KR20150119391A

KR20150119391A - 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강재

Info

Publication number: KR20150119391A
Application number: KR1020157025566A
Authority: KR
Inventors: 다카시 스기타니; 마사키 시마모토; 히데노리 나코; 세이 기무라; 신스케 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-10-23
Also published as: EP2977479A1; KR101718275B1; JP2014185364A; EP2977479A4; JP6226542B2; CN105051229B; EP2977479B1; WO2014148447A1; CN105051229A

Abstract

소정의 화학 성분 조성을 만족하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강재에 있어서, REM, Zr, Ti, Al, Ca 및 S를 함유하는 복합 산화물을 포함하고, 해당 복합 산화물에 대하여, 원 상당 직경으로 3μm 초과의 산화물이 1mm²당 5.0개 이하이고, 또한 원 상당 직경이 0.1∼3μm인 복합 산화물에 대하여, 하기 식(1)을 만족시키는 복합 산화물 개수가 100개/mm² 이상이고, 또한, 하기 식(1)을 만족시키는 0.1∼3μm의 복합 산화물의 평균 조성이, Al₂O₃: 20% 이하, TiO₂: 3∼20%, ZrO₂: 5∼50%, REM 산화물: 5∼50%, CaO: 5∼50%, S: 1∼15%가 되도록 한다.
0.008≤(1/d)×{mass% S/(mass% CaO+mass% REM₂O₃)}≤0.289 ···(1)
(단, d는 개개의 복합 산화물의 원 상당 직경이고, 0.1∼3μm이다)

Description

용접 열 영향부의 인성이 우수한 강재{STEEL MATERIAL HAVING SUPERIOR TOUGHNESS AT WELDING HEAT AFFECTED ZONE}

본 발명은, 조선, 건축, 교량 등의 용접 구조물용으로서 적합한 후(厚)강판에 관한 것이며, 특히 대입열(大入熱) 용접이더라도 우수한 HAZ 인성을 실현하는 강재에 관한 것이다.

최근, 교량, 고층 건조물 및 대형 선박 등, 강재를 이용한 구조물은 대형화되는 경향이 있고, 이 대형 구조물을 실현하기 위해서는, 강재의 고강도화·후육화(厚肉化)가 요망되고 있다. 이와 함께, 대형 구조물의 시공 효율의 향상과 시공 비용의 저감을 목적으로 하여, 고강도·후육의 강재를 용접할 때의 용접 효율의 향상이 요구되고 있다.

그런데, 강재의 용접 효율을 향상시키기 위해서는, 동일 개소에 대한 용접 횟수를 감소시키는 것이 유효하며, 작은 열량(용접 열)으로 강재에 대하여 용접을 복수회 반복하는 것보다도, 강재에 대하여 큰 열량(용접 열)을 가하는 대입열의 용접을 행하여 1회로 용접을 완료시키는 대입열이며 고능률인 용접이 지향된다.

그러나, 일반적으로, 열량의 대소를 막론하고 용접 열에 노출되는 용접 열 영향부(이하, HAZ라고도 함)는, 용접 시에 고온이 되어 강재의 결정립이 조대화되기 쉽다. 이에 더하여, 강재로의 입열량이 증대됨에 따라서 용접 열 영향부가 고온이 되어 냉각 시간이 길어진다. 고온 및 긴 냉각 시간은, 용접 열 영향부에 있어서의 취약한 상부 베이나이트 조직의 형성이나, 도상(島狀) 마르텐사이트 등의 취화 조직의 형성을 촉진시키는 조건이 되기 때문에, 강재의 HAZ 인성을 저하시키는 원인이 되는 것은 이미 알려져 있다.

전술한 바와 같이 용접 열에 기인하는 HAZ 인성의 저하에 대처하기 위해서, 특허문헌 1∼5에 개시된 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1은, 용접 열 영향부 인성(HAZ 인성)이 우수한 강재 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다. 구체적으로, 특허문헌 1에 개시된 제조 방법은, 용강(溶鋼) 중에서 강한 황화물 생성능을 가지는 Ca에 더하여 Mg 및/또는 REM을 첨가하여, 미세 산화물을 생성시킴으로써 미세 황화물을 분산시켜 1400℃ 이상으로 가열된 HAZ 조직을 세립화하여, 200kJ/cm 이상의 대입열 용접이어도 양호한 HAZ 인성을 실현한다고 되어 있다.

특허문헌 2는, 모재 인성과 용접부 HAZ 인성이 우수한 고강도 용접 구조용 강 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다. 구체적으로, 특허문헌 2에 개시된 제조 방법은, Ti 첨가 후에 Mg, Ca, REM 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하거나, 또는 Ti 첨가와 Mg, Ca, REM 중 1종 또는 2종 이상을 동시에 첨가하여 산화물이나 황화물을 미세 분산시킴으로써 모재의 가열 γ 입경을 미세화하고, 나아가 용접 입열에 상관없이 HAZ의 가열 γ 입경도 미세화하는 것을 의도하고 있다. 특허문헌 2는, 이 두 개의 미세화에 의한 효과로서, 양호한 모재 인성과 용접부 HAZ 인성을 갖는 고강도 용접 구조용 강을 제조 가능하다고 되어 있다.

특허문헌 3은, 초대입열 용접의 용접 열 영향부 인성이 우수한 후강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다. 구체적으로, 특허문헌 3의 제조 방법은, 용강 중에서의 산화물, 황화물 등의 입자 조성의 조정에 더하여, 추가로 응고 과정에서 형성되는 덴드라이트의 형태 제어를 행한다. 이것에 의해 특허문헌 3은, 강판 중에 있어서의 분산 입자를, 종래에 비하여 균일하고 또한 미세하게 분산시켜, 입열량이 300kJ/cm 이상이 되는 초대입열 용접 시의 HAZ에 있어서도, 오스테나이트립을 미세화하여 HAZ 인성을 현저히 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 4는, 양호한 HAZ 인성을 갖는 API 규격 X100 이상의 고강도 강판을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다. 구체적으로, 특허문헌 4의 고강도 강판은, Ti, Mg, REM, Al, S, N량을 한정하는 것에 의해, (1) 0.1μm 이하의 Mg계 산화물을 포함한 TiN계 미세 석출물을 함유시켜, 용융선 근방에 있어서도 γ립의 조대화를 억제한다. 또, 이 고강도 강판은, (2) 0.1μm 이상의 Ti, Mg, REM을 주체로 하는 산화물과 MnS의 복합체를 함유시켜 비교적 작은 γ립 내로부터 IGF를 생성시킴으로써, HAZ 전역에 걸쳐 조직을 미세화하여 HAZ 인성을 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 5는, 양호한 모재 인성 및 용접 열 영향부 인성을 겸비한 비조질 고장력 강재를 제안하는 것을 목적으로 한 것이다. 구체적으로, 특허문헌 5의 비조질 고장력 강재는, 최적의 산화물계 개재물의 최적 조성 범위로서, Ti 산화물: 20∼90중량%, CaO 및 REM 산화물의 합계: 5∼50중량%, Al₂O₃: 70중량% 이하로 제어한다. 이에 의해서, 비조질 고장력 강재는, 노즐 막힘이나 유해한 개재물 클러스터의 생성을 야기함이 없이 개재물의 결정립 조대화 억제능(핀 고정 효과)을 유효하게 이용할 수 있으므로, 용접 열 영향부 인성을 향상시킬 수 있고, 나아가, TiN, 또는 추가로 VN을 최적 분산시키는 것에 의해 모재의 인성과 강도를 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

