KR20090068868A

KR20090068868A - Ｃｔｏｄ 특성이 우수한 용접이음부를 포함하는용접구조용강

Info

Publication number: KR20090068868A
Application number: KR1020070136659A
Authority: KR
Inventors: 박영환; 정홍철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-24
Filing date: 2007-12-24
Publication date: 2009-06-29
Also published as: CN101910437B; JP2011508087A; CN101910437A; KR100957982B1; WO2009082156A1; JP5303571B2

Abstract

본 발명은 중량%로, C:0.01~0.2%,Si:0.1~0.5%, Mn: 1.0~3.0%, Ti: 0.01~0.1%, Ni: 0.5~3.0%, B: 0.0010-0.01%, N: 0.003-0.006%, P: 0.030% 이하, Al: 0.005-0.05%, S: 0.030% 이하, O: 0.05% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강을 제공한다. 아울러 상기 Ti, O, N 및 B 사이에는 Ti/O: 0.2~0.5, Ti/N: 2~5, O/B: 5~10 및 (Ti+4B)/O: 0.7~1.5의 관계가 성립한다. 본 발명의 용접구조용강의 미세조직은 조직 분율로 침상 페라이트가 85% 이상이며 조직 내에 TiO 산화물이 0.5㎛ 이하의 간격으로 균일 분산되고 그 입경이 0.01~0.1㎛, 개수는 1mm³당 1.0x10⁷개 이상인 용접이음부를 포함한다.

본 발명에 의하면 대입열 용접에 있어서 고강도 물성을 가지면서, TiO 산화물 및 soluble B을 이용함으로써 용접금속부에서 침상페라이트 변태를 촉진시켜 우수한 용접이음부의 CTOD를 확보할 수 있는 용접구조용강을 제공할 수 있다.

용접구조용강, 침상페라이트, CTOD, 대입열 용접, SAW

Description

ＣＴＯＤ 특성이 우수한 용접이음부를 포함하는 용접구조용강{Steel for Welding Structure having Welded Joint with Superior CTOD Properties in Weld Heat Affected Zone}

본 발명은 용접구조물에 사용되는 저온 CTOD 특성이 우수한 용접이음부에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박, 건축, 교량, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등에 이루어지는 SAW 용접시 용접이음부 내의 TiO 산화물을 미세 분산시키고 입계 페라이트를 억제시켜 SAW 용접이음부와 같은 대입열 용접이음부의 CTOD 특성을 개선할 수 있는 용접구조용강에 관한 것이다.　

최근, 국제 유가의 지속적인 상승과 건축기술의 다변화로 해양구조물들의 건설은 더욱 극한 환경에서 이루어지고 있는 추세이다. 이러한 해양구조물들 중 특히 한냉지에 건설되는 구조물의 소재는 고강도화 및 저온 CTOD특성이 크게 요구되는 것이 현실다. 하지만 일반적인 고강도후물강재를 용접하여 구조물을 주어진 공기내에 제작하기 위해서는 고능률 용접이 불가피하며, 이러한 추세에 맞추어 후육화된 강재를 용접하기 위하여 대입열 용접방법들이 나타났고, 특히 이러한 방법들 중에서도 가장 널리 사용되는 용접기술이 바로 서브머지드 아크 용접기술(SAW)이다.

일반적으로 서어브머지드 아크 용접법은 용착량이 커서 용접 패스수가 감소하기 때문에, 일반 GMAW용접보다 생산성 측면에서 훨씬 유리하다는 장점이 있다. 현재 사용되고 있는 서어브머지드 용접의 경우 입열범위는 대략 25-45kJ/cm에 해당되는 입열량을 많이 사용하고 있다.

하지만 이러한 대입열 용접시에는 용접금속(Weld Metal)의 응고로 인하여 조대한 주상정 조직이 쉽게 형성될 수 있고 조대한 결정립내에 오스테나이트 결정입계를 따라서 조대한 입계 페라이트 및 Widmanstatten ferrite 등이 형성될 수 있다. 즉, 용접이음부는 용접부에서 충격인성이 가장 열화되는 부위라고 할 수 있다. 따라서, 이러한 대입열 용접으로 이루어지는 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는, 용접금속부의 미세조직을 제어하여 용접금속부의 CTOD(Crack Tip Opening Displacement) 특성을 확보 할 필요가 있다.

