KR101197872B1 - Steel materials excellent in toughness in weldheat-affected zone and fatigue characteristics of base material, and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 강재는, (a) Zr, REM 및 Ca을 함유하는 산화물을 포함하고, (b) 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물로 환산했을 때, ZrO2: 5 내지 50%, REM의 산화물: 10 내지 50%, 및 CaO: 5.0 내지 50%를 만족하고, (c) 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛인 산화물이 1mm2 당 120개 이상, 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과인 산화물이 1mm2 당 5개 이하이고, (d) 금속 조직을 EBSP 법으로 관찰했을 때, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D가 25㎛ 이하이고, 상기 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R이 70면적% 이하이며, (e) 평균 경도가 170Hv 이상이다. 본 발명의 강재는, 입열량이 50kJ/mm 이상인 대입열 용접을 행한 경우에도 HAZ 인성이 우수하고, 더구나 모재 자체의 피로 특성이 개선되어 있다.The steel material of the present invention comprises (a) an oxide containing Zr, REM and Ca, and (b) an oxide of ZrO 2 : 5 to 50% and REM when the composition of all the oxides is measured and converted into a single oxide: 10 to 50%, and CaO: 5.0 to 50%, (c) 120 or more oxides per 1 mm 2 with 0.1-2.0 μm in equivalent circle diameter, and 1 mm 2 per oxide with more than 5.0 μm in circle equivalent diameter (D) When the metallographic structure was observed by the EBSP method, the average circle equivalent diameter D of the crystal grains enclosed by the diagonal grain boundary whose crystal orientation difference was 15 degrees or more was 25 µm or less, and the random grain boundary occupied at the diagonal grain boundary. The ratio R is 70 area% or less, and (e) average hardness is 170 Hv or more. The steel material of the present invention is excellent in HAZ toughness even when high heat input welding with a heat input amount of 50 kJ / mm or more is performed, and furthermore, fatigue characteristics of the base material itself are improved.
Description
본 발명은, 교량이나 고층 건조물, 선박 등에 사용되는 강재에 관한 것으로서, 특히 용접했을 때에 열 영향을 받는 부위(이하, 「용접열 영향부」 또는 「HAZ」라고 부르는 경우가 있음)의 인성과, 강재 자체의 피로 특성이 우수한 강재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to steel materials used in bridges, high-rise buildings, ships, and the like, particularly the toughness of the site affected by heat when welded (hereinafter sometimes referred to as "welding heat affected zone" or "HAZ"), The present invention relates to a steel having excellent fatigue properties of the steel itself and a manufacturing method thereof.
교량이나 고층 건조물, 선박 등에 사용되는 강재에 요구되는 특성은, 최근 점차 엄격해지고 있고, 특히 양호한 인성이 요구되고 있다. 이러한 강재는, 일반적으로 용접하여 접합되는 경우가 많지만, 용접 이음부 중 특히 HAZ는 용접 시에 열 영향을 받아 인성이 열화되기 쉽다는 문제가 있다. 이 인성 열화는 용접 시의 입열량이 커질수록 현저하게 나타나는데, 그 원인은, 용접 시의 입열량이 커지면 HAZ의 냉각 속도가 느려지고, 소입성(燒入性)이 저하되어 조대한 섬상 마텐자이트를 생성하는 것에 있다고 생각되고 있다. 따라서, HAZ의 인성을 개선하기 위해서는, 용접 시의 입열량을 가능한 한 억제하면 좋다고 생각된다. 그러나, 한편으로, 용접 작업 효율을 높이는 데에는, 예컨대 일렉트로 가스 용접, 일렉트로 슬래그 용접, 서브머지드 용접 등의 용접 입열량이 50kJ/mm 이상인 대입열 용접법의 채용이 요망된다.The characteristics required for steel materials used in bridges, high-rise buildings, ships, and the like have become increasingly strict in recent years, and particularly good toughness is required. Although such steel materials are often welded and joined, there is a problem that the weld joints, in particular HAZ, are easily affected by toughness due to heat effects during welding. This toughness deterioration is more pronounced as the amount of heat input during welding increases. The reason for this is that as the amount of heat input during welding increases, the cooling rate of HAZ decreases, the hardenability decreases, and the coarse island martensite is reduced. It is thought to be in generating. Therefore, in order to improve the toughness of HAZ, it is considered that heat input during welding may be suppressed as much as possible. On the other hand, however, in order to improve the welding work efficiency, it is desired to employ a high heat input welding method having a welding heat input amount of 50 kJ / mm or more, for example, electro gas welding, electro slag welding, and submerged welding.
그래서, 본 출원인은, 대입열 용접법을 채용한 경우의 HAZ 인성 열화를 억제하는 강재를, 일본 특허공개 제2007-100213호, 일본 특허공개 제2007-247004호 공보, 및 일본 특허공개 제2007-247005호에서 제안하고 있다. 이러한 강재는, 산화물로서 REM의 산화물 및/또는 CaO와, ZrO2를 함유하고 있는 점에 특징이 있다. 상기 산화물은, 용강 중에서는 액상으로 존재하기 때문에 강(鋼) 중에 미세 분산된다. 더구나, 상기 산화물은 열적으로 안정하여, 예컨대, 1400℃ 레벨의 고온에 장시간 노출되어도 고용하여 소실되지 않기 때문에, HAZ 인성의 향상에 크게 기여한다.Therefore, the present applicant has disclosed a steel material which suppresses the deterioration of the HAZ toughness when the high heat input welding method is adopted, Japanese Patent Laid-Open No. 2007-100213, Japanese Patent Laid-Open No. 2007-247004, and Japanese Patent Laid-Open No. 2007-247005 Proposed in the issue. Such steels are characterized by containing oxides and / or CaO of REM and ZrO 2 as oxides. Since the said oxide exists in a liquid phase in molten steel, it is disperse | distributed finely in steel. Moreover, since the oxide is thermally stable and does not dissolve even after being exposed to high temperature of 1400 ° C. for a long time, it contributes greatly to the improvement of HAZ toughness.
그런데, 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 구조물은, 반복 응력을 받아서 피로 파괴되기 때문에, 구조물의 안전성을 확보하는 관점에서 소재로서 사용되는 강재에는 피로 특성이 양호할 것이 요망되고 있다. 강재의 피로 과정은, 응력 집중부에서의 균열의 발생과, 발생한 균열이 강재 중을 진전한다는 두개의 과정으로 대별하여 생각되고 있다.By the way, structures such as bridges, high-rise buildings, ships, and the like are subject to cyclic stress and are destroyed by fatigue. Therefore, it is desired that steel materials used as raw materials have good fatigue characteristics from the viewpoint of ensuring the safety of the structure. The fatigue process of steel is considered to be roughly divided into two processes, the generation of a crack in a stress concentration part and the generated crack advancing in the steel material.
균열의 발생에 관해서는, 구조물의 피로 균열은 용접 이음의 시단부(始端部)로부터 발생하는 경우가 많기 때문에, 피로 균열의 발생을 억제하기 위해, 용접 이음의 시단 형상을 개선하는 것이 검토되고 있다.Regarding the occurrence of cracks, fatigue cracks in structures are often generated from the start end of the weld joint, and therefore, in order to suppress the occurrence of the fatigue crack, improving the start shape of the weld joint has been studied. .
이에 대해, 강재에 발생한 피로 균열은 강재 중을 진전해 나가지만, 균열이 진전하면, 최종적으로는 강재 자체가 파단되어 버리기 때문에, 발생한 균열은 진전이 신속하게 정지되거나, 또는 균열의 진전 속도를 될 수 있는 한 작게 하여 균열의 진전을 어렵게 할 것이 요망된다. 피로 균열의 진전 속도를 작게 하는 기술이, 다음 3개의 문헌에 제안되어 있다. 나카지마키요다카(中島淸孝) 외, 「후강판의 피로 균열 진전 특성과 용접 이음 피로 특성에 미치는 경질 제 2 상의 영향」, 용접 구조 심포지움 2004 강연 논문집, 2004년, 335페이지에는, 금속 조직을 연질층(페라이트)과 경질층(마텐자이트)의 혼합 조직으로 하여, 경질층(마텐자이트)을 편평화시킴으로써 피로 균열을 우회시켜 피로 균열의 진전 속도를 작게 하는 기술이 개시되어 있다. 혼다노보루(銳田登) 외, 「피로 균열 진전을 자기 억제하는 신기능 후강판 및 그의 이음새 특성」, 용접 학회지 제74권 제4호, 2005년, 25페이지와, 니키사토시(伊木聰) 외, 「조선용 고기능 강-JFE 스틸의 라이프사이클 비용 저감 기술-」, JFE 기보 No.5, JFE 스틸, 2004년 8월, 13페이지에는, 연질층(페라이트)에 경질층을 분산시킴으로써 피로 균열을 우회시켜 피로 균열의 진전 속도를 작게 하는 기술이 개시되어 있다. 여기서, 전자에서는, 경질층으로서 베이나이트를 생성시키고 있고, 후자에서는, 경질층으로서 펄라이트를 생성시키고 있다.
On the other hand, the fatigue crack generated in the steel advances in the steel, but when the crack develops, the steel itself is finally broken, so that the generated crack stops rapidly, or the crack progresses. It is desired to make it as small as possible to make the growth of the crack difficult. Techniques for reducing the growth rate of fatigue cracks have been proposed in the following three documents. Nakaji Maki-Yodaka et al., `` Influence of Hard Second Phase on Fatigue Crack Propagation Characteristics and Weld Joint Fatigue Characteristics of Thick Steel Sheets '', Welded Structure Symposium 2004 Proceedings, 2004, p. The technique which makes a mixed structure of a layer (ferrite) and a hard layer (martensite), flattens a hard layer (martensite), bypasses a fatigue crack, and reduces the growth rate of a fatigue crack. Honda-no-boru et al., "A New Functional Thick Steel Plate for Self-Inhibiting Fatigue Crack Growth and Its Seam Characteristics," Journal of Welding Vol. 74, No. 4, 2005, p. 25, Nikisato-shi et al., JFE Gazette No. 5, JFE Steel, August 2004, p. 13, "High Performance Steels for Shipbuilding-JFE Steel", Bypassing Fatigue Cracks by Dispersing Hard Layers in Soft Layers (Ferrite) A technique for reducing the growth rate of fatigue cracks is disclosed. Here, in the former, bainite is produced as a hard layer, and in the latter, pearlite is produced as a hard layer.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 입열량이 50kJ/mm 이상인 대입열 용접을 행한 경우에도 HAZ 인성이 우수하고, 더구나 모재 자체의 피로 특성을 개선한 강재를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 강재의 제조방법을 제공하는 것이다. This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to provide the steel material which was excellent in HAZ toughness and improved the fatigue characteristic of the base material itself even when the high heat input welding of a heat input amount of 50 kJ / mm or more was performed. Another object of the present invention is to provide a method for producing the steel.
상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 따른 강재는, C: 0.02 내지 0.12%(「질량%」의 의미. 이하, 화학 성분 및 산화물에 대해 동일), Si: 0.02 내지 0.5%, Mn: 1 내지 2%, Zr: 0.0002 내지 0.050%, REM: 0.0002 내지 0.050%, Ca: 0.0005 내지 0.010%, Ti: 0.005 내지 0.02%, N: 0.0040 내지 0.01%, O: 0.0005 내지 0.010%, P: 0.02% 이하, S: 0.015% 이하, Al: 0.05% 이하를 만족하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강재로서, The steel material which concerns on this invention which could solve the said subject is C: 0.02-0.12% (The meaning of "mass%. Hereinafter, the same with respect to a chemical component and an oxide.), Si: 0.02-0.5%, Mn: 1-2 %, Zr: 0.0002 to 0.050%, REM: 0.0002 to 0.050%, Ca: 0.0005 to 0.010%, Ti: 0.005 to 0.02%, N: 0.0040 to 0.01%, O: 0.0005 to 0.010%, P: 0.02% or less, S: 0.015% or less, Al: 0.05% or less, the remainder being iron and inevitable impurities,
(a) 상기 강재는, Zr, REM 및 Ca을 함유하는 산화물을 포함하고,(a) the steel material comprises an oxide containing Zr, REM and Ca,
(b) 상기 강재에 포함되는 산화물의 평균 조성에 있어서 ZrO2의 질량 비율이 5 내지 50%, REM의 산화물(REM을 M의 기호로 나타내면 M2O3)의 질량 비율이 10 내지 50%, 및 CaO의 질량 비율이 5.0 내지 50%이고, (b) the mass ratio of ZrO 2 in the average composition of the oxide contained in the steel is 5-50%, the mass ratio of the oxide of REM (M 2 O 3 when REM is represented by the symbol M) is 10-50%, And the mass ratio of CaO is 5.0 to 50%,
(c) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물 중, 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 산화물이 1mm2 당 120개 이상, 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과인 산화물이 1mm2 당 5개 이하이고, (c) to the total of oxides, to the circle-equivalent diameter of 0.1 to 2.0㎛ of this oxide exceeds the 5.0㎛ oxide to 1mm more than 120 per second, the equivalent circle diameter of not more than 5 per 1mm 2 contained in the steel material,
(d) 상기 강재의 금속 조직을 후방 산란 전자 회절법(EBSP법)으로 관찰했을 때, 하기 수학식 1과 수학식 2를 만족하며,(d) When the metal structure of the steel is observed by the backscattered electron diffraction method (EBSP method), the following equations (1) and (2) are satisfied,
(e) 상기 강재의 평균 경도가 170Hv 이상이다.(e) The average hardness of the steel is 170 Hv or more.
[수학식 1][Equation 1]
D ≤ 25㎛D ≤ 25 μm
[수학식 2]&Quot; (2) "
R ≤ 70면적%R ≤ 70 area%
[단, 수학식 1에서, D는 EBSP법으로 인접하는 2개 결정의 방위차를 측정하여, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경(㎛)을 의미한다.[Equation 1] In Equation (1), D denotes an average circle equivalent diameter (mu m) of crystal grains surrounded by diagonal grain boundaries having a crystal orientation difference of 15 ° or more by measuring the orientation difference between two adjacent crystals by the EBSP method.
또한, 수학식 2에서, R은 상기 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율(면적%)을 의미한다.]In addition, in Equation 2, R denotes the ratio (area%) of the random grain boundary to the diagonal grain boundary.]
상기 강재는, 추가로 기타 원소로서,The steel is further, as other elements,
(1) Ni: 0.4% 이하, Cu: 0.3% 이하, Cr: 1.5% 이하, 및 Mo: 1% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소,(1) at least one element selected from the group consisting of Ni: 0.4% or less, Cu: 0.3% or less, Cr: 1.5% or less, and Mo: 1% or less,
(2) Nb: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, 및 B: 0.005% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 등을 함유할 수도 있다.(2) It may contain one or more elements selected from the group consisting of Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less, and B: 0.005% or less.
본 발명의 상기 강재는, 용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060%의 범위로 조정한 후, 용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070%의 범위로 조정하고 나서, Ti, 이어서 Zr, REM 및 Ca을 첨가하여 성분 조성을 조정한 후, 주조를 행함과 함께, 열간 압연을 할 때, 강편을 1100 내지 1250℃로 가열한 후, 1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 평균 냉각 속도가 1.5℃/초 이상이 되도록 냉각하면서 누적 압하율이 40% 이상이 되도록 제 1 압연을 행하고, 이어서 Ar3점+100℃ 이하, Ar3점을 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 최대 압하율이 12% 이하, 누적 압하율이 50% 이상이 되도록 제 2 압연을 행한 후, 표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 평균 냉각 속도 5℃/초 이상으로 냉각함으로써 제조할 수 있다.In the steel material of the present invention, after adjusting the dissolved oxygen amount of molten steel in the range of 0.0010 to 0.0060%, and then adjusting the total oxygen amount in the range of 0.0010 to 0.0070% by stirring the molten steel to separate the oxides in the molten steel, Ti, Subsequently, Zr, REM, and Ca were added to adjust the composition of the composition, followed by casting. When hot rolling, the steel pieces were heated to 1100 to 1250 ° C, and then 1050 ° C or less and Ar 3 point + 100 ° C. The first rolling is performed so that the cumulative reduction ratio is 40% or more while cooling so that the average cooling rate per one pass is 1.5 ° C / sec or more in the temperature range, and then the Ar 3 point + 100 ° C. or less and the Ar 3 point are exceeded. After performing the second rolling so that the maximum reduction rate per pass in the temperature range is 12% or less and the cumulative reduction ratio is 50% or more, the average cooling rate is 5 ° C / sec or more to the temperature range where the surface temperature becomes 500 ° C or less. Manufactured by cooling Can.
상기 Zr, REM 및 Ca을 첨가한 후에는, 40분을 초과하지 않는 범위에서 용강을 교반하고 나서 주조를 행하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 압연은, 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 압연을 행한 후의 강재의 표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 평균 냉각 속도 5℃/초 이상으로 냉각한 후에는, 500℃ 이상, Ac1점 미만의 온도 범위에서 뜨임 처리를 행할 수도 있다.After adding Zr, REM and Ca, it is preferable to perform casting after stirring molten steel in the range which does not exceed 40 minutes. It is preferable to perform the said 1st rolling in the austenite recrystallization temperature range. After cooling at an average cooling rate of 5 ° C / sec or more to a temperature range where the surface temperature of the steel material after the second rolling is 500 ° C or less, tempering treatment may be performed at a temperature range of 500 ° C or more and less than Ac 1 point. It may be.
