KR100833075B1 - High strength and low yield ratio steel for structure having excellent low temperature toughness and brittle crack arrest property and producing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에서 제공하는 강재의 조직을 주사전자현미경으로 관찰한 사진, 그리고1 is a photograph of the tissue of the steel provided by the present invention observed with a scanning electron microscope, and
도 2는 본 발명의 제조과정 중 2차 재가열 후의 강판 조직을 급냉시켜 관찰한 사진이다.Figure 2 is a photograph observed by quenching the steel sheet structure after the second reheating during the manufacturing process of the present invention.
본 발명은 저온인성과 취성균열전파정지특성이 우수한 고강도 저항복비 구조용 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로 강재의 기지조직을 초미세립화 시키고 경도가 높은 제2상을 이용하여 구조용 강재에 요구되는 주요한 성질인 우수한 저온인성, 취성균열 전파정지 특성 및 낮은 항복비를 모두 충족시키는 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength resistive ratio structural steel having excellent low temperature toughness and brittle crack propagation stopping characteristics, and a method of manufacturing the same. The main properties required for structural steel using a second phase having high microstructure and high hardness The present invention relates to a high-strength steel and a method for manufacturing the same, which satisfy all of excellent low-temperature toughness, brittle crack propagation stopping properties, and low yield ratio.
빌딩, 교량, 압력용기, 파이프 등과 같은 구조물은 상기 구조물에 적용되는 큰 하중으로 인하여 높은 강도를 가질 것이 요구되는 것이 많다. 또한, 구조물 제조시 투입되는 원가감소에 대한 지속적인 요구 등으로 인하여 강재의 총중량은 계속적으로 감소되고 있기 때문에, 상기 강재의 강도증가에 대한 요구는 거스를수 없는 대세가 되었다.Structures such as buildings, bridges, pressure vessels, pipes and the like are often required to have high strength due to the large loads applied to the structures. In addition, since the total weight of the steel is continuously reduced due to the continuous demand for cost reduction input during the manufacture of the structure, the demand for increasing the strength of the steel has become an irresistible trend.
그러나, 강재의 강도가 증가할수록 강재의 저온인성 또는 취성균열전파정지 특성과 같은 성질은 저하되는 것이 일반적이기 때문에, 고강도 구조용 강재는 저온인성과 취성균열전파정지특성이 취약한 것이 대부분이다. 저온인성은 극저온에서 강재가 얼마나 취성파괴를 일으키지 않는가의 척도로서 통상적으로 연성취성천이온도를 그 척도로 삼는 경우가 많은데, 저온인성이 취약할 경우에는 강재가 극한지 등에서 사용될 경우에는 강재에 쉽게 취성파괴가 일어나기 때문에 사용할 수 있는 환경이 제약될 수 밖에 없으며, 취성균열전파정지특성은 전파되는 취성균열을 얼마나 효과적으로 정지시킬 수 있는지에 대한 척도로서 취성균열전파정지특성이 우수하여야 강재의 취성파괴를 억제할 수 있다.However, as the strength of the steel increases, properties such as low temperature toughness or brittle crack propagation stop characteristic of the steel are generally lowered, and therefore, high strength structural steels tend to have poor low temperature toughness and brittle crack propagation stop characteristics. Low temperature toughness is a measure of how brittle fractures occur at cryogenic temperatures. In general, ductile brittle transition temperature is often used as a measure. If low temperature toughness is weak, brittleness is easily brittle with steel. Because of the destruction, the environment that can be used is inevitably limited. The brittle crack propagation stop characteristic is a measure of how effectively the brittle crack propagates can be stopped.The brittle crack propagation stop characteristic must be excellent to suppress brittle fracture of steel. can do.
또한, 강재의 강도를 높일 경우 인장강도와 항복강도의 비율인 항복비(항복강도/인장강도)가 상승하는 경우가 많은데, 항복비가 상승할 경우에는 소성변형이 일어나는 시점(항복점)에서 파괴가 일어나는 시점까지의 응력차가 크지 않기 때문에, 건축물이 변형에 의해 에너지를 흡수하여 파괴를 방지할 수 있는 여유가 많지 않아, 지진등과 같은 거대 외력이 작용하였을 때 안전성을 담보하기가 어렵다.In addition, when the strength of the steel is increased, the yield ratio (yield strength / tensile strength), which is a ratio of tensile strength and yield strength, often increases, but when the yield ratio increases, fracture occurs at the point of plastic deformation (yield point). Since the stress difference to the point of view is not large, the building does not have enough room to absorb energy due to deformation and prevent destruction, and it is difficult to ensure safety when a huge external force such as an earthquake is applied.
그러므로, 구조용 강재는 저온인성과 취성균열전파정지특성 및 저항복비가 모두 우수하여야 할 필요가 있다.Therefore, structural steels need to be excellent in both low temperature toughness, brittle crack propagation stopping characteristics, and resistance ratio.
강재의 저온인성을 향상시키기 위한 발명으로는 일본 특공소 58-005967호를 들 수 있다. 상기 문헌에는 강재의 성분과 압연조건을 적절히 조절함으로써 인성향상을 도모하는 방법이 기재되어 있는데, 성분계를 적절한 범위로 조절하고 2상역에서 압연을 실시함으로써 미세한 페라이트 입경을 확보하는 방식으로 저온인성을 확보하고자 하였다.As a invention for improving low-temperature toughness of steel materials, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 58-005967 is mentioned. This document describes a method of improving toughness by appropriately adjusting the steel components and rolling conditions. The low temperature toughness is secured by securing a fine ferrite grain size by adjusting the component system to an appropriate range and rolling in two phases. Was intended.
