KR20170007815A - 대입열 용접용 강판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

대입열 용접하에 있어서도 인성 등이 우수한 이음매 특성을 갖는 항복 강도가 460MPa이상의 중간 두께의 비조질 고장력 강판인 대입열 용접용 강판의 제조 방법을 제공하는 것. C：0.03∼0.1%, Si：0.01∼0.1%, Mn：0.8∼2%, P：0.02%이하, S：0.0005∼0.005%, Al：0.005∼0.1%, Nb：0.003∼0.03%, Ti：0.005∼0.05%, Cu：0.1∼0.5%, Ni：0.3∼2%, N：0.003∼0.01%, B：0.0003∼0.0025%, Ca：0.0005∼0.003%, O：0.004%미만을 함유하고, 또한 Ceq：0.38∼0.43, ACR：0∼1을 만족시키는 강 소재를 1050℃이상 1200℃이상으로 가열하고, 압연 종료시의 온도가 Ar3 변태점 온도 이상에서 열간 압연하고, 표면 온도가 (-t×1.5)+400℃이상 또한 (-t×1.5)+620℃이하가 될 때까지 5℃/sec이상에서 수랭한다.

Description

대입열 용접용 강판의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING STEEL PLATE FOR HIGH-HEAT INPUT WELDING}
본 발명은 선박이나 건축·토목 등의 분야에 있어서의 각종 강 구조물에 사용되는 항복 응력이 460MPa이상이고 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하의 비조질 고장력 강에 관한 것으로서, 특히 입열량이 200kJ/cm를 넘는 대입열 용접을 실시한 경우에 있어서도 우수한 이음매 특성을 갖는 대입열 용접용 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
선박이나 건축·토목 등의 분야에 있어서의 각종 강 구조물에 사용되는 강재는 고강도화나 후육화가 진행되고 있다. 이러한 강재의 고강도화나 후육화에 수반하여, 강재가 용접 시공될 때에는 서브 머지 아크 용접, 일렉트로 가스 용접 및 일렉트로 슬래그 용접 등의 생산 능률이 우수한 대입열 용접이 적용되는 기회가 증가하고 있다.
선박이나 건축·토목 등의 분야에 있어서의 각종 강 구조물에 있어서는 모재의 특성에 부가하여, 용접부의 강도나 인성 등의 이음매 특성에도 우수한 것이 요구된다. 그러나, 대입열 용접 후의 용접 열 영향부(이하,「HAZ」라고도 함)는 조직 제어 등에 의해서 제조 공정에서 만들기 곤란하였던 모재의 특성이 열 영향에 의해서 무효화되기 때문에, 인성이 저하하는 것이 알려져 있다. 이에 대해, HAZ의 인성 저하를 억제하기 위해, 각종 대입열 용접용 강이 제안되고 있다.
HAZ의 인성을 향상시키는 기술로서는 예를 들면, TiN을 강 중에 미세 분산시키는 것에 의해, HAZ의 오스테나이트립의 조대화를 억제하거나, 또는 분산시킨 TiN을 HAZ에서의 페라이트 변태핵으로서 이용하는 기술이 실용화되고 있다. 그러나, TiN을 강 중에 미세 분산시키는 기술은 HAZ가 TiN의 용해하는 온도 이상으로 되는 경우에는 인성 저하를 억제하기 위한 효과를 얻을 수 없었다. 또한, TiN을 강 중에 미세 분산시키는 기술은 TiN의 용해에 수반하여 생기는 고용 Ti 및 고용 N에 의해 지(地)조직이 취화되고, 인성이 현저히 저하한다고 하는 문제가 있었다.
HAZ에 있어서의 TiN의 용해의 문제에 대해, 특허문헌 1에는 강 중에 입도 5㎛이하의 TiOx(단, x：0.65∼1.3)를 미세 분산시키는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는 HAZ의 고온역에서도 용해되지 않는 Ti산화물을 미세 분산시키고, Ti산화물을 침형상 페라이트의 생성핵으로 함으로써, HAZ의 인성 저하가 억제된다. 또, 특허문헌 1과 같이 Ti산화물을 이용하는 기술에서는 산화물을 균일하게 미세 분산시키는 것이 곤란하기 때문에, 산화물을 복합화하는 것 등에 의해 분산능을 개선하는 검토가 실행되고 있다.
