KR102184966B1 - 저온 인성이 우수한 고장력 강판 - Google Patents

저온 인성이 우수한 고장력 강판 Download PDF

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Abstract

이 고장력 강판은, 질량%로, C: 0.08%∼0.15%, Mn: 0.80%∼1.60%, Ni:3.00%∼4.50%, Cr: 0.50%∼1.00%, Mo: 0.50%∼1.00%, Al: 0.020%∼0.085%, N: 0.0020%∼0.0070%, B: 0.0005%∼0.0020%를 함유하고, 판 두께 t㎜가 200㎜ 초과 또한 300㎜ 이하이며, 상기 화학 조성에서는, Ts가 380∼430이고, Ceq가 0.80∼1.05이고, Ac1이 580∼647이고, x가 46∼90이며, 면적%로, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99%∼100%이고, 인장 강도가 780MPa∼930MPa이며, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 69J 이상이다.

Description

저온 인성이 우수한 고장력 강판
본 발명은, 저온 인성이 우수하고, 판 두께가 큰 고장력 강판에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 판 두께가 200㎜ 초과이며, 인장 강도가 780MPa 이상이고, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 흡수 에너지가 69J 이상인 강판에 관한 것이다. 이 강판은, 해양 구조물, 압력 용기, 펜스톡, 선박용 대형 크레인 등의 구조물에 적합하게 사용된다.
상기 구조물에 있어서는, 구조물의 안전성을 담보하기 위해 모재로서 사용되는 강판에는 저온 인성이 요구되는 것이 일반적이다. 최근 구조물의 규모는 현저하게 커지고 있으며, 그러한 구조물에는, 판 두께가 크고 강도가 높은 강판이 사용되는 경향이 있다.
상기 구조물에는 일반적으로 780MPa급의 고장력 강판이 사용되고 있다. 이 고장력 강판에서는, 780MPa 이상의 인장 강도를 얻기 위해서, 직접 ??칭법과 같은 ??칭에 의해 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 저온 변태 생성물을 주체로 하는 조직이 형성되어 있다. 그러나, 판 두께가 증가할수록, ??칭 시의 강판 내부의 냉각 속도가 저하되기 때문에, 저온 변태 조직을 형성시키는 것은 곤란하다. 그래서, 냉각 속도가 저하되어도 충분한 저온 변태 생성물이 얻어지도록, ??칭성을 향상시키는 C, Mn, Cr, Mo, V 등의 합금 원소를 적정 강에 첨가해 왔다. 결과적으로, 판 두께를 약 150㎜까지 크게 해도, 780MPa 이상의 인장 강도가 달성되었다. 그러나, 판 두께가 200㎜를 초과하는 강판에서는, ??칭 시의 실제의 냉각 속도에 변태 열이 미치는 영향이 현저하기 때문에, 고온에서 변태가 진행되어, 저온 변태 생성물이 충분히 얻어지지 않는다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, Ceq가 0.80 이하이며, C 함유량과 P 함유량과 Mn 함유량과 Ni 함유량과 Mo 함유량이 소정의 식을 충족하고, 강판이 있는 영역의 경도의 평균값에 대한 강판의 중심 편석부의 경도의 비율(HVmax/HVave)과 C 함유량과 판 두께가 소정의 식을 충족하는 고장력 강판이 개시되어 있다. 또한, 이 특허문헌 1에서는, 강판의 판 두께가 60㎜∼150㎜인 것이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, Ceq가 CeqM 이하이고, 판 두께가 75㎜∼200㎜인 고장력 강판이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 화학 원소의 양에 의해 결정되는 파라미터 x가 26∼42이며, 판 두께가 75∼200㎜인 인성이 높은 고장력 강판이 개시되어 있다. 그러나, 이들 3개의 특허문헌에서는, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과하면, 강판에 목적하는 바의 효과를 미치게 할 수 없었다.
또한, 특허문헌 4에는, C 함유량이 0.005∼0.02%이며, 판 두께가 50∼200㎜인 고장력 강판이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 5에는, C 함유량이 0.02∼0.05%이며, 판 두께가 75∼200㎜인 고장력 강판이 개시되어 있다. 또한, 이들 특허문헌 4 및 특허문헌 5에는, ??칭 처리 시에 판 두께 중심부의 냉각 속도가 1.1℃/s 이상의 급랭을 필수로 하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과하면, 판 두께 중심부의 냉각 속도를 1.1℃/s 이상까지 크게 하는 것은 공업적으로 불가능하다. 그 때문에, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과하면, 특허문헌 4 및 특허문헌 5에 개시된 방법은 실현 불가능하다.
특허문헌 6에는, 미세한 오스테나이트 입자가 얻어지도록, 열간압연 시의 Ar3점∼900℃의 온도 영역에 있어서 누적 압하율을 50% 이상으로 높여, ??칭을 위한 가열 온도를 Ac3점∼(Ac3점+100℃)의 온도 범위로 제한하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 이 특허문헌 6에는, 판 두께가 40∼65㎜인 고장력 강판이 개시되어 있다. 그러나, 강판의 판 두께가 커질수록, 강판의 판 두께 방향에서의 중심에 있어서 압연의 영향이 저하된다. 그 때문에, 강판의 판 두께가 100㎜를 초과하면, 저온 압연이 결정립 미세화에 미치는 효과는 작다. 그 때문에, 저온 압연에 의해 결정립을 미세화하려고 시도해도, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과해버리면 강판에 목적하는 바의 효과를 미치게 할 수 없었다. 또한, 저온 압연은, 변형 저항을 증대시켜, 강판 내부의 공극을 매립하는 것을 어렵게 한다. 그 때문에, 저온 압연은, 판 두께 200㎜를 초과하는 강판의 제조에는 적합하지 않다.
특허문헌 7에는, Ceq가 0.50∼0.80이고, 화학 원소의 양에 의해 결정되는 파라미터 β가 8.45∼15.2이고, 강판의 판 두께 중심부에서의 평균 결정입경이 35㎛ 이하이며, 판 두께가 25∼200㎜인 고장력 강판이 개시되어 있다. 또한, 이 특허문헌 7에는, 평균 결정입경이 35㎛ 이하로 되도록, 900∼1150℃의 온도 범위에서의 누적 압하율을 50% 이상까지 높이는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 강판의 판 두께가 커질수록, 강판의 판 두께 방향에서의 중심에 있어서 압연의 영향이 저하된다. 또한, 특허문헌 7에 개시되어 있는 바와 같이, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과하면, 판 두께 중심부의 냉각 속도가 현저히 저하되어 결정립의 조대화가 발생한다. 그 때문에, 특허문헌 7에서는, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과해버리면 강판에 목적하는 바의 효과를 미칠 수 없다.
특허문헌 8에는, 재결정에 의해 미세하고 균일한 오스테나이트 입자가 얻어지도록, ??칭 처리를 2회 이상 실시하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 저합금강에 있어서는 가열 속도가 저하되면 재가열이 결정립 미세화에 미치는 효과가 줄어든다. 또한, 특허문헌 8에는, 판 두께가 50㎜인 고장력 강판이 개시되어 있다. 그러나, 강판의 판 두께가 두꺼울수록 가열 속도는 저하된다. 그 때문에, 판 두께 200㎜를 초과하는 강판의 제조에 있어서는, 2회 이상의 ??칭 처리를 실시하여도 결정립이 거의 미세화되지 않아, 제조 비용이 늘어날 뿐이다. 따라서, 특허문헌 8에 개시된 방법에서는, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과해버리면 강판에 목적하는 바의 효과를 미칠 수 없었다.
