를 상승시키는 효과를 발휘한다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Si 함유량은 0.05% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 Si 함유량이 과잉이 되면 이음 인성이 열화되기 때문에 0.5% 이하로 할 필요가 있다. 한편, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.15%이며, 바람직한 상한은 0.4%이다.

[Mn: 0.8?1.2%]

Mn은 강판의 강도를 높이는 효과를 발휘하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mn은 0.8% 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.9% 이상이다. 그러나, Mn 함유량이 1.2%를 넘어 과잉이 되면 이음 인성이 열화되게 된다. 바람직하게는 1.1% 이하로 하는 것이 좋다.

[Al: 0.01?0.07%]

Al은 탈산제로서 첨가되는데, 그 함유량이 0.01% 미만이면 충분한 효과가 발휘되지 않고, 0.07%를 넘어 과잉으로 함유되면 강판에 있어서의 청정성이 저해된다. Al 함유량의 바람직한 하한은 0.015%이고, 바람직한 상한은 0.065%이다.

[Mo: 0.5?0.8%, Nb: 0.025?0.08%]

Mo와 Nb는 상기한 바와 같이 C와의 친화성이 강하고, 또한 모상(Fe)으로 고용되는 원소이며, 저온 인성 저감에 높은 효과를 발휘하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 Mo는 0.5% 이상 함유시킬 필요가 있고, 바람직하게는 0.55% 이상이다. 또한, Nb는 0.025% 이상 함유시킬 필요가 있으며, 바람직하게는 0.035% 이상이다.

그렇지만, Mo, Nb를 과잉으로 함유시키면 거대 석출물을 형성하여 용접성이 저해되기 때문에, Mo 함유량은 0.8% 이하로 하고, 바람직하게는 0.75% 이하이다. 또한, Nb의 함유량은 0.08% 이하로 하고, 바람직하게는 0.07% 이하로 한다.

[B: 0.0004?0.002%]

B는 BN을 생성함으로써 HAZ 인성에 유해한 고용 N을 고정하는 동시에, 저온 인성을 한층 더 개선하는 원소이다. 이러한 작용 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는 B를 0.0004% 이상 함유시킬 필요가 있으며, 바람직한 함유량은 0.0005% 이상이다. 한편, B가 지나치게 많으면, 과잉의 고용 B의 작용에 의해 결정이 일정 방향으로 형성되어 HAZ 인성이 오히려 열화된다. 따라서, B 함유량은 0.002% 이하로 억제한다. 바람직한 B 함유량은 0.0018% 이하이다.

[Cr: 0.2?0.8% 및/또는 V: 0.025?0.06%]

Cr과 V는 모두 석출 강화에 의한 고강도화에 유효한 원소이다. 이들은 단독으로 첨가할 수도 있고 병용할 수도 있다. 이러한 효과는, 그것들의 함유량이 증가함에 따라서 증대되기 때문에, Cr은 0.2% 이상, V는 0.025% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 과잉으로 함유시키면 HAZ 인성의 열화를 초래하기 때문에, Cr은 0.8% 이하, V는 0.06% 이하로 각각 억제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cr은 0.78% 이하, V는 0.055% 이하이다.

본 발명에서 규정하는 함유 원소는 상기한 바와 같고, 잔부는 철 및 불가피적 불순물이며, 상기 불가피적 불순물로서, 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라서 도입되는 원소(예를 들어, P, S, N, Sn, As, Pb 등)의 혼입이 허용될 수 있다. 이들 불순물 중, P, S, N에 대해서는 하기와 같이 억제하는 것이 바람직하다.

[P: 0.02% 이하]

불순물 원소인 P는 템퍼링 취화를 야기하기 때문에, 그 양은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 인성을 확보한다는 관점에서 보면, P 함유량은 0.02% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.015% 이하로 한다. 그러나, 공업적으로 강 중의 P를 0%로 하는 것은 곤란하다.

[S: 0.01% 이하]

S는 템퍼링 취화를 야기하는 불순물이며, 그 양은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 인성을 확보한다는 관점에서 보면, S 함유량은 0.01% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.005% 이하로 한다. 그러나, 공업적으로 강 중의 S를 0%로 하는 것은 곤란하다.

[N: 0.01% 이하]

N은 경화를 야기하는 불순물이며, 그 양은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 인성을 확보한다는 관점에서 보면, N 함유량은 0.01% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.006% 이하로 한다. 그러나, 공업적으로 강 중의 N을 0%로 하는 것은 곤란하다.

또한, 본 발명의 강판에는, 필요에 따라 (a) Cu: 0.5% 이하 및/또는 Ni: 2.0% 이하, (b) Ca: 0.006% 이하 및/또는 Ti: 0.025% 이하 등을 함유시키는 것도 가능하며, 함유시키는 성분의 종류에 따라 강판의 특성이 개선된다.

(a) [Cu: 0.5% 이하 및/또는 Ni: 2.0% 이하]

Cu와 Ni는 모두 고용 강화에 의한 고강도화에 유효한 원소이다. 이들은 단독으로 첨가할 수도 있고 병용할 수도 있다.

