KR20190037303A

KR20190037303A - 대입열 용접용 강재

Info

Publication number: KR20190037303A
Application number: KR1020197006597A
Authority: KR
Inventors: 고이치 나카시마; 요시아키 무라카미; 가즈쿠니 하세
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2019-04-05
Also published as: US20190352749A1; JP6451871B2; WO2018079026A1; EP3533891A1; JPWO2018079026A1; CN109689912A; EP3533891A4

Abstract

저온 저장 탱크 등에 사용되는 입열량이 80 kJ/㎝ 를 초과하는 대입열 용접을 실시했을 때의, 용접 열 영향부의 -55 ℃ 에 있어서의 저온 인성 및 이음매 강도가 우수한 대입열 용접용 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
질량％ 로, C : 0.04 ∼ 0.09 ％, Si : 0.15 ∼ 0.25 ％, Mn : 1.40 ∼ 2.00 ％, P : 0.015 ％ 이하, S : 0.0005 ∼ 0.0040 ％, Cu : 0.05 ∼ 0.7 ％, Ni : 0.4 ∼ 1.3 ％, Al : 0.030 ∼ 0.080 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.023 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0020 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.0030 ％, N : 0.0030 ∼ 0.0060 ％, O : 0.0040 ％ 이하를 함유하고, 추가로, Nb : 0.005 ％ 이하 및 Mo : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 또한 Mn, Cu, Ni 는, 하기 (1) 식을 만족시켜 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.
1.85 ≤ Mn ＋ 0.4 × (Cu ＋ Ni) ≤ 2.10···(1)
단, 상기 식 중의 Mn, Cu, Ni 는 각 성분의 함유량 (질량％) 을 나타내고, 함유하지 않는 경우에는 0 으로 한다.

Description

대입열 용접용 강재

본 발명은, 저온 저장 탱크, 조선, 건축 등의 각종 용접 구조물에서 사용되는 강재에 바람직한, 입열량이 80 kJ/㎝ 를 초과하는 대입열 용접을 실시했을 때의 용접 열 영향부의 저온 인성 및 이음매 강도가 우수한 대입열 용접용 강재에 관한 것이다.

저온 저장 탱크, 조선, 건축 등의 분야에서 사용되는 강재는, 일반적으로, 용접 접합에 의해 원하는 형상의 구조물로 마무리된다. 이들 구조물에 있어서는, 안전성의 관점에서, 사용되는 강재의 모재 인성은 물론, 용접부의 인성이 우수할 것이 요청되고 있다. 예를 들어, 액화 암모늄이나 액화 프로판 가스 (LPG) 를 저장하는 탱크에서는, 가스의 액화 온도 이하의, -55 ℃ 정도의 저온에서 사용되기 때문에, 이와 같은 저온에 있어서 양호한 인성을 가질 것이 요구된다. 용접시에는, 일반적으로 소입열, 다패스 용접에 의해 시공되고 있지만, 시공 효율 향상의 관점에서, 일렉트로 가스 용접 등의 대입열, 1 패스 용접 적용의 강한 요망이 있다. 그러나, 일반적으로, 용접 입열량이 커지면, 용접 열 영향부 (HAZ) 의 조직이 조대화되기 때문에, 용접 열 영향부의 인성은 저하되는 것이 알려져 있다.

저온 저장 탱크용 강의 저온 인성을 개선하는 수법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, Nb 를 함유하는 특성의 성분의 강을 사용하고, 도상 (島狀) 마텐자이트 (MA) 의 분율, 사이즈 등의 존재 상태를 규정한, 용접성과 저온 인성이 우수한 저항복비 고장력강이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 페라이트와 페라이트 이외의 다른 조직으로 구성되는 마이크로 조직을 갖는 강판에 있어서, 상기 다른 조직 중의 평균 탄소 농도가, 강판 전체에 있어서의 탄소 농도에 대해 4 배 이하로 한, 용접 이음매부의 저온 인성이 우수한 강판이 개시되어 있다.