또한, 미세한 잔류 오스테나이트 입자에 Ni를 농화시켜 잔류 오스테나이트를 안정화하고, 강판의 인성을 높이는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 9 및 특허문헌 10에는, 판 두께가 150∼200㎜이며, 잔류 오스테나이트의 양이 1∼10%이며, 취성 파괴(균열)의 전파를 정지하는 특성이 높은 고장력 강판이 개시되어 있다. 또한, 이들 특허문헌에는, 미세한 잔류 오스테나이트가 형성되도록, 오스테나이트로 변태할 수 있는 온도 범위(Ac1보다도 높은 온도 범위)에 강판을 템퍼링하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 강판의 판 두께가 200㎜ 초과인 경우에는, 강판의 판 두께 중심부에 있어서, 오스테나이트의 입경이 조대해지거나, 오스테나이트에 대한 Ni의 농화가 불충분해지기도 한다. 그 때문에, 잔류 오스테나이트의 안정성이 저하되어, 강판의 판 두께 중심부에서의 인성이 저하되어버린다. 또한, 잔류 오스테나이트의 안정성을 높이기 위해서는, Ni의 양을 증가시킬 필요가 있기 때문에, 비용이 높아지는 경향이 있다. 또한, 특허문헌 9에는, 미세한 오스테나이트가 얻어지도록, 마무리 압연의 온도 범위를 700∼850℃로, 이 온도 범위에서의 누적 압하율을 25∼75%로 한정하는 방법이 개시되어 있다. 이와 같이, 특허문헌 9에서는, 저온 압연이 이용되고 있으므로, 특허문헌 9의 방법은, 판 두께 200㎜를 초과하는 강판의 제조에는 적합하지 않다.
전술한 바와 같이, 종래의 방법에서는, 강판의 판 두께가 200㎜를 초과하면, 인장 강도가 780MPa 이상인 저온 인성이 우수한 고장력 강판을 얻을 수 없었다.
일본 특허공개 제2013-91845호 공보 일본 특허공개 제2011-202214호 공보 일본 특허 제2662409호 일본 특허공개 제2013-104065호 공보 일본 특허 제5552967호 일본 특허공개 평6-240353호 공보 일본 특허 제5590271호 일본 특허공개 평10-265846호 공보 일본 특허 제3336877호 일본 특허 제3327065호
혼마 료스케 「Ni-Cr-Mo-V강의 오스테나이트 결정립의 거동에 미치는 Ni의 영향」철과 강 Vol. 58 (1972) No.1 p.119 마츠다 쇼이치 외 「저탄소 저합금강의 역변태」철과 강 Vol. 60 (1974) No.2 p.60
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 판 두께가 200㎜ 초과이며, 저온 인성이 우수하고, 강도가 높은 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 강판의 판 두께가 200㎜ 초과이더라도, 강판의 판 두께 중앙부에 높은 강도와 높은 저온 인성을 부여할 수 있는 새로운 화학 조성 및 조직을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 이 새로운 화학 조성이 종래의 후강판에 높은 강도와 높은 저온 인성을 부여해 온 화학 조성과 상이하며, 그 새로운 화학 조성을 갖는 강에 종래법과는 상이한 새로운 방법을 적용하는 것이 적합하다는 사실을 발견하였다.
본 발명은, 이들 지견을 기초로 이루어진 것으로, 그 요지는, 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관한 강판은, 질량%로, C: 0.08%∼0.15%, Mn: 0.80%∼1.60%, Ni: 3.00%∼4.50%, Cr: 0.50%∼1.00%, Mo: 0.50%∼1.00%, Al: 0.020%∼0.085%, N: 0.0020%∼0.0070%, B: 0.0005%∼0.0020%, P: 0.000%∼0.010%, S: 0.000%∼0.003%, Si: 0.00%∼0.30%, Cu: 0.00%∼0.50%, V: 0.000%∼0.050%, Nb: 0.000%∼0.050%, Ti: 0.000%∼0.020%, Ca: 0.0000%∼0.0030%, Mg: 0.0000%∼0.0030%, REM: 0.0000%∼0.0030%를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 판 두께 t㎜가 200㎜ 초과 또한 300㎜ 이하이며, 상기 화학 조성에서는, 하기 식 1로 정의되는 Ts가 380∼430이고, 하기 식 2로 정의되는 Ceq가 0.80∼1.05이고, 하기 식 3으로 정의되는 Ac1이 580∼647이고, 하기 식 4로 정의되는 x가 46∼90이며, 면적%로, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99%∼100%이고, 인장 강도가 780MPa∼930MPa이며, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 69J 이상이다.
Ts=750-4240×(t/2)-1.4×(80×C+10×Mn+7×Ni+13×Cr+13×Mo-40×Si) …식 1
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 …식 2
Ac1=720-25×C+22×Si-40×Mn-30×Ni+20×Cr+25×Mo …식 3
x=C1/2×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+2.33×Cr)×(1+3.14×Mo) …식 4
(2) 상기 (1)에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Ti/N≤3.4를 충족해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, C: 0.09%∼0.13%를 충족해도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Mn: 0.80%∼1.30%를 충족해도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Ni: 3.60%∼4.50%를 충족해도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Cr: 0.75%∼1.00%를 충족해도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Mo: 0.70%∼1.00%를 충족해도 된다.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Si: 0.00%∼0.10%를 충족해도 된다.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, V: 0.020%∼0.050%를 충족해도 된다.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, Ti: 0.000%∼0.004%를 충족해도 된다.
(11) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, 상기 Ts가 395∼415라는 조건을 충족해도 된다.
(12) 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 강판에서는, 상기 화학 조성이, 또한, 상기 Ceq가 0.85∼1.05라는 조건을 충족해도 된다.
본 발명에 의하면, 판 두께가 200㎜ 초과이며, 저온 인성이 우수하고, 강도가 높은 강판을 제공할 수 있다. 그로 인해, 보다 규모가 큰 구조물의 안전성을 보다 높일 수 있다.
도 1은, Ts와 vE-60℃ 사이의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, Ceq와 vE-60℃ 사이의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, x와 vE-60℃ 사이의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 고강도 강판의 조직을 나타내는 사진이다.
도 5는, Ts가 ??칭 조직에 미치는 효과를 일례로서 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판(고장력 강판)에 대하여 설명한다.
처음에, 본 실시 형태에 관한 강판의 화학 조성에 대하여 설명한다. 이하에 있어서, 각 화학 원소의 양(%)은 질량%로 나타내고 있다.
C: 0.08%∼0.15%
C는, ??칭 후의 강판의 조직의 경도를 높이기 때문에, 강도 향상에 유효하다. 그 때문에, C의 양이 0.08% 이상인 것이 필요하다. 한편, C의 양이 과잉이면 인성을 손상시키기 때문에, C의 양이 0.15% 이하인 것이 필요하다. 따라서, C의 양은, 0.08%∼0.15%이다. 강도를 보다 높이기 위해서, C의 양은, 0.09% 이상 또는 0.10% 이상이면 바람직하다. 또한, 인성을 보다 높이기 위해서, C의 양은, 0.14% 이하이면 바람직하고, 0.13% 이하 또는 0.12% 이하이면 보다 바람직하다.
Mn: 0.80%∼1.60%
Mn은, 탈산에도 ??칭성의 개선에도 유효하다. 강의 ??칭성을 높여 강도를 향상시키기 위해서, Mn의 양이 0.80% 이상인 것이 필요하다. Mn의 양을, 0.85% 이상, 0.90% 이상, 0.95% 이상, 1.00% 이상, 1.05% 이상 또는 1.10% 이상으로 해도 된다. 한편, Mn의 양이 과잉이면, ??칭성이 과잉이며, 조직이 경질로 된다. 또한, 과잉량의 Mn은, 템퍼링 취성을 조장하므로, 경질의 조직과 템퍼링 취성의 상승 효과에 의해 강의 인성이 저하된다. 그 때문에, Mn의 양이 1.60% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Mn의 양은, 0.80%∼1.60%이다. 인성을 보다 높이기 위해서, Mn의 양은, 1.50% 이하이면 바람직하고, 1.40% 이하이면 보다 바람직하며, 1.35% 이하 또는 1.30% 이하이면 가장 바람직하다. 필요에 따라서, Mn의 양을 1.25% 이하 또는 1.20% 이하로 해도 된다.
