KR101252996B1

KR101252996B1 - 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101252996B1
Application number: KR1020117030059A
Authority: KR
Inventors: 마나부 호시노; 마사아끼 후지오까; 요오이찌 다나까; 마사노리 미나가와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2013-04-15
Also published as: WO2010047416A1; CA2713157A1; TW201026860A; CA2713157C; JPWO2010047416A1; BRPI0907853B1; BRPI0907853A2; KR20100113605A; EP2241646B1; US20110041965A1; EP2241646A4; TWI340171B; KR20110138427A; JP4551492B2; EP2241646A1; CN101960037A; US8048367B2; CN101960037B

Abstract

본 발명은 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판을 제공하는 것이고, 또한 템퍼링 열처리를 생략하여 제조하는 상기한 고장력 후강판의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 고장력 후강판은 질량％로, C : 0.030 내지 0.055％, Mn : 2.4 내지 3.5％, P : 0.01％ 이하, S : 0.0010％ 이하, Al : 0.06 내지 0.10％, B : 0.0005 내지 0.0020％, N : 0.0015 내지 0.0060％를 함유하고, 용접 균열 감수성 지수(Pcm)값이 0.18 내지 0.24％이고, 마르텐사이트를 주체로 하는 조직의 고장력 후강판이다. 본 발명의 고장력 후강판의 제조 방법은 소정의 성분 조성이 갖는 강편 또는 주조편을, 950 내지 1100℃로 가열하여, 820℃ 이상에서 압연을 행하고, 계속해서 700℃ 이상으로부터 냉각 속도가 8 내지 80℃/sec로 되는 가속 냉각을 개시하고, 실온으로부터 350℃에서 상기 가속 냉각을 정지하는 것이다.

Description

용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판 및 그 제조 방법 {HIGH TENSILE STRENGTH STEEL THICK PLATE HAVING EXCELLENT WELDABILITY AND TENSILE STRENGTH OF 780MPA OR ABOVE, AND PROCESS FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 예열 프리의 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판 및 그것을, 높은 생산성과 저비용 하에 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명 강은 건설 기계, 산업 기계, 교량, 건축, 조선 등의 용접 구조물의 구조 부재로서, 판 두께 12㎜ 이상 40㎜ 이하인 후강판의 형태로 적절하게 사용되는 것이다.

또한, 여기서, 예열 프리라 함은, 실온에 있어서, 피복 아크, TIG 또는 MIG 용접 등을 사용하여, 2kJ/㎜ 이하의 입열량의 용접에 의해, JISZ3158 「y형 용접 균열 시험」을 행하였을 때, 용접 균열 방지를 위해 필요한 예열 온도가, 25℃ 이하이거나, 또는 예열이 전혀 필요없는 것을 말한다.

건설 기계, 산업 기계, 교량, 건축, 조선 등의 용접 구조 부재로서 사용되는 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 강판에는 모재의 고강도ㆍ고인성을 양립시키는 동시에, 예열 프리의 고용접성을 만족시키고, 또한 저렴하고, 짧은 공사 기간에 제조 가능한 판 두께 40㎜ 정도의 것까지 요구되어 왔다. 즉, 모재의 고강도ㆍ고인성, 피복 아크, TIG 또는 MIG 용접 등의 소입 열용접 시의 예열 프리화를, 염가 성분계로, 짧은 공사 기간에 추가하여 염가 제조 프로세스로 만족시킬 필요가 있다.

고용접성을 부여한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판의 종래의 제조 방법으로서는, 예를 들어, 특허 문헌 1 내지 3에 개시되어 있는 바와 같이, 강판의 압연 직후에 온라인으로 직접 켄칭을 행하고, 그 후에 템퍼링 처리를 행하는, 직접 켄칭, 템퍼링에 의한 방법이 있다.

또한, 압연 후의 재가열 템퍼링 열처리를 필요로 하지 않는 비조질에서의 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판의 제조 방법에 관해서는, 예를 들어, 특허 문헌 4 내지 8에 개시가 있고, 모두 재가열 템퍼링 열처리를 생략할 수 있는 점에서는 제조 공사 기간, 생산성이 우수한 제조 방법이다. 이 중, 특허 문헌 4 내지 7에 기재된 발명은, 강판의 압연 후의 가속 냉각을 도중에 정지하는, 가속 냉각-도중 정지 프로세스에 의한 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 특허 문헌 8에 기재된 발명은 압연 후 공냉으로 실온까지 냉각하는 제조 방법에 관한 것이다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 1) 특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평03-232923호 공보

(특허문헌 2) 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평09-263828호 공보

(특허문헌 3) 특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2000-160281호 공보

(특허문헌 4) 특허 문헌 4 : 일본 특허 출원 공개 제2000-319726호 공보

(특허문헌 5) 특허 문헌 5 : 일본 특허 출원 공개 제2005-15859호 공보

(특허문헌 6) 특허 문헌 6 : 일본 특허 출원 공개 제2004-52063호 공보

(특허문헌 7) 특허 문헌 7 : 일본 특허 출원 공개 제2001-226740호 공보

(특허문헌 8) 특허 문헌 8 : 일본 특허 출원 공개 평08-188823호 공보

그러나, 예를 들어, 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 발명에서는, 재가열 템퍼링 열처리가 필요해지므로, 제조 공사 기간, 생산성, 제조 비용에 문제가 있다. 이와 같은 종래 기술에 대해서는, 재가열 템퍼링 열처리를 생략할 수 있는, 소위 비조질의 제조 방법에의 요구가 강하다.

