KR910006026B1 - 용접성이 우수한 인장강도 60kg/㎟ 급 이상의 조질고장력강 - Google Patents

Abstract

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Description

용접성이 우수한 인장강도 60kg/mm2급 이상의 조질고장력강

제1도는 본 발명과 비교강의 예열온도에 따른 단면균열율을 나타내는 그래프.

제2도는 본 발명과 비교강에 대한 흡수에너지값을 나타내는 그래프.

제3도는 탄소당량(Ceq)에 따른 흡수에너지값의 변화를 나타내는 그래프.

제4도는 본 발명과 비교강의 고능률용접부 재현조직을 나타내는 사진.

본 발명은 예열없이 용접을 행하여도 저온 균열발생의 위험이 없고 고능률 용접시 용접부취화가 생기지않는 조질고장력강 특, 인장강도 60kg/mm²급 이상의 조질고장력강에 관한 것이다.

일반적으로, 교량, 저장용기등 용접구조물에 널리 사용되고 있는 인장강도 60kg/mm²급 이상의 고장력 강은 용접시 가장 우선적으로 구려되어야할 점은 용접부에서의 저온균열발생과 취화현상이다.

이러한 재질상의 결함은 강재의 강도확보를 위해 필수적으로 첨가되는 C, Mn을 비롯한 강화원소들의 영향에 기인한 것으로 용접부 저온 균열발생방지를 위해서는 용접작업전후에 재질에 대응한 예·후열처리를 행하지 않으면 안된다.

따라서 용접작업이 번거러워지고, 시공비용의 상승을 피할수 없으며 정해진 예, 후열작업을 행하지 않을 경우 구조물의 건조나 사용중 용접균열발생에 기인한 대형파괴사고의 위험이 증대된다. 이러한 용접부균열발생의 위험과 함께 고장력강 사용시 가장 주의를 요하는 문제가 용접부취회현상이다.

최근 용접구조물시공시 생산성 및 경제성측면에서 자동화에 의한 고능률 용접적용비율이 점차 확대되고 있는 실정이다.

이 경우 강재에 일시적으로 높은 용접에너지가 가해지며 따라서 용접부에서는 결정립이 조대화되고 고온 변태생성물의 형성되어 용접부성능이 저하되게 된다.

따라서 고능률용접시공의 경제적 이점에도 불구하고 용접부취화가 발생되지 않도록 적응용접입열량을 제한하지 않으면 안된다.

상기의 고장력강 용접시 가장 중요한 두가지 문제점을 동시에 해결함으로써 최종적으로 예열없이 용접을 행하여도 저온균열발생의 위험이 없고 통상강에 비해 용접능률을 2배이상 높여도 용접부취화가 문제되지 않는 고장력강 제조기술개발이 용접구조물의 경제성, 신뢰성측면에서 강력히 요청되고 있다.

지금까지는 고장력강 용접시 발생하는 저온균열과 취화문제해결을 위한 강 제조기술개발이 별도로 진행되어 왔다. 전자의 경우 저온균열감수성을 높이는 C, Mn 함량을 낮추기위해 Mo, Cr, Ni, V 등 강화원소와 소입성 효과가 우수한 B을 활용하여 재가열소입, 소려처리에 의해 강을 제조하거나 직접소입처리에 의해 소입성을 증대시켜 용접성에 해로운 합금성분을 낮춤으로써 저온균열발생위험을 줄이는 강 제조기술이 활용되고 있다.

그러나 재가열소입제의 경우 용접부 저온균열발생방지에는 그 효과가 있으나 고능률용접적용시 재가열소입재에서는 용접부 결정립의 조대화나 고온변태생성물의 형성으로 인해 급격한 인성저하가 발생하여 직접소입재의 경우 용접부에서 강도저하현상이 생겨 적용가능한 용접입열량에 제한이 따르게된다.

용접부 취화방지를 위한 지금까지의 강 제조방법은 고능률용접시 조직변태 및 결정립미세화를 위해 Ti, REM, B 등의 석출물 형성원소들을 활용하는 것이다.

그러나 고능률용접용강이라 할지라도 국부 가용접시나 보수용접시 소입열용접이 빈번히 행해져야하므로 앞서 제기된 저온균열발생방지대책이 함께 고려되지 않으면 안된다.

