KR100482214B1 - Method for manufacturing high strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone by nitriding treatment - Google Patents

Method for manufacturing high strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone by nitriding treatment Download PDF

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Abstract

본 발명은 저질소강 슬라브의 침질처리를 통해 고질소강에서 주편표면크랙의 발생을 근본적으로 차단하면서 중입열에서 초대입열에 이르는 용접입열량 범위에서 모재와 열영향부의 인성이 차이가 최소가 되고, 모재조직의 페라이트 입도를 세립화하여 고강도의 용접 구조용 강재의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다. The present invention fundamentally blocks the generation of cast surface cracks in high nitrogen steel through the immersion treatment of low-nitrogen steel slabs, while the difference in toughness of the base metal and the heat affected zone is minimal in the heat input range from medium heat to super heat. It is an object of the present invention to provide a method for producing a high strength welded structural steel by refining the ferrite grain size of the structure.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.005%이하, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005%이하를 만족하는 강슬라브를 만드는 단계,The present invention for achieving the above object, in the weight% C: 0.03-0.17%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.4-2.0%, Ti: 0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N: A steel slab that satisfies 0.005% or less, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less and O: 0.005% or less,

이 슬라브를 Ar3+25℃∼1150℃의 온도에서 60∼180분간 가열하여 강의 N가 0.008∼0.03%가 되면서, N와 Ti, B, Al이 아래의 관계식을 만족하도록 침질처리하는 단계, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤14Heating the slab at a temperature of Ar 3 + 25 ° C. to 1150 ° C. for 60 to 180 minutes to make N, 0.008 to 0.03% of the steel, and soaking N, Ti, B, and Al so as to satisfy the following relation: 1.2 ≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14

상기 가열된 슬라브를 (Ar3+25℃)∼(Ar3-25℃)의 온도범위까지 25℃/sec이하의 속도로 냉각하여 60%이상의 압하율로 열간압연하고 5∼30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함하여 이루어지는 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.The heated slab is cooled to a temperature range of (Ar 3 + 25 ° C.) to (Ar 3 -25 ° C.) at a rate of 25 ° C./sec or less, hot rolled at a reduction ratio of 60% or more, and 5-30 ° C./sec. Technical aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a welded structural steel material by immersion treatment comprising cooling to room temperature at a cooling rate.

Description

침질처리에 의한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법{Method for manufacturing high strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone by nitriding treatment}Method for manufacturing high strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone by nitriding treatment}

본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용 강재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저질소강 슬라브를 침질처리하여 미세한 TiN석출물을 확보하면서 모재의 페라이트 입도를 세립화하여 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 용접구조용 강재의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to structural steel used in welded structures, such as construction, bridges, shipbuilding, offshore structures, steel pipes, line pipes. More specifically, the present invention relates to a method for producing a welded structural steel material which can improve the toughness of the weld heat affected zone by refining the ferrite grain size of the base material while securing the fine TiN precipitate by depositing the low nitrogen steel slab.

최근, 건축물, 구조물의 고층화 추세에 따라 사용되는 강재가 대형화되면서 후물재로 대체되고 있다. 이러한 후물재를 용접하기 위해서는 고능률 용접이 불가피하며, 후육화된 강재를 용접하는 기술로는 1패스 용접이 가능한 대입열 서어브머지드 용접법 및 일렉트로 용접법이 광범위하게 사용되고 있는 실정이다. 또한 조선 및 교량 분야에 있어서 판두께 25mm이상의 강판을 용접하는 경우에도 상기와 같은 1패스 용접이 가능한 대입열 용접법을 적용하고 있다. Recently, steel materials used in accordance with the trend of high-rise buildings, structures are being replaced by thick materials. In order to weld such thick materials, high-efficiency welding is inevitable. As a technique for welding thickened steel materials, a high-pass heat submerged welding method and an electro-welding method capable of 1-pass welding are widely used. In addition, in the field of shipbuilding and bridges, even in the case of welding a steel plate having a plate thickness of 25 mm or more, the above-described high heat input welding method capable of one-pass welding is applied.

일반적으로 용접에서는 입열량이 클수록 용착량이 커서 용접패스수가 감소하기 때문에, 용접생산성을 고려하면 대입열 용접이 가능하도록 하는 것이 유리하다. 즉, 용접에서 입열량을 증가시키면 그 사용범위를 넓힐 수 있게 되는 것이다. 현재 사용되고 있는 대입열의 범위는 대략 100-200kJ/cm에 해당되는데, 좀더 후육화된 판두께 50mm이상의 강재를 용접하기 위해서는 200-500kJ/cm의 초대입열 범위가 되어야 가능하다. In general, in welding, the larger the amount of heat input, the larger the amount of welding, so that the number of welding passes decreases. Therefore, it is advantageous to enable high heat input welding in consideration of welding productivity. In other words, increasing the amount of heat input in the welding will be able to widen the range of use. The range of high heat input currently used corresponds to approximately 100-200 kJ / cm, and in order to weld steel with a thicker plate thickness of 50 mm or more, it is possible to have a super heat input range of 200-500 kJ / cm.

강재에 대입열이 적용되면, 용접시 형성되는 용접열영향부(Heat Affected Zone) 특히 용융선(fusion boundary) 근처의 용접열영향부는 용접입열량에 의해 융점에 가까운 온도까지 가열된다. 이에 따라, 용접열영향부의 결정립이 성장하여 조대화되고 냉각과정에서 상부 베이나이트 및 마르텐사이트 등 인성에 취약한 미세조직이 형성되기 때문에, 용접열영향부는 용접부중 인성이 가장 열화되는 부위가 된다. When the heat input is applied to the steel, the heat affected zone formed during welding, particularly the heat affected zone near the fusion boundary, is heated to a temperature close to the melting point by the amount of heat input. Accordingly, since the grains of the weld heat-affected zone grow and coarse, and microstructures that are vulnerable to toughness, such as upper bainite and martensite, are formed during the cooling process, the weld heat-affected zone becomes the site where the toughness of the weld is most degraded.

따라서, 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는, 용접열영향부의 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여 미세하게 유지시킬 필요가 있다. 이를 해결하는 수단으로는, 고온에서 안정한 산화물 또는 Ti계 탄질화물 등을 강재에 적절히 분포시켜 용접시 용접열영향부의 결정립 성장을 지연시키고자 하는 기술 등이 알려져 있다. 이러한 기술로는 일본 특허공개공보 (평)11-140582, (평)10-298708, (평)10-298706, (평)9-194990, (평)9-324238, (평)8-60292, (소)60-245768, (평)5-186848호, (소)58-31065호, (소)61-79745호, 일본용접학회지 제 52권 2호, 49페이지 및 일본특허공개공보 (소)64-15320호 등이 있다. Therefore, in order to secure the stability of the welded structure, it is necessary to suppress the growth of the austenite grains in the weld heat affected zone and to keep it fine. As a means to solve this problem, there is known a technique for delaying grain growth of the weld heat affected zone during welding by appropriately distributing an oxide or Ti-based carbonitride, which is stable at high temperature, to steel. Such techniques include Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582, Hei 10-298708 Hei 10-298706 Hei 9-194990 Hei 9-324238 Hei 8-60292, (S) 60-245768, (Square) 5-186848, (S) 58-31065, (S) 61-79745, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 52, No. 2, 49 and Japanese Patent Laid-Open And 64-15320.

이중에서 일본 특허공개공보 (평)11-140582호는, TiN의 석출물을 이용하는 대표적인 기술로, 100J/cm의 입열량(최고가열온도 1400℃)이 적용될 때에 0℃에서 충격인성이 200J정도(모재는 300J 정도)인 구조용강재가 개시되어 있다. 이 선행기술에서는 Ti/N을 실질적으로 4-12로 관리하여 0.05㎛이하인 TiN 석출물은 5.8×103개/㎟∼8.1×104개/㎟, 이와 함께 0.03∼0.2㎛인 TiN석출물은 3.9×103개/㎟∼6.2×104개/㎟로 석출시켜서 페라이트를 미세화하여 용접부의 인성을 확보하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582 is a representative technique using TiN precipitates, and has a toughness of about 200J at 0 ° C when 100 J / cm of heat input (maximum heating temperature of 1400 ° C) is applied. Is about 300J). In this prior art, Ti / N is substantially managed at 4-12 so that TiN precipitates of 0.05 µm or less are 5.8 × 10 3 pieces / mm 2 to 8.1 × 10 4 pieces / mm 2, and TiN precipitates of 0.03 to 0.2 μm are 3.9 ×. The toughness of the welded portion is secured by making the ferrite fine by depositing 10 3 pieces / mm 2 to 6.2 × 10 4 pieces / mm 2.

그러나, 이 선행기술에 의하면 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때, 모재와 열영향부의 인성이 대체적으로 낮고(0℃ 충격인성이 모재:최고 320J, 열영향부: 최고 220J) 또한, 모재와 열영향부의 인성차가 100J 정도로 커서 후육화 강재의 초대입열 용접에 따른 강구조물의 신뢰성확보에 한계가 있다. 이 뿐 아니라, 원하는 TiN의 석출물을 확보하기 위한 방법으로, 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 가열하여 급냉한 다음에, 열간압연을 위해 재가열하는 공정을 채택하기 때문에 2회의 열처리로 인한 제조비용 상승이 문제가 된다. 또한, 이 선행기술에서는 N가 0.005∼0.02% 함유된 고질소 용강을 연속주조하여 주괴로 만들기 때문에, 주편표면크랙의 발생 가능성이 높다. 즉, N은 오스테나이트 안정화원소로서 주괴의 응고과정에서 오스테나이트가 장시간 유지되기 때문에, P, S 등의 불순원소들이 미응고부에 편석을 조장하여 주편크랙을 유발할 수 있는 문제가 있다. However, according to this prior art, when the 100 kJ / cm high heat input welding is applied, the toughness of the base material and the heat affected zone is generally low (0 ° C. impact toughness of the base material: up to 320 J, heat affected zone: up to 220 J). Since the toughness difference of the heat affected zone is about 100J, there is a limit in securing the reliability of the steel structure due to superheated welding of the thickened steel. In addition, as a method for securing the desired TiN precipitate, the slab is heated at a temperature above 1050 ° C. and rapidly cooled and then reheated for hot rolling. Becomes In addition, in this prior art, since the high-nitrogen molten steel containing 0.005-0.02% of N is continuously cast into an ingot, the surface crack of a cast steel is high. That is, since N is an austenite stabilizing element and austenite is maintained for a long time in the solidification process of the ingot, there is a problem that impurities such as P and S may cause segregation cracks by promoting segregation in the uncoagulated portion.

상기 일본 공개특허공보 (평)9-194990호에는 저질소강(N≤0.005%)에 Al과 O의 비를 0.3≤Al/O≤1.5로 관리하여, Al, Mn, Si으로 되는 복합산화물을 미세하게 분산시켜 열영향부에서 오스테나이트 입내에 페라이트 핵석출기능에 의해 열영향부의 천이온도(최고가열온도 1450℃, 800∼500℃의 냉각시간이 60초의 열사이클)가 -50∼-60수준의 용접구조용 강재가 제시되어 있다. 이 강재는 천이온도가 다소 낮은 편이다. 이 선행기술에서는 고질소강은 오히려 인성을 떨어뜨린 다는 이유로 0.005%이하의 저질소강을 이용하고 있다. Japanese Patent Laid-Open No. 9-194990 discloses a composite oxide composed of Al, Mn, and Si by controlling the ratio of Al and O to 0.3 ≦ Al / O ≦ 1.5 in low nitrogen steel (N ≦ 0.005%). The ferrite nucleation function in the austenite mouth in the heat affected zone and the transition temperature of the heat affected zone (maximum heating temperature of 1450 ℃, cooling cycle of 800 to 500 ℃ for 60 seconds) is -50 to -60. Welded structural steels are presented. This steel has a rather low transition temperature. In this prior art, high nitrogen steels use less than 0.005% of low nitrogen steels because they deteriorate toughness.

현재까지 대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 개선하는 기술은 많이 알려저 있지만, 1350℃이상에서 장시간 유지되는 초대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 획기적으로 개선시킨 사례는 아직 발표된 바 없다. 특히, 용접열영향부의 인성이 모재대비 동등한 수준을 보이면서, 모재의 고강도화를 달성한 기술은 거의 없는 실정이다. To date, many techniques for improving the toughness of the weld heat affected zone during high heat input welding have been known. However, there have been no reports of a significant improvement in the toughness of the weld heat affected zone during long heat input welding maintained at 1350 ° C. or longer. In particular, while the toughness of the weld heat affected zone shows the same level as that of the base material, there are few technologies that have achieved high strength of the base material.