Ni: 3.00%∼4.50%
Ni는, 강의 강도 및 인성을 향상시키는 데 유효하며, Ni의 양이 3.00% 이상인 것이 필요하다. Ni의 양이 과도하면, Ac1의 저하에 의해 템퍼링 온도를 낮게 할 필요가 있으므로, 템퍼링 시간이 길어진다. 또한, Ni는, 오스테나이트를 안정화시키므로, 잔류 오스테나이트가 잔존할 우려가 있다. 또한, Ni는, 고가이다. 그 때문에, Ni의 양이 과잉이면, 제조 비용이 악화된다. 그 때문에, Ni의 양이 4.50% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Ni의 양은, 3.00%∼4.50%이다. 또한, 강의 강도 및 인성을 보다 높이는 경우, Ni의 양이 3.15% 이상, 3.30% 이상, 3.40% 이상 또는 3.50% 이상이면 바람직하고, 3.60% 이상이면 보다 바람직하다. Ni의 양은, 4.30% 이하, 4.15% 이하, 4.00% 이하, 3.90% 이하 또는 3.80% 이하로 해도 된다.
Cr: 0.50%∼1.00%
Mo: 0.50%∼1.00%
Cr 및 Mo는, 강의 ??칭성을 개선해 강도를 향상시킨다. Cr의 양은 0.50% 이상인 것이 필요하며, Mo의 양은 0.50% 이상인 것이 필요하다. 한편, Cr의 양 혹은 Mo의 양이 과잉이면, 합금 탄화물의 형성에 의해 인성이 저하된다. 그 때문에, Cr의 양이 1.00% 이하인 것이 필요하며, Mo의 양이 1.00% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Cr의 양은, 0.50%∼1.00%이며, Mo의 양은, 0.50%∼1.00%이다. 또한, 강의 강도를 안정적으로 높이기 위해서, Cr의 양이, 0.60% 이상이면 바람직하고, 0.65% 이상, 0.70% 이상, 0.75% 이상 또는 0.80% 이상이면 보다 바람직하다. Cr의 양은, 0.96% 이하, 0.94% 이하 또는 0.91% 이하로 해도 된다. 마찬가지로, Mo의 양이, 0.60% 이상이면 바람직하고, 0.70% 이상, 0.75% 이상, 0.80% 이상 또는 0.85% 이상이면 보다 바람직하다. Mo의 양은, 0.96% 이하, 0.94% 이하, 0.92% 이하 또는 0.90% 이하로 해도 된다.
Al: 0.020%∼0.085%
Al은, 탈산에 유효하며, 강 중의 고용 N과 결부되어 AlN을 형성한다. 이 AlN이 결정립을 세립으로 하고, 강 중의 고용 N의 양의 저하에 의해 강의 ??칭성에 미치는 B의 효과가 안정화된다. 그 때문에, Al의 양이 0.020% 이상인 것이 필요하다. 한편, Al의 양이 과잉이면, AlN의 사이즈가 너무 크기 때문에, 인성이 저하되어, 주조편에 균열이 발생한다. 그 때문에, AlN의 양이 0.085% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Al의 양은, 0.020%∼0.085%이다. B의 ??칭성 향상 효과를 더 높이기 위해서, Al의 양을 0.030% 이상, 0.040% 이상 또는 0.045% 이상으로 해도 된다. 조대한 AlN이 생성되는 것을 보다 확실하게 방지하기 위해서, Al의 양의 상한을 0.070%, 0.065% 또는 0.060%로 해도 된다.
N: 0.0020%∼0.0070%
N은, 합금 원소와 결부되어 화합물(질화물 및 탄질화물)을 형성하고 결정립을 세립으로 한다. 그 때문에, N의 양이 0.0020% 이상인 것이 필요하다. 한편, N의 양이 과잉이면, 강 중에 고용 N이 과잉이 되거나, 화합물(질화물 및 탄질화물)이 조대해지기도 하기 때문에, 강의 인성이 저하된다. 그 때문에, N의 양이 0.0070% 이하인 것이 필요하다. 따라서, N의 양은, 0.0020%∼0.0070%이다. N의 양을 0.0025% 이상, 0.0030% 이상 또는 0.0040% 이상으로 해도 되고, 0.0065% 이하 또는 0.0060% 이하로 해도 된다.
B: 0.0005%∼0.0020%
강이 B를 미량 함유하면, 강의 ??칭성이 개선되어 강도가 향상된다. 그 때문에, B의 양이 0.0005% 이상인 것이 필요하다. 그러나, B의 양이 과잉이 된 경우, 금속의 탄붕화물이 형성되어 ??칭성이 저하된다. 그 때문에, B의 양이 0.0020% 이하인 것이 필요하다. 따라서, B의 양은, 0.0005%∼0.0020%이다. ??칭성을 더 높이기 위해서, B의 양을 0.0007% 이상 또는 0.0008% 이상으로 해도 된다. ??칭성을 더 최적화하기 위해서, B의 양을 0.0018% 이하, 0.0016% 이하 또는 0.0014% 이하로 해도 된다.
본 실시 형태의 강판은, 상기 8종의 화학 원소(C, Mn, Ni, Cr, Mo, Al, N, B)를 필수의 화학 원소로서 포함한다. 이들 필수의 화학 원소 외에도, 강이 이하의 화학 원소를 임의로 포함해도 된다.
P: 0.000%∼0.010%
P는, 강 중의 불순물이며, 입계 취화를 조장하여 인성을 저하시킨다. 이와 같이, P는 강의 인성에 대해서 유해하기 때문에, P의 양은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 그 때문에, P의 양이 0.010% 이하인 것이 필요하다. P의 양은, 0.000%여도 상관없다. 따라서, P의 양은, 0.000%∼0.010%이다. P의 양을 0.007% 이하 또는 0.005% 이하로 해도 된다. 또한, P의 양을 저감시키면, 정련 비용이 증대되거나, 생산성이 저하되거나 하기 때문에, P의 양을 0.0005% 이상 또는 0.001% 이상으로 해도 된다.
S: 0.000%∼0.003%
S는, 강 중의 불순물이며, S의 편석 및 황화물이 인성을 저하시킨다. 그 때문에, S의 양은, 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 따라서, S의 양이 0.003% 이하인 것이 필요하다. S의 양은, 0.000%여도 상관없다. 따라서, S의 양은, 0.000%∼0.003%이다. S의 양을 0.002% 이하로 해도 된다. 또한, S의 양을 저감시키면, 정련 비용이 증대되거나, 생산성이 저하되거나 하기 때문에, S의 양을 0.0004% 이상 또는 0.0006% 이상으로 해도 된다.
Si: 0.00%∼0.30%
Si의 양이 과잉이면, 템퍼링 취성을 조장하여 인성을 저하시킨다. 그 때문에, Si의 양이 0.30% 이하인 것이 필요하다. 한편, Si의 양이 0.00%여도 상관없다. 따라서, Si의 양은, 0.00%∼0.30%이다. 또한, Si는, 탈산에도 강도 개선에도 유효하므로, 강이 Si를 임의로 포함해도 된다. 용강을 정련할 때의 탈산 효율을 높이기 위해서, Si의 양이 0.01% 이상, 0.02% 이상 또는 0.03% 이상이어도 된다. 또한, 보다 안정적으로 인성을 높이기 위해서, Si의 양이 0.25% 이하이면 바람직하고, 0.20% 이하, 0.15% 또는 0.10% 이하이면 보다 바람직하다.