따라서, 본 발명은 저온균열감수성지수(이하, ＂Pcm＂ 이라 칭함) 및 탄소당량(이하 ＂Ceq＂이라 칭함)을 제한하고 Ti 및 B를 복합첨가하므로서 저온균열과 취화현상이 방지되는 용접성이 우수한 조질고장력강을 제공하고자 하는 것으로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명은 강 슬래브를 열간압연한 후, 소입, 소려처리하여 제조되는 용접성이 우수한 인장강도 60kg/mm²급 이상의 조질고장력강에 있어서, 상기 강 슬래브의 성분이 C : 0.06-0.10중량%(이하, ＂%＂라 칭함), Si : 0.1-0.5%, Mn : 1.0-1.6%, Al : 0.02-0.08%, Ti : 0.005-0.02%, B : 0.0003-0.003%, N : 0.002-0.008%와 Cu : 0.5%이하, Ni : 1.0% 이하, Cr : 0.5% 이하, Mo : 0.5% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.1% 이하로 이루어진 그룹중에서 적어도 1종 이상을 포함하고 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되며 Pcm : 0.20% 이하, Ceq : 0.32-0.38%가 되도록 구성되는 용접성이 우수한 인장강도 60kg/mm²급 이상의 조질고장력강에 관한 것이다.

이하에서, 본 발명강의 성분조성한정이유에 대해서 상세히 설명한다. 상기 C는 강의 강도를 증가시키는데 유효한 원소로서 60kg/mm²급 이상의 인장강도를 얻는데에는 최저 0.06%가 필요하지만, 과잉 C 함량은 용접경화성 및 저온균열감수성을 높이고 고능률용접시 고온변태생성물을 형성시켜 취화현상을 초래하므로 그 상한을 0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 본 발명에 있어서 탈산작용 및 강도확보에 유용한 원소이며 Si에 의한 강도증가에 따른 인성의 저하는 비교적 적지만 과잉첨가시 균열감수성을 높이므로 한정범위를 0.1-0.5%로 하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 1.0% 미만에서는 강도가 부족하므로 그 하한을 1.0%로 하지만 Mn 함량이 1.6%을 넘으면 강도 상승효과도 포화되고 용접부 인성이 열화되면 용접경화성을 높이므로 그 상한을 1.6%로 한정한다.

상기 Cu를 0.5% 이하로 한정한 것은 Cu가 소입성, 강도를 높이는데 유효한 원소이지만 0.5%를 넘으면 용접균열감수성이 증대되고 인성이 저하되기 때문이다.

상기 Ni은 강의강도 및 인성을 개선시키는데 유효한 원소이지만 1.0%을 넘으면 강 제조원자가 높아지므로 1.0% 이하로 제한한다.

상기 Mo은 강도증가 및 소려취화저항능을 향상시키는 원소이지만 과잉함유시 용접부 균열발생의 위험이 증대되고 인성이 저하되므로 그 범위를 0.5% 이하로 한다.

상기 Cr은 강의 강도확보에 유효한 원소이지만 참가량이 0.5%를 넘으면 Cr 탄화물이 다량생성되어 강의 인성을 열화시키고 동시에 저온균열감수성을 높이므로 그 상한을 0.5%로 한다.

상기 Nb가 V은 모두 모재 및 용접부강도증가에 유효한 원소이지만 그 함유량이 0.1%를 초과하면 그 효과는 포화되고 오히려 용접성을 해치므로 그 상한을 0.1%로 한다.

상기 Al은 탈산을 위해 본 발명과 같은 킬드강에 필수적으로 첨가되어야하며 질소와 결합하여 AlN을 형성하므로써 강의조직을 미세화시키고 고용질소를 저감시킴으로써 인성을 향상시키며 B의 질소와의 결합을 방지시켜 B의 소입성효과를 향상시키는 원소로서 0.02% 미만에서는 그 효과가 없으며 0.08%를 초과하면 그 효과는 포화되고 개재물이 증가되어 인성을 해치므로 그 한정범위를 0.02-0.08%로 한다.