비조질의 제조 방법으로서, 특허 문헌 4에 기재된 발명에서는, 그 실시예에 기재가 있는 바와 같이 용접 시에 50℃ 이상에서의 예열이 필요해, 예열 프리의 고용접성을 만족시킬 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 5에 기재된 발명에서는, 0.6％ 이상의 Ni 첨가가 필요하므로 고가의 성분계로 되어 제조 비용상 문제가 있다. 특허 문헌 6에 기재된 발명에서는, 실시예에 기재된 판 두께 15㎜까지밖에 제조할 수 없어, 판 두께 40㎜까지의 판 두께 요구를 만족시킬 수 없다. 또한, 판 두께 15㎜에 있어서도, C 함유량이 적어 조인트의 마이크로 조직이 조립(粗粒)으로 되어 충분한 조인트 저온 인성이 얻어지지 않는 문제가 있다.

특허 문헌 7에 기재된 발명에서는, 실시예에 기재가 있는 바와 같이 1.0％ 정도의 Ni 첨가가 필요하므로 고가의 성분계로 되어 제조 비용상 문제가 있다. 특허 문헌 8에 기재된 발명에서는, 실시예에 기재된 판 두께 12㎜까지밖에 제조할 수 없어, 판 두께 40㎜까지의 판 두께 요구를 만족시킬 수 없다. 또한, 그 압연 조건의 특징으로서 페라이트와 오스테나이트의 2상 온도 범위에서 누적 압하율 16 내지 30％의 압연을 행하므로, 페라이트 입자가 조대화되기 쉽고 판 두께 12㎜의 제조에 있어서도 강도, 인성이 저하되기 쉬운 문제가 있다.

이상과 같이, 모재의 고강도와 고인성, 고용접성을, 고가의 합금 원소인 Ni, Mo, V, Cu, Nb의 함유량을 제한하고, 바람직하게는 무첨가이고, 또한 압연 냉각 후의 재가열 템퍼링 열처리를 생략한 후에 만족시킬 수 있는 판 두께 40㎜까지의 고장력 후강판 및 그 제조 방법은, 수요가의 요망이 강함에도, 아직 발명되어 있지 않은 것이 현상이다.

모재의 인장 강도 780㎫급의 후강판에서는, 예열 프리화에 미치는 판 두께의 영향은 매우 크다. 판 두께 12㎜ 미만에서는 예열 프리화를 용이하게 달성할 수 있다. 이는 판 두께 12㎜ 미만이면 수냉 시의 강판의 냉각 속도를 판 두께 중심부에서도 100℃/sec 이상으로 크게 하는 것이 가능해, 이 경우, 적은 합금 원소 첨가량으로 모재 조직을 마르텐사이트 조직으로 할 수 있어, 인장 강도 780㎫급의 모재 강도가 얻어진다. 합금 원소 첨가량이 적으므로 예열하지 않아도 용접 열영향부의 경도를 낮게 억제할 수 있어, 예열 프리에서도 용접 균열을 방지할 수 있다.

한편, 판 두께가 두꺼워지면, 수냉 시의 냉각 속도는 필연적으로 작아진다. 이로 인해, 얇은 강판과 동일한 성분에서는 켄칭 부족으로부터 두꺼운 강판의 강도는 저하되어, 780㎫ 급의 인장 강도를 만족시킬 수 없게 된다. 특히, 냉각 속도가 가장 작아지는 판 두께 중심부(1/2t부)에서의 강도 저하가 현저하다. 냉각 속도가 8℃/sec를 하회하는 판 두께 40㎜를 초과하는 두꺼운 강판으로 되면, 모재의 강도 확보에 합금 원소의 다량 첨가가 필수로 되어, 용접 예열 프리화는 극히 곤란해진다.