Cu: 0.00%∼0.50%
Cu의 양이 과잉이면, 열간 가공 시에 균열이 발생하는 외에 금속 Cu가 석출되어 인성이 저하된다. 그 때문에, Cu의 양이 0.50% 이하인 것이 필요하다. Cu의 양이 0.50% 이하이면 저온 인성을 손상시키지 않고 강의 강도를 높일 수 있다. 또한, Cu의 양이 증가하면 Ceq가 커지므로, ??칭 시에 페라이트가 생성되는 것을 보다 안정적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 강이 Cu를 임의로 포함해도 된다. 단, Cu가 강의 강도 및 Ceq에 미치는 효과는, Cu를 다른 합금 원소로 대체해도 얻는 것이 가능하다. 그 때문에, Cu의 양은, 0.00%여도 상관없다. 따라서, Cu의 양은, 0.00%∼0.50%이다. 또한, 원료로서 사용되는 용강에 Cu가 포함되는 경우, 정련에 의해 Cu의 양을 0.00%까지 저감시키는 것은 곤란하기 때문에, Cu의 양을 0.01% 이상, 0.02% 이상 또는 0.06% 이상으로 해도 된다. Cu의 양을 0.45% 이하, 0.40% 이하, 0.35% 이하 또는 0.030% 이하로 해도 된다.
V: 0.000%∼0.050%
V의 양이 과잉이면, 합금 탄화물의 형성에 의해 인성이 저하된다. 그 때문에, V의 양이 0.050% 이하인 것이 필요하다. 한편, V는 탄화물을 형성하거나, ??칭성을 개선하기 위해서, 강의 강도를 향상시킨다. 또한, V의 양이 증가하면 Ceq가 커지므로, ??칭 시에 페라이트가 생성되는 것을 보다 안정적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 강이 V를 임의로 포함해도 된다. 단, V가 강의 강도 및 Ceq에 미치는 효과는, V를 다른 합금으로 대체해도 얻는 것이 가능하다. 그 때문에, V의 양은, 0.000%여도 상관없다. 따라서, V의 양은, 0.000%∼0.050%이다. 또한, 원료로서 사용되는 용강에 V가 포함되는 경우, 정련에 의해 V의 양을 0.000%까지 저감시키는 것은 곤란하기 때문에, V의 양을 0.003% 이상 또는 0.005% 이상으로 해도 된다. 강의 강도를 안정적으로 높이기 위해서, V의 양이 0.010% 이상이면 보다 바람직하고, V의 양이 0.020% 이상이면 가장 바람직하다. V의 상한을 0.045%, 0.040% 또는 0.035%로 해도 된다.
Nb: 0.000%∼0.050%
Nb는, 탄질화물을 형성하고, 강 내부의 결정립을 세립으로 한다. 그 때문에, 강이 Nb를 임의로 포함해도 된다. 한편, Nb의 양은 0.000%여도 상관없다. 그러나, Nb의 양이 과잉이면, 탄질화물의 사이즈가 커져서 인성이 저하된다. 그 때문에, Nb의 양이 0.050% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Nb의 양은, 0.000%∼0.050%이다. Nb가 결정립 미세화에 미치는 효과를 강에 부여하는 경우, Nb의 양을 0.001%로 해도 된다. 이 경우, Nb의 상한을 0.040%, 0.035%, 0.030% 또는 0.025%로 해도 된다. Nb에 의한 결정립 미세화 효과가 불필요한 경우 등, Nb의 의도적인 첨가를 행하지 않을 수도 있다.
Ti: 0.000%∼0.020%
Ti는, 안정된 질화물을 형성하고, 결정립을 세립으로 한다. 그 때문에, 강이 Ti를 임의로 포함해도 된다. 한편, Ti의 양은 0.000%여도 상관없다. 그러나, Ti의 양이 과잉이면, 질화물의 사이즈가 커져 인성이 저하된다. 그 때문에, Ti의 양이 0.020% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Ti의 양은, 0.000%∼0.020%이다. Ti가 결정립 미세화에 미치는 효과를 강에 부여하는 경우, Ti의 양을 0.001% 이상으로 해도 된다. 또한, AlN에 의해서도 결정립 미세화를 달성할 수 있기 때문에, Ti의 양은, 0.010% 이하여도 되고, 0.004% 이하 또는 0.002% 이하여도 된다. Ti에 의한 결정립 미세화 효과가 불필요한 경우 등, Ti의 의도적인 첨가를 행하지 않도록 해도 된다.
Ca: 0.0000%∼0.0030%
Mg: 0.0000%∼0.0030%
REM: 0.0000%∼0.0030%
Ca, Mg, REM은, 모두 S 등의 유해 불순물과 결합하고, 무해한 개재물을 형성하기 때문에, 강의 기계적 성질을 개선한다. 그 때문에, 강이 Ca, Mg, REM으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 임의로 포함해도 된다. 한편, Ca의 양, Mg의 양, REM의 양은, 모두 0.0000%여도 상관없다. 이들 화학 원소의 양이 과잉이면, 주조 노즐 등의 내화물이 용손된다. 그 때문에, Ca의 양, Mg의 양, REM의 양은, 모두 0.0030% 이하인 것이 필요하다. 따라서, Ca의 양, Mg의 양, REM의 양은, 모두 0.0000%∼0.0030%이다. Ca, Mg, REM이 강의 기계적 성질에 미치는 효과를 강에 부여하는 경우, Ca의 양, Mg의 양, REM의 양은, 모두 0.0001% 이상이면 바람직하다. 이 효과는, 이들 화학 원소의 양이 각각 0.0030%에 도달하면 포화된다. Ca, Mg, REM의 의도적인 첨가를 행하지 않도록 해도 된다.
그 밖에 일부의 화학 원소는, 본 실시 형태의 강판의 특성에 실질적으로 불리한 효과를 미치지 않는 한, 본 실시 형태의 강판에 포함되어도 된다. 예를 들어, 그 허용량으로서는, W의 양이 0.00%∼0.10%이고, Co의 양이 0.00%∼0.10%이고, Sb의 양이 0.000%∼0.010%이고, As의 양이 0.000%∼0.010%이고, Sn의 양이 0.000%∼0.010%이며, Pb의 양이 0.000%∼0.050%이다. 이들 화학 원소는, 예를 들어 스크랩 등으로부터 용강에 혼입되는 경우가 있다. W의 양 또는 Co의 양은, 각각 0.05% 이하, 0.02% 이하, 0.01% 이하 또는 0.005% 이하로 해도 된다.
본 실시 형태의 강판은, 상기 8종의 필수의 화학 원소를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성, 혹은, 상기 8종의 필수의 화학 원소와 상기 임의의 화학 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고 있다. 본 실시 형태에 관한 강판에서는, 또한, 이 화학 조성이 이하의 조건을 충족할 필요가 있다.
Ts: 380∼430
Ts는, 하기 식 5에 의해 정의되며, 판 두께가 200㎜를 초과하는 강판이 수냉에서 ??칭된 후의 강판의 조직과 비교적 강한 상관이 있다. Ts가 과도하게 낮은 경우에는, 조직이 마르텐사이트 주체로 되어, 강판의 인성이 저하된다. 그 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, Ts가 380 이상인 것이 필요하다. 한편, Ts가 과도하게 높은 경우에는, 조직이 상부 베이나이트 주체로 되어, 강판의 강도 및 인성이 저하된다. 그 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, Ts가 430 이하인 것이 필요하다. 따라서, Ts의 범위는 380∼430이다. 이와 같이 Ts의 범위를 380∼430으로 정의하고 있기 때문에, Ts 그 자체는 무차원량이다. 그 때문에, Ts의 단위를 한정할 필요는 없다. 가령 Ts로 단위를 부여한다고 하면, Ts의 단위는 ㎜-1.4·%이다. 또한, 강판의 인성을 보다 안정적으로 높이기 위해서, Ts가 385 이상, 390 이상, 395 이상 또는 400 이상이면 바람직하다. 마찬가지의 이유에서, Ts가 425 이하, 420 이하, 415 이하 또는 412 이하이면 바람직하다.
Ts=750-4240×(t/2)-1.4
×(80×C+10×Mn+7×Ni+13×Cr+13×Mo-40×Si) …식 5
여기서, t는, 강판의 판 두께 ㎜이며, 각 원소 기호는, 대응하는 화학 원소의 양%이다.
