KR20140002518A

KR20140002518A - 모재 인성 및 haz 인성이 우수한 고장력 강판

Info

Publication number: KR20140002518A
Application number: KR20130074106A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 고우
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-01-08
Also published as: JP5906147B2; SE537226C2; CN103510018A; JP2014009387A; US20140003990A1; KR101562103B1; SE1350598A1; CN103510018B; US9109274B2

Abstract

본 발명의 강판은 인장 강도가 1100MPa 이상인 고강도 강판이며, 모재 인성 및 HAZ 인성이 우수하고, 내마모성도 우수하다. 본 발명의 강판은, 소정의 강 중 성분을 만족하며, 하기 식으로 표시되는 Ceq(IIW)가 0.40 이상 0.45 이하의 범위를 만족하고, 강 중에 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물이 200개/mm² 이상 존재하고, 조직은 마르텐사이트 조직을 29체적% 이상 함유하며, 잔부가 베이나이트 조직으로 구성되어 있다.
Ceq(IIW) = [C]+{1/6×[Mn]}+{1/5×([Cr]+[Mo]+[V])}+{1/15×([Cu]+[Ni])}
식 중, [ ]는 강 중 원소의 함유량을 의미한다.

Description

모재 인성 및 HAZ 인성이 우수한 고장력 강판{HIGH-TENSION STEEL PLATE EXCELLENT IN BASE METAL TOUGHNESS AND HAZ TOUGHNESS}

본 발명은 모재 및 용접열 영향부(HAZ)의 인성이 우수한 인장 강도 1100MPa 이상의 고장력 강판에 관한 것이다. 본 발명의 고장력 강판은 건설 기계, 산업 기계 등의 용도에 이용되는 후강판으로서 적합하게 이용된다.

건설 기계나 산업 기계 등에 이용되는 후강판은, 최근의 경량화의 요구 증가에 수반하여 보다 고강도의 성능이 요구된다. 상기 용도에 이용되는 후강판에는 높은 인성(모재 인성 및 HAZ 인성)도 요구되지만, 일반적으로 강도와 인성은 상반되는 경향이 있어, 고강도가 됨에 따라서 인성이 저하되게 된다.

예컨대 일본 특허공개 2009-242832호 공보(특허문헌 1)에는, 인장 강도(TS)로 980MPa 이상의 고강도를 유지하면서, 굽힘 가공성도 우수한 고강도 강판의 기술이 기재되어 있다. 상기 선행기술에서는, 고강도화를 위해 첨가되고 있던, 고용 강화능이 높은 Cu나 Ni 등의 원소를 일체 첨가하지 않는 성분계로 함과 더불어, 적성량(適性量)의 Ti나 Nb를 첨가하는 것에 의해 구(舊)γ 입경을 보다 미세하게 하여 소기의 목적을 달성하고 있다.

일본 특허공개 2009-242832호 공보

그러나, 상기 선행기술에서는, 강 중 성분이 적절히 제어되어 있지 않기 때문에, 높은 HAZ 인성을 확보할 수 없다. 또한, 상기 선행기술에서는, 조직 제어를 위해 Ti를 첨가하고 있지만, 본 발명자의 검토 결과에 의하면, 980MPa 이상의 고강도 영역에서는, Ti 개재물의 영향에 의해 모재 인성이 열화된다는 것이 판명되었다.

또, 건설 기계나 산업 기계 등에 이용되는 후강판에는, 높은 강도와 인성 외에, 바람직하게는 내마모성이 우수할 것도 요구된다. 일반적으로, 후강판의 내마모성과 경도는 상관이 있어, 마모가 염려되는 후강판에서는 경도를 높일 필요가 있다. 보다 안정적인 내마모성을 확보하기 위해서는, 후강판의 표면으로부터 판 두께 내부(t/2 근방, t = 두께)에 걸쳐 균일한 경도를 갖는 것(즉, 후강판의 표면과 내부에서 동일한 정도의 경도를 갖는 것)이 필요하다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 인장 강도가 1100MPa 이상인 고강도 강판이어도 모재 인성 및 HAZ 인성이 우수하고, 바람직하게는 내마모성도 우수한 고장력 강판을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 따른 강판은, (1) 강 중 성분에 대하여, C: 0.10∼0.16%(질량%의 의미. 화학 성분에 대하여 이하 동일), Si: 0.2∼0.5%, Mn: 1∼1.4%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.010∼0.08%, Cr: 0.03∼0.25%, Mo: 0.25∼0.4%, Nb: 0.01∼0.03%, B: 0.0003∼0.002%, N: 0.006% 이하, REM: 0.0005∼0.0030%, Zr: 0.0003∼0.0020%, 잔부: 철 및 불가피 불순물이며, 하기 식으로 표시되는 Ceq(IIW)가 0.40 이상 0.45 이하의 범위를 만족하고, (2) 강 중에 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물이 200개/mm² 이상 존재하고, (3) 조직은 마르텐사이트 조직을 29체적% 이상 함유하며, 잔부가 베이나이트 조직으로 구성되고, (4) 인장 강도가 1100MPa 이상이다.