본 발명은 저질소강 슬라브의 침질처리를 통해 고질소강에서 주편표면크랙의 발생을 근본적으로 차단하면서 중입열에서 초대입열에 이르는 용접입열량 범위에서 모재와 열영향부의 인성이 차이가 최소가 되고, 모재의 페라이트 입도를 세립화하여 고강도의 용접 구조용 강재의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다. The present invention fundamentally blocks the generation of cast surface cracks in high nitrogen steel through the immersion treatment of low-nitrogen steel slabs, while the difference in toughness of the base metal and the heat affected zone is minimal in the heat input range from medium heat to super heat. It is an object of the present invention to provide a method for producing a high strength welded structural steel by refining the grain size of ferrite.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.005%이하, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005%이하를 만족하는 강슬라브를 만드는 단계,The present invention for achieving the above object, in the weight% C: 0.03-0.17%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.4-2.0%, Ti: 0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N: A steel slab that satisfies 0.005% or less, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less and O: 0.005% or less,

이 슬라브를 Ar3+25℃∼1150℃의 온도에서 60∼180분간 가열하여 강의 N가 0.008∼0.03%가 되면서, N와 Ti, B, Al이 아래의 관계식을 만족하도록 침질처리하는 단계,Heating the slab at a temperature of Ar 3 + 25 ° C. to 1150 ° C. for 60 to 180 minutes so that N of the steel becomes 0.008 to 0.03%, and N, Ti, B, and Al are immersed to satisfy the following relation,

1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤141.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14

상기 가열된 슬라브를 (Ar3+25℃)∼(Ar3-25℃)의 온도범위까지 25℃/sec이하의 속도로 냉각하여 60%이상의 압하율로 열간압연하고 5∼30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함하여 구성된다.The heated slab is cooled to a temperature range of (Ar 3 + 25 ° C.) to (Ar 3 -25 ° C.) at a rate of 25 ° C./sec or less, hot rolled at a reduction ratio of 60% or more, and 5-30 ° C./sec. It comprises a step of cooling to room temperature at a cooling rate.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서 "구오스테나이트(prior Austenite)"란 용어는 강재에 대입열 용접이 적용될 때 용접 열영향부에 형성되는 오스테나이트를 칭하는 것으로, 강재의 제조과정(열간압연공정)에서 형성되는 오스테나이트와 구별하기 위해 편의상 사용한다. In the present invention, the term "prior Austenite" refers to austenite formed in the weld heat affected zone when the heat input welding is applied to the steel, and the austenite formed in the manufacturing process of the steel (hot rolling process). Use for convenience to distinguish from.

본 발명자들은 고질소강에서 발생하는 주편표면크랙을 방지하면서 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 방안을 연구한 결과, 저질소의 강슬라브에 침질화를 통해 고온안정성이 우수한 TiN석출물을 균일하게 분포시키면서 재결정제어압연을 통해 페라이트 결정립을 세립화하면 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트의 결정립크기를 임계치(약 80㎛)이하로 되어 용접열영향부의 인성이 문제가 되지 않을 뿐 더러 강재(모재)의 강도와 인성이 개선되는 것을 확인하였다. The present inventors studied a method for improving the toughness of the weld heat affected zone while preventing surface cracks generated in high nitrogen steel, while uniformly distributing TiN precipitates having excellent high temperature stability through immersion in low-nitrogen steel slabs. Refining the ferrite grains by recrystallization-controlled rolling reduces the grain size of the old austenite grains below the threshold (approximately 80 µm) during welding, so that the toughness of the welded heat affected zone is not a problem. It was confirmed that the strength and toughness were improved.

이러한 관점에서 출발한 본 발명자들은, 열영향부의 인성과 함께 모재의 인성과 강도를 동시에 개선할 수 있는 다음과 같은 방안을 도출할 수 있었다. Starting from this point of view, the present inventors have been able to derive the following methods for improving the toughness and strength of the base material together with the toughness of the heat affected zone.

[1] 저질소강에 침질화를 통해 미세한 TiN 석출물의 분포를 균일하게 하면서, 고온에서 석출물의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)을 작게 하는 것과 함께, [1] While minimizing the distribution of fine TiN precipitates through nitriding in low nitrogen steel, the solubility product showing stability of precipitates at high temperatures is reduced.

[2] 재결정제어압연에 의해 모재의 페라이트 결정립을 세립화하여 용접열영향부의 구오스테나이트를 약 80㎛이하로 관리하는 것이다. 강재의 페라이트 결정립를 세립화하면 모재의 강도와 인성이 동시에 향상된다. 또한, [2] The recrystallization-controlled rolling refines the ferrite grains of the base material to manage the old austenite of the weld heat affected zone at about 80 µm or less. By refining the ferrite grains of the steel material, the strength and toughness of the base material are simultaneously improved. Also,

[3] Ti/N의 비율을 낮추어 BN, AlN 석출물을 효과적으로 석출함으로써 용접열향부에서 페라이트의 생성분율을 높이고, 특히 페라이트 형상을 인성개선에 효과적인 침상형이나 다각형(polygonal)으로 유도하는데도 특징이 있다. 이하, 상기 [1][2][3]을 구체적으로 설명한다. [3] By reducing the Ti / N ratio, BN and AlN precipitates can be effectively precipitated to increase ferrite production in the welding heat direction, and in particular, to induce ferrite shapes into needles or polygons effective for toughness improvement. . [1] [2] [3] will be described in detail below.

[1] 침질화를 통한 TiN 석출물관리[1] TiN precipitate management through nitriding

구조용 강재(모재)에 대입열용접이 적용되는 경우 용융선부근의 용접열영향부가 약 1400℃이상의 고온으로 가열되어 모재내에 석출되어 있는 TiN 석출물이 용접열에 의해 부분적으로 용해되거나 또는 오스왈드 라이프닝현상(Ostwald ripening, 크기가 작은 석출물이 분해되어 크기가 큰 석출물로 확산되면서 큰 석출물은 더욱 커지는 현상)에 의해서 일부 석출물만이 조대해지며, 또한, TiN석출물의 개수가 현저히 감소하게 되어 구오스테나이트 결정립성장의 억제효과가 소멸된다. When heat input welding is applied to structural steel (base material), the weld heat affected zone near the melting line is heated to a high temperature of about 1400 ° C or higher, and TiN precipitates precipitated in the base material are partially dissolved by welding heat or Oswald lifeening phenomenon ( Only some precipitates are coarsened by ostwald ripening, the smaller precipitates are decomposed and diffused into larger precipitates, resulting in larger precipitates. The inhibitory effect of disappears.

본 발명자들은 이러한 현상이 모재내에 분포되어 있는 TiN석출물이 용접열에 의해 분해된 고용Ti원자의 확산에 의해 일어나는 것이라는데 착안하여 Ti/N비에 따른 TiN석출물의 특성을 살펴본 결과, 고질소환경(Ti/N의 비가 낮음)에서는 고용Ti농도와 고용Ti원자의 확산속도가 감소되고 TiN석출물의 고온안정성이 향상되는 새로운 사실을 알게 되었다. 더욱 흥미로운 것은, 강슬라브를 주편표면크랙의 발생 가능성이 낮은 0.005%이하의 저질소강으로 제조하고 이후 압연공정중 슬라브 가열로에서 침질처리를 통해 고질소강으로 만들더라도 Ti/N의 비를 1.2∼2.5의 범위로 관리해주면, 고용Ti의 양이 극도로 감소되면서 TiN석출물의 고온안정성이 높아져서 0.01-0.1㎛ 크기의 미세한 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟이상 분포되는 결과를 얻었다. 이는 동일 Ti함량에서 침질처리를 통해 질소함량을 증가시키면 고용되어 있는 모든 Ti원자가 쉽게 질소원자와 결합하고, 또한, 고질소환경에서 고용 Ti양이 감소하기 때문에 질소함량이 낮은 경우에서 보다 고온에서 TiN석출물이 안정해지는 용해도적이 낮아지기 때문인 것으로 분석되었다.The inventors noticed that this phenomenon is caused by the diffusion of solid solution Ti atoms, which are dispersed in the base metal, by the heat of welding. As a result of examining the characteristics of the TiN precipitates according to the Ti / N ratio, the high nitrogen environment (Ti / In the case of low ratio of N), it has been found that the concentration of solid solution Ti, the diffusion rate of solid Ti atoms, and the high temperature stability of TiN precipitates are improved. More interestingly, even if steel slabs are made of low-nitrogen steel of 0.005% or less, which is less prone to cast surface cracking, and then made into high-nitrogen steel by immersion treatment in slab heating furnace during the rolling process, the ratio of Ti / N is 1.2 to 2.5. In this case, the amount of solid solution Ti was extremely reduced and the high temperature stability of TiN precipitates was increased, resulting in the distribution of fine TiN precipitates of 0.01-0.1㎛ size over 1.0x10 7 / mm2 at intervals of 0.5㎛ or less. . This is because when the nitrogen content is increased through immersion treatment at the same Ti content, all of the dissolved Ti atoms are easily combined with the nitrogen atoms, and the amount of solid solution Ti decreases in a high nitrogen environment. It was analyzed that the solubility level at which the precipitate was stabilized was lowered.

나아가, 본 발명자들은 미세한 TiN석출물을 다량으로 균일하게 분포시키기 위해서는 용강중에 Ti를 산화물로 형성하지 않고 대부분 고용시켜서 침질처리후에 TiN으로 미세하게 석출하는 것이 중요하다는데 착안하여, 강의 정련공정에 관심집중한 결과, 산화물의 생성거동에 영향을 미치는 용존산소량을 30ppm 이하로 관리하면 Ti이 산화물로 형성하지 않고 강에 고용된다는 것을 확인하였다. Furthermore, the present inventors have focused on the importance of finely depositing TiN after molten steel without dissolving Ti as an oxide in molten steel and dissolving it finely in order to uniformly distribute a large amount of fine TiN precipitates. As a result, when the amount of dissolved oxygen affecting the formation behavior of the oxide was controlled to 30 ppm or less, it was confirmed that Ti was dissolved in the steel without forming it as an oxide.

본 발명에 따라 탈산조건를 관리하여 Ti을 가능한 강에 고용되도록 하고 침질처리를 통해 Ti/N의 비를 관리하면, 0.01-0.1㎛ 크기의 미세한 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상으로 분포되는 결과를 얻을 수 있다.According to the present invention, by managing the deoxidation conditions so that Ti is dissolved in steel as much as possible and the ratio of Ti / N is controlled through the sedimentation treatment, the fine TiN precipitates having a size of 0.01-0.1 μm are 1.0 × 10 7 / The result distributed in mm <2> or more can be obtained.

[2] 재결정제어압연(페라이트 결정립의 세립화)[2] recrystallization-controlled rolling (fine grains in ferrite grains)

본 발명의 연구에 따르면, 모재의 강도와 인성을 향상시키면서 구오스테나이트의 크기를 80㎛로 하기 위해서는, 석출물의 관리와 함게 페라이트 + 펄라이트의 모재조직에서 페라이트의 크기를 세립화하는 것이 중요하다는 것이다. 본 발명에서 페라이트의 세립화는 재결정제어압연(Recrystallization controlled rolling)를 이용하여 달성한다. 재결정제어압연은 고온압연시 석출물(TiN)을 이용하여 결정립성장의 억제, 압연중의 정적재결정에 의한 결정립미세화, 오스테나이트-페라이트 변태시 탄화물 석출(WC, Fe3C, VC 등)에 의한 페라이트 결정립을 세립화시킨다.According to the present invention, it is important to refine the size of the ferrite in the base material structure of ferrite + pearlite together with the management of the precipitates in order to make the size of the old austenite at 80 μm while improving the strength and toughness of the base material. . In the present invention, the refining of the ferrite is achieved by using recrystallization controlled rolling. Recrystallization controlled rolling uses the precipitate (TiN) during high temperature rolling to suppress grain growth, grain refining by static recrystallization during rolling, and ferrite due to carbide precipitation (WC, Fe 3 C, VC, etc.) during austenite-ferrite transformation. Grain the grain.

[3] 용접열영향부의 미세조직[3] microstructure of weld heat affected zone

본 발명의 연구로부터 밝혀진 사실은, 용접열영향부의 인성에는 모재가 1400℃이상으로 가열될 때 구오스테나이트 결정립 크기 뿐만 아니라, 구오스테나이트 결정입계에서 석출하는 페라이트의 양과 형상이 중요한 영향을 미친다는 것이다. 특히, 오스테나이트 입내에서의 다각형(polygonal) 페라이트와 침상형 페라이트의 변태를 유도하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 이를 위해 AlN, Fe23(B,C)6, BN석출물들을 이용한다.The facts of the present invention revealed that the toughness of the weld heat affected zone had a significant effect not only on the size of the austenite grains when the base material was heated above 1400 ° C, but also on the amount and shape of the ferrite precipitated at the austenite grain boundaries. will be. In particular, it is important to induce the transformation of polygonal ferrite and acicular ferrite in the austenite mouth. In the present invention, AlN, Fe 23 (B, C) 6 , BN precipitates are used for this purpose.

이하, 본 발명을 강재의 조성과 그 제조방법으로 구분하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing the steel composition and its manufacturing method.

[용접 구조용 강재의 조성][Composition of Welding Structural Steels]

·탄소(C)의 함량은 0.03∼0.17%로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make content of carbon (C) into 0.03 to 0.17%.

C의 함량이 0.03% 미만인 경우에는 구조용 강으로서의 강도확보가 불충분하다. 또한, C가 0.17%를 초과하는 경우에는 냉각중 상부 베이나이트, 마르텐사이트 및 퇴화 퍼얼라이트(degenerate pearlite)등의 인성에 취약한 미세조직이 변태되어 구조용 강재의 저온충격인성을 저하시키고, 또한 용접부의 경도 또는 강도를 증가시켜 인성열화 및 용접균열의 생성을 초래한다. If the content of C is less than 0.03%, securing strength as a structural steel is insufficient. In addition, when C exceeds 0.17%, microstructures susceptible to toughness such as upper bainite, martensite and degenerate pearlite during transformation are transformed to lower the low temperature impact toughness of structural steel, and Increasing hardness or strength results in toughness degradation and generation of weld cracks.

·실리콘(Si)의 함량은 0.01-0.5%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of silicon (Si) is preferably limited to 0.01-0.5%.

Si의 함량이 0.01% 미만인 경우에는 제강과정에서 용강의 탈산효과가 불충분하고 강재의 내부식성을 저하시키며, 0.5%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되고, 압연후 냉각시 소입성 증가에 따른 도상 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 저온충격인성을 저하시킨다. If the Si content is less than 0.01%, the deoxidation effect of the molten steel is insufficient during steelmaking and the corrosion resistance of the steel is deteriorated. If the content of Si is more than 0.5%, the effect is saturated, and the degree of quenchability during cooling after rolling is increased. It promotes the transformation of martensite and lowers the low temperature impact toughness.