일본국 특허 제4261968호 공보 일본국 특허 제4762450호 공보 일본국 특허 제4039223호 공보 일본국 특허공개 평11-264048호 공보 일본국 특허 제4144121호 공보

전술한 바와 같이, 특허문헌 1∼5의 각각은, 용접 열에 기인하는 HAZ 인성의 저하에 대처할 수 있다고 개시되어 있지만, 어느 기술에 의해서도, 추가적인 대입열 용접 시에 있어서 HAZ 인성을 향상시키는 것은 곤란하다.

특허문헌 1∼3에 개시된 기술은, 산황화물의 피닝 효과에 의해서 HAZ 조직의 미세화를 도모하는 것이지만, 산화물 기인의 입내(粒內) 변태에 의한 조직 미세화 효과에 대해서는 언급하고 있지 않아, 추가적인 대입열화에 대응할 수 있는 기술이라고는 할 수 없다.

또한, 특허문헌 4에서는, 산화물을 기점으로 한 조직 변태를 언급하고 있지만, 조대 산화물 등에 대한 대책이 나타나 있지 않으므로, 조대 산화물의 생성에 의해서 HAZ 인성이 저하될 가능성을 배제할 수 없어, 추가적인 대입열화에 대응할 수 있는 기술이라고는 할 수 없다.

또, 특허문헌 5에 개시된 기술은, 산황화물의 핀 고정 효과에 의해서 HAZ 조직을 미세화하는 기술이지만, 산황화물을 기점으로 하는 조직 변태 제어를 고려한 기술은 아니므로, 추가적인 대입열화에 대응할 수 있는 기술이라고는 할 수 없다.

본 발명은, 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 대입열 용접 시에 있어서의 용접 열 영향부의 인성(HAZ 인성)이 우수한 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 다음 수단을 강구했다.

즉, 본 발명에 있어서의 과제 해결을 위한 기술적 수단은, C: 0.02∼0.13%(질량%(mass%)의 의미. 이하 성분에 대하여 동일), Si: 0.05∼0.5%, Mn: 1.0∼2.5%, P: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않음), S: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음), Al: 0.002∼0.040%, Ti: 0.005∼0.040%, Zr: 0.0003∼0.020%, REM: 0.0003∼0.020%, Ca: 0.0003∼0.0080%, N: 0.0030∼0.010%, O: 0.0003∼0.0050%를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강재로서, 상기 강재는, REM, Zr, Ti, Al, Ca 및 S를 함유하는 복합 산화물을 포함하고, 상기 강재 중의 복합 산화물에 대하여, 원 상당 직경으로 3μm 초과의 산화물이 1mm²당 5.0개 이하이고, 또한 원 상당 직경이 0.1∼3μm인 복합 산화물에 대하여, 하기 식(1)을 만족시키는 복합 산화물 개수가 100개/mm² 이상이고, 또한, 하기 식(1)을 만족시키는 0.1∼3μm의 복합 산화물의 평균 조성이, Al₂O₃: 20% 이하, TiO₂: 3∼20%, ZrO₂: 5∼50%, REM 산화물: 5∼50%, CaO: 5∼50%, S: 1∼15%인 것을 특징으로 한다.

0.008≤(1/d)×{mass% S/(mass% CaO+mass% REM₂O₃)}≤0.289 ···(1)

(단, d는 개개의 복합 산화물의 원 상당 직경이고, 0.1∼3μm이다)

여기에서, Ni: 0.05∼1.50%, Cu: 0.05∼1.50%, Cr: 0.05∼1.50%, Mo: 0.05∼1.50% 중, 적어도 1종을 함유하면 된다.

또한, Nb: 0.002∼0.10%, V: 0.002∼0.10% 중 적어도 어느 한쪽을 함유하면 된다.

또, B: 0.0005∼0.0050%를 함유하면 된다.

본 발명에 의하면, 대입열 용접 시에 있어서의 용접 열 영향부의 인성(HAZ 인성)이 우수한 강재를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 강재가 갖는 HAZ 인성값의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 강재가 갖는 HAZ 인성값의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 강재가 갖는 HAZ 인성값의 측정 결과를 나타내는 도면이다.

이하에, 도면을 참조하면서, 본원 발명의 실시형태에 따른 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강재(이하, 간단히 강재라 함)에 대하여 상세히 설명한다.

본 실시형태에 따른 강재는, 예컨대 용접 입열량이 60kJ/mm를 초과하는 것과 같은, 매우 큰 용접 에너지의 영향을 받은 용접 열 영향부(HAZ, Heat Affected Zone)에 있어서 우수한 인성을 발휘하는 강재이다. 이하의 설명에 있어서, 본 실시형태에 따른 강재의 용접 열 영향부를 HAZ로 기재하고, HAZ에 있어서의 인성을 HAZ 인성으로 기재한다.

본 실시형태에 따른 강재는, 입내 변태의 핵이 되는 복합 산화물(Al, Ti, Zr, REM, Ca 및 S를 함유하는 산황화물)을, 그의 사이즈와 S 농도를 적절히 제어하여 소정량 생성시키는 것에 의해, 대입열 용접에 있어서도 양호한 HAZ 인성을 안정적으로 실현할 수 있다. 구체적으로는, HAZ 인성 향상에 악영향을 미치는 원 상당 직경이 3μm를 초과하는 조대한 복합 산화물의 개수를 유의하게 억제함과 더불어, HAZ 인성 향상에 유용한 원 상당 직경 0.1∼3μm에서 조성과 입도가 적절히 제어된 복합 산화물의 개수를 소정량 이상 함유하는 것을 특징으로 한다. 이 특징에 의해서, 본 실시형태에 따른 강재는, 큰 입열량으로 용접을 행하더라도 안정적으로 우수한 HAZ 인성을 발휘할 수 있다.

전술한 특징을 갖는 본 실시형태에 따른 강재는, 예컨대, 용강의 2차 정련에 있어서, 이하에 설명하는 화학 성분 조성이 되도록 각 원소를 첨가함으로써 얻어진다.