Ceq: 0.80∼1.05
Ceq는, 하기 식 6에 의해 정의되며, 강의 ??칭성을 나타낸다. Ceq가 너무 낮으면, 페라이트가 정출되어, 강판의 강도 및 저온 인성이 충분하지 않다. 그 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, Ceq가 0.80 이상인 것이 필요하다. 한편, Ceq가 너무 높으면, 강판의 강도가 너무 높아짐과 함께 강판의 인성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, Ceq가 1.05 이하인 것이 필요하다. 따라서, Ceq의 범위는 0.80∼1.05이다. 이와 같이 Ceq의 범위를 0.80∼1.05라 정의하고 있기 때문에, Ceq 그 자체는 무차원량이다. 그 때문에, Ceq의 단위를 한정할 필요는 없다. 가령 Ceq에 단위를 부여한다고 하면, Ceq의 단위는 %이다. 또한, 강판의 강도 및 저온 인성을 더 높이기 위해서, Ceq가 0.80 초과이면 바람직하고, Ceq가 0.85 이상, 0.86 이상, 0.87 이상 또는 0.89 이상이면 보다 바람직하다. Ceq의 상한은 1.02, 0.99, 0.96 또는 0.94로 해도 된다.
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 …식 6
여기서, 각 원소 기호는, 대응하는 화학 원소의 양%이다.
x: 46∼90
x는, 하기 식 7에 의해 정의되며, 강의 ??칭성을 나타낸다. x가 너무 낮으면, 상부 베이나이트의 양이 증가하여, 강판의 저온 인성이 충분하지 않다. 그 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, x가 46 이상인 것이 필요하다. 한편, x가 너무 높으면, 마르텐사이트의 양이 너무 많아지기 때문에, 강판의 저온 인성이 충분하지 않다. 그 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, x가 90 이하인 것이 필요하다. 따라서, x의 범위는 46∼90이다. 이와 같이 x의 범위를 46∼90으로 정의하고 있기 때문에, x 그 자체는 무차원량이다. 그 때문에, x의 단위를 한정할 필요는 없다. 가령 x에 단위를 부여한다고 하면, x의 단위는 %6 . 5이다. x의 하한을 50, 53, 56, 59, 61 또는 63으로 해도 되고, x의 상한을 85, 82, 79, 76 또는 73으로 해도 된다.
x=C1/2×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+2.33×Cr)×(1+3.14×Mo) … 식 7
여기서, 각 원소 기호는, 대응하는 화학 원소의 양%이다.
β
β는, 하기 식 8에 의해 정의되며, 강의 ??칭성을 나타낸다. β가 너무 낮으면, ??칭 조직이 상부 베이나이트 주체로 되어, 강판의 강도 및 저온 인성이 충분하지 않다. 그 때문에, β가 22 이상인 것이 필요하다. 한편, β가 너무 높으면, ??칭 조직이 마르텐사이트 주체로 되어, 강판의 저온 인성이 충분하지 않다. 그 때문에, β가 60 이하인 것이 필요하다. 따라서, β의 범위는 22∼60이다. 단, 본 실시 형태에서는, Si의 양이 0.00%∼0.30%이며, x가 46∼90이기 때문에, β의 범위는, 반드시 22∼60으로 된다. 따라서, β의 범위를 한정할 필요는 없다. 또한, β의 범위를 22∼60으로 정의하고 있기 때문에, β 그 자체는, 무차원량이다. 그 때문에, β의 단위를 한정할 필요는 없다. 가령 β에 단위를 부여한다고 하면, β의 단위는 %6 . 5이다. β의 하한을 25, 28, 31 또는 34로 해도 되고, β의 상한을 56, 53, 50 또는 48로 해도 된다.
β=0.65×C1/2×(1+0.27×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+2.33×Cr)×(1+3.14×Mo) … 식 8
여기서, 각 원소 기호는, 대응하는 화학 원소의 양%이다.
Ac1: 580∼647
Ac1은, 강을 가열할 때 오스테나이트 변태가 시작되는 온도를 나타내고, 하기 식 9에 의해 정의된다. 템퍼링 마르텐사이트 및 템퍼링 베이나이트를 포함하는 조직을 갖는 강에서는, Ac1이 580보다도 낮으면, 불순물이 결정립계에 편석하고, 강의 저온 인성이 충분하지 않다. 그 때문에, Ac1이 580 이상인 것이 필요하다. 또한, 본 실시 형태에서는, C의 양, Si의 양, Mn의 양, Ni의 양, Cr의 양 및 Mo의 양이 전술한 범위 내인 것이 필요하므로, Ac1은, 647 이하이다. 따라서, Ac1의 범위는 580∼647이다. 이와 같이 Ac1의 범위를 580∼647로 정의하고 있기 때문에, Ac1 그 자체는 무차원량이다. 그 때문에, Ac1의 단위를 한정할 필요는 없다. Ac1에 단위를 부여하는 경우, Ac1의 단위는 ℃이다. Ac1의 상한을 640, 635, 630 또는 625로 해도 되고, 그 하한을 585, 590 또는 595로 해도 된다.
Ac1=720-25×C+22×Si-40×Mn-30×Ni+20×Cr+25×Mo …식 9
여기서, 각 원소 기호는, 대응하는 화학 원소의 양%이다.
Ti/N
강에 Ti를 첨가하는 경우, Ti가 N과 결부되어 TiN이 생성된다. 이 반응에 있어서 N에 대한 Ti의 비율이 화학양론비(3.4)보다도 작으면, Ti가 N 이외의 화학 원소(예를 들어, C)와 결부되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, TiN이 결정립 미세화에 미치는 효과를 안정적으로 얻을 수 있어, 보다 저온 인성을 높일 수 있다. 그 때문에, 강의 화학 조성이 Ti/N≤3.4를 충족하면 바람직하다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 강판의 조직에 대하여 설명한다.
마르텐사이트와 베이나이트의 합계량: 99%∼100%
마르텐사이트 및 베이나이트는, 강판의 강도를 높인다. 그 때문에, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99%∼100%인 것이 필요하다. 조직의 잔부에는, 페라이트, 펄라이트, 잔류 오스테나이트가 포함되는 경우가 있다. 이 잔부의 양(페라이트와 펄라이트와 잔류 오스테나이트의 합계량)은, 0%∼1%이다. 이 잔부의 양을 0.5% 이하, 0.2% 이하 또는 0.1% 이하로 해도 된다. 즉, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량을 99.5% 이상, 99.8% 이상 또는 99.9% 이상으로 해도 된다. 이 잔부의 양이 0% 즉 마르텐사이트 및 베이나이트의 합계량이 100%이면 가장 바람직하다.
금속 조직에는, 마르텐사이트와 베이나이트와 펄라이트와 페라이트와 잔류 오스테나이트가 포함될 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99% 이상이기 때문에, 이들 2개의 조직 합계량을 직접 특정하는 것은 극히 곤란하다. 그래서, 잔부의 양, 즉 페라이트와 펄라이트와 잔류 오스테나이트의 합계량을 미리 하기의 방법에 의해 결정한다. 그 후, 이들 3개의 조직의 합계량을 100%부터 차감함으로써 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 계산된다.
페라이트의 양 및 펄라이트의 양은, 면적 분율(면적%)에 의해 표현되며, 500배의 배율로 광학 현미경을 통해 촬영된 사진으로 결정된다. 시료는, 강판의 에지로부터 100㎜ 초과 이격된 위치의 판 두께 중심부로부터 채취한다. 이 시료의 종단면(판 두께 방향 및 압연 방향을 포함하는 면; 폭 방향에 수직인 면)이 나이탈에 의해 에칭되고, 이 에칭된 표면으로부터 3 시야가 촬영된다. 또한, 이 3개의 시야는, 서로 중복되는 영역이 없도록 결정된다. 예를 들어, 페라이트의 양은, 광학 현미경 사진 중의 흰색의 영역(페라이트의 영역)을 적산한 후, 적산된 면적을 측정 면적으로 나누고, 얻어진 면적 분율을 평균함으로써 결정된다.
