KR20170052654A

KR20170052654A - 용접 열영향부의 인성이 우수한 탱크용 후강판

Info

Publication number: KR20170052654A
Application number: KR1020177009619A
Authority: KR
Inventors: 아키라 이바노; 요시토미 오카자키; 히데노리 나코; 하루야 가와노; 마사히토 가네코; 기이치로 다시로; 데쓰시 데우라; 마사키 시마모토; 다카시 스기타니; 히로키 오타; 신스케 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-05-12
Also published as: WO2016059997A1; JP6301805B2; CN107075635A; EP3208359A4; JP2016079461A; EP3208359A1

Abstract

소정의 성분을 함유하고, Ti 함유량 [Ti]×N 함유량 [N]≥0.000085를 만족하고, 원 상당 직경 1μm 이상의 비금속 입자가 특정한 평균 조성을 가지며, Ti 함유 질화물이 특정한 평균 개수 밀도를 만족한다.

Description

용접 열영향부의 인성이 우수한 탱크용 후강판{THICK STEEL PLATE FOR TANK GIVING WELD HEAT AFFECTED ZONE WITH EXCELLENT TOUGHNESS}

본 발명은, 용접 열영향부(Heat Affected Zone, 이하, HAZ라고 약기하는 경우가 있다)의 인성이 우수한 탱크용 후강판에 관한 것이다.

에너지 저장 설비, 화학 플랜트, 발전 설비, 원자로 압력 용기 등의 분야에 사용되는 탱크용 후강판은, 공정 생략화·성분 생략화·저성분화 등의 관점에서, 압연·가속 냉각 장치를 활용한 열가공 제어(thermo-mechanical control process, 이하, TMCP라고 약기하는 경우가 있다)의 적용이 진행되고 있다. 예를 들면, 불림이나 담금질·템퍼링 등의 열처리를 행하는 열처리형의 ASTM(The American Society for Testing and Materials) SA-537강에 대해서는, 근년, 상기의 열처리를 생략한 TMCP형의 ASTM SA-841이 규격화되어 있다.

한편, 탱크 등의 대형 구조물을 제조할 때, 구조물의 대부분을 구성하는 후강판, 이른바 모재끼리를 잇는 용접이 필수이다. 용접 시에는, 용접부 근방의 모재는 대량의 열에 노출되어서 HAZ라고 불리는 부위가 형성된다. HAZ부에서는, 가공 열처리로 형성된 모재 조직이 입열에 의해 캔슬되어서 조대화되기 때문에, HAZ부에서의 인성의 확보가 어려워진다. 특히 상기와 같이, 규격 등의 제약에 의해 저성분화 등이 요구되는 경우나, 미량으로도 인성 개선에 극적인 효과가 있는 강 중 고용 원소의 첨가가 제한되는 경우 등에 있어서, 모재에 대입열화 용접을 실시하고자 하면, HAZ 조직의 조대화가 일어나기 쉬워져서 HAZ 인성의 확보가 더욱 더 어려워진다.

그래서, 이와 같은 성분 등의 제약이 있는 경우라도 HAZ 인성을 향상시키기 위해, 산화물 등의 비금속 입자를 활용한 기술이 여러 가지 제안되어 있다.

예를 들면 특허문헌 1에는, 특히 입열이 200kJ/cm 이상이고, 예를 들면 1500kJ/cm 정도인 초대입열하에서도 우수한 HAZ 인성을 달성하기 위해, 입내 페라이트 변태핵으로서 특히 효과를 발휘하는 입자경 0.2∼5.0μm의 산화물에 있어서, 당해 산화물을 구성하는 Ti, Mg, Al의 비율을 규정한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 실시예에서는, 200kJ/cm 및 920kJ/cm의 입열하, 0℃에서의 인성을 평가하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는, Ca를 1∼49원자% 함유하는 입자경 0.1∼10μm의 Mn 황화물이 입내 페라이트 변태 발생을 현저하게 촉진한다는 지견하에, 상기 Mn 황화물의 개수 밀도를 규정해서, 초대입열 용접에 있어서의 HAZ 인성의 향상을 도모하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2의 실시예에서는, 20kJ/cm의 입열하, 0℃에서의 인성을 평가하고 있다.

특허문헌 3에는, REM의 첨가에 의해 미세화된 덴드라이트 2차 암간에 Mn의 산화물 등이 복합된 미세한 분산 입자는, 300kJ/cm 이상의 초대입열 용접의 HAZ부에 있어서도, 오스테나이트립의 조대화 방지에 유효하게 기여하여, HAZ 인성이 향상된다는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3의 실시예에서는, 300∼1200kJ/cm의 입열하, 40℃에서의 인성을 평가하고 있다.

특허문헌 4에는, HAZ에 있어서의 오스테나이트 핀 고정 입자로서의 Al-Mn 산화물의 평균 조성, 입자경 및 분산도를 제어하는 것에 의해, 200kJ/cm를 초과하는 대입열 HAZ부의 인성을 높이는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 4의 실시예에서는, 200kJ/cm의 입열하, 0℃에서의 인성을 평가하고 있다.

한편, 특허문헌 5에는, 대입열 용접을 행한 경우이더라도 HAZ 인성의 평균값 및 최소값을 향상시킬 수 있는 기술로서, 산화물의 조성을 REM 및 Zr을 포함하는 REM-Zr계 복합 산화물로 제어하는 기술이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 5는, REM-Zr계 복합 산화물을 활용하는 기술이라는 점에서, 그 이외의 산화물을 활용하는 전술한 특허문헌 1∼4와 상위하다. 이들 특허문헌 1∼4에서는, 강 중에 Zr 또는 REM 및 Zr을 포함하지 않기 때문에 상기 복합 산화물은 형성되지 않는다. 구체적으로는, 상기 특허문헌 5에는, REM-Zr계 복합 산화물의 조성을 적절히 제어함으로써 입내 페라이트의 생성을 확보함과 더불어, 종래, 용강 중에 있어서 산화물을 기점으로 해서 정출되고 있었던 조대 Ti 질화물의 생성을 억제하고, 또한 B를 소정량 첨가해서 조대한 입계 페라이트의 생성을 억제하는 기술이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 5의 실시예에서는, 입열량 50kJ/mm 또는 60kJ/mm로 용접했을 때, -40℃에서의 HAZ 인성을 평가하고 있다.

일본 특허공개 평11-279684호 공보 일본 특허공개 2003-321728호 공보 일본 특허공개 2003-286540호 공보 일본 특허공개 2012-052224호 공보 일본 특허공개 2013-127108호 공보

전술한 특허문헌 1∼5에 기재된 기술은 모두, 입열량이 수십∼백 수십 kJ/mm 정도인 대입열 용접을 행했을 때의 -40℃까지의 t/4부의 HAZ 인성 향상 기술에 관한 것이다. 그러나, 탱크용 후강판은, 입열량이 상기보다도 낮고, 예를 들면 5∼25kJ/mm 정도인 소입열 용접을 행했을 때에도 양호한 HAZ 인성을 가질 것이 요구된다. 그런데, 대입열 용접을 행하면 구 오스테나이트 입경이 조대화된다는 것이 알려져 있는 데 비해, 소입열 용접을 행했을 때에는 마이크로알로이(B 등)에 의해 일반적으로 단단해져, 구 오스테나이트 입경은 그다지 조대화되지 않는다. 그 때문에, 상기 특허문헌 1∼5에 기재된 대입열 용접에 있어서의 HAZ 인성 개선 기술을 그대로 소입열 용접에 있어서의 HAZ 인성 개선 기술에 활용할 수는 없다.