본 실시형태에 따른 강재(이하, 간단히 본 강재라 함)는, 탄소 C를 0.02∼0.13%, 규소 Si를 0.05∼0.5%, 망간 Mn을 1.0∼2.5%, 인 P를 0.03% 이하(0%를 포함하지 않음), 황 S를 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음), 알루미늄 Al을 0.002∼0.040%, 타이타늄 Ti를 0.005∼0.040%, 지르코늄 Zr을 0.0003∼0.020%, 희토류 금속 REM을 0.0003∼0.020%, 칼슘 Ca를 0.0003∼0.0080%, 질소 N을 0.0030∼0.010%, 산소 O를 0.0003∼0.0050%를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어진다. 또, 본 강재는, REM, Zr, Ti, Al, Ca 및 S를 함유하는 복합 산화물을 포함하고, 본 강재 중의 복합 산화물에 대하여, 원 상당 직경으로 3μm 초과의 산화물이 1mm²당 5.0개 이하이고, 또한 원 상당 직경이 0.1∼3μm인 복합 산화물에 대하여, 다음 식(1)을 만족시키는 복합 산화물의 개수가 100개/mm² 이상이다.

0.008≤(1/d)×{mass% S/(mass% CaO+mass% REM₂O₃)}≤0.289 ···(1)

또한, 상기 식(1)을 만족시키는 0.1∼3μm의 복합 산화물의 평균 조성은, Al₂O₃이 20% 이하, TiO₂가 3∼20%, ZrO₂가 5∼50%, REM 산화물이 5∼50%, CaO가 5∼50%, S가 1∼15%이다.

본 실시형태에 있어서, 원소 및 성분의 함유량을 간단히 백분율 「%」를 이용하여 기재하고 있지만, 이것은, 질량백분율 「질량%(mass%)」를 간략화하여 기재한 것임에 유의해야 한다.

계속해서, 전술한 본 강재의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

[탄소 C: 0.02∼0.13%]

탄소 C는, 강재(모재)의 강도를 확보하기 위해서 빠뜨릴 수 없는 원소이다. 그 때문에, 0.02% 이상, 바람직하게는 0.04% 이상 첨가한다. 그러나, C의 함유량이 0.13%를 초과하면, HAZ에 도상 마르텐사이트(MA)가 많이 생성되어 HAZ의 인성 저하를 초래할 뿐만 아니라, CO 가스의 발생 등에 기인하여 용접성에도 악영향을 미친다. 그 때문에, C의 함유량을 0.13% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하로 한다.

[규소 Si: 0.05∼0.5%]

규소 Si는, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 고용 강화에 의해 모재의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 0.05% 이상, 바람직하게는 0.07% 이상, 보다 바람직하게는 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, Si의 함유량이 0.5%를 초과하면, 강재의 용접성이나 인성이 저하되므로, 상한을 0.5%로 한다. 특히 HAZ 인성을 높이기 위해서는, Si의 함유량을 0.3% 이하로 하는 것이 추장된다. 단, Si의 함유량을 억제할수록 HAZ 인성이 향상되지만, 그 한편으로 강재의 강도가 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Si의 함유량을 0.5% 이하, 바람직하게는 0.35% 이하, 보다 바람직하게는 0.25% 이하로 한다.

[망간 Mn: 1.0∼2.5%]

망간 Mn은, 모재의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 그러나, Mn의 함유량이 1.0%를 하회하면 강도가 저하되어 버린다. 그 때문에, 1.0% 이상, 바람직하게는 1.3% 이상 첨가한다. 그러나, Mn의 함유량이 2.5%를 초과하면, 모재의 용접성이 저하된다. 그 때문에, Mn의 함유량을 2.5% 이하, 바람직하게는 2.0% 이하로 한다.

[인 P: 0.03% 이하]

인 P는, 편석되기 쉬운 원소이며, 특히 강재 중의 결정립계에 편석되어 HAZ 인성을 저하시키는 원소이다. P는, 통상, 모재에 불가피적으로 0.001% 정도 함유되어 있으므로, P의 함유량을 0.03질량% 이하로 규정한다. 바람직하게는 0.02% 이하, 보다 바람직하게는 0.01% 이하이다. 단, 본 실시형태는, P의 함유량이 0%인 경우를 포함하지 않는다.

[황 S: 0.01% 이하]

황 S는, Mn과 결합하여 황화물(MnS)을 생성하여, 모재의 인성이나 판두께 방향에 있어서의 연성을 저하시키는 원소이다. 예컨대, S가, 란타늄 La나 세륨 Ce 등의 REM과 결합하여 REM의 황화물(예컨대, LaS나 CeS)을 생성하면, REM 산화물의 생성이 저해되기 때문에, HAZ 인성이 저하된다. 그러나, S는, 통상, 모재에 불가피적으로 0.0005% 정도 함유되어 있으므로, S의 함유량을 0.01% 이하로 규정한다. 바람직하게는 0.008% 이하, 보다 바람직하게는 0.006% 이하이다. 단, 본 실시형태는, S의 함유량이 0%인 경우를 포함하지 않는다.

[알루미늄 Al: 0.002∼0.040%]

알루미늄 Al은, 탈산제로서 작용하는 원소이다. 또한, Al의 함유량이 적으면 용강이 산소로 오염되기 쉬워진다. 그 때문에, 0.002% 이상, 바람직하게는 0.004% 이상, 보다 바람직하게는 0.005% 이상 첨가한다. 그러나, Al을 모재에 대하여 과잉으로 첨가하면, 첨가된 Al은 모재 중의 산화물을 환원시켜 조대한 Al 산화물을 형성하므로, HAZ 인성이 저하된다. 그 때문에, Al의 함유량을 0.040% 이하, 바람직하게는 0.025% 이하, 보다 바람직하게는 0.015% 이하로 한다.

[타이타늄 Ti: 0.005∼0.040%]

타이타늄 Ti는, 모재 중에 TiN 등의 질화물이나, Ti를 포함하는 산화물을 생성하여, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 0.005% 이상, 바람직하게는 0.010% 이상, 보다 바람직하게는 0.014% 이상 첨가한다. 그러나, Ti를 모재에 대하여 과잉으로 첨가하면, Ti의 고용 강화에 의해서 모재 자체가 경화되어 HAZ 인성의 저하로 이어진다. 그 때문에, Ti의 함유량을 0.040% 이하, 바람직하게는 0.030% 이하, 보다 바람직하게는 0.025% 이하로 한다.

[지르코늄 Zr: 0.0003∼0.020%]

지르코늄 Zr은, Zr을 포함하는 복합 산화물을 생성하여 HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 0.0003% 이상, 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0009% 이상 첨가한다. 그러나, Zr을 모재에 대하여 과잉으로 첨가하면, 조대한 Zr 산화물(ZrO₂)이 생성되어 HAZ 인성이 저하된다. 또한, 조대한 Zr 탄화물(ZrC)이 생성됨으로써, 모재 자체의 인성이 저하된다. 그 때문에, Zr의 함유량을 0.020% 이하, 바람직하게는 0.015% 이하, 보다 바람직하게는 0.010% 이하로 한다.