그러나, 이들 종래 기술은, 용접시의 입열량이 80 kJ/㎝ 를 초과하는 것과 같은 대입열 용접을 상정한 것이 아니어서, 대입열 용접시의 용접 열 영향부의 저온 인성은 불충분하였다.

대입열 용접시의 용접 열 영향부의 인성을 개선하는 수법으로서, 예를 들어, TiN 의 미세 분산에 의한 오스테나이트립의 조대화 억제나 페라이트 변태핵으로서의 작용을 이용하는 기술은 이미 실용화되어 있다. 또, Ti 의 산화물을 분산시키는 기술은 특허문헌 3 에 개시되어 있다.

그러나, TiN 을 적극적으로 이용하는 종래 기술에서는, TiN 이 용해되는 온도역으로 가열되는 용접 열 영향부에 있어서, Ti 가 갖는 상기의 작용이 없어지고, 나아가서는 모재 조직이 고용 Ti 및 고용 N 에 의해 취화되어 인성이 현저하게 저하된다는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 3 과 같이 Ti 산화물을 이용하는 기술에서는, 산화물을 균일 미세하게 분산시키는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.

이에 반해, 예를 들어 특허문헌 4 에는, 대입열 용접시의 용접 열 영향부의 인성을 향상시키기 위해서, 황화물의 형태 제어에 필요한 Ca 를 적정하게 함유시켜, CaS 를 활용하는 것이 개시되어 있다. 산화물에 비해 저온에서 정출되는 CaS 를 이용함으로써, CaS 를 미세하게 분산시키는 것이 가능해져, 냉각 중에 CaS 를 핵으로서 석출하는 MnS 나 TiN, BN 등의 페라이트 변태 생성핵을 미세하게 분산시킴으로써, 용접 열 영향부의 조직을 미세한 페라이트 펄라이트의 조직으로 하여 고인성화를 달성하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허공보 4361765호 일본 특허공보 4637516호 일본 공개특허공보 소57-51243호 일본 특허공보 3546308호

그러나, 특허문헌 4 의 기술이라도, 비교적 합금 첨가량이 많이 첨가된 강 성분에 있어서는, 용접 입열량이 80 kJ/㎝ 를 초과하는 대입열량의 용접을 실시했을 때, 본드부 조직에 조대한 베이나이트가 생성되거나, 도상 마텐자이트 (MA) 로 불리는 경질의 취화 조직이 형성되어, -55 ℃ 와 같은 저온에 있어서 충분한 인성이 얻어지지 않는 경우가 있었다. 또, 열 영향부 중에서 본드부로부터 약간 떨어진 곳에는 용접 입열에 의해 연화되는 영역이 생성되어, 충분한 이음매 강도가 얻어지지 않는다는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 저온 저장 탱크 등에 사용되는 입열량이 80 kJ/㎝ 를 초과하는 대입열 용접을 실시했을 때의, 용접 열 영향부의 -55 ℃ 에 있어서의 저온 인성 및 이음매 강도가 우수한 대입열 용접용 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 예의 검토를 실시하여, 이하의 지견을 얻었다.

1. 대입열 용접을 실시했을 때, 용접 열 영향부가 -55 ℃ 와 같은 저온에서 우수한 인성을 얻기 위해서는, 고온역에서의 오스테나이트립의 조대화를 억제함과 함께, 그 후의 냉각 과정에 있어서의 조대한 베이나이트의 생성을 억제하고, 입 내 페라이트를 생성시키는 것, 및 도상 마텐자이트 (MA) 량을 저감시키는 것, 추가로, 저온 인성을 저해하지 않고 열 영향부의 연화를 억제하여 이음매 강도를 향상시키는 것이 중요하다.