강재를 페라이트와 오스테나이트가 공존하는 2상역 온도범위에서 압연할 경우 변태에 의해 생성되는 페라이트가 가공에 의해 미세화되는 가공페라이트로 되기 때문에, 강재의 인성이 향상될 수 있는 것이다.When the steel is rolled in the two-phase temperature range in which ferrite and austenite coexist, the ferrite produced by transformation becomes processed ferrite, which is refined by processing, so that the toughness of the steel can be improved.
그러나, 강재를 단순히 2상역에서 압연하는 경우에는 충분한 조직 미세화 효과를 얻기 어려울 뿐만 아니라, 강재 전체 두께에 걸쳐서 낮은 온도범위로 압연을 실시하기 때문에 압연저항이 증가하는 등의 문제가 있을 수 있다.However, when the steel is simply rolled in two phases, it is difficult to obtain a sufficient structure refining effect, and there may be a problem such that rolling resistance is increased because rolling is performed in a low temperature range over the entire thickness of the steel.
또한, 강재의 취성균열전파정지특성을 향상시키기 위한 발명으로서는 일본 특개평 4-141517호에는 표층부에 초세립조직을 부여함으로써 취성균열전파정지특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 오로지 취성균열전파정지특성만을 향상시키기 위한 것으로서, 표층부에 초세립조직을 형성시키는 것만으로는 인성, 연성, 취성균열전파정지특성 등과 같이 파괴에 대한 종합적인 저항을 확보하는 것은 곤란하다.In addition, as an invention for improving the brittle crack propagation stop characteristic of steel, Japanese Patent Laid-Open No. 4-141517 discloses a technique for improving the brittle crack propagation stop characteristic by applying an ultrafine grain structure to the surface layer portion. However, the above technique is only for improving the brittle crack propagation stop characteristics, and it is difficult to secure comprehensive resistance to fracture such as toughness, ductility, brittle crack propagation stop characteristics, etc. by forming the super fine grain structure at the surface layer. Do.
또한, 상기 일본 특개평 4-141517호에 개시된 기술은 내진성향상에 큰 효과를 가지는 저항복비등을 부여하는 기술과는 거리가 먼 기술로서, 저항복비까지 겸비한 기술은 그 개발정도가 미미한 실정이다.In addition, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-141517 is far from a technology that gives a resistance to earthquake ratio having a great effect on the improvement of the seismic resistance.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저온인성, 취성균열 전파정지 특성 및 낮은 항복비를 모두 충족시키는 고강도 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a high-strength steel and a method for manufacturing the same, which satisfy all of the above-described problems of the prior art and satisfy both low temperature toughness, brittle crack propagation stopping characteristics and low yield ratio.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, C : 0.03~0.12%(이하, 각 성분의 함량은 중량%를 의미함), Si : 0.01~0.8%, Mn : 0.3~2.5%, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, Al : 0.005~0.5%, Nb : 0.005~0.1%, B : 3~50ppm, Ti : 0.005~0.1%, N : 15~150ppm, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강조성을 가지고, 평균크기 5㎛ 이하의 폴리고날 페라이트상과 평균크기 10㎛ 이하의 도상 마르텐사이트로 이루어진 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 저온인성과 취성균열전파정지특성이 우수한 고강도 저항복비 구조용 강재가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, C: 0.03 ~ 0.12% (hereinafter, the content of each component means weight%), Si: 0.01 ~ 0.8%, Mn: 0.3 ~ 2.5%, P : 0.02% or less, S: 0.01% or less, Al: 0.005 to 0.5%, Nb: 0.005 to 0.1%, B: 3 to 50 ppm, Ti: 0.005 to 0.1%, N: 15 to 150 ppm, residual Fe and unavoidable impurities It has a high stress resistance and brittle crack propagation stopping characteristics, characterized in that it has a structure consisting of a polygonal ferrite phase having an average size of 5㎛ or less and an island-like martensite having an average size of 10㎛ or less Steel is provided.
이때, 상기 강재는 Cr : 0.05~1.0%, Mo : 0.01~1.0%, Ni : 0.01~2.0%, Cu : 0.01~1.0% 및 V : 0.005~0.3%로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.At this time, the steel material is selected from the group consisting of Cr: 0.05 ~ 1.0%, Mo: 0.01 ~ 1.0%, Ni: 0.01 ~ 2.0%, Cu: 0.01 ~ 1.0% and V: 0.005 ~ 0.3% It is preferable to further include.
본 발명의 또다른 일측면에 의하면, C : 0.03~0.12%(이하, 각 성분의 함량은 중량%를 의미함), Si : 0.01~0.8%, Mn : 0.3~2.5%, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, Al : 0.005~0.5%, Nb : 0.005~0.1%, B : 3~50ppm, Ti : 0.005~0.1%, N : 15~150ppm, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열한 후 1250~1000℃의 온도에서 조압연하는 단계; 상기 조압연된 슬라브를 1℃/s 이상의 온도로 Bf이하로 냉각하는 단계; 상기 냉각된 슬라브를 Ac1 온도이상 Ac3 온도이하로 재가열하는 단계 ; 상기 재가열된 슬라브를 총압하량 30% 이상으로 사상압연하여 강판으로 제조하는 단계; 및 상기 강판을 공냉 또는 수냉하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 저온인성과 취성균열전파정지특성이 우수한 고강도 저항복비 구조용 강재의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, C: 0.03 ~ 0.12% (hereinafter, the content of each component means weight%), Si: 0.01 ~ 0.8%, Mn: 0.3 ~ 2.5%, P: 0.02% or less , S: 0.01% or less, Al: 0.005 ~ 0.5%, Nb: 0.005 ~ 0.1%, B: 3 ~ 50ppm, Ti: 0.005 ~ 0.1%, N: 15 ~ 150ppm, steel Fe containing residual Fe and unavoidable impurities After reheating, rough rolling at a temperature of 1250 ~ 1000 ℃; Cooling the roughly rolled slab below Bf to a temperature of 1 ° C./s or more; Reheating the cooled slab below an Ac1 temperature or above an Ac3 temperature; Mapping the reheated slab to a total reduction of 30% or more to produce a steel sheet; And air-cooling or water-cooling the steel sheet. A method of manufacturing a high-strength resistive ratio structural steel having excellent low temperature toughness and brittle crack propagation stopping characteristics is provided.