본 발명에 따르면, 입자 내 페라이트 변태의 핵이 되는 산화물(Zr, REM 및 Ca을 함유하는 산화물)이 소정량 생성됨과 함께, 강재 중에 존재하는 산화물의 크기와 개수(입도 분포)도 적절히 제어되어 있기 때문에, 대입열 용접시의 HAZ 인성이 우수한 강재를 제공할 수 있다. 특히 본 발명의 강재에는, HAZ 인성 향상에 유용한 원 상당 직경이 0.1 내지 2㎛인 미세한 산화물이 소정량 이상 존재할 뿐만 아니라, HAZ 인성 향상에 악영향을 미치는 것이 밝혀진 원 상당 직경이 5.0㎛ 초과인 조대한 산화물의 개수가 상당히 억제되고 있기 때문에, 상기 일본 특허공개 제2007-100213호의 실시예에 개시된 HAZ 인성 평가 방법보다도 큰 입열량으로 용접을 행해도 HAZ 인성을 높일 수 있다.According to the present invention, while a predetermined amount of oxides (oxides containing Zr, REM and Ca), which are nuclei of ferrite transformation in the particles, is produced, the size and number (particle size distribution) of oxides present in the steel are also properly controlled. Therefore, the steel material excellent in HAZ toughness at the time of high heat input welding can be provided. In particular, the steel material of the present invention has a coarse oxide having a circle equivalent diameter of more than 5.0 μm, which has been found to not only have a predetermined amount of fine oxide having a circle equivalent diameter of 0.1 to 2 μm useful for improving HAZ toughness, but also adversely affect HAZ toughness improvement. Since the number of oxides is considerably suppressed, the HAZ toughness can be improved even if welding is performed at a heat input larger than the HAZ toughness evaluation method disclosed in the examples of Japanese Patent Laid-Open No. 2007-100213.
또한, 본 발명에 따르면, 금속 조직을 EBSP법으로 관찰했을 때에, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계(이하, 간단히 「대각 입계」라고 부르는 경우가 있음)로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하, 및 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 70% 이하로 제어하고 있고, 또한 모재의 평균 경도를 170Hv 이상으로 제어하고 있기 때문에, 모재 자체의 피로 특성도 개선할 수 있다. According to the present invention, when the metal structure is observed by the EBSP method, the average circle equivalent diameter D of crystal grains surrounded by diagonal grain boundaries (hereinafter sometimes referred to simply as "diagonal grain boundaries") whose crystal orientation difference is 15 ° or more is determined. Since the ratio R of the random grain boundary occupies 25 micrometers or less and diagonal grain boundary is controlled to 70% or less, and the average hardness of a base material is controlled to 170 Hv or more, the fatigue characteristic of a base material itself can also be improved.
도 1은 실시예에서 사용한 컴팩트형 시험편(CT 시험편)의 형상을 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D와 충격 특성(vE-60)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R과 피로 균열 진전 속도(da/dN)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 압연재의 평균 경도와 피로 균열 진전 속도(da/dN)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 Ar3점+100℃ 이하에서의 누적 압하율과 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 γ입경과 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 1050℃ 이하에서의 누적 압하율과 γ입경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D와 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R의 관계를 나타내는 그래프이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic explanatory drawing which shows the shape of the compact test piece (CT test piece) used in the Example.
2 is a graph showing the relationship between the average circle equivalent diameter D and the impact characteristic (vE- 60 ) of crystal grains surrounded by diagonal grain boundaries.
3 is a graph showing the relationship between the ratio R of the random grain boundaries at the diagonal grain boundaries and the fatigue crack growth rate (da / dN).
4 is a graph showing the relationship between the average hardness of the rolled material and the fatigue crack growth rate (da / dN).
5 is a graph showing the relationship between the cumulative reduction ratio at the Ar 3 point + 100 ° C. or lower and the average circle equivalent diameter D of crystal grains surrounded by diagonal grain boundaries.
Fig. 6 is a graph showing the relationship between the average circle equivalent diameter D of crystal grains surrounded by a? Particle size and a diagonal grain boundary.
7 is a graph showing the relationship between the cumulative reduction ratio at 1050 ° C. or lower and the γ particle size.
8 is a graph showing the relationship between the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundaries and the ratio R of the random grain boundaries in the diagonal grain boundaries.
본 발명은, 상기 일본 특허공개 제2007-100213호에 개시된 입자 내 페라이트 변태 기술을 개량하여, 보다 큰 입열량으로 용접을 행해도 HAZ 인성이 양호하고, 더구나 모재 자체의 피로 특성도 우수한 강재를 얻기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention improves the intra-particle ferrite transformation technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-100213, and obtains a steel having good HAZ toughness even when welding with a larger heat input and excellent fatigue properties of the base material itself. It relates to technology for.
즉, 본 발명은, 상기 일본 특허공개 제2007-100213호에 개시된 기술을 기초로 하여, HAZ 인성을 추가로 개선하기 위해 검토한 결과, 강재 중의 전체 산화물(입자 내 페라이트 변태의 핵이 되는 상기 산화물에 한정되지 않고, 모든 산화물을 대상으로 함)의 크기와 개수가 HAZ 인성의 향상에 깊게 관여하고 있고, 특히 원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과인 조대한 산화물을 5개 이하로 억제하면, 입열량이 대강 50kJ/mm 정도의 대입열 용접을 행해도 HAZ 인성이 우수한 강재를 얻을 수 있음을 발견했다. 또한 본 발명자들은, 상기한 바와 같이 HAZ 인성을 개선한 상태에서, 모재 자체의 피로 특성을 개선하기 위한 검토를 거듭했다. 그 결과, 강재의 금속 조직과 경도를 균형있게 제어하면, 피로 특성을 향상시킬 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성했다. 구체적으로는, 강재의 금속 조직을 EBSP법으로 인접하는 2개 결정의 방위차를 측정했을 때에, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하, 및 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 70면적% 이하로 하고, 또한 강재의 경도를 170Hv 이상으로 하면, 모재 자체의 피로 특성을 개선할 수 있음이 밝혀졌다.That is, the present invention has been studied based on the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-100213 to further improve HAZ toughness. As a result, all oxides in steel materials (the oxides that become nuclei of ferrite transformation in particles) The size and number of all the oxides) are deeply involved in the improvement of the HAZ toughness, and in particular, when the coarse oxides having a diameter equivalent to more than 5.0 µm are suppressed to 5 or less, the amount of heat input It was found that steel materials having excellent HAZ toughness can be obtained even by conducting high heat input welding of approximately 50 kJ / mm. In addition, the present inventors repeated examination for improving the fatigue characteristic of the base material itself in the state which improved HAZ toughness as mentioned above. As a result, it was discovered that fatigue property can be improved by controlling the metal structure and hardness of steel materials in a balanced manner, and completed the present invention. Specifically, when the orientation difference between two crystals adjacent to the metal structure of the steel material was measured by the EBSP method, the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary with the crystal orientation difference of 15 ° or more was 25 μm or less, and the diagonal It was found that the fatigue property of the base material itself can be improved by setting the ratio R of the random grain boundary at the grain boundary to 70 area% or less and the hardness of the steel to 170 Hv or more.
즉, 모재 자체의 인성을 향상시켜 피로 특성을 개선하기 위해서는, 금속 조직을 미세화하는 것이 효과적이고, 특히 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 하면 좋다. 그러나, 조직을 미세화하면 결정 입계가 증가하기 때문에, 강재에 발생한 균열의 진전 속도가 커진다. 균열은 결정 입계를 진전하기 쉽기 때문에, 결정 입계가 증가함으로써, 균열의 진전 경로가 증대하기 때문이다. 그래서, 조직을 미세화하면서 모재 자체의 피로 특성을 개선하는 것을 목표로 하여 검토한 결과, 입계 에너지가 높아 피로 균열이 진전하기 쉬운 랜덤 입계를 저감하면 좋다는 것을 발견했다. 즉, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계에서도, 모든 차이각에서 에너지가 높을리는 없고, 어떤 특정한 차이각에서는, 입계 에너지가 극단적으로 낮은 「대응 입계」라고 불리는 입계가 존재한다(예컨대, 「재료 조직학」: 다카키세쯔오(高木節雄), 츠자키카네아키(津崎兼彰) 아사쿠라서점 발행 제45페이지). 즉, 대각 입계는, 입계 에너지가 낮은 「대응 입계」와 입계 에너지가 높은 「랜덤 입계」로 대별되고, 피로 균열은, 랜덤 입계는 진전하기 쉽지만, 대응 입계는 진전하기 어렵다고 알려져 있다. 그래서, 본 발명에서도 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 저감시킨다는 관점에 근거하여, 상기 비율 R을 70면적% 이하로 저감하여 모재의 피로 특성을 개선하는 것을 전제로 하고 있다.In other words, in order to improve the toughness of the base material itself and to improve the fatigue properties, it is effective to refine the metal structure, and in particular, when the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundaries having a crystal orientation difference of 15 ° or more is set to 25 μm or less. good. However, when the structure is refined, the grain boundary increases, so that the growth rate of cracks generated in the steel increases. This is because cracks tend to advance grain boundaries, and as the grain boundaries increase, the growth path of the cracks increases. Therefore, as a result of the study aiming at improving the fatigue characteristics of the base material itself while miniaturizing the structure, it has been found that the random grain boundary, which has high grain boundary energy and tends to develop fatigue cracking, may be reduced. That is, even at diagonal grain boundaries where the crystal orientation difference is 15 ° or more, the energy is not high at all the difference angles, and at some specific difference angles, there exist grain boundaries called "corresponding grain boundaries" with extremely low grain boundary energy (for example, "materials" Histology: Takashi Setsuo, Tsuzaki Kaneaki Asakura Bookstore, page 45). That is, diagonal grain boundaries are roughly classified into "corresponding grain boundaries" having low grain boundary energy and "random grain boundaries" having high grain boundary energy, and fatigue cracks are known to be easy to progress in random grain boundaries, but they are difficult to progress. Accordingly, the present invention also presupposes that the ratio R is reduced to 70 area% or less on the basis of reducing the ratio R of the random grain boundary occupying the diagonal grain boundary having a crystal orientation difference of 15 ° or more, thereby improving the fatigue properties of the base metal. have.
그런데, 본 발명자들이 추가로 검토한 결과, 상기한 바와 같이 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 하고, 또한 상기 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 70면적% 이하로 하는 것만으로는 모재의 피로 특성 개선에는 불충분하여, 추가로 강재의 경도를 170Hv 이상으로 하는 것이 매우 중요한 것으로 판명되었다.However, as a result of further investigation by the present inventors, as mentioned above, the ratio of the random grain boundary to the average circle equivalent diameter D of the crystal grain enclosed by the diagonal grain boundary whose crystal orientation difference is 15 degrees or more is 25 micrometers or less, and occupies at the said diagonal grain boundary. It was proved to be very important to make the hardness of the
즉, 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 저감하면, 피로 균열이 되기 쉬운 경로가 감소하기 때문에, 피로 균열은 랜덤 입계를 선택하도록 결정 입계를 계속 우회하면서 강재 내를 진전한다. 그러나, 결정 입계를 진전할 수 없게 된 피로 균열은, 결정 입계가 아니라, 결정 입자 내를 진전해 버리는 경우가 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 저감하여 피로 균열의 진전 속도를 작게 해도 결정 입자 내에서의 피로 균열의 진전 속도를 함께 작게 하지 않으면, 결국 모재 자체의 피로 특성은 개선할 수 없는 것이다. 그래서, 본 발명에서는, 결정 입자 내를 진전하는 피로 균열의 속도는, 결정 입자가 부드러울수록 커진다는 관점에 근거하여, 결정 입자 내에서의 피로 균열의 진전 방지에 유용한 강재 경도를 170Hv 이상으로 정한 것이다.In other words, if the ratio R of the random grain boundary occupies the diagonal grain boundary decreases, the path which tends to become a fatigue crack decreases, and thus the fatigue crack progresses in the steel while continuously bypassing the grain boundary to select the random grain boundary. However, the fatigue crack which became unable to advance a grain boundary may advance in a crystal grain rather than a grain boundary. Therefore, as described above, even if the ratio R of the random grain boundary occupying the diagonal grain boundary is reduced to reduce the fatigue crack propagation rate, the fatigue characteristics of the base material itself are eventually reduced unless the rate of fatigue crack propagation in the crystal grains is reduced together. It cannot be improved. Therefore, in the present invention, the hardness of fatigue cracks advancing in the crystal grains is based on the viewpoint that the softer the grains become, the steel hardness useful for preventing the growth of fatigue cracks in the crystal grains is set at 170 Hv or more. .
본 명세서에서는, 입자 내 페라이트 변태의 핵이 되는 산화물, 즉 Zr, REM 및 Ca을 함유하는 산화물과, 강재 중에 포함되는 모든 산화물을 구별하기 위해, 설명의 편의상, 전자를 특히 「Zr?REM?Ca계 산화물」이라고 부르고, 후자를 특히 「전체 산화물」이라고 부르는 경우가 있다.In the present specification, in order to distinguish between oxides which become nuclei of ferrite transformation in particles, that is, oxides containing Zr, REM and Ca, and all oxides contained in the steel, the former is particularly referred to as “Zr? REM? Ca”. System oxide ”, and the latter may be referred to as“ all oxides ”in particular.
또한, 상기한 「Zr?REM?Ca계 산화물」을 구성하는 필수 성분(Zr, REM 및 Ca)을, 특히 입자 내 페라이트 변태 핵 생성 원소라고 부르는 경우가 있다.In addition, the essential components (Zr, REM and Ca) constituting the above-mentioned "Zr-REM-Ca-based oxide" may be called especially the ferrite transformation nucleation element in a particle | grain.
또한, 본 명세서에서는, 강재에 포함되는 전체 산화물 중, 원 상당 직경이 0.1 내지 2.0㎛인 산화물을 「미세한 산화물」이라고 부르고, 원 상당 직경이 5.0㎛ 초과인 산화물을 「조대한 산화물」이라고 부르는 경우가 있다.In addition, in this specification, when all the oxide contained in steel materials is an oxide with a round equivalent diameter of 0.1-2.0 micrometers, it is called "fine oxide", and the oxide with a round equivalent diameter of more than 5.0 micrometers is called "coarse oxide". There is.
본 발명에 따르면, 조대한 산화물의 개수가 현저히 억제되고 있기 때문에, 상기 일본 특허공개 제2007-100213호의 실시예에 개시된 HAZ 인성 평가 방법[1400℃의 가열 온도에서 5초간 유지한 후 800℃에서 500℃까지의 온도를 300초에 냉각하는 열 사이클(입열 조건: 1400℃×5초, 냉각 시간 Tc=300초)을 부여하여, -40℃에서의 흡수 에너지를 측정하는 방법]보다도 큰 입열량으로 용접을 행해도 HAZ 인성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 강재는, 1400℃의 유지 시간을 30초간으로 길게 한 열 사이클(입열 조건: 1400℃×30초, 냉각 시간 Tc=300초)을 부여했을 때의 흡수 에너지를 상기와 같이 하여 측정하는 방법으로 평가해도 양호한 HAZ 인성을 나타낸다(후기하는 실시예를 참조).According to the present invention, since the number of coarse oxides is remarkably suppressed, the HAZ toughness evaluation method disclosed in the examples of Japanese Patent Laid-Open No. 2007-100213 [maintained at a heating temperature of 1400 ° C. for 5 seconds and then at 500 ° C. at 500 ° C. Heat cycle (cooling condition: 1400 ° C. × 5 seconds, cooling time Tc = 300 seconds) to cool the temperature up to 300 ° C., and the absorption energy at −40 ° C. is greater than the heat input amount. Even if welding is performed, the HAZ toughness can be improved. Specifically, the steel materials of the present invention provide absorbed energy when the heat cycle (heating condition: 1400 ° C. × 30 seconds, cooling time Tc = 300 seconds) in which the holding time of 1400 ° C. is extended for 30 seconds is described above. Even if it evaluates by the method of measuring similarly, it shows favorable HAZ toughness (refer the Example mentioned later).
이하, 본 발명을 구성하는 상기 (a) 내지 (e)의 요건에 대해, 자세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the requirements of said (a)-(e) which comprise this invention are demonstrated in detail.
[(a) Zr?REM?Ca계 산화물에 대해][(a) About Zr-REM-Ca-based Oxides]
우선, 입자 내 페라이트 변태의 기점이 되는 Zr?REM?Ca계 산화물에 대해 설명한다. 상기의 Zr?REM?Ca계 산화물은, Zr의 산화물과 REM의 산화물과 Ca의 산화물을 포함하고 있는 것을 의미하고 있다. Zr?REM?Ca계 산화물을 구성하는 원소(입자 내 페라이트 변태 핵 생성 원소)는, Zr, REM 및 Ca이지만, 상기 이외에, 예컨대, Ti, Mn, Si, Al 등의 산화물 형성 원소나, 그 밖의 강중 성분을 포함하고 있을 수도 있다.First, the Zr-REM-Ca type oxide which is a starting point of ferrite transformation in a particle | grain is demonstrated. The Zr-REM-Ca oxide described above includes an oxide of Zr, an oxide of REM, and an oxide of Ca. The elements constituting the Zr-REM-Ca-based oxides (ferrite-transformed nucleation elements in the particles) are Zr, REM, and Ca. In addition to the above, oxide-forming elements such as Ti, Mn, Si, Al, and others It may contain components in the steel.
상기 Zr?REM?Ca계 산화물의 존재 형태는 특별히 한정되지 않고, 입자 내 페라이트 변태 핵 생성 원소를 단독으로 함유하는 단독 산화물로서 존재하고 있을 수도 있고, 입자 내 페라이트 변태 핵 생성 원소의 2종 이상을 포함하는 복합 산화물로서 존재하고 있을 수도 있다. 단독 산화물의 예로는, Zr에서는 ZrO2; Ca에서는 CaO; REM에서는, REM을 「M」의 기호로 표시했을 때, M2O3, M3O5, MO2 등이 예시된다. 또한, 이러한 산화물은, 서로 응집하여 존재할 수도 있고, 상기 산화물에 황화물이나 질화물 등의 다른 화합물이 복합 석출된 형태로 존재할 수도 있다.The presence form of the Zr-REM-Ca-based oxide is not particularly limited, and may be present as a single oxide containing ferrite-transformed nucleation elements in the particles alone, or two or more kinds of ferrite-transformed nucleation elements in the particles. It may exist as a complex oxide to contain. Examples of the single oxides include ZrO 2 in Zr; Ca is CaO; The REM, when the REM shown by the symbol of "M", and the like include M 2 O 3, M 3 O 5, MO 2. In addition, such oxides may be present in aggregate with each other, or may be present in the form of complex precipitates of other compounds such as sulfides and nitrides in the oxides.