2. 구체적인 성분 설계 지침으로서, 오스테나이트립의 조대화 억제를 위해서 원하는 Ti, N 량을 확보하는 것, 조대 베이나이트 생성을 억제함과 함께 MA 생성을 저감시키기 위해서 Nb, Mo 를 무첨가 혹은 불가피 불순물로서의 혼입으로 제한하고, 입 내 페라이트를 생성시킴과 함께 이음매 강도를 확보하기 위해서, Al, N, B, Ca, S, O, Mn, Cu, Ni 량을 적정하게 제어하는 것이 유효하다.

본 발명은, 상기 지견을 기초로, 더욱 검토를 더하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 질량％ 로, C : 0.04 ∼ 0.09 ％, Si : 0.15 ∼ 0.25 ％, Mn : 1.40 ∼ 2.00 ％, P : 0.015 ％ 이하, S : 0.0005 ∼ 0.0040 ％, Cu : 0.05 ∼ 0.7 ％, Ni : 0.4 ∼ 1.3 ％, Al : 0.030 ∼ 0.080 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.023 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0020 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.0030 ％, N : 0.0030 ∼ 0.0060 ％, O : 0.0040 ％ 이하를 함유하고, 추가로, Nb : 0.005 ％ 이하 및 Mo : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 또한 Mn, Cu, Ni 는, 하기 (1) 식을 만족시켜 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.

1.85 ≤ Mn ＋ 0.4 × (Cu ＋ Ni) ≤ 2.10···(1)

단, 상기 식 중의 Mn, Cu, Ni 는 각 성분의 함유량 (질량％) 을 나타내고, 함유하지 않는 경우에는 0 으로 한다.

[2] 추가로, 하기 (2) 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 대입열 용접용 강재.

0 ＜｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S ≤ 0.8···(2)

단, 상기 식 중의 Ca, O, S 는 각 성분의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

[3] 추가로, 질량％ 로, Cr : 0.5 ％ 이하, V : 0.1 ％ 이하, W : 0.1 ％ 이하 중에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 대입열 용접용 강재.

[4] 추가로, 질량％ 로, Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Zr : 0.001 ∼ 0.020 ％, REM : 0.001 ∼ 0.020 ％ 중에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 대입열 용접용 강재.

[5] 용접 입열량이 80 ∼ 300 kJ/㎝ 인 대입열 용접을 실시했을 때의 본드 근방의 열 영향부 조직에 있어서, 구 γ 립 내의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 대입열 용접용 강재.

본 발명에 의하면, 80 ∼ 300 kJ/㎝ 의 대입열 용접을 실시해도 용접 열 영향부의 강도, 저온 인성 및 이음매 강도가 우수한 강재를 저렴하게 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 강재는, 일렉트로 가스 용접, 서브머지드 아크 용접, 일렉트로슬래그 용접 등의 대입열 용접에 의해 시공되는 저온 저장 탱크나 선박, 대형 강 구조물에 바람직하게 사용된다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 먼저, 본 발명에 있어서 화학 성분을 한정한 의의에 대해 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서, 화학 성분에 관한 ％ 표시는 모두 질량％ 를 의미하고 있다.

C : 0.04 ∼ 0.09 ％

C 는, 필요한 강도를 얻기 위해서 0.04 ％ 이상의 함유를 필수로 한다. 그러나, 0.09 ％ 를 초과하여 함유하면 용접 열 영향부의 인성이 저하되기 때문에, 상한을 0.09 ％ 로 한다. 보다 바람직하게는 하한이 0.045 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.08 ％ 미만이다.

Si : 0.15 ∼ 0.25 ％

Si 는 강 중에 반드시 함유되는 원소이고, 강의 고강도화를 위해서 0.15 ％ 이상 함유하는 것으로 한다. 한편, 0.25 ％ 를 초과하여 함유하면, 대입열 용접 열 영향부에 도상 마텐자이트를 다량으로 생성하여 인성을 열화시킨다. 따라서 그 상한을 0.25 ％ 로 한다. 강 중의 Si 량은, 0.22 ％ 이하인 것이 바람직하고, 0.20 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Mn : 1.40 ∼ 2.00 ％

Mn 은, 모재의 강도를 확보하기 위해서, 1.40 ％ 이상 필요하고, 2.00 ％ 를 초과하면 용접부의 인성을 열화시킨다. 따라서, Mn 의 범위는, 1.40 ∼ 2.00 ％ 로 한다. 용접부의 인성의 관점에서, 상한이 1.60 ％ 인 것이 바람직하다.