그리고, 상기 강재는 Cr : 0.05~1.0%, Mo : 0.01~1.0%, Ni : 0.01~2.0%, Cu : 0.01~1.0% 및 V : 0.005~0.3%로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종이상을 더 포함하는 것이 좋다.In addition, the steel is one or two or more selected from the group consisting of Cr: 0.05 to 1.0%, Mo: 0.01 to 1.0%, Ni: 0.01 to 2.0%, Cu: 0.01 to 1.0%, and V: 0.005 to 0.3%. It is better to include more.
이하, 본 발명의 주요한 특징 중 하나인 강 조성을 구성하는 각 합금성분을 첨가하는 이유와 이들의 적절한 함량 범위에 대하여 우선 설명한다.Hereinafter, the reason for adding each alloy component constituting the steel composition, which is one of the main features of the present invention, and an appropriate content range thereof will be described first.
C : 0.03~0.12%(이하, 각 성분의 함량은 중량%를 의미함)C: 0.03 to 0.12% (hereinafter, the content of each component means weight%)
본 발명에서 도상 마르텐사이트(Martensite-Austenite Constituent, MA)를 형성시키고 형성되는 도상 마르텐사이트의 크기와 분율을 결정하는 가장 중요한 원소이므로 적절한 범위내에서 강중에 함유될 필요가 있다. 그러나, C의 함량이 0.12%를 초과하게 되면 저온인성을 저하시키며 도상 마르텐사이트의 분율이 15%를 초과하게 되며, 0.03% 이하가 되면 도상 마르텐사이트의 분율이 3% 이하가 되어 강도의 하락을 초래하므로, C의 범위를 0.03~0.12%로 한정한다. 용접용 강구조물로 사용되는 판재의 경우에는 용접성을 위해 C의 범위를 0.04~0.09%로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, since it is the most important element for forming the martensite-Austenite Constituent (MA) and determining the size and fraction of the martensite formed, it needs to be contained in steel within an appropriate range. However, if the C content exceeds 0.12%, the low-temperature toughness decreases and the fraction of island martensite exceeds 15%. If the content of C is less than 0.03%, the fraction of island martensite becomes 3% or less, resulting in a decrease in strength. As a result, the range of C is limited to 0.03 to 0.12%. In the case of a plate used as a steel structure for welding, the range of C is preferably 0.04 to 0.09% for weldability.
Si : 0.01~0.8%Si: 0.01 ~ 0.8%
Si는 탈산제로 사용되며 강도 향상 효과가 있어 유용하지만, 0.8% 이상이 되면 저온인성을 저하시키며 동시에 용접성도 악화시킨다. 또한, 0.01% 이하가 되면 탈산 효과가 불충분하게 되어 0.01~0.8%로 한정한다. 또한, Si는 도상 마르텐사이 트의 안정성을 높이므로 적은 C 함량으로도 많은 도상 마르텐사이트를 형성시킬수 있어 강도향상 및 인성향상에 도움이 된다. 보다 바람직한 Si의 범위는 0.1~0.4% 이다.Si is used as a deoxidizer and is useful because of its strength-improving effect, but when it is more than 0.8%, low-temperature toughness decreases and weldability deteriorates. Moreover, when it becomes 0.01% or less, the deoxidation effect will become inadequate and it will limit to 0.01 to 0.8%. In addition, since Si increases the stability of the phase martensite, it is possible to form more phase martensite with a small C content, thereby improving strength and toughness. More preferable range of Si is 0.1 to 0.4%.
Mn : 0.3~2.5%Mn: 0.3 ~ 2.5%
Mn은 고용강화에 의해 강도를 향상시키는 유용한 원소이므로 0.3% 이상은 첨가될 필요가 있다. 그러나, 2.5%를 초과한 첨가는 과도한 경화능의 증가로 인해 용접부의 인성을 크게 저하시키므로, 적절한 Mn 함량은 0.3~2.5%이다. Mn is a useful element that improves strength by solid solution strengthening, so 0.3% or more needs to be added. However, addition of more than 2.5% greatly reduces the toughness of the weld due to excessive increase in hardenability, so that the appropriate Mn content is 0.3-2.5%.
P : 0.02% 이하P: 0.02% or less
P는 강도향상 및 내식성에 유리한 원소이지만, 충격인성을 크게 저해하는 원소이므로 가능한 낮게 하는 것이 유리하므로, 그 상한을 0.02%로 하는 것이 바람직하다.Although P is an element that is advantageous in improving strength and corrosion resistance, it is advantageous to make it as low as possible because it is an element that greatly impairs impact toughness. Therefore, the upper limit thereof is preferably 0.02%.
S : 0.01% 이하S: 0.01% or less
S는 MnS 등을 형성하여 충격인성을 크게 저해하는 원소이므로 가능한 낮게 하는 것이 유하므로 그 상한을 0.01%로 하는 것이 바람직하다.Since S is an element which forms MnS or the like and greatly impairs the impact toughness, S is likely to be as low as possible, so the upper limit thereof is preferably 0.01%.