잔류 오스테나이트의 양은, 체적 분율(체적%)에 의해 표현되며, X선 회절법에 의해 측정된다. 시료는, 강판의 에지로부터 100㎜ 초과 이격된 위치의 판 두께 중심부로부터 채취한다. 이 시료의 종단면(판 두께 방향 및 압연 방향을 포함하는 면; 폭 방향에 수직인 면)에 대해서 X선을 입사시키고, 얻어진 데이터로부터 잔류 오스테나이트의 체적 분율을 결정한다. 이 오스테나이트의 체적 분율(체적%)을, 잔류 오스테나이트의 면적 분율(면적%)과 동일시하여, 잔류 오스테나이트의 면적 분율을 결정한다. 또한, 잔류 오스테나이트의 양이, 흔적 정도이며, 정량할 수 없는 경우에는, 0%라고 간주한다. 이로 인해, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량도, 면적 분율(면적%)에 의해 표현된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강판에서는, 채용 가능한 화학 조성 범위의 대부분에 있어서 정량 가능한 양의 잔류 오스테나이트가 발생할 가능성은 거의 없다. 이러한 경우에는, X선 회절법에 의한 측정을 생략할 수 있다.
또한, 판 두께 중심부(t/2부)는, 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 절반만큼 이격된 강판 내의 위치를 의미한다. 이 판 두께 중심부에서는, 마르텐사이트 및 베이나이트를 생성시키는 것이 가장 곤란하다. 그 때문에, 판 두께 중심부에 있어서, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99%∼100%이면, 강판 표면으로부터의 깊이(두께)가 1㎜ 정도 이하의 탈탄층을 제외한 강판 전체에 걸쳐 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99%∼100%라고 간주할 수 있다. 그 때문에, 판 두께 중심부에 대해서만 조직을 평가하면 충분하다.
본 실시 형태에 관한 강판의 조직의 예를 도 4에 나타낸다. 이 도면에서는, 페라이트 및 펄라이트가 관찰되지 않는다. X선 회절법에 의해 잔류 오스테나이트를 정량할 수 없는 경우, 페라이트와 펄라이트와 잔류 오스테나이트의 합계량이 0%이기 때문에, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 100%이다.
인장 강도: 780MPa∼930MPa
판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지: 69J 이상
본 실시 형태에서는, 강판의 인장 강도가 780MPa∼930MPa이며, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 69J 이상인 것이 필요하다. 이 이유를 이하에 설명한다.
템퍼링 하부 베이나이트는, 강판의 강도와 저온 인성을 가장 효과적으로 높인다. 템퍼링 마르텐사이트도, 강판의 강도와 저온 인성을 높인다. 단, 템퍼링 마르텐사이트는, 템퍼링 하부 베이나이트보다도 강판의 강도를 높이지만, 템퍼링 하부 베이나이트만큼 강판의 저온 인성을 높이지 않는다. 그 때문에, 강판이, 템퍼링 하부 베이나이트로 이루어지는 조직, 혹은 템퍼링 하부 베이나이트와 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 조직을 가지면 가장 바람직하다. 템퍼링 하부 베이나이트와 템퍼링 마르텐사이트의 합계량이 충분하면, 강판이 템퍼링 상부 베이나이트를 포함해도 된다. 단, 템퍼링 상부 베이나이트는, 템퍼링 하부 베이나이트나 템퍼링 마르텐사이트만큼 강판의 강도 및 저온 인성을 높이지 않는다. 그 때문에, 템퍼링 상부 베이나이트의 양은 가능한 한 적으면 바람직하다. 한편, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트(virgin (untempered) martensite), 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트(virgin (untempered) upper bainite) 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트(virgin (untempered) lower bainite)는, 저온 인성을 크게 저하시킨다. 그 때문에, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트를 가능한 한 저감시킬 필요가 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강판에서는, 강이 템퍼링된 경우에 있어서, 후술하는 템퍼링 온도가 Ac1을 초과하지 않는 한, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트는 존재하지 않는다. 즉, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트를 발생시키지 않도록 하기 위해서는, 후술하는 템퍼링 온도가 Ac1을 초과하지 않도록 열처리(템퍼링)를 행하면 된다. 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트의 합계는, 0%인 것이 바람직하다.
따라서, 상기 마르텐사이트 및 베이나이트 중의 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 상부 베이나이트, 템퍼링 하부 베이나이트, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트, 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트의 양을 적절히 제어할 필요가 있다. 그러나, 조직 분율을 측정하기 위해 통상 사용되는 광학 현미경에 의해 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 상부 베이나이트, 템퍼링 하부 베이나이트, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트를 판별하는 것은 극히 곤란하다. 그 때문에, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 상부 베이나이트, 템퍼링 하부 베이나이트, 템퍼링되지 않는 마르텐사이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트, 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트의 양을 적절히 측정하는 것은 실질적으로 불가능하다. 단, 강판의 화학 조성이 상기 조건을 충족하고, 강판의 인장 강도가 780MPa∼930MPa이며, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 69J 이상이면, 이들 6개의 조직의 양이 적절하다고 간주할 수 있다.
예를 들어, Ts는, ??칭 조직과 비교적 강한 상관이 있고, 도 5에 도시한 바와 같이, Ts의 조정에 의해 ??칭 조직(마르텐사이트, 하부 베이나이트, 상부 베이나이트의 양)의 상당한 부분이 달성된다. 그러나, Ts만에 의해, 완전히 ??칭 조직이 표현되는 것은 아니며, 템퍼링 후의 조직이 결정되는 것도 아니다. 나아가, 화학 조성만으로는, 템퍼링 후의 조직(최종 조직) 중의 석출물(예를 들어, 탄화물이나 질화물)의 형태를 표현할 수 없지만, 본 실시 형태에서는, 석출물이 매우 미세하거나, 입경 분포가 매우 넓은 경우도 있기 때문에, 석출물의 측정은 극히 곤란하다. 따라서, 화학 조성과 인장 강도와 샤르피 충격 시험의 조합에 의해 상기 6개의 조직의 양 및 석출물의 형태를 표현한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 강판의 인장 강도가 780MPa∼930MPa이며, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 69J 이상인 것이 필요하다. 또한, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지의 상한은, 한정할 필요가 없으며, 400J 이하여도 된다. 또한, 템퍼링 마르텐사이트 및 템퍼링되지 않는 마르텐사이트는, 마르텐사이트의 하위 개념이며, 템퍼링 상부 베이나이트, 템퍼링 하부 베이나이트, 템퍼링되지 않는 상부 베이나이트 및 템퍼링되지 않는 하부 베이나이트는, 베이나이트의 하위 개념이다.
강판 중의 상기 6개의 조직의 양 및 석출물의 형태를 더욱 적절하게 하기 위해서는, 강판의 인장 강도가 930MPa 미만이면 바람직하다. 이러한 인장 강도의 바람직한 상한은, 가장 바람직한 것까지 순서대로 나열하면, 900MPa, 880MPa, 870MPa이다. 마찬가지로, 강판의 항복 강도가 880MPa 이하이면 바람직하다. 이러한 항복 강도의 바람직한 상한은, 가장 바람직한 것까지 순서대로 나열하면, 850MPa, 830MPa, 810MPa이다. 또한, 강판의 항복 강도는, 665MPa 이상 또는 685MPa 이상이면 바람직하다.
인장 강도는, JIS Z 2241로 규정되는 인장 시험에 의해 측정된다. 이 시험에서는, JIS Z 2201로 규정되는 14호 인장 시험편이 t/4부로부터 채취된다. 이 14호 인장 시험편의 길이 방향(인장 방향)은, T 방향(Transverse Direction), 즉 압연 방향에 수직인 방향(C 방향)이다. 또한, t/4부는, 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4만큼 이격된 강판 내의 위치를 의미한다.
판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지는, JIS Z 2242로 규정되는 샤르피 충격 시험에 의해 측정된다. 이 시험에서는, JIS Z 2242로 규정되는 샤르피 충격 시험편이 판 두께 중심부로부터 채취된다. 이 샤르피 충격 시험편의 길이 방향은, T 방향(Transverse Direction), 즉 압연 방향에 수직인 방향(C 방향)이다. 또한, V 노치의 깊이 방향은 압연 방향이다. 또한, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지는, vE-60℃로 약칭하는 경우도 있다.