P : 0.015 ％ 이하

P 는, 불가피적으로 혼입되는 불순물이고, 0.015 ％ 를 초과하면, 모재 및 용접부의 인성을 저하시키기 때문에, 상한을 0.015 ％ 로 한다. 또한, 양호한 인성을 얻기 위해서는, 0.010 ％ 이하가 바람직하고, 0.007 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

S : 0.0005 ∼ 0.0040 ％

S 는, 소요되는 CaS 혹은 MnS 를 생성하기 위해서 0.0005 ％ 이상 필요하고, 0.0040 ％ 를 초과하면 모재의 인성을 열화시킨다. 따라서, S 의 함유량은, 0.0005 ∼ 0.0040 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는, 하한이 0.0010 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.0035 ％ 이다.

Cu : 0.05 ∼ 0.7 ％

Cu 는, 모재 및 용접 열 영향부의 인성의 저하를 억제하면서 강도를 상승시킬 수 있다. 이 효과는 0.05 ％ 이상 함유함으로써 발휘된다. 그러나, 0.7 ％ 를 초과하면 열간 취성이 발생하여, 강판의 표면 성상을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, Cu 의 함유량은, 0.05 ∼ 0.7 ％ 로 한다. 바람직하게는 하한이 0.1 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.5 ％ 이다.

Ni : 0.4 ∼ 1.3 ％

Ni 는, Cu 와 마찬가지로, 모재 및 용접 열 영향부의 인성의 저하를 억제하면서 강도를 상승시킬 수 있다. 이 효과는 0.4 ％ 이상 함유함으로써 발휘된다. 그러나, 1.3 ％ 를 초과해도 효과가 포화되는 경우가 있다. 따라서, Ni 의 함유량은, 상한을 1.3 ％ 이하로 한다.

Al : 0.030 ∼ 0.080 ％

Al 은, 본 발명에 있어서 중요한 원소의 하나이다. 강의 탈산상 적어도 0.010 ％ 이상이 필요한 것에 더하여, 용접 열 영향부에서 AlN 을 형성함으로써 고용 N 을 저감시켜, 인성 향상에 기여한다. 또한, 용접 열 영향부에서 생성된 AlN 은, 구 γ 립계 내에서 페라이트의 핵 생성 사이트로서 작용하여 결정 입경 미세화에 기여하여, 인성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 은 0.030 ％ 이상 필요하다. 그러나, 0.080 ％ 를 초과하여 함유하면 모재의 인성을 저하시킴과 동시에 용접 열 영향부의 인성을 열화시킨다. 따라서, Al 의 함유량은, 0.030 ∼ 0.080 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 하한이 0.035 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.070 ％, 더욱 바람직하게는 하한이 0.040 ％ 이상이고, 상한이 더욱 바람직하게는 0.065 ％ 이다.

Ti : 0.005 ∼ 0.023 ％

Ti 는, 응고시에 TiN 이 되어 석출되고, 용접 열 영향부에서의 오스테나이트의 조대화 억제나, 페라이트 변태핵이 되어 고인성화에 기여한다. 0.005 ％ 에 충족되지 않으면 그 효과가 적고, 0.023 ％ 를 초과하면 TiN 입자의 조대화에 의해 기대하는 효과가 얻어지지 않게 된다. 따라서, Ti 의 함유량은, 0.005 ∼ 0.023 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는, 하한이 0.008 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.020 ％ 이다.