Ceq(IIW) = [C]+{1/6×[Mn]}+{1/5×([Cr]+[Mo]+[V])}+{1/15×([Cu]+[Ni])}

식 중, [ ]는 강 중 원소의 함유량을 의미한다.

본 발명의 상기 강 중 성분에 있어서, 바람직하게는 추가로 다른 원소로서 Ni: 0.25% 이하를 함유한다.

본 발명의 강판은 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 인장 강도가 1100MPa 이상인 고강도 강판이어도 모재 인성 및 HAZ 인성이 우수하고, 바람직하게는 내마모성도 우수하다.

도 1은 조직 분율의 측정에 이용한 열팽창 곡선이다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 강 중 성분, 탄소 당량 Ceq(IIW), 조직, 및 산화물의 개수 밀도를 적절히 제어하면 소기의 목적이 달성된다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.

본 명세서에 있어서 「모재 인성 및 HAZ 인성이 우수했다」란, 후기하는 실시예에 기재된 방법으로 이들의 특성을 조사했을 때, 모재 인성으로서 vE_-70≥20J이고, 또한 HAZ 인성으로서 vE₀≥100J을 만족하는 것을 의미한다.

본 명세서에 있어서 「내마모성이 우수했다」란, 후기하는 실시예에 기재된 방법으로 강판의 표면 및 내부(t/2, t = 판 두께, 이하, t는 판 두께 의미한다)의 브리넬(Brinell) 경도를 측정했을 때, 어느 쪽의 경도도 360 이상인 것을 의미한다.

본 명세서에 있어서 후강판이란, 판 두께가 6mm 이상인 것을 의미한다.

우선, 본 발명의 강 중 성분에 대하여 설명한다.

C: 0.10∼0.16%

C는 모재(강판)의 강도 및 경도를 확보하기 위해 필요 불가결한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, C량의 하한을 0.10%로 한다. C량의 바람직한 하한은 0.12%이다. 단, C량이 과잉으로 되면 HAZ 인성이 열화되기 때문에, C량의 상한을 0.16%로 한다. C량의 바람직한 상한은 0.15%이다.

Si: 0.2∼0.5%

Si는 탈산 작용을 가짐과 더불어 모재의 강도 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Si량의 하한을 0.2%로 한다. Si량의 바람직한 하한은 0.3%이다. 그러나, Si량이 과잉으로 되면 용접성이 열화되기 때문에, Si량의 상한을 0.5%로 한다. Si량의 바람직한 상한은 0.40%이다.

Mn: 1∼1.4%

Mn은 모재의 강도 향상에 유효한 원소이며, 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Mn량의 하한을 1%로 한다. Mn량의 바람직한 하한은 1.10%이다. 그러나, Mn량이 과잉으로 되면 용접성이 열화되기 때문에, Mn량의 상한을 1.4%로 한다. Mn량의 바람직한 상한은 1.3% 이하이다.

P: 0.03% 이하

P는 강재 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, P량이 0.03%를 초과하면 모재 인성이 열화되기 때문에, P량의 상한을 0.03%로 한다. P량은 가능한 한 적은 편이 좋고, P량의 바람직한 상한은 0.020%이다.

S: 0.01% 이하

S는 강재 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, S량이 지나치게 많으면 MnS를 다량으로 생성하여 모재 인성이 열화되기 때문에, S량의 상한을 0.01%로 한다. S량은 가능한 한 적은 편이 좋고, S량의 바람직한 상한은 0.004%이다.