또한, 상기 용도에의 적용을 고려한 경우, 충격 시험을 -51℃에서 행했을 때의 극저온 HAZ 인성이 우수할 것이 요구된다. 그러나, 전술한 특허문헌에서는, 충격 시험을 0℃(특허문헌 1, 2, 및 4) 또는 -40℃(특허문헌 3, 및 5)에서 행해서 HAZ 인성을 평가하고 있는 것에 지나지 않는다. -51℃와 같은 극저온하에서는, 비금속 입자 등의 조대 개재물의 HAZ 인성에 대한 영향이 표면화되기 쉽다는 점 등에서, 전술한 특허문헌과 같은 대입열 용접하의 HAZ 인성 개선 기술을 더 개량할 것이 요구된다.

또한, 전술한 특허문헌 5는 B를 필수 성분으로서 첨가하는 기술이며, B량 제어를 위해서, 탈산·탈황 후부터 주조까지 사이에, N량 및 Ti량을 제어할 필요가 있다. 또한, Al 첨가량을 비교적 낮게 해서 강의 청정도를 유지할 필요도 있다. 그 때문에, 탈산·탈황 등의 제강 공정의 부하가 크거나, 또는 제강 관리 조건의 허용도가 적어, 양산(量産)을 향하여 개선의 여지가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 예를 들면 5∼25kJ/mm 정도의 소입열 용접을 행했을 때, 탈산, 탈황, 질소 제어 등의 제강 공정의 부하가 비교적 크지 않은 조건에서 제조할 수 있고, -51℃와 같은 극저온하에서의 HAZ 인성이 우수한 탱크용 후강판을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 따른 용접 열영향부의 인성이 우수한 탱크용 후강판은, (1) 강의 조성이, 질량%로, C: 0.02∼0.15%, Si: 0.05∼0.5%, Mn: 0.6∼2.0%, P: 0% 초과 0.030% 이하, S: 0% 초과 0.025% 이하, Al: 0.02∼0.07%, Nb: 0.005% 이상 0.050% 미만, Ti: 0.003∼0.03%, N: 0.0020∼0.010%, O: 0% 초과 0.0040% 이하, REM: 0.0002∼0.050%, Zr: 0.0003∼0.020%, Ca: 0.0003∼0.0060%를 함유하고, 잔부: 철 및 불가피적 불순물이며, Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]이, [Ti]×[N]≥0.000085를 만족함과 더불어, (2) 강판의 판 두께를 t로 했을 때, t/2에 있어서의 요건이 하기 (2-1) 및 (2-2)를 만족한다는 것에 요지를 갖는다.

(2-1) 원 상당 직경이 1μm 이상인 비금속 입자의 평균 조성이, 질량%로, 20%≤Al₂O₃≤40%, 5%≤TiO₂≤20%, 5%≤REM의 산화물≤45%, 5%≤ZrO₂≤60%, 5%≤CaO≤40%를 만족하고, 또한

(2-2) Ti 함유 질화물의 평균 개수 밀도에 대해서, 장축 길이가 2μm 이상인 것이 1m²당 0.8개 이하이고, 원 상당 직경으로 20nm 이상 500nm 이하인 것이 1mm²(m)당 1.0×10⁵개 이상을 만족한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 강판은 V: 0% 초과 0.1% 이하를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 강판은 Cu: 0% 초과 0.50% 이하, Ni: 0% 초과 0.85% 이하, Cr: 0% 초과 0.30% 이하, 및 Mo: 0% 초과 0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 포함한다.

본 발명에 의하면, 5∼25kJ/mm 정도의 소입열 용접을 행했을 때, 예를 들면 -51℃와 같은 극저온하에서의 HAZ 인성이 우수한 탱크용 후강판을 제공할 수 있다.

더욱이 본 발명에 의하면, 상기와 같이 극저온 HAZ 인성이 우수하고, 인장 강도가 485MPa 이상인 고강도 후강판을, 탈산, 탈황, 질소 제어 등의 제강 공정을 부하하지 않더라도 효율 좋게 얻을 수 있기 때문에, 생산성 등도 매우 우수하다.

본 발명자들은, 소입열 용접을 행하더라도 HAZ 인성이 우수한 탱크용 후강판을 제공하기 위해, 검토를 거듭해 왔다. 구체적으로는, 파괴의 기점이 되는 조대한 TiN을 저감해서 HAZ 인성을 향상시킨다는 관점에서, 전술한 특허문헌 5와 마찬가지로, REM-Zr계 복합 산화물에 주목했다. 단, 상기 목적을 달성하기 위해서는, 특허문헌 5의 기술을 그대로 본 발명에 적용할 수는 없다. 전술한 바와 같이 특허문헌 5는 대입열 용접(예를 들면 60kJ/mm)에 있어서의 HAZ 인성 향상 기술에 관한 것이며, 구 오스테나이트 입경은 조대화되기 쉽다. 그래서 특허문헌 5에서는, 조대한 입계 페라이트의 생성을 억제해서 HAZ 인성을 개선하기 위해, B를 첨가하는 등 하고 있다. 이에 비해, 본 발명은 특허문헌 5에 비해서 입열량이 작고(예를 들면 20kJ/mm), 소입열 용접에 있어서의 HAZ 인성의 향상을 도모하는 기술이며, 구 오스테나이트 입경은 특허문헌 5의 경우만큼 조대화되지 않는다. 그 때문에, 본 발명에서는, 특허문헌 5에 있어서 불가결한 원소인 B(조대한 입계 페라이트의 생성을 억제해서 HAZ 인성을 개선하는 원소)를 첨가하지 않는 것이 전제이다.

즉, 본 발명자들은, 특허문헌 5와 마찬가지로, REM-Zr계 복합 산화물을 활용해서 조대한 TiN의 개수 밀도를 저감할 수 있고, 또한 특허문헌 5와 같이 B를 첨가하지 않더라도 미세한 TiN의 개수 밀도를 증가시키는 것이 가능한, 소입열 용접에 있어서의 HAZ 인성 향상 기술을 제공하기 위해, 검토를 행했다. 특히 본 발명에서는, HAZ 인성의 평가를, 상기 특허문헌보다도 저온인 -51℃에서 행하고 있고, 이 경우, Ti 함유 질화물 등의 조대 개재물의 HAZ 인성에 대한 악영향이 표면화되기 쉽다. 그 결과, 하기 (a)∼(c)와 같이 제어하면 소기의 목적이 달성된다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.

(a) 강 중 성분에 대해서는, 특히 Al과 Nb를 양방 소정량 함유함과 더불어, B를 첨가하지 않고, 또한 Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]의 곱으로 표시되는 Ti-N의 밸런스를 소정값 이상으로 제어하는 것이 유효하고, 이에 의해, 높은 모재 강도를 유지하면서, 제강 공정을 부하하지 않더라도, HAZ 인성 향상에 유용한 미세한 Ti 함유 질화물의 생성을 증가시킬 수 있는 것.

