KR20180075659A

KR20180075659A - 강 부재 및 강판, 및 이들의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180075659A
Application number: KR1020187015414A
Authority: KR
Inventors: 료타 미야타; 요시타케 고바야시
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-07-04
Also published as: CN108350539B; JP2017088938A; EP3372702A1; EP3372702A4; JP6735082B2; KR102106766B1; WO2017077967A1; CN108350539A; EP3372702B1

Abstract

강 부재의 제조 공정에 있어서, 용접 후에 PWHT를 장시간 행한 경우에도, 판 두께 중앙부가 고강도이고 또한 인성이 충분히 우수한 강 부재를 제공한다. 상기 강 부재는, C, Si, Mn, P, S, Al, Cu, Ni, Cr, Mo, N, B 및 V가 규정된 범위 내에 있고, Nb가 0.005% 이하, Ti가 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM 및 Zr의 합계가 0.0010% 이하로 억제되고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며, 판 두께가 100mm 이하이고, 판 두께 중앙부에서의 조직이 하기 (a), (b) 모두를 만족시키고, 또한 -38℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상인 것을 특징으로 한다.
(a) 조직이 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽이다.
(b) 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경을 D, 입계 탄화물의 최대경을 d로 했을 때, D/d로 표시되는 값이 54 이하이다.

Description

강 부재 및 강판, 및 이들의 제조 방법

본 발명은 강 부재 및 강판, 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 강판에 대해서 용접 및 용접 후 열처리(Post Weld Heat Treatment, 이하 「PWHT」라고 하는 경우가 있음)를 실시하여 얻어지는 강 부재, 특히 해당 PWHT가 고온 장시간이어도 판 두께 중앙부의 강도 및 저온 인성이 우수한 강 부재와, 해당 강 부재의 제조에 이용되는 강판과, 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 이하에서는, 저온 인성을 간단히 「인성」이라고 하는 경우가 있다.

석유 정제를 비롯한 화학 공업에서 이용하는 중·고온 압력 용기는, 조업의 고능률화를 목적으로, 가일층의 내고온고압화가 요구되는 경향이 있다. 따라서, 상기 압력 용기 등의 강 부재에 사용되는 강판은 고강도화가 요구된다. 또한 안전성의 관점에서, 상기 강 부재에 대해 고레벨의 저온 인성도 요구된다.

상기 고강도화를 도모하기 위해, 상기 강판에는, 불림이나 담금질이 실시된다. 그러나 상기 강판의 판 두께가 두꺼운 편이면, 불림 또는 담금질 시의 강판 내부, 특히 판 두께 중앙부의 냉각 속도가 작아, 고강도 등이 얻어지기 어려운 것과 같은 문제가 있다. 그런데, 상기 압력 용기 등의 강 부재는 상기 강판을 용접한 후, 변형 제거를 위한 응력 제거 소둔, 즉 PWHT를 실시하여 얻어진다. 상기 변형 제거를 위해서 PWHT가 장시간 행해지지만, PWHT가 장시간 실시된 강 부재는 저온 인성 등이 저하되는 것과 같은 문제가 있다.

또한, 고인성을 확보하는 방법으로서, 합금 원소량을 높이는 것을 들 수 있다. 상기 압력 용기 등의 강 부재에는, 합금 원소로서 Cr 및 Mo를 포함하는 Cr-Mo강이 이용된다. 상기 Cr-Mo강으로서, 예를 들면 2.25Cr-1.0Mo강을 이용하면, 인성의 확보가 어려운 후강판의 판 두께 중앙부에서도, 양호한 인성이 얻어진다는 것이 알려져 있다. 그러나 근년에는, 자원 절약화나 비용 저감의 지향이 높아지고 있다. 따라서, 상기 2.25Cr-1.0Mo강보다도 합금 원소량을 억제한 Cr-Mo강을 이용하는 것을 전제로, 판 두께 중앙부의 강도와 인성이 우수한 강 부재를 실현하는 것이 강하게 요구되고 있다.

상기 과제에 대해, 합금 원소량을 억제하면서 화학 성분을 적정하게 조정하는 것에 의해, 고강도나 고인성을 달성하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들면 특허문헌 1 및 2에는, 인성 확보가 어려운 1.25Cr-0.5Mo 레벨의 성분 조성의 강을 대상으로, 저온 인성을 개선하는 기술이 나타나 있다.

특허문헌 1에는, Nb 및 Ca를 첨가함으로써, 담금질성을 확보하고, 또한 SR(Stress Relief, 응력 제거 소둔) 시의 특성 저하의 억제를 도모한 기술이 나타나 있다. 그러나 이 기술을, 조괴법으로의 주조가 주가 되는 두꺼운 편인 강판에 적용하면, 상기 Ca가 조대한 개재물을 형성하여, 인성에 악영향을 미칠 염려가 있다. 따라서, 판 두께가 두꺼운 편인 강 부재의 판 두께 중앙부의 인성을 안정되게 확보하는 것은 어렵다고 생각된다.

또한 특허문헌 2에는, 제조 공정에 있어서, 담금질 전에 제어 압연, 또는 제어 압연+가속 냉각을 실시하는 것에 의해, 오스테나이트 입경을 미세화하여, 저온 인성을 확보한 기술이 나타나 있다. 그러나 이 기술에 있어서의 상기 제어 압연은, 압연 라인의 생산성의 저하를 초래하는 경우가 있기 때문에, 실용적이라고는 말하기 어렵다.

일본 특허공개 평06-279919호 공보 일본 특허공개 2000-345281호 공보

본 발명은 상기와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 강 부재의 제조 공정에 있어서, 용접 후의 PWHT를 장시간, 특히 고온 장시간으로 한 경우에도, 강재 내부가 고강도이고 또한 높은 저온 인성을 나타내는 강 부재와, 해당 강 부재의 제조에 유용한 강판, 및 이들의 제조 방법을 확립하는 것에 있다. 상기 「강재 내부」는 특히 「판 두께 중앙부」를 의미한다. 이하 동일하다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 강 부재는, 성분 조성이,

C: 0.110%(질량%의 의미. 화학 성분에 대하여 이하 동일) 이상 0.15% 이하,

Si: 0.50% 이상 0.80% 이하,

Mn: 0.40% 이상 0.65% 이하,

P: 0% 초과 0.0070% 이하,

S: 0% 초과 0.0070% 이하,

Al: 0.030% 이상 0.080% 이하,

Cu: 0.05% 이상 0.20% 이하,

Ni: 0.05% 이상 0.30% 이하,

Cr: 1.05% 이상 1.50% 이하,

Mo: 0.45% 이상 0.65% 이하,

N: 0.0030% 이상 0.0070% 이하,

B: 0.0003% 이상 0.0010% 이하, 및

V: 0% 이상 0.030% 이하

를 만족시키고,

Nb가 0.005% 이하, Ti가 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM 및 Zr의 합계가 0.0010% 이하로 억제되고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며,

판 두께가 100mm 이하이고,

판 두께 중앙부에서의 조직이 하기 (a), (b) 모두를 만족시키고, 또한 -38℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상인 점에 특징을 갖는다.