이를 해결하기 위한 수단으로는, 종래에는 용접재료의 합금성분을 규정하거나 슬래그 생성제를 포함하여 충격인성을 향상시키는 기술들이 나타난 바 있으나, 이러한 기술들은 용접금속의 미세조직, 입경 등을 제어하는 것이 아니고, 또한 용접금속 내의 산소나 질소 함량에 대한 제어를 하지 않기 때문에 SAW 용접과 같은 대입열 용접시 용접이음부의 충격인성을 확보하기 어렵다는 문제가 여전히 존재한다.

따라서, 상술한 문제점을 해결하고 SAW 용접과 같은 대입열 용접시 용접이음부의 CTOD 특성을 향상시키기 위한 성분 및 미세조직을 가지는 용접이음부 및 이러한 용접이음부를 가지는 용접구조용강재의 개발이 필요하다.

본 발명은, 중량%로, C:0.01~0.2%,Si:0.1~0.5%, Mn: 1.0~3.0%, Ti: 0.01~0.1%, Ni: 0.5~3.0%, B: 0.0010-0.01%, N: 0.003-0.006%, P: 0.030% 이하, Al: 0.005-0.05%, S: 0.030% 이하, O: 0.05% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하며, 상기 Ti, O, N 및 B 사이에는 Ti/O: 0.2~0.5, Ti/N: 2~5, O/B: 5~10 및 (Ti+4B)/O: 0.7~1.5의 관계가 성립하는 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강을 제공한다. 상기 용접이음부는 Cu: 0.1~2.0%, Nb: 0.0001~0.1% , V: 0.005~0.1%, Cr: 0.05~1.0%, Mo: 0.05~1.0% , W: 0.05~0.5%, 및Zr: 0.005~0.5%로 이루어지는 그룹으로부터 선택되어진 1종 또는 2종 이상의 성분을 추가적으로 포함할 수 있으며, Ca: 0.0005~0.05%, REM: 0.005~0.05% 또는 Ca: 0.0005~0.05% 및 REM: 0.005~0.05%을 추가적으로 포함할 수 있다.

나아가 상기 용접구조용강의 용접이음부 미세조직은 조직 분율로 침상 페라이트가 85% 이상이며, 잔부는 폴리고날 페라이트 기타 입계 페라이트 조직인 용접 이음부를 포함한다. 또한, 상기 용접이음부는 조직 내에 TiO 산화물이 0.5㎛ 이하의 간격으로 균일 분산되며, TiO 산화물의 입경은 0.01~0.1㎛, 입자 개수는 1mm³당 1.0x10⁷개 이상이다.

본 발명에 의한 용접이음부를 가지는 용접구조용강은 우수한 강도와 CTOD 특성을 동시에 가지므로 혹한지 등에서 사용되어도 우수한 안정성을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 용접금속부의 CTOD에 효과적이라고 알려진 침상페라이트에 미치는 산화물의 종류 및 크기 등에 대해 연구를 거듭한 결과, TiO및 soluble B등의 존재 여부에 따라 용접금속부 입계 페라이트 및 침상페라이트의 양이 변화하고 용접금속부의 CTOD값이 변화한다는 사실을 알게 되었다. 　

이러한 연구에 기초하여 완성된 본 발명의 용접구조용강은 크게,　

1. SAW 용접과 같은 대입열 용접금속에 TiO 산화물을 이용하는 구성;

2. 산화물의 분포가 1.0 X10⁷개/mm³ 이상이고 산화물의 크기를 0.01~0.1㎛로 제어하는 구성; 및

3. 용접이음부 내에 TiO 및 soluble B를 확보하여 침상페라이트 변태를 촉진시켜 85% 이상의 침상페라이트를 확보함으로써 용접부의 인성을 향상시키는 구성;

으로 이루어진다.

1. TiO 산화물 관리　

용접금속내에 Ti/O, O/B의 비를 적절히 유지할 경우, TiO 산화물의 개수가 적절히 분포되어 용접금속의 응고과정에서 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지하고 TiO산화물로부터 침상페라이트 변태를 촉진할 수 있게 된다. 또한, TiO 산화물이 오스테나이트 결정립 내에 적절히 분포하면 오스테나이트에서 온도가 감소함에 따라 침상페라이트의 불균일 핵성상 자리로 작용할 수 있어 결정입계에 형성되는 입계 페라이트보다 우선적으로 침상페라이트를 형성시킬 수 있게 된다. 이러한 다량의 침상페라이트 생성으로 인해 본 발명에서는 용접금속부 CTOD 특성을 획기적으로 개선할 수 있다.