(b) REM-Zr계 복합 산화물의 평균 조성에 대해서는, 특히 원 상당 직경이 1μm 이상인 상기 산화물의 평균 조성을 적절히 제어하는 것이 유효하고, 이에 의해, 상기 산화물의 융점이 낮아지기 때문에, 조대한 Ti 함유 질화물의 정출 사이트가 감소하여, 당해 조대한 Ti 함유 질화물의 생성을 저감할 수 있는 것.

(c) Ti 함유 질화물의 평균 개수 밀도에 대해서는, 장축 길이가 2μm 이상인 조대한 Ti 함유 질화물의 평균 개수 밀도가 적어지도록 제어함과 더불어, 원 상당 직경이 20nm 이상 500nm 이하인 미세한 Ti 함유 질화물의 평균 개수 밀도가 많아지도록 제어하는 것이 유효하고, 이에 의해, 양호한 극저온 HAZ 인성을 확보할 수 있는 것.

본 발명에 있어서, 전술한 REM-Zr계 복합 산화물의 조성, 및 Ti 함유 질화물의 개수 밀도는 모두, 강판의 판 두께 t의 중앙부(t/2부)에서의 값이다. 일반적으로 강판의 중앙부는 조대한 TiN 등이 형성되기 쉽기 때문에, 전술한 특허문헌을 포함해서 대부분의 선행 문헌에서는, 산화물 조성이나 Ti 함유 질화물의 개수 밀도 등을, 강판의 t/4부에서 평가하고 있다. 본 발명에서는, 특히 B를 포함하지 않는다는 점, 및 제어가 곤란한 상기 강판의 중앙부에서의 산화물 조성 및 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 제어할 수 있었다는 점에서, 극히 유용하다.

본 명세서에 있어서 극저온 HAZ 인성이 우수하다란, 후기하는 실시예에 기재된 방법으로 샤르피 충격 시험을 행하여, -51℃에 있어서의 흡수 에너지를 측정했을 때, 최소값이 48J 이상인 것을 의미한다. 이하에서는, 간단히 HAZ 인성이 우수하다고 약기하는 경우가 있다.

또한, 본 명세서에 있어서 후강판이란, 판 두께가 대체로, 6mm 이상인 것으로, 바람직하게는 150mm 이하인 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서는 「장축 길이가 2μm 이상인 Ti 함유 질화물」을 간단히 「조대한 Ti 함유 질화물」이라고 약기하는 경우가 있다. 또한, 「원 상당 직경이 20nm 이상 500nm 이하인 Ti 함유 질화물」을 간단히 「미세한 Ti 함유 질화물」이라고 약기하는 경우가 있다.

이하, 본 발명의 구성 요건에 대해서 상세하게 설명한다.

(1) 강 중 성분에 대해서

본 발명의 탱크용 후강판은, C: 0.02∼0.15%, Si: 0.05∼0.5%, Mn: 0.6∼2.0%, P: 0% 초과 0.030% 이하, S: 0% 초과 0.025% 이하, Al: 0.02∼0.07%, Nb: 0.005% 이상 0.050% 미만, Ti: 0.003∼0.03%, N: 0.0020∼0.010%, O: 0% 초과 0.0040% 이하, REM: 0.0002∼0.050%, Zr: 0.0003∼0.020%, Ca: 0.0003∼0.0060%를 함유하고, 잔부: 철 및 불가피적 불순물이며, Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]이, [Ti]×[N]≥0.000085를 만족한다.

C: 0.02∼0.15%

C는 담금질성을 높여 강도를 확보하기 위해서 필요 불가결한 원소이며, 그것을 위해, C량의 하한을 0.02% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.03% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 단, C량이 과잉이 되면, 마텐자이트(섬 형상 마텐자이트를 포함함)가 생성되기 쉬워져, HAZ 인성이 열화된다. 따라서 C량의 상한은 0.15% 이하로 한다. 바람직하게는 0.12% 이하, 보다 바람직하게는 0.10% 이하이다.

Si: 0.05∼0.5%

Si는 제강(탈산, 탈황, 질소 제어) 공정에 있어서의 부하의 저감에 기여함과 더불어, 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 높이는 데 유효한 원소이다. 이들 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Si량의 하한을 0.05% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.08% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15% 이상이다. 그러나, Si량이 과잉이 되면, 섬 형상 마텐자이트가 형성되기 쉬워져서 HAZ 인성이 열화된다. 따라서, Si량의 상한은 0.5% 이하로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.45% 이하, 보다 바람직하게는 0.35% 이하이다.

Mn: 0.6∼2.0%

Mn은 담금질성을 높여 강도를 확보하기 위해서 유효한 원소이며, 그것을 위해 Mn량의 하한을 0.6% 이상으로 한다. 바람직한 Mn량은 0.8% 이상이고, 보다 바람직하게는 1.0% 이상이다. 그러나, Mn량이 지나치게 많으면 단단해져서 HAZ 인성이 열화되기 때문에, Mn량의 상한을 2.0% 이하로 한다. 바람직하게는 1.8% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.6% 이하이다.

P: 0% 초과 0.030% 이하

P는 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, P량의 상한이 0.030%를 초과하면 HAZ 인성의 열화가 현저하다. 또한, 원자로 압력 용기 등의 용도에 적용하는 경우, 중성자 조사에 의한 취화가 염려된다. 따라서, P량의 상한을 0.030% 이하로 한다. 바람직하게는 0.020% 이하, 보다 바람직하게는 0.010% 이하이다. HAZ 인성 확보의 관점에서는, P량은 적은 편이 바람직하지만, 공업적으로 0%로 하는 것은 곤란하다.

S: 0% 초과 0.025% 이하

S는 P와 마찬가지로, 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, S량이 지나치게 많으면 HAZ 인성을 열화시킨다. 또한, 원자로 압력 용기 등의 용도에 적용하는 경우, 중성자 조사에 의한 취화가 염려된다. 따라서, S량의 상한을 0.025%로 한다. 바람직하게는 0.020% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.015% 이하, 더 바람직하게는 0.010% 이하이다. HAZ 인성 확보의 관점에서는, S량은 적은 편이 바람직하지만, 공업적으로 0.0001% 미만으로 하는 것은 곤란하기 때문에, S량의 하한은, 대체로 0.0001%이다.

Al: 0.02∼0.07%

Al은 적량 첨가에 의해, 제강(탈산, 탈황, 질소 제어) 공정의 부하 저감에 기여하는 원소이다. 또한 Al은 조대한 Ti 함유 질화물의 정출핵이 되는 비금속 입자의 융점을 저하시켜서 조대 Ti 함유 질화물의 형성을 억제하여, HAZ 인성의 확보에 기여하는 원소이기도 하다. 또한 Al은 제강 공정에 있어서의 탈산→탈황 공정을 소정의 시간 내에 완료시키기 위해서 유효한 원소이기도 하다. 이들 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Al량의 하한을 0.02% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.023% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.025% 이상이다. 한편, 본 발명 강판을 제조하는 데 있어서는, 후기하는 바와 같이, Zr보다도 Al을 먼저 첨가하는 것이 권장되지만, Al량이 지나치게 많으면, 원하는 산화물 조성을 실현할 수 없기 때문에, 조대한 Ti 함유 질화물이 형성되기 쉬워져, HAZ 인성이 저하되어 버린다. 따라서, Al량의 상한은 0.07% 이하로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.06% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이하이다.