·망간(Mn)의 함량은 0.4-2.0%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of manganese (Mn) is preferably limited to 0.4-2.0%.

Mn은 강중에서 탈산작용을 하고, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키는 유효한 원소이다. Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.4%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 Mn의 함유량이 2.0%를 초과하는 경우에는, 고용강화 효과보다는 망간편석에 의한 조직불균질로 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다. 또한, 강의 응고시, 편석기구에 따라 거시편석 및 미시편석이 일어나 압연시 중심부에 중심편석대의 형성을 조장하여 모재의 중심부에 저온변태 조직을 생성시키는 원인으로 작용한다. 특히, 망간은 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이다.Mn is an effective element which deoxidizes in steel and improves weldability, hot workability, and strength. Mn forms a substituted solid solution in the matrix to strengthen the matrix to secure the strength and toughness. For this purpose, Mn is preferably added at least 0.4%. However, when the Mn content is more than 2.0%, it has a detrimental effect on the toughness of the weld heat affected zone due to tissue heterogeneity due to manganese segregation rather than a solid solution strengthening effect. In addition, when the steel solidifies, macro segregation and micro segregation occur depending on the segregation mechanism, which promotes the formation of a central segregation zone in the center of rolling, thereby causing a low temperature transformation structure in the center of the base metal. In particular, manganese is an element that precipitates in the form of MnS around the Ti-based oxide and affects the formation of acicular and polygonal ferrites effective for improving the toughness of the weld heat affected zone.

·알루미늄(Al)의 함량은 0.0005-0.1%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of aluminum (Al) is preferably limited to 0.0005-0.1%.

Al은 탈산에 필요한 원소일 뿐만 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 필수불가결한 원소이다. 또한, Al은 산소와 반응하여 Al산화물을 형성하는 원소이므로, Ti가 산소와 반응하지 않고 미세 TiN석출물을 형성하도록 하기 위해서는 필요한 원소이다. 미세한 AlN석출물을 형성시키기 위해서는, 상기 Al을 0.0005%이상 첨가해야 하지만, 그 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 AlN을 석출시키고 남은 고용Al의 용접열영향부 냉각과정에서 인성에 취약한 위드만스테튼 페라이트(Widmanstatten ferrite) 및 도상 마텐사이트의 생성을 조장하여 대입열 용접열영향부의 인성을 저하시킨다. Al is not only an element necessary for deoxidation, but also an indispensable element for forming fine AlN precipitates in steel. In addition, Al is an element which reacts with oxygen to form an Al oxide, and thus is necessary for Ti to form fine TiN precipitates without reacting with oxygen. In order to form a fine AlN precipitate, the Al should be added 0.0005% or more, but if the content exceeds 0.1%, Weedman Stetten is vulnerable to toughness during the cooling of the welding heat affected zone of AlN precipitated and the remaining solid Al It promotes the production of ferrite (Widmanstatten ferrite) and phase martensite to lower the toughness of the high heat input welding heat affected zone.

·티타늄(Ti)의 함량은 0.005-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of titanium (Ti) is preferably limited to 0.005-0.2%.

Ti는 N과 결합하여 고온에서 안정한 미세 TiN석출물을 형성시키기 때문에 본 발명에서는 필수불가결한 원소이다. 이러한 미세한 TiN 석출효과를 얻기 위해서는, Ti을 0.005%이상 첨가하여야 하지만, 그 함량이 0.2%를 초과하면 용강중에서 조대한 TiN석출물 및 Ti산화물이 형성되어 용접열영향부 오스테나이트 결정립성장을 억제하지 못하기 때문에 바람직하지 않다. Ti is indispensable in the present invention because it combines with N to form fine TiN precipitates that are stable at high temperatures. In order to obtain such a fine TiN precipitation effect, Ti should be added more than 0.005%, but when the content exceeds 0.2%, coarse TiN precipitates and Ti oxides are formed in molten steel, which does not inhibit austenite grain growth of the weld heat affected zone. It is not preferable because it is.

·붕소(보론, B)의 함량은 0.0003-0.01%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of boron (boron, B) is preferably limited to 0.0003-0.01%.

B은 BN석출물을 형성하여 구오스테나이트 결정립의 성장을 방해하고 결정입계 및 입내에서 Fe탄붕화물을 형성하여 인성이 우수한 침상형 및 다각형의 페라이트 변태를 촉진한다. B 함유량이 0.0003%미만인 경우에는 이러한 효과를 기대할 수 없으며, 0.01%를 초과하면 소입성이 증가하여 용접열영향부의 경화 및 저온균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다. B forms a BN precipitate, which hinders the growth of the old austenite grains and forms Fe carbide in the grain boundary and in the mouth to promote ferrite transformation of acicular and polygons having excellent toughness. If the B content is less than 0.0003%, such an effect cannot be expected, and if it exceeds 0.01%, it is not preferable because the hardenability increases due to hardening and low temperature cracking of the weld heat affected zone.

·질소(N)의 함량은 0.008-0.03%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of nitrogen (N) is preferably limited to 0.008-0.03%.

N은 TiN, AlN, BN, VN, NbN등을 형성시키는데 필수불가결한 원소로, 대입열 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 성장을 최대로 억제시키고 TiN, AlN, BN, VN, NbN 등의 석출물양을 증가시킨다. 특히, TiN 및 AlN석출물의 크기 및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.008%이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, N의 함량이 0.03%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 용접열영향부내에 분포하는 고용질소량의 증가로 인해 인성을 저하시키며 용접시 희석에 따른 용접금속중에 혼입되어 용접금속의 인성저하를 초래하기 때문에 바람직하지 못하다. 본 발명에서는 강슬라브에서 N을 주편표면크랙의 가능성이 낮은 0.005%이하로 관리하고, 이후 슬라브 재가열공정에서 침질처리를 통해 0.008-0.03%의 고질소강으로 만든다. N is an indispensable element for forming TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc., and it suppresses austenite grain growth of welding heat affected zone at the time of high heat input welding and precipitates such as TiN, AlN, BN, VN, NbN Increase the amount. In particular, since the TiN and AlN precipitates have a remarkable effect on the size, precipitate interval, precipitate distribution, complex precipitation frequency with oxide, and high temperature stability of the precipitate itself, the content is preferably set to 0.008% or more. However, when the N content exceeds 0.03%, the effect is saturated, toughness is reduced due to the increase in the amount of solid solution nitrogen distributed in the weld heat affected zone, and it is mixed in the weld metal due to dilution during welding to reduce the toughness of the weld metal. It is not preferable because it causes. In the present invention, N is managed in the steel slab to less than 0.005% of low probability of cast surface cracking, and then made into high nitrogen steel of 0.008-0.03% through the immersion treatment in the slab reheating process.

·텅스텐(W)의 함량은 0.001-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of tungsten (W) is preferably limited to 0.001-0.2%.

W은 열간압연 이후 텅스텐 탄화물(WC)로 모재에 균일하게 석출되어 페라이트변태후 페라이트 결정립 성장을 효과적으로 억제하고, 또한 용접열영향부의 가열 초기 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 원소이다. 그 함량이 0.001%미만인 경우에는 열간압연후 냉각시 페라이트 결정립성장 억제를 위한 텅스텐 탄화물이 적게 분포하게 되고, 0.2%보다 많이 첨가된 경우에는 그 효과가 포화되기 때문에 바람직하지 못하다.W is an element that uniformly precipitates in the base material as tungsten carbide (WC) after hot rolling to effectively suppress ferrite grain growth after ferrite transformation, and also suppress growth of austenite grains in the initial heating of the weld heat affected zone. If the content is less than 0.001%, the tungsten carbide for inhibiting ferrite grain growth is less distributed during the hot rolling and it is not preferable because the effect is saturated when more than 0.2% is added.

·인(P) 및 황(S)의 함량은 0.030%이하로 제한하는 것이 바람직하다. The content of phosphorus (P) and sulfur (S) is preferably limited to 0.030% or less.

P는 압연시 중심편석 및 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재인성, 용접열영향부 인성 향상 및 중심편석 저감을 위해서는 0.03%이하로 관리하는 것이 좋다. P is preferably as low as possible because it is an impurity element that promotes central segregation during rolling and hot cracking during welding. In order to improve the toughness of the base metal, the toughness of the weld heat affected zone, and to reduce the center segregation, it is recommended to manage it to 0.03% or less.

S는 다량으로 존재하는 경우 FeS 등의 저융점화합물을 형성시키기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재인성, 용접열영향부 인성 및 중심편석 저감을 위해서는 S함량을 0.03%이하로 하는 것이 좋다. 그런데, 황의 경우에는 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치기도 하므로, 용접시 고온균열을 고려할 경우 보다 바람직한 범위로는 0.003%에서 0.03%이하로 제한하는 것이 바람직하다.Since S forms a low melting point compound such as FeS when present in a large amount, it is preferable to manage S as low as possible. In order to reduce the base material toughness, weld heat affected zone toughness and central segregation, it is recommended that the S content be 0.03% or less. However, in the case of sulfur, it precipitates in the form of MnS around the Ti-based oxide and thus affects the formation of needle-shaped and polygonal ferrites, which are effective for improving the toughness of the weld heat affected zone. It is desirable to limit the amount from 0.003% to 0.03% or less.

·산소(O)는 0.005%이하로 하는 것이 바람직하다. Oxygen (O) is preferably at most 0.005%.

산소가 0.005% 초과하는 경우에는 Ti원소가 용강중에서 Ti산화물로 형성되어 TiN석출물을 형성하지 못하기 때문에 바람직하지 못하며 또한 조대한 Fe산화물 및 Al산화물 등과 같은 개재물이 형성되어 모재의 인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 바람직하지 못하다.If the oxygen content exceeds 0.005%, the Ti element is not preferable because the Ti element is formed of Ti oxide in molten steel and thus does not form a TiN precipitate. Also, inclusions such as coarse Fe oxide and Al oxide are formed, which adversely affects the toughness of the base metal. It is not desirable because it is crazy.

본 발명에서는 강재의 Ti/N의 비가 1.2∼2.5, N/B의 비가 10∼40, Al/N의 비가 2.5∼7, (Ti+2Al+4B)/N의 비가 6.5∼14를 만족하도록 질소를 침질하는 것이 바람직하다.In the present invention, the nitrogen ratio is set so that the ratio of Ti / N of steel is 1.2 to 2.5, the ratio of N / B is 10 to 40, the ratio of Al / N is 2.5 to 7, and the ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is 6.5 to 14. It is preferable to soak.

·Ti/N의 비는 1.2∼2.5로 하는 것이 바람직하다.The ratio of Ti / N is preferably 1.2 to 2.5.

본 발명에서 Ti/N비를 2.5이하로 낮추는데, 이는 2가지 장점이 있다. 첫째, TiN석출물의 개수를 증가시키면서 균일하게 분포시킬 수 있는 것이다. 즉, 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 고용되어 있는 모든 Ti원자가 침질처리를 통해 들어온 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출물이 증가하게 된다. 둘째, 고온에서의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)이 작아서 상기 Ti의 재고용을 막을 수 있는 것이다. 즉, 고질소 환경에서 Ti은 고용되기보다는 N와 결합하려는 성질이 강하므로, TiN 석출물이 고온에서 안정해진다. 그러나, Ti/N비가 1.2 미만으로 되면 모재의 고용질소량이 증가하여 용접열향부의 인성에 유해하다. 또한, Ti/N비가 2.5보다 높은 경우에는 TiN으로 석출하지 않고 남은 잉여의 Ti이 고용상태로 존재하여 용접열영향부 인성에 나쁜 영향을 미친다. In the present invention, the Ti / N ratio is lowered to 2.5 or less, which has two advantages. First, it is possible to distribute uniformly while increasing the number of TiN precipitates. In other words, if the nitrogen content is increased at the same Ti content, all the Ti atoms in the solid solution combine with the nitrogen atoms introduced through the immersion treatment to increase the fine TiN precipitates. Secondly, the solubility product showing stability at high temperature is small, thereby preventing re-use of the Ti. In other words, in a high nitrogen environment, Ti is more strongly bound to N than solid solution, and thus TiN precipitates are stable at high temperatures. However, when the Ti / N ratio is less than 1.2, the amount of solid solution nitrogen in the base material increases, which is detrimental to the toughness of the weld heat-oriented part. In addition, when the Ti / N ratio is higher than 2.5, excess Ti remaining without precipitation as TiN exists in a solid solution state, which adversely affects the toughness of the weld heat affected zone.

·N/B의 비는 10∼40으로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make ratio of N / B into 10-40.

본 발명에서 N/B비가 10미만이면 용접후 냉각과정중에 오스테나이트 결정입계에서 다각형의 페라이트 변태를 촉진하는 BN의 석출량이 불충분하며, N/B비가 40을 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되며 고용질소량이 증가하여 용접열영향부의 인성을 저하시키기 때문이다. In the present invention, if the N / B ratio is less than 10, the precipitation amount of BN which promotes the ferrite transformation of polygons at the austenite grain boundary during the cooling process after welding is insufficient, and when the N / B ratio exceeds 40, the effect is saturated and dissolved. This is because the amount of nitrogen is increased to lower the toughness of the weld heat affected zone.

·Al/N의 비는 2.5∼7로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make Al / N ratio into 2.5-7.