상기 Ti은 본 발명강의 필수원소로서 미량첨가에 의해 단독 혹은 복합석출물을 형성하여 조직미세화와 고용질소저감작용을 통해 고능률용접시 용접부인성저하를 방지하는 역할을 하는데 그 함량이 0.005% 이하에서는 효과가 없으며 0.02%를 초과하면 조대석출물의 형성, 고용 Ti의 증대로 인성저하를 초래하므로 그 한정범위를 0.005-0.02%로 한다.

상기 B은 Ti와 함께 본 발명강의 필수원소로서 극미량첨가로도 강의 소입성을 증가시켜 용접성에 해로운 강화원소의 첨가량을 감소시킬 수 있으며 고능률용접시 Ti와 함께 복합석출물을 형성하여 조직변태작용 및 고용질소저감을 통해 우수한 인성을 얻게한다.

이러한 B의 효과는 0.0003% 미만에서는 유효 B의 확보가 어려워 나타나지 않으며 0.003%를 초과하면 결정립계 및 입내에 조대한 B 화합물이 생성되어 소입성효과를 상실하고 인성을 저하시키므로 성분범위를 0.0003-0.003%로 한정한다.

상기 N은 Al, Ti, B 등과 결합하여 조직변태에 유효하게 작용하는 원소로서 0.002% 이상이 필요하지만 0.008％를 넘으면 강 제조시 B과 결합하여 B의 소입성을 해치고 과잉의 고용질소는 용접부인성을 저하시키므로 그 상한을 0.008 이하로 제한한다.

다음은 강재의 저온균열감소성 지수인 Pcm과 탄소당량 Ceq의 한정이유에 대해 상세히 설명한다.

고장력강의 저온균열감수성은 강재의 화학조성으로 결정되는 Pcm 식에 의해 평가되며 일반적으로 Pcm이 0.20% 이하이면 저온균열이 발생하지 않는다. 강재의 강도증가를 위해 화학성분의 첨가량이 높아질수록 Pcm 값은 높아지며 용접부에서 균열발생의 위험이 증대되게 된다. 따라서 Pcm 값의 한계를 0.20% 이하로 한정한다.

한편, 고능률용접시 취화정도를 평가하는 용접부인성은 C 보다 강화원소들의 영향이 크게 반영된 Ceq 값과 상관관계를 나타내며 지금까지는 용접성개선을 위해 Ceq 값 상한만을 규제하여 왔으나 저온균열감수성과는 달리 용접부인성은, 제3도에 나타난 바와같이 적정 Ceq 범위에서 우수한 성질을 나타내는데, 0.32%미만이나 0.38% 초과시 급격한 취화현상이 발생되므로 0.32-0.38%로 한정하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 성분조성의 강은 전로, 전기로등에서 용제하여 필요에 따라서 진공탈가스처리를 거쳐 조괴, 분괴 혹은 연속주조에 의해 슬래브를 제조하고, 이렇게 제조된 슬래브는 열간압연한 후 Ac₃이상의 온도로 재가열하여 급냉하는 소입처리를 실시하여 강의 강도를 증가시키고 이어서 Ac₁이하의 온도에서 소려처리를 행함으로써 경하고 취약해진 강에 적당한 인성을 부여한다.

본 발명은 Pcm 및 Ceq를 상기 범위로 한정시킨 것으로 이에의해 저온균열감수성 저감 및 용접부취화방지등 우수한 용접성을 얻는 것으로 통상 용접성을 향상시키고자할 경우, 강도, 인성의 저하가 나타나는데 본 발명에 의하면 강도 및 인성은 오히려 개선되었으며, 전술한 바와같이 Pcm과 Ceq를 각각 0.20% 이하, 0.32-0.38%로 제한함과 동시에 Ti 량을 0.005-0.002%, B 량을 0.0003-0.003%로 한정하고 각 첨가성분을 전술의 범위로 제한함에 의해 우수한 모재 및 용접부특성을 얻는 것이다.

즉, Ti와 B를 복합첨가함으로써 Ti의 질소고정효과를 이용하여 B의 소입성을 향상시키고 고능률용접시에는 상기 원소들이 복합석출물을 형성하여 용접부조직변태 및 조직미세화와 용접부인성에 해로운 강중 고용질소량을 저감시켜 최종적으로 우수한 용접부인성을 얻게하는 것이다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기표 1과 같이 조성된 본 발명강 및 비교강의 슬래브를 1150℃로 2시간 가열한 후 열간압연한 다음, 930℃로 재가열하여 소입하고 650℃에서 소려처리한 다음 각각에 대한 기계적성질, 즉 항복점, 인장강도, 연신율, 충격흡수에너지, 파면천이온도를 측정하여 하기표 2에 나타내었다.