B : 0.0003 ∼ 0.0020 ％

B 는, 용접 열 영향부에서 BN 을 생성하여, 고용 N 을 저감시킴과 함께 페라이트 변태핵으로서 작용하는 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는 0.0003 ％ 이상의 함유가 필요하다. 한편으로, 0.0020 ％ 를 초과하여 첨가하면 ?칭성이 과도하게 증가하여 인성이 열화된다. 따라서, B 의 함유량은, 0.0003 ∼ 0.0020 ％ 의 범위로 한다.

Ca : 0.0005 ∼ 0.0030 ％

Ca 는, CaS 를 형성함으로써 S 를 화학적으로 고정시켜 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는 적어도 0.0005 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편으로, 0.0030 ％ 를 초과하여 함유해도 효과가 포화된다. 따라서, Ca 의 함유량은 0.0005 ％ ∼ 0.0030 ％ 의 범위로 한정한다. 바람직하게는, 하한이 0.0010 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.0025 ％ 이다.

N : 0.0030 ∼ 0.0060 ％

N 은, TiN 을 형성시키기 위한 Ti 와 알맞는 양을 확보하는 것이 필요하다. 0.0030 ％ 미만에서는 충분한 TiN 량이 얻어지지 않아, 용접 열 영향부에서의 오스테나이트의 조대화 억제나 페라이트 변태핵으로서 고인성화에 기여하는 등의 효과가 얻어지지 않는다. 한편으로, 0.0060 ％ 를 초과하면, 용접 입열에 의해 TiN 이 용해되는 영역에서의 고용 N 량이 증가하여, 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, N 의 함유량은, 0.0030 ∼ 0.0060 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는, 하한이 0.0035 ％ 이상이고, 상한이 바람직하게는 0.0055 ％ 이다.

O : 0.0040 ％ 이하

O 는, 반드시 함유한다. 그러나, O 는 응고시에 산화물이 되어 석출되기 때문에, 0.0040 ％ 를 초과하여 함유하면, 모재 및 용접 열 영향부의 인성이 저하된다. 이 때문에, O 의 함유량은 0.0040 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.0035 ％ 이하이다.

Nb : 0.005 ％ 이하, Mo : 0.01 ％ 이하

Nb, Mo 는, 본 발명에 있어서, 그 함유량을 엄격하게 제한할 필요가 있다는 점에서 중요한 원소이다. Nb, Mo 를 함유함으로써, 용접 열 영향부의 구 γ 립 내의 조직이 조대한 베이나이트가 되어, 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, Nb, Mo 는 불가피적 불순물로서 혼입되는 경우를 제외하고, 무첨가로 한다. 또한, 본 발명에 있어서, Nb, Mo 의 불가피적 불순물로서의 혼입량은 Nb : 0.005 ％ 이하, Mo : 0.01 ％ 이하로 한다. Nb, Mo 혼입량이 각각 0.005 ％ 이하, 0.01 ％ 이하이면 용접 열 영향부의 인성 저하에 대한 영향은 작다.

본 발명에서는, 질량％ 로, Cr, V, W 중에서 선택되는 1 종 이상을, 각각 하기 범위 내에 있어서 선택적으로 함유할 수 있다.

Cr : 0.5 ％ 이하

Cr 은, 모재 및 용접 이음매의 고강도화에 유효한 원소이고, 이 효과는 0.05 ％ 이상 함유함으로써 발휘된다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 인성에 악영향을 주는 경우가 있다. 따라서, Cr 을 첨가하는 경우에는, 상한을 0.5 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

V : 0.1 ％ 이하

V 는, 모재의 강도 및 인성의 향상과, VN 으로서의 페라이트 생성핵으로서 작용한다. 이 효과는 0.02 ％ 이상 함유함으로써 발휘된다. 그러나, 0.1 ％ 를 초과하면 오히려 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, V 를 첨가하는 경우에는, 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

W : 0.1 ％ 이하

W 는, 모재의 고강도화에 유효한 원소이고, 이 효과는 0.02 ％ 이상 함유함으로써 발휘된다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 인성에 악영향을 주는 경우가 있다. 따라서, W 를 첨가하는 경우에는, 0.1 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 추가로, 질량％ 로, Mg, Zr, REM 중에서 선택되는 1 종 이상을 하기 범위 내에 있어서 함유시킬 수 있다.

Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％

Mg 는, 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는 적어도 0.0005 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.0050 ％ 를 초과하여 함유해도 효과가 포화되는 경우가 있다. 따라서, Mg 를 첨가하는 경우에는, 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Zr : 0.001 ∼ 0.020 ％

Zr 은, 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는 적어도 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.020 ％ 를 초과하여 함유해도 효과가 포화되는 경우가 있다. 따라서, Zr 을 첨가하는 경우에는, 0.001 ∼ 0.020 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

REM : 0.001 ∼ 0.020 ％

REM 은, 산화물의 분산에 의한 인성 개선 효과를 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는 적어도 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.020 ％ 를 초과하여 함유해도 효과가 포화되는 경우가 있다. 따라서, REM 을 첨가하는 경우에는, 0.001 ∼ 0.020 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

추가로, 본 발명에서는, 하기의 식 (1) 을 만족시키는 것이 필요하다.

1.85 ≤ Mn ＋ 0.4 × (Cu ＋ Ni) ≤ 2.10···(1)

본 발명에 있어서, Mn ＋ 0.4 × (Cu ＋ Ni) 를 1.85 이상 2.10 이하로 함으로써, 원하는 모재 강도 및 용접 이음매 강도 (특히 시험편의 표점간 거리가 길고, 이음매 강도를 얻기 어려운 JIS 1A 호 시험편에 의한 용접 이음매 강도) 와 용접 열 영향부의 인성을 양립할 수 있다. 1.85 미만에서는 원하는 강도가 얻어지지 않고, 2.10 을 초과하면 용접 열 영향부의 인성이 열화된다.

본 발명에서는, 하기의 식 (2) 을 만족시키는 것이 바람직하다.

0 ＜｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S ≤ 0.8···(2)

본 발명에 있어서, Ca, O 및 S 는, 0 ＜｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S ≤ 0.8 의 관계를 만족시키도록 함유시킴으로써, CaS 상에 MnS 가 석출된 복합 황화물의 형태가 된다. ｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S 의 값이 0.8 을 초과하면, S 가 거의 Ca 에 의해 고정되어, 페라이트 생성핵으로서 작용하는 MnS 가 CaS 상에 석출되지 않기 때문에 용접 열 영향부의 인성을 확보할 수 없다. 또,｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S 의 값이 0 초과가 되면, CaS 상에 MnS 가 석출된 복합 황화물의 형태가 되어, 페라이트 변태 촉진 효과가 발현된다. 따라서, 0 ＜｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S ≤ 0.8 로 하였다. ｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S ≤ 0 인 경우에는, CaS 가 정출되지 않기 때문에 S 는 MnS 단독의 형태로 석출되어, 용접 열 영향부에서의 미세 분산이 달성되지 않는다.

본 발명에서는, 열 영향부의 조직에 대해서는, 이하를 만족시키는 것이 바람직하다.

용접 입열량 80 ∼ 300 kJ/㎝ 의 대입열 용접을 실시했을 때의 본드 근방의 열 영향부 조직에 있어서, 구 γ 립 내의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하

본 발명에서는, 용접 입열량이 80 ∼ 300 kJ/㎝ 인 대입열 용접을 실시했을 때의 본드 근방의 열 영향부 조직의, 구 γ 립 내의 평균 결정 입경을 10 ㎛ 이하로 함으로써, 파괴의 전파에 대한 저항이 높아져, 열 영향부에 있어서 우수한 인성을 달성한다. 용접 입열량이 80 ∼ 300 kJ/㎝ 인 대입열 용접을 대상으로 한 것은, 이와 같은 대입열 용접의 경우에 마이크로 조직이 조대화되어, 인성이 열화되기 쉽기 때문이다. 여기서, 본드 근방의 열 영향부 조직이란, 용접 금속과 모강판의 경계로부터 대략 0.5 ㎜ 모재인 강판측으로 들어온 위치까지의 사이의 영역을 말한다. 구 γ 립 내의 평균 결정 입경은, Nb 및 Mo 를 무첨가 혹은 불가피적 불순물로서의 혼입으로 하고, Ti, N, Al, B, Ca, S, O 의 첨가량을 규정 범위 내로 제어함으로써, 10 ㎛ 이하로 할 수 있어, 열 영향부에 있어서 우수한 인성을 얻을 수 있다.