따라서, 본 발명은 모재의 고강도와 고인성, 고용접성을, 고가의 합금 원소인 Ni, Mo, V, Cu, Nb의 함유량을 제한하고, 바람직하게는 무첨가이고, 또한 압연 냉각 후의 재가열 템퍼링 열처리를 생략한 후에 만족시킬 수 있는, 고장력 강판 및 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다. 구체적으로는, 모재의 판 두께 중심부에 있어서, 인장 강도 780㎫ 이상, 바람직하게는 1000㎫ 이하, 항복 응력 685㎫ 이상, －20℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상이고, 실온에 있어서의 JISZ3158 「y형 용접 균열 시험」 시의 필요 예열 온도가 25℃ 이하를 만족시킬 수 있는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판 및 그 제조 방법의 제공이다. 여기서, 본 발명이 대상으로 하는 강판의 판 두께는 12㎜ 이상 40㎜ 이하이다.

본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위해, Ni, Mo, V, Cu, Nb가 무첨가의 성분계로 압연 후 직접 켄칭에 의한 제조를 전제로, 모재, 용접 조인트에 대해 수많은 검토를 행하였다. 그 중, Ni, Mo, V, Cu, Nb가 무첨가이고 B를 첨가한 성분계에 대해, 소입열용접 시의 예열 프리의 실현을 향해, 첨가 성분에 관한 검토를 행한 결과, C 첨가량 및 Pcm값으로 평가할 수 있는 용접 균열 감수성 지수의 규제에 의해, 예열 프리화가 가능해지는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, C 첨가량을 0.055％ 이하로 엄격히 규제한 후, Pcm값을 0.24％ 이하로 규제함으로써, 실온에 있어서의 JISZ3158 「y형 용접 균열 시험」 시의 필요 예열 온도를 25℃ 이하로 할 수 있는 것을 알 수 있었다.

그러나, 더욱 검토를 진행시킨 결과, Pcm값 0.24％ 이하, 또한, 0.055％ 이하의 저C량을 전제로 하고, 또한 강도ㆍ인성 향상에 유효한 Ni, Mo, V, Cu, Nb의 함유량을 제한하고, 바람직하게는 첨가하지 않고, 판 두께 40㎜까지의 판 두께 방향 전체 두께에 걸치는 모재 강도ㆍ인성을 양립하는 것은 매우 곤란한 것을 알 수 있었다.

이에 대해, B 첨가 강에 있어서의 Mn, S, Al, N, Ti 첨가량과, 가열, 압연, 냉각 조건에 대해 수많은 상세한 검토를 더 행하였다. 그 결과, Mn 첨가량을 2.4％ 이상으로 다량으로 첨가하고, S를 0.0010％ 이하로 엄격히 규제하고, Al을 0.06％ 이상 첨가하는 동시에, N을 0.0015％ 이상, 0.0060％ 이하로 하고, 또한 Ti를 무첨가로 한 후, 가열 온도를 950℃ 이상, 1100℃ 이하로 하고, 820 ℃ 이상에서 압연한 직후에 700℃ 이상으로부터, 실온 이상 350℃ 이하까지 냉각 속도 8℃/sec 이상, 80℃/sec 이하에서 수냉함으로써, 비로소, 40㎜ 두께까지의 판 두께 방향 전체 두께에 걸치는 모재 강도ㆍ인성의 양립, 구체적으로는 인장 강도 780㎫ 이상, 항복 응력 685㎫ 이상, －20℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상을 만족시키는 것이 가능해지는 것을 새롭게 발견하였다.

본 발명은 이상과 같은 신규 지식에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％로, C : 0.030％ 이상, 0.055％ 이하, Mn : 2.4％ 이상, 3.5％ 이하, P : 0.01％ 이하, S : 0.0010％ 이하, Al : 0.06％ 이상, 0.10％ 이하, B : 0.0005％ 이상, 0.0020％ 이하, N : 0.0015％ 이상, 0.0060％ 이하를 함유하고, Ti : 0.004％ 이하로 제한하고, 하기에 나타내는 용접 균열 감수성 지수(Pcm)값이 0.18％ 이상, 0.24％ 이하이고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 이루고, 강의 마이크로 조직이 마르텐사이트와, 잔량부가 면적 분율로 3％ 이하인 페라이트, 베이나이트, 시멘타이트의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.

Pcm ＝ [C] ＋ [Si]/30 ＋ [Mn]/20 ＋ [Cu]/20 ＋ [Ni]/60 ＋ [Cr]/20 ＋ [Mo]/15 ＋ [V]/10 ＋ 5[B]

여기서, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [B]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B의 질량％로 나타낸 함유량을 의미한다.

(2) 질량％로, Cu : 0.05％ 초과, 0.50％ 이하, Ni : 0.03％ 초과, 0.50％ 이하, Mo : 0.03％ 초과, 0.30％ 이하, Nb : 0.003％ 초과, 0.05％ 이하, V : 0.005％ 초과, 0.07％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.

(3) 또한, 질량％로, Si : 0.05％ 이상, 0.40％ 이하, Cr : 0.10％ 이상, 1.5％ 이하의 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.

(4) 또한, 질량％로, Mg : 0.0005％ 이상, 0.01％ 이하, Ca : 0.0005％ 이상, 0.01％ 이하의 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.

