KR20170046588A - 강판 및 접합체 - Google Patents

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KR20170046588A
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steel sheet
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tin
welding
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KR1020160135498A
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히데노리 나코
요시토미 오카자키
마코토 가와모리
후미오 유세
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

[과제] 내HIC성이 우수한 강판의 제공을 주된 목적으로 한다.
[해결 수단] 본 발명의 강판은, C: 0.008질량% 이상 0.08질량% 이하, Si: 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하, Mn: 0.6질량% 이상 2.0질량% 이하, P: 0질량% 초과 0.014질량% 이하, S: 0질량% 초과 0.004질량% 이하, Al: 0.010질량% 이상 0.050질량% 이하, Nb: 0.002질량% 이상 0.035질량% 이하, REM: 0.0002질량% 이상 0.0070질량% 이하, Zr: 0.0003질량% 이상 0.01질량% 이하, Ca: 0.0003질량% 이상 0.004질량% 이하, Ti: 0.002질량% 이상 0.012질량% 이하, N: 0질량% 초과 0.0065질량% 이하, O: 0질량% 초과 0.004질량% 이하, 및 잔부인 조성을 갖고, 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 1.0×105개/mm2 이상이다.

Description

강판 및 접합체{STEEL PLATE AND BONDED ASSEMBLY}
본 발명은 강판 및 접합체에 관한 것이다.
근년, 세계적인 에너지 수요의 증가에 수반하여, 재생 가능 에너지를 포함한 다양한 에너지의 개발 및 실용화가 진행되고 있다. 한편, 에너지 자원의 대부분은 여전히 석유, 천연 가스, 석탄 등의 화석 연료에 의해 점유되어 있기 때문에, 에너지 확보상으로는, 화석 연료를 안전하고 효율 좋게 생산, 수송 및 저장하는 것이 중요하다. 여기에서, 화석 연료의 생산 및 수송에 있어서는, 한번 사고를 일으킨 경우에는 피해가 심대해지기 쉽기 때문에, 고기능이고 안전성이 높은 에너지용 강재를 이용한 설비가 필요 불가결해진다.
이 에너지용 강재의 하나로서, 석유 및 천연 가스의 수송에 이용되는 라인 파이프의 재료가 되는 라인 파이프용 강판이 있다. 이 라인 파이프용 강판에는, 강도, 인성 등의 일반적인 구조재에 요구되는 특성뿐만 아니라, 라인 파이프 내를 통과하는 석유, 천연 가스 등에 대한 내성이 요구된다. 특히, 근년의 유정(井)이나 가스정에서는, 산출되는 석유, 천연 가스 등의 품질이 저하되고, H2S의 혼입량이 증가하고 있는 경향이 있다. 그 때문에, 라인 파이프용 강판에는, 수소 유기 균열(Hydrogen Induced Cracking: HIC)을 억제할 수 있는 내HIC성과, 황화물 응력 부식 균열(Sulfide Stress Corrosion Cracking: SSCC)을 억제할 수 있는 내SSCC성으로 대표되는 내사워성의 향상이 요구되고 있다.
특히, 라인 파이프 중에서도, 라인 파이프용 강판을 파이프 형상으로 가공할 때의 이음 용접, 즉 심 용접과, 파이프끼리를 접합할 때의 둘레 용접이 행해진 T 크로스 용접부는, 급열 및 급냉이라는 복잡한 열이력을 2회 받는다. 그 때문에, T 크로스 용접부는, 그 용접 열영향부(Heat Affected Zone: HAZ)의 경도가 과도하게 높아짐으로써 SSCC를 일으키기 쉽다. 따라서, 라인 파이프용 강판은, SSCC가 특히 생기기 쉬운 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성의 향상이 중요해진다.
또한, 라인 파이프용 강판에는, 수송 시나 시공 시의 비용 저감의 관점에서, 박육화도 요구되고 있다. 라인 파이프용 강판의 박육화를 위해서는 강도 향상의 필요가 있지만, 라인 파이프용 강판의 내HIC성은 강도 향상에 수반하여 저하되는 경향이 있다. 그 때문에, 라인 파이프용 강판의 박육화를 위해서는, 강도 향상과 함께, 내HIC성의 가일층의 향상도 필요해진다.
강판의 내HIC성 또는 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 향상시키는 것을 목적으로 해서, 판두께 방향으로 균일 미세한 베이나이트 조직을 갖도록 한 내사워특성이 우수한 강판의 제조 방법이 제안되어 있다(일본 특허공개 소61-165207호 공보 참조). 이 강판의 제조 방법은, 우선 특정 조성의 강을 1000℃∼1200℃로 가열하고, 그 후의 압연에 있어서 850℃ 이하, 압하율 60% 이상, 마무리 온도 Ar3 변태점 이상의 조건에서 압연을 행한다. 이어서, 이 Ar3 변태점 이상의 온도로부터, 냉각 속도 30℃/s 이상으로, 350℃ 이상 550℃ 미만의 범위까지 냉각하고, 이후 방냉하는 것으로 이루어진다. 상기 특허문헌에 의하면, 내HIC성을 저하시킨다고 여겨지는 블록상의 베이나이트 조직을 저감하고, 또한 균일한 상부 베이나이트 또는 어시큘러 페라이트 조직을 발달시킴으로써, 강재의 내HIC성을 확보하면서, API 규격의 X70급 고강도 후강판을 실현할 수 있다고 여겨진다.
또한, 다른 종래 기술로서, 내황화물 응력 부식 균열성이 우수한 인장 강도 56kgf/mm2 이상의 용접 구조용 강의 제조 방법이 제안되어 있다(일본 특허공개 평1-96329호 공보 참조). 이 용접 구조용 강의 제조 방법은, 우선 특정 조성의 강편을 1100∼1250℃로 가열한 후, 950℃ 이하이면서 재결정 온도역인 온도 범위에서, 마무리 판두께에 대해서 40% 이상의 누적 압하율을 확보하는 열간 압연을 행하고, Ar3점 이상에서 압연을 완료한다. 그 후, Ar3점 이상의 온도로부터 직접 담금질을 실시하고, 계속해서 Ar1점 이하의 온도에서 템퍼링을 행하는 것을 특징으로 한다. 상기 특허문헌에 의하면, 미세 Nb 및 V의 탄질화물에 의한 석출 강화를 이용하여, 인장 강도 56kgf/mm2 이상의 고강도를 달성할 수 있다고 여겨진다.
또 다른 종래 기술로서, 두께 25∼35mm의 강판으로 이루어지는 모재를 관상으로 성형 후 그 심부를 내외면 1층 쌓기 용접하여 이루어지는 내사워특성이 우수한 고인성 후육 용접 강관이 제안되어 있다(일본 특허공개 2005-186162호 공보 참조). 이 용접 강관은 상기 모재가 특정한 조성으로 이루어지고, 심 용접 금속이 특정한 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 특허문헌에는, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성 저하의 원인이 되는 경도 상승을 억제하는 성분계가 기재되어 있다.