또, HAZ의 인성을 개선하는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 2에는 HAZ의 조직을 미세화시키는 BN을 적극적으로 석출시키기 위해, 강 조성 중 B, N 및 sol.Al량을 조정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 HAZ의 인성이 고인성 영역으로 되도록 Ti-B-N량을 조정하고, 또한 개재물의 형태 제어를 하기 위해 Ca 또는 Ce를 첨가하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는 용접의 본드부에 있어서 안정된 황·산화물을 형성시키기 위해, 강 조성을 저N-저Ti계로 해서, REM을 첨가하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1∼4에 기재된 기술은 입열량이 200kJ/cm를 넘는 대입열 용접에 있어서는 HAZ의 오스테나이트의 알갱이 성장을 충분히 억제하는 것이 곤란하고, HAZ의 인성 저하를 방지하는 것이 곤란하였다. 이에 대해, 대입열 용접에 있어서도 HAZ의 인성을 개선하는 기술로서, 특허문헌 5에는 강 조성의 Ca, O 및 S량을 적정히 제어함으로써, Ca계 비금속 개재물을 강 중에 미세 분산시키는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 5에 의하면, Ca계 금속 개재물이 변태핵으로 되어 HAZ에서의 페라이트 변태를 촉진시키기 때문에, 400kJ/cm를 넘는 대입열 용접에 있어서도 HAZ의 인성을 향상시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 소화57-51243호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 소화62-170459호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 소화60-204863호 특허문헌 4: 일본국 특허공고공보 평성4-14180호 특허문헌 5: 일본국 특허공보 제3546308호
그런데, 근래, 항복 강도가 460MPa급을 넘는 고강도 강에 대입열 용접을 적용할 기회가 증가하고 있다. 특히, 이러한 고강도 강판 중, 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하의 중두께 고장력 강에 대해서는 고강도화에 수반하는 박육화에 의해서 강재 중량을 저감시킬 수 있기 때문에, 고효율의 운반선용에 적용되는 수요가 높아지고 있다.
그러나, 인용문헌 5에 기재된 기술은 항복 강도가 390MPa급의 강재를 대상으로 하고 있고, 항복 강도가 460MPa급을 넘는 바와 같은 고강도 강보다 탄소당량이 낮은 강재에 적용된다. 이 때문에, 인용문헌 5의 기술을 항복 강도가 460MPa급을 넘는 바와 같은 고강도 강에 적용한 경우, 탄소당량이 많기 때문에 HAZ의 결정립내가 페라이트와 베이나이트의 혼합 조직으로 되기 때문에, HAZ의 인성 등의 이음매 특성을 개선하는 것이 곤란하였다. 또한, 인용문헌 1∼4에 기재된 기술은 상기와 같이, 입열량이 200kJ/cm를 넘는 대입열 용접에 있어서는 HAZ 인성 등의 이음매 특성이 개선되지 않았다.
그래서, 본 발명은 상기의 과제에 착안해서 이루어진 것이며, 용접 입열이 200kJ/cm이상으로 되는 대입열 용접하에 있어서도, 우수한 이음매 특성을 갖는 항복 강도가 460MPa이상이고, 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하인 대입열 용접용 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 양태에 관련한 대입열 용접용 강판의 제조 방법은 질량%로, C：0.03%이상 0.10%이하, Si：0.01%이상 0.10%이하, Mn：0.8%이상 2.0%이하, P：0.020%이하, S：0.0005%이상 0.0050%이하, Al：0.005%이상 0.100%이하, Nb：0.003%이상 0.030%이하, Ti：0.005%이상 0.050%이하, Cu：0.10%이상 0.50%이하, Ni：0.30%이상 2.00%이하, N：0.0030%이상 0.0100%이하, B：0.0003%이상 0.0025%이하, Ca：0.0005%이상 0.0030%이하, O：0.0040%미만을 함유하고, 또한 하기 (1)식에서 정의되는 ACR이 0초과 1미만, 하기 (2)식에서 정의되는 Ceq가 0.38이상 0.43이하를 만족시켜 각 성분이 함유되고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 소재를 1050℃이상 1200℃이상으로 가열하고, 가열한 강 소재를, 압연 후의 판 두께 t가 25㎜이상 50㎜이하, 누적 압하율이 40%이상으로 되도록, 850℃이하 또한 압연 종료시에 Ar3 변태점 이상으로 되는 온도역에서 열간 압연하고, 열간 압연한 강 소재를, 표면 온도가 (-t×1.5)+400℃이상 또한 (-t×1.5)+620℃이하로 될 때까지, 5℃/초 이상의 냉각 속도로 수랭하고, 수랭하고 강 소재를 공랭하는 것을 특징으로 한다.
ACR=(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/(1.25×S)…(1)
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15…(2)
또한, 표면 온도의 조건식에 있어서의 t는 열간 압연 후의 강 소재의 두께를 나타내고, (1)식 및 (2)식에 있어서, 각 원소 기호는 강 소재 중의 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
강 소재는 질량%로, V：0%초과 0.20%이하, Cr：0%초과 0.40%이하 및 Mo：0%초과 0.40%이하 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유해도 좋다.
강 소재는 질량%로, Mg：0.0005%이상 0.0050%이하, Zr：0.0010%이상 0.0200%이하, REM：0.0010%이상 0.0200%이하 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유해도 좋다.
본 발명에 따르면, 용접 입열이 200kJ/cm이상으로 되는 대입열 용접하에 있어서도, 우수한 이음매 특성을 갖는 항복 강도가 460MPa이상이고, 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하의 대입열 용접용 강판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 대입열 용접용 강판은 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하, 항복 강도가 460MPa이상이고, 또한 용접 입열이 200kJ/cm이상의 대입열 용접용의 비조질 고장력 강판이다. 이러한 대입열 용접용 강은 특히 이음매의 인장 강도의 확보를 위해, 판 두께가 50㎜초과의 후강판에 대한 판 두께 저감에 의한 모재의 소성 구속의 감소를 고려한 성분 설계가 실행될 할 필요가 있다. 한편, 대입열 용접용 강에 있어서 이음매 강도를 확보하기 위한 성분 설계가 실행되면, HAZ의 조립역에 있어서의 인성 확보가 곤란하게 된다. 또한, 이음매 강도를 확보하기 위한 상기 성분 설계를 적용한 대입열 용접용 강에 대해, 종래의 후강판의 제조 방법을 적용하면, 모재 강도가 과잉으로 되기 때문에, 모재의 연성이 저하한다.