또한, 구 γ 립 내의 평균 결정 입경은, EBSD (전자선 후방 산란 회절법) 를 이용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서는, EBSD 측정에 의해 얻어진 결정 방위맵에 있어서, 결정 방위차가 15 도 이상이 되는 경계에 둘러싸인 영역의 원 상당 직경의 평균값을 평균 결정 입경이라고 정의한다.

또한, 본 발명의 강재는, 예를 들어, 이하와 같이 하여 제조된다. 먼저 용선 (溶銑) 을 전로에서 정련하여 강으로 한 후, RH 탈가스를 실시하고, 연속 주조 또는 조괴-분괴 공정을 거쳐 강편으로 한다. 이것을 재가열하여, 열간 압연 후 방랭하거나, 혹은 또, 상기 열간 압연 후에, 가속 냉각, 직접 ?칭-템퍼링, 재가열 ?칭-템퍼링, 재가열 소준 (燒準)-템퍼링 등의 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 제조 조건에 대해서는, 원하는 강도가 얻어지면 되므로, 특별히 규정되지 않는다. 또한, 바람직한 압연 조건은, 재가열 온도 : 1050 ∼ 1250 ℃, 마무리 압연 온도 : 700 ∼ 900 ℃, 압연 후의 평균 냉각 속도 : 1 ∼ 50 ℃/s, 냉각 정지 온도 : 400 ∼ 600 ℃ 이다.

실시예

다음으로 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다.

150 ㎏ 의 고주파 용해로에서, 표 1 에 나타내는 조성의 강을 용제하여, 두께 200 ㎜ 의 슬래브로 하였다. 이 슬래브를 1150 ℃ 로 1 시간 가열 후, 마무리 압연 온도가 판두께 중심 온도에서 770 ℃ 인 열간 압연을 실시하여, 판두께 40 ㎜ 로 마무리한 후, 10 ℃/s 의 평균 냉각 속도 (판두께 중심부) 로 500 ∼ 550 ℃까지 가속 냉각 후, 방랭하였다.

얻어진 후강판의 1/4t (t : 판두께) 의 위치에서 C 방향 (압연 방향과 수직 방향) 으로부터 평행부 14 ㎜φ × 85 ㎜, 표점간 거리 70 ㎜ 의 환봉 인장 시험편을, 1/4t 의 위치의 L 방향 (압연 방향) 으로부터 2 ㎜V 노치 샤르피 시험편을 채취하고, 모재의 강도 (항복 강도 YS 및 인장 강도 TS) 와 시험 온도 -55 ℃ 에서의 흡수 에너지 (3 개의 시험편의 평균값, 「vE-55 ℃」라고 기재한다) 를 평가하였다. 목표 특성은, YS ≥ 345 ㎫, TS ≥ 485 ㎫, 흡수 에너지 vE-55 ℃ ≥ 80 J 로 하였다.