이를 위해서는 우선 TiO 산화물을 미세하고 균일하게 분포시키는 것이 중요한데, 본 발명자들의 연구 결과 Ti/O 및 O/B의 비를 최적화시키는 경우에 본 발명에서 추구하는 TiO 산화물의 크기와 양 및 분포가 얻어질 수 있음을 알 수 있었다. 본 발명에서는 Ti/O 및 O/B를 각각 Ti/O: 0.2~0.5 및 O/B: 5~10으로 한정하며, 이 경우에 0.01-0.1㎛ 크기의 TiO 산화물이 1.0x10⁷개/mm³ 이상으로 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

2. 용접이음부 미세조직

상술한 바와 같이 얻어진 다량의 TiO 산화물이 용접이음부 내에 적절히 분포되면, 용접금속부의 냉각과정에서 결정입계보다 우선적으로 결정립 내에 침상페라이트 변태가 촉진된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 침상페라이트를 다량 확보함으로써 용접이음부에 침상페라이트를 85%이상 형성시키는 것을 특징으로 한다.

3. 용접이음부 내의 soluble boron(고용 보론) 역할

본 발명자의 연구에 의하면, 용접이음부에 균일 분산되어 있는 산화물과는 별개로, 용접이음부에 존재하는 고용 보론은 결정입계로 확산되어 결정입계의 에너지를 낮추고 결정입계에서 입계페라이트 형성을 억제하는 역할을 한다. 이러한 입계페라이트의 억제는 결정입내에 침상 페라이트 변태를 촉진시킬 수 있으므로 용접이음부의 CTOD 향상에 기여한다.

이하, 본 발명을 용접구조용강의 성분계를 통해 보다 상세히 설명한다(이하 중량%).

C:0.01~0.2%

C는 용접금속의 강도를 확보하고 용접경화성을 확보하기 위하여 0.01% 이상을 첨가한다. 그러나 C의 함량이 0.2%를 초과하면 용접성이 크게 저하할 수 있고 용접이음부에 저온균열이 발생할 수 있으며 대입열 충격인성이 크게 저하될 수 있으므로 그 범위는 0.01~0.2%로 한정한다.

Si:0.1~0.5%

Si는 탈산효과를 위해 첨가하는 원소로서 Si의 함량이 0.1% 미만에서는 용접금속내의 탈산효과가 불충분하다. 또한, Si가 너무 적으면 용접금속의 유동성을 저하시킬 수 있어 불리하다. 반면, Si의 함량이 0.5%를 초과하면 용접금속 내에 도상 마르텐사이트(M-A constituent) 조직의 변태를 촉진시킬 수 있어 저온 충격인성이 급격히 저하될 수 있고 용접균열 감수성에 좋지 않은 영향을 미치기 때문에 Si는 0.1~0.5%로 한정한다.

Mn: 1.0~3.0%

Mn은 탈산작용 및 강도를 향상시키는 합금원소로서, 특히 본 발명에서는 TiO 산화물 주위에 MnS 형태로 석출되어 Ti 복합산화물이 용접금속부 인성개선에 유리한 침상페라이트를 생성하는 것을 촉진시킨다. 따라서, 본 발명에서는 Mn을 1.0% 이상 첨가하지만, 그 함량이 지나치게 높으면 저온변태조직의 형성을 초래할 수 있 으므로 상한을 3.0%로 제한한다.

Ti: 0.01~0.1%

Ti는 O와 결합하여 미세한 Ti산화물 및 미세 TiN석출물을 형성할 수 있으므로, 본 발명에서는 매우 중요한 원소이다. 이러한 미세한 TiO산화물 및 TiN복합석출물 효과를 얻기 위해서는 Ti을 0.01%이상 첨가하여야 하지만, 지나치게 과량이 첨가되면 조대한 TiO산화물 및 조대한 TiN석출물이 형성될 수 있어 용접부 물성에 좋지 않으므로 그 상한은 0.1%로 한정한다.

Ni: 0.5~3.0%

Ni은 고용강화 효과를 통해 matrix의 강도와 인성을 향상시키는 유효한 원소이므로 0.5% 이상 포함된다. 하지만, Ni의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는 소입성이 크게 증가하고 고온균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 그 상한은 3.0%로 한정한다.