이에 대해, 본 발명자들은 각종 검토를 거듭하고 이하의 (a)∼(c)의 지견을 얻었다.
(a) 대입열 용접 열 영향부의 인성 향상에는 고온 영역에서의 오스테나이트립의 조대화를 억제하고, 그 후의 냉각 과정에 있어서 입내 페라이트를 생성시키는것에 의해, 베이나이트 중의 섬형상 마텐자이트(이하, 「MA」라고도 함)량을 저감시키는 것이 중요하다. 또한, MA량의 저감을 위해서는 강 조성에 있어서의 C, Si 및 P함유량의 저감이 중요하다.
(b) 담금질성의 지표인 탄소당량(Ceq)이 적정한 범위에 들어가도록 성분 조정을 실행하는 것에 의해, 이음매의 인장 강도와 인성을 양립시킬 수 있다.
(c) 모재 강도의 억제에는 복열에 의한 셀프 템퍼가 유효하고, 압연 후의 냉각에 있어서 판 두께에 따른 냉각 정지 온도 제어를 실행함으로써 모재 강도를 적정한 범위로 컨트롤할 수 있다. 또한, 판 두께에 따른 냉각 정지 온도 제어를 실행함으로써, 연성이나 인성 등의 모재 강도 이외의 다른 특성도 양립시킬 수 있다.
＜성분 조성＞
[기본 성분 조성]
다음에, 본 발명의 실시형태에 대해, 상세하게 설명한다. 우선, 본 발명의 강재가 가져야 할 기본 성분 조성에 대해 설명한다. 설명에 있어서, 화학 성분에 관한 %표시는 모두 질량%를 의미한다.
C：0.03%이상 0.10%이하
C는 강재의 강도를 높이는 원소이며, 구조용 강으로서 필요한 강도를 확보하기 위해서는 0.03%이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, C의 함유량이 0.10%를 넘으면, 본드부 근방의 HAZ에서 MA가 생성되기 쉬워지기 때문에, 상한은 0.10%이하로 한다. 바람직하게는 C의 함유량은 0.05%이상 0.08%이하이다. 여기서, 본드부 근방은 용융선 바로 옆의 HAZ중에서 가장 조립화가 현저한 영역을 의미한다.
Si：0.01%이상 0.10%이하
Si는 강을 용제할 때의 탈산제로서 첨가되는 원소이며, 0.01%이상의 첨가가 필요하다. 그러나, Si의 함유량이 0.10%를 넘으면, 모재의 인성이 저하한다. 또한, Si의 함유량이 0.10%를 넘으면, 대입열 용접 후의 본드부 근방의 HAZ에 MA가 생성함으로써, 인성의 저하가 생기기 쉬워진다. 따라서, Si의 함유량은 0.01%이상 0.10%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 Si의 함유량은 0.08%이하이다.
Mn：0.8%이상 2.0%이하
Mn은 모재의 강도를 확보하기 위해, 0.8%이상 첨가한다. 한편, Mn의 함유량이 2.0%를 넘으면 HAZ의 인성을 현저히 열화시키기 때문에, Mn의 함유량은 0.8%이상 2.0%이하로 한다. 바람직하게는 Mn의 함유량은 1.2%이상 2.0%이하이다.
P：0.020%이하
P는 본드부 근방의 HAZ에서의 MA 생성을 촉진시키고, 인성을 크게 저하시키기 때문에, 0.020%이하의 함유량으로 한다. 바람직하게는 P의 함유량은 0.010%이하이다.
S：0.0005%이상 0.0050%이하
S는 페라이트의 핵 생성 사이트로서 작용하는 MnS 혹은 CaS를 형성하기 위해 필요한 원소이다. 이 때문에, S의 함유량은 0.0005%이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면 모재의 인성의 저하를 초래하기 때문에, S의 함유량의 상한은 0.0050%로 한다.
Al：0.005%이상 0.100%이하
Al은 강의 탈산을 위해 첨가되는 원소이며, 0.005%이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Al의 함유량이 0.100%를 넘으면, 모재의 인성뿐만 아니라, 용접 금속의 인성도 저하한다. 따라서, Al의 함유량은 0.005%이상 0.100%이하로 한다. 바람직하게는 Al의 함유량은 0.010%이상 0.100%이하이다.
Nb：0.003%이상 0.030%이하
Nb는 모재 및 이음매의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 그러나, Nb의 함유량이 0.003%미만의 경우, 강도에의 향상 효과는 작다. 한편, Nb의 함유량이 0.030%를 넘는 경우, 본드부 근방의 HAZ에 MA가 생성되기 때문에 인성이 저하한다. 따라서, Nb의 함유량은 0.003%이상 0.030%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 Nb의 함유량은 0.008%이상 0.0020%이하이다.