또한, 용접 이음매 열 영향부의 특성을 평가하기 위해, 대입열 용접 (약 200 kJ/㎝) 의 일렉트로 가스 용접 (EGW) 에 의해 이음매를 제작한 후, 이음매 강도를, 용접 비드에 직각으로 채취한 전체 두께 JIS 1 호 시험편 및 전체 두께 JIS 1A 호 시험편으로 평가하였다. 또, HAZ 인성은, 판두께 방향의 표면과 이면으로부터 1 ㎜ 위치에 대해 본드부에 노치를 형성한 샤르피 시험편을 사용하여, 시험 온도 -55 ℃ 에서의 흡수 에너지 (6 개의 시험편의 평균값, 「vE-55 ℃」라고 기재한다) 에 의해 평가하였다. 목표 특성은, 이음매 TS ≥ 485 ㎫, 용접 이음매 HAZ 인성에서 흡수 에너지 vE-55 ℃ ≥ 80 J 로 하였다. 용접 열 영향부의 구 γ 립 내의 평균 결정 입경은, EBSD (전자선 후방 산란 회절법) 를 이용하여 400 ㎛ × 400 ㎛ 의 시야에서 측정하고, 구 γ 립의 내부만을 추출한 결정 방위맵 상에 결정 방위차가 15 도 이상이 되는 경계를 묘화하고, 그 경계로 둘러싸인 영역의 원 상당 직경의 평균값을 평균 결정 입경으로 하였다.

표 2 에, 구 γ 립 내의 평균 결정 입경과, HAZ 인성을 모재의 기계적 특성과 함께 나타낸다.

표 2 로부터, 본 발명예인 No. 1 ∼ 9 에서는 모두 용접 이음매의 인장 강도가 485 ㎫ 이상으로 고강도이고, 용접 열 영향부의 흡수 에너지 vE-55 ℃ 가 80 J 이상이며, 용접 열 영향부 인성도 우수하다. 특히 본 발명예는 모두, 시험편의 표점간 거리가 길고, 이음매 강도를 얻기 어려운 JIS 1A 호 시험편에 있어서도 충분한 이음매 강도가 얻어지고 있다.

한편, 화학 성분이나 Mn ＋ 0.4 × (Cu ＋ Ni) 의 값의 하나 이상이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 No. 10 ∼ 23 은, 상기의 어느 하나 이상의 특성이 열화되어 있다.

Claims

질량％ 로, C : 0.04 ∼ 0.09 ％,
Si : 0.15 ∼ 0.25 ％,
Mn : 1.40 ∼ 2.00 ％,
P : 0.015 ％ 이하,
S : 0.0005 ∼ 0.0040 ％,
Cu : 0.05 ∼ 0.7 ％,
Ni : 0.4 ∼ 1.3 ％,
Al : 0.030 ∼ 0.080 ％,
Ti : 0.005 ∼ 0.023 ％,
B : 0.0003 ∼ 0.0020 ％,
Ca : 0.0005 ∼ 0.0030 ％,
N : 0.0030 ∼ 0.0060 ％,
O : 0.0040 ％ 이하를 함유하고,
추가로, Nb : 0.005 ％ 이하
및 Mo : 0.01 ％ 이하를 함유하고,
또한 Mn, Cu, Ni 는, 하기 (1) 식을 만족시켜 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.
1.85 ≤ Mn ＋ 0.4 × (Cu ＋ Ni) ≤ 2.10···(1)
단, 상기 식 중의 Mn, Cu, Ni 는 각 성분의 함유량 (질량％) 을 나타내고, 함유하지 않는 경우에는 0 으로 한다.
제 1 항에 있어서,
추가로, 하기 (2) 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.
0 ＜｛(Ca － (0.18 ＋ 130 × Ca) × O)/1.25｝/S ≤ 0.8···(2)
단, 상기 식 중의 Ca, O, S 는 각 성분의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
추가로, 질량％ 로, Cr : 0.5 ％ 이하,
V : 0.1 ％ 이하,
W : 0.1 ％ 이하 중에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 질량％ 로, Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,
Zr : 0.001 ∼ 0.020 ％,
REM : 0.001 ∼ 0.020 ％ 중에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
용접 입열량이 80 ∼ 300 kJ/㎝ 인 대입열 용접을 실시했을 때의 본드 근방의 열 영향부 조직에 있어서, 구 γ 립 내의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 대입열 용접용 강재.