또 다른 종래 기술로서, 용접 열영향부의 인성이 우수한 강판이 제안되어 있다(일본 특허공개 2011-21263호 공보 참조). 상기 강판은, 특정한 조성을 갖고, 또 원 상당 직경 0.05μm 미만의 Ti 함유 질화물이 5.0×106개/mm2 이상, 원 상당 직경 0.05∼1.0μm의 Ti 함유 질화물이 1.0×105개/mm2 이상, 원 상당 직경 1.0μm 초과의 Ti 함유 질화물이 5개/mm2 이하인 것을 특징으로 한다. 상기 특허문헌에 의하면, Ti 함유 질화물을 활용한 조직 제어에 의해, 용접 열영향부의 인성이 우수하다고 여겨진다.
그러나, 이들 특허문헌에는, 내HIC성 및 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 높은 레벨로 만족시키는 강판에 대해서는 기재되어 있지 않다.
일본 특허공개 소61-165207호 공보 일본 특허공개 평1-96329호 공보 일본 특허공개 2005-186162호 공보 일본 특허공개 2011-21263호 공보
본 발명은 전술과 같은 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 내HIC성이 우수한 강판을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 우수한 강판을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 라인 파이프의 용접부, 특히 T 크로스 용접부의 HAZ에 있어서 용융부와 미용융 강재의 경계 부분, 즉 본드부로부터의 거리의 증가에 수반하여 경도가 급격하게 저하되어 있는 경우, 내SSCC성이 저하된다는 것을 밝혔다. 이는, 급격한 경도 변화에 의해, 극단적인 응력 집중이 생기기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 여기에서, 전술한 용접부의 HAZ에 있어서의 급격한 경도 변화의 원인은, 본드부의 근방 부위에서는 경질 마텐자이트가 생성되기 쉽고, 한편 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서는 연질 페라이트가 생성되기 쉽기 때문이다. 그래서, 본 발명자들은, 전술한 용접부의 HAZ에 있어서의 경도 변화를 저감하기 위해, 본드부의 근방 부위에 있어서의 경질 마텐자이트 생성의 억제, 및 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 있어서의 연질 페라이트 생성의 억제의 2개의 관점에서 검토하여, 다음의 결과를 얻었다. 즉, 본드부의 근방 부위의 경질 마텐자이트상은, 용접 시의 역변태로 오스테나이트립이 조대화되는 부위, 이른바 조립(粗粒) HAZ에서 생성되는 것이고, TiN 함유 석출물의 분산에 의한 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발현시킴으로써 그 생성량을 저감할 수 있다. 한편, 본드부로부터 약간 떨어진 부위의 연질 페라이트는, 용접 시의 역변태로 생기는 오스테나이트립이 작은 부위, 이른바 세립 HAZ에서 생성되는 것이고, 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 있어서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 갖는 TiN 함유 석출물을 의도적으로 저감하여, 본드부의 근방 부위의 구 오스테나이트립을 어느 정도 조대화시킴으로써 생성을 억제할 수 있다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 발명은, C: 0.008질량% 이상 0.08질량% 이하, Si: 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하, Mn: 0.6질량% 이상 2.0질량% 이하, P: 0질량% 초과 0.014질량% 이하, S: 0질량% 초과 0.004질량% 이하, Al: 0.010질량% 이상 0.050질량% 이하, Nb: 0.002질량% 이상 0.035질량% 이하, 희토류 금속: 0.0002질량% 이상 0.0070질량% 이하, Zr: 0.0003질량% 이상 0.01질량% 이하, Ca: 0.0003질량% 이상 0.004질량% 이하, Ti: 0.002질량% 이상 0.012질량% 이하, N: 0질량% 초과 0.0065질량% 이하, O: 0질량% 초과 0.004질량% 이하, 및 잔부: Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 3.0×105개/mm2 이상 8.5×105개/mm2 이하, 또한 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 1.0×105개/mm2 이상인 강판이다.
당해 강판은, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 비교적 작은 TiN 함유 석출물과 원 상당 직경 60nm 이상의 비교적 큰 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 각각 특정 범위이다. 여기에서, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위는, 용접 시에 비교적 고온이 되기 때문에, 비교적 작은 TiN 함유 석출물은 대부분이 용융되어 소실되고, 한편 비교적 큰 TiN 함유 석출물은 녹지 않고 남기 쉽다. 그 때문에, 상기 본드부의 근방 부위에서는, 녹지 않고 남은 비교적 큰 TiN 함유 석출물과 일부의 비교적 작은 TiN 함유 석출물이 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘한다. 이에 비해, 본드부로부터 약간 떨어진 부위는, 용접 시에 상기 본드부의 근방 부위만큼 고온이 되지 않기 때문에, 비교적 작은 TiN 함유 석출물도 대부분이 녹지 않고 남는다. 그리고, 당해 강판은, 비교적 작은 TiN 함유 석출물 쪽이 비교적 큰 TiN 함유 석출물보다도 단면 밀도가 크기 때문에, 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서는, 비교적 작은 TiN 함유 석출물이 오스테나이트립 핀 고정 효과의 주체가 된다.
당해 강판은, 비교적 작은 TiN 함유 석출물이, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에 있어서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘하여, 본드부의 근방 부위에서의 경질 마텐자이트의 생성을 억제할 수 있다. 한편, 당해 강판은, 비교적 작은 TiN 함유 석출물의 단면 밀도를 상기 상한 이하로 해서, 과잉으로 분산시키지 않음으로써, 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 있어서의 오스테나이트립 핀 고정 효과를 한정하여, 연질 페라이트의 생성을 억제할 수 있다. 또한, 당해 강판은, 비교적 큰 TiN 함유 석출물이, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에 있어서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘하여, 경질 마텐자이트상의 생성을 더 억제할 수 있다. 이와 같이, 당해 강판은, 비교적 작은 TiN 함유 석출물과 비교적 큰 TiN 함유 석출물의 단면 밀도를 각각 상기 하한 이상으로 함으로써, 상기 본드부의 근방 부위에서는 비교적 작은 TiN 함유 석출물 및 비교적 큰 TiN 함유 석출물에 의한 오스테나이트립 핀 고정 효과를 이용하여, 경질 마텐자이트의 생성을 억제할 수 있다. 한편, 당해 강판은, 비교적 작은 TiN 함유 석출물의 단면 밀도를 상기 상한 이하로 함으로써, HAZ에 있어서의 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서는, 오스테나이트립 핀 고정 효과를 한정적인 것으로 해서, 연질 페라이트의 생성을 충분히 억제할 수 있다. 이에 의해, 당해 강판은, HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서의 경질 마텐자이트 생성과 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서의 연질 페라이트 생성을 억제할 수 있고, 그 결과, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 향상시킬 수 있다. 또한, 당해 강판은, 상기 조성을 가짐으로써, 내HIC성을 향상시킬 수 있고, 또한 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 보다 향상시킬 수 있다.