Ti：0.005%이상 0.050%이하
Ti는 용강의 응고시에 TiN으로 되어 모재 중에 석출하고, 오스테나이트립의 조대화를 억제함으로써 모재 인성의 향상에 기여하는 원소이며, 첨가가 필수이다. 또 동시에, Ti는 B와 결합할 수 있는 N을 저감시키고, 강 중의 고용 B를 확보하기 위해, 모재 강도를 확보함에 있어서 유효하게 작용한다. 또, TiN은 HAZ에 있어서는 페라이트의 변태핵으로 되며, HAZ의 고인성화에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ti의 함유량은 0.005%이상이 필요하고, 0.015%이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ti의 함유량이 0.050%를 넘는 경우, 석출된 TiN이 조대화되고, 상기 효과가 얻어지지 않게 된다. 따라서, Ti의 함유량은 0.005%이상 0.050%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 Ti의 함유량은 0.010%이상 0.0035%이하이다.
Cu：0.10%이상 0.50%이하
Cu는 모재 및 이음매의 강도 확보에 기여하는 원소이다. 특히, 본드부 근방의 HAZ에 있어서, 현저한 MA 생성을 수반하는 일 없이 이음매 강도의 향상에 기여하기 때문에 첨가가 필수이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Cu의 함유량은 0.10%이상으로 한다. 한편, Cu의 함유량이 0.50%를 넘는 경우, 모재 및 이음매의 강도 확보의 효과는 포화한다. 이 때문에, Cu의 함유량의 상한은 0.50%로 한다. 바람직하게는 Cu의 함유량은 0.020%이상 0.040%이하이다.
Ni：0.30%이상 2.00%이하
Ni는 모재의 인성을 향상시키는 동시에, 모재의 강도도 상승시키는 원소이다. 또, Ni는 Cu 첨가에 의한 연속 주조시의 깨짐의 발생을 억제하는 효과도 있다. 이러한 효과를 얻기 위해, Ni의 함유량은 0.30%이상으로 한다. 한편, Ni의 함유량이 2.0%를 넘는 경우, 모재의 강도 향상의 효과는 포화한다. 이 때문에, Ni의 함유량은 0.30%이상 2.00%이하로 한다. 바람직하게는 Ni의 함유량은 0.50%이상 1.50%이하이다.
N：0.0030%이상 0.0100%이하
N은 용강의 응고시에 TiN으로 되어 모재 중에 석출하고, 오스테나이트립의 조대화를 억제함으로써 모재 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, N의 함유량은 0.0030%이상으로 한다. 한편, N의 함유량이 0.0100%를 넘는 경우, 용접 열 사이클에 의해 TiN이 용해하는 영역에 있어서, 고용 N이 증대함으로써 인성이 열화한다. 이 때문에, N의 함유량은 0.0030%이상 0.0100%이하로 한다. 바람직하게는 N의 함유량은 0.0040%이상 0.0080%이하이다.
B：0.0003%이상 0.0025%이하
B는 HAZ에서 BN으로 됨으로써, 고용 N을 저감시키는 원소이며, ACR(Atomic concentration ratio) 제어와 조합함으로써 효과적인 페라이트 변태핵으로 되고, 페라이트를 생성하여 HAZ의 인성을 향상시킨다. 이들 효과를 얻기 위해, B의 함유량은 0.0003%이상으로 한다. 그러나, B의 함유량이 0.0025%를 넘는 경우, 모재인 강판 및 HAZ의 인성의 저하가 생긴다. 이 때문에, B의 함유량은 0.0003%이상 0.0025%이하의 범위로 한다. 바람직하게는 B의 함유량은 0.008%이상 0.0020%이하이다.
Ca：0.0005%이상 0.0030%이하
Ca는 페라이트의 생성핵으로서 이용되는 CaS로서 S를 고정시킴으로써 인성을 개선시키는 원소이며, ACR 제어를 함에 있어서 필수의 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Ca의 함유량은 0.0005%이상으로 한다. 한편, Ca의 함유량이 0.0030%를 넘는 경우, 인성 개선의 효과가 포화한다. 이 때문에, Ca의 함유량은 0.0005%이상 0.0030%이하의 범위로 한다.
O：0.0040%미만
O는 CaS상에 MnS가 석출한 복합 입화물의 생성에 간접적으로 영향을 주는 원소이다. 이 때문에, O의 함유량은 0.0040%미만으로 한다. 바람직하게는 O의 함유량은 0.0030%미만이다.
본 발명의 대입열 용접용 강판에 있어서, 강재의 조성 성분은 상기 조성 범위를 만족시키는 것에 부가해서, 또한 하기 (1)식 및 (2)식에 정의하는 ACR 및 탄소당량 Ceq의 범위를 만족시킨다.