상세하게는, Cu는 강도 상승에 유효한 원소이며, 0.2% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 그 함유량이 과잉이 되면 열간 가공시에 균열이 발생하기 쉬워지고, 또한 이음 인성이 열화되는 것으로도 되기 때문에, 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Ni는 강판의 강도 및 인성을 향상시킴에 있어서 유효한 원소이며, 0.2% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Ni 함유량이 과잉이 되면 이음 인성이 열화되는 것으로도 되기 때문에, 2.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

(b) [Ca: 0006% 이하 및/또는 Ti: 0.025% 이하]

Ca와 Ti는 모두 HAZ 인성 향상에 유효한 원소이다. 이들은 단독으로 첨가할 수도 있고 병용할 수도 있다.

상세하게는, Ca는 강 중 황화물의 형태를 제어함으로써 Z 방향(판두께 방향)의 재질 개선에 유효한 원소이다. 그러나, Ca 함유량이 과잉이 되면 강 중 개재물이 증가하여 강판의 인성이나 이음 인성을 손상시키기 때문에, 0.006% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ca에 의한 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 0.001%이다.

Ti는 용접 이음의 HAZ에 있어서 N과 함께 석출물을 형성하여, 조직의 조대화를 원소 고정에 의해 억제하는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과는, 그 함유량이 증가함에 따라서 증대되지만, 과잉으로 함유되면 이음 인성이 열화되기 때문에, 0.025% 이하로 억제하는 것이 바람직하다. Ti에 의한 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 0.005%이다.

이상과 같이 본 발명에서는, 상기 수학식 1, 수학식 2뿐만 아니라, 강판의 화학 성분 조성을 만족함으로써 980MPa 이상의 인장 강도를 갖는 동시에, 모재 및 HAZ부의 저온 이음 인성이 양호하게 되는 것이다.

특히 본 발명의 강판은 980MPa 이상의 고강도를 갖는 것이지만, 바람직하게는 990MPa 이상, 보다 바람직하게는 1000MPa 이상의 인장 강도를 갖는 경우라도 우수한 저온 이음 인성을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 강판(모재)의 조직은, (템퍼링) 베이나이트를 주체(90% 이상이 베이나이트)로 하는 것이다. 강도와 인성을 향상시킨다는 관점에서는 바람직하게는 92% 이상, 보다 바람직하게 94% 이상의 베이나이트 주체의 조직으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판을 제조하기 위해서는, 상기 성분 조성을 만족시키는 용강을 이용하여, 통상의 조건(압연 온도, 압하율, 담금질 온도, 템퍼링 온도)에 따라서 강판(담금질?템퍼링 강판: QT 강판)으로 하면 된다. 본 발명은 후강판에 관한 것이며, 당해 분야에 있어서 후강판이란, JIS에서 정의되는 바와 같이, 일반적으로 판두께가 3.0mm 이상인 것을 가리킨다. 본 발명에서는, 강판을 다층용접에 의해 용접 이음을 형성한 경우라도, 높은 강도와 양호한 HAZ 인성을 나타내는 것이 된다. 본 발명의 강판은, 예를 들어 저온 이음 인성이 요구되는 구조물의 재료로서 사용할 수 있고, 소 내지 중 입열 용접은 물론 대입열 용접이나 강도에 있어서도 용접열 영향부의 저온 인성 열화를 막을 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니며, 상기 및 후기하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기 표 1에 나타내는 조성의 강괴를 통상의 진공 용제법에 의해 용제하고, 상기 강괴에 대해 열간 압연하여 판두께 25mm의 열간 압연판으로 하고, 930℃로 가열하여 담금질(Q)하고, 500℃로 가열하여 템퍼링(T)해서 강판(QT 강판)을 제조했다. 한편, 강판의 조직에 대해 조사한 바, 모두 90% 이상의 베이나이트를 포함하는 베이나이트 주체의 조직이었다.

상기한 바와 같이 하여 얻어진 각 강판을 이용하여, 하기의 방법에 의해 모재의 강도(TS) 및 인성(vE_-20 _min), IR-CGHAZ에 있어서의 인성(vE_-20 _min) 및 MA 면적률을 평가했다. 한편, 이하의 측정 방법에서는, 모든 강판에 대해서 각 3개씩의 시험편을 이용하여 그 최저치를 구했다.

[모재의 강도(TS)의 평가]

각 강판의 t(판두께)/4 부위로부터, 압연 방향에 대해 직각 방향으로 JIS Z2201의 4호 시험편을 채취해서, JIS Z2241의 요령으로 인장 시험을 행하여 인장 강도(TS)를 측정했다. 그리고, TS가 980MPa 이상인 것을 합격으로 평가했다.

[모재의 인성(vE_-20 _min)의 평가]

각 강판(모재)의 t(판두께)/4 부위로부터, 압연 방향에 대해 JIS Z2242의 시험편을 채취하여 모재의 인성을 평가했다. JIS Z2242에 준거해서, -20℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여 흡수 에너지(vE_-20)를 측정했다. 그리고, vE_-20의 최저치(vE_-20min)가 47J 이상인 것을 인성이 우수한 것으로 평가했다.