[희토류 금속 REM: 0.0003∼0.020%]

REM(희토류 원소)은, 산화물의 생성에 필요한 원소이다. REM에 의한 이들의 산화물을 함유함으로써, 산화물이 강재 중에 미세 분산되기 쉬워진다. 이 미세 분산된 산화물이, HAZ의 입내 α의 생성핵이 되어 HAZ 인성의 향상에 기여한다. 그 때문에, 0.0003% 이상, 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0009% 이상 첨가한다. 그러나, REM을 과잉으로 첨가하면, 고용 REM이 생성되어 모재 내에서 편석되므로, 모재 자체의 인성이 열화된다. 그 때문에, REM의 함유량을 0.020% 이하, 바람직하게는 0.015% 이하, 보다 바람직하게는 0.010% 이하로 한다.

구체적으로 REM이란, 란타노이드 원소(La에서 Ln까지의 15 원소) 및 Sc(스칸듐)와 Y(이트륨)를 포함하는 원소를 의미한다. 본 실시형태에서는, 이들 원소 중에서도 La, Ce 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 La 및/또는 Ce를 함유하면 된다.

[칼슘 Ca: 0.0003∼0.0080%]

칼슘 Ca는, 산화물의 생성에 필요한 원소이다. Ca도, HAZ의 입내 α의 생성핵이 되어 HAZ 인성의 향상에 기여하므로, 0.0003% 이상, 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0007% 이상 함유시키면 된다. 그러나, Ca를 과잉으로 첨가하면, 조대한 Ca 황화물이 생성되어 모재의 인성이 열화된다. 그 때문에, Ca의 함유량을 0.0080% 이하, 바람직하게는 0.0060% 이하, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하로 한다.

[질소 N: 0.0030∼0.010%]

질소 N은, 질화물(예컨대, ZrN이나 TiN 등)을 석출하는 원소이다. 질화물은, 핀 고정 효과에 의해서 용접 시의 오스테나이트립의 조대화를 억제함으로써, HAZ 인성의 향상에 기여한다. N은, 함유량이 많을수록 질화물을 형성하여 오스테나이트립의 미세화를 촉진시키기 때문에, HAZ 인성의 향상에 유효하게 작용한다. 그 때문에, 0.0030% 이상, 바람직하게는 0.0040% 이상, 보다 바람직하게는 0.0050% 이상 첨가한다. 그러나, N의 함유량이 0.010%를 초과하면, 고용 N의 양이 증대되어 모재 자체의 인성이 열화되고, HAZ 인성도 저하된다. 그 때문에, N의 함유량을 0.010% 이하, 바람직하게는 0.0090% 이하, 보다 바람직하게는 0.0080% 이하로 한다.

[산소 O: 0.0003∼0.0050%]

산소 O는, 산화물의 생성에 필수적인 원소이며, 함유량이 0.0003%보다 적으면, 모재 중에 충분한 양의 산화물이 얻어지지 않는다. 바람직하게는 0.0010% 이상, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 단, 함유량이 0.0050%보다 많으면, 산화물의 조대화에 의해 HAZ 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, O의 함유량을 0.0050% 이하, 바람직하게는 0.0040% 이하, 보다 바람직하게는 0.0035% 이하로 한다.

여기에서 O의 함유량은, 토탈 산소량을 나타내며, 모재 중의 산화물을 형성하고 있는 O와, 모재 중에 고용되어 있는 자유 O의 합계량을 의미하고 있다.

본 강재는, 전술한 각 원소를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어진다.

전술한 각 원소 이외의 잔부의 성분은, 철 및 불가피 불순물(예컨대, Mg나 As, Se 등)이다.

그런데, 전술한 원소를 함유하는 본 강재는, REM, Zr, Ti, Al, Ca 및 S를 함유하는 복합 산화물(산화물 및/또는 산황화물)을 포함한다. 본 강재에 함유되는 복합 산화물은, Al, Ti, Zr, REM, 및 Ca의 산화물과 황화물을 포함하는 Al·Ti·Zr·REM·Ca·S계 복합 산화물이지만, 이들 이외에, 예컨대, Mn, Si 등의 원소나, 그 밖의 성분 원소를 포함하고 있어도 된다. Al·Ti·Zr·REM·Ca계의 산화물은, 강재와의 격자 정합성이 좋아, HAZ에 있어서 입내 조직 변태(입내 변태)를 촉진시키므로, HAZ의 조직을 미세화하는 데 유효하다.

본 강재는, 전술한 복합 산화물에 대하여, 원 상당 직경으로 3μm 초과의 산화물의 개수는, 본 강재의 단면에 있어서 1mm²당 5.0개 이하이다. 원 상당 직경으로 3μm를 초과하는 복합 산화물은 조대하기 때문에, 입열량이 60kJ/mm에 달하는 것과 같은 대입열 용접에 있어서는, HAZ 인성을 오히려 저하시킨다. 그 때문에, 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수는 5.0개/mm² 이하로 억제할 필요가 있다.

한편, 본 강재는, 전술한 복합 산화물이, 원 상당 직경으로 0.1μm 이상 3μm 이하(이하, 0.1∼3μm로 표기함)의 크기이며, 하기 식(1)을 만족시키고, 또한 그의 개수가 본 강재의 단면에 있어서 100개/mm² 이상 존재하도록 함유하고 있다.

0.008≤(1/d)×{mass% S/(mass% CaO+mass% REM₂O₃)}≤0.289 ···(1)

이 원 상당 직경으로 0.1∼3μm의 복합 산화물은, HAZ에 있어서 입내 조직 변태(입내 변태)를 촉진시켜 HAZ 인성을 향상시키기 위한 것이기 때문에, 이하에, 원 상당 직경으로 0.1∼3μm의 복합 산화물에 대하여 검토한다. 한편, 원 상당 직경으로 0.1μm 미만의 복합 산화물은, HAZ 인성의 향상에 거의 기여하지 않기 때문에, 상기 복합 산화물의 개수에는 포함시키지 않는다.

이하, 원 상당 직경으로 0.1∼3μm의 복합 산화물이 식(1)을 만족시켜야 되는 이유에 대하여 설명한다.

우선, REM과 Ca는 산화물도 황화물도 형성할 수 있는 산황화물 형성 원소이다. 그래서, 산황화물 형성 원소(REM₂O₃과 CaO)의 농도에 대한 S 농도(mass% S)가 지나치게 높으면, 과잉으로 생성되는 황화물이, 산화물과 매트릭스의 정합을 저해시켜 버리기 때문에, 복합 산화물이 조직 제어에 기여하는 능력(입내 변태능)이 저하된다. 또한, 산황화물 형성 원소(REM₂O₃과 CaO)의 농도에 대한 S 농도(mass% S)가 지나치게 낮은 경우, 황화물 생성에 수반되는 변형 에너지가 얻어지지 않아 입내 변태에 있어서 불리해지기 때문에, 입내 변태능이 저하된다. 또, 복합 산화물 그 자체의 사이즈(복합 산화물의 원 상당 직경 d)에 기인하는 변형 에너지가 입내 변태에 영향을 준다.