ACR=(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/(1.25×S)…(1)
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15…(2)
또한, (1)식 및 (2)식에 있어서, 각 원소 기호는 강재 중의 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
ACR：0초과 1미만
ACR은 각 성분 범위의 강을 대입열 용접했을 때, HAZ의 인성의 양호성을 나타내는 파라미터식이며, 0초과 1미만으로 한다. Ca, O 및 S의 함유량을 상기 ACR의 범위를 만족시키도록 규정하는 것에 의해, CaS상에 MnS가 석출된 복합 입화물이 생성되고, 페라이트의 생성핵으로 된다. 이 복합 입화물을 미세 분산시킴으로써 변태 조직이 미세화되고, 용접 열 영향부의 인성이 향상한다. ACR이 0이하의 경우, CaS가 정출하지 않고, S가 MnS 단체로서 석출한다. 석출된 MnS는 강판 제조시에 압연 방향으로 신장함으로써, 모재 인성을 저하시킨다. 또, HAZ에 있어서 MnS가 용융하기 때문에, 우수한 인성이 얻어지지 않는다. 한편, ACR이 1이상의 경우, 대부분의 S가 Ca에 의해서 고정되고, 페라이트 생성핵으로 되는 복합 개재물을 얻을 수 없다. 이 때문에, HAZ 조직이 미세화되지 않고, 인성 향상 효과를 얻을 수 없다. 또한, ACR을 0초과 1미만으로 함으로써, 미세 분산된 MnS 및 CaS의 복합 황화물상에 BN이 복합 석출되고, 더욱 능력이 높은 페라이트 생성핵으로서 이용 가능하게 되기 때문에, 가일층의 HAZ 인성의 향상을 달성할 수 있게 된다.
Ceq：0.38이상 0.43이하
Ceq는 각 성분 범위의 강을 대입열 용접했을 때, 이음매 인장 강도 및 이음매 인성을 양립시키기 위한 지표로 되는 파라미터식이며, 0.38이상 0.43이하로 한다. (2)식 중의 원소의 함유량을, 상기 Ceq의 범위를 만족시키도록 규정하는 것에 의해, HAZ에 있어서 570MPa를 넘는 이음매 강도를 달성하면서, 양호한 인성을 확보할 수 있다. Ceq가 0.38이하의 경우, 강판의 담금질성이 부족하고, HAZ의 연화역의 경도가 현저히 저하하기 때문에, 원하는 이음매 강도를 얻을 수 없다. 한편, Ceq가 0.43이상의 경우, 강판의 담금질성이 과잉으로 되며, 본드부 근방에 있어서 페라이트 생성이 억제되는 동시에 MA의 생성이 촉진되기 때문에 우수한 인성을 얻을 수 없다. 또한, (2)식 중에는 Cr, Mo 및 V가 포함되지만, 본 발명의 기본 성분 조성에 있어서는 불가피하게 혼입하는 바와 같은 경우를 제외하고, Cr, Mo 및 V가 함유되어 있지 않아도 좋다.
이상이 본 발명의 대입열 용접용 강판의 기본 성분 조성이다. 또한, 상기 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
[성분의 변형예]
다음에, 본 발명의 대입열 용접용 강판의 성분 조성의 변형예에 대해 설명한다. 본 발명의 대입열 용접용 강판은 상기의 기본 성분 조성에 부가하여, V, Cr 및 Mo 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 하기의 범위 또한 상기 (2)식을 만족시키는 범위에서 더 함유할 수 있다. V, Cr 및 Mo 중에서 선택되는 1종 이상을 선택적 원소로서 함유하는 것에 의해, 강도 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
V：0%초과 0.20%이하
V는 VN으로서 석출되며, 모재의 강도·인성의 향상에 기여하는 동시에, 페라이트 생성핵으로서도 작용하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 V의 함유량은 0.005%이상인 것이 바람직하다. 그러나, V의 함유량이 과잉으로 되는 경우, 인성의 저하를 초래하고, 또한 합금 코스트의 증가를 초래하기 때문에, V의 함유량의 상한은 0.20%로 하는 것이 바람직하다.
Cr：0%초과 0.40%이하
Cr은 모재의 고강도화에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Cr의 함유량은 0.02%이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cr의 함유량이 과잉으로 되는 경우, Cr은 인성에 악영향을 미치고, 또한 합금 코스트의 증가를 초래한다. 이 때문에, Cr의 함유량의 상한은 0.40%로 하는 것이 바람직하다.
Mo：0%초과 0.40%이하
Mo는 Cr과 마찬가지로, 모재의 고강도화에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Mo의 함유량은 0.02%이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mo의 함유량이 과잉으로 되는 경우, Mo는 인성에 악영향을 미치고, 또한 합금 코스트의 증가를 초래한다. 이 때문에, Mo의 함유량의 상한은 0.40%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 대입열 용접용 강판의 성분 조성은 기본 성분 조성 또는 기본 성분 조성에 V, Cr 및 Mo 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유한 상기의 성분 조성에 부가하여, Mg, Zr 및 REM에서 선택되는 1종 이상을 선택적 원소로서 하기의 범위에서 함유할 수 있다.
Mg：0.0005%이상 0.0050%이하
Mg는 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 발현시키기 위해서는 Mg의 함유량은 0.0005%이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mg의 함유량이 0.0050%를 넘는 경우에는 인성 개선 효과가 포화한다. 이 때문에, Mg의 함유량은 0.0005%이상 0.0050%이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.