Al: 0.010∼0.08%

Al은 탈산에 이용되는 원소이며, 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Al량의 하한을 0.010%로 한다. 그러나, Al량이 0.08%를 초과하면, 강판에 있어서의 청정성이 저해되기 때문에, Al량의 상한을 0.08%로 한다. Al량의 바람직한 상한은 0.065%이다.

Cr: 0.03∼0.25%

Cr은 모재의 강도 향상에 유효한 원소이며, 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Cr량의 하한을 0.03%로 한다. Cr량의 바람직한 하한은 0.05%이다. 한편, Cr량이 0.25%를 초과하면 용접성이 열화되기 때문에, Cr량의 상한을 0.25%로 한다. Cr량의 바람직한 상한은 0.20%이다.

Mo: 0.25∼0.4%

Mo는 모재의 강도 및 경도, 특히 t/2 위치의 내부 경도의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mo량의 하한을 0.25%로 한다. Mo량의 바람직한 하한은 0.28%이다. 그러나, Mo량이 0.4%를 초과하면 용접성이 열화되기 때문에, Mo량의 상한을 0.4%로 한다. Mo량의 바람직한 상한은 0.35%이다.

Nb: 0.01∼0.03%

Nb는 모재의 강도 및 인성을 높이는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Nb량의 하한을 0.01%로 한다. Nb량의 바람직한 하한은 0.015%이다. 그러나, Nb량이 0.03%를 초과하면, 석출물이 조대화되어 오히려 모재 인성을 열화시키기 때문에, Nb량의 상한을 0.03%로 한다. Nb량의 바람직한 하한은 0.025%이다.

B: 0.0003∼0.002%

B는 담금질성을 높이고, 모재 및 용접부(HAZ부)의 강도 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, B량의 하한을 0.0003%로 한다. B량의 바람직한 하한은 0.0005%이다. 그러나, B량이 과잉으로 되면 용접성이 열화되기 때문에, B량의 상한을 0.002%로 한다. B량의 바람직한 상한은 0.0015%이다.

N: 0.006% 이하

N은 강재 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, N량이 지나치게 많으면 고용 N의 존재에 의해 모재 인성이 열화되기 때문에, N량의 상한을 0.006%로 한다. N량은 가능한 한 적은 편이 좋고, N량의 바람직한 상한은 0.0050%이다.

REM: 0.0005∼0.0030%

REM(희토류 원소)은 산화물을 형성하는 것에 의해 HAZ 인성을 향상시키는 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, REM량의 하한을 0.0005%로 한다. REM량의 바람직한 하한은 0.0010%이고, 보다 바람직하게는 0.0015%이다. 한편, REM량이 과잉으로 되면 조대 개재물이 생성되어 HAZ 인성이 열화되기 때문에, REM량의 상한을 0.0030%로 한다. REM량의 바람직한 상한은 0.0025%이다.

본 발명에 있어서 REM이란, 란타노이드 원소(La부터 Lu까지의 15원소), Sc(스칸듐) 및 Y를 의미한다. 본 발명에서는, REM을 단독으로 첨가해도 좋고, 2종 이상의 REM을 병용해도 좋다. 상기의 REM량은, REM을 단독으로 함유하는 경우는 단독의 양이고, REM을 병용하는 경우는 그의 합계량을 의미한다. 한편, 후기하는 실시예에서는, REM을 미슈 메탈(Ce를 50% 정도, La를 30% 정도 함유)의 형태로 첨가했다.

Zr: 0.0003∼0.0020%

Zr은 산화물을 형성하는 것에 의해 HAZ 인성을 향상시키는 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Zr량의 하한을 0.0003%로 한다. Zr량의 바람직한 하한은 0.0005%이다. 한편, Zr을 과잉으로 첨가하면 조대 개재물이 생성되어 HAZ 인성이 열화되기 때문에, Zr량의 상한을 0.0020%로 한다. Zr량의 바람직한 상한은 0.015%이다.

본 발명의 고장력 강판은 상기 강 중 성분을 만족하고, 잔부: 철 및 불가피 불순물이다.

Ceq(IIW): 0.40∼0.45%

본 발명에서는, 상기와 같이 강 중 성분의 함유량을 적절히 제어하는 것에 더하여, 위 식으로 표시되는 탄소 당량 Ceq를 소정 범위로 제어할 필요가 있다. 후기하는 실시예에서 실증한 바와 같이, 가령 각 강 중 성분이 상기 범위를 만족하고 있었다고 해도, Ceq(IIW)가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나면, 원하는 특성을 확보할 수 없다.