(a) 조직이 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽이다.

(b) 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경을 D, 입계 탄화물의 최대경을 d로 했을 때, D/d로 표시되는 값이 54 이하이다.

또한 상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 강판은, 상기 강 부재의 제조에 이용하는 강판으로서, 성분 조성이,

C: 0.110% 이상 0.15% 이하,

Si: 0.50% 이상 0.80% 이하,

Mn: 0.40% 이상 0.65% 이하,

P: 0% 초과 0.0070% 이하,

S: 0% 초과 0.0070% 이하,

Al: 0.030% 이상 0.080% 이하,

Cu: 0.05% 이상 0.20% 이하,

Ni: 0.05% 이상 0.30% 이하,

Cr: 1.05% 이상 1.50% 이하,

Mo: 0.45% 이상 0.65% 이하,

N: 0.0030% 이상 0.0070% 이하,

B: 0.0003% 이상 0.0010% 이하, 및

V: 0% 이상 0.030% 이하

를 만족시키고,

Nb가 0.005% 이하, Ti가 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM 및 Zr의 합계가 0.0010% 이하로 억제되고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며, 또한 판 두께가 100mm 이하인 점에 특징을 갖는다.

또, 상기 과제를 해결할 수 있었던 강판의 제조 방법은, 상기 성분 조성을 만족시키는 강편을 열간 압연 후, 담금질을, 가열 온도: 910℃ 이상 940℃ 이하, 또한 해당 가열 온도에서의 유지 시간: 25분 이상 60분 이하의 조건에서 행하고, 이 담금질 후에 템퍼링을, 가열 온도: 620℃ 이상 Ac₁점 이하, 또한 하기 식(1)로 표시되는 P_T값이 19.2 이상 20.6 이하가 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행하는 점에 특징을 갖는다.

P_T값 = T_T×(20+logt_T)×10^-3 …(1)

식(1) 중, T_T는 템퍼링의 가열 온도(K), t_T는 템퍼링의 가열 시간(hr)을 나타낸다.

본 발명에는, 상기 강 부재의 제조 방법도 포함된다. 해당 강 부재의 제조 방법은, 상기 강판을 이용하여 용접하고, 추가로 용접 후 열처리를, 하기 식(2)로 표시되는 P_PWHT값이 20 이상이 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행하는 점에 특징을 갖는다.

P_PWHT값 = T_PWHT×(20+logt_PWHT)×10^-3 …(2)

식(2) 중, T_PWHT는 용접 후 열처리의 가열 온도(K), t_PWHT는 용접 후 열처리의 가열 시간(hr)을 나타낸다.

본 발명의 강판을 강 부재의 제조에 이용하면, 해당 강 부재의 제조 공정 중의 PWHT를 장시간, 특히 고온 장시간으로 한 경우에도, 강재 내부가 고강도이고 또한 인성이 충분히 우수한 강 부재가 얻어진다. 그 결과, 고강도이고 또한 고인성을 나타내는 중·고온 압력 용기 등을 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 강 부재는, 합금 원소량이 억제되어 있기 때문에, 자원 절약화 및 비용 저감에 기여한다.

도 1은 실시예에 있어서의 D/d와 -38℃에서의 샤르피 흡수 에너지의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명자들은, 합금 원소량이, 상기 2.25Cr-1.0Mo강보다도 억제된 Cr-Mo강으로 이루어지는 강판을 이용하는 것을 전제로, 해당 강판에 대해, 특히 장시간의 PWHT를 실시하여 강 부재를 제조한 경우여도, 해당 강 부재로서 판 두께 중앙부의 저온 인성과 강도가 우수한 것을 얻을 수 있도록, 예의 연구를 거듭했다.

그 결과, 우선 판 두께 중앙부가 고인성인 강 부재를 얻기 위해서는, 특히,

·미세한 조직으로 하고, 또한 조대화되기 쉬워 파괴의 기점이 되기 쉬운 입계 탄화물의 미세화를 도모한다. 상세하게는, (a) 조직을 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽으로 함과 더불어, (b) 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경을 D, 입계 탄화물의 최대경을 d로 했을 때, D/d로 표시되는 값을 54 이하로 하는 것; 및

·템퍼링 취화 감수성의 억제를 도모하는 것, 상세하게는, 후술하는 성분 조성을 만족시키도록 하는 것;

이 유효하다는 것을 발견했다. 이하에서는, 상기 「인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경」을 간단히 「대각 입계 사이즈」라고 하는 경우가 있다. 또한, 상기 「템퍼링 취화 감수성의 억제」를 이하 「템퍼링 취화의 억제」, 「입계 균열의 억제」라고도 한다.

이하에서는, 본 발명의 강 부재의, 판 두께 중앙부의 마이크로 조직에 관한 상기 (a) 및 (b)에 대하여 우선 설명한다.

한편, 이하의 설명에서는, 「판 두께 중앙부의 조직」을 간단히 「조직」이라고 한다. 또한, 하기에 나타내는 특성, 즉 강도, 저온 인성은 강 부재, 즉 강판에 대해서 용접 및 PWHT를 실시한 후의, 적어도 판 두께 중앙부의 각 특성을 말하는 것으로 한다.

상기 템퍼링 베이나이트나 템퍼링 마텐자이트는 미세한 조직이고, 특히 판 두께 중앙부의 강도 및 인성을 확보하는 데 유효한 조직이다. 본 발명의 강 부재는 조직이 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽이다. 그 밖의 불가피적으로 포함될 수 있는 조직으로서, 폴리고날 페라이트, 잔류 오스테나이트, 펄라이트 등을 들 수 있지만, 이들 조직은 합계로 5면적% 이하로 억제되고, 가장 바람직하게는 이들 조직이 0면적%이다. 특히 상기 폴리고날 페라이트가 존재하는 경우, 결정립 사이즈가 조대한 상부 베이나이트 조직이 주체가 되어, 양호한 인성을 확보할 수 없다.

판 두께 중앙부의 조직을, 전술과 같이, 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽으로 함으로써, 조직의 미세화를 도모할 수 있지만, 본 발명에서는, 조직의 확실한 미세화에 의해 높은 인성을 얻기 위해, 상기 (b)를 규정한다.