Nb: 0.005% 이상 0.050% 미만

Nb는 열처리 생략형의 TMCP를 적용해서 모재를 제조하는 경우에, 용접성을 열화시킴이 없이 모재 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Nb량의 하한을 0.005% 이상으로 한다. Nb량은, 바람직하게는 0.010% 이상, 보다 바람직하게는 0.020% 이상이다. 그러나, Nb량이 0.050% 이상이 되면, HAZ 인성이 열화된다. 따라서, 본 발명에서는 Nb량의 상한을 0.050% 미만으로 한다. Nb량은, 바람직하게는 0.040% 이하, 더 바람직하게는 0.030% 이하이다.

Ti: 0.003∼0.03%

Ti는 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 확보하여, 우수한 HAZ 인성을 얻기 위해서 필수인 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Ti량의 하한을 0.003% 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 더 바람직하게는 0.010% 이상이다. 한편, Ti량이 과잉이 되면, 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도는 확보할 수 있지만, HAZ 인성의 최소값을 저하시키는 조대한 Ti 함유 질화물이 많이 형성되기 때문에, Ti량의 상한을 0.03% 이하로 한다. 바람직하게는 0.025% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이다.

N: 0.0020∼0.010%

N은 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 확보하여, 우수한 HAZ 인성을 얻기 위해서 필수인 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, N량의 하한을 0.0020% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.003% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0040% 이상이다. 그러나, N량이 많아지면, 필시 고용 N이 원인이 되어서 HAZ 인성이 오히려 열화되기 때문에, N량의 상한을 0.010% 이하로 한다. 바람직하게는 0.0095% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0085% 이하이다.

O(산소): 0% 초과 0.0040% 이하

O는 청정도 향상의 관점에서 적은 편이 바람직하다. 또한, O가 다량으로 포함되면 HAZ 인성이 열화된다. 이들을 고려하여, O량의 상한을 0.0040% 이하로 한다. 바람직하게는 0.0035% 이하, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하이다. O량은 적은 편이 바람직하지만, 공업적으로 0%로 하는 것은 곤란하다.

REM(희토류 원소): 0.0002∼0.050%

REM은 조대한 Ti 함유 질화물의 정출핵이 되는 비금속 입자의 융점을 저하시켜서 조대한 Ti 함유 질화물의 형성을 억제하는 것에 의해, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, REM량의 하한을 0.0002% 이상으로 한다. REM량은, 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상이다. 한편, REM을 다량으로 함유시켜도 효과가 포화되기 때문에, REM량의 상한을 0.050%로 한다. 또한, 주조 시의 침지 노즐의 폐색을 방지해서 생산성을 높이는 관점에서는, REM량의 상한을 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.010% 이하, 더 바람직하게는 0.0050% 이하이다.

한편, 본 명세서에 있어서 REM이란, 란타노이드 원소(La부터 Lu까지의 15원소)와 Sc(스칸듐) 및 Y(이트륨)를 의미한다.

Zr: 0.0003∼0.020%

Zr은 조대한 Ti 함유 질화물의 정출핵이 되는 비금속 입자의 융점을 저하시켜서 조대한 Ti 함유 질화물의 형성을 억제하는 것에 의해, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Zr량의 하한을 0.0003% 이상으로 한다. Zr량은, 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상, 더 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 한편, Zr을 과잉으로 첨가하면, 용강 중의 고용 Zr이 증가해서, 주조 중에 산화물·황화물을 둘러싸도록 정출되어, HAZ 인성을 열화시킨다. 따라서, Zr량의 상한은 0.020% 이하로 한다. Zr량은, 바람직하게는 0.010% 이하, 보다 바람직하게는 0.0070% 이하, 더 바람직하게는 0.0050% 이하이다.

Ca: 0.0003∼0.0060%

Ca는 적량 첨가에 의해, 조대한 Ti 함유 질화물의 정출핵이 되는 비금속 입자의 융점을 저하시켜서 조대 Ti 함유 질화물의 형성을 억제하는 것에 의해, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Ca량의 하한을 0.0003% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상이다. 한편, Ca량이 0.0060%를 초과하면, 조대한 Ca계 개재물이 다량으로 형성되고, 그들이 응집되어서 HAZ 인성에 악영향을 미친다. 따라서, Ca량의 상한을 0.0060%로 한다. Ca량은, 바람직하게는 0.0050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040% 이하이다.

Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]이 [Ti]×[N]≥0.000085

상기 식으로 표시되는 Ti-N 밸런스는, Ti 함유 질화물 형성의 구동력에 관계되고, 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 확보하기 위해서 유효한 파라미터로서, 본 발명자들이 다수의 기초 실험을 통해서 정한 것이다. 상기 Ti-N 밸런스가 0.000085 미만이면, HAZ 인성의 향상에 기여하는 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도가 얻어지지 않는다. 상기 Ti-N 밸런스는 클수록 좋고, 바람직하게는 0.000090 이상, 보다 바람직하게는 0.000095 이상이다. 한편, 그 상한은, HAZ 인성 향상의 관점에서는 특별히 한정되지 않지만, 전술한 Ti 및 N의 각 함유량의 상한과의 관계로 정해진다.

본 발명의 강판은 상기 성분을 기본 성분으로 하고, 잔부: 철 및 불가피적 불순물이다.

본 발명에서는, 다른 특성 향상 등의 관점에서, 이하의 선택 성분을 추가로 함유하는 것이 바람직하다.

V: 0% 초과 0.1% 이하

V는 강도 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, V량의 하한을 0.003% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 한편, V량이 0.1%를 초과하면 용접성이 열화된다. 따라서, V량의 상한을 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다.

Cu: 0% 초과 0.50% 이하, Ni: 0% 초과 0.85% 이하, Cr: 0% 초과 0.30% 이하, 및 Mo: 0% 초과 0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소

Cu, Ni, Cr, 및 Mo는 주로 모재 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 본 발명에서는, 이들 원소를 단독으로 사용, 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.

구체적으로는 상기 원소에 대해서, 이하와 같이 제어하는 것이 바람직하다.

Cu는 담금질성을 향상시켜서 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Cu량의 하한을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 단, 과잉으로 첨가해도 상기 효과가 포화되고, 비용의 증가를 초래하기 때문에, Cu량의 상한을 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Ni는 모재 강도와 HAZ 인성의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Ni량의 하한을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 단, 과잉으로 첨가해도 상기 효과가 포화되고, 비용의 증가를 초래하기 때문에, Ni량의 상한을 0.85% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cr은 강도의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Cr량의 하한을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 단, 과잉으로 첨가해도 상기 효과가 포화되고, 비용의 증가를 초래하기 때문에, Cr량의 상한을 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Mo는 모재 강도의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Mo량의 하한을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 단, 과잉으로 첨가해도 상기 효과가 포화되고, 비용의 증가를 초래하기 때문에, Mo량의 상한을 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판은, Mg 및 B를 적극적으로 포함하지 않고, 그 상한을 불가피적 불순물 레벨 정도로 저감하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, Mg량의 상한을 0.0005% 이하로 하는 것이 바람직하다. Mg는 O(산소)와의 친화력이 크기 때문에, 조대한 Ti 함유 질화물의 저감에 기여하는 저융점 조성의 비금속 입자를 얻기 위해서는, 그의 첨가 순서나 첨가 방법의 제어가 매우 어렵기 때문이다.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명에서는 B를 포함하지 않는다. 구체적으로는, B량의 상한을 0.0005% 이하로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 B는, 용접 시의 열사이클 시에 구 γ 입계에 편석되어서 페라이트 변태를 지연화시켜, 조대한 입계 페라이트의 형성을 억제해서 HAZ 인성 향상에 기여하는 원소라고 생각되고 있다. 그러나, 이와 같은 B 첨가 효과는, 입열량이 본 발명보다도 크고, 구 γ 입경이 본 발명보다도 큰 영역(대체로, 30∼110kJ/mm 정도)에서 발휘된다. 본 발명에서는, 입열량이 5∼25kJ/mm 정도로 작고, 구 γ 입경도 비교적 미세하다. 그 때문에, 애당초 담금질성이 낮아지고, 또한 입계 단위 면적당 고용 B 농도가 저하되기 때문에, 전면적으로 페라이트 조직이 된다. 이와 같은 영역에서는, B 첨가에 의한 전술한 HAZ 인성 향상 효과에 대한 기여도는 작고, 반대로, B 첨가에 의해 압연 조건을 어렵게 하는 경우가 있기 때문에, 적극적으로 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