상세하게는, Ceq(IIW)는 모재의 강도, HAZ 인성 및 경도를 확보하기 위해 필요 불가결하다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Ceq(IIW)의 하한을 0.40%로 한다. Ceq(IIW)의 바람직한 하한은 0.41%이다. 그러나, Ceq(IIW)가 지나치게 높으면 HAZ 인성이 열화되기 때문에, Ceq(IIW)의 상한을 0.45%로 한다.

Ni: 0.25% 이하

Ni는 모재의 강도와 인성의 향상에 유효한 원소이다. Ni는 본 발명에 있어서는 선택적으로 첨가된다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Ni량의 하한을 0.05%로 하는 것이 바람직하고, 0.10%로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, Ni량이 과잉으로 되면 용접성이 열화되기 때문에, Ni량의 상한을 0.25%로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 상한은 0.20%이다.

한편, 본 발명의 고장력 강판은 Ti를 포함하지 않는다. 후기하는 실시예에서 실증한 바와 같이, Ti를 첨가하면, 1100MPa 이상의 고강도 영역에 있어서의 모재 인성 및 HAZ 인성이 저하되기 때문이다.

다음으로, 조직에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 고장력 강판은 마르텐사이트 조직과 베이나이트 조직으로 구성되어 있고, 또한 전체 조직(마르텐사이트＋베이나이트)에 대한 마르텐사이트의 혼합 비율이 29% 이상을 만족하는 것이다. 이와 같이 마르텐사이트와 베이나이트의 2상 조직으로 하는 것에 의해, 1100MPa 이상의 고강도를 확보할 수 있다.

본 발명에 있어서 마르텐사이트는, 모재의 강도 및 모재의 t/2 위치의 경도(내부 경도)를 확보하기 위해 필요 불가결한 조직이며, 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, 마르텐사이트의 체적 비율을 29% 이상으로 한다. 후기하는 실시예에서 실증한 바와 같이, 마르텐사이트의 비율이 적으면, 원하는 1100MPa 이상의 고강도가 얻어지지 않거나, 상기 고강도가 얻어졌다고 해도 내부 경도가 저하되어, 내마모성이 저하된다. 마르텐사이트의 바람직한 비율은 30% 이상이다.

한편, 본 발명에 있어서의 마르텐사이트에는, 담금질에 의해 얻어지는 담금질 마르텐사이트와, 담금질, 템퍼링에 의해 얻어지는 템퍼링 마르텐사이트의 양쪽이 포함된다. 후에 상세히 기술하지만, 본 발명의 강판은 열간 압연 후, 담금질(Q)하여 제조해도 좋고[템퍼링(T) 없음], 담금질(Q) 후, 템퍼링(T)하여 제조해도 좋기 때문에, 양쪽의 태양이 포함될 수 있다.

본 발명에서는, 마르텐사이트의 비율이 상기와 같이 제어되어 있으면 좋고, 마르텐사이트와 베이나이트의 대소 관계는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서는, 마르텐사이트가 주로(즉, 전체 조직에 대하여 마르텐사이트가 50체적% 이상) 존재해도 좋고, 베이나이트가 주로(즉, 전체 조직에 대하여 베이나이트가 50체적% 이상) 존재해도 좋다.

여기서, 마르텐사이트와 베이나이트의 분율은, 열간 가공 재현 시험 장치를 이용하여 얻어지는 열팽창 곡선과, Ms점(Ms점의 산출 방법도 후술한다)에 기초하여 측정한다. 한편, 전술한 바와 같이 마르텐사이트에는 담금질 마르텐사이트와 템퍼링 마르텐사이트의 양쪽이 포함되지만, 템퍼링을 행해도 조직 분율은 변하지 않는다.

다음으로, 산화물의 개수 밀도에 대하여 설명한다.

본 발명에서는, 강 중에 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물이 200개/mm² 이상 존재하는 것이 필요하고, 이에 의해 HAZ 인성이 향상되게 된다.

여기서 산화물이란, REM 함유 산화물, Zr 함유 산화물, REM과 Zr의 양쪽을 함유하는 산화물을 들 수 있다. 이들 산화물은 상기 이외의 원소를 포함하고 있어도 좋고, 예컨대 산화물 형성 원소인 Al, Si 등을 들 수 있다.