식(1)에서는, 이들 입내 변태에 영향을 미친다고 생각되는 조건을 고려한 제2항이 나타나 있다. 그런데, 이 식(1)의 제2항에 있어서, 산황화물 형성 원소(REM₂O₃과 CaO)에 대한 S 농도(mass% S), 및 복합 산화물의 사이즈(복합 산화물의 원 상당 직경 d)에는, 입내 변태에 공헌하는 변형 에너지를 산출하기 위한 최적 범위가 있어, 식(1)의 제2항에 상한값 및 하한값이 존재한다고 추찰된다. 그래서, 실험적으로 식(1)의 제2항의 상한값 및 하한값을 구했다.

식(1)의 제2항의 상한값 및 하한값을 구하는 방법을 설명한다.

우선, 시작재(試作材)에 대하여 입열량 60kJ/mm의 용접의 HAZ를 모의한 입열 시험을 실시했다. 그 후, 입열 시험 후의 시작재를 경면 연마하여 부식을 행하고, 부식에 의해 조직을 드러나게 하여 복합 산화물에 기인하는 입내 변태의 유무를 조사했다.

계속해서, EPMA(Electron Probe MicroAnalyzer)로, 시작재에 있어서의 복합 산화물의 조성과 사이즈를 측정하고, 0.1∼3μm의 복합 산화물에 대하여 식(1)의 제2항의 값을 산출했다.

입내 변태의 유무와 산출한 제2항의 값을 표 1에 나타내는 결과로서 정리하여, 입내 변태의 유무가 ○표로 표시된(입내 변태가 있었던) 강재의 제2항의 값에 기초하여, 제2항의 범위를 0.008 이상 0.289 이하로 설정했다.

원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물은, 식(1)을 만족시킨 뒤에 100개/mm² 이상 함유되지만, 추가로, 평균 조성에 대하여, Al₂O₃이 20% 이하, TiO₂가 3% 이상 20% 이하(3∼20%), ZrO₂가 5% 이상 50% 이하(5∼50%), REM 산화물이 5% 이상 50% 이하(5∼50%), CaO가 5% 이상 50% 이하(5∼50%), S가 1% 이상 15% 이하(1∼15%)가 될 필요가 있다.

이것은, 산화물 조성이 HAZ에 있어서의 산화물과 강재의 격자 정합성에 영향을 주므로, 산화물 조성을 상기 범위의 함유량으로 제어하지 않으면, 원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물이 HAZ에 있어서의 입내 변태에 기여할 수 없기 때문, 즉 HAZ의 조직 미세화에 기여할 수 없기 때문이다.

이상과 같은 화학 성분 조성을 갖는 본 강재는, 판두께가 약 3.0mm 이상인 후강판 등을 대상으로 하고 있으며, 소∼중입열 용접은 물론이고, 입열량이 50kJ/mm 이상이 되는 대입열 용접에 있어서도 HAZ 인성의 저하를 방지할 수 있으므로, 예컨대 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 대형 구조물의 재료로서 사용할 수 있다.

[니켈 Ni, 구리 Cu, 크로뮴 Cr, 몰리브데넘 Mo: 0.05∼1.50%]

본 실시형태에 따른 강재는, 전술한 성분 원소에 더하여, 니켈 Ni, 구리 Cu, 크로뮴 Cr, 몰리브데넘 Mo 중 적어도 1종을 0.05% 이상 1.50% 이하(0.05∼1.50%) 함유해도 된다.

Cu, Ni, Cr, Mo는, 어느 것이나 본 강재의 인성과 강도를 높이는 데 기여하는 원소이며, 각각 단독으로, 또는 복합하여 첨가할 수 있다. 예컨대, Cu의 첨가에 의해서 인성과 강도를 유효하게 향상시키기 위해서는, Cu를 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Cu의 함유량이 1.50%를 초과하면, 모재의 강도를 지나치게 높여 오히려 모재의 인성을 저하시키기 때문에, HAZ 인성도 저하되어 버린다. 따라서, Cu의 함유량을 0.05% 이상 1.50% 이하로 규정한다.

Ni, Cr, Mo도 Cu와 마찬가지로, 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 함유량이 1.50%를 초과하면, 모재의 강도를 지나치게 높여 오히려 모재의 인성을 저하시키기 때문에, HAZ 인성도 저하되어 버린다. 따라서, Ni, Cr, Mo의 함유량도 0.05% 이상 1.50% 이하로 규정한다.

[니오븀 Nb, 바나듐 V: 0.002∼0.10%]

또, 본 실시형태에 따른 강재는, 니오븀 Nb, 바나듐 V 중 적어도 어느 한쪽을 0.002% 이상 0.10% 이하(0.002∼0.10%) 함유하고 있어도 된다.

Nb와 V는, 어느 것이나 탄질화물로서 석출된다. 이 탄질화물은 핀 고정 효과를 발휘하므로, 용접 시에 있어서의 오스테나이트립의 조대화가 억지되어, HAZ 인성의 향상에 기여한다. 그래서, Nb의 첨가에 의해서 HAZ 인성을 유효하게 향상시키기 위해서는, Nb를 0.002% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Nb의 함유량이 0.10%를 초과하면, 석출되는 탄질화물이 조대화되어, 오히려 HAZ 인성을 저하시켜 버린다. 따라서, Nb의 함유량을 0.002% 이상 0.10% 이하로 규정한다.

V도 Nb와 마찬가지로, 0.002% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, V의 함유량이 0.10%를 초과하면, 석출되는 탄질화물이 조대화되어, 오히려 HAZ 인성을 저하시켜 버린다. 따라서, V의 함유량을 0.002% 이상 0.10% 이하로 규정한다.

[붕소 B: 0.0005∼0.0050%]

이에 더하여, 본 실시형태에 따른 강재는, 붕소 B를 0.0005% 이상 0.0050% 이하(0.0005∼0.0050%) 함유하고 있어도 된다. B는, 입계 페라이트의 생성을 억제하여 인성을 향상시키는 원소이다. 그래서, B의 첨가에 의해서 본 강재의 인성을 향상시키기 위해서는, B를 0.0005% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010% 이상, 더 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 그러나, B의 함유량이 0.0050%를 초과하면, 오스테나이트립계에 BN으로서 석출되어, 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, B의 함유량을 0.0050% 이하, 바람직하게는 0.0040% 이하, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상 0.0030% 이하로 한다.

[본 실시형태에 따른 강재의 제조]

본 실시형태에 따른 강재는, 예컨대 용강의 2차 정련에 있어서, 전술한 화학 성분 조성이 되도록 각 원소를 첨가함으로써 얻어지지만, 본 강재의 제조 방법의 일례로서, 후술하는 실시예에 나타내는 강의 제조 방법(제조 조건), 즉 각 원소의 첨가 방법에 대하여 설명한다.

이하의 설명에서는, 진공 용해로(용량 150kg)를 이용하여 강을 용제하고, 150kg의 잉곳으로 주조하여 냉각함으로써, 후술하는 실시예 및 비교예에 나타내는 강을 얻었다.