(5) 판 두께가 12㎜ 이상 40㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 고장력 후강판의 제조 방법이며, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강편 또는 주조편을, 950℃ 이상, 1100℃ 이하로 가열하여, 820 ℃ 이상에서 압연을 행하고, 이것에 이어서, 700 ℃ 이상으로부터 냉각 속도가 8℃/sec 이상, 80℃/sec 이하로 되는 가속 냉각을 개시하고, 실온 이상 350℃ 이하에서 상기 가속 냉각을 정지하는 것을 특징으로 하는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판의 제조 방법.

또한, 본 발명의 고장력 후강판은, 탈산제로서 사용되는 Si, 스크랩 등의 원료에 포함되는 Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, 내화물 등에 포함되는 Mg, Ca 등을 포함하는 경우가 있다. 이들은, 미량을 함유해도, 특별히 효과를 발현하는 경우는 없고, 특성을 손상시키는 경우도 없다. 따라서, Si : 0.05％ 미만, Cu : 0.05％ 이하, Ni : 0.03％ 이하, Cr : 0.10％ 미만, Mo : 0.03％ 이하, Nb : 0.003％ 이하, V : 0.005％ 이하, Mg : 0.0005％ 미만, Ca : 0.0005％ 미만의 함유는 허용된다.

본 발명에 따르면, 고강도화 요구가 강한 건설 기계, 산업 기계, 교량, 건축, 조선 등의 용접 구조물의 구조 부재로서 적합한, 예열 프리의 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상이고 판 두께 12㎜ 이상 40㎜ 이하인 고장력 후강판을, 고가의 Ni, Mo, V, Cu, Nb를 사용하지 않고, 또한 압연 후의 재가열 템퍼링 열처리를 필요로 하지 않는 높은 생산성과 저비용의 것으로 제조할 수 있고, 그 산업계에 초래하는 효과는 극히 크다.

이하에, 본 발명에 있어서의 강판의 각 성분 조성, 마이크로 조직 및 압연 조건 등의 제조 방법의 한정 이유를 설명한다.

C는 모재 강도를 만족시키기 위해 0.030％ 이상의 첨가가 필요하다. 모재 강도를 보다 높게 하기 위해, C의 하한을 0.035％ 또는 0.040％로 제한해도 좋다.

첨가량이 0.055％를 초과하면, 용접 시의 필요 예열 온도가 25℃를 초과하여 예열 프리를 만족시킬 수 없으므로, 상한치는 0.055％로 한다. 용접성을 보다 향상시키기 위해, C 상한을 0.050％로 제한해도 좋다.

Mn은 모재 강도ㆍ인성의 양립을 위해, 2.4％ 이상의 첨가가 필요하다. 보다 바람직하게는 Mn의 하한을 2.55％, 2.65％ 또는 2.75％로 설정해도 좋다. 3.5％를 초과하여 첨가하면 강편 또는 주조편의 중심 편석부에 있어서 인성에 유해한 조대한 MnS가 생성되어, 판 두께 중심부의 모재 인성이 저하되므로, 상한을 3.5％로 한다. 중심 편석부의 모재 인성을 안정화하기 위해, Mn의 상한을 3.30％, 3.10％ 또는 3.00％로 제한해도 좋다.

Al은 탈산 원소로서의 역할에 추가하여, 가열ㆍ압연 시에 N과 AlN을 생성함으로써 BN의 생성을 억제하고, 냉각 시에 B를 고용 상태로 제어하여, 강의 켄칭성을 높이는 중요한 역할을 갖는다. Mn 첨가량을 2.4％ 이상으로 한 후, Al량, N량을 엄격하게 제어하면, 압연 전의 가열 시 및 압연 시에 N은 AlN으로서 석출되므로, BN을 형성하는 N이 적어져, 켄칭성을 높이는 데 필요한 고용 붕소량을 확보할 수 있다. 가열ㆍ압연 시에 AlN을 생성시키기 위해서는 Al은 0.06％ 이상 첨가할 필요가 있고, 0.10％를 초과하여 첨가하면 조대한 알루미나 개재물이 생성되어 인성을 저하시키는 경우가 있으므로 그 상한을 0.10％로 한다. 조대한 알루미나 개재물 생성을 방지하기 위해, Al의 상한을 0.08％로 제한해도 좋다. 또한, Mn 첨가량이 2.4％를 하회하면 가열ㆍ압연 시에 AlN이 석출되기 어려워, 고용 붕소량이 감소하여 켄칭성이 저하되므로, Al량, N량의 제어에 추가하여, 2.4％ 이상의 Mn 첨가가 필요하다.

N은 가열 시에 AlN으로서 석출되어, γ입경을 미세하게 하여 인성을 높이는 효과를 갖는다.