B: 0.0010-0.01%

B은 소입성 향상시키는 원소로서 입계에 편석되어 입계페라이트 변태를 억제하기 위해서는 0.0010% 이상이 필요하다. 하지만, B의 양이 0.01% 이상을 초과하면 그 효과가 포화되고 용접경화성이 크게 증가하며 마르텐사이트 변태를 촉진시켜 용접 저온균열 발생 및 인성을 저하시킬 수 있기 때문에 그 상한은 0.01%로 한정한 다.

N: 0.003-0.006%

N은 TiN과 같은 석출물을 형성하는 원소로서, 미세 TiN 석출물의 양을 증가시키며, 특히 TiN 석출물 크기, 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성 등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.003% 이상으로 설정한다. 하지만, N의 함량이 0.006%를 초과하면 그 효과가 포화되며, 용접금속 내에 존재하는 고용 N양의 증가로 인해 인성저하가 나타날 수 있으므로 N의 함량은 0.003~0.006%로 제한한다.

P: 0.030% 이하

P는 용접시 고온균열을 조장하는 불순물 원소이기 때문에 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 인성 향상 및 균열 저감을 위해서는 0.03%이하로 관리하는 것이 좋다. 　

Al: 0.005-0.05%

Al은 탈산제로서 용접금속내에 산소량을 감소시키는 역할을 한다. 또한 고용질소와 결합하여 미세한 AlN석출물을 형성하므로 이러한 효과를 위해서는 0.005% 이상을 첨가한다. 하지만, 지나치게 과량이 첨가되면 조대한 Al₂O₃를 형성할 수 있 어 인성개선에 필요한 TiO산화물의 형성을 오히려 방해할 수 있으므로 그 상한은 0.05%로 한정한다.

S: 0.030% 이하

S는 MnS 형성을 위하여 필요한 원소이므로 MnS 복합석출물의 석출을 위해서 0.03% 이하로 제어한다. S의 상한이 0.030%를 초과하면 FeS 등의 저융점화합물을 형성할 수 있어 고온균열 가능성이 높아지기 때문에 바람직하지 못하다.

O: 0.05% 이하

O는 용접금속부 응고중 Ti와 반응하여 Ti산화물을 형성하는 원소이며, 이러한 Ti산화물은 용접금속 내에서 침상페라이트의 변태를 촉진시키는 역할을 한다. 하지만, O의 함유량이 지나치게 많으면 조대한 Ti산화물 및 기타 FeO 등의 산화물이 생성되어 용접금속부에 좋지 않은 영향을 미치기 때문에 O의 함량은 0.05% 이하로 제어한다.

Ti/O: 0.2~0.5

Ti/O 값이 0.2 미만에서는 용접금속 내에 오스테나이트 결정립 성장억제 및 침상페라이트 변태에 요구되는 TiO 산화물 개수가 불충분해진다. 특히 TiO 산화물 내에 함유된 Ti 비율이 낮아 침상페라이트 핵생성 역할을 상실할 수 있어 용접열영향부의 인성개선에 유효한 침상페라이트 상분율이 저하된다. 반면, Ti/O 값이 0.5 를 초과하는 경우에는 용접금속 내에 오스테나이트 결정립 성장을 억제하는 효과가 포화되며, 산화물 내에 함유되는 합금성분의 비율이 오히려 작아져서 역시 침상페라이트의 핵생성 자리로서의 기능을 상실할 수 있으므로 Ti/O의 비율은 0.2~0.5 수준으로 제어한다.

Ti/N: 2~5

Ti/N비가 2미만에서는 TiO산출물에 형성되는 TiN석출물양이 감소하여 인성개선에 효과적인 침상페라이트 변태가 촉진되기 어렵게 되며, 반면 5를 초과하는 값에서는 그 효과가 포화되고 고용 N양이 증가하여 충격인성이 저하될 수 있기 때문에Ti/N의 값은 2~5로 한정한다.

O/B: 5~10

O/B의 값이 5미만이면, 용접 후 냉각과정 중에 오스테나이트 결정입계에 확산되어 입계 페라이트 변태를 억제하는 고용 B의 양이 불충분해지며, 반면 O/B의 값이 10을 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되며 고용질소량이 증가하여 용접열영향부의 인성을 저하될 수 있다. 따라서 O/B의 값은 5~10으로 제어한다.

(Ti+4B)/O: 0.7~1.5　

본 발명에서 (Ti+4B)/O의 값이 0.7 미만의 경우에는 고용 N량이 증가하여 용접금속부의 인성개선에 효과적이지 못하고, 반면 1.5를 초과하면 TiN, BN 등의 석 출물 개수가 부족해져서 바람직하지 못하다.