상기의 Zr?REM?Ca계 산화물은, Ti의 산화물을 추가로 함유하고 있는 것이 바람직하다. Ti의 산화물이 추가로 존재하면 입자 내 페라이트 변태가 촉진되어, HAZ 인성의 향상이 한층더 높아진다. Ti의 산화물은, 단독 산화물(예컨대, Ti2O3, Ti3O5, TiO2)로서 존재하고 있을 수도 있고, 상기 Zr?REM?Ca계 산화물과의 복합 산화물의 형태로 존재하고 있을 수도 있다.It is preferable that said Zr-REM-Ca type | system | group oxide further contains the oxide of Ti. The presence of further Ti oxide promotes ferrite transformation in the particles, further improving the HAZ toughness. The oxide of Ti may exist as a single oxide (for example, Ti 2 O 3 , Ti 3 O 5 , TiO 2 ), or may exist in the form of a complex oxide with the Zr-REM-Ca oxide. .
[(b) 산화물의 평균 조성에 대해][(b) About Average Composition of Oxide]
본 발명의 강재는, 상기 강재에 포함되는 산화물의 평균 조성에 있어서 ZrO2의 질량 비율이 5 내지 50%, REM의 산화물(REM을 M의 기호로 표시하면 M2O3)의 질량 비율이 10 내지 50%, 및 CaO의 질량 비율이 5.0 내지 50%이며, 이것에 의해 입자 내 페라이트 변태의 핵으로서 유효하게 작용하게 된다. 각 산화물의 하한값을 하회하면, 용접 시에 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 산화물량이 부족하여, HAZ 인성의 향상 작용이 발휘되지 않는다. 한편, 각 산화물의 상한값을 초과하면, 산화물이 조대화되어, 입자 내 페라이트의 생성핵으로서 유효하게 작용하는 미세한 산화물의 개수가 적어져, HAZ 인성 향상 작용이 유효하게 발휘되지 않는다.In the steel of the present invention, the mass ratio of ZrO 2 is 5 to 50% in the average composition of the oxide contained in the steel, and the mass ratio of the oxide of REM (M 2 O 3 when REM is represented by the symbol M) is 10. It is 50-50%, and the mass ratio of CaO is 5.0-50%, and this becomes effective as a nucleus of ferrite transformation in a particle | grain. If it is less than the lower limit of each oxide, the amount of oxide which becomes a nucleus of ferrite in particle at the time of welding is insufficient, and the improvement effect of HAZ toughness is not exhibited. On the other hand, when the upper limit of each oxide is exceeded, the oxide is coarsened, and the number of fine oxides that effectively act as a production nucleus of ferrite in the particles is reduced, so that the HAZ toughness improving effect is not effectively exhibited.
상기 ZrO2는 5% 이상이고, 10% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 13% 이상, 보다 더 바람직하게는 15% 이상이다. 한편, 상한은 50%이고, 바람직하게는 45%, 더 바람직하게는 40%이다.The ZrO 2 is at least 5%, preferably at least 10%, more preferably at least 13%, even more preferably at least 15%. On the other hand, the upper limit is 50%, preferably 45%, more preferably 40%.
상기 REM의 산화물은 10% 이상이고, 15% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20% 이상, 보다 더 바람직하게는 30% 이상이다. 한편, 상한은 50%이고, 바람직하게는 45%, 더 바람직하게는 40%이다. 한편, REM의 산화물은, REM을 기호 M으로 표시하면, 강재 중에 M2O3, M3O5, MO2 등의 형태로 존재하지만, REM의 산화물을 전부 M2O3로 환산했을 때의 양을 의미한다.The oxide of REM is 10% or more, preferably 15% or more, more preferably 20% or more, even more preferably 30% or more. On the other hand, the upper limit is 50%, preferably 45%, more preferably 40%. On the other hand, when the REM is represented by the symbol M, the oxide of REM exists in the form of M 2 O 3 , M 3 O 5 , MO 2, etc. in the steel, but when all the oxides of the REM are converted to M 2 O 3 . Means quantity.
상기 CaO는 5.0% 이상이고, 10% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15% 이상, 보다 더 바람직하게는 18% 이상이다. 한편, 상한은 50%이고, 바람직하게는 45%, 더 바람직하게는 40%, 특히 바람직하게는 30%이다.The CaO is at least 5.0%, preferably at least 10%, more preferably at least 15%, even more preferably at least 18%. On the other hand, the upper limit is 50%, preferably 45%, more preferably 40%, particularly preferably 30%.
한편, 전체 산화물 조성의 나머지 성분은 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 강재 중에 포함되는 산화물 형성 원소의 산화물(예컨대 SiO2나 Al2O3, MnO 등)을 들 수 있다.On the other hand, the remaining components of the total oxide composition are not particularly limited, and examples thereof include oxides of oxide-forming elements (for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MnO, and the like) included in the steel of the present invention.
강재에 포함되는 전체 산화물의 조성은, 강재의 표면을 예컨대 전자선 마이크로프로브 X선 분석계(Elecron Probe X-ray Micro Analyzer; EPMA)로 관찰하여, 관찰 시야 내에 보이는 산화물을 정량 분석하여 측정한다. 측정 조건의 상세한 내용은 후기하는 실시예 란에서 설명한다.The composition of all the oxides contained in the steel is measured by observing the surface of the steel with, for example, an Electron Probe X-ray Micro Analyzer (EPMA) and quantitatively analyzing the oxides visible in the observation field. The detail of a measurement condition is demonstrated in the Example column mentioned later.
[(c) 전체 산화물의 입도 분포에 대해][(c) About Particle Size Distribution of All Oxides]
다음으로, 본 발명을 특징짓는 전체 산화물(전술한 Zr?REM?Ca계 산화물에 한정되지 않고, 강재 중에 존재하는 모든 산화물)의 개수와 크기에 대해 설명한다.Next, the number and size of all the oxides (all oxides present in the steel, not limited to the Zr-REM-Ca-based oxides described above), which characterize the present invention, will be described.
본 발명의 강재에 포함되는 전체 산화물은, 원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 미세한 산화물이 관찰 시야 면적 1mm2 당 120개 이상이고, 또한 원 상당 직경으로 5.0㎛를 초과하는 조대한 산화물이 관찰 시야 면적 1mm2 당 5개 이하를 만족하고 있다.As for all the oxides contained in the steel of this invention, 120 or more fine oxides of 0.1-2.0 micrometers in circular equivalent diameter are 120 or more per 1 mm <2> observation field area, and coarse oxides larger than 5.0 micrometers in circular equivalent diameter observe field It satisfies five or less per 1mm <2> area.
본 발명자들이 전체 산화물의 입도 분포와 HAZ 인성의 관계에 대해 자세히 조사한 결과, 특히 원 상당 직경이 0.1 내지 2.0㎛인 미세한 산화물과, 5.0㎛ 초과인 조대한 산화물이, 대입열 용접의 HAZ 인성에 깊이 관여하고 있어, HAZ 인성의 향상에 크게 기여하는 것은 미세한 산화물의 개수이고, 조대한 산화물은, 취성 파괴의 기점이 되어 HAZ 인성의 저하를 초래하는 것이 밝혀졌다. 또한, 원 상당 직경으로 0.1㎛ 미만인 미세 산화물은, 산화물 분산에 의한 HAZ 인성 향상 작용에 거의 기여하지 않는 것도 밝혀졌다. 따라서, HAZ 인성을 높이기 위해서는, 미세한 산화물의 개수는 될 수 있는 한 많은 쪽이 바람직하지만, 미세한 산화물이 많아지면 이에 상관하여 조대한 산화물의 개수도 많아지는 경향이 있기 때문에, 미세한 산화물과 조대한 산화물의 개수를 적절히 제어하는 것이 필요하다.The inventors have investigated in detail the relationship between the particle size distribution of the entire oxide and the HAZ toughness, in particular, that the fine oxide having a circle equivalent diameter of 0.1 to 2.0 µm and the coarse oxide larger than 5.0 µm are deep in the HAZ toughness of the high heat input welding. It has been found that the number of fine oxides is largely contributing to the improvement of the HAZ toughness, and that the coarse oxide is a starting point of brittle fracture and causes a decrease in the HAZ toughness. It has also been found that fine oxides having a circle equivalent diameter of less than 0.1 μm contribute little to the HAZ toughness enhancing action by oxide dispersion. Therefore, in order to increase the HAZ toughness, the number of fine oxides is preferably as much as possible. However, when the number of fine oxides increases, the number of coarse oxides also tends to increase. It is necessary to control the number of.
미세한 산화물의 바람직한 개수는, 관찰 시야 면적 1mm2 당 200개 이상이고, 보다 바람직하게는 500개 이상, 보다 더 바람직하게는 1000개 이상이다.The preferable number of fine oxides is 200 or more per 1mm <2> observation field area, More preferably, it is 500 or more, More preferably, it is 1000 or more.
조대한 산화물은 적을수록 좋고, 바람직하게는 관찰 시야 면적 1mm2 당 3개 이하, 보다 바람직하게는 1개 이하, 가장 바람직하게는 0개이다. 상기 이외의 크기의 산화물 개수에 대해, 본 발명은 전혀 한정하는 것은 아니고, 상기 크기의 산화물만 제어된다면 소망하는 HAZ 인성을 얻을 수 있음을 실험에 의해 확인하고 있다.The smaller the coarse oxide is, the better. Preferably it is 3 or less, more preferably 1 or less, and most preferably 0 per 1 mm 2 observation field area. With respect to the number of oxides other than the above, the present invention is not limited at all, and it has been confirmed by experiment that the desired HAZ toughness can be obtained if only the oxides of the above sizes are controlled.
상기 「원 상당 직경」이란, 산화물의 면적이 같아지도록 상정한 원의 직경이며, 투과형 전자 현미경(TEM) 관찰면 상에서 보이는 것이다.Said "circle equivalent diameter" is a diameter of the circle assumed so that the area of an oxide may become the same, and is seen on a transmission electron microscope (TEM) observation surface.
[(d) 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D, 및 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R에 대해][(d) About the average circle equivalent diameter D of the crystal grains enclosed by the diagonal grain boundary whose crystal orientation difference is 15 degrees or more, and the ratio R of the random grain boundary occupied by the diagonal grain boundary]
본 발명의 강재는, 금속 조직을 후방 산란 전자 회절상법(EBSP법)으로 관찰했을 때에, 하기 수학식 1과 수학식 2를 만족할 필요가 있다. 두 식을 만족함으로써, 모재 자체의 피로 특성이 개선된다.The steel material of this invention needs to satisfy following formula (1) and formula (2) when a metal structure is observed by a backscattering electron diffraction image method (EBSP method). By satisfying the two equations, the fatigue property of the base material itself is improved.
상기 수학식 1에서, D는 EBSP법으로 인접하는 2개 결정의 방위차를 측정하여, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경(㎛)을 의미한다.In
본 발명에서는, D값을 25㎛ 이하로 한다. D값을 25㎛ 이하로 함으로써, 모재 자체의 인성을 확보할 수 있다. 또한, 피로 균열은, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계에서 굴곡하거나, 우회하거나, 또는 정지하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그 때문에, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자를 미세화 함으로써, 피로 균열이 굴곡?우회?정류하는 위치가 증가하고, 그 결과, 모재의 충격 특성이 상승하여, 모재 자체의 피로 특성이 양호해진다(후기 도 2 참조). 또한, 후술하는 바와 같이, 랜덤 입계의 비율 R을 소정값 이하로 저감하기 위해서는 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자를 미세화하는 것이 유효하다(후기 도 8 참조). 랜덤 입계의 비율 R은, 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자를 미세화 할수록 저감하기 쉽기 때문이다. D값은 작을수록 좋고, 바람직하게는 23㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이다. 한편, D값의 하한은, 대략 13㎛ 정도이다.In this invention, D value shall be 25 micrometers or less. By setting D value to 25 micrometers or less, the toughness of a base material itself can be ensured. In addition, it is generally known that the fatigue crack bends, bypasses, or stops at diagonal grain boundaries having a crystal orientation difference of 15 ° or more. Therefore, by miniaturizing the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary having a crystal orientation difference of 15 ° or more, the position at which the crack cracks, bypasses, and rectifies increases, and as a result, the impact property of the base material rises, and the fatigue property of the base material itself is increased. It becomes favorable (refer to a later figure 2). In addition, as described later, in order to reduce the ratio R of the random grain boundary to a predetermined value or less, it is effective to refine the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary (see later FIG. 8). This is because the ratio R of the random grain boundary is more easily reduced as the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary become smaller. The smaller the D value, the better. Preferably it is 23 micrometers or less, More preferably, it is 20 micrometers or less. In addition, the minimum of D value is about 13 micrometers.
D값은, 강재의 판 두께를 t(mm)로 했을 때에, 판 두께 방향의 t/2 위치에서의 금속 조직을 관찰하여 측정한다. t/2 위치에서의 D값을 기준으로 한 것은, 판 두께가 커질수록 변형의 부여가 어려워지므로, 금속 조직의 제어가 가장 곤란하게 되는 위치이기 때문이다. 구체적인 측정 순서는, 후기의 실시예 란에서 설명한다.D value measures and measures the metal structure in the t / 2 position of a plate | board thickness direction, when the plate | board thickness of steel materials is t (mm). The D value at the t / 2 position is based on the fact that the deformation becomes more difficult as the plate thickness increases, which is why the control of the metal structure is the most difficult. The specific measurement procedure is demonstrated in the Example column of the latter.
상기 수학식 2에서, R은, EBSP법으로 인접하는 2개 결정의 방위차를 측정했을 때에, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율(면적%)을 의미한다.In the above formula (2), R means the ratio (area%) of the random grain boundary occupied at the diagonal grain boundary where the crystal orientation difference is 15 ° or more when the azimuth difference between two adjacent crystals is measured by the EBSP method.
본 발명에서는, R값을 70면적% 이하로 한다. 상술한 바와 같이, 대각 입계는, 대응 입계와 랜덤 입계로 나뉘지만, 피로 균열이 진전하기 쉬운 랜덤 입계를 저감함으로써, 균열이 우회하는 경로가 길어져서, 균열 진전 속도를 작게 할 수 있기 때문에, 피로 특성을 개선할 수 있다. 또한, 균열의 에너지는, 전파해 나가는 과정에서 감쇠해 가기 때문에, 균열의 전파 경로를 길게 함으로써, 에너지가 감소하는 것에 의해 균열이 정지되어, 모재 자체의 피로 특성을 개선할 수 있다(후기 도 3 참조).In this invention, R value is made into 70 area% or less. As described above, the diagonal grain boundary is divided into the corresponding grain boundary and the random grain boundary, but by reducing the random grain boundary where fatigue cracks tend to grow, the path through which the crack is bypassed becomes long, so that the crack growth rate can be reduced, so that Properties can be improved. In addition, since the energy of the cracks is attenuated in the process of propagating, the cracks are stopped by decreasing the energy by lengthening the propagation path of the cracks, so that the fatigue characteristics of the base material itself can be improved (late FIG. 3). Reference).
R값은 작을수록 좋고, 바람직하게는 65면적% 이하, 보다 바람직하게는 60면적% 이하이다. 한편, R값의 하한은 대략 40면적% 정도이다.The smaller the R value is, the better it is, preferably 65 area% or less, and more preferably 60 area% or less. In addition, the minimum of R value is about 40 area%.
R값은, 강재의 판 두께를 t(mm)로 했을 때에, 판 두께 방향의 표면, t/4 위치, t/2 위치에서의 금속 조직을 각각 관찰하여 측정한다. 강재의 표면을 관찰하는 것은, 피로 균열은 강재의 표면에서 발생하기 쉽기 때문이며, t/4 위치를 관찰하는 것은, 강재 전체의 특성을 평가하는 일반적인 기준이 되는 위치이기 때문이며, t/2 위치를 관찰하는 것은, 판 두께가 클수록 변형의 부여가 어려워지므로, 금속 조직의 제어가 가장 곤란하게 되는 위치이기 때문이다. 구체적인 측정 순서는, 후기의 실시예 란에서 설명한다.When the plate | board thickness of steel materials is t (mm), R value observes and measures the metal structure in the surface of the plate | board thickness direction, t / 4 position, and t / 2 position, respectively. Observation of the surface of the steel is because fatigue cracking is likely to occur on the surface of the steel, and observation of the t / 4 position is because it is a general reference point for evaluating the characteristics of the entire steel. The reason for this is that the larger the plate thickness, the harder the deformation is, and therefore, the position where control of the metal structure is most difficult. The specific measurement procedure is demonstrated in the Example column of the latter.
[(e) 평균 경도에 대해][(e) about average hardness]
본 발명에서는, 강재의 평균 경도를 170Hv 이상으로 한다. 강재를 어느 정도 딱딱하게 함으로써, 입계를 진전하기 어렵게 된 균열이 입자 내를 진전하는 경우에도, 입자 내를 진전하는 속도를 작게 할 수 있다. 그 결과, 강재 내를 진전하는 균열의 진전 속도를 작게 할 수 있다(후기 도 4 참조).In this invention, the average hardness of steel materials shall be 170 Hv or more. By hardening a steel material to some extent, even when the crack which became difficult to advance a grain boundary advances in an inside of a particle | grain, the speed which advances in an inside of a particle can be made small. As a result, the growth rate of the crack which advances in steel materials can be made small (refer FIG. 4 later).
평균 경도는 클수록 좋고, 바람직하게는 180Hv 이상, 보다 바람직하게는 190Hv 이상, 보다 더 바람직하게는 200Hv 이상이다.The larger the average hardness is, the better, preferably at least 180 Hv, more preferably at least 190 Hv, even more preferably at least 200 Hv.