고가의 Nb 및 인성에 유해한 Ti의 함유량을 제한하여, 바람직하게는 Nb나 Ti를 함유하지 않는 본 발명 강에서는, NbC나 TiN에 의한 γ입경 미세화 효과가 불충분하거나, 또는 이용할 수 없다. 그로 인해, 본 발명 강에서는 AlN에 의한 γ입경 미세화 효과가 인성 향상에 필수이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.0015％ 이상의 N 첨가가 필요하다. 0.0060％를 초과하여 첨가하면, BN으로서 붕소를 석출시키고, 고용 붕소량을 감소시켜 켄칭성을 저하시키므로, 그 상한을 0.0060％로 한다.

P는 모재 및 조인트의 저온 인성을 저하시키기 때문에 함유하지 않는 것이 바람직하다. 불가피하게 혼입되는 불순물 원소로서의 허용치는 0.01％ 이하이다. 모재 및 조인트의 저온 인성을 향상시키기 위해, P를 0.008％ 이하로 제한해도 좋다.

S는 Mn을 다량으로 첨가하는 본 발명에 있어서는 조대한 MnS를 생성하여 모재 및 조인트의 인성을 저하시키므로, 함유하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 고강도와 고인성의 양립에 유효한, 고가의 Ni, Mo, V, Cu, Nb의 함유량을 제한하거나, 또는 이들을 사용하고 있지 않으므로, 조대한 MnS의 유해성은 크다. 불가피하게 혼입되는 불순물 원소로서의 허용치는 0.0010％ 이하이고, 엄격한 규제가 필요하다. 모재 및 조인트의 저온 인성을 향상시키기 위해, S를 0.0008％ 이하, 0.0006％ 이하 또는 0.0004％ 이하로 제한해도 좋다.

B는 켄칭성을 높이고, 모재 고강도ㆍ고인성을 얻기 위해, 0.0005％ 이상의 첨가가 필요하다. 0.0020％를 초과하여 첨가하면 켄칭성이 저하되어, 양호한 조인트 저온 인성이나 충분한 모재 고강도ㆍ고인성이 얻어지지 않는 경우가 있으므로, 상한을 0.0020％로 한다. B의 상한을 0.0015％로 제한해도 좋다.

Ti는 모재 및 조인트로 취화상인 TiN 입자를 형성하여, 본 발명과 같은 고강도강에 있어서는 취성 파괴의 발생 기점으로서 작용하여 인성을 크게 저하시키므로 유해하다. 특히 본 발명과 같은, 고강도와 고인성의 양립에 유효한 고가의 Ni, Mo, V, Cu, Nb의 함유량을 제한하고, 바람직하게는 이들을 사용하고 있지 않은 강에 있어서는 TiN의 유해성은 크고, 이로 인해 Ti는 무첨가로 할 필요가 있다. 불가피하게 혼입되는 불순물 원소로서의 허용치는 0.004％ 이하이다.

본 발명에 있어서는, Ni, Mo, V, Cu, Nb를 첨가하지 않는 것이 바람직하다. Ni, Mo, V, Cu, Nb가 원재료 등으로부터 불가피하게 혼입되는 경우에는, 함유하고 있어도 고비용으로 되지는 않는다. 불가피하게 혼입되는 Ni, Mo, V, Cu, Nb의 상한치는 Ni, Mo : 0.03％ 이하, V : 0.005％ 이하, Cu : 0.05％ 이하, Nb : 0.003％ 이하로 한다.

그러나, Ni, Mo, V, Cu, Nb의 첨가에 의해, 켄칭성이 향상되거나, 또는 탄질화물이 생성된다. 그로 인해, 모재의 강도와 인성을 향상시키기 위해, Ni, Mo, V, Cu, Nb의 1종 또는 2종 이상을 첨가해도 좋다. 이 경우, 본 발명에서는, 비용이 증가하지 않는 범위에서, 불가피적 불순물 범위를 초과하여 Ni, Mo, V, Cu, Nb를 의도적으로 첨가한다. 비용이 증가하지 않는, 첨가량의 상한은, 구체적으로는 Cu, Ni는 0.50％ 이하, Mo는 0.30％ 이하, Nb는 0.05％ 이하, V는 0.07％ 이하이다. 또한, 비용의 관점으로부터, Cu, Ni는 0.30％ 이하, Mo는 0.10％ 이하, Nb는 0.02％ 이하, V는 0.03％ 이하를 상한으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 필요에 따라서 Si, Cr의 1종 또는 2종을 더 첨가할 수 있다.

Si는 탈산 원소로, 반드시 함유시킬 필요는 없지만, 0.05％ 이상의 첨가가 바람직하다. 또한, 모재 강도의 확보를 위해 첨가해도 좋고, 효과를 얻기 위해서는, 0.10％ 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나, 0.40％를 초과하여 첨가하면 모재 및 조인트의 인성이 저하되므로, 그 상한을 0.40％로 한다. 또한, 본 발명에서는, Si의 함유량이 0.05％ 미만인 경우에는 강도의 상승이나 인성의 저하에는 기여하지 않으므로, 불가피적 불순물이라고 간주한다.