(2) 원 상당 직경이 1μm 이상인 비금속 입자의 평균 조성에 대해서

또 본 발명의 탱크용 후강판은, 원 상당 직경이 1μm 이상인 비금속 입자의 평균 조성이, 질량%로, 20%≤Al₂O₃≤40%, 5%≤TiO₂≤20%, 5%≤REM의 산화물≤45%, 5%≤ZrO₂≤60%, 5%≤CaO≤40%를 만족한다. 용강 중에서 형성되는 산화물 등의 비금속 입자는, 일반적으로 응고 과정에 있어서, 주위의 용강보다도 Ti 함유 질화물의 정출 사이트가 되기 쉽고, 그 결과, μm 오더의 조대한 Ti 함유 질화물을 형성해서 HAZ 인성을 저하시켜 버린다. 이에 비해, 비금속 입자의 평균 조성을 상기와 같이 적절히 제어하는 것에 의해, Ti 함유 질화물의 정출 사이트가 되기 어려운 형태 또는 물성으로 할 수 있어, HAZ 인성의 저하를 방지할 수 있다. 그 이유는 상세하게는 불명하지만, 상기 평균 조성으로 제어된 비금속 입자의 융점은 저하되기 때문에, 응고 시의 Ti 함유 질화물의 정출 사이트가 적어진다고 추정된다.

전술한 비금속 입자의 평균 조성을 상기 범위로 설정한 이유는 상기한 바와 같으며, 상기 범위를 벗어나면, 조대한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 소정 이하로 저감할 수 없다.

상기 비금속 입자의 평균 조성의 산출 방법은, 후기하는 실시예의 란에서 상술한다.

한편, 본 발명에 있어서, 대상이 되는 비금속 입자의 사이즈를, 원 상당 직경 1μm 이상으로 한정한 이유는, 이 정도의 사이즈의 것이, HAZ 인성의 저하를 초래하는 조대한 Ti 함유 질화물의 주요한 정출 사이트가 되기 때문이다. 여기에서 원 상당 직경이란, 강 중에 분산되는 상기 Al₂O₃등의 비금속 입자를, 동일한 면적이 되는 원으로 환산했을 때의 직경을 의미한다.

또한, 본 발명에 있어서 「비금속 입자」란, 본 발명의 후강판에 이용되는 열간 압연판에 통상 존재하는 것을 의미하고, 산화물(단독·복합 산화물의 양방을 포함함)에 한정되지 않고, 질화물, 황화물 등의 입자를 포함한다. 즉, 상기의 평균 조성은, 강 중에 분산되는 산화물의 평균 조성이 아니고, 산화물 이외의 질화물, 황화물 등의 비금속 입자 전부를 대상으로 했을 때의 평균 조성을 의미한다. 본 발명에서는, 비금속 입자 중, 전술한 특정한 산화물, 즉, Al₂O₃, TiO₂, REM의 산화물, ZrO₂, CaO의 평균 조성이 상기 범위를 만족하는 것이 중요하고, 상기 범위를 만족하는 한, 그 이외의 산화물의 평균 조성은 특별히 한정되지 않는다. 마찬가지로, 상기 산화물 이외의 황화물 등의 평균 조성도, 특별히 한정되지 않는다. 이들은 HAZ 인성에 큰 영향을 미치지 않기 때문이다.

(3) Ti 함유 질화물의 평균 개수 밀도에 대해서

추가로 본 발명의 탱크용 후강판은, 장축 길이가 2μm 이상인 조대한 Ti 함유 질화물이 1mm²당 0.8개 이하이고, 원 상당 직경이 20nm 이상 500nm 이하인 미세한 Ti 함유 질화물이 1mm²당 1.0×10⁵개 이상을 만족한다. 여기에서 장축 길이란, Ti 함유 질화물을 직방형으로 간주했을 때, 장변의 길이를 의미한다. 일반적으로, 관찰 단면 중의 Ti 함유 질화물은 직방형으로서 존재하기 때문이다. 또한, 원 상당 직경이란, Ti 함유 질화물을, 동일한 면적이 되는 원으로 환산했을 때의 직경을 의미한다.

우선, 조대한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 1mm²당 0.8개 이하로 한다. 이에 의해, -51℃에 있어서의 HAZ 인성의 최소값을 소정 이상 확보할 수 있다. 이것은, 본 발명자들의 기초 실험에 의해 밝혀진 지견으로, 본 발명에 있어서의 HAZ 인성의 평가 온도인 극저온(-51℃) 영역에 있어서, 충격 시험의 노치 위치 부근에, 상기 사이즈의 조대한 Ti 함유 질화물이 소정의 개수 이상 존재하면, HAZ 인성에 악영향을 미쳐서 HAZ 인성의 최소값을 저하시킨다는 것이 판명되었다. 따라서, HAZ 인성의 최소값을 소정 이상 확보하기 위해서는, 조대한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 1mm²당 0.8개 이하로 한다. 조대한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도는 작을수록 좋고, 바람직하게는, 1mm²당 0.7개 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5개 이하이며, 가장 바람직하게는 0개이다.

또한, 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 1mm²당 1.0×10⁵개 이상으로 한다. 조대한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도 제어에 더하여, 추가로 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 제어하는 것에 의해서 비로소, -51℃에 있어서의 HAZ 인성의 최소값을 소정 이상 확보할 수 있다. 이것은, 본 발명자들의 기초 실험에 의해 밝혀진 지견이다. 즉, 상기 사이즈의 미세한 Ti 함유 질화물은, 20kJ/mm 상당의 입열이 가해졌을 때의 Fusion Line 근방이고 매우 고온에 노출되는 부분이더라도, 완전히는 용해되지 않고 적어도 일부는 녹다 남아서, 구 γ 입경의 조대화를 핀 고정한다는 것이 판명되었다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시켜서, 극저온 HAZ 인성의 최소값을 소정 이상으로 확보하기 위해, 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 상기와 같이 제어한다. 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도는 클수록 좋고, 바람직하게는, 1mm²당 1.5×10⁵개 이상이며, 보다 바람직하게는 2.0×10⁵개 이상이다. 한편, 그 상한은 상기 작용과의 관계에서는 특별히 한정되지 않지만, 실질적으로는, 대체로, 1mm²당 1.0×10⁷개 이하 정도라고 생각된다.