템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트의 조직의 경우, 일반적으로는, 인접하는 2개의 결정의 방위차(결정 방위차)가 15° 이상인, 이른바 대각 입계는, 인접하는 2개의 결정 방위차가 크기 때문에, 취성 파괴의 진전이 만곡되고, 취성 파괴의 파면 단위가 작아져, 인성 향상에 기여한다. 한편, 본 발명의 강 부재는, 전술과 같이, PWHT, 특히 장시간의 PWHT, 더욱이 고온 장시간의 PWHT를 받은 것이다. 강 부재를 구성하는 Cr-Mo강은, PWHT를 받으면, 일반적으로 M₂₃C₆의 입계 탄화물이 생성된다. 이 PWHT의 조건이 고온, 장시간과 같은 엄격한 조건이 되면, 상기 입계 탄화물은 조대화되어 파괴의 기점이 되기 쉬워, 인성 열화를 초래한다.

본 발명에서는, 이들 대각 입계 사이즈의 평균 원상당경 D와 상기 입계 탄화물 중의 최대경 d의 관계에 대하여, 상기 (b)와 같이 D/d로 표시되는 값이 54 이하를 만족시키면, PWHT 후여도 충분히 우수한 인성을 확보할 수 있다는 것을 발견했다. 상기 D/d는, 바람직하게는 50 이하, 보다 바람직하게는 48 이하이다. 한편, 본 발명에서 규정하는 성분 조성이나 제조 조건 등을 고려하면, 상기 D/d의 하한치는 12 정도가 된다.

본 발명에서는, 상기 D/d가 54 이하를 만족시키면 되고, 대각 입계의 평균 원상당경 D와 상기 입계 탄화물의 최대경 d의 개개의 값에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 대각 입계 사이즈의 평균 원상당경 D는, 예를 들면 45μm 이하, 더욱이 35μm 이하, 더욱이 30μm 이하, 더욱이 25μm 이하, 더욱이 15μm 이하로 할 수 있다. 대각 입계 사이즈의 평균 원상당경 D의 하한은, 제조상, 대략 10μm 정도가 된다. 또한, 상기 입계 탄화물의 최대경 d는, 예를 들면 0.8μm 이하로 할 수 있다. 해당 입계 탄화물의 최대경 d는, 더욱이 0.70μm 이하, 더욱이 0.60μm 이하로 할 수 있다. 한편, 상기 입계 탄화물의 최대경 d의 하한은, 본 발명에서 규정하는 성분 조성 및 제조 조건의 범위 내에 있어서, 대략 0.20μm 정도이다.

본 발명에서는, 판 두께 중앙부의 조직을 상기와 같이 제어할 필요가 있지만, 그 밖의 부위, 예를 들면 판 두께 표층부 등의 조직에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 한편, 판 두께 중앙부보다 표층측의 부분은, 판 두께 중앙부보다도 일반적으로 담금질 시의 냉각 속도가 크므로, 판 두께 중앙부보다도 미세한 조직이 얻어지기 쉬워, 강도, 인성 모두 판 두께 중앙부보다도 좋아지는 경향이 있다.

판 두께 중앙부에 있어서, 상기 (a) 및 (b)의 미세한 조직을 얻기 위해서는, 상기 강 부재의 제조에 이용하는 강판의 성분 조성을, 특히 하기와 같이 할 필요가 있다. 즉, 상기 D/d가 54 이하를 만족시키도록, 상기 평균 원상당경 D의 미세화를 도모하기 위해서는, 후술하는 양의 B를 함유시켜, 프리 B(고용 B)로서 존재시키는 것에 의해 담금질성을 높이는 것이 필요하다. 그를 위해서는, 프리 B를 확보하도록, B와 결합하여 BN을 형성하기 쉬운 N을, 후술하는 양의 Al을 첨가하여 AlN으로서 고정하는 것이 중요하다. 이 AlN은, 담금질 시에 구 오스테나이트(γ)립의 조대화를 억제하여, 미세한 조직을 얻기 위해서 유용하다.

상기 평균 원상당경 D의 미세화를 위해서는, 전술과 같이 합금 원소를 첨가하여 담금질성을 향상시키는 것이 유효하지만, 과잉한 C, 과잉한 Cu나 Ni는 강도를 필요 이상으로 높여, 인성의 저하를 초래한다. 따라서 인성 확보의 관점에서, C, Cu 및 Ni의 상한을 설정할 필요가 있다.

또한 본 발명에서는, Nb와 Ti의 함유량을 억제한다. 이들 원소가 많이 포함되면, 상기 범위의 D/d를 달성하는 것이 곤란해지기 때문이다. 또한 이들 원소는, 필요 이상으로 강도를 높여 가공성의 저하를 초래하기 때문이다. 또, Ca, Mg, REM 및 Zr의 함유량도 억제한다. 이들 원소는 개재물을 증가시켜, 인성의 저하를 초래하기 때문이다. 또한 상기 입계 탄화물의 사이즈 제어에는, 상기 C 외에 Cr의 함유량도 제어가 필요하다. 또, 템퍼링 취화 감수성을 억제하여 인성을 확보하기 위해서는, Si 등의 함유량의 제어도 필요하다.

또 제조 조건으로서, 이후에 상술하는 대로, 용접에 제공하는 강판의 제조 시에, 담금질과 템퍼링의 조건을 적정하게 제어하는 것이 중요하다.

이하에서는 우선, 상기 조직이나 특성의 확보에 필요한, 강판 및 강 부재의 성분 조성에 대하여 설명한다.

C: 0.110% 이상 0.15% 이하

C는, 강판의 담금질 시에, 냉각 속도가 작은 판 두께 중앙부에서도, 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽을 얻기 위해서, 및 담금질성을 증가시켜 평균 결정 입경 D의 미세화를 도모하여, D/d를 상기 범위 내로 하기 위해서 필요한 원소이다. 또한, 입계 탄화물을 확보하여, 충분한 모재 강도를 얻기 위해서도 필요한 원소이다. 이들 효과를 충분히 발휘시키기 위해, C량을 0.110% 이상으로 한다. C량은, 바람직하게는 0.120% 이상, 보다 바람직하게는 0.130% 이상이다. 그러나 C량이 과잉이면, 장시간의 PWHT 후에, 입계 탄화물의 조대화를 초래하여, 인성이 열화된다. 또한, 강판의 용접 시에 용접 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서 C량은 0.15% 이하로 한다. C량은, 바람직하게는 0.145% 이하이다.