[용존 산소량의 조정]

처음에, 진공 용해로에서 용해된 용강에 있어서, 복합 산화물을 형성하는 원소(복합 산화물 형성 원소)를 첨가하기 전에 용존 산소량과 S 농도를 조정한다.

우선, 복합 산화물 형성 원소의 첨가 전에 있어서의 용존 산소량(mass% Of)을 0.005% 이하가 되도록 조정했다. 그 후, 용존 산소 농도(mass% Of)와, 용강 중의 S 농도(mass% S)의 비(mass% Of/mass% S)가, 0.2≤mass% Of/mass% S≤9.6이 되도록 S 농도(mass% S)를 조정했다.

여기에서, S 농도(mass% S)를 조정하기 위한 탈황 방법은 특별히 한정되지 않지만, 미리 S 농도가 낮은 용강을 이용해도 된다.

전술한 용존 산소량과 S 농도의 근거는 다음과 같다. 우선, 용존 산소량이 0.005%를 초과하면, 용강 중에서 생성되는 산화물이 조대화되어 버린다. 더욱이, (mass% Of/mass% S)의 값이 큰 경우, 산화물에 대하여 필요한 황화물이 충분히 생성되지 않는다. 또한 (mass% Of/mass% S)의 값이 작은 경우, 원하는 산화물을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, S 농도가 지나치게 높기 때문에 입내 변태를 저해하는 수준으로까지 황화물이 생성되어 버린다.

그 때문에, mass% Of와 mass% S 사이에는 적정한 밸런스가 있어, (mass% Of/mass% S)의 값에는 적정한 범위가 존재한다. 그 범위를 실험적으로 구하여, 0.2≤mass% Of/mass% S≤9.6으로 했다.

[Al의 첨가]

다음으로, Al은 산황화물 구성 원소 중 하나이며, Ti 산화물을 확보하기 위해서, Ti보다도 먼저 용강에 첨가했다.

[Ti의 첨가]

Al의 첨가에 계속해서, REM, Zr보다도 먼저 Ti를 용강에 첨가했다. Ti를 Al보다도 먼저 첨가하면, 그 후의 공정에서 Ti 산화물이 모두 Al에 의해서 환원되어 버리므로, Al을 첨가한 후에 Ti를 첨가하지 않으면 안된다. Ti의 첨가 후, 2분 이상 15분 이하에 걸쳐, 다른 원소를 첨가하지 않고 용강을 유지했다.

이는, Al→Ti의 순으로 첨가해도, 그 후의 용강의 유지 시간이 2분 미만이면, 충분히 Al과 Ti의 복합 산화물이 형성되지 않고, 반대로 15분을 초과하면, Al에 의한 환원이 지나치게 진행되어 버리기 때문이다. 즉, Al 및 Ti의 첨가순은 전술한 식(1)에 영향을 준다.

[REM·Zr의 첨가]

용강을 2분∼15분간 유지한 후에, REM 및 Zr을 첨가했다. REM과 Zr의 첨가순은, 특별히 묻지 않는다. 즉, REM→Zr이어도 되고, Zr→REM이어도 되고, 또한 REM과 Zr을 동시에 첨가해도 된다.

Zr의 첨가량과 REM의 첨가량에 대하여, 용존 산소량(mass% Of)이 0.005% 이하이고, 또한 (mass% Of/mass% S)의 값이 0.2≤mass% Of/mass% S≤9.6인 본 조건 하에서는, Zr의 첨가량을 10ppm 이상 120ppm 이하, REM 첨가량을 30ppm 이상 150ppm 이하로 할 필요가 있다. 그것은, Zr과 REM 중 어느 한쪽이라도 과잉이면, 원 상당 직경으로 3μm를 초과하는 조대한 복합 산화물이 형성되어 버리기 때문이고, 또한, 어느 한쪽의 원소라도 지나치게 적으면, 원 상당 직경으로 0.1∼3μm의 미세한 복합 산황화물이 부족해져 버린다. 즉, Zr과 REM의 첨가량은 복합 산화물의 입도 분포에 영향을 준다.

이에 더하여, REM은 산화물도 황화물도 형성하기 쉬운 성질을 갖는 반면, Zr은 산화물을 형성하지만 황화물은 형성하지 않는다는 성질을 갖는다. 따라서, 산화물과 황화물의 밸런스를 적정화하기 위해서는, mass% Of와 mass% S에 따라 Zr과 REM을 첨가할 필요가 있다.

그래서, 이하의 식(2)를 만족하도록, Zr 첨가량과 REM 첨가량의 비(add[Zr]/add[REM])를 결정한다.

0.27×(mass% Of/mass% S)+0.21≤add[Zr]/add[REM]≤0.41×(mass% Of/mass% S)+ 0.77 ···(2)

식(2)에 기초하여, (mass% Of/mass% S)의 값이 큰, 즉, 옥사이드가 생성되기 쉽고 황화물이 생성되기 어려운 경우에는, Zr을 REM보다 조금 많이 첨가한다(add[Zr]/add[REM]의 값을 크게 한다). 또한, (mass% Of/mass% S)의 값이 작은, 즉, 옥사이드보다도 황화물이 생성되기 쉬운 경우에는, REM을 Zr보다 조금 많이 첨가한다(add[Zr]/add[REM]의 값을 작게 한다). 이 사고 방식에 입각하여, add[Zr]/add[REM]의 값의 상한 및 하한을 실험적으로 구하여, 식(2)를 얻었다.

[Ca의 첨가와 단조]

REM 및 Zr을 첨가한 후, Ca를 첨가하여 주조했다. Ca도 옥사이드나 황화물을 형성하지만, 그들 옥사이드나 황화물의 형태는, 기본적으로 이미 존재하는 개재물의 형태에 의존하므로, Ca의 첨가 전의 개재물의 형태에 특히 유의해야 한다.

한편, 탈산 원소인 Al, REM, Zr, Ca는, 전량을 한번에 용강에 투입하는 것은 아니며, 2회 이상으로 분할하여 투입하거나, 소량씩 연속적으로 투입하는 것이 바람직하다.

한편, 용강에 첨가하는 REM이나 Ca, Zr, Ti의 형태는 특별히 한정되지 않고, 예컨대, REM으로서, 순 La, 순 Ce, 및 순 Y, 또는 순 Ca, 순 Zr, 및 순 Ti, 나아가서는 Fe-Si-La 합금, Fe-Si-Ce 합금, Fe-Si-Ca 합금, Fe-Si-La-Ce 합금, Fe-Ca 합금, 및 Ni-Ca 합금 등을 첨가하면 된다. 또한, 미쉬 메탈(misch metal)을 용강에 첨가해도 된다. 미쉬 메탈이란, 희토류 원소의 혼합물이며, 구체적으로는, Ce를 40∼50% 정도, La를 20∼40% 정도 함유하고 있다. 단, 미쉬 메탈에는 불순물로서 Ca를 포함하는 경우가 많으므로, 미쉬 메탈이 Ca를 포함하는 경우는, 본 실시형태에서 규정하는 Ca 함유량의 범위를 만족할 필요가 있다.