본 발명에 있어서, 미세한 Ti 함유 질화물 및 조대한 Ti 함유 질화물의 사이즈를 상기와 같이 설정한 이유는, 상기 범위의 사이즈의 것이, 특히 HAZ 인성의 최소값 확보에 유효하다는 것이, 실험에 의해 판명되었기 때문이다.

한편, 본 발명에 있어서 Ti 함유 질화물이란, Ti를 포함하는 질화물이면 모든 화합물을 포함하는 취지이다. 대표적으로는 TiN을 들 수 있지만, 물론, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, Ti의 탄질화물과 같이 C를 포함하는 화합물이어도 된다. 또한, TiNb의 질화물과 같이 Ti 이외의 질화물 형성 원소를 포함하는 화합물이어도 된다.

이상, 본 발명의 탱크용 후강판에 대해서 상술했다.

다음으로, 상기 탱크용 후강판을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 본 발명은, 특히 강 중 성분을 적절히 제어해서 비금속 입자의 평균 조성 및 Ti 함유 질화물의 개수 밀도를 적절히 제어한 것에 특징이 있지만, 제강 공정, 그 후의 압연 공정의 바람직한 방법은 이하와 같다.

[제강 공정]

본 발명에서는, 용제 시에 있어서, Mn, Si, Al을 이용한 탈산에 의해 용강 중의 용존 산소량을, 질량%로 0.002∼0.01%로 제어한 후, Ti→(REM, Zr)→Ca의 순으로 각 원소를 첨가한다.

우선, Mn, Si, Al을 이용해서 탈산한다. 이들 원소는, 탈산→탈황→질소 제어의 제강 공정의 부하 저감에 기여하는 원소이다. 상세하게는, 주입 시의 각 미량 원소(용강 중의 산소, 황, 질소, 및 Ti)의 농도의 목표 관리 범위 내로의 제어를 하기 쉽게 하는 원소이다. 이들 원소 중, 특히 Si 및 Al의 각 함유량이 소정 범위를 하회하면, 제강 공정의 관리 포인트의 관리 허용값이 협폭화되어 버려, 주입 시의 용강 중의 산소량, 황량, 질소량, Ti량의 각 농도의 목표 관리 범위 내로의 제어가 곤란해진다. 여기에서, 구체적인 목표 관리 범위란, 산소는 40ppm 이하, 황은 25ppm 이하, 질소는 목표값±20ppm 이하, Ti는 목표값±30ppm 이하이다. 예를 들면 Ti의 목표값을 0.015%로 한 경우, Si 및 Al을 본 발명에서 규정하는 범위 내(즉, Si: 0.05∼0.5%, Al: 0.02∼0.07%)로 제어하는 것에 의해, 상기 Ti를 목표값(0.015%)±30ppm(=0.003%) 이하의 범위 내로 제어하는 것이 가능하다.

이어서, Ti, REM, Zr, Ca를 첨가하기 전의 용강 중의 용존 산소량을 0.002∼0.01%로 제어한다. 용존 산소량이 0.002%보다 낮은 경우는, 적절한 조성을 갖는 산화물계 개재물의 평균 조성을 필요량 확보할 수 없게 된다. 그 때문에, 조대한 TiN이 정출되고, 또한 입내 페라이트 변태(Inter Granular Bainite, IGB) 생성의 기점이 될 수 있다. 한편, 용존 산소량이 0.01%보다 높은 경우는, HAZ 인성이 열화된다. 바람직한 용존 산소량의 하한은 0.0025% 이상, 보다 바람직하게는 0.003% 이상이다. 또한, 바람직한 용존 산소량의 상한은 0.009% 이하, 보다 바람직하게는 0.008% 이하이다.

다음으로, Al→Ti→(REM, Zr)→Ca의 순으로 각 원소를 첨가한다. 이 첨가 순서 이외의 순서로 각 원소를 첨가하면, 적절한 조성을 갖는 산화물계 개재물을 필요수 확보할 수 없게 된다. 특히, Ca는 탈산력이 극히 강하기 때문에, Ti나 Al에 앞서 Ca를 첨가하면, Ti나 Al과 결합하는 산소가 모두 없어져 버려, 원하는 TiO₂, Al₂O₃의 평균 조성을 확보할 수 없다. 한편, (REM, Zr)이라고 기재한 것은, REM과 Zr의 첨가 순서는 특별히 한정되지 않는 것을 의미한다. 즉, Ti 후이고, Ca 전이면, REM→Zr의 순서, Zr→REM의 순서 중 어느 것이어도 된다. 또는, REM과 Zr을 동시에 첨가해도 된다.

한편, Ti 첨가부터 Ca 첨가까지의 합계 시간은, 대체로, 3∼20분 이내로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 합계 시간이 3분을 하회하면, 반응이 과잉이 되어서 개재물 중의 Ca 농도가 지나치게 높아진다. 한편, 상기 합계 시간이 20분을 초과하면, 개재물이 조대화되어서 인성에 악영향을 미치게 된다.

상기와 같이 각 원소를 첨가한 후, 용강을 응고시킨다. 응고 방법은 특별히 한정되지 않지만, 특히, 주조 시에 있어서의 1500∼1450℃의 온도 범위에서의 냉각 시간을 300초 이내로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 온도 범위에서의 냉각 시간이 300초를 초과하면, 정출된 TiN이 조대화되어서 인성에 악영향을 미치는 것 외에, 생산성이 저하된다.

다음으로, 통상의 TMCP에 의해 강판을 제조한다. TMCP 조건으로서, 예를 들면 이하의 방법이 바람직하게 이용된다.

압연 전의 가열 조건: 예를 들면 950∼1200℃(보다 바람직하게는, 1050∼1150℃)

마무리 압연 온도: 예를 들면 680∼700℃

2상역 압하율: 예를 들면 30% 이상

마무리 압연 온도 후, 530℃까지의 온도역에서의 평균 냉각 속도: 2℃/초 이상

상기 온도역에서의 평균 냉각 속도가 2℃/초를 하회하면, 강도가 부족하기 때문이다. 바람직하게는 3℃/초 이상이다. 한편, 그 상한은 특별히 한정되지 않지만, 실조업 레벨의 생산성 등을 고려하면, 대체로, 30℃/초 이하이다.

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.

우선, 표 1에 나타내는 조성의 강을 진공 용해로에 의해 용제한 후, 얻어진 용강을 이용해서 240톤의 슬래브를 얻었다. 구체적으로는, 용제 시에 있어서, Mn, Si, Al을 이용한 탈산에 의해 용강 중의 용존 산소량을, 질량%로 0.002∼0.01%로 제어한 후, Ti→(REM, Zr)→Ca의 순으로, Ti 첨가부터 Ca 첨가까지의 시간이 3∼20분이 되도록 제어하면서 각 원소를 첨가하고, 또한 주조 시에 있어서의 1500∼1450℃의 온도 범위에서의 냉각 시간을 300초 이내로 했다.

본 실시예에서는, REM으로서, 질량%로 Ce를 50% 정도와 La를 25% 정도 함유하는 미쉬 메탈의 형태로 첨가했다. 표 중, 「-」은 대응하는 원소를 첨가하지 않는 것을 의미한다.