강재의 평균 경도를 170Hv 이상으로 하기 위해서는, 금속 조직은 베이나이트 주체로 할 것이 권해진다. 금속 조직에서 차지하는 페라이트 분율이 높아지면, 강재의 경도는 작아지는 경향이 있기 때문이다. 베이나이트 주체란, 금속 조직을 전자 현미경으로 관찰했을 때에, 베이나이트 분율이 약 60면적% 이상인 것을 의미한다. 한편, 평균 경도의 상한은 대략 260Hv 정도이다. 너무 딱딱해지면, 균열이 입자 내를 진전하지 않아, 균열 진전 속도를 작게 하기 어려워지기 때문이다. 이 평균 경도의 상한은 베이나이트 조직의 평균 경도와 거의 같은 값이다.In order to make the average hardness of
강재의 경도는, 강재의 판 두께를 t(mm)로 했을 때에, 판 두께 방향의 t/2 위치에서 측정한다. t/2 위치에서의 경도를 기준으로 한 것은, 판 두께가 커질수록 판 두께의 중앙까지의 냉각이 곤란해져서, 금속 조직을 적절히 제어하기 어렵기 때문이다. 일반적으로, 강재의 경도는, 금속 조직의 형태에 의존하고, 금속 조직의 형태는 냉각 속도에 의존하기 때문이다. 구체적인 측정 순서는, 후기의 실시예 란에서 설명한다.The hardness of a steel material is measured at the t / 2 position of a plate thickness direction, when making the plate | board thickness of steel materials t (mm). The hardness at the t / 2 position is based on the fact that as the plate thickness increases, cooling to the center of the plate thickness becomes difficult, and it is difficult to properly control the metal structure. In general, the hardness of the steel depends on the form of the metal structure, and the form of the metal structure depends on the cooling rate. The specific measurement procedure is demonstrated in the Example column of the latter.
다음으로, 본 발명의 강재(모재)에서의 성분 조성에 대해 설명한다. 본 발명의 강재는, 기본 성분으로서, C: 0.02 내지 0.12%, Si: 0.02 내지 0.5%, Mn: 1 내지 2%, Zr: 0.0002 내지 0.050%, REM: 0.0002 내지 0.050%, Ca: 0.0005 내지 0.010%, Ti: 0.005 내지 0.02%, N: 0.0040 내지 0.01%, O: 0.0005 내지 0.010%, P: 0.02% 이하, S: 0.015% 이하, Al: 0.05% 이하(0%를 포함함)를 만족한다. 이러한 범위를 정한 이유는 이하와 같다.Next, the component composition in the steel material (base material) of this invention is demonstrated. Steel materials of the present invention, as a basic component, C: 0.02 to 0.12%, Si: 0.02 to 0.5%, Mn: 1 to 2%, Zr: 0.0002 to 0.050%, REM: 0.0002 to 0.050%, Ca: 0.0005 to 0.010 %, Ti: 0.005 to 0.02%, N: 0.0040 to 0.01%, O: 0.0005 to 0.010%, P: 0.02% or less, S: 0.015% or less, Al: 0.05% or less (including 0%) . The reason for determining this range is as follows.
C는, 강재(모재)의 강도를 확보하기 위해 뺄 수 없는 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, 0.02% 이상 함유시킬 필요가 있다. C는, 0.04% 이상 함유시키는 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 그러나, C가 0.12%를 초과하면, 용접 시에 HAZ에 섬상 마텐자이트(MA)를 많이 생성하여 HAZ의 인성 열화를 초래할 뿐만 아니라, 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서, C는 0.12% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 보다 바람직하게는 0.08% 이하로 한다.C is an element which cannot be removed in order to secure the strength of the steel material (base material). In order to exhibit such an effect, it is necessary to contain 0.02% or more. C is preferably 0.04% or more, more preferably 0.05% or more. However, when C exceeds 0.12%, not only does the island-like martensite (MA) generate | occur | produce in HAZ at the time of welding, but also leads to toughness deterioration of HAZ, and also adversely affects weldability. Therefore, C is at most 0.12%, preferably at most 0.1%, more preferably at most 0.08%.
Si는, 고용 강화에 의해 강재의 강도를 확보하는데 기여하는 원소이다. 그러나, Si가 0.5%를 초과하면, 용접 시에 HAZ에 섬상 마텐자이트(MA)를 많이 생성하여 HAZ 인성의 열화를 초래할 뿐만 아니라, 용접성에도 악영향을 미친다. 따라서, Si는 0.5% 이하로 한다. 바람직하게는 0.3% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.2% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.18% 이하이다. 한편, Si를 첨가하여 강재의 강도를 확보하기 위해서는, 0.02% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.1% 이상 함유시키는 것이 좋다.Si is an element which contributes to securing the strength of steel by solid solution strengthening. However, when Si exceeds 0.5%, not only the island-like martensite (MA) is generated in the HAZ during welding, but also deteriorates the toughness of the HAZ, and also adversely affects the weldability. Therefore, Si is made into 0.5% or less. Preferably it is 0.3% or less, More preferably, it is 0.2% or less, More preferably, it is 0.18% or less. On the other hand, in order to add Si to secure the strength of the steel, it is preferable to contain 0.02% or more, more preferably 0.05% or more, even more preferably 0.1% or more.
Mn은 강재(모재)의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘하기 위해서는 1% 이상 함유시킬 필요가 있다. Mn은 바람직하게는 1.2% 이상, 보다 바람직하게는 1.4% 이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나, 2%를 초과하면, 강재(모재)의 용접성을 열화시킨다. 따라서, Mn은 2% 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 1.8% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.6% 이하로 한다.Mn is an element which contributes to the strength improvement of steel materials (base materials). In order to exhibit these effects effectively, it is necessary to contain 1% or more. Mn is preferably 1.2% or more, more preferably 1.4% or more. However, if it exceeds 2%, the weldability of the steel material (base material) is deteriorated. Therefore, Mn needs to be suppressed to 2% or less. Preferably it is 1.8% or less, More preferably, you may be 1.6% or less.
Zr은 ZrO2를 생성시키는데 필요한 원소이다. ZrO2를 함유함으로써, 산화물이 미세 분산되기 쉬워지고, 이 미세분산된 산화물이 입자 내 페라이트의 생성핵이 되기 때문에 HAZ 인성의 향상에 기여한다. 그러나, Zr이 0.0002% 미만이면, 상기 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 적어지기 때문에 HAZ 인성을 향상시킬 수 없다. 따라서, Zr은 0.0002% 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상으로 한다. 그러나, Zr을 지나치게 첨가하면 조대한 산화물이 많이 생성되어 HAZ 인성이 열화된다. 또한, 석출 강화를 가져오는 미세한 Zr 탄화물을 형성하여, 모재 자체의 인성 저하를 초래한다. 따라서, Zr은 0.050% 이하로 억제한다. 바람직하게는 0.04% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.008% 이하로 한다.Zr is an element necessary to produce ZrO 2 . By containing ZrO 2 , oxides tend to be finely dispersed, and the finely dispersed oxides become nuclei for ferrite in the particles, thereby contributing to the improvement of HAZ toughness. However, when Zr is less than 0.0002%, HAZ toughness cannot be improved because the amount of fine oxides that form nuclei of ferrite in the particles decreases. Therefore, it is necessary to contain Zr 0.0002% or more. Preferably it is 0.0005% or more, More preferably, you may be 0.0010% or more. However, excessive addition of Zr produces many coarse oxides and deteriorates HAZ toughness. In addition, it forms a fine Zr carbide which brings precipitation strengthening, leading to a decrease in toughness of the base material itself. Therefore, Zr is suppressed to 0.050% or less. Preferably it is 0.04% or less, More preferably, you may be 0.01% or less, More preferably, you may be 0.008% or less.
REM(희토류 원소)과 Ca은, 각각의 산화물을 생성시키는데 필요한 원소이다. 이들의 산화물을 함유함으로써, 산화물이 미세 분산되기 쉬워지고, 이 미세 분산된 산화물이 입자 내 페라이트의 생성핵이 되기 때문에 HAZ 인성의 향상에 기여한다.REM (rare earth element) and Ca are elements necessary for producing each oxide. By containing these oxides, the oxides tend to be finely dispersed, and the finely dispersed oxides become the nuclei of ferrite in the particles, thereby contributing to the improvement of the HAZ toughness.
REM은 0.0002% 이상 함유시켜야 하고, 바람직하게는 0.0005% 이상, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 그러나, REM을 과잉으로 첨가하면, 조대한 산화물이 형성되어 HAZ 인성이 도리어 열화된다. 따라서, REM은 0.050% 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.04% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01% 이하이다.REM should be contained at least 0.0002%, preferably at least 0.0005%, more preferably at least 0.0010%, even more preferably at least 0.0015%. However, when REM is excessively added, coarse oxides are formed and HAZ toughness deteriorates on the contrary. Therefore, REM should be suppressed to 0.050% or less. Preferably it is 0.04% or less, More preferably, it is 0.01% or less.
한편, 본 발명에 있어서, REM이란, 란타노이드 원소(La에서 Ln까지의 15원소) 및 Sc(스칸듐)과 Y(이트륨)을 포함하는 의미이다. 이러한 원소 중에서도, La, Ce 및 Y으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 La 및/또는 Ce을 함유하는 것이 좋다.In the present invention, REM means a lanthanoid element (15 elements from La to Ln) and Sc (scandium) and Y (yttrium). Among these elements, it is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of La, Ce and Y, and more preferably La and / or Ce.
Ca은 0.0005% 이상 함유시켜야 하고, 바람직하게는 0.001% 이상, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 그러나, Ca을 과잉으로 첨가하면, 조대한 산화물이 형성되어 HAZ 인성이 도리어 열화된다. 따라서, Ca은 0.010% 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 0.008% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.005% 이하이다.Ca should be contained 0.0005% or more, preferably 0.001% or more, and more preferably 0.0015% or more. However, when Ca is excessively added, coarse oxides are formed and HAZ toughness is deteriorated. Therefore, Ca needs to be suppressed to 0.010% or less. Preferably it is 0.008% or less, More preferably, it is 0.005% or less.
Ti은 강재 중에 TiN 등의 질화물이나 Ti 산화물을 생성하여, HAZ 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti은 0.005% 이상함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.007% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상으로 한다. 그러나, Ti을 과잉으로 첨가하면 강재(모재)의 인성을 열화시키기 때문에, Ti은 0.02% 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.018% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.017% 이하이다.Ti is an element that forms nitrides such as TiN and Ti oxides in steel and contributes to the improvement of HAZ toughness. In order to exhibit such an effect, Ti needs to be contained 0.005% or more. Preferably it is 0.007% or more, More preferably, you may be 0.010% or more. However, excessive addition of Ti deteriorates the toughness of the steel (base metal), and therefore Ti should be suppressed to 0.02% or less. Preferably it is 0.018% or less, More preferably, it is 0.017% or less.
N는, 질화물(예컨대, ZrN이나 TiN 등)을 석출하는 원소이며, 상기 질화물은, 자속 고정 효과(flux pinning)에 의해, 용접 시에 HAZ에 생성되는 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하여 페라이트 변태를 촉진하여, HAZ 인성의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.0040% 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.006% 이상이다. N는 많을 수록 Ti 함유 질화물을 형성하여 오스테나이트 입자의 미세화가 촉진되기 때문에, HAZ의 인성 향상에 유효하게 작용한다. 그러나, N이 0.01%를 초과하면, 고용 N량이 증대해 모재 자체의 인성이 열화되어, HAZ 인성도 저하된다. 따라서, N는 0.01% 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 0.0095% 이하, 보다 바람직하게는 0.009% 이하로 한다.N is an element that precipitates nitride (eg, ZrN, TiN, etc.), and the nitride is ferritic transformation by preventing flux coarsening of austenite particles generated in HAZ during welding by flux pinning. By promoting it, it contributes to the improvement of HAZ toughness. In order to exhibit these effects effectively, it is necessary to contain 0.0040% or more. Preferably it is 0.005% or more, More preferably, it is 0.006% or more. As the N content increases, the Ti-containing nitride is formed to promote the miniaturization of the austenite particles. Therefore, N effectively acts to improve the toughness of the HAZ. However, when N exceeds 0.01%, the amount of solid solution N increases, the toughness of the base material itself deteriorates, and HAZ toughness also falls. Therefore, N needs to be suppressed to 0.01% or less. Preferably it is 0.0095% or less, More preferably, you may be 0.009% or less.
O(산소)는, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물을 생성시키기 위해 필요한 원소이다. 그러나, O가 0.0005% 미만이면, 상기 미세한 산화물량이 부족해져서, HAZ 인성을 향상시킬 수 없다. 따라서, O는 0.0005% 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.0010% 이상, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 산화물이 조대화되어 HAZ 인성을 도리어 열화시킨다. 따라서, O는 0.010% 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.008% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.005% 이하이다.O (oxygen) is an element necessary for producing a fine oxide that becomes a nucleus of ferrite in particles that contributes to the improvement of HAZ toughness. However, if O is less than 0.0005%, the fine oxide amount is insufficient, and HAZ toughness cannot be improved. Therefore, O needs to be contained 0.0005% or more. Preferably it is 0.0010% or more, More preferably, it is 0.0015% or more. However, excessive addition leads to coarsening of the oxides, which deteriorates HAZ toughness. Therefore, O should be suppressed to 0.010% or less. Preferably it is 0.008% or less, More preferably, it is 0.005% or less.
P는, 편석하기 쉬운 원소이며, 특히 강재 중의 결정 입계에 편석하여 모재의 인성을 열화시킨다. 따라서, P는 0.02% 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.018% 이하, 보다 바람직하게는 0.015% 이하로 한다.P is an element which is easy to segregate, and in particular, it segregates at grain boundaries in steel materials and deteriorates the toughness of the base material. Therefore, P should be suppressed to 0.02% or less. Preferably it is 0.018% or less, More preferably, you may be 0.015% or less.
S는, Mn과 결합하여 황화물(MnS)을 생성하여, 모재의 인성이나 판 두께 방향의 연성을 열화시키는 유해한 원소이다. 따라서, S는 0.015% 이하로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.012% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.008% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.006% 이하이다.S is a harmful element that combines with Mn to form sulfide (MnS), which degrades the toughness of the base material and the ductility in the sheet thickness direction. Therefore, S should be suppressed to 0.015% or less. Preferably it is 0.012% or less, More preferably, it is 0.008% or less, More preferably, it is 0.006% or less.
Al은, 탈산력이 강하여, 탈산제로서 작용하는 원소이다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 산화물을 환원하여, HAZ 인성의 향상에 기여하는 상기 Zr?REM?Ca계 산화물을 생성하기 어렵게 한다. 따라서, Al은 0.05% 이하로 억제할 필요가 있다. Al은, 바람직하게는 0.04% 이하, 보다 바람직하게는 0.035% 이하이다. 한편, Al은 0%여도 된다.Al is an element having a strong deoxidizing power and acting as a deoxidizing agent. However, when excessively added, the oxide is reduced, making it difficult to produce the Zr-REM-Ca oxide which contributes to the improvement of HAZ toughness. Therefore, Al needs to be suppressed to 0.05% or less. Al becomes like this. Preferably it is 0.04% or less, More preferably, it is 0.035% or less. In addition, Al may be 0%.
본 발명의 강재는, 상기 원소를 필수 성분으로서 함유하는 것이고, 잔부는 철 및 불가피 불순물(예컨대, Mg나 As, Se 등)일 수도 있다.The steel material of this invention contains the said element as an essential component, and remainder may be iron and an unavoidable impurity (for example, Mg, As, Se, etc.).
본 발명의 강재는, 또한 기타 원소로서, 강재의 강도를 향상시키는 원소(Ni, Cu, Cr, Mo)나 HAZ 인성을 더 향상시키는 원소(Nb, V, B) 등을 함유시키는 것도 유효하다. 구체적으로는,The steel of the present invention is also effective to contain, as other elements, an element (Ni, Cu, Cr, Mo) for improving the strength of the steel, or an element (Nb, V, B) for further improving the HAZ toughness. Specifically,
(1) Ni: 0.4% 이하, Cu: 0.3% 이하, Cr: 1.5% 이하, 및 Mo: 1% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소,(1) at least one element selected from the group consisting of Ni: 0.4% or less, Cu: 0.3% or less, Cr: 1.5% or less, and Mo: 1% or less,
(2) Nb: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, 및 B: 0.005% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 등을 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 범위를 정한 이유는 이하와 같다.(2) It is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less, and B: 0.005% or less. The reason for determining this range is as follows.
[(1) Ni, Cu, Cr, Mo][(1) Ni, Cu, Cr, Mo]
Ni, Cu, Cr, 및 Mo은, 모두 강재의 강도를 높이는데 기여하는 원소이며, 각각 단독으로 또는 복합하여 첨가할 수 있다.Ni, Cu, Cr, and Mo are all elements which contribute to raising the intensity | strength of steel materials, and can be added individually or in combination, respectively.
특히, Ni은, 강재의 강도를 높이는 동시에, 강재 자체의 인성을 향상시키는 것에도 기여하는 원소이다. 이러한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.2% 이상이다. Ni은 가능한 한 함유시키는 것이 바람직하지만, 고가의 원소이기 때문에, 과잉으로 함유하면 비용이 높아진다. 따라서, 경제적 이유에서 상한은 0.4%로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.38% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.35% 이하이다.In particular, Ni is an element that contributes to increasing the strength of the steel and improving the toughness of the steel itself. In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain 0.05% or more. More preferably, it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.2% or more. It is preferable to contain Ni as much as possible, but since it is an expensive element, when it contains excessively, cost will become high. Therefore, for economic reasons, the upper limit is preferably 0.4%. More preferably, it is 0.38% or less, More preferably, it is 0.35% or less.
Cu는, 고용 강화하여 강재의 강도를 높이는 원소이다. 이러한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.2% 이상이다. 그러나, 0.3%를 초과하여 함유하면 강재의 인성이 열화되기 때문에, Cu는 0.3% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.28% 이하이며, 보다 더 바람직하게는 0.25% 이하이다.Cu is an element which solid-solution strengthens and raises the strength of steel materials. In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain 0.05% or more. More preferably, it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.2% or more. However, since the toughness of steel materials deteriorates when it contains exceeding 0.3%, Cu is preferable to be 0.3% or less. More preferably, it is 0.28% or less, More preferably, it is 0.25% or less.