Si: 0.50% 이상 0.80% 이하

Si는 강 부재의 모재 강도, 즉 판 두께 중앙부의 강도의 향상에 유효한 원소이다. 또한 탈산재로서 이용되는 원소이기도 하다. 또, 템퍼링 취화 감수성을 억제하여 인성 확보에도 유용한 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Si량은 0.50% 이상으로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.55% 이상, 보다 바람직하게는 0.60% 이상이다. 그러나, Si량이 과잉이 되면, 템퍼링 취화 감수성이 높아져, 인성이 열화되므로, 0.80% 이하로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.75% 이하, 보다 바람직하게는 0.70% 이하이다.

Mn: 0.40% 이상 0.65% 이하

Mn은 오스테나이트를 안정화시키고, 변태 온도를 저온화시킴으로써, 담금질성을 향상시켜, 미세한 조직을 얻고, 그 결과, 강도와 인성을 확보하기 위해서 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Mn은 0.40% 이상 함유시킨다. Mn량은, 바람직하게는 0.45% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.46% 이상이다. 그러나 Mn을 과잉으로 함유시키면, 템퍼링 취화 감수성이 높아져, 인성이 열화된다. 따라서, Mn량은 0.65% 이하, 바람직하게는 0.60% 이하, 보다 바람직하게는 0.55% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.50% 이하이다.

P: 0% 초과 0.0070% 이하

불가피 불순물인 P는 모재와 용접부의 인성에 악영향을 미침과 더불어, 특히 강 부재의 입계에 편석하여, 입계 균열을 초래하여, 인성을 열화시킨다. 이들 문제를 초래하지 않도록, P량은 0.0070% 이하로 억제한다. P량은, 바람직하게는 0.0060% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다.

S: 0% 초과 0.0070% 이하

S는 MnS를 형성하여, 강판의 용접 시에 용접 균열을 초래하기 쉬운 원소이다. 따라서, S는 가능한 한 적은 편이 바람직하고, S량은 0.0070% 이하, 바람직하게는 0.0050% 이하, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하로 억제한다.

Al: 0.030% 이상 0.080% 이하

Al은, 전술과 같이, 본 발명에서는 매우 중요한 원소이고, 담금질 시에 N을 AlN으로서 고정하여, 프리 B에 의한 담금질성 확보에 필요한 원소이다. 또한, AlN은, 담금질 시의 구 γ립의 조대화를 억제하여, 미세한 조직을 얻기 위해서 유용하다. 또 Al은 탈산에 필요한 원소이기도 하다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Al량을 0.030% 이상으로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.040% 이상, 보다 바람직하게는 0.045% 이상, 더 바람직하게는 0.050% 이상이다. 한편, Al량이 과잉이 되면, 알루미나계의 조대한 개재물이 형성되어 인성이 저하된다. 따라서 Al량은 0.080% 이하로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.075% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.071% 이하이다.

Cu: 0.05% 이상 0.20% 이하, Ni: 0.05% 이상 0.30% 이하

Cu 및 Ni는 인성을 크게 손상시킴이 없이, 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 이 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Cu를 0.05% 이상, 바람직하게는 0.10% 이상, 보다 바람직하게는 0.11% 이상, 또한 Ni를 0.05% 이상, 바람직하게는 0.10% 이상, 보다 바람직하게는 0.15% 이상, 더 바람직하게는 0.16% 이상 함유시킨다. 단, 이들 원소의 다량의 첨가는 전술과 같이 강도를 필요 이상으로 높여, 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Cu량의 상한은 0.20% 이하, Ni량의 상한은 0.30% 이하로 한다. Cu량은, 바람직하게는 0.18% 이하, 보다 바람직하게는 0.17% 이하이다. 또한 Ni량은, 바람직하게는 0.28% 이하, 보다 바람직하게는 0.26% 이하이다.

Cr: 1.05% 이상 1.50% 이하

Cr은 PWHT에 의한 탄화물의 조대화를 억제하여, 강 부재의 인성을 확보하는 데 유효한 원소이다. 또한, 중·고온역에서의 강도의 확보, 더욱이 내식성의 향상에도 유효한 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Cr을 1.05% 이상 함유시킨다. Cr량은, 바람직하게는 1.10% 이상, 보다 바람직하게는 1.20% 이상이다. 한편, Cr을 과잉으로 함유시키면, 템퍼링 취화 감수성이 높아져, PWHT 후에 입계 균열이 생기기 쉬워, 인성에 악영향을 미친다. 또한, 과잉한 Cr은 가공성이나 용접성의 저하, 더욱이 제조 비용의 상승을 초래한다. 따라서, Cr량은 1.50% 이하로 한다. Cr량은, 바람직하게는 1.45% 이하, 보다 바람직하게는 1.40% 이하이다.

Mo: 0.45% 이상 0.65% 이하

Mo는 담금질성을 높임과 더불어, 템퍼링 취화의 억제에 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Mo를 0.45% 이상 함유시킬 필요가 있다. Mo량은, 바람직하게는 0.50% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.55% 이상이다. 한편, Mo량이 0.65%를 초과하더라도 효과의 향상은 작고, 제조 비용의 상승으로 이어지기 때문에, Mo량의 상한은 0.65% 이하로 한다. Mo량은, 바람직하게는 0.62% 이하이다.

N: 0.0030% 이상 0.0070% 이하

N은 Al과 함께 본 발명에 중요한 원소이다. AlN을 생성하여, 담금질 시에 N을 고정하는 것에 의해, 프리 B에 의한 담금질성 향상 효과를 최대한 발휘시킬 수 있다. 또한, AlN은 담금질 시의 구 γ립의 조대화를 억제하여, 미세한 조직을 얻기 위해서 유용하다. N량이 0.0030% 미만이면, AlN이 부족하여, 구 γ립이 조대해지고, 그 결과, 미세한 조직이 얻어지지 않아 인성이 열화된다. 따라서, N량은 0.0030% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0035% 이상, 보다 바람직하게는 0.0040% 이상이다. 한편, N량이 0.0070%를 초과하면, Al에 의한 N 고정 효과가 얻어지지 않아, BN이 생성되어 버리고, 프리 B에 의한 담금질성 향상 효과가 저해되어, 조직이 조대화되어, 인성이 열화된다. 따라서 N량은 0.0070% 이하로 한다. N량은, 바람직하게는 0.0060% 이하, 보다 바람직하게는 0.0055% 이하, 더 바람직하게는 0.0050% 이하이다.