또한, 상기의 제강 공정에 있어서, 용강 중의 산소 농도, 황 농도, 질소 농도, 및 Ti 농도를 측정했다. 본 실시예에서는, 각 농도의 전부를 목표 관리 범위 내로 제어할 수 있었던 것을 합격으로 하고, 상기 중 적어도 하나의 원소에서 목표 관리 범위로부터 벗어난 것을 불합격으로 했다.

다음으로, 이와 같이 해서 얻어진 슬래브에 대해, 하기 조건의 열간 압연을 행함으로써, 판 두께 80mm의 열간 압연판을 얻었다. 이와 같이 해서 얻어진 강판은, 표 2의 모재 제법의 란에 「TMCP」라고 기재했다.

압연 전의 가열 조건: 1100℃

2상역 압하율: 30%

마무리 압연 온도부터 530℃까지의 평균 냉각 속도: 2∼8℃/초

한편, 표 2의 모재 제법의 란에 「공냉한 그대로」라고 기재되어 있는 것은, 상기의 평균 냉각 속도보다도 늦은 속도(0.6℃/초)로 냉각한 것이다.

상기 방법에 의해 얻어진 각 열간 압연판을 이용하여, 이하의 항목을 측정했다.

(원 상당 직경이 1μm 이상인 비금속 입자의 평균 조성의 측정)

상기 열간 압연판의 판 두께 방향 단면에 있어서, 판 두께 중앙부(t/2)를 중심으로, 시마즈제작소제 EPMA-8705를 이용해서 비금속 입자를 관찰했다. 상세하게는, 관찰 배율 400배, 관찰 시야 약 50mm²(판 두께 중심부가 관찰 시야의 중앙이 되도록, 판 두께 방향으로 7mm, 판 폭 방향으로 7mm)에서 관찰하고, 원 상당 직경이 1μm 이상인 개재물을 대상으로, 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 개재물 중앙부에서의 성분 조성을 정량 분석했다. 분석 대상 원소는, Al, Mn, Si, Mg, Ca, Ti, Zr, S, REM(La, Ce, Nd, Dy, Y), Nb로 했다. 기지 물질을 이용해서 각 원소의 X선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로서 구해 두고, 이어서, 상기 개재물로부터 얻어진 X선 강도와 상기 검량선으로부터, 그 개재물의 원소 농도를 정량했다. 마찬가지의 조작을, 합계 3개의 단면에 대해서 행하여, 그의 평균값을, 원 상당 직경이 1μm 이상인 비금속 입자의 평균 조성으로 했다. 얻어진 정량 결과 중 산소 함량이 5% 이상인 개재물을 산화물로 하고, 단독 산화물로서 질량 환산한 것을 평균해서, 산화물의 평균 조성으로 했다. 전체 산화물의 평균 조성을 하기 표에 나타낸다. 한편, REM의 산화물은, 금속 원소를 M으로 나타내면, 강재 중에 M₂O₃이나 M₃O₅, MO₂의 형태로 존재하지만, 모든 산화물을 M₂O₃으로 환산하여, 조성을 측정했다. 또한, 하나의 개재물로부터 복수의 원소가 관측된 경우에는, 그들 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비로부터 각 원소의 단독 산화물로 환산해서 산화물의 조성을 산출했다.

(장축이 20nm∼500nm인 미세한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도의 측정)

상기 열간 압연판의 표면으로부터 깊이 t/2(t: 판 두께)의 위치로부터, 시험편의 축심이 t/2의 위치를 지나도록 시험편을 잘라낸 후, 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 단면으로부터, 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 레플리카 시험편을 제작하고, TEM을 이용해서, 그의 단면을 관찰했다. 관찰 조건은 배율: 15만배, 관찰 시야: 0.66μm×0.78μm이고, 3시야 이상을 관찰했다. 그리고, 에너지 분산형 X선 검출기(Energy Dispersive X-ray, EDX)에 의해 Ti, N을 포함하는 입자를 판별해서, 그 입자를 Ti 함유 질화물로 했다. 또 화상 해석에 의해, 상기 관찰 시야 중의 Ti 함유 질화물의 면적을 측정하고, 원 상당 직경으로 환산해서, 500nm 이하의 Ti 함유 질화물의 개수를 계측하여, 1mm²당 개수 밀도로 환산했다. 단, 원 상당 직경이 20nm 미만인 입자에 대해서는, EDX의 신뢰성이 충분하지 않기 때문에, 해석으로부터 제외했다. 모든 관찰 시야에 대해서 마찬가지로 해서 1mm²당 개수 밀도를 측정하여, 그의 평균을 구했다.

(장축이 2μm 이상인 조대한 Ti 함유 질화물의 개수 밀도의 측정)

상기 열간 압연판의 표면으로부터 깊이 t/2(t: 판 두께)의 위치로부터, 시험편의 축심이 t/2의 위치를 지나도록 시험편을 잘라낸 후, 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 단면을, 광학 현미경을 이용해서 배율: 200배로 20시야 촬영하고, 조대한 Ti 함유 질화물의 개수를 카운트하여, 1mm² 상당의 개수 밀도로 환산해서 구했다. 측정 화상의 면적은, 1시야당 0.148mm², 1시료당 2.96mm²이다. Ti 함유 질화물의 동정은, 형상 및 색에 기초해서 행하고, 모난 형상이면서 선명한 오렌지색의 개재물을 Ti 함유 질화물이라고 간주했다. 또한, Ti 함유 질화물의 장축은 해석 소프트로 계측했다. 한편, 조대한 Ti 함유 질화물은, 산화물을 기점으로 해서 정출되는 경우가 많지만, 그 경우, 내부의 산화물은 장축의 계측의 대상으로부터 제외했다.

(모재의 인장 강도 TS의 측정)

상기 열간 압연판의 표면으로부터 깊이 t/4의 위치로부터, C 방향에 평행으로 JIS Z2241의 4호 시험편을 채취하고, ZIS Z2241에 기재된 방법으로 인장 시험을 행하여, 인장 강도 TS, 및 항복 강도 YS를 측정했다. 인장 시험은 판 두께 방향에 의한 영향은 그다지 없고, t/4부의 값은 t/2부의 값과 거의 동일한 뜻이라고 생각되기 때문에, 본 실시예에서는, 인장 시험을 t/4부에서 행했다. 본 실시예에서는, TS가 485MPa 이상인 것을 모재 강도가 우수하다고(합격이라고) 평가하고, 485MPa 미만인 것을 모재 강도가 뒤떨어진다고(불합격이라고) 평가했다. 한편, 모재 강도가 합격 기준인 485MPa을 하회하는 것에 대해서는, 이하의 HAX 인성은 행하지 않았다(표에는 「측정하지 않음」이라고 기재).

(극저온 HAZ 인성의 평가)

상기 열간 압연판(판 두께 80mm)을 양면으로부터 깎아내어, 판 두께 40mm의 용접 이음용 시험편을 채취한 후, 개선 각도 25°, 개선 폭(루트 갭) 6mm, 입열량 25kJ/mm의 조건에서 일렉트로가스 아크 용접을 행해서 용접 이음을 얻었다. 상기 용접 이음에 있어서의 HAZ 인성을 평가하는 데 있어, 특히 고온에 노출되는 퓨전 라인(Fusion Line, 용접선 또는 용접 융합부라고도 불린다. 표에서는 FL이라고 기재) 근방의 영역을 측정했다. 상세는 이하와 같다.