본 발명에서 Al/N비가 2.5미만인 경우에는 침상형 페라이트 변태를 유도하기 위한 AlN석출물의 분포가 불충분하고, 용접열영향부의 고용질소량이 증가하여 용접균열이 발생할 가능성이 있으며, Al/N비가 7초과의 경우에는 그 효과가 포화된다. In the present invention, when the Al / N ratio is less than 2.5, AlN precipitates for inducing needle-like ferrite transformation are insufficient, and the amount of solid solution nitrogen in the weld heat affected zone may increase, resulting in a weld crack, and an Al / N ratio of more than 7 In the case the effect is saturated.

·(Ti+2Al+4B)/N의 비는 6.5∼14로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is 6.5-14.

본 발명에서 (Ti+2Al+4B)/N의 비가 6.5미만인 경우 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장억제, 결정입계에서의 미세한 다각형 페라이트 생성, 고용질소량, 결정입내에서의 침상형 및 다각형의 페라이트 생성 및 조직분율의 제어를 위한 TiN, AlN, BN, VN 석출물의 크기 및 분포개수가 불충분하며, (Ti+2Al+4B)/N이 14를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화된다. 한편, V이 첨가되는 경우에는, (Ti+2Al+4B+V)/N의 비를 7~17로 설정하는 것이 바람직하다.In the present invention, when the ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is less than 6.5, the growth inhibition of the austenite grain growth of the weld heat affected zone, the generation of fine polygonal ferrite at the grain boundary, the amount of solid solution nitrogen, the needle shape in the grain and the polygonal ferrite The size and number of distributions of TiN, AlN, BN, and VN precipitates for formation and control of the tissue fraction are insufficient, and the effect is saturated when (Ti + 2Al + 4B) / N exceeds 14. On the other hand, when V is added, it is preferable to set the ratio of (Ti + 2Al + 4B + V) / N to 7-17.

상기와 같이 조성되는 강재(모재)와 열영영향부의 인성을 보다 개선시키기 위해 V을 추가로 첨가한다. In order to further improve the toughness of the steel material (base material) and the heat-affected portion formed as described above, V is further added.

·바나듐(V)의 함량은 0.01-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of vanadium (V) is preferably limited to 0.01-0.2%.

V은 N와 결합해 VN을 형성하여 용접열영향부에서 페라이트 형성을 촉진시키는 원소이며, VN는 단독으로 석출하거나 TIN석출물에 석출하여 페라이트 변태를 촉진시킨다. 또한 V은 C과 결합하여 VC를 형성하는데, 이러한 VC탄화물은 페라이트 변태후 페라이트 결정립 성장을 억제하는 역할을 한다. V함유량이 0.01%미만에서는 VN석출량이 작기 때문에 용접열영향부에서 페라이트 변태촉진 효과를 얻기가 힘들다. 한편 0.2%를 초과하면 모재 및 용접열영향부(HAZ)의 인성열화를 초래하고 용접경화성을 향상시켜 용접저온균열 발생위험이 있기 때문에 바람직하지 않다.V is an element that combines with N to form VN to promote ferrite formation in the weld heat affected zone, and VN precipitates alone or precipitates in TIN precipitates to promote ferrite transformation. In addition, V combines with C to form VC, which acts to inhibit ferrite grain growth after ferrite transformation. When the V content is less than 0.01%, it is difficult to obtain the ferrite transformation promoting effect in the weld heat affected zone because the VN deposition amount is small. On the other hand, exceeding 0.2% is not preferable because it causes toughness of the base metal and the weld heat affected zone (HAZ) and improves the weld hardenability, which may cause the low temperature crack of the weld.

또한, 침질처리후 V/N의 비는 0.3∼9로 하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the ratio of V / N after a immersion process shall be 0.3-9.

본 발명에서 V/N비가 0.3미만인 경우에는 용접열영향부 인성개선을 위한 TiN+MnS석출물 경계에 석출하여 분포하는 적정 VN석출물 개수 및 크기를 확보하기 어렵다. 반면에, V/N비가 9를 초과하는 경우에는, TiN+MnS석출물 경계에 석출하는 VN석출물의 크기가 조대화되어 오히려 TiN+MnS복합석출물 경계에 석출되는 VN석출빈도수가 감소하기 때문에 용접열영향부의 인성에 유효한 페라이트 상분율을 감소시킨다. In the present invention, when the V / N ratio is less than 0.3, it is difficult to secure an appropriate number and size of VN precipitates deposited and distributed at the TiN + MnS precipitate boundary for improving the toughness of the weld heat affected zone. On the other hand, when the V / N ratio exceeds 9, the weld heat influences because the size of the VN precipitates deposited at the TiN + MnS precipitate boundary is coarsened, and the number of VN precipitations deposited at the TiN + MnS composite precipitate boundary is reduced. Reduce the ferrite phase fraction effective for negative toughness.

상기와 같이 조성되는 강에 본 발명에서는 기계적성질을 보다 향상시키기 위해, Ni, Cu, Nb, Mo, Cr의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상을 추가로 첨가한다. In the present invention, in order to further improve the mechanical properties in the steel composition as described above, one or more selected from the group of Ni, Cu, Nb, Mo, Cr is further added.

·니켈(Ni)의 함량은 0.1-3.0%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of nickel (Ni) is preferably limited to 0.1-3.0%.

Ni은 고용강화에 의한 모재의 강도 및 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni이 0.1% 이상 첨가되어야 하지만, 그 함량이 3.0%를 초과하면 소입성을 증가시켜 용접열영향부의 인성을 저하시키고 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.Ni is an effective element for improving the strength and toughness of the base material by solid solution strengthening. To achieve this effect, Ni should be added more than 0.1%, but if the content exceeds 3.0%, the hardenability increases to decrease the toughness of the weld heat affected zone, and there is a possibility of high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. Because it is not desirable.

·구리(Cu)의 함량은 0.1-1.5%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of copper (Cu) is preferably limited to 0.1-1.5%.

Cu는 기지에 고용되어 고용강화로 인한 모재의 강도 및 인성확보에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Cu가 0.1% 이상 첨가되어야 하지만 그 함량이 1.5%를 초과하면 용접열영향부에서 소입성을 증가시켜 인성을 저하시키며 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열을 조장시키기 때문에 바람직하지 못하다. 특히, 상기 Cu는 황과 함께 Ti계 산화물 주위에 CuS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에도 영향을 미치므로, 그 함량을 0.3-1.5%로 하는 것이 바람직하다. Cu is an element that is effective at securing the strength and toughness of the base material due to solid solution at the base. In order to achieve this effect, Cu should be added more than 0.1%, but if the content exceeds 1.5%, it is desirable because it increases the hardenability in the weld heat affected zone and lowers the toughness and promotes high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. I can't. In particular, the Cu precipitates in the form of CuS around the Ti-based oxide together with sulfur, thereby affecting the formation of needle-shaped and polygonal ferrites, which are effective for improving the toughness of the weld heat affected zone, and thus the content is 0.3-1.5%. desirable.

또한, Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우 이들의 합계는 3.5%미만으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 3.5%를 초과하는 경우, 소입성이 커져서 용접열영향부 인성 및 용접성에 악영향을 초래하기 때문이다.In addition, when adding Cu and Ni compositely, it is preferable to make these sum total less than 3.5%. The reason for this is that when it exceeds 3.5%, the hardenability becomes large, which adversely affects the weld heat affected zone toughness and weldability.

·니오붐(Nb)의 함량은 0.01-0.10%로 제한하는 것이 바람직하다. The content of niobium (Nb) is preferably limited to 0.01-0.10%.

Nb는 모재 강도확보의 관점에서 유효한 원소로, 이러한 효과는 Nb함유량이 0.01%미만에서는 얻을 수 없다. 한편, 0.1%를 초과하면 조대한 NbC의 단독석출을 초래하여 모재의 인성에 유해하게 되므로 바람직하지 못하다. Nb is an effective element from the viewpoint of securing the base material strength, and this effect cannot be obtained when the Nb content is less than 0.01%. On the other hand, if it exceeds 0.1%, it causes undesired precipitation of coarse NbC, which is detrimental to the toughness of the base metal.

·크롬(Cr)은 0.05∼1.0%로 하는 것이 바람직하다. Chromium (Cr) is preferably made 0.05 to 1.0%.

Cr은 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.05% 미만인 경우에는 강도를 얻을 수 없고, 1.0%를 초과하는 경우 모재 및 HAZ인성열화를 초래한다.Cr increases the hardenability and also improves the strength, when the content is less than 0.05%, strength cannot be obtained. Exceeding 1.0% results in degradation of the base metal and HAZ toughness.

·몰리브덴(Mo)은 0.05-1.0%로 하는 것이 바람직하다. Molybdenum (Mo) is preferably 0.05-1.0%.

Mo은 소입성 증가 및 강도향상의 효과가 있는 원소로, 그 함량은 강도확보를 위해 0.05% 이상으로 설정하는 것이 바람직하지만, HAZ경화 및 용접저온균열을 억제하기 위해서는 Cr과 마찬가지로 그 상한을 1.0%로 하는 것이 바람직하다.Mo is an element that has an effect of increasing hardenability and improving strength. The content of Mo is preferably set to 0.05% or more for securing strength, but in order to suppress HAZ hardening and welding low temperature cracking, the upper limit thereof is 1.0%. It is preferable to set it as.

또한, 본 발명에서는 가열시에 오스테나이트의 입성장억제를 위해 Ca, REM의 1종 또는 2종을 추가로 첨가한다. In addition, in the present invention, one or two kinds of Ca and REM are further added to suppress grain growth of austenite during heating.

Ca 및 REM은 고온안정성이 우수한 산화물을 형성시켜 모재내에서 가열시 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 용접열영향부의 인성을 향상시킨다. 또한, Ca은 제강시 조대한 MnS형상을 제어하는 효과가 있다. 이를 위해, 칼슘(Ca)은 0.0005%이상, REM은 0.005%이상 첨가하는 것이 좋으나, Ca이 0.005% REM이 0.05%를 초과하는 경우 대형개재물 및 클러스터(cluster)를 생성시켜 강의 청정도를 해치게 된다. REM으로서는 Ce, La, Y 및 Hf등의 1종 또는 2종이상을 사용하여도 무방하고, 어느 것도 상기 효과를 얻을 수 있다.Ca and REM form an oxide having excellent high temperature stability, thereby suppressing austenite grain growth when heated in the base metal and improving the toughness of the weld heat affected zone. In addition, Ca has the effect of controlling the coarse MnS shape during steelmaking. To this end, it is preferable to add more than 0.0005% of calcium (Ca) and more than 0.005% of REM, but if Ca exceeds 0.005% of REM of more than 0.05%, large inclusions and clusters are generated to harm the cleanliness of the steel. As REM, 1 type, or 2 or more types, such as Ce, La, Y, and Hf, may be used, and any of the above effects can be obtained.

[용접 구조용 강재의 제조방법][Method of manufacturing welded structural steel]

·정련(탈산, 탈가스)공정Refining (Deoxidation, Degassing) Process

일반적으로 강의 정련공정은 전로에서 1차정련한 다음, 전로의 용강을 래들로 출강하여 2차정련하는 노외정련으로 구성되는데, 용접구조용 강재와 같이 후물재에서는 노외정련 다음에 탈가스처리(RH공정)를 행한다. 보통 탈산은 1차 정련과 2차정련 사이에서 이루어진다. In general, the steel refining process consists of an out-of-furnace refining process after the first refining of the converter and the second refining of the molten steel of the converter by ladle. ). Usually deoxidation takes place between primary and secondary refining.

본 발명의 특징은, 이러한 탈산공정에서 용존산소를 적정수준 이하로 조절한 다음 Ti를 첨가함으로써, Ti를 산화물로 형성하지 않고 용강중에 대부분 고용되도록 한다는 점에 있다. 이를 위해서는 Ti보다 탈산력이 큰 원소를 Ti투입전에 투입하여 탈산하는 것이 바람직하다. 탈산제의 탈산력은 아래와 같다. A feature of the present invention is that in such a deoxidation process, the dissolved oxygen is adjusted to an appropriate level or lower, and then Ti is added, so that Ti is mostly dissolved in molten steel without forming Ti as an oxide. For this purpose, it is preferable to inject and deoxidize an element having a greater deoxidizing power than Ti before adding Ti. The deoxidizing power of the deoxidizer is as follows.

Cr < Mn < Si < Ti < Al < REM < Zr < Ca ≒ MgCr <Mn <Si <Ti <Al <REM <Zr <Ca ≒ Mg

용존산소량은 산화물의 생성거동에 따라 크게 영향을 받는데, 산소와의 친화력이 큰 탈산제 일수록 용강중 산소와 결합하는 속도가 매우 빠르다. 따라서, Ti을 첨가하기 전에 이 보다 탈산력이 큰 원소를 이용하여 탈산을 행하면, Ti이 산화물을 형성하는 것을 최대한 방지할 수 있는 것이다. 물론, Ti보다 탈산력이 큰 원소(Al)를 투입하기 전에, 강의 5대원소인 Mn, Si 등을 투입하여 탈산하고, 이어서 Al을 투입하여 탈산하면 탈산제의 투입량을 줄일 수 있어 바람직하다. The amount of dissolved oxygen is greatly influenced by the formation behavior of the oxide, and the deoxidizer having a high affinity with oxygen has a very high rate of bonding with oxygen in the molten steel. Therefore, if deoxidation is performed using an element having a greater deoxidizing power before adding Ti, it is possible to prevent Ti from forming an oxide as much as possible. Of course, before the element Al having a greater deoxidizing power than Ti is introduced, Mn, Si, and the like, which are the five major elements of steel, are added and deoxidized, and then Al is added and deoxidized to reduce the amount of deoxidizer added.