B: 0.0003% 이상 0.0010% 이하

B는, 전술과 같이, 프리 B(고용 B)로서 존재시킴으로써, 담금질성을 높여, 특히 담금질 시의 냉각 속도가 느린 판 두께가 두꺼운 편인 강판의 판 두께 중앙부에서도, 평균 결정 입경 D를 미세화할 수 있다. 그 결과, 상기 판 두께 중앙부에서도 우수한 인성을 확보할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 전술의 Al 및 N의 함유량과 후술하는 담금질 조건을 제어하는 것을 전제로 하더라도, B는 0.0003% 이상 필요하다. B량은, 바람직하게는 0.0005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0007% 이상이다. 한편, B를 과도하게 함유시키면, 오히려 담금질성이 저하되는 경우나, 용접 균열 등을 초래하는 경우가 있기 때문에, B량의 상한은 0.0010%로 한다. B량은, 바람직하게는 0.0009% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0008% 이하이다.

V: 0% 이상 0.030% 이하

V는 탄화물, 질화물을 형성하여 강도 향상에 기여함과 더불어, 담금질성을 높여 미세한 조직을 얻는 데에도 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해, V량을 바람직하게는 0.003% 이상 함유시켜도 된다. V량은, 보다 바람직하게는 0.005% 이상이다. 한편, V의 과잉한 첨가는 비용의 상승을 초래하기 때문에, 상한은 0.030% 이하로 한다. V량은, 바람직하게는 0.027% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020% 이하, 더 바람직하게는 0.010% 이하이다.

Nb가 0.005% 이하, Ti가 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM 및 Zr의 합계가 0.0010% 이하

본 발명에서는, Nb를 0.005% 이하, Ti를 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM(Rare Earth Metal) 및 Zr의 합계를 0.0010% 이하로 억제한다. 전술과 같이, Nb와 Ti는 담금질 시의 구 γ립을 미세하게 하여, 담금질성을 저하시킨다. 그 결과, 대각 입계 사이즈가 조대해져, 즉 평균 원상당경 D가 커져, D/d가 규정 범위를 초과해 버린다. 또한, Nb와 Ti는 필요 이상으로 강도를 높여, 가공성의 저하를 초래하는 원소이기도 하다. 또, Ca, Mg, REM 및 Zr은 개재물을 증가시켜, 인성의 저하를 초래한다. 이상으로부터, 이들 원소는 최대한 억제하는 것이 바람직하고, 모든 원소가 제로여도 된다. 본 발명에 있어서 상기 REM은 란타노이드 원소, 즉 La로부터 Lu까지의 15 원소, 및 스칸듐과 이트륨을 포함하는 의미이다.

본 발명의 강판 및 강 부재는 상기 화학 성분을 함유하고, 잔부는 철 및 불가피 불순물이다.

다음으로, 본 발명의 강판 및 강 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선 강판의 제조 방법부터 설명한다.

전술한 성분 조성을 갖는 강편을 통상적 방법에 의해 열간 압연하여 강판을 얻은 후, 해당 강판에 대해, 담금질과 템퍼링을 행한다. 강 부재의 상기 (a) 및 (b)로 규정한 미세한 조직을 얻기 위해서는, 강판의 제조 공정에 있어서, 하기의 조건에서 담금질 및 템퍼링을 행할 필요가 있다.

담금질의 가열 온도: 910℃ 이상 940℃ 이하, 또한 해당 가열 온도에서의 유지 시간: 25분 이상 60분 이하

담금질의 가열 온도를 910∼940℃, 또한 가열 유지 시간을 25분 이상으로 하는 것에 의해, 구 γ립을 어느 정도 성장시킬 수 있고, 그 결과, 담금질성이 향상되어, 미세한 조직을 얻을 수 있다.

담금질의 가열 온도가 910℃를 하회하면, 담금질 시의 구 γ립이 미세한 그대로이기 때문에, 강판의 판 두께 중앙부와 같이 냉각 속도가 느린 부분에서는, 미세한 조직이 얻어지지 않아, 우수한 인성을 확보할 수 없다. 따라서, 담금질의 가열 온도는 910℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 920℃ 이상이다. 한편, 상기 가열 온도가 940℃를 초과하면, AlN으로서 고정되어 있던 N이 일부 고용되고, B와 결합해서 BN이 되어, 프리 B에 의한 담금질성 향상 효과가 얻어지지 않는다. 그 결과, 미세한 조직이 얻어지지 않아, 인성이 열화된다. 따라서, 담금질의 가열 온도는 940℃ 이하로 한다. 바람직하게는 935℃ 이하이다.

또한, 담금질 시의 가열 온도가 상기 범위 내여도, 해당 가열 온도에서의 유지 시간(가열 유지 시간)이 25분보다 짧으면 구 γ립이 미세한 그대로이기 때문에, 소정량의 B를 포함하고 있어도 충분한 담금질성이 얻어지지 않고, 그 결과, 조직이 조대화되어 인성이 열화된다. 따라서 가열 유지 시간은 25분 이상으로 한다. 바람직하게는 30분 이상이다. 가열 유지 시간의 상한은, 생산성 등의 관점에서 60분 이하이고, 바람직하게는 55분 이하이다.

한편, 상기와 같이 담금질 시의 조건을 제어하여, 구 γ 입경을 50∼100μm 정도의 범위 내로 하면, 미세한 조직이 용이하게 얻어지기 때문에 바람직하다.

상기 담금질에 이어, 템퍼링을 620℃ 이상 Ac₁점 이하의 온도, 또한 하기 식(1)로 표시되는 P_T값이 19.2 이상 20.6 이하가 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행한다.

P_T값 = T_T×(20+logt_T)×10^-3 …(1)

템퍼링의 가열 온도(템퍼링 온도): 620℃ 이상 Ac₁점 이하

상기 담금질에서는, 판 두께에 상관없이 표층 근방은 냉각 속도가 빨라, 표층의 경도가 단단해지기 쉽기 때문에, 담금질 후, 템퍼링을 행하는 것에 의해 강판의 굽힘 가공 등의 가공성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 강 부재의 제조 공정에 있어서, 해당 강판의 가공성을 향상시키는 관점에서, 표층의 경도를 줄이기 위해서 템퍼링을 행한다. 템퍼링의 조건으로서는, 템퍼링 온도를 620℃ 이상 Ac₁점 이하로 한다. 템퍼링 온도를 620℃ 이상으로 하는 것에 의해, 표층의 경도가 충분히 저감되어, 양호한 가공성을 확보할 수 있다. 템퍼링 온도는, 바람직하게는 700℃ 이상이다. 한편, 템퍼링 온도가 Ac₁점을 초과하면, 조직의 일부가 역변태되고, 그 후 공랭되기 때문에, 폴리고날 페라이트가 혼재하게 된다. 그 결과, 원하는 조직인 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽이 얻어지지 않아, 강도 저하를 초래하고, 또한 역변태부는 조직이 거칠기 때문에, 인성 저하도 초래한다. 따라서, 템퍼링 온도의 상한은 Ac₁점 이하로 한다. 상기 템퍼링 온도는, 바람직하게는 750℃ 이하이다. 한편, 상기 Ac₁점은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 구해진다.