하기표 2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명강(A-F)는 인장강도에 있어서는 60kg/mm²이상의 값을 나타내며, 비교강(G-O)에 비하여 파면천이온도는 현저히 낮고, 충격흡수에너지값도 큰값을 나타내었다.

따라서, 본 발명강(A-F)는 비교강(G-O)에서 비하여 저온인성이 우수함을 알 수 있다.

[표 1]

[표 2]

[실시예 2]

상기표 1과같이 조성된 본 발명강(A)와 Pcm 한정범위를 벗어나는 비교강(G.H)을 실시예 1과같이 제조하여 경사 Y형 구속균열시험(JIS-Z 3158)을 행하고 그 결과 즉, 예열온도에 따른 단면균열율을 제1도에 나타내었는데, 이로부터 알 수 있는 바와같이 비교강의 균열방지를 위한 한계예열온도가 100℃, 75℃ 인데 비해 본 발명강은 예열없이 용접하여도 균열이 발생되지 않게 된다.

[실시예 3]

상기표 1과 같이 조성된 본 발명강(A.E)와 Ceq 한정범위를 벗어나는 비교강(G.H.I.J) 및 Ti과 B이 단독첨가된 비교강(N.O)을 상기 실시예 1과 같이 제조하여 고능률 용접조건인 100kJ/cm 상단의 용접부 재현인성 즉, 흡수에너지값을 측정하여 제2도에 나타내었으며, 특히 본 발명강(A)와 비교강(G)에 대해서는 용접부 재현조직을 통한 재현인성의 우수성을 관찰하기 위하여 용접부재현조직사진을 제4도에 나타내었다.

제2도에서 알 수 있는 바와같이, 비교강(G.H.I.J.N.O)의 고능률 용접부재현인성(충격에너지)은 모재규격치(vE-10

4.8kg-m)에 미치지못하는데 비해 본 발명강(A.E)는 20kg-m 이상이 충격에너지값을 갖는 것으로서 고능률 용접부재현인성이 우수하였으며, 제4도에 나타난 바와같이, 본 발명강(A)의 용접부재현조직(제4a도)은 미세한 페라이트조직이 주체를 이루고 있는데, 반하여, 비교강(G)의 용접부재현조직[제4b도]은 용접부를 취화시키는 주된 요인이되는 상부베이나이트, 조대 페라이트조직이 주체를 이루고 있어 본 발명강(A)가 비교강(G)에 비하여 인성이 우수하다는 것을 입증해주고 있다.

이와같이, 본 발명은 용접경화성이 낮아서 예열없이 상온에서도 용접이 가능하며 동시에 고능률용접적용이 가능하므로 용접작업공수의 절감이나 비용절감에 상당히 기여할 수 있으며 강제조시 고가의 합금원소 첨가량을 줄일 수 있으므로 강의 경제거 제조 측면에서도 유리한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 강 슬래브를 열간압연한 후 소입, 소려처리하여 제조되는 인장강도 60kg/mm²급 이상의 조질 고장력강에 있어서, 상기 강 슬래브의 성분이 중량%로 C : 0.06-0.1%, Si : 0.1-0.5%, Mn : 1.0-1.6%, Al : 0.02-0.08%,Ti : 0.005-0.02%, B : 0.0003-0.003%, N : 0.002-0.008%와 Cu : 0.5% 이하, Ni : 1.0%이하, Cr : 0.5% 이하, Mo; 0.5% 이하, Nb : 0.1％ 이하, V : 0.1% 이하로 이루어진 그룹중에서 적어도 1종 이상을 포함하고 나머지가 Fe 및 불가피한 원소로 조성되며 Pcm : 0.2% 이하, Ceq : 0.32-0.38%가 되도록 구성됨을 특징으로 하는 용접성이 우수한 인장강도 60kg/mm²급 이상의 조질고장력강.

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