한편, 용강중에서 개재물의 부상분리는 일반적으로 다음과 같은 순서로 진행된다고 알려져 있다. (용강중에서 탈산원소의 용해)→(개재물이 핵생성)→(개재물의 성장)→(개재물간의 충돌 등에 의한 계속적인 성장과 부상)→(용강표면에서의 슬래그로의 흡수제거) 즉, 개재물의 종류에 따라 각 단계의 진행속도가 달라지기 때문에, 강탈산원소를 이용하여 탈산하면 보다 쉽게 용존산소량 낮출 수 있다. On the other hand, floating separation of inclusions in molten steel is generally known to proceed in the following order. (Dissolution of deoxygenation element in molten steel) → (Involvement of nucleation) → (Growth of inclusions) → (Continuous growth and injury due to collisions between inclusions) → (Removal of slag from slag on molten steel surface) Since the speed of each step varies depending on the type, deoxidation using a strong deoxidation element can lower the dissolved oxygen amount more easily.

본 발명에서는 Ti의 투입전에 강탈산원소를 투입하여 용존산소량을 가능한 낮게 하는데, 용강중에 고용되어 있는 Ti량을 극대화시키기 위해서는 적어도 30ppm이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 용존산소량이 30ppm를 초과하면 Ti첨가시 용강중의 산소와 Ti이 결합하여 Ti산화물이 형성되기 쉬워 고용Ti량이 감소하기 때문이다.In the present invention, the amount of dissolved oxygen is added as low as possible by injecting a strong deoxidation element before the introduction of Ti, and in order to maximize the amount of Ti dissolved in molten steel, it is preferable to set it as at least 30 ppm or less. The reason for this is that when the dissolved oxygen amount exceeds 30 ppm, the oxygen in the molten steel and Ti are combined to form Ti oxide easily when Ti is added, and the amount of solid solution Ti decreases.

한편, 제강에서 널리 쓰이는 '스토크(stoke)법칙'에 따르면, 개재물의 밀도가 클수록 개재물 부상은 어려워지는데, 제강과정의 탈산과정중 형성되는 개재물은 매우 복잡한 구상형태를 띠고 있어 개재물에 비해 밀도가 크고 부상이 어렵다. 이에 따라 강중에 개재물이 증가하게 되므로, 밀도가 큰 개재물을 형성하는 탈산원소를 투입하는 것이 산화물 분포에 따른 부가적 이점으로 활용할 수 있으나, 본 발명에 있어서 개재물의 밀도차이에 의한 영향은, 본 발명의 효과에 별다른 영향을 미치지 않는다.On the other hand, according to the 'Stoke Law' widely used in steelmaking, the higher the density of inclusions, the more difficult the inclusions are. Injuries are difficult Accordingly, since inclusions increase in the steel, the addition of a deoxidation element forming a high density inclusion may be utilized as an additional advantage according to the distribution of oxides. It does not affect the effect of.

본 발명에 따라 용존산소량을 조정한 다음, Ti을 약 10분이내에 첨가하여 그 함량이 0.005-0.2%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 만일, 탈산후 용강중에 Ti이 0.005%미만 함유되어 있으면, 주조과정에서 미세한 TiN을 다량 형성시키기 어렵고, 0.2%보다 많이 함유되어 있으면 그 효과가 포화되고 TiN이 조대화되어 오스테나이트 결정립 억제효과를 기대하기 어렵다. 만일, Ti을 10분 초과하여 첨가하게 되면 Ti투입후 시간이 경과할수록 Ti산화물이 생성되어 고용 Ti량이 감소하여 바람직하지 못하다. 정련공정에서 진공탈가스처리('RH')가 행해지는 경우에는, Ti의 첨가를 진공탈가스 처리 전 또는 그 후의 어디에서도 가능하다. After adjusting the amount of dissolved oxygen according to the present invention, it is preferable to add Ti within about 10 minutes so that the content is 0.005-0.2%. If less than 0.005% of Ti is contained in the molten steel after deoxidation, it is difficult to form a large amount of fine TiN in the casting process, and if it contains more than 0.2%, the effect is saturated and the TiN is coarsened to expect the austenite grain suppression effect. Difficult to do If Ti is added in excess of 10 minutes, the Ti oxide is formed as the time after Ti is added, and thus the amount of solid solution Ti decreases, which is not preferable. When the vacuum degassing treatment ('RH') is performed in the refining process, the addition of Ti can be performed either before or after the vacuum degassing treatment.

·주조공정Casting process

본 발명에서는 상기와 같이 정련처리한 용강을 연속주조하여 슬라브로 만드는데, 이 용강은 저질소이므로 연속주조시 주조속도는 고속 또는 저속 어느 경우도 무방하다. 양호한 내부품질을 얻기 위해서는 0.9-1.3m/min으로 하는 것이 바람직하다. In the present invention, the molten steel refined as described above is continuously cast into slabs. Since the molten steel is low nitrogen, the casting speed may be either high speed or low speed during continuous casting. In order to obtain a good internal quality, it is preferable to set it as 0.9-1.3 m / min.

·슬라브 재가열공정(침질화처리)Slab reheating process

본 발명에서는 슬라브 가열로에서의 침질화처리를 통해, Ti와 N의 비를 조절하여 매우 미세한 TiN석출물의 양을 증가시키고 용접시 용접열영향부에서 고용Ti의 양을 감소시킴으로써, 오스발드 라이프닝(Ostwald ripening)을 최대로 억제한다. In the present invention, by adjusting the ratio of Ti and N through the nitriding treatment in the slab furnace, by increasing the amount of very fine TiN precipitates and reducing the amount of solid solution Ti in the weld heat affected zone during welding, Oswald life Maximum inhibition of (Ostwald ripening).

슬라브 가열로에서의 침질화 효과는, 저질소용강으로 슬라브를 만들 수 있기 때문에 고질소강에서 일반적으로 제기되는 주편표면크랙의 문제를 근본적으로 방지할 수 있다는 것 외에, 다음의 2가지를 더 들 수 있다. 첫째는 미세한 TiN석출물의 양을 증가시킬 수 있다는 점이고, 둘째는 미세 석출된 TiN을 고온에서 안정화할 수 있다는 점이다. 즉, 침질화처리를 통해 동일 Ti함량에서 모재내의 질소함량을 증가시키면, 슬라브 가열로에서의 열처리시 모든 Ti원자가 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출물의 양을 증가시킬 수 있는 것이다. In addition to the fact that the nitriding effect in slab furnaces can make slabs from low-nitrogen molten steel, it is possible to fundamentally prevent the problem of slab surface cracks commonly encountered in high-nitrogen steels. have. The first is to increase the amount of fine TiN precipitates, the second is to stabilize the fine precipitated TiN at high temperatures. In other words, by increasing the nitrogen content in the base metal at the same Ti content through the nitriding treatment, all Ti atoms can be combined with nitrogen atoms in the heat treatment in the slab furnace to increase the amount of fine TiN precipitates.

한편, 본 발명에서는 열간압연하기전 슬라브의 재가열공정에서 침질처리한다. 슬라브를 Ar3+25℃∼1150℃의 온도에서 60∼180분간 가열하면서 침질처리하여 슬라브의 질소농도를 0.008-0.03%로 한다. 슬라브내에서 적정 수준의 TiN석출량을 확보하기 위해서는 질소가 0.008%이상 함유되어야 하지만, 0.03%를 초과하는 경우에는 슬라브내로 확산하여 미세한 TiN석출하는 질소량 보다 슬라브표면에 침질되는 질소양이 증가하여 슬라브 표면에 경화가 일어나, 후속공정인 압연과정에 영향을 미친다.On the other hand, in the present invention, before the hot rolling is subjected to a immersion treatment in the reheating step of the slab. The slab is immersed with heating at a temperature of Ar 3 + 25 ° C. to 1150 ° C. for 60 to 180 minutes to bring the slab nitrogen concentration to 0.008-0.03%. Nitrogen should be contained more than 0.008% in order to secure an appropriate level of TiN deposition in the slab, but if it exceeds 0.03%, the amount of nitrogen that is deposited on the surface of the slab increases more than the amount of nitrogen that is diffused into the slab. Hardening occurs on the surface, which affects the subsequent rolling process.

침질처리를 위한 슬라브 가열온도는 Ar3+25℃∼1150℃로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가열온도가 Ar3+25℃미만이면 침질된 질소가 확산할 수 있는 구동력이 작아 미세한 TiN석출물의 개수가 적게 되고, 반면에 가열온도가 1150℃보다 높은 경우에는 슬라브의 오스테나이트 결정립이 가열중에 성장하여 압연과정중 재결정에 영향을 미치기 때문이다. 보다 바람직하게는 침질처리시간을 단축을 위해선 가열온도를 1100℃이상으로 하는 것이 좋다.The slab heating temperature for the immersion treatment is preferably set to Ar 3 +25 ℃ to 1150 ℃. The reason is that if the heating temperature is less than Ar 3 + 25 ℃, the driving force for the impregnated nitrogen can be diffused and the number of fine TiN precipitates is small. On the other hand, if the heating temperature is higher than 1150 ℃, the austenite grains of the slabs This is because it grows during heating and affects recrystallization during rolling. More preferably, in order to shorten the immersion treatment time, the heating temperature is preferably 1100 ° C or more.

상기 온도에서 슬라브를 60∼180분간 가열하는 것이 바람직하다. 그 이유는 슬라브 가열시간이 60분 미만의 경우에는 침질효과가 발휘되지 못하고, 가열시간이 180분 보다 긴 경우에는 실조업상의 비용이 증가할 뿐 아니라 슬라브내의 오스테나이트 결정립 성장이 일어나 후속 압연공정에 영향을 미치기 때문이다. It is preferable to heat the slab at this temperature for 60 to 180 minutes. The reason is that when the slab heating time is less than 60 minutes, the sedimentation effect is not exerted, and when the heating time is longer than 180 minutes, not only increases the operating cost, but also causes austenite grain growth in the slab, resulting in the subsequent rolling process. Because it affects.

본 발명에 따라 침질화처리를 할 때, 슬라브중 Ti/N의 비는 1.2∼2.5, N/B의 비는 10∼40, Al/N의 비는 2.5∼7, V/N의 비는 0.3∼9, (Ti+2Al+4B+V)N의 비는 7∼17가 되도록 N를 침질시키는 것이 바람직하다.When subjected to the nitriding treatment according to the present invention, the ratio of Ti / N in the slab is 1.2 to 2.5, the ratio of N / B is 10 to 40, the ratio of Al / N is 2.5 to 7, and the ratio of V / N is 0.3. It is preferable to impregnate N so that the ratio of -9 and (Ti + 2Al + 4B + V) N may be 7-17.

·열간압연공정(재결정제어압연)Hot rolling process (recrystallization controlled rolling)

본 발명에서는 재결정제어압연을 통해 페라이트 결정립을 세립화시킨다. 재결정제어압연은 침질처리를 통해 TiN이 균일하게 분포되어 있는 소재를 정적재결정에 의해 페라이트 결정립을 세립화할 수 있는 압연조건을 설정하는데, 특징이 있다. In the present invention, the ferrite grains are refined by recrystallization control rolling. Recrystallization-controlled rolling sets a rolling condition that can fine-tune ferrite grains by static recrystallization of a material in which TiN is uniformly distributed through a immersion treatment.

먼저, 상기와 같이 가열된 슬라브를 (Ar3+25)∼(Ar3-25℃)의 온도범위까지 25℃/sec이하의 속도로 냉각한 다음, (Ar3+25)∼(Ar3-25℃)의 온도에서 압연을 개시한다. 냉각속도가 25℃/sec 보다 빨라지는 경우에는 오스테나이트 재결정 영역을 확보하기 어려워 이상역 압연시 미세한 페라이트 결정립을 확보하기 어렵다.First, the slab heated as described above is cooled to a temperature range of (Ar 3 +25) to (Ar 3 -25 ° C.) at a rate of 25 ° C./sec or less, and then (Ar 3 +25) to (Ar 3 −). Rolling is started at a temperature of 25 ° C). When the cooling rate is faster than 25 ° C / sec, it is difficult to secure the austenite recrystallization region, it is difficult to secure fine ferrite grains in the abnormal reverse rolling.

상기 냉각속도로 (Ar3+25℃)-(Ar3-25℃)의 온도구간으로 냉각하여 강압연하는 것이 바람직하다. 압연온도가 Ar3-25℃이하에서는 압하전에 강판 내에 조대한 페라이트가 다량 석출하여 압하후 조대하게 연신된 형태로 잔류하여 페라이트 세립화에 유해한 영향을 미친다. 압연온도 Ar3+25℃이상에서는 변형유기 변태가 일어나지 않아서 미세한 페라이트를 얻기 어렵고 또한 변형유기변태가 일어나더라도 페라이트의 입도가 크므로 바람직하지 않다.By the cooling rate (Ar 3 + 25 ℃) - by cooling to the temperature range of (Ar 3 -25 ℃) it is desirable that the step-down swallowing. When the rolling temperature is below Ar 3 -25 ° C, a large amount of coarse ferrite precipitates in the steel sheet before rolling and remains in a coarse stretched form after rolling, which has a detrimental effect on the ferrite granulation. At a rolling temperature of Ar 3 + 25 ° C. or higher, strain organic transformation does not occur, so that it is difficult to obtain fine ferrite, and even if strain organic transformation occurs, the grain size of ferrite is not preferable.

이때의 압하율은 60%이상으로 강압연하는 것이 바람직하다. 압하율이 60%미만의 경우에는 재결정시 오스테나이트 결정립이 조대하기 때문에 오스테나이트 결정립계에서 형성되는 페라이트 결정립이 커지기 때문에 바람직하지 못하다. At this time, the rolling reduction is preferably at least 60%. If the reduction ratio is less than 60%, the austenite grains are coarse during recrystallization, which is not preferable because the ferrite grains formed at the austenite grain boundary become large.