[IR-CGHAZ에서의 인성(vE_-20 _min)의 평가]

IR-CGHAZ 조직을 얻기 위해서, 각 강판(모재)의 t(판두께)/4 부위로부터, 12.5mm(판두께 방향 길이)×55mm(폭 방향 길이)×32mm(압연 방향 길이)의 시험편을 채취해서, 하기 조건의 열사이클 시험을 행하여 IR-CGHAZ에서의 인성을 평가했다. 이때 열사이클 시험은, 상기 시험편을 1350℃로 가열하여 5초간 유지한 후, 800?500℃의 온도 범위를 약 7초에 걸쳐 냉각한 후, 후속 패스에 의한 열영향을 모의해서 830℃로 가열하여 5초간 유지한 후, 800?500℃의 온도 범위를 약 7초에 걸쳐 냉각함으로써 용접 입열량이 17kJ/cm에 상당하는 열사이클을 부여했다. JIS Z2242에 준거해서, -20℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여 흡수 에너지(vE_-20)를 측정했다. 그리고, vE_-20의 최저치(vE_-20 _min)가 47J 이상인 것을 IR-CGHAZ의 인성이 우수한 것으로 평가했다.

[IR-CGHAZ에서의 MA 면적률의 측정]

상기에서 열사이클 시험을 행한 각 시험편의 중심 개소를 레페라(LePera) 부식을 행하여 광학 현미경에 의해 배율: 1000배로 60×80(㎛²)의 시야를 4시야 관찰한 후, 그 화상 데이터를 화상 해석하여 MA의 면적률을 산출했다.

이들 결과를, 담금질 온도, 템퍼링 온도와 함께 하기 표 2에 나타낸다.

표 1, 2로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(한편, 하기 No.는 표 1, 2의 실험 No.를 나타낸다). No. 7?14는 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 예로, 화학 성분 조성 및 MP값이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 것이며, IR-CGHAZ에 있어서 입계 시멘타이트의 석출이 억제되어(면적률로 4% 미만), 저온 인성이 양호하고, 모재의 인장 강도도 980MPa 이상의 고강도를 갖는 강판이 얻어졌음을 알 수 있다.

이에 반해, No. 1?6은 본 발명에서 규정하는 요건(화학 성분 조성, MP값, Ceq값)을 만족시키지 않는 것이다.

상세하게는, No. 1?4는 화학 성분 조성(Mo 및/또는 Nb 함유량)이 본 발명의 규정 범위를 벗어나는 동시에 MP값을 만족시키지 않는 예이다. No. 5는 탄소 당량(Ceq)이 본 발명의 규정 범위를 벗어나는 예이다. No. 6은 MP값이 본 발명의 규정 범위를 벗어나는 예이다.

이들 중, No. 1?4, 6은 모두 IR-CGHAZ에 있어서 MA의 석출량이 많아지며(면적률로 4% 이상), IR-CGHAZ에 있어서의 인성(vE_-20 _min)이 뒤떨어졌다. 또한, No. 5는 MP값을 만족하여 MA의 생성은 억제되어 있지만, 탄소 당량이 나쁘기 때문에 용접 부분의 조직이 경화되어 IR-CGHAZ에 있어서의 인성이 열화되었다.

이들 결과에 기초하여, MP값과 MA 면적률(%)의 관계를 도 1에, MP값과 vE_-20min의 관계를 도 2에 각각 나타낸다. 이러한 결과로부터 명백한 바와 같이, MP값을 0.550 이상으로 제어함으로써, MA의 생성을 저감할 수 있으며 또한 양호한 저온 인성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

Claims

C: 0.12?0.16%(질량%의 의미. 이하 동일),
Si: 0.05?0.5%,
Mn: 0.8?1.2%,
Al: 0.01?0.07%,
Mo: 0.5?0.8%,
Nb: 0.025?0.08%,
B: 0.0004?0.002%, 및
Cr: 0.2?0.8%와 V: 0.025?0.06% 중 적어도 한쪽
을 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
하기 수학식 1로 규정되는 MP값이 0.550 이상인 동시에, 하기 수학식 2로 규정되는 탄소 당량 Ceq가 0.63% 이하이고,
인장 강도 980MPa 이상을 갖는
고강도 강판:
[수학식 1]
MP값=(12/[C])×(([Mo]/96)+([Nb]/93))
단, [C], [Mo] 및 [Nb]는 각각 C, Mo 및 Nb의 함유량(질량%)을 나타낸다.
Ceq=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15
[수학식 2]
단, [C], [Mn], [Cr], [Mo], [V], [Cu] 및 [Ni]는 각각 C, Mn, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
Cu: 0.5% 이하와 Ni: 2.0% 이하 중 적어도 한쪽을 함유하는 고강도 강판.
제 1 항에 있어서,
Ca: 0.006% 이하와 Ti: 0.025% 이하 중 적어도 한쪽을 함유하는 고강도 강판.