여기까지에서 설명한 성분 원소의 조성(함유량), 성분 원소의 함유량에 관한 관계식 및 제조 조건 등을, 「본 실시형태에서 규정하는 조건」으로 부른다.

[주조·압연]

전술한 바와 같이 성분 조정된 용강을 잉곳으로 주조했다. 주조된 잉곳을 열간 압연해서 가공하여, 두께가 30mm∼80mm인 후강판을 제조했다. 실제의 조업에 있어서는, 성분 조정하여 얻어진 용강을, 통상적 방법에 따라서 연속 주조하여 슬래브로 한 후, 통상적 방법에 따라서 열간 압연하면 된다.

[HAZ 인성값의 측정]

얻어진 후강판에 대하여, 용접 열의 영향을 받은 HAZ의 인성을 평가하기 위해서, 해당 후강판으로부터, 용접 이음용 시험편을 채취하여 V선 가공을 실시한 후, 대입열 용접 상당의 60kJ/mm의 입열량에서의 일렉트로가스 아크 용접을 실시했다. 이 용접된 시험편의 표면으로부터 깊이 t/4(t: 시험편의 판두께)의 위치의 용접선(본드) 근방의 HAZ에 노치를 가공한 샤르피 충격 시험편(JIS Z2202의 V 노치 시험편)을 3개 채취했다. 이들 3개의 V 노치 시험편의 각각에 대하여, -40℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여, 흡수 에너지(vE-40)를 측정하여, 3개의 V 노치 시험편의 측정 결과의 평균값과 최소값을 구했다.

이 측정 결과에 있어서, vE-40의 평균값이 140J을 초과하는 시험편(후강판)을, HAZ 인성이 우수한 강판이라고 평가했다.

[0.1∼3μm의 복합 산화물 조성의 측정 방법]

후강판의 표면으로부터 깊이 t/4(t: 후강판의 판두께)의 위치로부터 시험편을 잘라내고(시험편의 축심이 깊이 t/4의 위치를 통과하도록 채취), 압연 방향 및 판두께 방향에 평행한 단면을 경면 연마하여, 니혼덴시데이텀제의 전자선 마이크로프로브 X선 분석계(Electron Probe X-ray Microanalyzer: EPMA, 상품명 JXA-8500F)를 이용하여, 0.1∼3μm의 복합 산화물 조성을 측정했다. 이때의 관찰 조건은, 가속 전압을 20kV, 시료 전류를 0.01μA, 배율 5000배, 관찰 면적을 0.4mm² 이상으로 하고, 복합 산화물의 중앙부에서의 성분 조성을 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 정량 분석했다.

즉, 정량의 대상이 되는 원소를 Si, Mn, S, Al, Ti, Zr, La, Ce, Ca, 및 O(산소)로 하고, 기지 물질을 이용하여 각 원소의 X선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로서 구해 두고, 분석 대상으로 하는 복합 산화물로부터 얻어진 X선 강도와 검량선에 기초하여, 그 복합 산화물에 포함되는 원소량을 정량했다. 그들 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비로부터, S 이외의 각 원소를 단독 산화물로 환산하여 산화물의 조성을 산출했다. S는 단독의 농도 그대로 산출했다. 본 실시형태에서는, 이와 같이 단독 산화물 및 S 단체 농도로서 질량 환산하여, 복수의 복합 산화물에 대하여 평균한 것을 복합 산화물의 조성으로 했다.

한편, REM의 산화물은, REM을 기호 M으로 나타내면, 강재 중에 M₂O₃, M₃O₅, MO₂ 등의 형태로 존재하지만, REM의 산화물을 전부 M₂O₃으로 환산했다. Ti에 대해서도 마찬가지로, 모두 TiO₂로 환산했다.

[복합 산화물의 원 상당 직경과 개수의 측정 방법]

전술한 EPMA를 이용한 복합 산화물의 조성 측정에 있어서, 복합 산화물의 면적을 측정함과 더불어 복합 산화물을 원으로 가정하여, 측정한 면적에 대응하는 원의 직경을 원 상당 직경으로서 산출했다. 원 상당 직경이 5μm를 초과하는 복합 산화물의 개수를 측정할 때에는, 배율을 200배, 관찰 면적을 50mm² 이상으로 하고, 그 이외의 조건을, 원 상당 직경이 5μm 이하인 복합 산화물의 개수를 측정하는 경우와 동일한 조건으로 맞춰 실시했다.

실시예

다음으로, 본 실시형태에 따른 강재의 실시예를 구체적으로 설명한다.

아래의 표 2는, 본 실시형태에 따른 강재의 실시예인 강재 No. 1∼No. 31의 화학 성분 조성을 나타내고 있다. 강재 No. 1∼No. 31의 성분 조성은 모두, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있다.

아래의 표 3은, 본 강재의 실시예인 강재 No. 1∼No. 31의 제조 조건을 나타내고 있다. 강재 No. 1∼No. 31의 제조 조건도 모두, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있다. 성분 원소의 첨가 순서나 첨가 방법 등이 복수 있는 경우는, 비고란에, 선택한 첨가 순서나 첨가 방법이 나타나 있다.

아래의 표 4는, 본 강재의 실시예인 강재 No. 1∼No. 31에 대한, 복합 산화물의 입경 및 개수 분포, 복합 산화물의 평균 조성, 및 HAZ 인성의 시험 결과를 나타내고 있다. 본 강재의 실시예인 강재 No. 1∼No. 31에서는 모두, 원 상당 직경으로 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수는 5.0개/mm² 이하이며, 원 상당 직경이 0.1∼3μm인 복합 산화물의 개수는 100개/mm² 이상이다. 나아가 강재 No. 1∼No. 31에서는 모두, 원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물의 평균 조성이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있다. 그 결과, 강재 No. 1∼No. 31은 모두, HAZ 인성의 시험 결과가 140J 이상이어서, 우수한 HAZ 인성을 발휘한다고 평가할 수 있다.

여기에서, 아래의 표 5는, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키지 않는 비교예로서의 강재 No. 32∼No. 67의 성분 조성을 나타내고 있다. 강재 No. 32는, Al의 함유량이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 34, 35는, Ti의 함유량이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 40, 41은, REM의 함유량이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 44, 45는, Zr의 함유량이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 48, 49는, Ca의 함유량이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 52, 53은, S의 함유량이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 그 밖의 강재에 대해서는, 전술한 성분 조성을 만족시키고 있다.