상기와 같이 열간압연한 다음, 5∼30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각한다. 냉각속도가 5℃/sec미만의 경우에는 페라이트 결정립의 성장을 억제하기 어려우며, 냉각속도가 30℃/sec 보다 빠른 경우에는 잔류 오스테나이트 또는 마르텐사이트 등이 형성되어 모재 인성에 영향을 미치기 때문에 바람직 하지 못하다. After hot rolling as described above, and cooled to room temperature at a cooling rate of 5 ~ 30 ℃ / sec. If the cooling rate is less than 5 ℃ / sec, it is difficult to suppress the growth of ferrite grains, and if the cooling rate is faster than 30 ℃ / sec is not preferable because residual austenite or martensite is formed and affects the base material toughness. Can not do it.

·강재의 미세조직· Microstructure of steel

본 발명에 따라 제조된 강재는 페라이트+펄라이트의 미세조직을 갖는데, 페라이트 결정립의 크기는 8㎛이하를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 페라이트가 세립화될수록 대입열 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립을 80㎛ 이하로 미립화할 수 있기 때문이다. Steel produced according to the present invention has a microstructure of ferrite + pearlite, the size of the ferrite grains is preferably to have 8㎛ or less. This is because the finer the ferrite, the finer the austenite grains of the weld heat affected zone during the high heat input welding can be atomized to 80 µm or less.

또한, 페라이트+펄라이트의 복합조직에서 페라이트의 상분율이 높아질수록 모재의 인성 및 연신율 등이 증가된다. 이를 고려할 때, 상기 페라이트의 상분율은 80% 이상으로 한정하는 것이 좋다.In addition, the higher the percentage of ferrite in the composite structure of ferrite + perlite increases the toughness and elongation of the base material. In consideration of this, the phase fraction of the ferrite is preferably limited to 80% or more.

·석출물의 분포도Distribution of precipitates

용접열영향부의 구오스테나이트 결정립은, 모재의 오스테나이트 결정립 크기가 일정할 경우 모재에 분포하는 질화물의 크기 및 그 개수 그리고, 분포에 크게 영향을 받게 된다. 또한, 대입열 이상 용접시(가열온도 1400℃이상) 모재에 분포하는 질화물의 경우 30-40%가 모재로 재고용되어 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 성장 억제효과가 감소하기 때문에, 가열시 모재에 재고용되는 질화물들을 고려한 그 이상의 질화물들의 균일한 분포가 필요하다. 용접열영향부에서 오스테나이트의 성장을 억제하기 위해서는, 미세한 TiN 석출물을 균일하게 분포시켜 일부 석출물이 조대해지는 오스왈드 라이프닝(Ostwald ripening)현상을 억제하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 TiN석출물의 간격을 0.5㎛이하로 제어하여 TiN의 분포를 균일하게 해야 한다. The former austenite grains of the weld heat affected zone are greatly influenced by the size and number of nitrides distributed in the base metal and their distribution when the austenite grain size of the base material is constant. In addition, 30-40% of the nitrides distributed in the base material when the heat input welding is higher than the heat input temperature (above the heating temperature of 1400 ℃) are re-used as the base material, thereby reducing the austenite grain growth inhibiting effect of the welding heat affected zone. There is a need for a uniform distribution of further nitrides taking into account the nitrides that become. In order to suppress the growth of austenite in the weld heat affected zone, it is important to uniformly distribute the fine TiN precipitate to suppress the Ostwald ripening phenomenon in which some precipitates are coarsened. For this purpose, the TiN precipitates should be controlled to 0.5 μm or less to make the TiN distribution uniform.

또한, TiN의 입경 및 임계 갯수를 0.01-0.1㎛ 및 1mm2당 1.0x107개 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 0.01㎛미만에서는 대입열 용접시 대부분 모재에 쉽게 재고용되어 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 효과가 미흡해지기 때문이며, 0.1㎛을 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립에 대한 피닝(pinning, 결정립 성장억제)효과가 적어지고 조대한 비금속개재물과 같은 거동을 하여 기계적 성질에 유해한 영향을 미치기 때문이다. 또한, 석출물의 갯수가 1mm2당 1.0x107개 미만에서는 대입열이상의 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 크기를 임계치인 80㎛이하로 제어하기가 어렵다.In addition, it is preferable to limit the particle diameter and the critical number of TiN to 0.01-0.1 μm and 1.0 × 10 7 or more per 1 mm 2 . The reason for this is that less than 0.01 μm is easily re-used to the base metal during the high heat input welding, so that the effect of inhibiting the growth of the austenite grains is insufficient. If the thickness exceeds 0.1 μm, pinning of the austenite grains occurs. This is because the growth inhibition effect is reduced and the same behavior as coarse nonmetallic inclusions has a detrimental effect on the mechanical properties. In addition, when the number of precipitates is less than 1.0 × 10 7 per 1 mm 2 , it is difficult to control the size of the austenite grains of the weld heat-affected zone at the time of welding higher than the heat input to be less than or equal to the threshold of 80 μm.

본 발명의 열간압연공정에서는 사용자 용도에 따라 널리 알려진 핫챠지(hot charge)압연 및 직접(direct)압연을 적용할 수도 있고, 공지된 제어압연, 제어냉각등의 각종 기술을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 열간압연판의 기계적 성질을 개선하기 위해, 열처리를 적용할 수도 있다. 이와 같이 공지의 기술들을 본 발명에 적용하더라도 이는 본 발명의 단순한 변경으로서 실질적으로 본 발명의 기술사상의 범위내라고 해석하는 것은 당연하다. In the hot rolling process of the present invention, hot charge rolling and direct rolling, which are well-known according to a user's use, may be applied, and various techniques such as known control rolling and control cooling may be applied. In addition, in order to improve the mechanical properties of the hot rolled sheet produced according to the present invention, heat treatment may be applied. Thus, even if the known techniques are applied to the present invention, it is natural to interpret that this is a simple change of the present invention substantially within the technical idea of the present invention.

이하, 본발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

[실시예]EXAMPLE

표 1과 같은 성분 조성을 갖는 강종들을 시료로 하여 전로에서 용해하여 표 2, 4의 조건에 의해 슬라브로 제조하였으며, 이때 본 발명의 효과를 보이기 위한 강종별 합금성분 원소간의 구성비를 표 3에 나타내었다. Steel grades having the composition as shown in Table 1 were prepared as slabs according to the conditions of Tables 2 and 4 by melting in a converter, and the composition ratios between the alloying elements of the steel types according to the conditions of the present invention are shown in Table 3 to show the effects of the present invention. .

상기와 같이 열간압연된 판재들로부터 모재의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 압연재의 판두께 중앙부에서 채취하였으며, 인장시험편은 압연방향, 그리고 샤피(Charpy)충격시편은 압연방향과 수직한 방향에서 채취하였다. The test pieces for evaluating the mechanical properties of the base metal from the hot rolled plates as described above were taken from the center of the plate thickness of the rolled material, the tensile test piece in the rolling direction, and the Charpy impact specimen in the direction perpendicular to the rolling direction. Was collected.

인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며 인장시험은 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 5mm/mim에서 시험하였다. 충격시험편은 KS(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 제조하였으며 이때 노치방향은 모재의 경우 압연방향의 측면 (L-T)에서 가공하였으며 용접재의 경우 용접선 방향으로 가공하였다. 또한, 용접열영향부의 최고가열온도에 따른 오스테나이트 결정립 크기를 조사하기 위하여 재현용접 모사시험장치(simulator)를 사용하여 최고가열온도(1200∼1400℃)까지 140℃/sec조건으로 가열시킨후 1초간 유지한 다음 He 가스를 이용하여 급냉시켰다. 급냉시킨 시험편을 연마하고 부식하여 최고가열온도조건에서의 오스테나이트 결정입도를 KS구격 (KS D 0205)에 의해 측정하였다.Tensile test piece was used KS standard (KS B 0801) No. 4 test piece and the tensile test was tested at the cross head speed (5mm / mim). The impact test piece was manufactured according to KS (KS B 0809) No. 3 test piece, and the notch direction was processed on the side of the rolling direction (L-T) in the case of the base material and in the welding line direction on the welding material. In addition, in order to investigate the austenite grain size according to the maximum heating temperature of the weld heat affected zone, it is heated to the maximum heating temperature (1200 ~ 1400 ℃) to 140 ℃ / sec condition by using a simulated welding simulator (1). Hold for a second and then quenched with He gas. The quenched specimens were ground and corroded to determine the austenite grain size at the highest heating temperature condition by KS (KS D 0205).

냉각후 미세조직의 분석 및 용접영향부의 인성에 중요한 영향을 미치는 TiN 석출물 크기와 갯수 그리고 간격은 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 이때, 피검면은 100mm2을 기준으로 평가하였다.TiN precipitate size, number, and spacing, which have a significant effect on the microstructure analysis and the toughness of the weld affected zone after cooling, were measured by the point counting method using an image analyzer and an electron microscope. At this time, the test surface was evaluated based on 100 mm 2 .

용접열영향부의 충격인성 평가는 실제 용접입열량에 상당하는 약 80kJ/cm, 150kJ/cm, 250kJ/cm에 상당하는 용접조건, 즉 최고가열온도를 1400℃로 가열한후 800-500℃의 냉각시간이 각각 60초, 120초, 180초인 용접 열사이클을 부여한 다음 시험편 표면을 연마하고 충격시험편으로 가공하여 -40℃에서 샤피충격시험을 통하여 평가하였다. Impact toughness evaluation of the welding heat affected zone is 800-500 ℃ cooling after heating the welding conditions corresponding to about 80 kJ / cm, 150 kJ / cm, 250 kJ / cm, that is, the maximum heating temperature to 1400 ℃ After the welding heat cycles of 60 seconds, 120 seconds, and 180 seconds were applied, the surface of the test piece was polished, processed into an impact test piece, and evaluated through a Charpy impact test at -40 ° C.

화학조성(중량%)Chemical composition (% by weight) CC SiSi MnMn PP SS AlAl TiTi B(ppm)B (ppm) N(ppm)N (ppm) WW CuCu NiNi CrCr MoMo NbNb VV CaCa REMREM O(ppm)O (ppm) 발명재1Invention 1 0.120.12 0.130.13 1.541.54 0.0060.006 0.0050.005 0.040.04 0.0140.014 77 4040 0.0050.005 -- -- -- -- -- 0.010.01 -- -- 1111 발명재2Invention 2 0.090.09 0.120.12 1.501.50 0.0060.006 0.0050.005 0.070.07 0.050.05 1010 4242 0.0020.002 -- 0.20.2 -- -- -- 0.010.01 -- -- 1313 발명재3Invention 3 0.140.14 0.100.10 1.481.48 0.0060.006 0.0050.005 0.060.06 0.0150.015 33 3939 0.0030.003 0.10.1 -- -- -- -- 0.020.02 -- -- 1111 발명재4Invention 4 0.100.10 0.120.12 1.481.48 0.0060.006 0.0050.005 0.020.02 0.020.02 55 4141 0.0010.001 -- -- -- -- -- 0.050.05 -- -- 1010 발명재5Invention 5 0.110.11 0.150.15 1.521.52 0.0060.006 0.0040.004 0.090.09 0.050.05 1515 4040 0.0020.002 0.10.1 -- 0.10.1 -- -- 0.050.05 -- -- 1414 발명재6Invention 6 0.120.12 0.140.14 1.501.50 0.0070.007 0.0050.005 0.0250.025 0.020.02 1010 4444 0.0040.004 -- -- -- 0.10.1 -- 0.090.09 -- -- 1010 발명재7Invention 7 0.130.13 0.140.14 1.481.48 0.0070.007 0.0050.005 0.040.04 0.0150.015 88 4545 0.150.15 0.10.1 -- -- -- -- 0.020.02 -- -- 1414 발명재8Invention Material 8 0.110.11 0.150.15 1.521.52 0.0070.007 0.0050.005 0.060.06 0.0180.018 1010 4343 0.0010.001 -- -- -- -- 0.0150.015 0.010.01 -- -- 1313 발명재9Invention 9 0.130.13 0.210.21 1.501.50 0.0070.007 0.0050.005 0.0250.025 0.020.02 44 3838 0.0020.002 -- -- 0.10.1 -- -- 0.020.02 0.0010.001 -- 1515 발명재10Invention 10 0.120.12 0.160.16 1.451.45 0.0080.008 0.0060.006 0.0450.045 0.0250.025 66 4242 0.050.05 -- 0.30.3 -- -- 0.010.01 0.020.02 -- 0.010.01 1212 발명강11Inventive Steel 11 0.120.12 0.210.21 1.481.48 0.0060.006 0.0030.003 0.0470.047 0.0190.019 1010 4848 0.010.01 -- 0.10.1 -- -- 0.010.01 -- -- -- 1818 종래강1Conventional Steel 1 0.050.05 0.130.13 1.311.31 0.0020.002 0.0060.006 0.00140.0014 0.0090.009 1.61.6 2222 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 2222 종래강2Conventional Steel 2 0.050.05 0.110.11 1.341.34 0.0020.002 0.0030.003 0.00360.0036 0.0120.012 0.50.5 4848 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3232 종래강3Conventional Steel 3 0.130.13 0.240.24 1.441.44 0.0120.012 0.0030.003 0.00440.0044 0.0100.010 1.21.2 127127 -- 0.30.3 -- -- -- 0.050.05 -- -- -- 138138 종래강4Conventional Steel 4 0.060.06 0.180.18 1.351.35 0.0080.008 0.0020.002 0.00270.0027 0.0130.013 88 3232 -- -- -- 0.140.14 0.150.15 -- 0.0280.028 -- -- 2525 종래강5Conventional Steel 5 0.060.06 0.180.18 0.880.88 0.0060.006 0.0020.002 0.00210.0021 0.0130.013 55 2020 -- 0.750.75 0.580.58 0.240.24 0.140.14 0.0150.015 0.0370.037 -- -- 2727 종래강6Conventional Steel 6 0.130.13 0.270.27 0.980.98 0.0050.005 0.0010.001 0.0010.001 0.0090.009 1111 2828 -- 0.350.35 1.151.15 0.530.53 0.490.49 0.0010.001 0.0450.045 -- -- 2525 종래강7Conventional Steel 7 0.130.13 0.240.24 1.441.44 0.0040.004 0.0020.002 0.020.02 0.0080.008 88 7979 -- 0.30.3 -- -- -- 0.0360.036 -- -- -- -- 종래강8Conventional Steel 8 0.070.07 0.140.14 1.521.52 0.0040.004 0.0020.002 0.0020.002 0.0070.007 44 5757 -- 0.320.32 0.350.35 -- -- 0.0130.013 -- -- -- -- 종래강9Conventional Steel 9 0.060.06 0.250.25 1.311.31 0.0080.008 0.0020.002 0.0190.019 0.0070.007 1010 9191 -- -- -- 0.210.21 0.190.19 0.0250.025 0.0350.035 -- -- -- 종래강10Conventional Steel 10 0.090.09 0.260.26 0.860.86 0.0090.009 0.0030.003 0.0460.046 0.0080.008 1515 142142 -- -- 1.091.09 0.510.51 0.360.36 0.0210.021 0.0210.021 -- -- -- 종래강11Conventional Steel 11 0.140.14 0.440.44 1.351.35 0.0120.012 0.0120.012 0.0300.030 0.0490.049 77 8989 -- -- -- -- -- -- 0.0690.069 -- -- -- ·종래강(1, 2, 3)은 일본공개특허공보 평9-194990의 발명강(5, 32, 55)·종래강(4, 5, 6)은 일본공개특허공보 평10-298708호의 발명강(14, 24, 28)·종래강(7, 8, 9, 10)은 일본공개특허공보 평8-60292호의 발명강(48, 58, 60, 61)임·종래강(11은 일본공개특허공보 평11-140582호의 발명강 F임Conventional steels (1, 2, 3) are invention steels (5, 32, 55) of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-194990, and conventional steels (4, 5, 6) are inventions of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-298708. Steels (14, 24, 28) and conventional steels (7, 8, 9, 10) are invention steels (48, 58, 60, 61) of JP-A-8-60292. Inventive Steel F of Patent Publication No. 11-140582