Cr은, 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.5% 이상이다. 그러나, Cr이 1.5%를 초과하면, 강재(모재)의 강도를 현저하게 너무 높여 모재 인성이 열화되기 때문에 HAZ 인성이 저하된다. 따라서, Cr은 1.5% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.2% 이하, 보다 더 바람직하게는 1% 이하이다.It is preferable to contain Cr 0.1% or more. More preferably, it is 0.2% or more, More preferably, it is 0.5% or more. However, when Cr exceeds 1.5%, HAZ toughness is lowered because the strength of the steel (base material) is significantly increased so that the toughness of the base material is degraded. Therefore, Cr is preferably at most 1.5%. More preferably, it is 1.2% or less, More preferably, it is 1% or less.
Mo은, 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.3% 이상이다. 그러나, 1%를 초과하면, 강재(모재)의 강도가 현저하게 너무 높아져 모재 인성이 도리어 열화되기 때문에 HAZ 인성도 저하된다. 따라서, Mo은 1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.7% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.5% 이하이다.It is preferable to contain Mo 0.1% or more. More preferably, it is 0.2% or more, More preferably, it is 0.3% or more. However, if it exceeds 1%, the strength of the steel (base material) becomes significantly too high and the base material toughness deteriorates rather than the HAZ toughness. Therefore, it is preferable to make
[(2) Nb, V, B][(2) Nb, V, B]
Nb, V, B는, 모두 HAZ 인성을 향상시키는 원소이며, 각각 단독으로 또는 복합하여 첨가할 수 있다.Nb, V, and B are all elements which improve HAZ toughness, and can be added alone or in combination.
특히 Nb와 V는, 고용에 의한 솔루트 드래그(solute drag) 효과와 탄질화물의 석출에 의한 자속 고정 효과에 의해 압연 전의 슬래브 가열 시에 오스테나이트 입자가 조대화되는 것을 억제하여, 조직을 미세화하여 HAZ 인성을 향상시키는 작용을 하는 원소이다.In particular, Nb and V suppress the coarsening of austenite particles during slab heating before rolling due to the solute drag effect due to solid solution and the flux fixation effect due to precipitation of carbonitride, thereby miniaturizing the structure. An element that acts to improve HAZ toughness.
Nb 첨가에 의한 이러한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.002% 이상함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.008% 이상이다. 그러나, Nb가 0.1%를 초과하면, 석출하는 탄질화물이 조대화되어 모재의 인성이 열화된다. 따라서, Nb는 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.08% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.05% 이하이다.In order to effectively exhibit such an effect by Nb addition, it is preferable to contain 0.002% or more. More preferably, it is 0.005% or more, More preferably, it is 0.008% or more. However, when Nb exceeds 0.1%, precipitated carbonitrides coarsen and deteriorate the toughness of the base metal. Therefore, Nb is preferably made 0.1% or less. More preferably, it is 0.08% or less, More preferably, it is 0.05% or less.
V도 Nb와 같이, 0.1%를 초과하여 첨가하면, 석출하는 탄질화물이 조대화되어 모재의 인성이 열화된다. 따라서, V는 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.08% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.05% 이하이다. 한편, V 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.002% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.01% 이상이다.If V is added in excess of 0.1% as in Nb, the deposited carbonitride is coarsened and the toughness of the base material is deteriorated. Therefore, V is preferably made 0.1% or less. More preferably, it is 0.08% or less, More preferably, it is 0.05% or less. On the other hand, in order to exhibit the effect | action by V addition effectively, it is preferable to contain 0.002% or more. More preferably, it is 0.005% or more, More preferably, it is 0.01% or more.
한편, B는, 입계 페라이트의 생성을 억제하여 HAZ 인성을 향상시키는 원소이다. 그러나, B가 0.005%를 초과하면, 오스테나이트 입자계에 BN으로서 석출되어 HAZ 인성의 저하를 초래한다. 따라서, B는 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.004% 이하이다. 한편, B 첨가에 의한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.001% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다.On the other hand, B is an element which suppresses generation of grain boundary ferrite and improves HAZ toughness. However, when B exceeds 0.005%, it precipitates as BN in an austenite grain boundary and causes the fall of HAZ toughness. Therefore, it is preferable to make B into 0.005% or less. More preferably, it is 0.004% or less. On the other hand, in order to exhibit the effect by B addition effectively, it is preferable to contain 0.001% or more. More preferably, it is 0.0015% or more.
다음으로, 본 발명의 강재를 제조함에 있어서, 적합하게 채용할 수 있는 제법에 대해 설명한다.Next, the manufacturing method which can be suitably employ | adopted in manufacturing the steel material of this invention is demonstrated.
우선, 주조에 있어서는, 용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060%의 범위로 조정한 후, 용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070%의 범위로 조정하고 나서, Ti, 이어서 Zr, REM 및 Ca을 첨가하여 성분 조성으로 조정한다. 이것에 의해 상기 (a) 내지 (c)의 요건을 만족시킬 수 있다.First, in casting, after adjusting the dissolved oxygen amount of molten steel to the range of 0.0010 to 0.0060%, after stirring molten steel and floating-separating oxide in molten steel, the total oxygen amount is adjusted to 0.0010 to 0.0070%, and then Ti, Zr, REM and Ca are added to adjust to the component composition. Thereby, the requirements of (a) to (c) can be satisfied.
이어서, 열간 압연을 할 때는, 강편(鋼片)을 1100 내지 1250℃로 가열한 후, 1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 평균 냉각 속도가 1.5℃/초 이상이 되도록 냉각하면서 누적 압하율이 40% 이상이 되도록 제 1 압연(조압연에 상당)을 행하고, 이어서 Ar3점+100℃ 이하, Ar3점을 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 최대 압하율이 12% 이하, 누적 압하율이 50% 이상이 되도록 제 2 압연(마무리 압연에 상당)을 행한 후, 표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 평균 냉각 속도 5℃/초 이상으로 냉각한다. 이것에 의해 상기 (d), (e)의 요건을 만족시킬 수 있다.Then, when the hot rolling, the slabs (鋼片) After heating to the 1100 to 1250 ℃, 1050 ℃ or less, Ar 3 point + in the temperature range exceeding 100 ℃ 1 pass 1.5 ℃ / average cooling rate per second First rolling (corresponding to rough rolling) is carried out so that the cumulative reduction ratio is 40% or more while cooling to the above-mentioned, and then the maximum reduction ratio per pass in the temperature range exceeding Ar 3 point + 100 ° C or less and Ar 3 point. After performing 2nd rolling (equivalent to finishing rolling) so that 12% or less of this cumulative reduction may be 50% or more, it cools to an average cooling rate of 5 degrees C / sec or more to the temperature range which surface temperature becomes 500 degrees C or less. Thereby, the requirements of (d) and (e) can be satisfied.
본 발명의 제법의 개략을 설명하면 다음과 같다.The outline of the production method of the present invention is as follows.
우선, 용존 산소량과 전체 산소량을 조정한 용강에, 소정의 순서로 소정의 합금 원소를 첨가함으로써, 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 원하는 산화물을 생성시킬 수 있다. 특히 본 발명에서는, 조대한 산화물이 생성되지 않도록, 용존 산소량을 조정한 후 전체 산소량을 조정하는 것이 매우 중요하다.First, by adding a predetermined alloy element to a molten steel in which the dissolved oxygen amount and the total oxygen amount are adjusted in a predetermined order, it is possible to produce a desired oxide serving as a nucleus of ferrite in the particles. In particular, in the present invention, it is very important to adjust the total amount of oxygen after adjusting the amount of dissolved oxygen so that coarse oxide is not produced.
용존 산소란, 산화물을 형성하고 있지 않고, 용강 중에 존재하는 자유로운 상태의 산소를 의미한다. 전체 산소란, 용강에 포함되는 모든 산소, 즉, 프리 산소와 산화물을 형성하고 있는 산소의 총합을 의미한다.Dissolved oxygen means oxygen in the free state which does not form oxide and exists in molten steel. Total oxygen means the sum total of all the oxygen contained in molten steel, ie, the oxygen which forms free oxygen and oxide.
이어서, 주조하여, 얻어진 강편을 열간 압연하지만, 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 하고, 또한 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 70면적% 이하로 하기 위해서는, 제 2 압연으로서 규정하는 바와 같이, Ar3점+100℃에서 Ar3점까지의 온도 영역에 있어서 1패스 당 최대 압하율을 12% 이하, 누적 압하율을 50% 이상으로 제어하여 열간 압연하는 것이 중요하다. 그리고, 이 온도 영역에서의 열간 압연으로 R≤70면적%를 달성하면서 D≤25㎛를 만족시키기 위해서는, 제 1 압연으로서 규정하는 바와 같이, 1050℃에서 Ar3점+100℃까지의 온도 영역에서 1패스 당의 평균 냉각 속도가 1.5℃/초 이상이 되도록 냉각하면서 누적 압하율이 40% 이상이 되도록 압연을 행한다. 이와 같이 제 1 압연을 행하여, 오스테나이트(Y) 입경을 50㎛ 이하로 해 놓음으로써, 제 1 압연에 이은 제 2 압연에서 금속 조직이 적절히 제어되어, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하도록 조정된다. 이하, 본 발명의 제법에 대해 순서에 따라 자세히 설명한다.Subsequently, although the steel piece obtained by casting is hot-rolled, in order to make the average circle equivalent diameter D of the crystal grain enclosed by diagonal grain boundary to 25 micrometers or less, and to make ratio R of the random grain boundary occupied by diagonal grain boundary to 70 area% or less, the controls, first the maximum reduction ratio per pass to 12%, the cumulative rolling reduction in the temperature range of from Ar 3 point in the Ar 3 point + 100 ℃, as defined as a second rolling with 50% or more to the hot rolling It is important. And, in order while still achieving the R≤70 area% in the hot rolling in the temperature range to satisfy D≤25㎛, as to define a first rolled, in a temperature range of from 1050 ℃ to Ar 3 point + 100 ℃ Rolling is performed such that the cumulative reduction ratio is 40% or more while cooling so that the average cooling rate per one pass is 1.5 ° C / sec or more. Thus, by performing 1st rolling and making austenite (Y)
우선, 용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060%의 범위로 조정한다. 용강의 용존 산소량이 0.0010% 미만이면, 용강 중의 용존 산소량이 부족하기 때문에, 입자 내 페라이트 변태의 핵이 되는 Zr?REM?Ca계 산화물을 소정량 확보할 수 없어, 우수한 HAZ 인성을 얻을 수 없다. 또한, 용존 산소량이 부족하면, 산화물을 형성할 수 없던 Zr이 탄화물을 형성하거나, REM이나 Ca이 황화물을 형성하기 때문에, 모재 자체의 인성을 열화시키는 원인이 된다. 따라서, 상기 용존 산소량은 0.0010% 이상으로 한다. 상기 용존 산소는, 바람직하게는 0.0013% 이상, 보다 바람직하게는 0.0020% 이상이다.First, the dissolved oxygen amount of molten steel is adjusted to 0.0010 to 0.0060% of range. If the amount of dissolved oxygen in molten steel is less than 0.0010%, the amount of dissolved oxygen in molten steel is insufficient, so that a predetermined amount of Zr-REM-Ca oxide, which is a nucleus of ferrite transformation in particles, cannot be secured, and excellent HAZ toughness cannot be obtained. If the amount of dissolved oxygen is insufficient, Zr, which cannot form oxides, forms carbides, or REM or Ca forms sulfides, which causes deterioration of the toughness of the base material itself. Therefore, the said dissolved oxygen amount shall be 0.0010% or more. The dissolved oxygen is preferably 0.0013% or more, and more preferably 0.0020% or more.
한편, 상기 용존 산소량이 0.0060%를 초과하면, 용강 중의 산소량이 너무 많기 때문에, 용강 중의 산소와 상기 원소의 반응이 심해져서 용제 작업상 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 조대한 산화물이 생성되어 도리어 HAZ 인성을 열화시킨다. 따라서, 상기 용존 산소량은 0.0060% 이하로 억제해야 한다. 상기 용존 산소량은, 바람직하게는 0.0055% 이하, 보다 바람직하게는 0.0053% 이하로 한다.On the other hand, if the amount of dissolved oxygen exceeds 0.0060%, the amount of oxygen in molten steel is too high, so that the reaction of oxygen in the molten steel with the element becomes severe, which is undesirable in solvent operation, and coarse oxides are formed, and thus HAZ toughness is produced. Deteriorate Therefore, the dissolved oxygen amount should be suppressed to 0.0060% or less. The dissolved oxygen amount is preferably 0.0055% or less, and more preferably 0.0053% or less.
그런데, 전로나 전기로에서 일차 정련된 용강 중의 용존 산소량은, 보통 0.010%를 초과하고 있다. 그래서, 본 발명의 제법에서는, 용강 중의 용존 산소량을 어떠한 방법으로 상기 범위로 조정할 필요가 있다.By the way, the amount of dissolved oxygen in the molten steel refine | purified primarily by the converter and the electric furnace usually exceeds 0.010%. Therefore, in the manufacturing method of this invention, it is necessary to adjust the dissolved oxygen amount in molten steel to the said range by some method.
용강 중의 용존 산소량을 조정하는 방법으로는, 예컨대 RH식 탈가스 정련 장치를 사용하여 진공 C 탈산하는 방법이나, Si나 Mn, Ti, Al 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법 등을 들 수 있고, 이러한 방법을 적절히 조합하여 용존 산소량을 조정할 수도 있다. 또한, RH식 탈가스 정련 장치 대신에, 취과(取鍋) 가열식 정련 장치나 간이식 용강 처리 설비 등을 사용하여 용존 산소량을 조정할 수도 있다. 이 경우, 진공 C 탈산에 의한 용존 산소량의 조정은 할 수 없기 때문에, 용존 산소량의 조정에는 Si 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법을 채용하면 좋다. Si 등의 탈산성 원소를 첨가하는 방법을 채용할 때는, 전로로부터 취과로 출강할 때에 탈산성 원소를 첨가해도 상관없다.As a method of adjusting the amount of dissolved oxygen in molten steel, the method of vacuum C deoxidation using a RH type degassing refiner, the method of adding deoxidative elements, such as Si, Mn, Ti, Al, etc. are mentioned, It is also possible to adjust the dissolved oxygen amount by appropriately combining these methods. In addition, instead of the RH degassing refinery, the dissolved oxygen amount may be adjusted using a blow-up heating refining apparatus, a simple molten steel treatment plant, or the like. In this case, since the dissolved oxygen amount cannot be adjusted by vacuum C deoxidation, a method of adding a deoxidizing element such as Si may be employed to adjust the dissolved oxygen amount. When employ | adopting the method of adding deoxidizing element, such as Si, you may add a deoxidizing element at the time of tapping out from a converter to the brisk.
용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060%의 범위로 조정한 후에는 용강을 교반하여, 용강 중의 산화물을 부상 분리함으로써 용강 중의 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070%로 조정한다. 이와 같이 본 발명에서는, 용존 산소량이 적절히 제어된 용강을 교반하여, 불필요한 산화물을 제거하고 나서, Zr 등의 입자 내 페라이트 변태 핵 생성 원소를 첨가하고 있기 때문에, 조대한 산화물의 생성을 방지할 수 있다. 상술한 상기 일본 특허공개 제2007-100213호에는, 이 부상 분리 공정을 행하고 있지 않기 때문에, 조대한 산화물이 생성되어, 양호한 HAZ 인성을 확보할 수 없다(후기하는 실시예를 참조).After adjusting the dissolved oxygen amount of molten steel to the range of 0.0010 to 0.0060%, the molten steel is stirred and the oxide in molten steel is floated and separated, and the total amount of oxygen in molten steel is adjusted to 0.0010 to 0.0070%. As described above, in the present invention, since the molten steel in which the amount of dissolved oxygen is properly controlled is stirred to remove unnecessary oxide, ferrite transformation nucleation elements in particles such as Zr are added, and thus, formation of coarse oxide can be prevented. . In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2007-100213, since this flotation separation process is not performed, coarse oxides are generated, and good HAZ toughness cannot be secured (see later examples).
상기 전체 산소량이 0.0010% 미만이면, 원하는 산화물량 부족이 되기 때문에, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 산화물량을 확보할 수 없다. 따라서, 상기 전체 산소량은 0.0010% 이상으로 한다. 상기 전체 산소량은, 바람직하게는 0.0015% 이상, 보다 바람직하게는 0.0018% 이상이다.If the total amount of oxygen is less than 0.0010%, the desired amount of oxide becomes insufficient, and therefore, the amount of oxide serving as a nucleus for the formation of ferrite in the particles that contributes to the improvement of HAZ toughness cannot be ensured. Therefore, the said total amount of oxygen is made into 0.0010% or more. The total amount of oxygen is preferably 0.0015% or more, and more preferably 0.0018% or more.
한편, 상기 전체 산소량이 0.0070%를 초과하면, 용강 중의 산화물량이 과잉이 되어, 조대한 산화물이 생성되어 HAZ 인성이 열화된다. 따라서, 상기 전체 산소량은 0.0070% 이하로 억제해야 한다. 상기 전체 산소량은, 바람직하게는 0.0060% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하로 한다.On the other hand, when the total amount of oxygen exceeds 0.0070%, the amount of oxide in the molten steel becomes excessive, coarse oxide is formed, and HAZ toughness is deteriorated. Therefore, the total amount of oxygen should be suppressed to 0.0070% or less. The total amount of oxygen is preferably 0.0060% or less, and more preferably 0.0050% or less.
용강 중의 전체 산소량은, 대체로 용강의 교반 시간에 상관하여 변화되기 때문에, 교반 시간을 조정하는 등으로 제어할 수 있다. 구체적으로는, 용강을 교반하여, 부상된 산화물을 제거한 후의 용강 중의 전체 산소량을 적절히 측정하면서, 용강 중의 전체 산소량을 적절히 제어한다.Since the total amount of oxygen in molten steel changes generally with respect to the stirring time of molten steel, it can control by adjusting stirring time. Specifically, the molten steel is stirred to appropriately control the total amount of oxygen in the molten steel while appropriately measuring the total amount of oxygen in the molten steel after removing the floating oxide.