당해 강판은, 전체 질량에 대한 C 및 Nb의 함유량[질량%]을 각각 [C] 및 [Nb]로 한 경우에 하기 식(1)을 만족시키면 좋다.
[C]×[Nb]×105≤200 ···(1)
당해 강판이 상기 식(1)을 만족시킴으로써, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 있어서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘하는 NbC 함유 석출물을 저감할 수 있다. 그 결과, 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서의 연질 페라이트의 생성을 억제할 수 있고, 나아가서는 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 보다 향상시킬 수 있다.
당해 강판은, Ni: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, Cu: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, Cr: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, Mo: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, V: 0.003질량% 이상 0.08질량% 이하, B: 0.0002질량% 이상 0.0025질량% 이하, 및 Mg: 0질량% 초과 0.005질량% 이하 중 적어도 1종을 추가로 함유하면 좋다. Cr은 강도 향상에 유용한 원소이고, 또한 T 크로스 용접부의 연질 페라이트의 생성을 억제함으로써 내SSCC성을 보다 향상시킨다. 또, Mg는 S와 함께 MgS를 형성하여 미세 분산시킴으로써 당해 강판의 내SSCC성을 보다 향상시킨다. 또, Ni, Cu, Mo, V 및 B는 당해 강판의 강도 향상에 유용한 원소이다. 그 때문에, 당해 강판이 Ni, Cu, Cr, Mo, V, B 및 Mg 중 적어도 1종을 특정량 추가로 함유함으로써, T 크로스 용접부의 내SSCC성의 가일층의 향상이나, 강도 향상 등의 원하는 특성을 부여할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 다른 발명은, 당해 강판과, 이 당해 강판의 단부간 또는 이 당해 강판과 다른 강판을 접합하는 용접 금속을 구비하는 접합체이다.
당해 접합체는, 당해 강판의 단부간 또는 당해 강판과 다른 강판이 용접 금속으로 접합된 접합체, 즉 당해 강판의 단부간 또는 당해 강판과 다른 강판을 용접에 의해 접합한 접합체이다. 전술한 대로, 당해 강판은, 내HIC성이 우수하기 때문에, 당해 접합체는 내HIC성이 우수하다. 또한, 당해 강판은, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서의 경질 마텐자이트 생성과 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서의 연질 페라이트 생성을 억제할 수 있다. 그 때문에, 당해 강판의 단부간 또는 당해 강판과 다른 강판을 용접에 의해 접합한 당해 접합체는, 용접부의 내SSCC성, 특히 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 우수하다.
열영향부에서의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 본드부로부터 멀어지는 방향으로 점차적으로 증가하고 있으면 된다. 이 TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 변화는, 당해 강판을 적절한 온도 조건에서 용접한 경우에, 열영향부에서 본드부에 가까운 부위일수록 고온이 되어, TiN 함유 석출물의 용융 및 소실이 적당히 촉진됨으로써 생긴다. 그 때문에, 당해 접합체는, 열영향부에서의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 본드부로부터 멀어지는 방향으로 점차적으로 증가하고 있는 것, 즉 당해 강판이 적절한 온도 조건에서 용접된 것인 것에 의해, 용접부의 내SSCC성, 특히 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 보다 확실히 향상시킬 수 있다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면 이하대로이다. 즉, 본 발명의 일 실시의 형태에 의하면, 우수한 내HIC성을 갖는 강판 및 접합체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시의 형태에 의하면, 상기 강판 및 접합체의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 향상시킬 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 강판 및 접합체의 실시형태에 대하여 설명한다.
<강판>
당해 강판은, C(탄소): 0.008질량% 이상 0.08질량% 이하, Si(규소): 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하, Mn(망간): 0.6질량% 이상 2.0질량% 이하, P(인): 0질량% 초과 0.014질량% 이하, S(황): 0질량% 초과 0.004질량% 이하, Al(알루미늄): 0.010질량% 이상 0.050질량% 이하, Nb(니오븀): 0.002질량% 이상 0.035질량% 이하, 희토류 금속: 0.0002질량% 이상 0.0070질량% 이하, Zr(지르코늄): 0.0003질량% 이상 0.01질량% 이하, Ca(칼슘): 0.0003질량% 이상 0.004질량% 이하, Ti(타이타늄): 0.002질량% 이상 0.012질량% 이하, N(질소): 0질량% 초과 0.0065질량% 이하, O(산소): 0질량% 초과 0.004질량% 이하, 및 잔부: Fe(철) 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는다. 또한, 당해 강판은, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 3.0×105개/mm2 이상 8.5×105개/mm2 이하, 또한 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 1.0×105개/mm2 이상이다.
당해 강판의 평균 두께의 하한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 6mm이고, 8mm가 바람직하며, 12mm가 보다 바람직하다. 한편, 당해 강판의 평균 두께의 상한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 60mm이고, 50mm가 바람직하며, 40mm가 보다 바람직하다. 당해 강판의 평균 두께가 상기 하한보다 작은 경우, 라인 파이프 등으로 가공했을 때의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 반대로, 당해 강판의 평균 두께가 상기 상한을 초과하는 경우, 라인 파이프 등으로의 가공이 곤란해질 우려가 있다.
[C(탄소)]
이하, 당해 강판의 각 성분에 대하여 설명한다. C는 당해 강판의 강도 확보를 위해서 필요한 원소이다. C의 함유량의 하한으로서는, 0.008질량%이고, 0.02질량%가 바람직하며, 0.03질량%가 보다 바람직하다. 한편, C의 함유량의 상한으로서는, 0.08질량%이고, 0.07질량%가 바람직하며, 0.06질량%가 보다 바람직하다. C의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 반대로, C의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판에 섬상 마텐자이트가 생기고, 이것이 HIC의 기점이 됨으로써 내HIC성이 저하될 우려가 있다. 또한, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 마텐자이트의 경도가 상승하여, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[Si(규소)]
Si는 당해 강판의 탈산에 필요한 원소이다. Si의 함유량의 하한으로서는, 0.02질량%이고, 0.04질량%가 바람직하며, 0.06질량%가 보다 바람직하다. 한편, Si의 함유량의 상한으로서는, 0.50질량%이고, 0.45질량%가 바람직하며, 0.35질량%가 보다 바람직하다. Si의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 탈산이 불충분해질 우려가 있다. 반대로, Si의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판에 HIC의 기점이 되는 섬상 마텐자이트가 생성되어, 내HIC성이 저하될 우려가 있다.
[Mn(망간)]
Mn은 당해 강판의 강도 확보를 위해서 필요한 원소이다. Mn의 함유량의 하한으로서는, 0.6질량%이고, 0.8질량%가 바람직하며, 1.0질량%가 보다 바람직하다. 한편, Mn의 함유량의 상한으로서는, 2.0질량%이고, 1.9질량%가 바람직하며, 1.8질량%가 보다 바람직하다. Mn의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 반대로, Mn의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, S와 함께 MnS를 형성함으로써 내HIC성이 저하될 우려가 있다.