상기와 같이 조성되는 강에 본 발명에서는 기계적 성질을 더욱 향상시키기 위하여 Nb, V, Cu, Mo, Cr, W, Zr 중 1종 또는 2종 이상을 추가로 첨가한다.

Cu: 0.1~2.0%

Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과를 통한 강도 및 인성 향상에 유용한 원소이다. 이를 위해서 Cu 함유량이 0.1% 이상 포함될 수 있으나, 그 함량이 2.0%를 초과하는 경우에는 용접금속부에서 경화성을 증가시켜 인성을 저하시키며 용접금속에서 고온균열을 조장할 수 있으므로 Cu를 첨가하는 경우에는 0.1~2.0%로 한정한다.

또한, Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우에는 이들의 합계를 3.5% 이하로 조정한다. 그 이유는 Cu와 Ni의 첨가량의 합이 3.5%를 초과하는 경우에는 소입성이 지나치게 커져서 인성 및 용접성에 좋지 않기 때문이다.

Nb: 0.0001~0.1%

Nb는 소입성을 향상시키기 위한 원소로서 특히 Ar₃온도를 낮추고 냉각속도가 낮은 범위에서도 침상페라이트 조직의 생성범위를 넓히는 효과가 있어 침상페라이 트 조직을 효율적으로 얻는데 도움을 준다. 따라서, 이러한 강도 향상 효과를 기대하기 위해서는 0.0001% 이상을 첨가할 수 있으나, Nb의 함량이 0.1%를 초과하면 용접시 용접금속부에 도상 마르텐사이트 형성을 촉진되어 용접금속부의 인성이 저하될 수 있으므로 Nb의 함량은 0.0001~0.1% 범위로 한정한다.

V: 0.005~0.1% 　

V는 VN석출물을 형성시켜 페라이트 변태를 촉진하는 원소로서 0.005% 이상 첨가하는 것이 좋으나, 0.1%를 초과하면 용접금속부에 Carbide와 같은 경화상을 형성시켜 용접금속부의 인성에 좋지 않기 때문에 그 함량을 0.005~0.1%로 제한한다.

Cr: 0.05~1.0%

Cr은 소입성 및 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.05% 미만에서는 이러한 효과가 미미하고, 반면 1.0%를 초과하는 경우 용접금속부 인성열화를 초래할 수 있으므로 그 함량을 제한한다. 　

Mo: 0.05~1.0%

Mo는 소입성 및 강도를 향상시키는 원소로, 그 함유량이 강도 확보를 위하여 0.05% 이상임이 바람직하지만, 용접금속부의 경화 및 용접 저온균열 발생을 억제하기 위해서 그 상한을 1.0%로 제한한다.　

W: 0.05~0.5%

W은 고온강도를 향상시키고 석출강화에 효과적인 원소로서 작용하므로 0.05% 이상 첨가할 수 있다. 하지만, 0.5%를 초과하면 용접금속부 인성에 좋지 않기 때문에 그 함량을 0.05~0.5%로 제한한다.

Zr: 0.005~0.5%

Zr은 강도상승에 효과가 있기 때문에 0.005% 이상 첨가할 수 있으나, 그 함량이 0.5%를 초과할 경우 용접금속부 인성에 좋지 않은 영향을 주므로 Zr의 함량은 0.005~0.5%로 제한한다.

또한, 본 발명에서는 구오스테나이트의 결정립 성장 억제를 위해 Ca 및/또는 REM을 추가로 첨가할 수 있다. 　

Ca 및 REM은 용접시 아크를 안정시키고 용접금속부에서 산화물을 형성시킬 수 있는 원소로서 기능한다. 또한, 냉각과정에서 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 입내 페라이트변태를 촉진시켜 용접금속부부의 인성을 향상시킨다. 이를 위해, Ca는 0.0005% 이상, REM은 0.005% 이상 첨가할 수 있으나, Ca이 0.05%, REM이 0.05%를 초과하는 경우에는 대형 산화물을 형성하여 인성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있으므로 그 함량을 제어할 필요가 있다. 상기 REM으로 사용할 수 있는 원소에는 구체적으로 Ce, La, Y, Hf등이 사용 가능하다.　

이하 본 발명의 용접구조용강을 구성하는 미세조직 및 산화물에 관하여 상세히 설명한다.