용강 중의 전체 산소량을 상기 범위로 조정한 후에는 Ti을 첨가하고, 이어서 Zr, REM 및 Ca을 첨가하고 나서 주조한다. 전체 산소량을 조정한 용강에 상기의 원소를 첨가함으로써, 소망으로 하는 입자 내 페라이트 변태의 핵이 되는 Zr?Ca?REM계 산화물이 얻어진다. Ti 산화물은, Zr?REM?Ca계 산화물에 비해 용강과의 계면 에너지가 작아서, 합금 원소를 이 순서로 첨가하면, Ti 산화물은 미세화되기 때문에, 결과적으로 HAZ 인성에 기여하는 미세한 산화물을 생성시킬 수 있다.After adjusting the total amount of oxygen in molten steel to the said range, Ti is added, and then Zr, REM, and Ca are added, and it casts. By adding said element to molten steel which adjusted the total amount of oxygen, the Zr-Ca-REM type | system | group oxide used as the nucleus of ferrite transformation in a desired particle | grain is obtained. The Ti oxide has a smaller interfacial energy with molten steel than the Zr-REM-Ca oxide, and when the alloying elements are added in this order, the Ti oxide becomes fine, and as a result, fine oxides that contribute to HAZ toughness can be produced. have.
용강에 첨가하는 REM이나 Ca, Zr, Ti의 형태는 특별히 한정되지 않고, 예컨대, REM으로서, 순 La나 순 Ce, 순 Y 등, 또는 순 Ca, 순 Zr, 순 Ti, 또한 Fe-Si-La 합금, Fe-Si-Ce 합금, Fe-Si-Ca 합금, Fe-Si-La-Ce 합금, Fe-Ca 합금, Ni-Ca 합금 등을 첨가하면 바람직하다. 또한, 용강에 미슈 메탈(misch metal)을 첨가할 수도 있다. 미슈 메탈이란, 세륨족 희토류 원소의 혼합물이며, 구체적으로는 Ce을 40 내지 50% 정도, La을 20 내지 40% 정도 함유하고 있다. 단, 미슈 메탈에는 불순물로서 Ca을 포함하는 경우가 많기 때문에, 미슈 메탈이 Ca을 포함하는 경우는 본 발명에서 규정하는 범위를 만족할 필요가 있다.The forms of REM, Ca, Zr, and Ti added to molten steel are not particularly limited. For example, as REM, pure La, pure Ce, pure Y, or the like, or pure Ca, pure Zr, pure Ti, and Fe-Si-La It is preferable to add an alloy, a Fe-Si-Ce alloy, a Fe-Si-Ca alloy, a Fe-Si-La-Ce alloy, a Fe-Ca alloy, a Ni-Ca alloy, or the like. It is also possible to add misch metal to molten steel. A misch metal is a mixture of cerium group rare earth elements, specifically, it contains about 40 to 50% of Ce and about 20 to 40% of La. However, since misch metal often contains Ca as an impurity, when misch metal contains Ca, it is necessary to satisfy the range prescribed | regulated by this invention.
본 발명에서는, 조대한 산화물의 제거를 촉진할 목적으로, Zr, REM 및 Ca을 첨가한 후는, 40분을 초과하지 않는 범위에서 용강을 교반하는 것이 바람직하다. 교반 시간이 40분을 초과하면, 미세한 산화물이 용강 중에서 응집?합체되기 때문에 산화물이 조대화되어, HAZ 인성이 열화된다. 따라서, 교반 시간은 40분 이내로 하는 것이 바람직하다. 교반 시간은, 보다 바람직하게는 35분 이내이며, 보다 더 바람직하게는 30분 이내이다. 용강의 교반 시간의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 교반 시간이 너무 짧으면 첨가 원소의 농도가 불균일해져서, 강재 전체로서 원하는 효과를 얻을 수 없다. 따라서, 용기 크기에 따른 원하는 교반 시간이 필요해진다.In this invention, after adding Zr, REM, and Ca for the purpose of promoting removal of coarse oxide, it is preferable to stir molten steel in the range which does not exceed 40 minutes. If the stirring time exceeds 40 minutes, fine oxides aggregate and coalesce in molten steel, so that the oxides coarsen and HAZ toughness deteriorates. Therefore, it is preferable to make stirring time into 40 minutes or less. Stirring time becomes like this. More preferably, it is within 35 minutes, More preferably, it is within 30 minutes. Although the lower limit of the stirring time of molten steel is not specifically limited, When stirring time is too short, the density | concentration of an additional element will become nonuniform and a desired effect as a whole steel material cannot be acquired. Therefore, the desired stirring time depends on the vessel size.
이상과 같이, Zr, REM 및 Ca을 첨가함으로써, 성분 조성이 조정된 용강을 얻을 수 있다. 얻어진 용강을 사용하여 주조하여, 강편을 얻는다.As mentioned above, molten steel with a component composition adjusted can be obtained by adding Zr, REM, and Ca. It casts using the obtained molten steel, and obtains a steel piece.
얻어진 주편(鑄片)은 열간 압연하지만, 열간 압연 시의 가열 온도는 1100 내지 1250℃로 한다. 가열 온도의 하한을 1100℃로 하는 것은, 강편의 금속 조직을 오스테나이트로 하기 위해서이다. 그러나, 가열 온도가 너무 높으면, 초기의 오스테나이트 조직이 너무 조대화되기 때문에, 변태 후의 조직을 충분히 미세화하기가 곤란해진다. 따라서, 가열 온도의 상한은 1250℃로 한다.Although the obtained slab is hot rolled, the heating temperature at the time of hot rolling shall be 1100-1250 degreeC. The lower limit of the heating temperature is set at 1100 ° C in order to make the metal structure of the steel piece austenite. However, if the heating temperature is too high, the initial austenite structure becomes too coarse, making it difficult to sufficiently refine the tissue after transformation. Therefore, the upper limit of heating temperature shall be 1250 degreeC.
가열 후는, 강편의 t/2 위치(t는 강편의 두께)의 온도가 1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 평균 냉각 속도가 1.5℃/초 이상이 되도록 냉각하면서 누적 압하율이 40% 이상이 되도록 제 1 압연을 행한다.After heating, the average cooling rate per one pass is 1.5 ° C / sec or more in the temperature range where the t / 2 position of the steel slab (t is the thickness of the steel slab) is 1050 ° C or less and exceeds Ar 3 points + 100 ° C. 1st rolling is performed so that a cumulative reduction may be 40% or more while cooling.
1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역에서 냉각하면서 압연을 행함으로써, 오스테나이트의 조대화를 방지하여 오스테나이트 입경을 50㎛ 이하로 할 수 있고, 후술하는 적절한 조건으로 제 2 압연함으로써, 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 제어할 수 있다(후기 도 6을 참조).While by 1050 ℃ or less, cooling in the temperature range exceeding the Ar 3 point + 100 ℃ the rolling line, it is possible to prevent the coarsening of austenite may be the austenite grain size to less than 50㎛, the second in an appropriate condition to be described later By rolling, the average circle equivalent diameter D of the crystal grains enclosed by the diagonal grain boundary can be controlled to 25 micrometers or less (refer FIG. 6 later).
단, 상기 온도 영역에서 압연할 때의 평균 냉각 속도가 1.5℃/초를 하회하거나, 누적 압하율이 40%를 하회하면, 오스테나이트가 조대화되어 오스테나이트 입경이 50㎛를 초과하여, 후기하는 바와 같이 적절한 조건으로 제 2 압연을 행해도 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 제어할 수 없다(후기 도 7 참조). 그 때문에, 모재의 피로 특성을 개선할 수 없다. 따라서, 상기 온도 영역에서 압연할 때의 평균 냉각 속도는 1.5℃/초 이상으로 한다. 바람직하게는 2℃/초 이상, 보다 바람직하게는 2.5℃ 이상이다.However, if the average cooling rate at the time of rolling in the said temperature range is less than 1.5 degree-C / sec, or if the cumulative reduction rate is less than 40%, austenite will coarsen and an austenite particle size will exceed 50 micrometers, and will be described later. As described above, even if the second rolling is performed under appropriate conditions, the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary cannot be controlled to 25 µm or less (see later FIG. 7). Therefore, the fatigue property of a base material cannot be improved. Therefore, the average cooling rate at the time of rolling in the said temperature range shall be 1.5 degree-C / sec or more. Preferably it is 2 degree-C / sec or more, More preferably, it is 2.5 degreeC or more.
또한, 누적 압하율은 40% 이상으로 한다. 바람직하게는 50% 이상이며, 보다 바람직하게는 60% 이상이다. 누적 압하율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 대체로 65% 정도이다.In addition, a cumulative reduction ratio is 40% or more. Preferably it is 50% or more, More preferably, it is 60% or more. The upper limit of the cumulative reduction ratio is not particularly limited, but is generally about 65%.
상기 Ar3점의 온도는, 하기 수학식 3으로부터 산출할 수 있다. 식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고, t는 제품의 마무리 두께(mm)를 의미하고 있다.The temperature of the said Ar 3 point can be computed from following formula (3). In formula, [] represents content (mass%) of each element, and t has the finishing thickness (mm) of a product.
상기 누적 압하율은, 하기 수학식 4에 의해 구해지는 값이다. t0는 강편의 평균 온도가 목적의 온도 영역에 있을 때의 압연 개시 두께(mm), t1은 강편의 평균 온도가 목적의 온도 영역에 있을 때의 압연 종료 두께(mm)를 의미한다.The cumulative reduction ratio is a value obtained by the following equation (4). t 0 is the rolling start thickness (mm), t 1 at which the average temperature of the billet is in the temperature region of the object means the rolling end thickness (mm) at which the average temperature of the billet is in the temperature region of the object.
1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역에서 제 1 압연을 행한 후에는, 연속하여 후술하는 제 2 압연을 행할 수도 있지만, 제 1 압연은, 1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역 중, 오스테나이트가 재결정하는 온도 영역에서 행하는 것이 바람직하다. 오스테나이트 재결정 온도로부터 Ar3점+100℃를 초과하는 온도(이 온도 영역을 이하, 오스테나이트 미재결정 온도 영역이라고 부르는 경우가 있음)에서 압연하기 위해서는, 압하율을 높일 필요가 있어 설비 부하가 걸린다.1050 ℃ below, subsequent to the first rolling in a temperature region exceeding the Ar 3 point + 100 ℃ is also performed a second rolling are continuously described below. However, the first rolling, 1050 ℃ or less, Ar 3 point + 100 It is preferable to carry out in the temperature range which austenite recrystallizes among the temperature range exceeding ° C. In order to roll from the austenite recrystallization temperature to more than Ar 3 point + 100 degreeC (this temperature range may be called the austenite unrecrystallization temperature range below), it is necessary to raise a reduction ratio and an installation load is applied. .
오스테나이트 재결정 온도의 상한값은, 강편의 화학 성분 조성에 의해 다소 변화되지만, 본 발명에서 대상으로 삼고 있는 강종에서는, 대체로 1060℃이다. 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 제 1 압연을 종료함으로써, 오스테나이트 입경을 작게 할 수 있다.Although the upper limit of the austenite recrystallization temperature is somewhat changed depending on the chemical composition of the steel piece, the steel grade targeted by the present invention is generally 1060 ° C. By finishing the first rolling in the austenite recrystallization temperature range, the austenite grain size can be reduced.
제 1 압연을 종료하는 온도는, 오스테나이트 재결정 온도 영역 중, 거의 하한값의 온도(오스테나이트 미재결정 영역에 도달하기 직전의 온도)로 하는 것이 바람직하다. 제 1 압연 종료 후에, 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 장시간 유지하면, 오스테나이트가 재결정하여 조대화되기 때문이다.It is preferable to make the temperature which complete | finish 1st rolling into the temperature of a substantially lower limit (temperature just before reaching an austenite uncrystallized region) in an austenite recrystallization temperature region. This is because after a long rolling in the austenite recrystallization temperature range, the austenite is recrystallized and coarsened.
제 1 압연을 종료한 후에는, 강편의 t/2 위치(t는 강편의 두께)에서의 온도가, Ar3점+100℃ 이하, Ar3점을 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 최대 압하율이 12% 이하, 누적 압하율이 50% 이상이 되도록 제 2 압연을 행한다.After finishing the first rolling, the maximum rolling reduction per pass in the temperature range where the temperature at the t / 2 position (t is the thickness of the steel sheet) of the steel piece exceeds Ar 3 points + 100 ° C. or less and Ar 3 points. 2nd rolling is performed so that 12% or less and cumulative reduction may be 50% or more.
Ar3점+100℃를 초과하는 온도에서 제 2 압연을 행하면, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자를 미세화할 수 없다. 한편, Ar3점 이하의 온도에서 제 2 압연을 행해도 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자를 미세화할 수 없고, 압연 온도가 너무 낮아서 설비 부하가 커진다.When 2nd rolling is performed at the temperature exceeding Ar <3> +100 degreeC, the crystal grain enclosed by the diagonal grain boundary whose crystal orientation difference is 15 degrees or more cannot refine | miniaturize. On the other hand, even if it carries out 2nd rolling at the temperature below Ar <3> , the crystal grain enclosed by a diagonal grain boundary cannot be refined | miniaturized and rolling temperature is too low and installation load becomes large.
상기 온도 영역에서 압연할 때의 1패스 당의 최대 압하율은 12% 이하로 한다. 최대 압하율이 12%를 초과하면, 과도의 변형이 축적되어 재결정을 일으켜, 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R이 커진다. 따라서, 최대 압하율은 12% 이하로 한다. 바람직하게는 11.5% 이하이며, 보다 바람직하게는 11% 이하이다.The maximum rolling reduction per pass when rolling in the temperature range is made 12% or less. When the maximum reduction ratio exceeds 12%, excessive strain accumulates and causes recrystallization, so that the ratio R of the random grain boundaries occupying the diagonal grain boundaries becomes large. Therefore, the maximum reduction ratio is 12% or less. Preferably it is 11.5% or less, More preferably, it is 11% or less.
상기 온도 영역에서 압연할 때의 누적 압하율은 50% 이상으로 한다. 누적 압하율이 50%를 하회하면, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D가 커지고(후기 도 5 참조), 또한 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R이 커지기 때문에, 피로 균열 진전 속도가 커져서, 모재의 피로 특성을 개선할 수 없다. 따라서, 누적 압하율은 50% 이상으로 한다. 바람직하게는 55% 이상이며, 보다 바람직하게는 60% 이상이다.The cumulative reduction ratio at the time of rolling in the said temperature range shall be 50% or more. If the cumulative reduction ratio is less than 50%, the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundaries having a crystal orientation difference of 15 ° or more becomes large (see later FIG. 5), and the ratio R of the random grain boundaries occupying the diagonal grain boundaries increases. The fatigue crack growth rate is increased, and the fatigue properties of the base metal cannot be improved. Therefore, the cumulative reduction ratio is 50% or more. Preferably it is 55% or more, More preferably, it is 60% or more.
한편, 제 1 압연을 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 종료했을 때는, 강편의 t/2 위치의 온도가 Ar3점+100℃ 이하가 되는 온도 영역까지 냉각하고 나서 제 2 압연을 개시한다.On the other hand, when 1st rolling is complete | finished in an austenite recrystallization temperature range, 2nd rolling is started after cooling to the temperature range where the temperature of the t / 2 position of a steel piece becomes Ar <3> +100 degreeC or less.
또한, 생산의 편의상, 또는 설비의 편의상, 제 1 압연 종료 후, 제 2 압연 개시까지 시간이 걸리는 경우는, 제 1 압연이 종료한 후, 빠르게 오스테나이트 미재결정 온도 영역으로 냉각하여, 이 온도 영역에서 대기시키고, 준비가 되었으면 제 2 압연을 개시하면 된다. 강편의 대기 온도를 오스테나이트 미결정 온도 영역으로 함으로써 미세화한 오스테나이트가 다시 조대화되는 것을 방지하기 위함이다.In addition, for the convenience of production or the convenience of equipment, when it takes time until the start of the second rolling after the end of the first rolling, after the end of the first rolling, it is rapidly cooled to the austenite unrecrystallized temperature region, and this temperature range After waiting, the second rolling may be started when ready. This is to prevent the micronized austenite from coarsening again by setting the atmospheric temperature of the steel piece to the austenite microcrystalline temperature range.
제 2 압연을 종료한 후에는, 강편의 표면 온도에서, Ar3점을 초과하는 온도로부터 500℃ 이하가 될 때까지 평균 냉각 속도를 5℃/초 이상으로 하여 적극 냉각(가속 냉각)한다. 냉각 개시 온도가 Ar3점을 하회하면, 페라이트가 많이 생성되어 경도를 확보할 수 없다. 따라서, 냉각 개시 온도는 Ar3점을 초과하는 온도로 한다. 한편, 냉각 정지 온도는, 변태를 완전히 완료시키기 위해 500℃ 이하로 한다.After completion of the second rolling, at the surface temperature of the steel piece, the average cooling rate is 5 ° C./sec or more from the temperature exceeding the Ar 3 point to 5 ° C./sec or more, thereby actively cooling (accelerated cooling). If the cooling start temperature below the Ar 3 point, ferrite is generated a lot can not be allocated in the hardness. Therefore, cooling start temperature shall be temperature exceeding Ar <3> point. In addition, cooling stop temperature shall be 500 degrees C or less in order to complete transformation.
Ar3점을 초과하는 온도로부터 500℃ 이하가 될 때까지의 평균 냉각 속도는 5℃/초 이상으로 한다. 평균 냉각 속도가 5℃/초를 하회하면, 페라이트가 많이 생성되어 경도를 확보할 수 없다. 따라서, 평균 냉각 속도는 5℃/초 이상으로 한다. 바람직하게는 7℃/초 이상이고, 보다 바람직하게는 9℃/초 이상이다.The average cooling rate from the temperature exceeding Ar 3 point to 500 degrees C or less shall be 5 degrees C / sec or more. If the average cooling rate is less than 5 DEG C / sec, a large amount of ferrite is produced and hardness cannot be secured. Therefore, average cooling rate shall be 5 degrees-C / sec or more. Preferably it is 7 degrees C / sec or more, More preferably, it is 9 degrees C / sec or more.