Cr은 모재 강도의 확보를 위해 첨가해도 좋다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.10％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, 1.5％를 초과하여 첨가하면 모재 및 조인트의 인성이 저하되므로, 그 상한을 1.5％로 한다. Cr의 첨가에 의한 비용 증가를 피하기 위해, Cr을 1.0％ 이하, 0.6％ 이하 또는 0.4％ 이하로 제한해도 좋다. 또한, 본 발명에서는 원재료로부터 혼입한 Cr 함유량이 0.10％ 미만인 경우에는, 강도의 상승이나 인성의 저하에는 기여하지 않으므로, 불가피적 불순물이라고 간주한다.

또한, 본 발명에 있어서는, 필요에 따라서 Mg 및 Ca의 1종 또는 2종을 더 첨가 함으로써, 미세한 황화물이나 산화물을 형성하여 모재 인성 및 조인트 인성을 높일 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, Mg 혹은 Ca는 각각 0.0005％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, 0.01％를 초과하여 과잉으로 첨가하면 조대한 황화물이나 산화물이 생성되므로 오히려 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, 첨가량을 각각 0.0005％ 이상, 0.01％ 이하로 한다. 또한, 본 발명에서는 내화물 등으로부터 혼입한 Mg, Ca의 함유량이 0.0005％ 미만인 경우에는, 인성의 향상 및 저하에는 기여하지 않으므로, 불가피적 불순물이라고 간주한다.

본 발명에 있어서는, 용접 균열 감수성 지수(Pcm)값을 0.24％ 이하로 하지 않으면 용접 시의 예열을 프리로 할 수 없으므로, Pcm값의 상한을 0.24％ 이하로 한다. 용접성의 향상을 위해, 그 상한을 0.23％ 또는 0.22％로 제한해도 좋다. Pcm 값이 0.18％ 미만으로 되면, 모재의 고강도ㆍ고인성을 만족시킬 수 없으므로, 그 하한을 0.18％로 한다.

여기서, Pcm ＝ [C] ＋ [Si]/30 ＋ [Mn]/20 ＋ [Cu]/20 ＋ [Ni]/60 ＋ [Cr]/20 ＋ [Mo]/15 ＋ [V]/10 ＋ 5[B]이고, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [B]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B의 질량％로 나타낸 함유량을 의미한다.

다음에, 본 발명의 강판의 마이크로 조직에 대해 서술한다.

강판이 소정의 강도ㆍ인성을 갖기 위해서는, 그 마이크로 조직이 마르텐사이트 주체인 것이 필요하다. 마르텐사이트 이외의 잔량부는 페라이트, 베이나이트, 시멘타이트의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지고, 그들의 면적 분율의 합계를 3％ 이하로 하는 것이 필요하다.

이는, 페라이트, 베이나이트, 시멘타이트의 1종 또는 2종 이상의 면적 분율의 합계로 3％를 초과하면, 인장 강도가 780㎫로 만족되지 않는 경우가 있고, 또한 고인성이 얻어지지 않기 때문이다.

마이크로 조직의 면적 분율은 나이탈 부식 후, SEM 관찰에 의해 행한다. 화상의 흑백 농담으로 검은 쪽으로부터 시멘타이트, 페라이트, 마르텐사이트 혹은 베이나이트를 판별한다. 마르텐사이트와 베이나이트는 미세 탄화물의 존재 유무로 구별하고, 탄화물이 존재하지 않는 마이크로 조직을 마르텐사이트라고 판별한다.

마르텐사이트 면적 분율은 주로 강재 성분(켄칭성)과 가속 냉각 전의 오스테나이트 입경 및 냉각 속도에 의해 정해진다. 따라서, 마르텐사이트의 면적 분율을 97％ 이상으로 하기 위해서는, C, Mn, B 등의 켄칭성을 향상시키는 원소의 적량 첨가가 중요하다.

다음에, 본 발명의 강판의 제조 방법에 대해 서술한다.

본 발명의 강판은 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 조성을 갖는 강을 용제하여, 이를 주조하여 강편 또는 주조편으로 하고, 이 강편 또는 주조편을 소정 조건으로 가열, 압연하고, 냉각하여 제조된다.

강편 또는 주조편의 가열 온도는 압연에 필요한 950℃ 이상으로 할 필요가 있다. 1100 ℃를 초과하면, AlN이 고용하여, 압연ㆍ냉각 중에 고용 붕소가 BN으로서 석출되므로 켄칭성이 저하되고, 마르텐사이트의 면적 분율은 97％보다 작아져, 고강도ㆍ고인성이 얻어지지 않으므로, 그 상한을 1100℃로 한다.