구체적으로는, 후기하는 실시예에 기재된 방법에 의해, 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물이 200개/mm² 이하 존재하는 것이 필요하다. 여기서 「최대 직경」이란, 후기하는 방법으로 각 산화물의 사이즈를 측정했을 때, 최대의 길이를 의미한다. 상기 사이즈의 산화물에 착안한 것은, 본 발명과 같이 1100MPa 이상의 고강도 영역에 있어서의 인성(특히 HAZ 인성)의 향상을 도모하기 위해서는, 상기 사이즈의 산화물의 개수 밀도를 적절히 제어하는 것이 매우 유효하다는 것이 본 발명자들의 수많은 기초 실험에 의해 판명되었기 때문이다.

상기 산화물의 개수 밀도가 많을수록 인성(특히 HAZ 인성)이 향상되는 경향이 보인다. 바람직한 개수 밀도는 230개/mm² 이상이다.

이상, 본 발명을 특징짓는 강 중 성분, Ceq, 조직, 및 산화물의 개수 밀도에 대하여 설명했다.

본 발명의 고장력 강판은, 바람직하게는 내마모성이 우수한 것이지만, 그것을 위해서는, 강판의 표면 및 내부의 경도가 어느 쪽이나 브리넬 경도로 360 이상인 것이 바람직하다. 종래의 내마모성 강판은, 통상 강판 표면의 브리넬 경도에 의해서만 내마모성을 보증하고 있지만, 이것으로는 안정적인 내마모성을 확보할 수 없다. 그래서, 본 발명에서는, 강판 표면으로부터 강판 내부에 걸쳐 동일한 정도로 높은(균일한) 경도를 확보하여, 안정적인 내마모성을 확실히 보증한다는 관점에서, 어느 쪽의 브리넬 경도도 바람직하게는 360 이상으로 정했다.

한편, 본 발명에서는, 상기 요건을 만족하는 한, 강판의 표면과 내부에 대하여 어느 쪽의 경도가 커도 좋다. 즉, 강판 표면의 경도 > 강판 내부의 경도, 강판 표면의 경도 < 강판 내부의 경도，강판 표면의 경도 ≒ 강판 내부의 경도 중 어느 것이어도 좋다.

본 발명의 강판을 얻기 위한 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 성분 조성을 만족하는 용강을 이용하여 열간 압연, 담금질(필요에 따라 템퍼링)을 행하는 것에 의해 제조할 수 있다. 특히, 원하는 조직이나 산화물 개수 밀도를 확보하기 위해서는, 예컨대 이하와 같이 하여 제조하는 것이 권장된다.

우선, 1550℃∼1700℃의 용강에 대하여, Mn, Si 및 Al의 탈산 원소를 첨가한다. 이들의 첨가 순서는 특별히 한정되지 않는다. 다음으로, REM 및 Zr을 첨가하는데, 상기 탈산 원소의 첨가 후, 10분간 이상 교반하고 나서 REM 및 Zr을 첨가하는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 탈산 원소는 조대한 산화물을 생성하기 쉬워, 거기에 상기 탈산 원소에 비해 산화력이 강한 REM 및 Zr을 첨가하면, REM 및 Zr이 조대 산화물을 환원시켜, 해당 산화물은 한층 조대화되게 되고, 원하는 최대 직경 2㎛ 이하의 미세한 산화물 생성량이 저감하게 된다. 상기와 같이 탈산 원소의 첨가 후에 10분간 이상 교반을 행하고 나서 REM 및 Zr을 첨가하면, 조대 산화물량이 저감하여, 원하는 미세 산화물의 개수 밀도를 확보할 수 있다. 단, 그때의 교반 시간이 지나치게 길면 생산성을 저해하기 때문에, 대략 150분 이하로 하는 것이 바람직하다.

이어서, REM 및 Zr을 첨가하고, 교반한 후에 주조(鑄造)한다. 여기서, REM 및 Zr을 첨가하고 나서 주조할 때까지의 교반 시간은 1분 이상 30분 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 교반 시간을 1분 이상으로 하는 것에 의해, REM 및 Zr의 첨가 시에 생성된 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물을 강 중에 균일하게 분산시킬 수 있다. 또한, 상기 교반 시간을 30분 이하로 하는 것에 의해, 전술한 조대 산화물의 생성에 의해 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물 개수가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 후강판을 제조하기 위해서는, 상기 성분 조성을 만족시키는 용강을 이용하여, 통상의 조건(압연 온도, 압하율)에 따라서 열간 압연을 행하면 좋다.