[P(인)]
P는 당해 강판에 불가피적으로 포함되고, 당해 강판의 내HIC성 및 내SSCC성을 저하시키는 원소이다. P의 함유량은 0질량% 초과이다. P의 함유량은 작을수록 바람직하지만, 공업적으로 0질량%로 하는 것은 곤란하다. 한편, P의 함유량의 상한으로서는, 0.014질량%이고, 0.012질량%가 바람직하며, 0.010질량%가 더 바람직하다. P의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 내HIC성 및 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[S(황)]
S는 당해 강판에 불가피적으로 포함되고, Mn과 함께 MnS를 형성하여, 당해 강판의 내HIC성을 저하시키는 원소이다. S의 함유량은 0질량% 초과이다. S의 함유량은 작을수록 바람직하지만, 공업적으로 0질량%로 하는 것은 곤란하다. 한편, S의 함유량의 상한으로서는, 0.004질량%이고, 0.003질량%가 바람직하고, 0.0025질량%가 보다 바람직하며, 0.002질량%가 더 바람직하다. S의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 내HIC성이 저하될 우려가 있다.
[Al(알루미늄)]
Al은 당해 강판의 탈산에 필요한 원소이다. Al의 함유량의 하한으로서는, 0.010질량%이고, 0.020질량%가 바람직하며, 0.025질량%가 보다 바람직하다. 한편, Al의 함유량의 상한으로서는, 0.050질량%이고, 0.045질량%가 바람직하며, 0.040질량%가 더 바람직하다. Al의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판에 Ti 산화물이 형성되기 쉬워지고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, Al의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판에 HIC의 기점이 되는 클러스터상의 Al 산화물이 형성될 우려가 있다.
[Nb(니오븀)]
Nb는 당해 강판의 강도 확보에 필요한 원소이다. Nb의 함유량의 하한으로서는, 0.002질량%이고, 0.005질량%가 바람직하며, 0.010질량%가 보다 바람직하다. 한편, Nb의 함유량의 상한으로서는, 0.035질량%이고, 0.033질량%가 바람직하며, 0.030질량%가 보다 바람직하다. Nb의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 반대로, Nb의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부분에서 경질 마텐자이트가 생성되기 쉬워져, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[희토류 금속]
희토류 금속은 당해 강판의 탈산에 필요한 원소이다. 희토류 금속의 함유량의 하한으로서는, 0.0002질량%이고, 0.0005질량%가 바람직하며, 0.0010질량%가 보다 바람직하다. 한편, 희토류 금속의 함유량의 상한으로서는, 0.0070질량%이고, 0.0060질량%가 바람직하고, 0.0055질량%가 보다 바람직하며, 0.0050질량%가 더 바람직하다. 희토류 금속의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 탈산이 불충분해짐으로써 Ti 산화물이 형성되기 쉬워지고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, 희토류 금속의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 고용된 희토류 금속이 입계에 편석됨으로써 입계 강도가 저하되어, 당해 강판의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다. 여기에서 「희토류 금속」이란, 원자 번호 57의 La(란타넘)로부터 원자 번호 71의 Lu(루테튬)까지의 15개의 란타노이드 원소와, Sc(스칸듐) 및 Y(이트륨)를 의미한다.
[Zr(지르코늄)]
Zr은 당해 강판의 탈산에 필요한 원소이다. Zr의 함유량의 하한으로서는, 0.0003질량%이고, 0.0005질량%가 바람직하며, 0.0010질량%가 보다 바람직하다. 한편, Zr의 함유량의 상한으로서는, 0.01질량%이고, 0.007질량%가 바람직하며, 0.005질량%가 보다 바람직하다. Zr의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 탈산이 불충분해짐으로써 Ti 산화물이 형성되기 쉬워지고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, Zr의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판을 제조할 때에 용강 공정에서 고용 Zr이 증가하고, 주조 공정에서 상기 고용 Zr이 산화물 및 황화물을 둘러싸도록 정출됨으로써 내HIC성이 저하될 우려가 있다.
[Ca(칼슘)]
Ca는 CaS를 형성하여 S를 고정함으로써 MnS 생성량을 저감하고, 그 결과, 당해 강판의 내HIC성을 향상시키는 원소이다. Ca의 함유량의 하한으로서는, 0.0003질량%이고, 0.0005질량%가 바람직하며, 0.0010질량%가 보다 바람직하다. 한편, Ca의 함유량의 상한으로서는, 0.004질량%이고, 0.0035질량%가 바람직하며, 0.0032질량%가 보다 바람직하다. Ca의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 내HIC성이 저하될 우려가 있다. 반대로, Ca의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 과잉으로 형성된 CaS가 응집하여, 당해 강판의 내HIC성이 저하될 우려가 있다.
[Ti(타이타늄)]
Ti는 N과 함께 TiN 함유 석출물로서 석출되어, 당해 강판의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 향상시키는 원소이다. Ti의 함유량의 하한으로서는, 0.002질량%이고, 0.004질량%가 보다 바람직하며, 0.005질량%가 더 바람직하다. 한편, Ti의 함유량의 상한으로서는, 0.012질량%이고, 0.010질량%가 바람직하고, 0.009질량%가 보다 바람직하며, 0.008질량%가 더 바람직하다. Ti의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, Ti의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, TiN 함유 석출물이 과도하게 안정화되어, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서의 오스테나이트립의 핀 고정 효과가 과잉이 됨으로써 연질 페라이트의 생성이 촉진되고, 그 결과, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[N(질소)]
N은 Ti와 함께 TiN 함유 석출물로서 석출되어, 당해 강판의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 향상시키는 원소이다. N의 함유량은 0질량% 초과이다. N의 함유량의 하한으로서는, 0.0020질량%가 바람직하고, 0.0025질량%가 보다 바람직하며, 0.0030질량%가 더 바람직하다. 한편, N의 함유량의 상한으로서는, 0.0065질량%이고, 0.0060질량%가 바람직하며, 0.0055질량%가 보다 바람직하다. N의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, N의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 입계에 질화물이 편석됨으로써 입계 강도가 저하되고, 그 결과, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[O(산소)]
O는 당해 강판에 불가피적으로 포함되고, 조대 산화물 등의 개재물을 형성하는 것에 의해, 이 개재물을 기점으로 한 HIC 발생을 촉진하는 원소이다. O의 함유량은 0질량% 초과이다. O의 함유량의 하한으로서는, 0.0002질량%가 바람직하고, 0.0008질량%가 보다 바람직하다. 한편, O의 함유량의 상한으로서는, 0.004질량%이고, 0.003질량%가 바람직하며, 0.002질량%가 보다 바람직하다. O의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 제조 비용 상승에 알맞을 만큼의 내HIC성의 향상 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다. 반대로, O의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 전술한 조대 산화물 등의 개재물을 기점으로 한 HIC 발생이 촉진되어, 당해 강판의 내HIC성이 저하될 우려가 있다.
