용접 열영향부의 인성 및 피로 균열 진전 억제가 우수한 고장력 강판 document_id A220623112316

최근, 상기 각종 용접 구조물의 대형화에 따라, 판두께가 50mm 이상인 고장력 강판의 용접이 불가피해지고 있다. 이 때문에, 모든 분야에서, 용접 시공 효율의 개선이라는 관점에서, 30kJ/mm 이상의 대입열 용접이 지향되는 상황이다. 그러나, 대입열 용접을 행하면, HAZ가 고온의 오스테나이트 영역까지 가열되고 나서 서서히 냉각되기 때문에, HAZ부(특히, HAZ부의 본드부 부근)의 조직이 조대화(粗大化)하고, 그 부분의 인성이 열화되기 쉽다고 하는 문제가 있다. 이러한 HAZ부에서의 인성(이하, 「HAZ 인성」이라고 부르는 경우가 있음)을 양호하게 확보하는 것이 오랜 과제로 되고 있다. 대입열 용접시에서의 HAZ 인성의 열화 방지를 위한 기술은 지금까지도 다양하게 제안되고 있다. HAZ 인성을 개선하는 기술로서, 강재 중에 Ti 함유 질화물을 분산시키는 것이 유효함이 알려져 있다. 이러한 기술로서는, 예컨대 일본 특허 제3746707호에 나타난 바와 같이, 강도가 590MPa 초과급인 베이나이트 강에 있어서, 합금 원소의 적정화를 도모함과 아울러, Ti 함유 질화물의 제어에 의해 양호한 HAZ 인성을 확보하는 것이 제안되고 있다. 한편, 본 발명자들은 용접시에 고온의 열영향을 받는 경우에도 HAZ의 인성이 열화되지 않는 강재를 일본 특허공개 제2005-200716호에 이미 제안하고 있다. 이 기술에서는, 강재에 N을 다량으로 첨가하고, 또한 Ti와 B의 첨가 밸런스를 적절히 제어함으로써, 용접 후에도 미고용(未固溶)으로 존재하는 TiN의 양을 증가시켜 HAZ 인성을 개선하는 것이다. 그러나, 용접의 분야에서는, HAZ 인성의 더한 개량이 요구되고 있는 것이 실정이다. 특히, 강도가 590MPa 초과급인 베이나이트 강판에서는, HAZ 인성이 여전히 불충분한 경우가 있다. 또한, HAZ 인성(샤르피 흡수 에너지)의 평균값뿐만 아니라, 최저값을 더욱 향상시켜 본드 부근에서의 인성 밸런스를 양호하게 하고자 하는 사용자 요구에 대응하는 것도 필요하다. 그런데, 상기 용접 구조물에서, 반복 응력이 가해지는 일이 적지 않기 때문에, 구조 재료의 안전성을 확보하기 위해서는, 소재로서 이용되고 있는 고장력 강판에는 피로 특성이 양호한 것이 설계상 매우 중요하다. 강재의 피로 과정은, 응력 집중부에서의 균열의 발생과, 일단 발생한 균열의 진전이라는 2개의 과정으로 대별하여 생각된다. 그리고, 통상의 기계 부품에서는 거시적인 균열의 발생이 사용 한계로서 생각되고 있어, 균열의 진전을 허용하는 설계는 거의 이루어지고 있지 않다. 그러나, 용접 구조물에 있어서는, 피로 균열이 발생하더라도 즉시 파괴에 이르는 일은 없고, 이 균열이 최종 단계에 이르기 전에 정기 검사 등에서 발견되어, 균열이 들어간 부분이 수리되거나, 혹은 사용 기간 내에 균열이 최종 파괴에 이르는 길이까지 성장하지 않으면, 균열이 있더라도 구조물은 충분히 사용에 견딜 수 있게 된다. 용접 구조물에서는, 응력 집중부로서의 용접 지단부(止端部)가 다수 존재하고 있어, 피로 균열의 발생을 완전히 방지하는 것은 기술적으로도 불가능에 가깝고, 또한 경제적으로도 좋은 방법이라고 할 수 없다. 즉, 용접 구조물의 피로 수명을 양호하게 하기 위해서는, 균열의 발생 그 자체를 방지하는 것보다, 균열이 이미 존재하고 있는 상태로부터의 균열 진전 수명을 대폭 연장하는 것이 유효하고, 그것을 위해서는 강재의 균열의 진전 속도를 가능한 한 느리게 하는 설계가 중요한 사항으로 된다. 피로 균열 진전의 속도를 억제하는 기술로서도 지금까지 다양한 것이 제안되어 있고, 예컨대 일본 특허 제2962134호에는, 경질상과 연질상의 2상 조직으로 하고, 연질상/경질상 경계에서의 균열의 굴곡, 정류(停留), 분기에 의해서 균열 진전 속도를 억제하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술에서는, 연질의 페라이트 조직을 기본적으로 포함하는 조직으로 할 필요가 있어, 고장력 강판을 제조하는 것은 불가능하다고 하는 문제가 있다. 또한, 일본 특허 제3741078호에서는, 베이나이트 조직 및/또는 마텐자이트 조직으로 구성되고, 그 라스(lath)상 조직의 최소 단변 길이가 1.3㎛ 이하이고 또한 베이나이트 조직을 포함하는 경우에는, 베이나이트 조직 중 포함되는 애스팩트비가 5이상인 도상(島狀) 마텐자이트의 면적 비율을 5% 미만으로 제어함으로써, 피로 균열 진전 억제(피로 균열 진전 저항성)를 양호하게 한 고강도 강재에 대해서 제안하고 있다. 그러나, 양호한 HAZ 인성을 확보하는데 까지는 이르지 못하고 있다.