다음으로, 담금질을 행한다. 여기서, 충분한 담금질성을 확보하기 위해, 강판을 880℃ 이상의 온도에서 담금질하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 담금질 강판(Q 강판)이어도 좋지만, 필요에 따라, 잔류 응력 저감을 위해, 담금질 후, 템퍼링을 행해도 좋다. 여기서, 원하는 산화물의 개수 밀도를 확보하면서, 게다가 적절한 조직을 확보하기 위해서는, 예컨대 880℃ 이상의 온도에서 담금질하고, 500℃ 이하의 온도에서 템퍼링을 행하는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예 1

표 1의 성분 조성(강종 A∼R)을 만족하는 용강을 이용하여 열간 압연, 담금질(일부의 시료에 대해서는 추가로 템퍼링)을 행하여 후강판(두께 20mm)을 제조했다.

기본적으로는, 진공 용해로(150kg)를 이용하고, 우선 1550℃∼1700℃의 용강에 대하여 Mn, Si 및 Al을 첨가한 후, 20∼40분 교반을 행했다. 그 후, REM 및 Zr을 첨가하고, 2∼10분간 교반한 후, 용제(溶製)했다. 용제 후, 얻어진 용강을 냉각하여 슬래브(단면 형상: 120mm×180mm)를 얻었다.

다음으로, 상기 슬래브를 1100℃로 가열해서 열간 압연을 행하여 판 두께 20mm의 열간 압연판을 얻었다. 열간 압연의 상세한 조건은 이하와 같다.

가열 온도: 1100℃

마무리 온도: 900∼1000℃

냉각 방법: 공냉

다음으로, 표 2에 나타내는 바와 같이, 930℃로 가열한 후, 담금질(Q)하여 후강판(Q 강판)을 제조했다. 또한, 일부에 대해서는, 표 2에 나타내는 바와 같이 담금질 후, 350℃로 가열해서 템퍼링(T)하여 후강판(QT 강판)을 제조했다.

이와 같이 하여 얻어진 각 강판에 대하여, 이하의 특성을 평가했다.

(1) 금속 조직 분율의 측정

마르텐사이트 및 베이나이트의 각 분율은 이하와 같이 하여 측정했다. 우선, 상기의 각 슬래브로부터 직경 8mm, 두께 12mm의 원주 형상 시험편을 채취하고, 열간 가공 재현 시험 장치를 이용하여 연속 냉각 변태 특성(열팽창 곡선)을 조사했다. 상세하게는, 상기 시험편을 930℃로 가열하고, 26℃/초의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각하여, 시험편의 열팽창 곡선을 측정했다. 이 평균 냉각 속도는 판 두께 20mm의 t/2 위치에서의 평균 냉각 속도를 모의한 것이다.

도 1에, 이와 같이 하여 얻어진 열팽창 곡선의 결과를 나타낸다. 도 1의 가로축은 온도(℃), 세로축은 시험편의 직경의 팽창량(mm)을 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 시험편의 냉각에 의한 수축과, 오스테나이트(γ)→페라이트(ω) 변태 시, 시험편의 체적 팽창이 보였다. 본 실시예에서는, 하기 식에 의해 마르텐사이트 변태점(Ms점)을 산출하고, 도 1에 기재된 요령으로 마르텐사이트 분율(Ms점 이후에서 변태하는 부분) 및 베이나이트 분율(변태가 이미 완료되어 있는 부분)을 측정했다. 본 실시예에서는, 이와 같이 하여 측정된 마르텐사이트의 분율이 29% 이상인 것을 합격으로 했다.

Ms = 550-361×[C]-39×[Mn]-20×[Cr]-17×[Ni]-5×[Mo]+30×[Al]

출전: 문헌 [일본금속학회, 『강좌·현대의 금속학 재료편 제4권 철강 재료』, 마루젠, 2006, p. 45]

(2) 인장 시험

상기와 같이 하여 얻어진 각 강판으로부터, JIS Z 2201에 규정된 5호 시험편(전체 두께 인장 시험편)을 채취하여, JIS Z 2201에 규정된 방법으로 인장 시험을 행하여 TS(인장 강도) 및 YP(항복 응력)를 측정했다. 본 실시예에서는, TS가 1100MPa 이상인 것을 고강도가 우수하다(합격)고 했다.