당해 강판은, 전술한 조성에 더하여, Ni(니켈): 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, Cu(구리): 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, Cr(크로뮴): 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, Mo(몰리브데넘): 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하, V(바나듐): 0.003질량% 이상 0.08질량% 이하, B(붕소): 0.0002질량% 이상 0.0025질량% 이하, 및 Mg(마그네슘): 0질량% 초과 0.005질량% 이하 중 적어도 1종을 추가로 함유하면 좋다.
[Ni(니켈)]
Ni는 당해 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Ni의 함유량의 하한으로서는, 0.01질량%가 바람직하고, 0.05질량%가 보다 바람직하며, 0.10질량%가 더 바람직하다. 한편, Ni의 함유량의 상한으로서는, 1.50질량%가 바람직하고, 1.00질량%가 보다 바람직하며, 0.50질량%가 더 바람직하다. Ni의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 저하될 우려가 있다. 반대로, Ni의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 경질 마텐자이트가 증가하고, 그 결과, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[Cu(구리)]
Cu는 당해 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Cu의 함유량의 하한으로서는, 0.01질량%가 바람직하고, 0.05질량%가 보다 바람직하며, 0.10질량%가 더 바람직하다. 한편, Ni의 함유량의 상한으로서는, 1.50질량%가 바람직하고, 1.00질량%가 보다 바람직하며, 0.50질량%가 더 바람직하다. Cu의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 저하될 우려가 있다. 반대로, Cu의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 경질 마텐자이트가 증가하고, 그 결과, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[Cr(크로뮴)]
Cr은 당해 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Cr의 함유량의 하한으로서는, 0.01질량%가 바람직하고, 0.05질량%가 보다 바람직하며, 0.10질량%가 더 바람직하다. 한편, Cr의 함유량의 상한으로서는, 1.50질량%가 바람직하고, 1.00질량%가 보다 바람직하며, 0.50질량%가 더 바람직하다. Cr의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 저하될 우려가 있다. 반대로, Cr의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 경질 마텐자이트가 증가하여, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[Mo(몰리브데넘)]
Mo는 당해 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Mo의 함유량의 하한으로서는, 0.01질량%가 바람직하고, 0.05질량%가 보다 바람직하며, 0.10질량%가 더 바람직하다. 한편, Mo의 함유량의 상한으로서는, 1.50질량%가 바람직하고, 1.00질량%가 보다 바람직하며, 0.50질량%가 더 바람직하다. Mo의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 저하될 우려가 있다. 반대로, Mo의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 경질 마텐자이트가 증가하여, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[V(바나듐)]
V는 당해 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. V의 함유량의 하한으로서는, 0.003질량%가 바람직하고, 0.005질량%가 보다 바람직하며, 0.010질량%가 더 바람직하다. 한편, V의 함유량의 상한으로서는, 0.08질량%가 바람직하고, 0.07질량%가 보다 바람직하며, 0.05질량%가 더 바람직하다. V의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 저하될 우려가 있다. 반대로, V의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 경질 마텐자이트가 증가하여, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[B(붕소)]
B는 당해 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. B의 함유량의 하한으로서는, 0.0002질량%가 바람직하고, 0.0005질량%가 보다 바람직하며, 0.0010질량%가 더 바람직하다. 한편, B의 함유량의 상한으로서는, 0.0025질량%가 바람직하고, 0.020질량%가 보다 바람직하다. B의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 강도가 저하될 우려가 있다. 반대로, B의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 경질 마텐자이트가 증가하여, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
[Mg(마그네슘)]
Mg는 S와 함께 MgS를 형성하고, 이 황화물이 미세 분산됨으로써 당해 강판의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 보다 향상시키는 원소이다. Mg의 함유량은 0질량% 초과가 바람직하다. Mg의 함유량의 하한으로서는, 0.0005질량%가 바람직하고, 0.0010질량%가 보다 바람직하다. 한편, Mg의 함유량의 상한으로서는, 0.005질량%가 바람직하고, 0.004질량%가 보다 바람직하며, 0.003질량%가 더 바람직하다. Mg의 함유량이 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다. 반대로, Mg의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 제조 비용 상승에 알맞을 만큼의 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성의 향상 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다.
[잔부]
당해 강판은, 전술한 각 원소 이외에 Fe(철) 및 불가피적 불순물을 잔부로서 함유한다. 이 불가피적 불순물로서는, 예를 들면 Sn(주석), As(비소), Pb(납) 등을 들 수 있다.
당해 강판은, 전체 질량에 대한 C 및 Nb의 함유량[질량%]을 각각 [C] 및 [Nb]로 한 경우에 하기 식(1)을 만족시키는 것이 바람직하다. 당해 강판은, 하기 식(1)을 만족시킴으로써 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 보다 향상된다. 당해 강판이 상기 구성을 만족시킴으로써 상기 효과를 나타내는 이유는 이하와 같다. 즉, C 및 Nb로부터 형성되는 NbC 함유 석출물은, TiN 함유 석출물보다는 약하기는 하지만, 당해 강판의 용접 시에 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 있어서 오스테나이트립의 핀 고정 효과를 발휘하여, 연질 페라이트의 생성을 촉진한다. 그 때문에, 당해 강판이 하기 식(1)을 만족시킴으로써, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 녹지 않고 남는 NbC 함유 석출물이 감소하여, 연질 페라이트의 생성이 억제된다. 그 결과, 당해 강판의 T 크로스 용접을 행했을 때의 내SSCC성이 보다 향상된다.
[C]×[Nb]×105≤200 ···(1)
상기 식(1)의 좌변의 상한으로서는, 전술한 대로 200이 바람직하고, 195가 보다 바람직하고, 190이 더 바람직하고, 185가 특히 바람직하며, 180이 특히 더 바람직하고, 175가 가장 바람직하다. 한편, 상기 식(1)의 좌변의 하한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 1이 바람직하고, 10이 보다 바람직하다. 상기 식(1)의 좌변이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 녹지 않고 남는 NbC 함유 석출물이 증가할 우려가 있다. 그 결과, 이 NbC 함유 석출물이 오스테나이트립의 핀 고정 효과를 발휘해 연질 페라이트의 생성을 촉진하여, 당해 강판의 T 크로스 용접을 행했을 때의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 상기 식(1)의 좌변이 상기 하한보다 작은 경우, Nb의 함유량이 부족하여 강도가 불충분해질 우려나, N의 함유량이 부족하여 TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
[TiN 함유 석출물]
당해 강판은, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 비교적 작은 TiN 함유 석출물과 원 상당 직경 60nm 이상의 비교적 큰 TiN 함유 석출물을 함유한다. 상기 비교적 작은 TiN 함유 석출물은, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘하여 경질 마텐자이트의 생성을 억제함과 더불어, 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘하여 연질 페라이트의 생성을 촉진한다. 또한, 상기 비교적 큰 TiN 함유 석출물은, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘하여, 경질 마텐자이트의 생성을 억제한다.