템퍼링은 또한, 규정된 식(1)로 표시되는 P_T값이 상기 범위 내가 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행한다. 상기 P_T값이 19.2를 하회하면, 경도가 지나치게 높아져 가공성이 저하되는 것과 같은 문제가 생긴다. 따라서, 상기 P_T값은 19.2 이상이고, 바람직하게는 19.3 이상, 보다 바람직하게는 19.4 이상이다. 한편, 상기 P_T값이 20.6을 상회하면, 탄화물의 조대화 등이 생겨, 인성 등의 특성의 저하를 초래한다. 따라서, 상기 P_T값은 20.6 이하이고, 바람직하게는 20.3 이하, 보다 바람직하게는 20.0 이하이다.

본 발명의 강판의 판 두께는 100mm 이하이다. 판 두께의 하한은 6mm 이상, 더욱이 10mm 이상이다. 상기 강판을 이용하여 얻어지는 강 부재도 상기 강판과 동일한 판 두께이다.

본 발명의 강 부재는, 상기 담금질 및 템퍼링을 행하여 얻어진 강판에 대해, 일반적으로 행해지고 있는 방법으로 용접, 더욱이, 전술한 대로 변형을 제거하기 위해서 용접 후 열처리(PWHT)를 실시하여 얻어진다.

본 발명의 강 부재의 제조 방법은, 상기 용접 후 열처리를, 하기 식(2)로 표시되는 P_PWHT값이 20 이상이 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행하는 점에 특징을 갖는다. 이 조건은 고온 장시간의 엄격한 조건(예를 들면, 온도: 680℃ 이상이고 가열 시간 20시간 이상의 경우, P_PWHT값은 20.3)을 나타내고 있다. 본 발명에서는, 이와 같이 고온 장시간의 엄격한 조건에서 열처리를 거친 후여도, 인성이 충분히 우수한 강 부재가 얻어진다. 상기 P_PWHT값의 상한은 대략 21이다. 상기 PWHT의 조건으로서, 예를 들면 가열 온도: 600∼690℃, 가열 시간: 5시간∼22시간으로 하는 것을 들 수 있다.

P_PWHT값 = T_PWHT×(20+logt_PWHT)×10^-3 …(2)

본 발명의 강 부재는, 예를 들면 석유 정제를 비롯한 화학 공업에서 이용하는 중·고온 압력 용기 등으로서 이용할 수 있다.

본원은 2015년 11월 6일에 출원된 일본 특허출원 제2015-218435호에 기초하는 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 2015년 11월 6일에 출원된 일본 특허출원 제2015-218435호의 명세서의 전체 내용이 본원의 참고를 위해 원용된다.

실시예

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

표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 성분 조성을 만족시키는 강편에 대해, 통상적 방법에 의해 열간 압연을 실시한 후, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 조건에서 담금질 및 템퍼링을 행하여, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 판 두께의 강판을 얻었다. 상기 판 두께는 강 부재를 모의한 시험편의 판 두께이기도 하다. 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 Ac₁점은, 표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 성분 조성의 강판을 이용하여, 0.5℃/초의 승온 속도로 가열했을 때의 팽창률 변화를 해석하는 것에 의해 구했다. 한편, 담금질 및 템퍼링의 가열 온도는 강판의 판 두께 중심부의 온도이고, 열처리로의 노 내 분위기 온도와 재로 시간으로부터 차분법에 의해 계산하거나, 실험로를 이용한 경우에는 동일 판 두께의 더미재에 열전대를 꽂아 실측한 온도이다.

또, 용접 후의 PWHT를 모의하여, 대기 분위기의 대차(台車)형 전기로로, 가열 온도: 690℃에서 가열 유지 시간: 22시간의 조건에서 열처리를 행하여, 강 부재를 모의한 시험편을 얻었다. 상기 조건은 현재 실시되고 있는 조건 중에서도 현저하게 엄격한 조건이고, 이 경우, P_PWHT값은 20.6이다. 실온으로부터 상기 가열 온도까지의 승온 속도와, 상기 가열 온도로부터 실온까지의 강온 속도는 모두 55℃/hr 이하로 했다.

한편, 강 부재를 제조할 때, 상기 강판을 용접하고 나서 PWHT를 실시하지만, 해당 용접으로서 예를 들면 다층 용접이 실시된 후, 해당 용접은, 용접 열영향부도 포함하는 강 부재의 특성, 특히 인성에 악영향을 미치는 일은 적기 때문에, 본 실시예에서는, 용접에 관한 열처리는 실시하지 않고서 시험편을 제작했다.

상기와 같이 해서 얻어진 시험편을 이용하여, 금속 조직의 평가, 인장 시험 및 샤르피 충격 시험을 하기의 요령으로 실시했다. 또한, 강 부재의 제조 공정에서 요구될 수 있는 특성인 강판의 가공성을 평가하기 위해, 상기 PWHT 실시 전의 강판을 이용하여 표층 경도의 측정을 행했다.

[금속 조직의 관찰]

금속 조직의 관찰은 이하와 같이 해서 실시했다.

(1) 압연 방향에 평행이고 또한 강판 표면에 대해서 수직한, 강판 표리면을 포함하는 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 상기 강판으로부터 샘플을 채취했다.

(2) 습식 에머리 연마지(#150∼#1000)로의 연마, 또는 그것과 동등한 기능을 갖는, 다이아몬드 슬러리 등의 연마제를 이용한 연마 등의 연마 방법에 의해, 관찰면의 경면 마무리를 행했다.

(3) 연마된 샘플을, 3% 나이탈 용액을 이용하여 부식시켜, 결정 입계를 출현시켰다.

(4) 판 두께 t/2 부위에 있어서, 출현시킨 조직을 400배의 배율에서 사진 촬영했다. 본 실시예에서는 6cm×8cm의 사진으로서 촬영했다. 다음으로, 촬영한 사진에서 구 오스테나이트 입계에 폴리고날 페라이트가 생성되어 있는 것을 판별하여, 전부 검게 칠했다. 다음으로, 상기 사진을 화상 해석 장치에 도입했다. 상기 사진의 영역은 400배의 경우, 150μm×200μm에 상당한다. 화상 해석 장치에의 도입은, 어느 배율의 경우도, 영역의 합계가 1mm×1mm 이상이 되도록 도입했다. 즉, 400배의 경우, 상기 사진을 적어도 35매 도입했다.