(3) 모재 인성의 평가 방법

상기와 같이 하여 얻어진 각 강판의 t/4 위치(t: 판 두께)로부터 JIS Z 2242에 규정된 2mm V 노치 시험편을 C 방향으로 채취하고, JIS Z 2242에 규정된 방법으로 샤르피 충격 시험을 행하여 -70℃에서의 흡수 에너지(vE_-70)를 측정했다. 본 실시예에서는, vE_-70이 20J 이상인 것을 모재 인성이 우수하다(합격)고 평가했다.

(4) HAZ 인성의 평가 방법(재현 HAZ의 시험 방법)

상기와 같이 하여 얻어진 각 강판으로부터 열 사이클용 시험편을 채취하고, 용접 시의 HAZ를 모의하기 위해, 소정의 열 사이클(1350℃로 가열하여 5sec 유지한 후, 800∼500℃의 온도 범위를 7sec에 결쳐 냉각한다)을 부여했다. 상기 열 사이클 후의 시험편으로부터 JIS Z 2242에 규정된 2mm V 노치 시험편을 채취하고, JIS Z 2242에 규정된 방법으로 샤르피 충격 시험을 행하여 0℃에서의 흡수 에너지(vE₀)를 측정했다. 본 실시예에서는, vE₀이 100J 이상인 것을 HAZ 인성이 우수하다(합격)고 평가했다.

(5) 산화물 개수 밀도의 측정 방법

상기와 같이 하여 얻어진 각 강판에 대하여, 판 두께 방향의 임의의 위치에 존재하는 산화물을 측정하기 위해, FE-SEM(Field Emission type Scanning Electron Microscope: 전해 방출형 주사 전자 현미경, 관찰 배율 5000배)을 이용하여 40시야(합계 0.0172mm²)의 조사를 행했다. 각 시야 중에 존재하는 개개의 개재물 입자 중, 최대 직경 2㎛ 이하의 각 개재물 입자의 중앙부를 FE-SEM에 부속된 EDS에 의해 측정하여, 해당 개재물 입자의 구성 원소에 REM, Zr 및 O가 적어도 포함되는 것을 산화물이라고 판정하고, 그의 개수 밀도(평균값)를 측정했다.

한편, 측정에 있어서는, 상기 개재물 입자의 최대 직경이 0.2㎛ 이상인 것을 분석 대상으로 삼았다. 최대 직경이 0.2㎛ 미만인 개재물 입자는 EDS에 의한 측정의 신뢰성이 낮기 때문에 분석 대상으로부터 제외시켰다.

본 실시예에서는, 이와 같이 하여 측정되는 산화물의 개수 밀도가 200개/mm² 이상인 것을 합격으로 했다.

(6) 강판의 표면 및 내부의 브리넬 경도

상기와 같이 하여 얻어진 각 강판의 표면 및 내부(t/2 위치)에 있어서의 브리넬 경도(모두 판 두께 방향과 평행한 방향에서의 경도)를 JIS Z 2243에 준거하여 측정했다. 측정은 3회 행하여, 그의 평균값을 산출했다. 본 실시예에서는, 이와 같이 하여 얻어진 브리넬 경도(평균값)가 표면 및 내부 중 어느 것에 있어서도 360 이상인 것을 내마모성이 우수하다(합격)고 평가했다.

이들의 결과를 표 2에 기재한다. 표 2에 있어서, No. 1과 No. 2는 동일 강종(표 1의 강종 A)을 이용한 예이며, No. 1은 담금질 강판(Q 강판), No. 2는 담금질, 템퍼링 강판(QT 강판)이다. 마찬가지로, No. 3과 No. 4는 동일 강종(표 1의 강종 B)을 이용한 예이며, No. 3은 담금질 강판(Q 강판), No. 4는 담금질, 템퍼링 강판(QT 강판)이다. No. 2와 No. 4에 있어서의 마르텐사이트는 템퍼링 마르텐사이트를 의미한다.