Al : 0.005~0.5%Al: 0.005 ~ 0.5%
Al은 용강을 저렴하게 탈산할수 있는 원소이므로 0.005%이상 첨가하는 것이 바람직하나, 0.5% 이상의 첨가는 연속주조시 노즐막힘을 야기하므로 0.005~0.5%로 한정한다. 또한, 고용된 Al은 도상 마르텐사이트의 형성을 조장하므로, 적은 양의 C로도 많은 도상 마르텐사이트를 형성시킬 수 있어 강도향상 및 인성향상에 도움이 된다. 따라서, Al의 범위를 0.01~0.05%로 하는 것이 바람직하다.Al is an element that can deoxidize molten steel at low cost, so it is preferable to add 0.005% or more, but addition of 0.5% or more causes nozzle clogging during continuous casting, so it is limited to 0.005 to 0.5%. In addition, since the dissolved Al promotes the formation of phase martensite, it is possible to form a large amount of phase martensite even with a small amount of C, which helps to improve strength and toughness. Therefore, it is preferable to make the range of Al 0.01 to 0.05%.
Nb : 0.005~0.1%Nb: 0.005 ~ 0.1%
Nb는 TMCP 강의 제조에 있어서 가장 중요한 원소이고, NbC 또는 NbCN 의 형태로 석출하여 모재 및 용접부의 강도를 크게 향상시킨다. 또한, 고온으로 재가열시에 고용된 Nb는 오스테나이트의 재결정을 억제하고 또한, 페라이트 또는 베이나이트의 변태를 억제하여 조직이 미세화시키는 효과가 있다. 이외에도 본 발명에서는 조압연 후 슬라브가 냉각될 때 낮은 냉각 속도로도 베이나이트를 형성하게 할 뿐만 아니라 최종 압연후의 냉각시에도 오스테나이트의 안정성을 크게 높여 낮은 속도의 냉각에서도 도상 마르텐사이트 생성을 촉진하는 역할도 한다. 따라서, Nb는 0.005% 이상 첨가되는 것이 바람직하나, 과다하게 투입될 경우에는 강재의 모서리에 취성크랙을 야기할 가능성이 증대되므로 바람직하지 않다.Nb is the most important element in the production of TMCP steel and precipitates in the form of NbC or NbCN to greatly improve the strength of the base metal and the welded portion. In addition, Nb dissolved in reheating at a high temperature suppresses the recrystallization of austenite and also suppresses the transformation of ferrite or bainite, thereby making the structure finer. In addition, the present invention not only allows bainite to be formed even at low cooling rate when the slab is cooled after rough rolling, but also greatly improves the stability of austenite during cooling after the final rolling, thereby promoting the generation of martensite at low speed. It also plays a role. Therefore, Nb is preferably added at least 0.005%, but if excessively added, the possibility of causing brittle cracks in the corners of the steel is increased, which is not preferable.
B : 3~50ppmB: 3 ~ 50ppm
B은 아주 저가의 첨가원소로 강력한 경화능을 나타내는 유익한 원소이다. 소량의 첨가만으로도 강도를 크게 향상시키므로 3ppm 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 과도하게 첨가되면, Fe23(CB)6를 형성하여 오히려 경화능을 저하시키며, 저온 인성도 크게 저하시킨다. 따라서, B는 3~50ppm 으로 한정한다. 또한 본발명에서 B 은 조압연후의 냉각에서 저속냉각에서도 베이나이트의 형성에 크게 기여하고, 최종 냉각에서도 도상 마르텐사이트의 형성을 조장하는 효과가 있다. B is a very inexpensive addition element and is a beneficial element showing strong hardenability. It is preferable to add more than 3 ppm since the strength is greatly improved even with a small amount of addition. When excessively added, Fe 23 (CB) 6 is formed, rather the curing ability is lowered, and the low temperature toughness is also greatly reduced. Therefore, B is limited to 3-50 ppm. In addition, in the present invention, B greatly contributes to the formation of bainite even in low-speed cooling in the cooling after rough rolling, and has the effect of promoting the formation of phase martensite in the final cooling.
Ti : 0.005~0.1%Ti: 0.005 ~ 0.1%
Ti의 첨가는 재가열시 결정립의 성장을 억제하여 저온인성을 크게 향상시킬수 있으므로 그 효과가 발현되기 위해서는 0.005% 이상이 첨가되어야 하며, 0.1% 이상의 과도한 첨가는 연주 노즐의 막힘이나 중심부 정출에 의한 저온인성이 감소되는 문제점이 있으므로 0.005~0.1% 의 범위로 한정한다.The addition of Ti can greatly improve the low-temperature toughness by inhibiting the growth of grains when reheating, so at least 0.005% must be added for the effect to be manifested. Since this problem is reduced, it is limited to the range of 0.005 to 0.1%.
N : 15~150ppmN: 15 ~ 150ppm
N의 첨가는 강도를 증가시키는 반면 인성을 크게 감소시키기 때문에 150ppm 이하로 그 함량을 제한할 필요가 있다. 다만, 15ppm 이하의 N함량 제어는 제강부하를 증가시키기 때문에 상기 N 함량의 하한은 15ppm으로 정한다.Since the addition of N increases the strength while greatly reducing the toughness, it is necessary to limit the content to 150 ppm or less. However, since the N content control of 15 ppm or less increases the steelmaking load, the lower limit of the N content is set to 15 ppm.
상술한 본 발명의 유리한 강조성을 가지는 강재는 상술한 함량범위의 합금원소를 포함하는 것만으로도 충분한 효과를 얻을 수 있으나, 강재의 강도와 인성, 용접열영향부의 인성 및 용접성 등과 같은 특성을 보다 향상시키기 위해서는 하기의 합금원소들을 적절한 범위내로 첨가하는 것이 바람직하다. 하기 합금원소들은 1종만 첨가될 수도 있으며, 2종 이상 같이 첨가될 수도 있다.The above-described steel having the advantageous emphasis of the present invention can obtain a sufficient effect only by including the alloying elements in the above-described content range, but the characteristics such as the strength and toughness of the steel, the toughness and weldability of the weld heat affected zone, etc. In order to improve, it is preferable to add the following alloying elements within an appropriate range. The following alloying elements may be added in one kind or two or more kinds together.