Zr：0.0010%이상 0.0200%이하
Zr은 Mg와 마찬가지로, 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 발현시키기 위해서는 Zr의 함유량은 0.0005%이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Zr의 함유량이 0.0200%를 넘는 경우에는 인성 개선 효과가 포화한다. 이 때문에, Zr의 함유량은 0.0005%이상 0.0200%이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.
REM：0.0010%이상 0.0200%이하
REM은 Mg나 Zr과 마찬가지로, 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 발현시키기 위해서는 REM의 함유량은 0.0010%이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, REM의 함유량이 0.0200%를 넘는 경우에는 인성 개선 효과가 포화한다. 이 때문에, REM의 함유량은 0.0010%이상 0.0200%이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.
＜대입열 용접용 강판의 제조 방법＞
다음에, 본 발명에 관한 대입열 용접용 강판의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명에 관한 대입열용 강판의 제조 방법에서는 우선, 상기 조성의 용강이 전로, 전기로, 진공 용해로 등의 정련 설비를 이용한 통상의 정련 방법으로 용제되고, 용제된 용강이 연속 주조법이나 조괴법 등의 주조 방법으로 주조됨으로써 슬래브 등의 강 소재가 제조된다. 또한, 이하의 제조 방법의 설명에 있어서, 강판 온도의 기술은 모두 강판 표면의 온도를 나타낸다.
다음에, 제조한 강 소재가 가열로에서 1050℃이상 1200℃이하의 온도로 가열된다. 본 발명에서는 강 소재 중의 Nb 탄질화물을 완전히 고용시키기 위해, 강 소재의 가열 온도는 1050℃이상으로 한다. 한편, 가열 온도가 1200℃를 넘으면, TiN이 조대하게 되며 인성이 열화한다.
또한, 가열한 강 소재가 압연 후의 판 두께 t가 25㎜이상 50㎜이하, 누적 압하율이 40%이상으로 되도록, 850℃이하 또한 압연 종료시에 Ar3 변태점 이상으로 되는 온도역에서 열간 압연되고, 강판으로 된다. Ar3 변태점(℃)는 강 소재의 조성에 따라 하기 (3)식에서 산출되는 온도이다.
Ar3 변태점=900-332C+6Si-77Mn-20Cu-50Ni-18Cr-68Mo…(3)
또한 (3)식에 있어서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr 및 Mo는 각 원소의 함유량(질량%)을 각각 나타낸다.
열간 압연에서는 강판의 미크로 조직을 미세화하기 위해, 850℃이하의 온도역에서 누적 압하율 40%이상의 압연이 실행된다. 누적 압하율이 40%에 미치지 않는 경우에는 조직이 조대화로 되며, 강판의 인성이 저하한다. 또, 상기의 압연 조건에 부가하여, 압연 종료시의 온도를 Ar3 변태점 이상으로 되는 온도역에서 압연이 실행된다. 압연 종료시의 온도가 Ar3 변태점보다 낮은 경우, 압연 중 혹은 압연 직후에 페라이트가 생성되고, 표층 조직이 가공 페라이트로 되며 연성이 현저히 저하한다. 또한, 열간 압연에서는 850℃이하의 온도역에서 누적 압하율 40%이상의 압연이 포함되면 좋으며, 다른 압연이 배제되는 것은 아니다.
열간 압연한 후, 강판은 표면 온도가 (-t×1.5)+400℃이상 또한 (-t×1.5)+620℃이하로 될 때까지, 5℃/초과 이상의 냉각 속도로 수랭된다. 여기서, t는 강판의 두께를 나타낸다. 냉각 정지 온도가 (-t×1.5)+400℃미만인 경우, 복열에 의한 셀프 템퍼 효과가 충분히 얻어지지 않아 모재 강도가 과잉으로 되며, 연성 및 인성이 저하한다. 한편, 냉각 정지 온도가 (-t×1.5)+620℃보다 높은 경우, 모재가 페라이트 혹은 페라이트+베이나이트의 혼합 조직으로 되어 버려 모재 강도가 부족하다. 또, 본 발명의 강판에서는 460MPa이상의 항복 강도를 내기 위해, 강판의 금속 조직은 베이나이트 주체의 조직으로 한다. 가속 냉각시의 냉각 속도가 5℃/sec 미만의 경우, 충분히 베이크가 들어가지 않아 페라이트 주체의 미크로 조직을 띠고, 460MPa이상의 항복 강도를 확보하는 것이 곤란하게 된다.
강판을 수랭한 후, 강판을 공랭함으로써, 대입열 용접용 강판이 제조된다.