주조직: 침상페라이트 조직 상분율 85% 이상

본 발명에서 SAW 용접 후 형성되는 용접금속부의 미세조직은 침상페라이트로 구성되며, 그 상분율은 85% 이상이다. 상기 침상페라이트 조직은, 페라이트+베이나이트 조직처럼 CTOD에는 유리하지만 용접금속부 강도가 낮은 조직이나, 마르텐사이트+베이나이트 혼합조직처람 용접금속부의 강도는 높지만 용접금속부의 CTOD 등의 기계적 성질이 좋지 않고 저온균열 감수성이 높은 조직들과는 달리, 고강도와 저온 CTOD를 동시에 얻을 수 있는 조직으로 기능할 수 있다. 그리고 침상페라이트를 제외한 잔부 조직은 다각형 페라이트 및 소량의 입계 페라이트로 구성될 수 있다.

산화물: TiO 산화물을 0.5㎛ 이하의 간격으로 균일하게 분산시키고, 그 입경 및 임계 개수는 0.01~0.1㎛ 및 1mm³당 1.0x10⁷개 이상

일반적으로 용접금속부에 존재하는 산화물의 종류, 크기, 개수 등은 용접후 용접금속부의 미세조직 변태에 큰 영향을 미친다. 특히 SAW 용접금속부의 경우 응고과정에서 결정립이 조대화되고 결정입계로부터 조대한 입계 페라이트, Widmanstatten 페라이트, 베이나이트 등의 조직이 형성될 수 있어 용접금속부의 물 성이 크게 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 용접금속 내에 TiO 산화물을 0.5㎛ 이하의 간격으로 균일하게 분산시키며, TiO산화물의 입경 및 임계 개수를 0.01~0.1㎛ 및 1mm³당 1.0x10⁷개 이상으로 한정한다. 만일 산화물의 입경이 0.01㎛ 보다 작으면 SAW용접금속부에서 침상페라이트의 변태를 촉진시키는 역할을 하지 못하며, 반면 0.1㎛을 초과하면 오스테나이트 결정립에 대한 피닝(pinning, 결정립 성장억제)효과가 적어지고 조대한 비금속개재물과 같은 거동을 하여 용접금속부 CTOD특성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.

본 발명과 같은 용접구조용강은 SAW 용접방법 이외의 다른 용접 방법에 의해서도 충분히 응용될 수 있을 것이다. 특히 본 발명은 용접금속부의 냉각속도가 빠르면 산화물을 미세분산시키고 조직이 미세하기 때문에 냉각속도가 빠른 대입열 용접process가 바람직하다. 또한 같은 이유로 용접부의 냉각속도를 향상시키기 위하여 강재 냉각 및 Cu-backing 방법에도 유리하다. 그러나, 이와 같이 공지의 기술들을 본 발명에 적용하더라도 이는 본 발명의 단순한 변경으로서 실질적으로 본 발명의 기술사상의 범위내라고 해석하는 것은 당연하다.

이하, 본발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]　

표 1과 같은 성분 조성을 갖는 용접금속부를 30~45kJ/cm이상의 용접입열량을 적용하여 SAW 용접에 의해 제조하였으며, 이때 본 발명의 효과를 나타내기 위한 용접금속부 합금성분 원소간의 구성비를 표 2에 나타내었다.

상술한 바와 같이 용접된 용접금속부의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 용접금속부의 중앙부에서 채취하였으며 인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며 인장시험은 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 10mm/mim에서 시험하였다. CTOD시험편은 BS7448-1규격에 준하여 제조하였고 피로 균열은 SAW 용접금속부 중앙에 위치시켰다.

용접금속부의 CTOD에 중요한 영향을 미치는 산화물의 크기와 개수 그리고 간격은 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 이때, 피검면은 100mm²을 기준으로 하여 평가하였다. 또, SAW 용접금속부의 CTOD 평가는 SAW 용접후 CTOD시험편으로 가공하여 -10℃에서 CTOD시험기를 통하여 평가하였다. 　