판 두께: 200㎜ 초과 또한 300㎜ 이하
규모가 큰 장래의 구조물 안전성을 보다 높이기 위해서는, 강판을 제조 및 취급 가능한 범위에서 판 두께가 가능한 한 두꺼우면 바람직하다. 그 때문에, 판 두께가 200㎜ 초과인 것이 필요하며, 판 두께가 바람직한 하한은, 가장 바람직한 것까지 순서대로 나열하면, 210㎜, 215㎜, 220㎜, 225㎜, 또는 230㎜이다. 한편, 판 두께가 너무 두꺼워지면, 높은 강도 및 우수한 저온 인성을 갖는 강판을 제조하는 것이 보다 곤란해지는 것 외에도, 전술한 화학 조성이 높은 강도 및 우수한 저온 인성에 대해서 미치는 효과가 저하된다. 그 때문에, 판 두께가 300㎜ 이하인 것이 필요하며, 판 두께의 바람직한 상한은, 가장 바람직한 것까지 순서대로 나열하면, 290㎜, 280㎜, 270㎜, 260㎜이다. 상기의 이유로부터, 판 두께가 200㎜ 초과 또한 300㎜ 이하인 것이 필요하다.
본 실시 형태에 관한 강판은, 제조 비용을 저감시키는 관점에서 하기 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 의해 제조하면 적합하다.
다음으로, 일 실시 형태에 관한 강판(고장력 강판)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 상기 화학 조성을 갖는 용강을 주조하여 슬래브를 얻는다. 이 슬래브는, 연속 주조함으로써 혹은 잉곳을 분괴 압연기로 분괴함으로써 얻어져도 된다.
열간압연 전에 슬래브를 1200℃ 이상의 온도에서 균열시키지 않는 경우, 강 중에 조대한 AlN(1.5㎛ 이상의 AlN)이 잔존하고, 이 조대한 AlN이 강판의 인성을 저하시킨다. 그 때문에, 열간압연 전에 슬래브를 1200℃∼1380℃로 균열시킨다. 판 두께 중심부에 있어서 AlN의 입경의 최댓값을 보다 저감시키기 위해서는, 이 균열 온도가 1250℃ 이상이면 바람직하다. 또한, 생산성을 보다 개선하기 위해서는, 균열 온도가 1300℃ 이하이면 바람직하다. 또한, 1.5㎛ 이상의 AlN이 거의 존재하지 않음을 판단하는 것은, 극히 곤란하다. 예를 들어, 투과 전자 현미경을 사용하여 1.5㎛ 이상의 AlN을 관찰할 수는 있지만, 투과 전자 현미경에 의해 관찰되는 영역은 매우 작다. 그 때문에, 현실적인 측정 횟수에서는, 1.5㎛ 이상의 AlN이 거의 존재하지 않음을 판단하는 것은 불가능하다. 한편, 1.5㎛ 이상의 AlN이 거의 존재하지 않음은, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지(69J 이상)에 의해 확인할 수 있다.
균열 후, 슬래브를 열간압연하고, 200㎜ 초과 또한 300㎜ 이하의 판 두께를 갖는 열연 강판을 중간 제품으로서 얻는다. 목표로 하는 판 두께를 제외하고, 열간압연의 조건은 한정되지 않는다. 강판 표면의 품질을 양호하게 유지하면서 압하가 결정입경 등에 미치는 효과를 판 두께 중심부에 대해서 충분히 가하기 위해서는, 950℃∼1250℃의 온도로부터 열간압연을 개시하면 바람직하다.
마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99% 이상인 조직을 얻기 위해서, ??칭 처리에 있어서, 강판을 Ac3℃ 이상의 온도까지 재가열 후 300℃ 미만의 온도까지 수냉한다. 이 ??칭 처리에 있어서 강판을 Ac3℃ 이상의 온도까지 재가열하면, 강판의 조직이 오스테나이트 단상으로 변한다. 이 오스테나이트 단상의 조직을 ??칭할 수 있으면, 오스테나이트가 마르텐사이트 혹은 베이나이트로 변태하여, 강판의 조직이 균일해진다. ??칭 처리에서는, 충분한 양의 마르텐사이트 및 하부 베이나이트를 얻기 위해서, 판 두께 중심부의 온도가 800℃에서 500℃까지 저하되는 사이의 판 두께 중심부에서의 평균 수냉 속도를 0.4℃/s∼0.8℃/s로 할 필요가 있다. 또한, 이 판 두께 중심부에서의 온도 및 수냉 속도는, 전열 계산에 의해 결정할 수 있다. Ac3은, 하기 식 10에 의해 정의된다.
Ac3=937.2-476.2×C+56×Si-19.7×Mn-16.3×Cu-26.6×Ni-4.9×Cr+38.1×Mo+ 124.8×V+198.4×Al+3315×B-19.1×Nb+136.3×Ti …식 10
여기서, 각 원소 기호는, 대응하는 화학 원소의 양%이다.
열연 강판의 인성을 높이기 위해서, 템퍼링 처리에 있어서, ??칭 후의 강판을 580℃∼Ac1℃의 온도까지 가열하고, 그 후 580℃∼Ac1℃의 온도로부터 300℃ 미만의 온도까지 수냉한다. Ac1℃를 초과하는 온도까지 강판을 가열하면, 강판 중에 오스테나이트가 발생하고, 템퍼링 처리 후에 템퍼링되지 않는 베이나이트가 잔존하기 때문에, 강판의 인성이 저하된다. 한편, 템퍼링 온도가 580℃ 미만이면 충분한 양의 템퍼링 조직이 얻어지지 않거나, 템퍼링 취화가 발생하기도 한다. 그 때문에, 강판의 인성이 충분하지 않다. 따라서, 템퍼링 온도는, 580℃∼Ac1℃인 것이 필요하다. 또한, Ac1은, 전술한 식 9로 정의된다.
본 실시 형태에서는, 열연 강판의 판 두께가 200㎜를 초과하기 때문에, 템퍼링 처리에서의 냉각 중에도 편석이 진행되어 취화가 발생한다. 이 취화가 발생하는 온도 영역은, 주로 300℃∼500℃이다. 그 때문에, 열간압연 후에 강판이 이 온도 영역을 가능한 한 급속하게 통과하는 것이 필요하다. 따라서, 템퍼링 처리에 있어서는, 판 두께 중심부의 온도가 500℃로부터 300℃까지 저하되는 사이의 판 두께 중심부에서의 평균 수냉 속도를 0.3℃/s∼0.7℃/s로 할 필요가 있다. 또한, 이 판 두께 중심부에서의 온도 및 수냉 속도는, 전열 계산에 의해 결정할 수 있다. 또한, 강판 표면에서의 취화를 방지하기 위해서, 수냉을 개시할 때 강판 표면의 온도를 580℃ 이상으로 할 필요가 있다. 강판 표면의 온도는, 방사 온도계에서 실측한다.
실시예
표 1 내지 3에 나타내는 화학 조성을 갖는 강을 용제하여 얻어진 강편을 표 5에 나타내는 균열 온도로 균열 후, 열간압연하고, 실온까지 냉각시켜 중간 제품으로서의 열연 강판을 얻었다. 또한, 표 5에 나타내는 조건에서, 이 강판을 다시 가열하고, 실온까지 ??칭하였다. 그 후, 표 6에 나타내는 조건에서, ??칭된 강판을 템퍼링, 실온까지 냉각시켜 최종 제품으로서의 열연 강판(No.1∼50)을 얻었다. 표 5 내지 6에, 강편을 균열시킨 온도와, ??칭을 위해 강판을 가열한 온도와, ??칭 중의 800℃로부터 500℃까지의 평균 수냉 속도와, 템퍼링 온도와, 템퍼링 직후에 수냉이 개시되는 온도(강판 표면의 온도)와, 템퍼링 직후의 수냉 중의 500℃로부터 300℃까지의 평균 수냉 속도를 나타낸다. 열연 강판의 판 두께는, 210㎜∼270㎜였다.