＜정리＞
(1) 본 발명에 관한 대입열 용접용 강판의 제조 방법은 질량%로, C：0.03%이상 0.10%이하, Si：0.01%이상 0.10%이하, Mn：0.8%이상 2.0%이하, P：0.020%이하, S：0.0005%이상 0.0050%이하, Al：0.005%이상 0.100%이하, Nb：0.003%이상 0.030%이하, Ti：0.005%이상 0.050%이하, Cu：0.10%이상 0.50%이하, Ni：0.30%이상 2.00%이하, N：0.0030%이상 0.0100%이하, B：0.0003%이상 0.0025%이하, Ca：0.0005%이상 0.0030%이하, O：0.0040%미만을 함유하고, 또한 하기 (1)식에서 정의되는 ACR이 0초과 1미만, 하기 (2)식에서 정의되는 Ceq가 0.38이상 0.43이하를 만족시켜 상기 성분이 함유되고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 소재를 1050℃이상 1200℃이상으로 가열하고, 가열한 강 소재를 압연 후의 판 두께 t가 25㎜이상 50㎜이하, 누적 압하율이 40%이상으로 되도록, 850℃이하 또한 압연 종료시에 Ar3 변태점 이상으로 되는 온도역에서 열간 압연하고, 열간 압연한 강 소재를, 표면 온도가 (-t×1.5)+400℃이상 또한 (-t×1.5)+620℃이하로 될 때까지, 5℃/sec이상의 냉각 속도로 수랭하고, 수랭하고 강 소재를 공랭한다.
ACR=(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/(1.25×S)…(1)
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15…(2)
또한, 표면 온도의 조건식에 있어서의 t는 열간 압연 후의 강 소재의 두께를 나타내고, (1)식 및 (2)식에 있어서, 각 원소 기호는 강 소재 중의 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
본 발명에서는 특히 강 소재의 합금 함유량을 상기 (1)의 구성으로 하는 것에 의해, 용접을 받은 강판 조직에 있어서 고온 영역에서의 오스테나이트립의 조대화가 억제된다. 그리고, 그 후의 냉각 과정에 있어서, 미세 분산시킨 복합 개재물을 생성핵으로 하는 입내 페라이트에 의해 조직이 미세화되고, 또한 베이나이트 중의 MA량이 저감하기 때문에, HAZ의 인성이 향상한다. 아울러, Ceq의 범위를 상기 (1)의 구성으로 하는 것에 의해, 이음매의 인장 강도 및 인성의 향상을 양립시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 강 소재를 가열하는 온도를 상기 (1)의 구성으로 하는 것에 의해, TiN의 조대화에 수반하는 인성의 열화를 방지할 수 있다. 또, 열간 압연에 의한 누적 압하율 및 열간 압연시의 온도를 상기 (1)의 구성으로 하는 것에 의해, 모재 조직의 조대화에 의한 인성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 열간 압연 후의 온도를 상기 (1)의 구성으로 하는 것에 의해, 표면 조직이 가공 페라이트가 되는 것에 수반하는 연성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 냉각 정지 후의 표면 온도를 상기 (1)의 구성으로 하는 것에 의해, 모재 강도를 적정한 범위로 컨트롤할 수 있어, 더욱 연성이나 인성 등의 다른 특성의 향상을 양립시킬 수 있다.
따라서, 상기 (1)의 구성에 의하면, 용접 입열이 200kJ/cm이상의 대입열 용접하에 있어서도 우수한 이음매 특성을 갖고, 항복 강도가 460MPa이상, 본드부 HAZ인성을 나타내는 파면 천이 온도 vTrs가 -40℃이하 및 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하로 되는 대입열 용접용 강판을 안정적으로 제조하는 것이 가능하게 된다.
(2) 상기 (1)의 구성에 있어서, 강 소재는 질량%로, V：0%초과 0.20%이하, Cr：0%초과 0.40%이하 및 Mo：0%초과 0.40%이하 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유한다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 모재의 인성의 저하를 억제하면서도, 모재의 강도를 향상시킬 수 있다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서, 강 소재는 질량%로, Mg：0.0005%이상 0.0050%이하, Zr：0.0010%이상 0.0200%이하, REM：0.0010%이상 0.0200%이하 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유한다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 얻을 수 있다.
[실시예]
다음에, 본 발명자들이 실행한 실시예에 대해 설명한다.
우선, 150kg의 고주파 용해로를 이용하여, 표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 No.1∼23의 용강을 각각 용제하고, 주조함으로써 강괴(강 소재)를 제조하였다. 다음에, 각 강괴를 열간 압연함으로써 각종 두께의 강편을 제조하였다. 또한, 얻어진 강편을 각종의 압연 및 가속 냉각 조건에 의해, 압연 및 가속 냉각함으로써 두께가 25㎜이상 50㎜미만의 강판을 제조하였다. 그 후, 각 강판으로부터 긴쪽 방향이 판폭 방향과 일치하도록 JISZ2201에 기재된 1A호 시험편을 채취하고, 항복 응력 YS(MPa), 인장 강도 TS(MPa) 및 전체 신장 El(%)를 계측하였다. 또한, 표 1에 있어서, 강 No.1∼8은 본 발명의 실시예이며, 강 No.9∼23은 성분 조성이 본 발명의 범위 외로 되는 비교예이다.
[표 1]
Figure pct00001
또, 각 강편의 판 두께의 1/4로 되는 위치로부터 JISZ2202에 기재된 V노치 샤르피 충격 시험편을 채취하고, 채취한 샤르피 시험편에 대해 시험 온도가 -100℃∼40℃의 범위에서 적절히 샤르피 충격 시험을 실행하였다. 샤르피 시험의 결과로부터, 연성 파면율 50%로 되는 파면 천이 온도 vTrs(℃)를 구하고, 모재 인성을 평가하였다.