압연 온도(압연 종료 온도)가 820℃를 하회하면 과잉의 압연 변형의 축적에 의해 국소적으로 페라이트 조직이나, 섬 형상 마르텐사이트를 포함하는 조대한 베이나이트 조직이 생성되어, 마르텐사이트의 면적 분율은 97％보다 작아져, 모재의 고강도ㆍ고인성이 얻어지지 않는 경우가 있으므로, 압연 온도의 하한을 820℃로 규제한다.

압연 후의 가속 냉각의 개시 온도는, 700℃ 미만인 경우, 국소적으로 페라이트 조직이나, 섬 형상 마르텐사이트를 포함하는 조대한 베이나이트 조직이 생성되고, 마르텐사이트의 면적 분율은 97％보다 작아져, 모재의 고강도ㆍ고인성이 얻어지지 않는 경우가 있으므로, 가속 냉각의 개시 온도의 하한 온도를 700℃로 한다.

가속 냉각의 냉각 속도가 8℃/sec 미만인 경우, 국소적으로 페라이트 조직이나, 섬 형상 마르텐사이트를 포함하는 조대한 베이나이트 조직이 생성되어, 마르텐사이트의 면적 분율은 97％보다 작아져, 모재의 고강도ㆍ고인성이 얻어지지 않으므로, 그 하한치를 8℃/sec로 한다. 상한은 수냉에 의해 안정적으로 실현 가능한 냉각 속도인 80℃/sec로 한다.

또한, 가속 냉각의 정지 온도가 350℃보다 높으면, 특히 판 두께 30㎜ 이상의 후육재의 판 두께 중심부에 있어서, 켄칭 부족에 의해 국소적으로 페라이트 조직이나, 섬 형상 마르텐사이트를 포함하는 조대한 베이나이트 조직이 생성되어, 마르텐사이트의 면적 분율은 97％보다 작아져, 모재의 고강도가 얻어지지 않으므로, 정지 온도의 상한을 350℃로 한다. 이때의 정지 온도라 함은, 냉각 종료 후에 강판이 복열되었을 때의 강판 표면 온도로 한다. 정지 온도의 하한은 실온이지만, 강판의 탈수소의 점에서, 보다 바람직한 정지 온도는 100℃ 이상이다.

(실시예)

표 1에 나타내는 성분 조성의 강을 용제하여 얻어진 강편을, 표 2에 나타내는 제조 조건으로 12 내지 40㎜ 두께의 강판으로 하였다. 표 1의 A 내지 C, F, G, J, K는 본 발명예이고, D, E, H, I, L 내지 Y는 비교예이다. 또한, 표 2의 3 내지 6, 8, 9, 12, 13은 본 발명예이고, 1, 2, 7, 10, 11, 14 내지 32은 비교예이다. 표 중, 밑줄로 나타내는 숫자나 기호는 성분 또는 제조 조건이 특허 범위를 일탈하고 있거나, 혹은 특성이 하기의 목표값을 만족시키고 있지 않은 것이다. 또한, 표 1에는 모든 원소의 분석값을 나타내고 있고, Si : 0.05％ 미만, Cu : 0.05％ 이하, Ni : 0.03％ 이하, Cr : 0.10％ 미만, Mo : 0.03％ 이하, Nb : 0.003％ 이하, V : 0.005％ 이하, Mg : 0.0005％ 미만, Ca : 0.0005％ 미만이고, 또한 0％가 아닌 것은, 불가피적 불순물로서의 함유량이다.

또한, Si, Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, Mg, Ca의 탈산제, 원재료, 내화물 등에 기인하는 불가피적 불순물이며, 강도 및 인성에 영향을 미치지 않는 것은 표 1에 이탤릭체로 나타내고 있다.

이들 강판에 대한 모재 강도(모재 항복 응력, 모재 인장 강도), 모재 인성과, 용접성(필요 예열 온도)의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

모재 강도는 JISZ2201에 규정의, 1A호 전체 두께 인장 시험편 혹은 4호 환봉 인장 시험편을 채취하여, JISZ2241에 규정의 방법으로 측정하였다. 인장 시험편은 판 두께 20㎜ 이하에서는 1A호 전체 두께 인장 시험편을 채취하고, 20㎜ 두께 초과에서는 4호 환봉 인장 시험편을 판 두께의 1/4부(1/4t부)와 판 두께 중심부(1/2t부)로부터 채취하였다.

모재 인성은 판 두께 중심부로부터 압연 방향으로 직각인 방향으로 JISZ2202에 규정의 충격 시험편을 채취하고, JIS Z2242에 규정의 방법으로 －20℃에서의 샤르피 흡수 에너지(vE － 20)를 구하여 평가하였다.

용접성은 14 내지 16℃로, JISZ3158에 규정의 방법으로, 입열 1.7kJ/㎜로 피복 아크 용접을 행하여, 루트 균열 방지에 필요한 예열 온도를 구하여 평가하였다.