강편의 표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 냉각한 후에는, 500℃ 이상, Ac1점 미만의 온도 범위에서 뜨임 처리를 행할 수도 있다. 뜨임 처리함으로써, 압연이나 변태에 의해 도입된 변형이 소실되기 때문에, 모재 인성을 향상시킬 수 있다.After cooling to the temperature range which the surface temperature of a steel piece becomes 500 degrees C or less, tempering treatment can also be performed in the temperature range of 500 degreeC or more and less than Ac 1 point. By tempering, since the strain introduced by rolling or transformation is lost, the base metal toughness can be improved.
상기 Ac1점의 온도는, 하기 수학식 5로부터 산출할 수 있다. 식 중, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고 있다.The temperature of said Ac 1 point can be computed from following formula (5). In formula, [] has shown content (mass%) of each element.
본 발명에 따른 강재는, 예컨대 교량이나 고층 건조물, 선박 등의 구조물의 재료로서 사용할 수 있고, 소 내지 중 입열 용접은 물론, 입열량이 50kJ/mm 이상인 대입열 용접에서도 용접열 영향부의 인성 열화를 막을 수 있다.The steel according to the present invention can be used, for example, as a material for structures such as bridges, high-rise buildings, ships, and so on. You can stop it.
본 발명의 강재는, 판 두께가 약 3.0mm 이상인 후강판 등의 강재를 대상으로 하고 있다. 본 발명에 따른 우수한 HAZ 인성 향상 작용은, 판 두께가 20mm 이상(특히 40mm 이상)의 후강판으로 하고, 입열량이 50kJ/mm 이상인 대입열 용접을 행했을 때에 유효하게 발휘된다.
The steel material of this invention targets steel materials, such as a thick steel plate whose plate | board thickness is about 3.0 mm or more. The excellent HAZ toughness improvement effect which concerns on this invention is exhibited effectively when it is set as the thick steel plate of 20 mm or more (especially 40 mm or more), and the large heat input welding of 50 kJ / mm or more of heat input is performed.
[실시예][Example]
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것이 아니라, 전?후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, the following Example is not a property which limits this invention, It is also possible to change suitably and to implement in the range which may be suitable for the purpose of the previous and the later, They are all included in the technical scope of the present invention.
진공 용해로(용량 150kg)를 사용하여, 하기 표 1에 나타낸 조건으로 하기 표2에 나타낸 화학 성분(질량%)을 함유하는 공시 강(강종 a 내지 w. 잔부는 철 및 불가피 불순물)을 용제하여, 150kg의 잉곳(ingot)으로 주조하여 냉각했다. 얻어진 잉곳을 하기 표 3 또는 표 4에 나타내는 가열 온도로 가열한 후, 슬래브의 t/2 위치(t는 슬래브의 두께. 이하 동일)에서의 평균 온도가 1050℃ 이하가 될 때까지 냉각하고, 이어서 열간 압연하여 제품 두께가 10 내지 80mm인 압연재를 제조했다. 이하, 제조 조건에 대해 구체적으로 설명한다.By using a vacuum melting furnace (
진공 용해로에서 공시 강을 용제함에 있어서는, Ti, Zr, Al, REM 및 Ca 이외의 원소에 대해 성분 조정하는 동시에, C, Si 및 Mn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 사용하여 탈산하여 용강의 용존 산소량을 조정했다. 조정 후의 용존 산소량(ppm)을 하기 표 1에 나타낸다.In dissolving the test steel in a vacuum furnace, the amount of dissolved oxygen in the molten steel is deoxidized using at least one element selected from C, Si, and Mn while simultaneously adjusting the components for elements other than Ti, Zr, Al, REM, and Ca. Adjusted. The dissolved oxygen amount (ppm) after adjustment is shown in Table 1 below.
용존 산소량을 조정한 용강을 1 내지 10분 정도 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 용강의 전체 산소량을 조정했다. 조정 후의 전체 산소량(ppm)을 하기 표 1에 나타낸다.The total amount of oxygen in molten steel was adjusted by stirring molten steel which adjusted the amount of dissolved oxygen for about 1 to 10 minutes, and floating the oxide in molten steel. The total amount of oxygen (ppm) after the adjustment is shown in Table 1 below.
전체 산소량을 조정한 용강에 Ti을 첨가한 후, Zr, REM 및 Ca을 첨가함으로써 성분 조정한 용강을 얻었다. 한편, Ti은 Fe-Ti 합금의 형태로, Zr은 Fe-Zr 합금의 형태로, REM은 La 약 25%와 Ce 약 50%를 함유하는 미슈 메탈의 형태로, Ca은 Ni-Ca 합금, 또는 Ca-Si 합금, 또는 Fe-Ca 압분체의 형태로, 각각 첨가했다.After adding Ti to the molten steel which adjusted the total amount of oxygen, molten steel component-adjusted was obtained by adding Zr, REM, and Ca. On the other hand, Ti is in the form of Fe-Ti alloy, Zr is in the form of Fe-Zr alloy, REM is in the form of misch metal containing about 25% La and about 50% Ce, Ca is Ni-Ca alloy, or In the form of Ca-Si alloy or Fe-Ca green compact, it added, respectively.
단, 표 1의 No.22는, 전체 산소량을 조정하기 위해 FeO를 첨가했다. 또한, 표 1의 No.7은, 용존 산소량을 조정한 용강을 교반하지 않고, 즉시 Ti을 첨가했다.However, No. 22 of Table 1 added FeO in order to adjust the total amount of oxygen. In addition, No. 7 of Table 1 added Ti immediately, without stirring the molten steel which adjusted the amount of dissolved oxygen.
상기 원소(Zr, REM 및 Ca)를 첨가하여 성분 조정을 한 용강은, 하기 표 1에 나타내는 시간을 교반하고 나서 잉곳으로 주조하여 냉각했다.The molten steel which added the said element (Zr, REM, and Ca) and adjusted the component was cast into an ingot and cooled after stirring time shown in Table 1 below.
얻어진 잉곳을 하기 표 3 또는 표 4에 나타내는 가열 온도로 가열한 후, 열간 압연했다. 본 실시예에서는, 제 1 압연을 조압연기를 사용하여 행하고, 제 2 압연을 마무리 압연기를 사용하여 행했다.After heating the obtained ingot to the heating temperature shown in following Table 3 or Table 4, it hot-rolled. In the present Example, 1st rolling was performed using the roughing mill, and 2nd rolling was performed using the finishing mill.
조압연의 압연 개시 온도를 하기 표 3 또는 표 4에 나타낸다. 한편, 압연 개시 온도는, 강편의 t/2 위치에서의 평균 온도로 관리했다.The rolling start temperature of rough rolling is shown in following Table 3 or Table 4. In addition, rolling start temperature was managed by the average temperature in the t / 2 position of a steel piece.
조압연은, 1패스 당의 평균 냉각 속도가 하기 표 3 또는 표 4에 나타내는 속도가 되도록 냉각하면서 행했다. 조압연의 종료 온도는 Ar3+120℃ 이상으로 했다. 조압연에서의 누적 압하율을 하기 표 3 또는 표 4에 나타낸다.The rough rolling was performed while cooling so that the average cooling rate per one pass may be the speed shown in Table 3 or Table 4 below. End temperature of the rough rolling was set to more than Ar 3 + 120 ℃. The cumulative reduction ratio in the rough rolling is shown in Table 3 or Table 4 below.
조압연 종료 후, 강편의 t/2 위치에서의 평균 온도가 Ar3점+100℃ 이하가 될 때까지 냉각하고, 마무리 압연을 행했다. 마무리 압연 개시 온도는 Ar3점+100℃ 이하, 마무리 압연 종료 온도는 Ar3+40℃ 이상으로 했다. 마무리 압연에 있어서 1패스 당의 최대 압하율과 누적 압하율을 하기 표 3 또는 표 4에 나타낸다.After completion of the rough rolling, the steel sheet was cooled until the average temperature at the t / 2 position of the steel piece became Ar 3 points + 100 ° C. or lower, and finish rolling was performed. The finish rolling start temperature was Ar 3 points + 100 ° C. or less, and the finish rolling finish temperature was Ar 3 + 40 ° C. or more. The maximum rolling reduction and cumulative rolling reduction per pass in finish rolling are shown in Table 3 or Table 4 below.
마무리 압연 종료 후에는, 열간 압연재의 표면 온도가 500℃ 이하가 될 때까지 냉각했다. 마무리 압연 종료 후의 냉각 개시 온도를 하기 표 3 또는 표 4에 나타낸다. 또한, 냉각 개시 온도로부터 500℃까지의 평균 냉각 속도를 하기 표 3 또는 표 4에 나타낸다.After finishing rolling, it cooled until the surface temperature of a hot rolling material became 500 degrees C or less. The cooling start temperature after finishing rolling is shown in following Table 3 or Table 4. In addition, the average cooling rate from cooling start temperature to 500 degreeC is shown in following Table 3 or Table 4.
한편, 표 3의 No.1-2 내지 1-8은 표 2에 나타낸 강종 a, 표 3의 No.2-2는 표 2에 나타낸 강종 b, 표 3의 No.3-2는 표 2의 강종 c를 각각 사용하여, 열간 압연 조건 등을 바꾼 예이다.On the other hand, No.1-2 to 1-8 of Table 3 are steel grades a shown in Table 2, No.2-2 of Table 3 is steel grade b shown in Table 2, and No.3-2 of Table 3 are shown in Table 2 It is an example which changed hot rolling conditions etc. using the steel grade c, respectively.
또한, 표 3의 No.1-2와 No.1-3은, 열간 압연재의 표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 냉각한 후, 하기 표 3에 나타내는 뜨임 온도(표면 온도에서 관리)로 뜨임 처리를 행한 예이다.In addition, No.1-2 and No.1-3 of Table 3 temper temperature shown in following Table 3 after cooling to the temperature range which the surface temperature of a hot rolling material becomes 500 degrees C or less, and it manages by surface temperature. This is an example of tempering treatment.
강편의 t/2 위치에서의 온도는, 하기 순서로 계산했다.The temperature at the t / 2 position of the steel piece was calculated in the following procedure.
?평균 온도의 산출 방법?? Calculation method of average temperature
(1) 프로세스 컴퓨터를 사용하여, 가열 개시로부터 추출까지의 분위기 온도와 재로(在爐) 시간에 따른, 강편의 표면으로부터 이면까지의 판 두께 방향에서의 임의의 위치의 가열 온도를 산출한다.(1) Using a process computer, the heating temperature of arbitrary positions in the plate thickness direction from the surface of a steel piece to the back surface according to the atmospheric temperature and ashing time from a heating start to extraction is computed.
(2) 상기 산출한 가열 온도를 사용하여, 압연 중인 압연 패스 스케줄이나 패스 간의 냉각 방법(수냉 또는 공냉)의 데이터에 따라, 판 두께 방향의 임의의 위치에서의 압연 온도를 차분법 등 계산에 적합한 방법을 이용하여 산출하면서, 압연한다.(2) Using the calculated heating temperature, the rolling temperature at any position in the sheet thickness direction is suitable for calculation, such as the differential method, according to the rolling pass schedule being rolled and the data of the cooling method (water cooling or air cooling) between the passes. It rolls, calculating using a method.
(3) 강편의 표면 온도는, 압연 라인 상에 설치된 방사형 온도계를 사용하여 실측한다(단, 프로세스 컴퓨터 상에서도 계산함).(3) The surface temperature of a steel piece is measured using the radial thermometer provided on the rolling line (however, it computes also on a process computer).
(4) 조압연 개시 시, 조압연 종료 시, 및 마무리 압연 개시 시에 각각 실측한 강편의 표면 온도를, 프로세스 컴퓨터 상의 계산 표면 온도와 대조한다.(4) The surface temperature of the steel slab measured at the start of rough rolling, at the end of rough rolling, and at the start of finish rolling is compared with the calculated surface temperature on the process computer.
(5) 계산 표면 온도와 실측한 강편의 표면 온도의 차이가 ±30℃ 이상인 경우는, 실측한 강편의 표면 온도를 상기 계산 표면 온도로 치환하여 프로세스 컴퓨터 상의 계산 표면 온도로 한다.(5) When the difference between the calculated surface temperature and the surface temperature of the measured steel piece is ± 30 ° C. or more, the surface temperature of the measured steel piece is replaced with the calculated surface temperature to be the calculated surface temperature on the process computer.
(6) 보정된 계산 표면 온도를 이용하여, t/2 위치에서의 온도를 구한다.(6) Using the corrected calculated surface temperature, find the temperature at the t / 2 position.
한편, 열간 압연재의 표면 온도는, 압연 라인 상에 설치된 방사형 온도계를 사용하여 측정했다.In addition, the surface temperature of the hot rolling material was measured using the radial thermometer provided on the rolling line.
하기 표 3 또는 표 4에는, 냉각하여 얻어진 압연재의 제품 두께(mm)도 나타내었다. 또한, 하기 표 3 또는 표 4에는, 상기 표 2에 나타낸 화학 성분 조성에 따라, 상기 수학식 3, 수학식 5를 이용하여 산출한 Ar3점, Ac1점의 값도 나타낸다.In following Table 3 or 4, the product thickness (mm) of the rolling material obtained by cooling was also shown. In addition, Table 3 or Table 4 also show the values of Ar 3 point and Ac 1 point calculated using the equations (3) and (5) according to the chemical component compositions shown in Table 2 above.
얻어진 압연재의 t/4 위치(t는 압연재의 두께)에 있어서의 횡단면으로부터 샘플을 잘라내어, 상기 샘플에 포함되는 전체 산화물의 조성을 측정하고, 단독 산화물로 질량 환산하여 산화물의 평균 조성을 산출했다.The sample was cut out from the cross section in the t / 4 position (t is the thickness of a rolled material) of the obtained rolling material, the composition of all the oxides contained in the said sample was measured, mass conversion into the single oxide was carried out, and the average composition of the oxide was computed.
잘라낸 샘플 표면을 시마즈제작소제 「EPMA-8705(장치명)」를 사용하여 600배로 관찰하고, 최대 직경이 0.2㎛ 이상인 입자에 대해 성분 조성을 정량 분석했다. 관찰 조건은, 가속 전압을 20kV, 시료 전류를 0.01μA, 관찰 시야 면적을 1 내지 5cm2, 분석 개수를 100개로 하고, 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 입자 중앙부에서의 성분 조성을 정량 분석했다. 분석 대상 원소는, Mn, Ti, Zr, La, Ce, Ca, Si, Al 및 O(산소)로 하여, 기지 물질을 사용하여 각 원소의 전자선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로서 구해 두고, 이어서, 상기 입자로부터 얻어진 전자선 강도와 미리 상기 검량선으로부터 그 입자의 원소 농도를 정량했다.The sample surface cut out was observed at 600 times using "EPMA-8705 (device name) by Shimadzu Corporation, and the component composition was quantitatively analyzed about the particle | grains whose maximum diameter is 0.2 micrometer or more. Observation conditions made 20 kV of acceleration voltages, 0.01 microamperes of sample currents, 1-5 cm <2> of observation field areas, and 100 analysis numbers, and quantitatively analyzed the component composition in particle center part by wavelength dispersion spectroscopy of characteristic X-rays. As the element to be analyzed, Mn, Ti, Zr, La, Ce, Ca, Si, Al, and O (oxygen), the relationship between the electron beam intensity of each element and the element concentration is determined in advance as a calibration curve using a known substance. Subsequently, the element concentration of the particle was quantified from the electron beam intensity obtained from the particle and the calibration curve in advance.
얻어진 정량 결과 중 산소 함량이 5% 이상인 입자를 산화물로 인정했다. 산화물로 인정된 각 입자에 대해, 상기 방법에서 검출된 원소의 산화물이라고 추가로 인정했다. 단, 하나의 입자로부터 복수의 원소가 검출된 경우에는, 그들의 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비에 따라 「1개」를 분할하도록 계산했다(예컨대, A 원소: 0.6개, B 원소: 0.4개와 같이). 그래서, 원소마다 입자의 개수를 구했다. 어떤 원소의 산화물에 대해, (상기 원소 산화물의 분자량)×(상기 원소 산화물의 입자 개수)의, (산화물의 분자량)×(입자 개수)의 모든 검출 원소에 대한 총합에 대한 비율을, 평균 조성에 있어서 그 원소의 산화물의 질량 비율로 했다. 전체 산화물의 평균 조성을 하기 표 3 또는 표 4에 나타낸다. 한편, REM의 산화물은, 금속 원소를 M으로 나타내면, 강재 중에 M2O3이나 M3O5, MO2의 형태로 존재하지만, 모든 산화물을 M2O3으로 하여 상기 계산을 행했다.In the obtained quantitative results, particles having an oxygen content of 5% or more were recognized as oxides. About each particle recognized as an oxide, it further recognized that it was an oxide of the element detected by the said method. However, when a plurality of elements were detected from one particle, it was calculated to divide "one" according to the ratio of X-ray intensities indicating the presence of those elements (for example, 0.6 elements A and 0.4 elements B). Like a dog). Thus, the number of particles was obtained for each element. For an oxide of a certain element, the ratio of the sum of all the detection elements of (molecular weight of the oxide) x (number of particles) of (molecular weight of the element oxide) x (number of particles of the element oxide) to the average composition Therefore, it was set as the mass ratio of the oxide of the element. The average composition of all the oxides is shown in Table 3 or Table 4 below. On the other hand, an oxide of REM are expressed as the metal element M, the steel material in the form of M 2 O 3 and M 3 O 5, MO 2, but with all of the oxide M 2 O 3 was subjected to the calculation.
상기 샘플 표면을 EPMA로 관찰한 결과, 관찰된 산화물은, Ti, Zr, REM 및 Ca을 포함하는 복합 산화물이 대부분이지만, 단독 산화물로서 Ti2O3, ZrO2, REM의 산화물, CaO도 생성되어 있었다.As a result of observing the sample surface with EPMA, most of the observed oxides were composite oxides containing Ti, Zr, REM and Ca, but Ti 2 O 3 , ZrO 2 , oxides of REM and CaO were produced as single oxides. there was.