또한, 본드부 근방부의 HAZ 인성을 평가하기 위해, 각 후강판으로부터 폭 80㎜×길이 80㎜×두께 15㎜의 시험편을 채취하고, 채취한 시험편을 1450℃로 가열한 후, 800℃∼500℃의 사이를 250sec로 냉각하는 재현 열 사이클을 실시하였다. 열처리를 실시한 이들 시험편으로부터 2㎜V 노치 샤르피 시험편을 채취하고, 채취한 샤르피 시험편에 대해 시험 온도가 -100℃∼40℃의 범위에서 적절히 샤르피 충격 시험을 실행하였다. 샤르피 시험의 결과로부터, 연성 파면율 50%로 되는 파면 천이 온도 vTrs(℃)를 구하고, 본드부 근방부의 인성을 평가하였다. 또한, 재현 열 사이클의 조건은 입열량 300kJ/cm의 일렉트로 가스 용접의 경우의 본드부 근방의 열 사이클에 상당하며, 상정 최대 입열에 해당하는 판 두께 40㎜에서의 1패스 용접을 모의하였다.
표 2에, 압연 조건, 가속 냉각 조건, 상기 수순으로 평가를 실행한 모재의 인장 특성(YS, TS, El), 및 본드부 근방 HAZ 인성의 시험 결과를 아울러 나타낸다. 또한, 표 2에 있어서, 강판 No.1∼16은 본 발명의 실시예이며, 강판 No.17∼22는 강 No.1∼8로부터 채취한 강판을 본 발명의 범위 외로 되는 조건에서 압연 및 냉각한 비교예이며, 강판 No.23∼44는 강 No.9∼30으로부터 채취한 강판을 본 발명의 범위 외로 되는 조건에서 압연 및 냉각한 비교예이다.
[표 2]
Figure pct00002
실시예인 강판 No.1∼16은 항복 응력 YS가 460MPa이상, 인장력 TS가 570MPa이상, 전체 신장 El가 16%이상, 모재 인성의 평가로 되는 파면 천이 온도 vTrs가 -50℃이하의 우수한 모재 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또, 강판 No.1∼16은 본드부 근방 HAZ 인성의 평가가 되는 파면 천이 온도 vTrs가 -40℃이하로 되고, 대입열 용접부에 있어서 우수한 인성이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예인 강판 No.17∼22에 있어서는 강의 성분 조성이 본 발명에 포함되지만, 제조 조건이 어긋나 있기 때문에, 모재의 인장 특성, 인성 혹은 신장의 어느 하나 혹은 복수가 실시예에 대해 저위로 되는 것을 확인할 수 있었다. 또, 비교예인 강판 No.23∼44에 있어서는 제조 조건이 본 발명에 합치하고 있지만, 강의 성분 조성이 어긋나 있기 때문에, 특히 본드부 근방 HAZ 인성 혹은 이음매의 인장 강도의 어느 하나 혹은 쌍방이 실시예에 대해, 저위의 값으로 되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (3)

  1. 질량%로,
    C：0.03%이상 0.10%이하,
    Si：0.01%이상 0.10%이하,
    Mn：0.8%이상 2.0%이하, 　
    P：0.020%이하, 　
    S：0.0005%이상 0.0050%이하,
    Al：0.005%이상 0.100%이하,
    Nb：0.003%이상 0.030%이하,
    Ti：0.005%이상 0.050%이하,
    Cu：0.10%이상 0.50%이하,
    Ni：0.30%이상 2.00%이하,
    N：0.0030%이상 0.0100%이하,
    B：0.0003%이상 0.0025%이하,
    Ca：0.0005%이상 0.0030%이하,
    O：0.0040%미만을 함유하고, 또한
    하기 (1)식에서 정의되는 ACR이 0초과 1미만, 하기 (2)식에서 정의되는 Ceq가 0.38이상 0.43이하를 만족시켜 각 성분이 함유되고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 소재를 1050℃이상 1200℃이상으로 가열하고,
    가열한 상기 강 소재를, 압연 후의 판 두께가 25㎜이상 50㎜이하, 누적 압하율이 40%이상으로 되도록, 850℃이하 또한 압연 종료시에 Ar3 변태점 이상으로 되는 온도역에서 열간 압연하고,
    열간 압연한 상기 강 소재를, 표면 온도가 (-t×1.5)+400℃이상 또한 (-t×1.5)+620℃이하로 될 때까지, 5℃/sec이상의 냉각 속도로 수랭하고,
    수랭하고 상기 강 소재를 공랭하는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강판의 제조 방법:
    ACR=(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/(1.25×S)…(1)
    Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15…(2)
    또한, 표면 온도의 조건식에 있어서의 t는 열간 압연 후의 상기 강 소재의 두께를 나타내고, (1)식 및 (2)식에 있어서, 각 원소 기호는 상기 강 소재 중의 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강 소재는 질량%로, V：0%초과 0.20%이하, Cr：0%초과 0.40%이하 및 Mo：0%초과 0.40%이하 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강판의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강 소재는 질량%로, Mg：0.0005%이상 0.0050%이하, Zr：0.0010%이상 0.0200%이하, REM：0.0010%이상 0.0200%이하 중에서 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강판의 제조 방법.
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