Cr : 0.05~1.0%Cr: 0.05 ~ 1.0%
Cr은 경화능을 증가시켜 강도의 증가에 큰 효과가 있으므로 효과를 얻기위해서는 0.05% 이상의 첨가가 필요하며, 1.0% 이상의 첨가는 용접성을 크게 저하시키므로 1.0% 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 비교적 낮은 냉각속도에서도 안정적인 도상 마르텐사이트를 얻기 위해서는 0.2~0.5%의 범위로 첨가하는 것이 보다 바람직하다.Since Cr has a great effect on increasing the strength by increasing the hardenability, addition of 0.05% or more is necessary to obtain the effect, and addition of 1.0% or more is preferably limited to 1.0% or less because it greatly reduces the weldability. Moreover, in order to obtain stable phase martensite even at a comparatively low cooling rate, it is more preferable to add in 0.2 to 0.5% of range.
Mo : 0.01~1.0%Mo: 0.01 ~ 1.0%
Mo는 소량의 첨가만으로도 경화능을 크게 향상시켜 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 있어서 강도를 크게 향상시킬 수 있기 때문에 0.01% 이상의 첨가가 필요하나, 1.0% 이상의 첨가는 용접부의 경도를 과도하게 증가시키고 인성을 저해하므로 1.0% 이하로 첨가하는 것이 유리하다. 본 발명에서는 인장강도의 확보를 위해 도상 마르텐사이트를 적절한 범위로 형성시키기 위해서는 0.02~0.2% 의 범위로 한정하는 것이 보다 바람직하다.Mo is required to add more than 0.01% because Mo is able to greatly improve the hardenability and suppress the formation of ferrite even with a small amount of addition. Therefore, more than 0.01% adds excessively to the hardness of the weld. Since toughness is inhibited, it is advantageous to add it at 1.0% or less. In the present invention, in order to form the island martensite in an appropriate range for securing the tensile strength, it is more preferably limited to the range of 0.02 to 0.2%.
Ni : 0.01~2.0%Ni: 0.01 ~ 2.0%
Ni 은 모재의 강도와 인성을 동시에 향상시킬수 있는 거의 유일한 원소이며, 그 효과가 나타나기 위해서는 0.01% 이상이 첨가되어야 하며, Ni 은 고가의 원소이므로 2.0% 이상의 첨가는 경제성이 저하된다. 또한, 용접성도 열화된다.Ni is almost the only element that can simultaneously improve the strength and toughness of the base material, and in order to show the effect, Ni should be added at least 0.01%. Since Ni is an expensive element, addition of 2.0% or more lowers the economic efficiency. Also, weldability is degraded.
Cu : 0.01~1.0%Cu: 0.01 ~ 1.0%
Cu 는 모재의 인성 저하를 최소한으로 하면서 동시에 강도를 높일 수 있는 원소이므로, 그 효과가 나타나기 위해서는 0.01% 이상이 첨가되어야 하며, 과도한 첨가는 제품 표면 품질을 크게 저해하므로 1.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.Since Cu is an element that can increase the strength while minimizing the decrease in toughness of the base metal, 0.01% or more must be added to show the effect, and excessive addition greatly inhibits product surface quality, so it is desirable to limit it to 1.0% or less. Do.
V : 0.005~0.3%V: 0.005 ~ 0.3%
V 은 다른 미세합금에 비해 고용되는 온도가 낮으며, 용접열영향부에 석출하여 강도의 하락을 방지하는 효과가 있어 0.005% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 0.3% 이상의 과도한 첨가는 인성을 저하시키므로 0.005~0.3% 로 한정한다. V has a lower solubility temperature than other fine alloys, and it is preferable to add 0.005% or more because it precipitates out the weld heat affected zone and prevents a drop in strength, and excessive addition of 0.3% or less deteriorates toughness. It is limited to 0.3%.
상술한 조성을 가지는 본 발명의 강재는 종래의 강재보다 소입성이 향상된 강재로서, 급격한 수냉 등을 실시하지 않아도 목적하는 조직을 강재 내부에 형성시킬 수 있는 조건을 가지는 강재이다. 다만, 강재의 소입성이 향상되어 내부에 경질조직이 용이하게 형성될 경우에는 저온인성 및 취성균열전파정지특성이 악화되는 경우가 대부분인데, 본 발명에서는 상기 강재의 바람직한 조직형태를 다음과 같이 규정함으로써 강재의 소입성이 향상되더라도 저온인성과 취성균열전파정지특성이 악화되는 것을 방지할 뿐만 아니라 저항복비를 용이하게 구현할 수 있도록 한다.The steel of the present invention having the above-described composition is a steel having improved hardenability than conventional steels, and has a condition capable of forming a desired structure inside the steel even without rapid water cooling or the like. However, when the hardenability of the steel is improved and hard tissue is easily formed therein, the low temperature toughness and brittle crack propagation stopping characteristics are often deteriorated. In the present invention, the preferred structure of the steel is defined as follows. By doing so, even if the hardenability of the steel is improved, the low temperature toughness and brittle crack propagation stop characteristics are not prevented from deteriorating, and the resistance ratio can be easily implemented.