사용강종Steel grade used 구분division 1차탈산순서Primary deoxidation sequence Al첨가후용존산소량(ppm)Dissolved oxygen after Al addition (ppm) 탈산종료후 Ti첨가량(%)Ti addition after finishing deoxidation (%) 주조속도(m/min)Casting speed (m / min) 비수량(ℓ/kg)Specific quantity (ℓ / kg) 발명강1Inventive Steel 1 발명재1Invention 1 Mn→SiMn → Si 1919 0.0140.014 1.11.1 0.350.35 발명재2Invention 2 Mn→SiMn → Si 1818 0.0140.014 1.11.1 0.350.35 발명재3Invention 3 Mn→SiMn → Si 1818 0.0140.014 1.11.1 0.350.35 비교재1Comparative Material 1 Mn→SiMn → Si 2525 0.0140.014 0.50.5 0.150.15 비교재2Comparative Material 2 Mn→SiMn → Si 2121 0.0140.014 1.81.8 0.750.75 발명강2Inventive Steel 2 발명재4Invention 4 Mn→SiMn → Si 1616 0.050.05 1.11.1 0.350.35 발명강3Invention Steel 3 발명재5Invention 5 Mn→SiMn → Si 1515 0.0150.015 1.21.2 0.350.35 발명강4Inventive Steel 4 발명재6Invention 6 Mn→SiMn → Si 1515 0.020.02 1.21.2 0.350.35 발명강5Inventive Steel 5 발명재7Invention 7 Mn→SiMn → Si 1212 0.050.05 1.21.2 0.350.35 발명강6Inventive Steel 6 발명재8Invention Material 8 Mn→SiMn → Si 1717 0.020.02 1.21.2 0.350.35 발명강7Inventive Steel 7 발명재9Invention 9 Mn→SiMn → Si 1818 0.0150.015 1.01.0 0.350.35 발명강8Inventive Steel 8 발명재10Invention 10 Mn→SiMn → Si 1414 0.0180.018 1.01.0 0.350.35 발명강9Inventive Steel 9 발명재11Invention 11 Mn→SiMn → Si 1919 0.020.02 1.11.1 0.350.35 발명강10Inventive Steel 10 발명재12Invention Material12 Mn→SiMn → Si 2323 0.0250.025 1.11.1 0.350.35 발명강11Inventive Steel 11 발명재13Invention Material 13 Mn→SiMn → Si 2121 0.0190.019 1.11.1 0.350.35 종래강(1-11)의 제조조건은 구체적으로 기재되어 있지 않음The manufacturing conditions of the conventional steel (1-11) are not specifically described.

사용강종Steel grade used 구분division 가열온도(℃)Heating temperature (℃) 침질분위기(ℓ/min)Sedimentary atmosphere (ℓ / min) 가열시간(min)Heating time (min) 슬라브의 냉각속도(℃/sec)Slab cooling rate (℃ / sec) 압연개시온도(℃)Rolling Start Temperature (℃) 압연종료온도(℃)Rolling end temperature (℃) 누적압하량(%)Cumulative pressure drop (%) 냉각속도(℃/sec)Cooling rate (℃ / sec) 모재질소량(ppm)Base nitrogen (ppm) 발명강1 Inventive Steel 1 발명재1Invention 1 10001000 550550 150150 1010 920920 780780 8585 1515 105105 발명재2Invention 2 11001100 600600 140140 1010 920920 780780 8585 1515 115115 발명재3Invention 3 11001100 650650 140140 1010 920920 780780 8585 1515 120120 비교재1Comparative Material 1 900900 250250 100100 1010 890890 780780 8585 0.50.5 7272 비교재2Comparative Material 2 13501350 950950 160160 1010 920920 780780 8585 5050 316316 발명강2Inventive Steel 2 발명재4Invention 4 11001100 650650 130130 1010 930930 780780 8585 1616 275275 발명강3Invention Steel 3 발명재5Invention 5 11001100 600600 140140 99 930930 770770 8585 1515 112112 발명강4Inventive Steel 4 발명재6Invention 6 11101110 550550 110110 1111 930930 780780 8585 1616 8080 발명강5Inventive Steel 5 발명재7Invention 7 11201120 690690 150150 1010 920920 770770 8080 1616 300300 발명강6Inventive Steel 6 발명재8Invention Material 8 11101110 600600 120120 1111 920920 770770 8080 1414 100100 발명강7Inventive Steel 7 발명재9Invention 9 11501150 600600 130130 1111 920920 790790 8585 1515 115115 발명강8Inventive Steel 8 발명재10Invention 10 11501150 620620 120120 1212 930930 780780 8080 1717 120120 발명강9Inventive Steel 9 발명재11Invention 11 11401140 450450 120120 1010 920920 770770 8080 1717 9090 발명강10Inventive Steel 10 발명재12Invention Material12 11301130 600600 110110 99 930930 765765 8080 1515 100100 발명강11Inventive Steel 11 발명재13Invention Material 13 11201120 650650 130130 1111 930930 770770 8080 1616 130130 종래강11Conventional Steel 11 12001200 -- -- Ar3이상Ar 3 or higher 960960 방냉Cooling -- 종래강(1-11)은 침질처리하지 않고 열간압연재를 제조한 것으로, 종래강(1-10)은 그 열간압연조건이 구체적으로 제시되어 있지 않음Conventional steel (1-11) is a hot rolled material produced without immersion treatment, conventional steel (1-10) is not specifically presented the hot rolling conditions

본 발명의 효과를 보이기 위한 침질화 처리후 합금원소 구성비Alloying element ratio after nitriding treatment to show the effect of the present invention Ti/NTi / N N/BN / B Al/NAl / N V/NV / N (Ti+2Al+4B+V)/N(Ti + 2Al + 4B + V) / N 발명재1Invention 1 1.31.3 15.015.0 3.83.8 1.01.0 10.210.2 발명재2Invention 2 1.21.2 16.416.4 3.53.5 0.90.9 9.39.3 발명재3Invention 3 1.21.2 17.117.1 3.33.3 0.80.8 8.98.9 비교재1Comparative Material 1 1.91.9 10.310.3 5.65.6 1.41.4 14.814.8 비교재2Comparative Material 2 0.40.4 45.145.1 1.31.3 0.30.3 3.43.4 발명재4Invention 4 1.81.8 28.028.0 2.52.5 0.40.4 7.37.3 발명재5Invention 5 1.41.4 36.736.7 5.55.5 1.81.8 14.214.2 발명재6Invention 6 2.52.5 16.016.0 2.52.5 6.36.3 14.014.0 발명재7Invention 7 1.71.7 20.020.0 3.03.0 1.71.7 9.59.5 발명재8Invention Material 8 2.02.0 10.010.0 2.52.5 9.09.0 16.416.4 발명재9Invention 9 1.31.3 14.414.4 3.53.5 1.71.7 10.310.3 발명재10Invention 10 1.51.5 12.012.0 5.05.0 0.80.8 12.712.7 발명재11Invention 11 2.22.2 22.522.5 2.82.8 2.22.2 10.210.2 발명재12Invention Material12 2.52.5 16.716.7 4.54.5 2.02.0 13.713.7 발명재13Invention Material 13 1.51.5 11.811.8 3.63.6 -- 9.09.0 종래강1Conventional Steel 1 4.14.1 13.813.8 0.60.6 -- 5.75.7 종래강2Conventional Steel 2 2.52.5 96.096.0 0.80.8 -- 4.04.0 종래강3Conventional Steel 3 0.80.8 105.8105.8 0.40.4 -- 1.51.5 종래강4Conventional Steel 4 4.14.1 4.04.0 0.80.8 8.88.8 15.515.5 종래강5Conventional Steel 5 6.56.5 4.04.0 1.11.1 18.518.5 28.128.1 종래강6Conventional Steel 6 3.23.2 2.62.6 0.40.4 16.116.1 21.621.6 종래강7Conventional Steel 7 1.01.0 9.99.9 2.52.5 -- 6.56.5 종래강8Conventional Steel 8 1.21.2 14.314.3 0.40.4 -- 2.22.2 종래강9Conventional Steel 9 0.80.8 9.19.1 2.12.1 3.93.9 9.29.2 종래강10Conventional Steel 10 0.60.6 9.59.5 3.23.2 1.51.5 8.98.9 종래강11Conventional Steel 11 5.55.5 12.712.7 3.43.4 7.87.8 20.320.3

구분division 석출물 특성 Precipitate properties 모재 조직 특성Base material texture characteristics 모재 기계적 성질Base material mechanical properties 개수(개/mm2)Count (pcs / mm 2 ) 평균 크기(㎛)Average size (㎛) 간격(㎛)Thickness (㎛) AGSAGS FGSFGS 페라이트 상분율(%)Ferrite Percentage (%) 두께(mm)Thickness (mm) 항복강도(MPa)Yield strength (MPa) 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) -40℃충격인성(J)-40 ℃ impact toughness (J) 발명재1Invention 1 2.3X108 2.3 X 10 8 0.0160.016 0.260.26 1717 66 8282 2020 554554 673673 3535 364364 발명재2Invention 2 3.1X108 3.1 X 10 8 0.0170.017 0.260.26 1515 55 8484 2020 575575 681681 3636 355355 발명재3Invention 3 2.5X108 2.5 X 10 8 0.0120.012 0.240.24 1313 44 8383 2020 544544 680680 3636 358358 비교재1Comparative Material 1 4.3X106 4.3X10 6 0.1540.154 1.41.4 3838 2727 5050 2020 387387 584584 2828 210210 비교재2Comparative Material 2 5.4X106 5.4 X 10 6 0.1550.155 1.51.5 3434 2323 5555 2020 794794 980980 99 4545 발명재4Invention 4 3.2X108 3.2 X 10 8 0.0250.025 0.350.35 1515 66 8383 2525 564564 684684 3535 358358 발명재5Invention 5 2.6X108 2.6 X 10 8 0.0130.013 0.320.32 1414 66 8282 2525 554554 685685 3535 349349 발명재6Invention 6 3.3X108 3.3 X 10 8 0.0260.026 0.420.42 1515 66 8484 2525 561561 683683 3535 230230 발명재7Invention 7 4.6X108 4.6 X 10 8 0.0240.024 0.450.45 1616 55 8383 3030 542542 684684 3535 346346 발명재8Invention Material 8 4.3X108 4.3X10 8 0.0140.014 0.350.35 1515 66 8282 3030 565565 682682 3636 352352 발명재9Invention 9 5.6X108 5.6 X 10 8 0.0280.028 0.360.36 1515 66 8181 3030 542542 686686 3636 348348 발명재10Invention 10 5.2X108 5.2 X 10 8 0.0210.021 0.350.35 1515 55 8282 3030 534534 686686 3535 358358 발명재11Invention 11 3.7X108 3.7 X 10 8 0.0290.029 0.290.29 1414 55 8484 3535 551551 696696 3636 362362 발명재12Invention Material12 3.2X108 3.2 X 10 8 0.0250.025 0.250.25 1616 55 8383 3535 563563 682682 3535 347347 발명재13Invention Material 13 3.2X108 3.2 X 10 8 0.0240.024 0.340.34 1515 55 8787 3535 555555 668668 3636 362362 발명재14Invention 14 3.2X108 3.2 X 10 8 0.0250.025 0.350.35 1515 55 8484 3535 574574 659659 3535 350350 발명재15Invention 15 3.2X108 3.2 X 10 8 0.0230.023 0.360.36 1414 66 8181 3030 555555 662662 3838 364364 종래강1Conventional Steel 1 3535 406406 436436 -- 종래강2Conventional Steel 2 3535 405405 441441 -- 종래강3Conventional Steel 3 2525 629629 681681 -- 종래강4Conventional Steel 4 MgO-TiN의 석출물 3.03×106개/mm2 Precipitates of MgO-TiN 3.03 × 10 6 pcs / mm 2 4040 472472 609609 3232 종래강5Conventional Steel 5 MgO-TiN의 석출물 4.07×106개/mm2 Precipitates of MgO-TiN 4.07 × 10 6 pcs / mm 2 4040 494494 622622 3232 종래강6Conventional Steel 6 MgO-TiN의 석출물 2.80×106개/mm2 Precipitates of MgO-TiN 2.80 × 10 6 pcs / mm 2 5050 812812 912912 2828 종래강7Conventional Steel 7 2525 629629 681681 -- 종래강8Conventional Steel 8 5050 504504 601601 -- 종래강9Conventional Steel 9 6060 526526 648648 -- 종래강10Conventional Steel 10 6060 760760 829829 -- 종래강11Conventional Steel 11 0.2㎛이하 11.1×103 0.2μm or less 11.1 × 10 3 5050 401401 514514 18.318.3