표 2의 No. 1∼9는 본 발명의 요건(성분 및 Ceq)을 만족하는 표 1의 강종 A∼G를 이용하여 제조한 예로, 조직 분율 및 산화물 개수 밀도도 적절히 제어되어 있기 때문에, TS≥1100MPa의 고강도임에도 불구하고 모재 인성 및 HAZ 인성의 양쪽이 우수했다. 또한, 이들은 표면 및 내부의 경도도 적절히 제어되어 있기 때문에, 내마모성도 우수했다.

이에 반하여, 하기 예는 이하의 문제를 안고 있다.

표 2의 No. 10은 Zr을 함유하지 않는 표 1의 강종 H를 이용한 예로, 소정의 산화물 개수 밀도가 얻어지지 않고, 그 때문에 HAZ 인성이 저하되었다.

표 2의 No. 11은 REM을 함유하지 않는 표 1의 강종 I를 이용한 예로, 소정의 산화물 개수 밀도가 얻어지지 않아, HAZ 인성이 저하되었다.

표 2의 No. 12, 13(Ni 첨가예)은 REM 및 Zr의 양쪽을 함유하지 않는 표 1의 강종 J, K를 이용한 예로, 소정의 산화물 개수 밀도가 얻어지지 않아, HAZ 인성이 저하되었다.

표 2의 No. 14는 C량이 많고, 또한 Ceq(IIW)가 큰 표 1의 강종 L을 이용한 예로, HAZ 인성이 저하되었다.

표 2의 No. 15는 Ceq(IIW)가 작은 표 1의 강종 M을 이용한 예로, 마르텐사이트가 적어, 원하는 강도가 얻어지지 않았다. 또한, 강판 내부의 경도도 저하되어, 원하는 내마모성이 얻어지지 않았다.

표 2의 No. 16은 Ti를 첨가한 표 1의 강종 N을 이용한 예로, 모재 인성 및 HAZ 인성의 양쪽이 저하되었다.

표 2의 No. 17은 Mo량이 적은 표 1의 강종 O를 이용한 예로, 마르텐사이트가 적어, 원하는 강판 내부의 경도가 얻어지지 않았다.

표 2의 No. 18은 REM 및 Zr의 각 양이 많은 표 1의 강종 P를 이용한 예로, HAZ 인성이 저하되었다.

표 2의 No. 19는 Zr량이 적은 표 1의 강종 Q를 이용한 예로, 소정의 산화물 개수 밀도가 얻어지지 않아, HAZ 인성이 저하되었다.

표 2의 No. 20은 Ceq(IIW)가 큰 표 1의 강종 R을 이용한 예로, HAZ 인성이 저하되었다.

이상의 실험 결과로부터, 1100MPa 이상의 고강도이어도 모재 인성 및 HAZ 인성의 양쪽이 우수하고, 바람직하게는 내마모성도 우수한 후강판을 얻기 위해서는, 본 발명의 강 중 성분을 만족함과 더불어, Ceq, 조직 및 산화물 개수 밀도, 바람직하게는 강판의 표면 및 내부의 경도가 소정 범위로 제어되어 있는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

Claims

강 중 성분은,
C: 0.10∼0.16%(질량%의 의미. 화학 성분에 대하여 이하 동일),
Si: 0.2∼0.5%,
Mn: 1∼1.4%,
P: 0.03% 이하,
S: 0.01% 이하,
Al: 0.010∼0.08%,
Cr: 0.03∼0.25%,
Mo: 0.25∼0.4%,
Nb: 0.01∼0.03%,
B: 0.0003∼0.002%,
N: 0.006% 이하,
REM: 0.0005∼0.0030%,
Zr: 0.0003∼0.0020%,
잔부: 철 및 불가피 불순물이며,
하기 식으로 표시되는 Ceq(IIW)가 0.40 이상 0.45 이하의 범위를 만족하고,
강 중에 최대 직경 2㎛ 이하의 산화물이 200개/mm² 이상 존재하고,
마르텐사이트 조직을 29체적% 이상 함유하며, 잔부가 베이나이트 조직이고,
인장 강도가 1100MPa 이상인
강판:
Ceq(IIW) = [C]+{1/6×[Mn]}+{1/5×([Cr]+[Mo]+[V])}+{1/15×([Cu]+[Ni])}
식 중, [ ]는 강 중 원소의 함유량을 의미한다.
제 1 항에 있어서,
Ni: 0.25% 이하를 함유하는 강판.