본 발명 강재의 미세조직은 도 1에 나타낸 바와 같이 평균크기 5㎛ 이하인 초세립 폴리고날 페라이트와 평균크기 10㎛ 이하의 도상 마르텐사이트로 이루어지 는 것이 바람직하다. 여기서는 폴리고날 페라이트와 도상 마르텐사이트로 이루어진다는 말은 조직이 주로 폴리고날 페라이트와 도상 마르텐사이트를 포함하며 이들의 분율의 합계가 98% 이상이 된다는 것을 의미한다. 또한, 도상 마르텐사이트는 마르텐사이트와 오스테나이트가 혼재한 상(Marteniste-Autenite Constituent) 를 의미한다. 즉, 초세립 페라이트를 형성시킴으로써 강의 전체 두께에서 균열이 전파되는 것을 억제하여 취성균열전파정지 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, 강재의 취성-연성천이온도(Ductile Brittle Transient Temperature, DBTT)를 낮추어 강재의 저온인성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 미세한 도상 마르텐사이트는 미세한 결정립으로 인하여 강재의 인성은 열화시키지 않으면서 강재의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 도상 마르텐사이트는 그 면적분율로 3~15% 포함되는 것이 바람직하다. 그 분율이 부족하면 인장강도가 낮아서 불리하며, 반대로 분율이 과다하면 인성이 저하된다. 상기 도상 마르텐사이트의 크기가 10㎛를 초과할 경우에도 인성저하가 우려된다.As shown in FIG. 1, the microstructure of the inventive steel is preferably composed of ultrafine polygonal ferrite having an average size of 5 μm or less and a phase martensite having an average size of 10 μm or less. The term consisting of polygonal ferrite and phase martensite here means that the tissue mainly comprises polygonal ferrite and phase martensite and the sum of their fractions is 98% or more. In addition, the icon martensite means a mixture of martensite and austenite (Marteniste-Autenite Constituent). In other words, by forming ultra fine ferrite, it is possible to suppress crack propagation in the entire thickness of the steel to improve the brittle crack propagation stop characteristics, and to lower the Brittle Brittle Transient Temperature (DBTT) of the steel to lower the low temperature of the steel. It plays a role in improving toughness. In addition, the fine island martensite serves to improve the strength of the steel without deteriorating the toughness of the steel due to the fine grains. It is preferable that the island-like martensite of this invention is contained 3 to 15% by the area fraction. When the fraction is insufficient, the tensile strength is low, which is disadvantageous. On the contrary, when the fraction is excessive, the toughness decreases. Even when the size of the island martensite exceeds 10 mu m, the toughness is feared.
이하에서는 상기와 같은 유리한 본 발명의 강재를 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter will be described a method for producing the advantageous steel of the present invention as described above.
본 발명의 강재 제조과정은 슬라브 재가열 - 조압연 - 조압연후 강재 냉각 - 재가열 - 사상압연 - 냉각의 과정으로 이루어져 있으며, 각 과정별 상세한 조건을 아래와 같다.Steel manufacturing process of the present invention consists of the process of slab reheating-rough rolling-after cold rolling steel cooling-reheating-finishing rolling-cooling, detailed conditions for each process are as follows.
슬라브 재가열 온도 : 1000~1250℃Slab reheating temperature: 1000 ~ 1250 ℃
본 발명의 강판의 재가열에 있어서 가열온도는 1000℃ 이상으로 하는 것이 바람직한데, 주조중에 형성된 Ti 및/또는 Nb의 탄질화물을 고용시키기 위함이다. 또한, Ti 및/또는 Nb의 탄질화물을 충분히 고용시키기 위해서는 1000℃ 이상으로 가열하는 것이 보다 바람직하다. 다만, 과다하게 높은 온도로 재가열할 경우에는 오스테나이트가 조대화될 우려가 있으므로, 상기 재가열온도는 1250℃ 이하인 것이 바람직하다.In reheating the steel sheet of the present invention, the heating temperature is preferably set to 1000 ° C or higher, in order to solidify the carbonitride of Ti and / or Nb formed during casting. Moreover, in order to fully solidify the carbonitride of Ti and / or Nb, it is more preferable to heat to 1000 degreeC or more. However, when reheating excessively high temperature, austenite may coarsen, so the reheating temperature is preferably 1250 ° C or lower.
조압연 온도 : 1250~1000℃Rough rolling temperature: 1250 ~ 1000 ℃
재가열된 강판은 그 형상의 조정을 위해 가열후에 조압연을 실시한다. 압연 온도는 1250~1000℃에서 이루어지며, 압연에 의해 주조중에 형성된 덴드라이트 등 주조조직이 파괴된다. 또한, 오스테나이트의 크기를 작게하는 효과도 얻을 수 있다.The reheated steel sheet is subjected to rough rolling after heating to adjust its shape. The rolling temperature is made at 1250 ~ 1000 ° C., and the casting structure such as the dendrite formed during casting is destroyed by rolling. Moreover, the effect of reducing the size of austenite can also be obtained.
조압연 후 냉각 조건 : 1℃/s 이상의 온도로 Bf이하로 냉각Cooling condition after rough rolling: Cooling below Bf at temperature above 1 ℃ / s
상기 냉각조건은 본 발명의 주요한 특징 중의 하나로서, 본 발명의 초세립 조직을 얻기 위해서는 조압연 후의 강판을 1℃/s 이상의 냉각속도로 수냉시켜서 강재를 Bf(베이나이트 변태가 종료되는 온도를 의미함) 이하로 냉각시켜 강재의 미세조직을 일정량이상의 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직을 형성시킬 필요가 있다.The cooling condition is one of the main features of the present invention, in order to obtain the ultrafine grain structure of the present invention, by means of cooling the steel plate after rough rolling at a cooling rate of 1 ° C / s or more, Bf (the temperature at which bainite transformation ends) It is necessary to cool below to form a certain amount of bainite or martensite structure of steel material.