(5) 화상 해석 장치에 있어서, 사진마다 흑색의 면적률을 산출하여, 모든 사진의 평균값을 폴리고날 페라이트(F) 분율로 하고, 전체로부터 뺀 것을 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽(B+M)의 분율로 했다.

한편, 여기에서 말하는 템퍼링 베이나이트는 상부 베이나이트, 하부 베이나이트, 베이니틱 페라이트 등이 템퍼링된 조직을 말하지만, 일반적으로 템퍼링 마텐자이트도 포함시켜 이들 조직을 선별하는 것은 어렵고, 또한 PWHT 후에는 조직이 충분히 템퍼링되어 있기 때문에, 폴리고날 페라이트 이외의 조직을, 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽(B+M)으로 했다. 한편, 본 실시예에서 사용한 어느 시험편에도, 펄라이트 조직은 포함되어 있지 않다는 것도 확인했다.

[EBSP(Electron Back Scattering Pattern)법에 의한 대각 입계 사이즈의 측정]

EBSP법을 이용하여, 인접하는 2개의 결정의 방위차(결정 방위차)가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경(대각 입계 사이즈)을 구했다. 그 측정 요령은 이하와 같이 했다.

(2) 습식 에머리 연마지(#150∼#1000)로의 연마, 또는 그것과 동등한 기능을 갖는 연마 방법(다이아몬드 슬러리 등의 연마제를 이용한 연마 등)에 의해, 관찰면의 경면 마무리를 행했다.

(3) TexSEM Laboratories사제의 EBSP 장치를 사용하여, 판 두께 방향의 판 두께 t/2부에 있어서 측정 범위: 200×200μm, 0.5μm 피치로, 결정 방위차가 15° 이상인 경계를 결정 입계로 하고, 해당 결정 입계로 둘러싸인 결정립(대경각립)의 사이즈를 측정했다. 이때, 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 컨피던스 인덱스가 0.1보다도 작은 측정점은 해석 대상으로부터 제외했다.

(4) 이와 같이 해서 구해지는 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 사이즈의 평균값을 산출하여, 본 발명에 있어서의 「인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경」으로 했다. 한편, 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 사이즈가 1.0μm 이하인 경우는 측정 노이즈라고 판단하여, 평균값 계산의 대상으로부터 제외했다.

[입계 탄화물의 사이즈의 측정]

입계 탄화물의 사이즈는 하기와 같이 측정했다.

(4) 판 두께 t/2 부위에 있어서, 출현시킨 조직을 1000배의 배율에서 사진 촬영했다. 본 실시예에서는 6cm×8cm의 사진으로서 촬영했다. 다음으로, 상기 사진을 화상 해석 장치에 도입했다. 상기 사진의 영역은, 1000배의 경우, 60μm×80μm에 상당한다. 화상 해석 장치에의 도입은 영역의 합계가 0.4mm×0.4mm 이상이 되도록 도입했다. 즉, 1000배의 경우는 상기 사진을 적어도 35매 도입했다.

(5) 화상 해석 장치에 있어서, 사진마다 입계 탄화물의 사이즈로서 단축 길이를 산출하고, 모든 사진의 입계 탄화물 사이즈의 최대값을 산출했다.

[인장 시험(인장 특성의 평가)]

판 두께 t/2의 부위로부터 압연 직각 방향으로 환봉 인장 시험편을 채취하고, ASTM A370의 요령으로 인장 시험을 행하여, 항복 강도 및 인장 강도를 측정했다. 그리고, 항복 강도인 YS가 310MPa 이상이고, 또한 인장 강도인 TS가 515MPa 이상인 경우를 고강도라고 평가했다.

[샤르피 충격 시험(충격 특성의 평가)]

판 두께 t/2의 부위로부터 압연 직각 방향으로 풀 사이즈인 V 노치 시험편을 채취하고, ASTM A370의 요령으로 시험 온도 -38℃에서 샤르피 충격 시험을 행하여, 샤르피 흡수 에너지를 측정했다. 한편, 샤르피 흡수 에너지는 3본의 시험편의 평균값을 채용했다. 그리고, -38℃에서의 샤르피 흡수 에너지 vE_-38이 100J 이상인 경우를 인성이 우수하다, 즉 충격 특성이 우수하다고 평가했다.

[표층 경도의 측정(강판의 가공성의 평가)]

강판의 가공성을 평가하기 위해, PWHT 실시 전의 강판을 이용하여, 표면으로부터 1mm 깊이의 위치에서, ASTM A370의 요령으로 브리넬 경도 시험을 행했다. 그리고, HBW의 평균값이 200 이하인 경우를 가공성이 우수하다고 평가하고, 해당 HBW의 평균값이 200 초과인 경우를 가공성은 통상 레벨이라고 평가했다.

이들 결과를 표 3-1 및 표 3-2에 나타낸다. 한편, 이하의 No.는 표 2-1, 표 2-2, 표 3-1 및 표 3-2의 시험 No.를 나타낸다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 3-1]

[표 3-2]

표 1-1, 표 1-2, 표 2-1, 표 2-2, 표 3-1 및 표 3-2로부터 다음의 것을 알 수 있다. 즉, No. 1∼5, 7∼9, 12∼36은, 본 발명에서 규정된 성분 조성을 만족시키는 강을 이용하고, 또한 규정된 조건에서 제조하고 있기 때문에, 강판은 우수한 가공성을 나타내고, 또한 얻어진 강 부재는 원하는 조직을 가져, 판 두께 중앙부에서 우수한 강도와 인성을 나타냈다.

이에 대해, 상기 이외의 예는, 성분 조성·제조 조건 중 어느 하나가 벗어나 있기 때문에, 강판의 가공성을 확보할 수 없거나, 판 두께 중앙부에서의 인장 특성, 충격 특성 중 적어도 어느 하나가 뒤떨어지는 결과가 되었다.

즉, No. 6은, 성분 조성을 만족시키고 있지만, 템퍼링 시의 P_T값이 지나치게 낮았기 때문에, 충분히 템퍼링되지 않아, 브리넬 경도가 높았고, 즉 가공성이 뒤떨어졌다. 한편, No. 11은 성분 조성을 만족시키고 있지만, 템퍼링 시의 P_T값이 지나치게 높았기 때문에, 탄화물이 조대화되어, 특성이 저하되었다.