아래의 표 6은, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키지 않는 강재 No. 32∼No. 67의 제조 조건을 나타내고 있다. 강재 No. 33, 36, 37, 42, 43, 46, 47, 50, 51에서는, 「복합 산화물 형성 원소의 첨가 순서」에 「×」표가 붙어 있고, 복합 산화물 형성 원소(Al과 Ti)가 전술한 순서와는 상이한 순서로 첨가된 것을 나타내고 있다. 강재 No. 38, 39는, Ti 첨가 후의 용강의 유지 시간이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 52는, (mass% Of/mass% S)의 값이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 53은, mass% Of의 값, (mass% Of/mass% S)의 값, 및 (add[Zr]/add[REM])의 실적이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 54, 55는, 둘 다 (add[Zr]/add[REM])의 실적이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 56, 57은, mass% Of의 값이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 58, 59는, add[Zr]의 첨가량, 및 (add[Zr]/add[REM])의 실적이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 60, 61은, add[REM]의 첨가량, 및 (add[Zr]/add[REM])의 실적이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 강재 No. 62∼67은, (add[Zr]/add[REM])의 실적이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

이와 같이, 강재 No. 32∼No. 67은, 표 5에 나타내는 성분 조성 및 표 6에 나타내는 제조 조건 중 한쪽 또는 양쪽에 있어서, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다.

표 7은, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키지 않는 비교예로서의 강재 No. 32∼No. 67의, 복합 산화물의 입경 및 개수 분포, 복합 산화물의 평균 조성, 및 HAZ 인성의 시험 결과를 나타내고 있다. 강재 No. 32∼No. 55는, 복합 생성물의 평균 조성이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 56, 57은, 원 상당 직경으로 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수가 5.0개/mm²를 초과하고 있다. 강재 No. 58∼No. 67은, 원 상당 직경 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수 및 원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물의 개수 중 한쪽 또는 양쪽이, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키고 있지 않다. 강재 No. 32∼No. 55의 각각에 대해서, 본 실시형태에서 규정하는 조건 중 만족시키고 있지 않은 조건을 「비고」에 나타내고 있다.

그 결과, 강재 No. 32∼No. 67은 모두, HAZ 인성의 시험 결과가 140J 미만이 되어, 본 실시형태에서 규정하는 조건을 1개 이상 만족시키지 않는 비교예에 있어서, HAZ 인성이 우수한 강재를 얻을 수 없었다.

도 1∼도 3을 참조하면서, 표 4에 나타내는 본 실시형태에 따른 강재의 HAZ 인성과 표 7에 나타내는 비교예의 HAZ 인성을 비교한다.

도 1은, 표 4에 나타내는 본 실시형태에 따른 강재의 HAZ 인성과, 표 7에 나타내는 비교예의 강재 No. 59, 61∼67의 HAZ 인성을 나타내는 그래프이다. 도 1에 나타내는 모든 실시예 및 비교예에 있어서, 원 상당 직경 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수는 5.0개/mm² 미만이지만, 비교예의 강재 No. 59, 61∼67은, 원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물의 개수가 100개를 만족시키지 않은 예이며, 어느 것에 있어서도, HAZ 인성의 시험 결과가 140J을 크게 하회하고 있다.

도 2는, 표 4에 나타내는 본 실시형태에 따른 강재의 HAZ 인성과, 표 7에 나타내는 비교예의 강재 No. 32∼55의 HAZ 인성을 나타내는 그래프이다. 도 1에 나타내는 모든 실시예 및 비교예에 있어서, 원 상당 직경 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수는 5.0개/mm² 미만이고, 원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물의 개수가 100개 이상이지만, 비교예의 강재 No. 32∼55는, 복합 산화물의 평균 조성이 본 실시형태에서 규정하는 조건을 만족시키지 않은 예이며, 어느 것에 있어서도, HAZ 인성의 시험 결과가 140J을 크게 하회하고 있다.

도 3은, 표 4에 나타내는 본 실시형태에 따른 강재의 HAZ 인성과, 표 7에 나타내는 비교예의 강재 No. 56, 57의 HAZ 인성을 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타내는 모든 실시예 및 비교예에 있어서, 원 상당 직경 0.1∼3μm의 복합 산화물의 개수는 100개 이상이지만, 비교예의 강재 No. 56, 57은, 원 상당 직경 3μm를 초과하는 복합 산화물의 개수가 5.0개/mm² 이상이 된 예이며, 어느 것에 있어서도, HAZ 인성의 시험 결과가 140J을 크게 하회하고 있다.

전술한 대로, 본 실시형태에서 규정한 조건을 만족시키는 구성의 강재이면, 대입열 용접에 있어서도 우수한 HAZ 인성을 발휘할 수 있다.

한편, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 이번에 개시된 실시형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예컨대, 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것은 아니며, 통상의 당업자이면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

예컨대, 본 강재를 2차 정련에 있어서 제조한다고 설명했지만, 전로(轉爐)나 전기로를 이용하여 제조해도, 마찬가지의 HAZ 인성을 발휘하는 강재를 얻을 수 있다. 따라서, 전로나 전기로를 이용한 본 강재의 제조도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

본 출원은, 2013년 3월 22일 출원된 일본 특허출원(특원 2013-060452)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 강판은, 대입열 용접이더라도 우수한 HAZ 인성을 실현하기 때문에, 조선, 건축, 교량 등의 용접 구조물용으로서 적합하다.

Claims

C: 0.02∼0.13%(질량%(mass%)의 의미. 이하 성분에 대하여 동일),
Si: 0.05∼0.5%,
Mn: 1.0∼2.5%,
P: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않음),
S: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음),
Al: 0.002∼0.040%,
Ti: 0.005∼0.040%,
Zr: 0.0003∼0.020%,
REM: 0.0003∼0.020%,
Ca: 0.0003∼0.0080%,
N: 0.0030∼0.010%,
O: 0.0003∼0.0050%를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강재로서,
상기 강재는, REM, Zr, Ti, Al, Ca 및 S를 함유하는 복합 산화물을 포함하고, 상기 강재 중의 복합 산화물에 대하여,
원 상당 직경으로 3μm 초과의 산화물이 1mm²당 5.0개 이하이고,
또한 원 상당 직경이 0.1∼3μm인 복합 산화물에 대하여, 하기 식(1)을 만족시키는 복합 산화물 개수가 100개/mm² 이상이고,
또한, 하기 식(1)을 만족시키는 0.1∼3μm의 복합 산화물의 평균 조성이, Al₂O₃: 20% 이하, TiO₂: 3∼20%, ZrO₂: 5∼50%, REM 산화물: 5∼50%, CaO: 5∼50%, S: 1∼15%인 것을 특징으로 하는 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강재.
0.008≤(1/d)×{mass% S/(mass% CaO+mass% REM₂O₃)}≤0.289 ···(1)
(단, d는 개개의 복합 산화물의 원 상당 직경이고, 0.1∼3μm이다)
제 1 항에 있어서,
Ni: 0.05∼1.50%,
Cu: 0.05∼1.50%,
Cr: 0.05∼1.50%,
Mo: 0.05∼1.50%,
Nb: 0.002∼0.10%,
V: 0.002∼0.10%,
B: 0.0005∼0.0050%
중, 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 용접 열 영향부의 인성이 우수한 강재.