당해 강판에 있어서의 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 하한으로서는, 3.0×105개/mm2이고, 3.5×105개/mm2가 바람직하며, 4.0×105개/mm2가 보다 바람직하다. 한편, 상기 TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 상한으로서는, 8.5×105개/mm2이고, 8.0×105개/mm2가 바람직하며, 7.5×105개/mm2가 보다 바람직하다. 상기 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 오스테나이트립 핀 고정 효과가 충분히 발휘되지 않을 우려가 있다. 그 결과, 경질 마텐자이트상의 생성을 억제할 수 없어, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 상기 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서 오스테나이트립 핀 고정 효과가 과잉으로 발휘될 우려가 있다. 그 결과, 연질 페라이트의 생성이 촉진되어, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다.
당해 강판에 있어서의 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 하한으로서는, 1.0×105개/mm2이고, 1.2×105개/mm2가 바람직하며, 1.5×105개/mm2가 보다 바람직하다. 한편, 상기 TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 상한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 5.0×105개/mm2이고, 3.0×105개/mm2가 바람직하며, 2.7×105개/mm2가 보다 바람직하다. 상기 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 상기 하한보다 작은 경우, 당해 강판의 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서 오스테나이트립 핀 고정 효과가 충분히 발휘되지 않아, 경질 마텐자이트상의 생성을 억제할 수 없고, 그 결과, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 상기 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 강판의 제조가 곤란해질 우려가 있다.
여기에서, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도, 및 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도는, 이하의 방법에 의해 측정한 값을 말한다. 우선, 당해 강판의 임의의 부위를 절단하고, 얻어진 절단면을 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscope: TEM) 등의 전자 현미경으로 관찰한다. 상기 관찰에 있어서는, 에너지 분산형 형광 X선 분석(Energy Dispersive X-ray spectrometry: EDX) 장치 등에 의해 Ti를 함유하는 석출물을 판별하고, 이것을 TiN 함유 석출물로 한다. 다음으로, 화상 해석에 의해 관찰 시야 중의 각 TiN 함유 석출물의 면적을 측정하여 원 상당 직경으로 환산하고, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 개수와, 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 개수를 계측하여, 1mm2당 개수를 산출함으로써 단면 밀도를 구한다. 한편, 원 상당 직경 20nm 이하의 입자는, EDX의 신뢰성이 충분하지는 않기 때문에, 해석으로부터 제외한다.
[용도]
당해 강판은, 내HIC성이 우수하다. 또한, 당해 강판은, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성도 우수하다. 그 때문에, 당해 강판은, 석유, 석탄, 천연 가스 등의 화석 연료의 생산 및 수송에 이용되는 설비의 재료인 에너지용 강재로서 적합하게 이용할 수 있고, 석유 및 천연 가스의 수송에 이용되는 라인 파이프의 재료인 라인 파이프용 강판으로서 특히 적합하게 이용할 수 있다.
<강판의 제조 방법>
당해 강판의 제조 방법으로서는, 예를 들면 용강을 주조하는 주조 공정과, 얻어진 주괴를 열간 압연하는 열간 압연 공정을 구비하는 방법 등을 들 수 있다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.
[주조 공정]
본 공정에서는, 상기 조성을 갖는 용강을 슬라브 형상 등으로 주조하여 주괴를 얻는다. 상기 조성을 갖는 용강은, 탈황 처리, 탈산 처리, 각 원소의 첨가 등의 종래 공지의 방법을 적절히 조합함으로써 얻을 수 있다. 본 공정에서는, 1,450℃ 이상 1,500℃ 이하에서의 냉각 처리를 행하면 된다. 이 경우, 전술한 온도 범위에서의 냉각 시간의 하한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 200초이다. 한편, 전술한 온도 범위에서의 냉각 시간의 상한으로서는, 300초가 바람직하고, 280초가 보다 바람직하다. 전술한 온도 범위에서의 냉각 시간이 상기 상한을 초과하는 경우, 조대한 TiN 함유 석출물이 생성되기 쉬워지고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 한편, 본 공정에서는, 전술한 온도 범위에서의 냉각 처리에 더하여, 1,450℃ 미만에서의 냉각 처리나, 1,500℃ 이상에서의 냉각 처리를 행해도 된다.
[열간 압연 공정]
본 공정에서는, 상기 주조 공정에서 얻어진 주괴를 열간 압연함으로써 강판을 얻는다. 이 열간 압연 시의 주괴의 가열 온도로서는, 예를 들면 850℃ 이상 1,200℃ 이하이다. 또한, 주괴의 가열 시간의 하한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5시간이다. 한편, 상기 가열 시간의 상한으로서는, 4시간이 바람직하고, 3.2시간이 보다 바람직하다. 상기 가열 시간이 상기 상한을 초과하는 경우, 조대한 TiN 함유 석출물이 생성되기 쉬워지고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
하기 식(2)로 표시되는 본 공정의 전후에 있어서의 주괴의 압하율의 하한으로서는, 0.5가 바람직하고, 0.6이 보다 바람직하며, 0.8이 더 바람직하다. 한편, 상기 압하율의 상한으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.9이다. 상기 압하율이 상기 하한보다 작은 경우, 압연 중의 변형량이 부족한 것에 의해 변형 유기 석출에 의해 생성되는 TiN 함유 석출물이 감소하고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
압하율 = (압연 전의 평균 두께-압연 후의 평균 두께)/압연 전의 평균 두께···(2)
본 공정의 압연 패스수의 하한으로서는, 통상 1이고, 3이 바람직하며, 7이 보다 바람직하다. 한편, 상기 압연 패스수의 상한으로서는, 16이 바람직하고, 15가 보다 바람직하며, 12가 더 바람직하다. 상기 압연 패스수가 상기 하한보다 작은 경우, 압하율을 전술의 소정 범위로 하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, 상기 압연 패스수가 상기 상한을 초과하는 경우, 압하율을 전술의 소정 범위로 하기 위해서 각 패스에 있어서의 압하율을 저하시킬 필요가 있기 때문에, 압연 중의 변형 유기 석출에 의해 생성되는 TiN 함유 석출물이 감소하고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
본 공정의 마무리 압연 온도의 하한으로서는, 790℃가 바람직하고, 820℃가 보다 바람직하다. 한편, 상기 마무리 압연 온도의 상한으로서는, 예를 들면 1,000℃이다. 상기 마무리 압연 온도가 상기 하한보다 작은 경우, 압연 시에 강판에 도입되는 전위량이 증가함으로써 전이를 확산 패스로 하는 미세한 TiN 함유 석출물이 과도하게 생성되고, 그 결과, TiN 함유 석출물의 원 상당 직경 및 단면 밀도를 소정 범위로 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
<접합체>
당해 접합체는, 당해 강판과, 이 당해 강판의 단부간 또는 이 당해 강판과 다른 강판을 접합하는 용접 금속을 구비한다. 당해 접합체는, 전술한 당해 강판의 단부간 또는 당해 강판과 다른 강판이 용접 금속으로 접합된 접합체, 즉 당해 강판의 단부간 또는 당해 강판과 다른 강판을 용접에 의해 접합한 접합체이다. 당해 접합체는, 적절한 온도 조건에서 용접된 경우, 상기 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부에 가까운 부위일수록 고온이 되어, TiN 함유 석출물이 용융되어 감소해 있다. 그 때문에, 당해 접합체는, HAZ에서의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가, 본드부로부터 멀어지는 방향으로 점차적으로 증가하고 있으면 된다. 당해 접합체는, 당해 강판이 포함하는 비교적 작은 TiN 함유 석출물에 의해, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에 있어서 오스테나이트립 핀 고정 효과가 발휘되어, 본드부의 근방 부위에서의 경질 마텐자이트의 생성이 억제되어 있다. 또한, 당해 접합체는, 당해 강판이 포함하는 비교적 작은 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 상기 상한 이하여서, 과잉으로 분산되어 있지 않음으로써, 본드부로부터 약간 떨어진 부위에 있어서의 오스테나이트립 핀 고정 효과가 한정되어, 연질 페라이트의 생성이 억제되어 있다. 또, 당해 접합체는, 당해 강판이 포함하는 비교적 큰 TiN 함유 석출물이, 용접 시에 HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에 있어서 오스테나이트립 핀 고정 효과를 발휘함으로써, 경질 마텐자이트상의 생성이 더 억제되어 있다. 이와 같이, 당해 접합체는, HAZ에 있어서의 본드부의 근방 부위에서의 경질 마텐자이트 생성과 본드부로부터 약간 떨어진 부위에서의 연질 페라이트 생성이 억제되어 있기 때문에, 용접을 행한 부위, 특히 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 우수하다. 더욱이, 당해 접합체는, 당해 강판의 단부간 또는 당해 강판과 다른 강판을 용접에 의해 접합한 것이기 때문에, 내HIC성이 우수하다.