2차 재가열 온도 : Ac1~Ac3 Secondary reheating temperature: Ac1 ~ Ac3
상기 냉가된 강판을 Ac1~Ac3 온도의 범위로 재가열하여 도 2에 나타낸 바와 같이 베이나이트 또는 마르텐사이트 입계에 오스테나이트상이 분포한 조직을 가지게 된다. 상기 냉각시 형성되는 베이나이트 또는 마르텐사이트는 전체 조직 중 면적비율로 50% 이상인 것이 바람직하다.The cold-rolled steel sheet is reheated in the range of Ac1 to Ac3 temperature to have a structure in which the austenite phase is distributed at the bainite or martensite grain boundaries as shown in FIG. 2. Bainite or martensite formed during the cooling is preferably 50% or more in area ratio of the entire structure.
사상압연 조건 : 총압하량 30% 이상Finish rolling condition: More than 30% of total rolling load
상기 재가열 후 총압하량 30% 이상으로 압연하게 되면, 베이나이트 또는 마르텐사이트상은 가공경화되고 상기 가공 및 이후의 냉각동안 초세립 페라이트로 재결정되어 5㎛ 이하의 초세립 조직이 생긴다. 입계에 존재하는 오스테나이트는 압연에 의해 작은 크기로 분절되고 과포화된 C로 인해 이후의 냉각동안 도상 마르텐사이트로 잔존하게 된다. If the total pressure reduction after the reheating is rolled to 30% or more, the bainite or martensite phase is hardened and recrystallized into superfine ferrite during the processing and subsequent cooling to give an ultrafine grain of 5 mu m or less. The austenite present at the grain boundaries is segmented into small sizes by rolling and remains superficially martensite during subsequent cooling due to supersaturated C.
최종 냉각 : 공냉 또는 수냉Final cooling: air cooling or water cooling
마무리 압연이 끝난 후에 냉각되는 동안 재결정된 페라이트의 결정립 성장을 억제하며 또한, 잔여 오스테나이트가 펄라이트 또는 시멘타이트로 변태되는 것을 억제하기 위해 강판을 수냉하여 가속냉각시키는 것이 바람직하며, 강재의 경화능이 충분하기 때문에 공냉을 실시하여도 본 발명에서 목적하는 조직을 얻을 수 있다. In order to suppress grain growth of the recrystallized ferrite during cooling after finishing rolling is finished, and to suppress the transformation of residual austenite into pearlite or cementite, it is preferable to water-cool the steel sheet and accelerated cooling, and the hardening ability of the steel is sufficient. Therefore, even if air-cooling is performed, the structure | tissue desired by this invention can be obtained.
종합하면, 본 발명의 강재 제조방법은 상술한 조성을 가진 강슬라브를 1000~1250℃의 온도범위로 가열한 후, 1250~1000℃의 온도범위에서 조압연하고, 1℃/s 이상의 냉각조건을 Bf 이하의 온도로 냉각한 후 다시 Ac1~Ac3 온도의 범위로 재가열시틴 후 총압하량 30% 이상으로 사상압연하고 냉각하는 것을 특징으로 한다. In summary, the steel manufacturing method of the present invention, after heating the steel slab having the above-described composition in the temperature range of 1000 ~ 1250 ℃, rough rolling in the temperature range of 1250 ~ 1000 ℃, Bf cooling conditions of 1 ℃ / s or more Bf After cooling to the following temperature and reheated in the range of Ac1 ~ Ac3 temperature again after the total pressure drop 30% or more characterized in that the rolling and cooling.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명의 일태양을 예시하여 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, it should be noted that the following examples are only intended to illustrate one embodiment of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(실시예)(Example)
단, 상기 표 1에서 B와 N의 함량단위는 ppm을, 나머지 원소의 함량단위는 중량%를 나타낸다. 또한, B50은 각 강조성에 해당되는 강재 중 베이나이트의 분율이 50% 이상 생성되는 온도를 나타낸다.However, in Table 1, the content units of B and N represent ppm, and the content units of the remaining elements represent wt%. In addition, B50 represents the temperature at which 50% or more of the fraction of bainite is produced in the steels corresponding to the respective emphasis properties.
표 1에서 발명강은 본 발명의 성분조건을 충족하는 것을 나타내는 것이며, 비교강은 본 발명에서 규정하는 성분조건에서 벗어나는 성분계를 나타내는 것인데, 상기 비교강I는 C 함량이 본 발명에서 규정하는 범위 미만인 경우를, 비교강J는 C 함량이 본 발명에서 규정하는 범위를 초과하는 경우를, 비교강K는 Nb함량이 기준치에 미달되는 경우를, 비교강L은 B함량이 낮은 경우를, 비교강M은 B함량이 과다한 경우를 나타낸다.Inventive steel in Table 1 indicates that satisfying the component conditions of the present invention, the comparative steel is to show the component system deviating from the component conditions defined in the present invention, the comparative steel I is C content is less than the range specified in the present invention The comparative steel J is a case where the C content exceeds the range specified in the present invention, the comparative steel K is a case where the Nb content is less than the reference value, and the comparative steel L is a case where the B content is low, the comparative steel M Represents the case where the B content is excessive.