	화학조성(중량%)
	C	Si	Mn	P	S	Ni	Mo	Ti	B (ppm)	N(ppm)	Cu	Al	Cr	Nb	V	Ca	REM	O (ppm)
발명강1	0.06	0.19	1.54	0.010	0.005	1.54	0.14	0.017	50	45	-	0.01	-	-	-	-	-	300
발명강2	0.07	0.32	1.50	0.012	0.005	1.44	0.15	0.016	45	54	-	0.005	-	-	-	-	-	340
발명강3	0.08	0.25	1.48	0.011	0.004	1.65	0.15	0.013	52	53	0.05	0.04	-	-	-	-	-	380
발명강4	0.08	0.22	1.48	0.008	0.005	1.54	0.12	0.012	50	50	-	0.03	-	-	-	-	-	380
발명강5	0.07	0.16	1.60	0.011	0.004	1.50	0.10	0.015	45	50	-	0.01	-	-	-	-	-	350
발명강6	0.07	0.14	1.50	0.09	0.005	1.65	0.12	0.010	42	45	-	0.02	-	0.1	-	-	-	380
발명강7	0.10	0.25	1.48	0.011	0.005	1.45	0.15	0.018	45	55	0.04	0.02	-	-	-	-	-	360
발명강8	0.11	0.35	1.52	0.012	0.006	1.55	0.18	0.014	46	40	-	0.01	-	-	0.01	-	-	340
발명강9	0.09	0.28	1.50	0.010	0.005	1.48	0.20	0.014	40	52	-	0.01	0.1	-	-	0.001	-	350
발명강10	0.07	0.18	1.55	0.009	0.006	1.50	0.25	0.016	43	50	-	0.01	-	-	-	-	0.005	360
비교강1	0.03	0.06	1.25	0.011	0.006	2.60	0.19	0.01	29	92	0.02	0.005	-	-	-	-	-	150
비교강2	0.05	0.13	1.93	0.011	0.004	1.71	0.20	0.025	69	110	0.04	0.001	-	-	-	-	-	120
비교강3	0.06	0.06	1.25	0.010	0.007	1.61	0.010	0.014	21	74	-	0.007	-	-	-	-	-	150
비교강4	0.04	0.19	2.0	0.008	0.004	1.75	0.15	0.02	105	56	0.02	-	-	-	-	-	-	300
비교강5	0.06	0.28	1.56	0.013	0.008	1.46	0.14	0.058	58	71	0.012	-	-	-	-	-	-	170
비교강6	0.06	0.26	1.53	0.012	0.007	1.50	0.16	0.057	52	140	0.03	0.012	-	-	-	-	-	240
비교강7	0.05	0.22	1.58	0.015	0.008	1.51	0.12	0.04	41	270	0.03	0.01	-	-	-	-	-	260
비교강8	0.07	0.14	1.56	0.011	0.006	1.52	0.11	0.024	42	180	0.32	0.03	-	-	0.013	-	-	200
비교강9	0.06	0.37	1.74	0.015	0.010	1.44	0.17	0.081	11	100	0.03	0.02	-	-	-	-	-	140
비교강10	0.05	0.26	1.66	0.009	0.004	0.05	0.15	0.042	45	130	-	0.006	-	-	-	-	-	250
비교강11	0.06	0.23	1.72	0.008	0.004	1.30	0.14	0.03	52	230	0.05	0.01	-	-	-	-	-	290

	본 발명의 효과를 보이기 위한 합금원소 구성비
	Ti/O	Ti/N	O/B	(Ti+4B)/O
발명강1	0.5	3.8	6.0	1.2
발명강2	0.5	3.0	7.6	1.0
발명강3	0.3	2.4	7.3	0.9
발명강4	0.3	2.6	7.6	0.8
발명강5	0.4	3.0	7.8	0.9
발명강6	0.3	2.2	9.0	0.7
발명강7	0.5	3.3	8.0	1.0
발명강8	0.4	3.5	7.4	1.0
발명강9	0.4	2.7	8.8	0.9
발명강10	0.4	3.2	8.4	0.9
비교강1	0.7	1.1	5.2	1.4
비교강2	2.0	2.3	1.7	4.4
비교강3	0.9	1.9	7.1	1.5
비교강4	0.7	3.6	2.9	2.1
비교강5	3.4	8.2	2.9	4.8
비교강6	2.4	4.1	4.6	3.2
비교강7	1.5	1.5	6.3	2.2
비교강8	1.2	1.3	4.8	2.0
비교강9	5.8	8.1	12.7	6.1
비교강10	1.6	3.2	5.6	2.4
비교강11	1.0	1.3	5.6	1.8