당해 접합체로서는, 예를 들면 당해 강판을 파이프 형상으로 성형하고, 이음 부분을 이음 용접, 즉 심 용접에 의해 접합함으로써 얻어지는 강관이나, 복수의 상기 강관의 단부간을 둘레 용접으로 접합함으로써 얻어지는 파이프 라인 등을 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<강판의 제작>
150kg 진공 유도로를 이용하여, 표 1에 나타내는 조성을 갖는 용강을 용제하고, 이 용강을 주조함으로써 슬라브를 제작했다. 이 슬라브를 열간 압연에 의해 평균 두께 25mm의 No. 1∼No. 19 강판을 얻었다. 열간 압연 시의 가열 온도는 1,100℃로 했다. 이 강판의 제조 프로세스 중, 열간 압연 시의 가열 온도 이외의 주요한 조건을 표 2에 나타낸다. 한편, 표 1에 있어서, 「REM」은 희토류 금속(rare earth metal)을 나타낸다. 표 2에 있어서, 「t1(초)」은 주조에 있어서 1,450℃ 이상 1,500℃ 이하에서의 냉각 처리를 행하는 시간을 나타낸다. 「t2(시간)」는 열간 압연 시의 1,100℃에서의 가열 시간을 나타낸다. 「압하율」은 열간 압연의 전후에 있어서의 주괴의 압하율이고, 하기 식(2)로 표시된다.
압하율 = (압연 전의 평균 두께-압연 후의 평균 두께)/압연 전의 평균 두께···(2)
Figure pat00001
[TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 측정]
얻어진 강판에 대하여, 이하의 방법으로 TiN 함유 석출물의 단면 밀도의 측정을 행했다. 우선, 각 강판으로부터, 기둥체상의 시험편을 잘라냈다. 이 잘라냄에 있어서는, 시험편의 축 방향이 강판의 폭 방향과 일치하고, 시험편의 중심축과 강판의 한쪽 표면의 거리가 강판의 평균 두께의 1/4이 되고, 또한 시험편의 한쪽 저면이 강판의 종단면이 되도록 했다. 다음으로, 이 시험편의 상기 강판의 종단면에 상당하는 저면으로부터 레플리카 TEM 시험편을 작성하고, 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰했다. 관찰 조건은, 관찰 배율 15,000배, 관찰 시야 52.7μm2로 해서, 4시야 관찰했다. 관찰에 있어서는, 에너지 분산형 형광 X선 분석(EDX) 장치에 의해 Ti를 함유하는 석출물을 판별하고, 이 석출물을 TiN 함유 석출물로 했다. 다음으로, 화상 해석에 의해 관찰 시야 중의 각 TiN 함유 석출물의 면적을 측정하여 원 상당 직경으로 환산하고, 원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 개수와, 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 개수를 계측하여, 1mm2당 개수를 산출함으로써 단면 밀도를 구했다. 한편, 20nm 이하의 석출물은, EDX의 신뢰성이 충분하지 않기 때문에, 해석으로부터 제외했다. 측정 결과를 표 2에 아울러 나타낸다.
<강판의 평가>
이하의 방법에 의해, 각 강판의 항복 강도, 내HIC성 및 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 평가했다. 평가 결과를 표 2에 아울러 나타낸다.
[항복 강도]
각 강판으로부터, JIS-Z2241: 2011에 규정된 봉상의 4호 시험편을 잘라냈다. 이 잘라냄에 있어서는, 시험편의 축 방향이 강판의 폭 방향과 일치하고, 시험편의 중심축과 강판의 한쪽 표면의 거리가 강판의 평균 두께의 1/4이 되도록 했다. 다음으로, JIS-Z2241: 2011에 기재된 방법으로 인장 시험을 행하여, 항복 강도[MPa]를 측정했다. 항복 강도는, 그 값이 클수록 강도가 우수한 것을 나타내며, 470MPa 이상을 「양호」, 470MPa 미만을 「양호하지 않음」이라고 판단할 수 있다.
[내HIC성]
내HIC성은 「NACE(National Association of Corrosion Engineers) standard TM0284-2003」에 규정된 방법에 따라 시험 및 평가했다. 구체적으로는, 우선 각 강판으로부터 길이 방향이 강판의 압연 방향과 일치하는 t: 10mm×W: 20mm×L: 100mm의 판상의 시험편을 잘라냈다. 다음으로, 5질량% NaCl 및 0.5질량% CH3COOH를 함유하고, 또한 1atm의 황화수소로 포화시킨 25℃의 수용액 중에 상기 시험편을 96시간 침지했다. 침지 후, 시험편을 길이 방향으로 10mm 피치로 절단하고, 각 절단면을 연마 후, 광학 현미경을 이용해 100배의 배율로 전체 절단면을 관찰하여, 1mm 이상의 균열이 생겨 있는 경우를 HIC 발생이라고 판단했다. 표 2에는, 전체 절단면에 있어서의 HIC 발생의 유무를 나타낸다. 내HIC성은, HIC 발생이 없었던 경우를 「양호」, HIC 발생이 있었던 경우를 「양호하지 않음」이라고 판단할 수 있다.