상기, 표 2에서 알 수 있듯이, 각 강종별로 6개의 제조패턴에 따라 강판을 제조하였다. 발명예1 내지 발명예3은 본 발명에서 규정하는 패턴대로 제조한 경우를 나타내는 반면, 비교예1 내지 비교예3은 본 발명에서 규정하는 패턴에서 벗어난 패턴으로 제조한 경우를 나타낸다. 보다 상세히 설명하면, 비교예1은 조압연 후 서냉한 경우 냉각 종료온도가 Bs 온도이상으로, 본 발명에서 규정하는 온도보다 높은 온도로 냉각을 실시한 경우를 나타내며, 비교예2는 다른 조건은 본 발명에서 규정하는 조건을 충족하나 냉각이후 재가열온도가 너무 높은 경우를 의미하며, 비교예3은 압연량이 부족한 경우를 나타낸다.As can be seen in Table 2, steel sheets were manufactured according to six manufacturing patterns for each steel type. Inventive Examples 1 to 3 show a case of manufacturing according to the pattern specified in the present invention, while Comparative Examples 1 to 3 show a case of manufacturing a pattern deviating from the pattern defined in the present invention. In more detail, Comparative Example 1 shows a case where the cooling end temperature is cooled to a temperature higher than the Bs temperature or higher than the temperature specified in the present invention when the cooling is performed slowly after rough rolling, and Comparative Example 2 is another condition of the present invention. It means that the condition specified in the above is satisfied, but the reheating temperature is too high after cooling, and Comparative Example 3 shows a case where the rolling amount is insufficient.
상기 각 강종별로 압연한 강재의 물성을 시험한 결과를 표 3에 기재하였다.Table 3 shows the results of testing the physical properties of the rolled steel for each steel type.
단, 여기서 FGS(Ferrite Grain Size)는 페라이트 결정립 크기(㎛)를, YS는 항복강도(MPa)를, TS는 인장강도(MPa)를, YR은 항복비를, DBTT는 연성취성천이온도(℃)를 나타낸다. 또한, 상기 ESSO는 취성균열전파정지 특성을 나타내는 척도로서, 상기 온도가 낮을수록 저온에서 취성균열 전파를 억제할 수 있다는 것을 나타낸다.Here, FGS (Ferrite Grain Size) is the ferrite grain size (㎛), YS is the yield strength (MPa), TS is the tensile strength (MPa), YR is the yield ratio, DBTT is the ductile brittle transition temperature (℃) ). In addition, the ESSO is a measure of the brittle crack propagation stop characteristics, indicating that the lower the temperature can inhibit the brittle crack propagation at low temperatures.
상기 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 조압연 후 서냉을 실시하였으며, 본 발명에서 규정하는 온도보다 높은 온도로 냉각시킨 경우인 비교예1의 경우는 강판의 중심부까지 초세립 조직이 형성되지 않아, DBTT와 ESSO가 나쁜 결과를 나타내며, 조압연 및 냉각후 재가열 온도가 너무 높은 상태로 압연개시한 경우인 비교예2는 압최종 미세조직이 조대한 페라이트로 구성되어 항복강도와 인장강도가 낮을뿐만 아니라 인성과 취성균열전파정지특성이 나쁘다. 또한, 압연량이 부족한 경우인 비교예3은 조대한 페라이트가 형성되어 인성과 취성균열전파정지특성을 확보하기 곤란하다.As can be seen from the results of Table 3, the slow cooling was performed after the rough rolling, in the case of Comparative Example 1, which is a case of cooling to a temperature higher than the temperature specified in the present invention, the ultrafine grain structure is not formed to the center of the steel sheet, DBTT and ESSO show bad results, and Comparative Example 2, which is a case where rolling starts with the reheating temperature too high after rough rolling and cooling, is composed of coarse ferrite with a final final microstructure, so that the yield strength and tensile strength are low. The toughness and brittle crack propagation stop characteristics are bad. In addition, in Comparative Example 3, which is a case where the rolling amount is insufficient, coarse ferrite is formed, which makes it difficult to secure toughness and brittle crack propagation stopping characteristics.
또한, 비록 본 발명에서 규정하는 조건대로 압연하였다 하더라도, 강조성에 있어서 탄소함량이 낮은 비교강I의 경우는 MA 분율이 부족하여 충분한 인장강도를 얻기 어렵고, 그에 따라 YR이 높아진다. 또한, 탄소함량이 과다하게 높은 비교강J의 경우는 MA 분율이 과다하여 인성이 열악하다. 비교강K는 Nb함량이 부족한 경우인데, 최종냉각시 생성되는 MA 분율이 감소하여 인장강도가 감소하고, YR이 증가한다. 비교강L은 B가 부족한 경우인데, B 함량이 부족하면 강재의 경화능이 부족해 지기 때문에 Nb가 부족한 경우와 마찬가지로 최종냉각시 생성되는 MA 분율이 감소하여 인장강도가 감소하고, YR이 증가한다. 비교강M은 B에 의한 경화능은 충분히 확보되나 과도한 B함량은 조대한 BN 등의 화합물을 형성하여 인성을 열화시킨다.In addition, even when rolling under the conditions specified in the present invention, in the case of Comparative Steel I having a low carbon content in stress, the MA fraction is insufficient to obtain sufficient tensile strength, thereby increasing YR. In addition, in the case of comparative steel J having an excessively high carbon content, the MA fraction is excessive and the toughness is poor. Comparative steel K is a case where the Nb content is insufficient, the MA fraction generated during final cooling decreases, the tensile strength decreases, and the YR increases. The comparative strength L is a case where B is insufficient, but when the content of B is insufficient, the hardenability of the steel is insufficient. As in the case where Nb is insufficient, the MA fraction generated during final cooling decreases, the tensile strength decreases, and the YR increases. Comparative steel M is sufficiently secured by B, but excessive B content deteriorates toughness by forming coarse BN or other compounds.
앞에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의할 경우에는 저온인성, 취성균열 전파정지 특성 및 낮은 항복비를 모두 충족시키는 고강도 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-strength steel and a method of manufacturing the same that satisfy both low-temperature toughness, brittle crack propagation stopping characteristics, and low yield ratio.
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