각 특성의 목표치는 각각 모재 항복 응력을 685㎫ 이상, 모재 인장 강도를 780㎫ 이상, 모재 인성(vE － 20)을 100J 이상, 필요 예열 온도를 25℃ 이하로 하였다.

본 제3 발명예 내지 제6 발명예, 제8 발명예, 제9 발명예, 제12 발명예, 제13 발명예는 모두 페라이트 ＋ 베이나이트 ＋ 시멘타이트의 면적률이 3％ 이하이고, 모재 항복 응력이 685㎫ 이상, 모재 인장 강도가 780㎫ 이상, 모재 인성(vE －20)이 100J 이상, 필요 예열 온도가 25℃ 이하였다.

이에 대해, 이하의 비교예는 모재의 항복 응력이나 인장 강도가 부족했다. 제14 비교예는 C 첨가량이 적으므로, 제16 비교예는 Mn 첨가량이 적으므로, 제20 비교예는 Al 첨가량이 적으므로, 제21 비교예는 N 첨가량이 많으므로, 제24 비교예는 B 첨가량이 많으므로, 제25 비교예는 B 첨가량이 적으므로, 제28 비교예는 가열 온도가 높으므로, 제29 비교예는 압연 종료 온도가 820℃를 하회하므로, 제30 비교예는 수냉 개시 온도가 700℃를 하회하므로, 제31 비교예는 냉각 정지 온도가 350℃를 상회하므로, 제32 비교예는 냉각 속도가 8℃/sec를 하회하므로, 페라이트 ＋ 베이나이트 ＋ 시멘타이트의 면적률이 3％를 초과하고, 모재의 항복 응력이나 인장 강도가 부족했다.

또한, 이하의 비교예는 모재 인성이 부족했다. 제17 비교예는 Mn 첨가량이 많으므로, 제18 비교예는 S 첨가량이 많으므로, 제19 비교예는 Ti가 첨가되어 있으므로, 제23 비교예는 Al 첨가량이 많으므로, 제26 비교예는 N 첨가량이 적으므로, 페라이트 ＋ 베이나이트 ＋ 시멘타이트의 면적률이 3％를 초과하고, 또한 제27 비교예는 P 첨가량이 많으므로, 항복 응력이나 인장 강도는 만족시켰지만 모재 인성이 부족했다. 또한, 제31 비교예는 냉각 정지 온도가 350℃를 상회하므로, 모재 인성도 부족했다.

제15 비교예는 C 첨가량이 많으므로, 제22 비교예는 Pcm값이 높으므로, 필요 예열 온도가 25℃를 상회하여, 예열 프리를 만족시키지 않았다.

Claims

질량％로,
C : 0.030％ 이상, 0.055％ 이하,
Mn : 2.55％ 이상, 3.5％ 이하,
Si : 0.05％ 이상, 0.40％ 이하,
P : 0.01％ 이하,
S : 0.0010％ 이하,
Al : 0.06％ 이상, 0.10％ 이하,
B : 0.0005％ 이상, 0.0020％ 이하,
N : 0.0015％ 이상, 0.0060％ 이하
를 함유하고,
Ti : 0.004％ 이하, Ni : 0.03% 이하, Mo : 0.03% 이하
로 제한하고, 하기에 나타내는 용접 균열 감수성 지수(Pcm)값이 0.18％ 이상, 0.24％ 이하이고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강의 마이크로 조직이 마르텐사이트와, 잔량부가 면적 분율로 3％ 이하인 페라이트, 베이나이트, 시멘타이트의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.
Pcm ＝ [C] ＋ [Si]/30 ＋ [Mn]/20 ＋ [Cu]/20 ＋ [Ni]/60 ＋ [Cr]/20 ＋ [Mo]/15 ＋ [V]/10 ＋ 5[B]
여기서, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [B]는 각각 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B의 질량％로 나타낸 함유량을 의미한다.
제1항에 있어서, 질량％로,
Cu : 0.05％ 초과, 0.50％ 이하, Nb : 0.003％ 초과, 0.05％ 이하, V : 0.005％ 초과, 0.07％ 이하, Ca : 0.0005％ 이상, 0.01％ 이하 중의 1종, 또는,
Cr : 0.10％ 이상, 1.5％ 이하 및 Mg : 0.0005％ 이상, 0.01％ 이하의 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 판 두께가 12㎜ 이상 40㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 고장력 후강판의 제조 방법이며, 제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 강편 또는 주조편을, 950℃ 이상, 1100℃ 이하로 가열하여, 820 ℃ 이상에서 압연을 행하고, 이것에 이어서, 700 ℃ 이상으로부터 냉각 속도가 8℃/sec 이상, 80℃/sec 이하로 되는 가속 냉각을 개시하고, 실온 이상 350℃ 이하에서 상기 가속 냉각을 정지하는 것을 특징으로 하는, 용접성이 우수한 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 후강판의 제조 방법.
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