상기 시험편의 t/2 위치로부터, 노치 하단이 퓨전 라인이고, 또한 C 방향에 위치하도록 샤르피 시험편(10t×10L×55W, 단위는 mm, JIS Z2242의 V 노치 시험편)을 3본씩 채취했다. 그 후, -51℃에서 JIS Z2242에 기재된 방법으로 샤르피 충격 시험을 행해서 흡수 에너지(vE_- ₅₁)를 구하고, 이들의 최소값을 구했다. 그리고, vE_-51의 최소값이 48J 이상인 것을 HAZ 인성이 우수하다고(합격이라고) 평가하고, vE_-51의 최소값이 48J 미만인 것을 HAZ 인성이 뒤떨어진다고(불합격이라고) 평가했다.

이들의 결과를 표 2에 정리해서 기재한다.

[표 1A]

[표 1B]

[표 2A]

[표 2B]

상기 표의 결과로부터, 이하와 같이 고찰할 수 있다.

우선, No. 1∼27은 본 발명의 요건을 만족하는 예이며, 강 중 성분, 비금속 입자의 평균 조성, 및 Ti 함유 질화물의 개수 밀도가 모두 적절히 제어되어 있기 때문에, 모재 강도가 우수함과 더불어, 입열량을 25kJ/mm로 한 경우의 -51℃에서의 HAZ 인성(vE_- ₅₁)도 양호했다.

이에 비해, 본 발명의 어느 요건을 만족하지 않는 하기 예는, 이하의 문제를 갖고 있다.

No. 28은 C량의 상한을 초과하는 예이며, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 29는 C량의 하한을 하회하는 예이며, 모재 강도가 낮아졌다. 그 때문에, HAZ 인성은 측정하지 않았다.

No. 30은 Si량의 상한을 초과하는 예이며, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 31은 Si량의 하한을 하회하는 예이며, 용강 중의 산소 농도, 황 농도, 질소 농도, Ti 농도 중 적어도 하나의 원소에서 목표 관리 범위로부터 벗어남과 더불어, HAZ 인성도 저하됐다.

No. 32는 Mn량의 상한을 초과하는 예이며, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 33은 Mn량의 하한을 하회하는 예이며, 모재 강도가 낮아졌다. 그 때문에, HAZ 인성은 측정하지 않았다.

No. 34는 P량의 상한을 초과하는 예이며, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 35는 S량의 상한을 초과하는 예이며, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 36은 Al량의 하한을 하회하는 예이며, 용강 중의 산소 농도, 황 농도, 질소 농도, Ti 농도 중 적어도 하나의 원소에서 목표 관리 범위로부터 벗어남과 더불어, HAZ 인성도 저하됐다.

No. 37은 Al량의 상한을 초과하는 예이며, 비금속 입자의 Al₂O₃의 평균 조성이 많아지고, 조대한 TiN의 개수 밀도도 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 38은 Nb를 첨가하지 않는 예이며, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 39는 Nb량의 상한을 초과하는 예이며, 모재 강도가 낮아졌다. 그 때문에, HAZ 인성은 측정하지 않았다.

No. 40은 Ti량의 하한을 하회하는 예이며, 비금속 입자의 TiO₂의 평균 조성이 적어지고, 조대한 TiN의 개수 밀도도 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 41은 Ti량의 상한을 초과하는 예이며, 조대한 TiN의 개수 밀도가 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 42, 43은 N량의 하한, 상한을 벗어나는 예이며, 모두 HAZ 인성이 저하됐다.

No. 44는 O량의 상한을 초과하는 예이며, 조대한 TiN의 개수 밀도가 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 45는 REM량의 상한을 초과하는 예이며, 비금속 입자의 각 산화물의 평균 조성이 모두 본 발명의 요건을 만족하지 않고, 조대한 TiN의 개수 밀도도 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 46은 REM을 첨가하지 않는 예이며, 비금속 입자 중에 REM 산화물이 생성되지 않고, 조대한 TiN의 개수 밀도도 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 47은 Zr량의 상한을 초과하는 예이며, 비금속 입자의 Al₂O₃의 평균 조성이 적고, ZrO₂의 평균 조성이 많아지며, 조대한 TiN의 개수 밀도도 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 48은 Zr을 첨가하지 않는 예이며, 비금속 입자 중에 ZrO₂가 생성되지 않고, 조대한 TiN의 개수 밀도도 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 49는 Ca량의 상한을 초과하는 예이며, 조대한 TiN의 개수 밀도가 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 50은 Ca를 첨가하지 않는 예이며, 조대한 TiN의 개수 밀도가 증가했기 때문에, HAZ 인성이 저하됐다.

No. 51은 강 중 성분은 본 발명의 요건을 만족하지만, 공냉한 그대로로 제조했기 때문에, 모재 강도가 낮아졌다. 그 때문에, HAZ 인성은 측정하지 않았다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있다는 것은 당업자에게 분명하다.

본 출원은 2014년 10월 17일 출원된 일본 특허출원(특원 2014-212542)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 압강재는, 에너지 저장 설비, 화학 플랜트, 발전 설비, 원자로 압력 용기 등의 분야에 사용되는 탱크용으로서 유용하다.

Claims

(1) 강의 조성이, 질량%로,
C: 0.02∼0.15%,
Si: 0.05∼0.5%,
Mn: 0.6∼2.0%,
P: 0% 초과 0.030% 이하,
S: 0% 초과 0.025% 이하,
Al: 0.02∼0.07%,
Nb: 0.005% 이상 0.050% 미만,
Ti: 0.003∼0.03%,
N: 0.0020∼0.010%,
O: 0% 초과 0.0040% 이하,
REM: 0.0002∼0.050%,
Zr: 0.0003∼0.020%,
Ca: 0.0003∼0.0060%를 함유하고,
잔부: 철 및 불가피적 불순물이며,
Ti의 함유량 [Ti]와 N의 함유량 [N]이, [Ti]×[N]≥0.000085를 만족함과 더불어,
(2) 강판의 판 두께를 t로 했을 때, t/2에 있어서의 요건이 하기 (2-1) 및 (2-2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 용접 열영향부의 인성이 우수한 탱크용 후강판.
(2-1) 원 상당 직경이 1μm 이상인 비금속 입자의 평균 조성이, 질량%로,
20%≤Al₂O₃≤40%,
5%≤TiO₂≤20%,
5%≤REM의 산화물≤45%,
5%≤ZrO₂≤60%,
5%≤CaO≤40%
를 만족하고, 또한
(2-2) Ti 함유 질화물의 평균 개수 밀도에 대해서,
장축 길이가 2μm 이상인 것이 1mm²당 0.8개 이하이고,
원 상당 직경으로 20nm 이상 500nm 이하인 것이 1mm²당 1.0×10⁵개 이상을 만족한다.
제 1 항에 있어서,
하기 (a) 및 (b)의 적어도 1종을 추가로 포함하는 탱크용 후강판.
(a) 질량%로, V: 0% 초과 0.1% 이하,
(b) 질량%로, Cu: 0% 초과 0.50% 이하, Ni: 0% 초과 0.85% 이하, Cr: 0% 초과 0.30% 이하, 및 Mo: 0% 초과 0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소