[T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성]
T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성은 이하의 방법에 의해 시험 및 평가했다. 우선, 심 용접을 모의하기 위해, 각 강판을 75°의 X 개선으로 가공하고, 2패스의 서브머지드 아크 용접법에 의해 용접을 행하여, 파이프를 제작했다. 용접 시의 입열은 1패스째: 3.7kJ/mm, 2패스째: 5.4kJ/mm로 했다. 다음으로, 파이프끼리를 접합할 때의 둘레 용접을 모의하기 위해, 상기 파이프의 심 용접선에 직교하도록, 가스 실드 아크 용접에 의한 1패스의 비드 온 플레이트 용접을 실시하여, 파이프 접합체를 제작했다. 용접 시의 입열은 1.0kJ/mm로 했다.
용접 후의 파이프 접합체의 용접부 표면에 그라인더 처리를 행하여, 비드 용접의 더돋기부의 제거를 행했다. 이 파이프 접합체의 비드 용접부 직하로부터, 중심축이 비드 용접선에 병행이 되도록, L: 115mm×W: 15mm×t: 5mm의 시험편을 채취했다. 이 시험편을 이용하여, 「ASTM G39, NACE TM0177-2005 B법」에 기초해서, 4점 굽힘 시험편에서의 내SSCC성 평가 시험을 실시했다. 구체적으로는, 부하 응력 388MPa 또는 438MPa에 상당하는 휨을 시험편에 부여했다. 그 후, 5질량% NaCl 및 0.5질량% CH3COOH를 함유하고, 또한 1atm의 황화수소로 포화시킨 NACE 용액 A 중에 시험편을 720시간 침지한 후, 시험편 표면에 있어서의 균열, 즉 SSCC의 발생의 유무를 배율 10배의 광학 현미경에 의해 관찰했다. 한편, 부하 응력 388MPa에서 SSCC가 발생한 경우, 부하 응력 438MPa에서의 내SSCC성 평가 시험은 실시하지 않았다. 표 2에는, 부하 응력 388MPa 및 438MPa에서의 SSCC 발생의 유무를 나타낸다. T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성은, 부하 응력 388MPa 및 438MPa 중 어느 것에 있어서도 SSCC 발생이 없었던 경우를 「특히 양호」, 부하 응력 438MPa에서는 SSCC 발생이 있었지만 부하 응력 388MPa에서는 SSCC 발생이 없었던 경우를 「양호」, 부하 응력 388MPa에서 SSCC 발생이 있었던 경우를 「양호하지 않음」이라고 판단할 수 있다.
Figure pat00002
표 2로부터 분명한 바와 같이, No. 1∼No. 11의 실시예의 강판은, 항복 강도, 내HIC성 및 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 양호했다. 그 때문에, 당해 강판은, 에너지용 강재, 특히 석유 및 천연 가스의 수송에 이용되는 라인 파이프의 재료인 라인 파이프용 강판으로서 적합하게 이용할 수 있다고 판단된다.
또한, No. 2∼No. 11의 강판은, [C]×[Nb]×105의 값을 200 이하로 한 강판이고, [C]×[Nb]×105의 값이 200 초과인 No. 1의 강판과 비교하여, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 특히 양호했다. 이것으로부터, [C]×[Nb]×105의 값을 200 이하로 함으로써, T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성을 보다 향상시킬 수 있다고 판단된다.
한편, No. 12∼No. 19의 비교예의 강판은, 항복 강도, 내HIC성 및 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성 중, 적어도 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 양호하지는 않았다. 이하, 각 비교예에 대하여 검토한다.
No. 12, No. 13, No. 17 및 No. 19의 강판은, 조성과, TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 본 발명에서 규정하는 범위를 만족시키고 있지 않은 비교예이다. No. 14∼16의 강판은, TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 본 발명에서 규정하는 범위를 만족시키고 있지 않은 비교예이다. No. 18의 강판은, 조성이 본 발명에서 규정하는 범위를 만족시키고 있지 않은 비교예이다. 이와 같이, 조성과, TiN 함유 석출물의 단면 밀도 중 적어도 한쪽이 본 발명에서 규정하는 범위를 만족시키고 있지 않은 강판은, 적어도 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 양호하지는 않았다. 또한, No. 17 및 No. 18의 강판은, 내HIC성도 양호하지는 않았다.
본 발명의 강판은 내HIC성이나 T 크로스 용접을 행한 부위의 내SSCC성이 우수하다.

Claims (7)

  1. C: 0.008질량% 이상 0.08질량% 이하,
    Si: 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하,
    Mn: 0.6질량% 이상 2.0질량% 이하,
    P: 0질량% 초과 0.014질량% 이하,
    S: 0질량% 초과 0.004질량% 이하,
    Al: 0.010질량% 이상 0.050질량% 이하,
    Nb: 0.002질량% 이상 0.035질량% 이하,
    희토류 금속: 0.0002질량% 이상 0.0070질량% 이하,
    Zr: 0.0003질량% 이상 0.01질량% 이하,
    Ca: 0.0003질량% 이상 0.004질량% 이하,
    Ti: 0.002질량% 이상 0.012질량% 이하,
    N: 0질량% 초과 0.0065질량% 이하,
    O: 0질량% 초과 0.004질량% 이하, 및
    잔부: Fe 및 불가피적 불순물
    인 조성을 갖고,
    원 상당 직경 20nm 초과 60nm 미만의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 3.0×105개/mm2 이상 8.5×105개/mm2 이하, 또한 원 상당 직경 60nm 이상의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 1.0×105개/mm2 이상인 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전체 질량에 대한 C 및 Nb의 함유량[질량%]을 각각 [C] 및 [Nb]로 한 경우에 하기 식(1)을 만족시키는 강판.
    [C]×[Nb]×105≤200 ···(1)
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Ni: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하,
    Cu: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하,
    Cr: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하,
    Mo: 0.01질량% 이상 1.50질량% 이하,
    V: 0.003질량% 이상 0.08질량% 이하,
    B: 0.0002질량% 이상 0.0025질량% 이하, 및
    Mg: 0질량% 초과 0.005질량% 이하
    중 적어도 1종을 추가로 함유하는 강판.
  4. 제 1 항에 기재된 강판과,
    이 강판의 단부간 또는 이 강판과 다른 강판을 접합하는 용접 금속
    을 구비하는 접합체.
  5. 제 2 항에 기재된 강판과,
    이 강판의 단부간 또는 이 강판과 다른 강판을 접합하는 용접 금속
    을 구비하는 접합체.
  6. 제 3 항에 기재된 강판과,
    이 강판의 단부간 또는 이 강판과 다른 강판을 접합하는 용접 금속
    을 구비하는 접합체.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열영향부에서의 TiN 함유 석출물의 단면 밀도가 본드부로부터 멀어지는 방향으로 점차적으로 증가하고 있는 접합체.
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