그 후, 모든 강판의 t/4부로부터 JIS Z 2201로 규정되는 14호 인장 시험편을 길이 방향이 T 방향과 일치하도록 채취하고, JIS Z 2241로 규정되는 인장 시험을 실시하였다. 또한, 모든 강판의 판 두께 중심부로부터 JIS Z 2242로 규정되는 샤르피 충격 시험편을 길이 방향이 T 방향과 일치하도록 채취하고, 시험을 실시하였다. 이 결과를 표 7에 나타낸다.
또한, 판 두께 중심부로부터 시험편을 채취하고, 이 시험편을 나이탈에 의해 에칭하였다. 이 에칭된 시험편을 압연 방향으로 직교하는 폭 방향으로부터 광학 현미경을 사용하여 관찰하였다. 광학 현미경의 배율은, 500배이며, 측정 시야는, 3개였다. 또한, 시야가 중복되지 않도록 압연 방향으로만 시료를 이동시켜 3개의 시야의 광학 현미경 사진을 촬영하였다. 이들 광학 현미경 사진으로부터 페라이트 및 펄라이트의 면적 분율을 결정하였다. 그 결과, No. 1∼50의 전부에 있어서, 펄라이트가 검출되지 않아, 펄라이트의 양은 0%였다. 또한, No. 12, 29, 35 및 41에 있어서, 페라이트의 양은, 0.5% 이상 또한 1.0% 미만이고, No. 37 및 38에 있어서, 페라이트의 양은 4.5% 이상 또한 5.0% 미만이었다. 표 4에, 소수점 제1위 이하를 반올림한 페라이트의 양을 나타낸다.
별도의 판 두께 중심부로부터 시험편을 채취하고, X선 회절법에 의해 오스테나이트의 체적 분율을 측정하고, 이 체적 분율을 면적 분율과 동일하게 하였다. X선 회절법에서는, 시험편의 폭 방향으로부터 X선을 입사시켰다. No. 1∼50의 전부에 있어서 잔류 오스테나이트가 검출되었지만, 잔류 오스테나이트의 양은, 흔적 정도였기 때문에 정량할 수 없었다. 그 때문에, 잔류 오스테나이트의 양은, No. 1∼50의 전부에 있어서 0%였다.
이하의 표에서 밑줄이 부여된 칸은, 본 발명의 필수 조건을 충족하지 않음을 나타낸다.
Figure 112018073939419-pct00001
Figure 112018073939419-pct00002
Figure 112018073939419-pct00003
Figure 112018073939419-pct00004
Figure 112018073939419-pct00005
Figure 112018073939419-pct00006
Figure 112018073939419-pct00007
No. 1∼11에서는, 최종 제품이 본 발명의 화학 조성, 및 조직을 갖고 있으며, 우수한 저온 인성과 높은 강도를 구비하고 있다. 이들 No. 1∼11에서 알 수 있는 바와 같이, Ti/N을 3.4 이하까지 저감하면, 저온 인성을 더 높일 수 있다.
No. 12에서는, C의 양이 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 13에서는, C의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 매우 낮았다. No. 14에서는, Si의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 15에서는, Mn의 양이 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 16에서는, Mn의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 매우 낮았다.
No. 17에서는, P의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 18에서는, S의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 19에서는, Cu의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 20에서는, Ni의 양이 낮았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 21에서는, Cr의 양이 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 22에서는, Cr의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 23에서는, Mo의 양이 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 24에서는, Mo의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 25에서는, V의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 26에서는, Al의 양이 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 27에서는, Al의 양이 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 28에서는, N의 양이 낮았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 29에서는, N의 양이 높았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 30에서는, B의 양이 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. 한편, No. 31에서는, B의 양이 과잉이었기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 32에서는, Ac1이 낮았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 34 및 36에서는, Ts가 낮았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 33 및 35에서는, Ts가 높았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 37 및 38에서는, Ceq가 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 39에서는, Ceq가 높았기 때문에, 인장 강도가 과잉으로 높고, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 40에서는, Ac1이 낮았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. 이 No. 40에서는, 강이 2상 영역에서 템퍼링되지 않도록 낮은 템퍼링 온도가 사용되었다.
No. 41에서는, x가 낮았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 42에서는, x가 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 43에서는, x 외에도 β도 낮았기 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 44에서는, x 외에도 β도 높았기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 45에서는, 템퍼링 온도가 580℃ 미만이었기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 46에서는, Ac1℃를 초과하는 온도에서 템퍼링을 행했기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 47에서는, 수냉을 개시할 때의 강판 표면의 온도가 580℃ 미만이었기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
No. 48에서는, 슬래브의 균열 온도가 1200℃ 미만이었기 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 49에서는, ??칭 시에 판 두께 중심부의 온도가 800℃로부터 500℃까지 저하되는 사이의 판 두께 중심부에서의 수냉 속도가 0.4℃/s 미만이었다. 그 때문에, 인장 강도 및 충격 흡수 에너지가 낮았다. No. 50에서는, 템퍼링후에 판 두께 중심부의 온도가 500℃에서 300℃까지 저하되는 사이의 판 두께 중심부에서의 수냉 속도가 0.3℃/s 미만이었다. 그 때문에, 충격 흡수 에너지가 낮았다.
본 발명에 의하면, 저온 인성이 우수하고, 판 두께가 200㎜를 초과하는 고장력 강판을 제공하므로, 보다 규모가 큰 구조물의 안전성을 보다 높일 수 있다. 그로 인해, 본 발명의 산업상의 이용 가능성은 크다.

Claims (12)

  1. 질량%로,
    C: 0.08%∼0.15%,
    Mn: 0.80%∼1.60%,
    Ni: 3.00%∼4.50%,
    Cr: 0.50%∼1.00%,
    Mo: 0.50%∼1.00%,
    Al: 0.020%∼0.085%,
    N: 0.0020%∼0.0070%,
    B: 0.0005%∼0.0020%,
    P: 0.000%∼0.010%,
    S: 0.000%∼0.003%,
    Si: 0.00%∼0.30%,
    Cu: 0.00%∼0.50%,
    V: 0.000%∼0.050%,
    Nb: 0.000%∼0.050%,
    Ti: 0.000%∼0.020%,
    Ca: 0.0000%∼0.0030%,
    Mg: 0.0000%∼0.0030%,
    REM: 0.0000%∼0.0030%
    를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
    판 두께 t㎜가 200㎜ 초과 또한 300㎜ 이하이며,
    상기 화학 조성에서는, 하기 식 1로 정의되는 Ts가 380∼430이고, 하기 식 2로 정의되는 Ceq가 0.80∼1.05이고, 하기 식 3으로 정의되는 Ac1이 580∼647이고, 하기 식 4로 정의되는 x가 46∼90이며,
    면적%로, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계량이 99%∼100%이고,
    인장 강도가 780MPa∼930MPa이며, 판 두께 중심부의 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 69J 이상인 것을 특징으로 하는, 강판.
    Ts=750-4240×(t/2)-1.4×(80×C+10×Mn+7×Ni+13×Cr+13×Mo-40×Si) …식 1
    Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 …식 2
    Ac1=720-25×C+22×Si-40×Mn-30×Ni+20×Cr+25×Mo …식 3
    x=C1/2×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+2.33×Cr)×(1+3.14×Mo) …식 4
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Ti/N≤3.4
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    C: 0.09%∼0.13%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Mn: 0.80%∼1.30%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Ni: 3.60%∼4.50%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Cr: 0.75%∼1.00%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Mo: 0.70%∼1.00%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Si: 0.00%∼0.10%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    V: 0.020%∼0.050%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    Ti: 0.000%∼0.004%
    를 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    상기 Ts가 395∼415라는 조건
    을 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 또한,
    상기 Ceq가 0.85∼1.05라는 조건
    을 충족하는 것을 특징으로 하는, 강판.
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