No. 10은, 성분 조성을 만족시키고 있지만, 담금질의 가열 시간이 지나치게 짧기 때문에, 충분히 담금질이 행해지지 않아, D/d가 상한을 초과하여, 인성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.

No. 37은, C량이 과잉이기 때문에, 인성이 열화됨과 더불어, 브리넬 경도가 높아 가공성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.

No. 38, 42 및 49는, B를 포함하고 있지 않기 때문에, D/d가 커져, 인성이 뒤떨어졌다. 또한 No. 48은, B를 포함하고 있지 않기 때문에 D/d가 커지고, 또한 P량이 과잉이기 때문에, 인성이 뒤떨어졌다.

No. 39와 No. 46은, 일정 이상의 Nb를 포함하고 있기 때문에, 담금질 시의 구 γ립이 미세해져, 충분한 담금질성이 얻어지지 않아 D/d가 커져, 인성이 뒤떨어졌다. 또한 No. 46에서는 가공성도 저하되었다.

No. 40 및 43은, C량이 부족하기 때문에 충분한 담금질성을 확보할 수 없어, D/d가 커져, 인성이 뒤떨어졌다. 또한 No. 41은, C량이 부족하기 때문에, 페라이트가 많이 생성되어 원하는 강도를 확보할 수 없고, 또한 D/d가 커져, 인성이 뒤떨어졌다. No. 44는, C량이 부족하고 또한 B를 포함하고 있지 않기 때문에, 충분한 담금질성을 확보할 수 없고, 그 결과, 강도가 낮고, 또한 D/d가 커져 인성이 저하되었다. No. 51은, C량이 부족하기 때문에, 탄화물 사이즈가 작고 D/d가 커져, 특히 원하는 인성을 확보할 수 없었다.

No. 45는, 일정 이상의 Ti를 포함하고 있기 때문에, 담금질 시의 구 γ립이 미세해져, 충분한 담금질성이 얻어지지 않아 D/d가 커져, 인성이 뒤떨어졌다.

No. 47은, P량이 과잉이기 때문에, 인성이 뒤떨어졌다.

No. 50은, B량이 부족하여, 담금질성이 부족하기 때문에 인성이 저하되었다.

No. 52는, Cu와 Ni를 과잉으로 포함하고 있고, 또한 C량도 과잉이기 때문에, 인성이 저하되었다.

도 1은 상기 표 2-1, 표 2-2, 표 3-1 및 표 3-2의 데이터를 이용하여, D/d와 -38℃에서의 샤르피 흡수 에너지의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프로부터, D/d를 54 이하로 하면, 충분히 우수한 인성을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 1 중의 No. 47 및 52는, 전술과 같이, D/d는 본 발명의 범위를 만족시키고 있지만, 성분 조성이 벗어났기 때문에 인성이 저하된 예이다.

Claims

성분 조성이, 질량%로,
C: 0.110% 이상 0.15% 이하,
Si: 0.50% 이상 0.80% 이하,
Mn: 0.40% 이상 0.65% 이하,
P: 0% 초과 0.0070% 이하,
S: 0% 초과 0.0070% 이하,
Al: 0.030% 이상 0.080% 이하,
Cu: 0.05% 이상 0.20% 이하,
Ni: 0.05% 이상 0.30% 이하,
Cr: 1.05% 이상 1.50% 이하,
Mo: 0.45% 이상 0.65% 이하,
N: 0.0030% 이상 0.0070% 이하,
B: 0.0003% 이상 0.0010% 이하, 및
V: 0% 이상 0.030% 이하
를 만족시키고,
Nb가 0.005% 이하, Ti가 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM 및 Zr의 합계가 0.0010% 이하로 억제되고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며,
판 두께가 100mm 이하이고,
판 두께 중앙부에서의 조직이 하기 (a), (b) 모두를 만족시키고, 또한 -38℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상인 것을 특징으로 하는 강 부재.
(a) 조직이 템퍼링 베이나이트와 템퍼링 마텐자이트 중 적어도 한쪽이다.
(b) 인접하는 2개의 결정의 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 원상당경을 D, 입계 탄화물의 최대경을 d로 했을 때, D/d로 표시되는 값이 54 이하이다.
제 1 항에 기재된 강 부재의 제조에 이용하는 강판으로서, 성분 조성이, 질량%로,
C: 0.110% 이상 0.15% 이하,
Si: 0.50% 이상 0.80% 이하,
Mn: 0.40% 이상 0.65% 이하,
P: 0% 초과 0.0070% 이하,
S: 0% 초과 0.0070% 이하,
Al: 0.030% 이상 0.080% 이하,
Cu: 0.05% 이상 0.20% 이하,
Ni: 0.05% 이상 0.30% 이하,
Cr: 1.05% 이상 1.50% 이하,
Mo: 0.45% 이상 0.65% 이하,
N: 0.0030% 이상 0.0070% 이하,
B: 0.0003% 이상 0.0010% 이하, 및
V: 0% 이상 0.030% 이하
를 만족시키고,
Nb가 0.005% 이하, Ti가 0.001% 이하, 또한 Ca, Mg, REM 및 Zr의 합계가 0.0010% 이하로 억제되고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며, 또한 판 두께가 100mm 이하인 것을 특징으로 하는 강판.
제 2 항에 기재된 강판의 제조 방법으로서, 제 2 항에 기재된 성분 조성을 만족시키는 강편을 열간 압연 후, 담금질을, 가열 온도: 910℃ 이상 940℃ 이하, 또한 해당 가열 온도에서의 유지 시간: 25분 이상 60분 이하의 조건에서 행하고, 이 담금질 후에 템퍼링을, 가열 온도: 620℃ 이상 Ac₁점 이하, 또한 하기 식(1)로 표시되는 P_T값이 19.2 이상 20.6 이하가 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행하는 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
P_T값 = T_T×(20+logt_T)×10^-3 …(1)
식(1) 중, T_T는 템퍼링의 가열 온도(K), t_T는 템퍼링의 가열 시간(hr)을 나타낸다.
제 1 항에 기재된 강 부재의 제조 방법으로서, 제 2 항에 기재된 강판을 이용하여 용접하고, 추가로 용접 후 열처리를, 하기 식(2)로 표시되는 P_PWHT값이 20 이상이 되는 가열 온도 및 가열 시간에서 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 제조 방법.
P_PWHT값 = T_PWHT×(20+logt_PWHT)×10^-3 …(2)
식(2) 중, T_PWHT는 용접 후 열처리의 가열 온도(K), t_PWHT는 용접 후 열처리의 가열 시간(hr)을 나타낸다.