구분	용접Process 및 입열량		TiO 산화물		용접금속부 acicular ferrite 분율(%)	용접금속부 기계적 성질
구분	용접 Process	용접입열량 (kJ/cm)	개수 (개/mm³)	평균크기 (㎛)	용접금속부 acicular ferrite 분율(%)	인장강도 (MPa)	CTOD (mm, -10℃)
발명강1	SAW	30	3.4×10⁸	0.016	89	640	1.2
발명강2	SAW	35	4.6×10⁸	0.017	89	630	1.3
발명강3	SAW	32	3.7×10⁸	0.012	87	660	1.1
발명강4	SAW	40	4.6×10⁸	0.016	88	640	0.9
발명강5	SAW	38	6.4×10⁸	0.018	87	650	1.2
발명강6	SAW	39	5.2×10⁸	0.025	89	630	1.3
발명강7	SAW	42	3.6×10⁸	0.013	90	640	1.4
발명강8	SAW	430	4.3×10⁸	0.026	91	660	1.0
발명강9	SAW	430	5.6×10⁸	0.024	88	665	1.1
발명강10	SAW	45	5.3×10⁸	0.014	85	620	1.1
비교강1	SAW	120	3.0×10⁶	0.045	46	650	0.2
비교강2	SAW	120	4.3×10⁶	0.051	52	640	0.3
비교강3	SAW	120	2.5×10⁶	0.054	44	650	0.3
비교강4	SAW	120	3.0×10⁶	0.064	45	660	0.3
비교강5	SAW	120	2.5×10⁵	0.037	37	650	0.2
비교강6	SAW	130	2.5×10⁶	0.056	42	680	0.1
비교강7	SAW	130	3.0×10⁶	0.043	44	665	0.3
비교강8	SAW	230	4.1×10⁵	0.046	52	610	0.2
비교강9	SAW	130	2.8×10⁵	0.041	59	610	0.4
비교강10	SAW	230	3.4×10⁵	0.046	52	620	0.3
종래강11	SAW	130	2.6×10⁶	0.043	41	625	0.3

표 3 에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 용접금속부는 TiO 산화물의 개수는 2X10⁸개/mm³이상의 범위를 가지고 있는데 반해, 비교강의 경우는 4.3 X10 ⁶개/mm³이하의 범위를 보이고 있어 비교강 대비 발명강이 상당히 균일하면서도 미세한 복합석출물 크기를 갖으면서 그 개수 또한 현저히 증가되었음을 알 수 있다. 한편 본 발명강의 미세조직의 경우 침상페라이트 상분율도 모두 85% 이상의 높은 분율로 구성되어 있다. 　따라서 SAW 용접시 본 발명강은 입내 침상페라이트 및 다각형 페라이트로 구성되며 그 중 침상 페라이트의 상분율은 85%이상으로 구성되며 비교강 대비 우수한 용접금속부 CTOD 특성을 보인다.

Claims

중량%로, C:0.01~0.2%,Si:0.1~0.5%, Mn: 1.0~3.0%, Ti: 0.01~0.1%, Ni: 0.5~3.0%, B: 0.0010-0.01%, N: 0.003-0.006%, P: 0.030% 이하, Al: 0.005-0.05%, S: 0.030% 이하, O: 0.05% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하며,

상기 Ti, O, N 및 B 사이에는 Ti/O: 0.2~0.5, Ti/N: 2~5, O/B: 5~10 및 (Ti+4B)/O: 0.7~1.5의 관계가 성립하는 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제1항에 있어서 상기 용접구조용강은 Cu: 0.1~2.0%, Nb: 0.0001~0.1% , V: 0.005~0.1%, Cr: 0.05~1.0%, Mo: 0.05~1.0% , W: 0.05~0.5%, 및Zr: 0.005~0.5%로 이루어지는 그룹으로부터 선택되어진 1종 또는 2종 이상의 성분을 추가적으로 포함하는 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제2항에 있어서, 상기 용접구조용강에 Cu와 Ni가 복합첨가되는 경우, 이들의 합계는 3.5% 이하임을 특징으로 하는 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제1항에 있어서, 상기 용접구조용강은 Ca: 0.0005~0.05%, REM: 0.005~0.05% 또는 Ca: 0.0005~0.05% 및 REM: 0.005~0.05%를 추가적으로 포함하는 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접구조용강의 용접이음부 미세조직은 조직 분율로 침상 페라이트가 85% 이상이며, 잔부는 폴리고날 페라이트 기타 입계 페라이트 조직인 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접구조용강의 용접이음부는 조직 내에 TiO 산화물이 0.5㎛ 이하의 간격으로 균일 분산되어 있는 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제6항에 있어서, 상기 TiO 산화물은 그 입경이 0.01~0.1㎛인 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.
제6항에 있어서, 상기 용접구조용강의 용접이음부 내의 TiO 산화물 입자 개수는 1mm³당 1.0x10⁷개 이상인 용접이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접구조용강.