표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명강의 경우 TiN 석출물은 1.0x107개/mm2 이상의 범위를 보이고 있으며, 모재강도는 약 650MPa이상을 보이고 있다. 또한, 본 발명강의 모재상태에서 페라이트 결정립크기는 약 8㎛이하로 매우 미세함을 알 수 있으며, 상분율도 페라이트가 80%이상이었다.As shown in Table 5, in the case of the present invention, the TiN precipitate showed a range of 1.0 × 10 7 / mm 2 or more, and the base metal strength of about 650 MPa or more. In addition, it can be seen that the ferrite grain size in the base metal state of the present invention is very fine, about 8 μm or less, and the percentage of ferrite is 80% or more.

구분division 용접열영향부 오스테나이트결정립 크기(㎛)Austenitic grain size of welding heat affected zone (㎛) 100kJ/cm입열량의용접열영향부미세조직Microstructure with welding heat effect of 100kJ / cm heat input 용접부 기계적 성질Weldment Mechanical Properties 재현 용접열영향부-40℃ 충격 인성(J)(최고가열온도:1400℃) Reproduction Weld Heat Affected Zone -40 ℃ Impact Toughness (J) (Maximum Heating Temperature: 1400 ℃) 1200(℃)1200 (℃) 1300(℃)1300 (℃) 1400(℃)1400 (℃) 페라이트 상분율(%)Ferrite Percentage (%) 페라이트평균결정립크기(㎛)Ferrite Average Grain Size (㎛) Δt800-500=180초Δt 800-500 = 180 seconds Δt800-500=120초Δt 800-500 = 120 seconds Δt800-500=180초Δt 800-500 = 180 seconds 항복강도(kg/㎟)Yield strength (kg / ㎡) 인장강도(kg/㎟)Tensile Strength (kg / ㎡) 충격인성(J)Impact Toughness (J) 천이온도(℃)Transition temperature (℃) 충격인성(J)Impact Toughness (J) 천이온도(℃)Transition temperature (℃) 발명재1Invention 1 2323 3333 5656 7373 1616 370370 -74-74 328328 -67-67 294294 -62-62 발명재2Invention 2 2222 3434 5555 7676 1515 383383 -76-76 343343 -69-69 301301 -63-63 발명재3Invention 3 2323 3232 5656 7474 1717 365365 -72-72 333333 -67-67 298298 -63-63 비교재1Comparative Material 1 5454 8484 182182 3636 3232 126126 -43-43 4848 -34-34 2626 -27-27 비교재2Comparative Material 2 6565 9191 198198 3737 3535 104104 -40-40 3939 -32-32 1818 -26-26 발명재4Invention 4 2525 3737 6565 7575 1818 353353 -71-71 323323 -68-68 287287 -64-64 발명재5Invention 5 2626 4040 5757 7474 1616 362362 -71-71 333333 -67-67 296296 -61-61 발명재6Invention 6 2525 3131 5353 7676 1717 386386 -73-73 352352 -69-69 305305 -62-62 발명재7Invention 7 2424 3434 5555 7474 1818 367367 -71-71 336336 -67-67 293293 -63-63 발명재8Invention Material 8 2727 3636 5151 7373 1414 364364 -71-71 334334 -67-67 294294 -61-61 발명재9Invention 9 2424 3636 5252 7474 1717 367367 -72-72 335335 -67-67 285285 -62-62 발명재10Invention 10 2222 3535 5555 7373 1818 385385 -72-72 340340 -66-66 294294 -61-61 발명재11Invention 11 2626 3434 6363 7474 1616 358358 -71-71 324324 -68-68 285285 -63-63 발명재12Invention Material12 2727 3838 6363 7474 1818 355355 -71-71 323323 -67-67 284284 -62-62 발명재13Invention Material 13 2424 3232 5555 7575 1616 367367 -72-72 334334 -68-68 285285 -63-63 발명재14Invention 14 2525 3131 5555 7272 1717 365365 -72-72 331331 -68-68 280280 -63-63 발명재15Invention 15 2424 3232 5454 7676 1414 368368 -72-72 345345 -68-68 286286 -63-63 종래강1Conventional Steel 1 187187 -51-51 종래강2Conventional Steel 2 156156 -48-48 종래강3Conventional Steel 3 148148 -50-50 종래강4Conventional Steel 4 230230 9393 143143 -48-48 132(0℃)132 (0 ℃) 종래강5Conventional Steel 5 180180 8787 132132 -45-45 129(0℃)129 (0 ℃) 종래강6Conventional Steel 6 250250 4747 153153 -43-43 60(0℃)60 (0 degrees Celsius) 종래강7Conventional Steel 7 141141 -54-54 -61-61 종래강8Conventional Steel 8 156156 -59-59 -48-48 종래강9Conventional Steel 9 145145 -54-54 -42-42 종래강10Conventional Steel 10 138138 -57-57 -45-45 종래강11Conventional Steel 11 141141 -43-43 219(0℃)219 (0 ℃)

표 6에 나타난 바와 같이, 용접열영향부와 같은 최고가열온도인 1400℃의 조건에서 오스테나이트 결정립크기를 보면 본 발명강의 경우 53-64㎛의 범위를 갖는 반면, 종래재의 경우 약 175㎛이상의 범위를 가지고 있다. 또한 본 발명강의 경우 페라이트 상분율은 약 72%이상을 보이고 있으며 페라이트 결정립 크기도 약 15㎛이하를 보이고 있다. 또한 발명재의 경우 800-500℃의 냉각시간이 180초인 대입열 용접 열사이클을 부여한 용접열영향부의 충격인성은 약 276J이상의 우수한 인성값을 보이고 있으며 천이온도의 경우도 약 -62℃이하의 값을 보여 우수한 충격인성을 보이고 있다. 반면에, 종래재의 경우 충격인성이 약 100J이하의 값을 보이고 있으며, 천이온도도 약 -49℃이상의 수준을 보였다. 따라서, 본 발명강은 종래강 대비 모재강도를 개선함은 물론 대입열 용접시 용접열영향부의 충격인성 및 천이온도를 현저하게 개선할 수 있음을 잘 알 수 있다.  As shown in Table 6, the austenitic grain size in the conditions of the highest heating temperature of 1400 ℃, such as the welding heat affected zone has a range of 53-64㎛ for the steel of the present invention, while the conventional range of about 175㎛ or more Have In the case of the present invention, the ferrite phase fraction is about 72% or more, and the ferrite grain size is about 15 μm or less. In the case of the invention, the impact toughness of the weld heat affected zone, which is subjected to a high heat input welding heat cycle with a cooling time of 800-500 ° C. for 180 seconds, exhibits excellent toughness of about 276 J or more, and a transition temperature of about -62 ° C. or less. Showed excellent impact toughness. On the other hand, in the case of conventional materials, the impact toughness showed a value of about 100J or less, and the transition temperature also showed a level of about -49 ° C or more. Therefore, it can be seen that the present invention can significantly improve the impact toughness and transition temperature of the weld heat affected zone during the heat input welding as well as improving the base material strength compared to the conventional steel.

상술한 바와 같이, 본 발명은 저질소강 슬라브에 침질처리를 통해 고온에서도 안정하고 미세한 TiN석출물을 미세하고도 균일하게 분포시킴에 따라 대입열 용접열영향부 충격인성을 가일층 있으며, 재결정 제어압연을 통해 모재의 페라이트를 세립화시켜 강재(모재)의 강도와 인성이 우수한 용접구조용 강재를 제공할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다. As described above, the present invention further provides the impact toughness of the high heat input welding heat affected zone as it distributes fine and uniform TiN precipitates, which are stable and fine even at high temperatures, by immersion in low nitrogen steel slabs, and through recrystallization control rolling. By refining the ferrite of the base material is a useful effect that can provide a steel for welding structure excellent in strength and toughness of the steel (base material).

Claims (5)

중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.005%이하, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005%이하를 만족하는 강슬라브를 만드는 단계,By weight% C: 0.03-0.17%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.4-2.0%, Ti: 0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N: 0.005% or less, B: 0.0003-0.01% Making steel slab satisfying W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 이 슬라브를 Ar3+25℃∼1150℃의 온도에서 60∼180분간 가열하여 강의 N가 0.008∼0.03%가 되면서, N와 Ti, B, Al이 아래의 관계식을 만족하도록 침질처리하는 단계,Heating the slab at a temperature of Ar 3 + 25 ° C. to 1150 ° C. for 60 to 180 minutes so that N of the steel becomes 0.008 to 0.03%, and N, Ti, B, and Al are immersed to satisfy the following relation, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤141.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14 상기 가열된 슬라브를 (Ar3+25℃)∼(Ar3-25℃)의 온도범위까지 25℃/sec이하의 속도로 냉각하여 60%이상의 압하율로 열간압연하고 5∼30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함하여 이루어지는 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법.The heated slab is cooled to a temperature range of (Ar 3 + 25 ° C.) to (Ar 3 -25 ° C.) at a rate of 25 ° C./sec or less, hot rolled at a reduction ratio of 60% or more, and 5-30 ° C./sec. Method for producing a welded structural steel material by the immersion treatment comprising the step of cooling to room temperature at a cooling rate. 제 1항에 있어서, 상기 강슬라브에는 V이 0.01∼0.2% 함유되고, 침질처리후에 V와 N의 비(V/N)가 0.3∼9, 그리고 7≤(Ti+2Al+4B)/N≤17을 만족함을 특징으로 하는 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법. The steel slab according to claim 1, wherein V is contained in an amount of 0.01 to 0.2%, and the ratio of V and N (V / N) is 0.3 to 9 and 7≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤ after immersion treatment. 17. A method of manufacturing a welded structural steel by immersion treatment, characterized by satisfying 17. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강슬라브에는 Ni:0.1∼3.0%, Cu:0.1∼1.5%, Nb:0.01∼0.1%, Mo:0.05∼1.0%, Cr:0.05∼1.0%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상 그리고, Ca:0.0005-0.005%, REM:0.005∼0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이 함유되며, 상기 REM은 Ce, La, Y 및 Hf의 1종 또는 2종이상임을 특징으로 하는 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법. The steel slab according to claim 1 or 2, wherein the steel slab comprises Ni: 0.1 to 3.0%, Cu: 0.1 to 1.5%, Nb: 0.01 to 0.1%, Mo: 0.05 to 1.0%, and Cr: 0.05 to 1.0%. 1 or 2 or more selected from Ca, 0.0005-0.005%, REM: 0.005 to 0.05% selected from the group containing one or two, wherein the REM is one or two of Ce, La, Y and Hf Method for manufacturing a welded structural steel by the immersion treatment, characterized in that the paper phase. 제 1항에 있어서, 상기 강슬라브는 용강에 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산원소를 Ti투입전에 투입하여 용강의 용존산소를 30ppm이하로 탈산하고 Ti이 0.005∼0.2% 되도록 10분 이내로 첨가한 후 탈가스처리한 용강을 연속주조하여 만드는 것임을 특징으로 하는 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법. According to claim 1, The steel slab is deoxidized element having a greater deoxidizing power than Ti in molten steel prior to the Ti input, deoxidized dissolved oxygen of molten steel to 30ppm or less and added within 10 minutes so that Ti is 0.005 ~ 0.2% A method of manufacturing a welded structural steel by immersion treatment, characterized in that it is made by continuous casting of gas-treated molten steel. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 강재는 미세조직이 8㎛이하의 페라이트와 퍼얼라이트의 복합조직으로 이루어지고, 0.01-0.1㎛의 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상 분포하는 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법.The steel material of claim 1 or 4, wherein the steel is composed of a composite structure of ferrite and perlite having a microstructure of 8 µm or less, and 1.0 × 10 7 Ti / Si precipitates of 0.01-0.1 µm at intervals of 0.5 µm or less. Method for producing a welded structural steel by the immersion treatment distributed over 2 mm 2.
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