또한, 얻어진 정량 결과 중 산소 함량이 5% 이상인 산화물의 원 상당 직경을 측정하여, 원 상당 직경(입경)이 0.1 내지 2.0㎛인 산화물의 개수와 원 상당 직경(입경)이 5.0㎛를 초과하는 산화물의 개수를 산출했다. 하기 표 5에 산화물의 개수를 관찰 시야 1mm2 당으로 환산한 개수를 나타낸다.In addition, in the obtained quantitative results, the circle equivalent diameter of the oxide having an oxygen content of 5% or more was measured, and the number of oxides having a circle equivalent diameter (particle diameter) of 0.1 to 2.0 μm and the oxide having a circle equivalent diameter (particle diameter) of more than 5.0 μm. The number of was calculated. Table 5 shows the number of oxides converted to 1 mm 2 per field of view.
다음으로, 용접 시에 열 영향을 받는 HAZ의 인성을 평가하기 위해, 대입열 용접을 모의하여 하기에 나타내는 용접 재현 시험을 행했다. 용접 재현 시험은, 압연재로부터 잘라낸 샘플이 1400℃가 되도록 가열하고, 이 온도에서 30초간 유지한 후, 냉각하는 열 사이클을 부여했다. 냉각 속도는, 800℃에서 500℃로의 냉각 시간이 300초가 되도록 조정했다.Next, in order to evaluate the toughness of HAZ affected by the heat at the time of welding, the welding heat test was simulated and the welding reproduction test shown below was performed. The welding reproduction test was heated so that the sample cut out from the rolled material might be 1400 ° C, held at this temperature for 30 seconds, and then given a heat cycle to cool. The cooling rate was adjusted so that cooling time from 800 degreeC to 500 degreeC might be 300 second.
냉각 후의 샘플의 충격 특성은, V노치 샤르피 시험에서 -40℃에서의 흡수 에너지(vE-40)를 측정하여 평가했다. vE-40이 100J 이상인 것을 합격(HAZ 인성 양호)으로 한다. 측정 결과를 하기 표 5에 나타낸다.The impact characteristic of the sample after cooling was evaluated by measuring the absorption energy (vE- 40 ) in -40 degreeC by the V notch Charpy test. Let vE- 40 be 100 J or more to pass (good HAZ toughness). The measurement results are shown in Table 5 below.
다음으로, 얻어진 압연재의 금속 조직을 하기 순서로 관찰하여, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D와, 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R을 구했다. D(㎛)와 R(면적%)의 값을 하기 표 6에 나타낸다.Next, the metal structure of the obtained rolling material was observed in the following order, and the average circle equivalent diameter D of the crystal grain enclosed by the diagonal grain boundary whose crystal orientation difference is 15 degrees or more, and the ratio R of the random grain boundary occupied by diagonal grain boundary were calculated | required. The values of D (μm) and R (area%) are shown in Table 6 below.
?D의 산출 방법?? Calculation method of D
(1) 압연재의 표면과 이면의 양쪽을 포함하도록, 압연 방향(긴 방향)에 평행하게 절단한 샘플을 준비한다.(1) The sample cut | disconnected in parallel to a rolling direction (long direction) is prepared so that both the surface and the back surface of a rolling material may be included.
(2) #150 내지 #1000까지의 습식 에머리 연마지, 또는 그것과 동등한 기능을 갖는 연마 방법으로 연마하고, 다이아몬드 슬러리 등의 연마제를 사용하여 경면 마무리를 실시한다.(2) Polishing is performed by wet emery polishing papers of # 150 to # 1000, or by a polishing method having a function equivalent thereto, and mirror finishing is performed by using an abrasive such as a diamond slurry.
(3) 경면 연마면을, TexSEM Laboratories사제인 EBSP(Electron Back Scattering Pattern) 장치로, 판 두께 방향의 t/2 위치에서의 측정 범위를 200㎛×200㎛, 피치를 0.5㎛로 하여 2개 결정의 방위차를 측정하여, 결정 방위차가 15° 이상인 경계를 대각 입계로 한다. 한편, 측정 방향의 신뢰성을 나타내는 컨피던스?인덱스가 0.1보다도 작은 측정점은 해석 대상으로부터 제외한다.(3) Two mirror polished surfaces were determined by an EBSP (Electron Back Scattering Pattern) device manufactured by TexSEM Laboratories, with a measurement range of 200 μm × 200 μm and a pitch of 0.5 μm at the t / 2 position in the sheet thickness direction. The azimuth difference is measured, and the boundary where the crystal orientation difference is 15 degrees or more is assumed to be a diagonal boundary. On the other hand, the measuring point whose confidence index indicating the reliability of the measuring direction is smaller than 0.1 is excluded from the analysis target.
(4) 결정 입자 분포 지도(Grain distribution map)에서, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 최대 폭(보통 판 두께 방향에 따른 길이)과 최대 길이(보통 압연 방향에 따른 길이)를 측정하여, 결정 입자의 면적을 산출하고 결정 입자의 원상당 직경을 산출하여, 평균값을 구한다.(4) In the grain distribution map, the maximum width (usually length along the plate thickness direction) and the maximum length (usually along the rolling direction) of crystal grains surrounded by diagonal grain boundaries with a crystal orientation difference of 15 ° or more are determined. By measuring, the area of crystal grains is calculated, the circular equivalent diameter of crystal grains is computed, and an average value is calculated | required.
?R의 산출방법?? R calculation method
(1) 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R은, 상기 D를 산출할 때와 같은 조건에서 경면 마무리를 실시한 샘플을 사용하여, TexSEM Laboratories사제인 EBSP 장치로, 경면 연마면 중 판 두께 방향의 표면과 t/2 위치와 t/4 위치에서의 측정 범위를 200㎛×200㎛, 피치를 0.5㎛으로 하여 2개 결정의 방위차를 측정한다. 한편, 측정 방향의 신뢰성을 나타내는 컨피던스?인덱스가 0.1보다도 작은 측정점은 해석 대상으로부터 제외한다.(1) The ratio R of the random grain boundary in the diagonal grain boundary is an EBSP device manufactured by TexSEM Laboratories, using a sample subjected to specular finishing under the same conditions as when the above D is calculated. The azimuth difference between the two crystals is measured by setting the measurement range at the t / 2 position and the t / 4 position to 200 µm x 200 µm and the pitch to 0.5 µm. On the other hand, the measuring point whose confidence index indicating the reliability of the measuring direction is smaller than 0.1 is excluded from the analysis target.
(2) 측정 결과 중, 결정 방위차가 5.5° 미만인 것은 노이즈(noise)로 여겨 삭제하고, 62.5°까지의 각 방위차에서의 분포를 구한다.(2) In the measurement result, the thing with a crystal orientation difference of less than 5.5 degrees is regarded as noise, and it removes, and the distribution in each orientation difference up to 62.5 degrees is calculated | required.
(3) 상기 (2)의 결정 방위차와 대응 맵(map)을 대응시킴으로써, 랜덤 입계 분율 R을 산출했다. 대응 맵이란, 각 대응 입계의 개수(분율)가 기재되어 있는 표이다. 대응 입계란, 입계를 끼운 2개의 결정 입자의 각각의 결정 격자점 중, 어떤 일정한 비율의 격자점이 양 결정 입자에서 공통이도록 특수한 방향 관계에 있는 입계이다. 구체적으로는, 각 대응 입계(Σ1 내지 49)를, 결정 방향 분포에 의해 얻어지는 방위차 15° 이상의 대각 입계의 개수로 나눔으로써, 각 대응 입계의 분포(분율)를 구하여, 100%에서 각 대응 입계의 분포(분율)를 뺌으로써 [대응 입계이외를 랜덤 입계(>Σ49)로 함], 랜덤 입계 분율 R(평균값)을 측정한다. 즉, 대각 입계는 대응 입계와 랜덤 입계로 이루어져 있고, 이번의 목적인 랜덤 입계 분율을 산출하기 위해, 대응 입계의 분율(분포)이 필요하다. 그 때문에, 대응 입계로 생각되어지는 Σ1 내지 49의 각 분율(분포)을 구할 필요가 있다. 여기서, Σ는, 입계 를 끼운 양 결정에서 공통의 위치를 차지하는 격자점을 A, 그 이외의 격자점을 B로 한 경우, A와 B를 합친 전체 격자점에 대한 A의 수의 비의 역수이다.(3) The random grain boundary fraction R was computed by making the crystal orientation difference of said (2) correspond with a corresponding map. The correspondence map is a table in which the number (fraction) of each corresponding grain boundary is described. Corresponding grain boundaries are grain boundaries in a particular direction so that a certain proportion of the lattice points among the crystal lattice points of the two crystal grains sandwiching the grain boundaries is common to both crystal grains. Specifically, by dividing each corresponding grain boundary (Σ1 to 49) by the number of diagonal grain boundaries of 15 degrees or more obtained by the crystal direction distribution, the distribution (fraction) of each corresponding grain boundary is obtained, and each corresponding grain boundary is 100%. By subtracting the distribution (fraction) of [meaning other than the corresponding grain boundary to be a random grain boundary (> Σ49)], the random grain fraction R (average value) is measured. That is, the diagonal grain boundary consists of a corresponding grain boundary and a random grain boundary, and in order to calculate the random grain boundary fraction which is this time, the fraction (distribution) of a corresponding grain boundary is needed. Therefore, it is necessary to obtain each fraction (distribution) of Σ1 to 49 that are considered to be corresponding grain boundaries. Here, Σ is the inverse of the ratio of the number of A to the total lattice points in which A and B are combined, when a lattice point occupying a common position in both crystals having grain boundaries is set to A, and other lattice points are B. .
한편, 대응 입계의 측정에는, 주식회사 TSL사의 「TSL OIM Data Collection ver 5.2」를 사용하고, 해석에는, 주식회사 TSL 사의 「TSL OIM Analysis ver 5.0」을 사용했다.On the other hand, "TSL OIM Data Collection ver 5.2" of TSL Corporation was used for the measurement of a corresponding grain boundary, and "TSL OIM Analysis ver 5.0" of TSL Corporation was used for analysis.
또한, 얻어진 압연재의 금속 조직을 하기 순서로 관찰하여, 오스테나이트 입자 직경(γ입경)과 경도를 구했다. γ입경의 값을 하기 표 6에 나타낸다.Moreover, the metal structure of the obtained rolling material was observed in the following procedure, and the austenite particle diameter ((gamma) particle diameter) and hardness were calculated | required. The value of γ particle diameter is shown in Table 6 below.
?γ입경의 측정방법?? Measuring method of γ particle size
(1) 압연재의 γ입경은, 상기 D를 산출할 때와 같은 조건으로 경면 마무리를 실시한 샘플을 사용하고, 극저탄소 부식 용액을 사용하여 부식하여, 구 γ입계를 현출시킨 후, 판 두께 방향 t/2 위치에서의 영역을 광학 현미경으로 배율 100배 또는 400배로 촬영하여, 6cm×8cm의 사진으로 했다. 즉, 관찰 배율 100배에서는 600㎛×800㎛, 관찰 배율 400배에서는 150㎛×200㎛에 상당한다.(1) The γ particle size of the rolled material is corroded using an ultra-low carbon corrosion solution using a sample subjected to mirror finish under the same conditions as when the above D is calculated, and after exposing a sphere γ grain boundary, the plate thickness direction The area | region at the t / 2 position was image | photographed with the
(2) 사진의 6cm의 변은 판 두께 방향에 대응하고, 8cm의 변은 압연 방향에 대응하고 있다. 촬영된 사진을 화상 해석하여, 관찰 시야 내에서 보이는 γ입자의 평균 입경을 구했다.(2) The 6 cm side of the photograph corresponds to the plate thickness direction, and the 8 cm side corresponds to the rolling direction. The photographed picture was analyzed for images, and the average particle diameter of the γ particles seen in the observation field was obtained.
?경도의 측정 방법?? Measuring Hardness
압연재의 경도는, 상기 D를 산출할 때와 같은 조건으로 경면 마무리를 실시한 샘플을 사용하여, 비커스 경도 시험기로 측정했다. 측정 위치는, 압연재의 판 두께 방향의 t/2 위치로 하여, 하중을 10kgf, 측정 회수를 20점으로 하고, 평균값을 압연재의 경도로 했다.The hardness of the rolled material was measured with a Vickers hardness tester using a sample subjected to mirror finish under the same conditions as when the above D was calculated. The measurement position was made into t / 2 position of the plate | board thickness direction of a rolling material, the load was 10 kgf, the measurement frequency was made into 20 points, and the average value was made into the hardness of the rolling material.
다음으로, 얻어진 압연재의 피로 특성을 다음 순서로 평가했다.Next, the fatigue characteristic of the obtained rolling material was evaluated in the following procedure.
?충격 특성의 평가?? Evaluation of Shock Characteristics
압연재의 충격 특성은, V노피 샤르피 시험을 하여, 압연재의 충격 특성을 -60℃에서의 흡수 에너지(vE-60)를 측정함으로써 평가했다. vE-60의 측정은, t/4 위치로부터 NK(일본해사협회) 선급(船級)이 정하는 U4호 시험편을 채취하여, JIS Z2242에 따라 행했다. 측정 결과를 하기 표 6에 나타낸다. 한편, NK 선급에 있어서의 조선 E 등급에서는, 모재의 충격 특성을, 시험 온도를 -40℃에서 평가하기 때문에, 본 실험예에서는, 조건을 보다 엄격하게 시험 온도를 -60℃로 하여 흡수 에너지(vE-60)를 측정하여, 이 평균값이 100J 이상을 합격(모재의 저온 인성이 양호)으로 했다.The impact characteristic of the rolled material was evaluated by performing the V-Nupey Charpy test, and measuring the impact characteristic of the rolled material by absorbed energy (vE- 60 ) at -60 ° C. The measurement of vE- 60 collected the U4 test piece which the NK (Japan Maritime Association) classification Society determines from t / 4 position, and performed it according to JISZ2242. The measurement results are shown in Table 6 below. On the other hand, in shipbuilding E grade in NK classification, since the impact temperature of a base material evaluates a test temperature at -40 degreeC, in this experiment example, conditions were made more strictly as the test temperature as -60 degreeC, and absorbed energy ( vE- 60 ) was measured and this average value made 100J or more pass (good low-temperature toughness of a base material).
?피로 균열 진전 속도의 측정?? Measurement of Fatigue Crack Growth Rate
압연재의 t/4 위치로부터, 두께: 12.5mm의 컴팩트형 시험편(CT 시험편)을 채취했다. 채취한 CT 시험편의 형상을 도 1에 나타낸다. 이 CT 시험편을 사용하여, ASTM E647에 준거하여, 피로 균열 진전 시험을 실시함으로써, 피로 균열 진전 속도를 구했다. 시험 조건은 하기와 같다.From the t / 4 position of the rolled material, a compact test piece (CT test piece) having a thickness of 12.5 mm was taken. The shape of the collected CT test piece is shown in FIG. The fatigue crack growth rate was calculated | required by performing a fatigue crack growth test based on ASTME647 using this CT test piece. The test conditions are as follows.
시험 방법: 전기 유압 서보식±10톤 피로 시험기를 사용하고, 균열 길이의 측정은 컴퓨터 제어에 의한 컴플라이언스(compliance)법에 의해 구했다. 컴플라이언스란, 균열 개구 변위 δ와 하중 P의 비(δ/P)의 의미이며, 이 컴플라이언스로부터 균열 길이가 자동적으로 측정된다.Test Method: Using an electro-hydraulic servo type ± 10 ton fatigue tester, the crack length was measured by a computer controlled compliance method. Compliance means the ratio (delta / P) of the crack opening displacement (delta) and the load P, and a crack length is automatically measured from this compliance.
시험 환경: 실온, 대기 중Test environment: room temperature, air
제어 방법: 하중 제어 Control method: load control
제어 파형: 정현파Control waveform: sine wave
응력비: R=0.1Stress ratio: R = 0.1
시험 속도: 600 내지 1200cpmTest speed: 600 ~ 1200cpm
균열은 용접 말단부로부터 발생하여, HAZ, 모재와 진전하는 것을 상정하여, 중 △K 영역인 △K=20(MPa?√m)의 값으로 평가했다. 한편, 이 시험의 △K 영역은, 하기 수학식 6에 의해 규정되는 파리스칙(Paris則)이 성립 안정 성장 영역인 것이 밝혀졌다.The crack was generated from the weld end portion, and was assumed to be developed with the HAZ and the base metal, and evaluated at a value of ΔK = 20 (MPa? √m), which is the middle ΔK region. On the other hand, in the ΔK region of this test, it was found that the Paris rule defined by the following equation (6) is a stable stable growth region.
단, a: 균열 길이, n: 반복 수, C, m: 재료, 하중 등의 건에서 결정되는 정수, △K: 응력 확대 계수 범위를 각각 나타낸다.However, a: crack length, n: number of repetitions, C, m: constants determined in the case of material, load, and the like, ΔK: stress intensity factor ranges, respectively.
한편, CT 시험에 따른 피로 균열 진전 속도의 값은 고르지 않은 것이 알려져 있기 때문에, 종래 강판의 데이터의 평균값을 기준으로 하여 평가했다. 종래 강판의 데이터의 평균값이 5.4×10-5mm/cycle 정도이기 때문에, 본 발명에서는, 5.4×10-5mm/cycle 미만을 합격으로 했다. 한편, 종래 강판의 데이터의 평균값은, 사단법인 일본재료학회 발행의 「금속 재료 피로 균열 진전 저항 데이터」에 따라 결정했다.On the other hand, since it is known that the value of the fatigue crack growth rate by CT test is uneven, it evaluated based on the average value of the data of the conventional steel plate. Since it is the average value of the prior data of the steel sheet 5.4 × 10 -5 mm / cycle or so, in the present invention, was less than 5.4 × 10 -5 mm / cycle to pass. On the other hand, the average value of the data of the conventional steel sheet was determined according to "metal material fatigue crack growth resistance data" published by the Japanese Society of Materials, Inc.
이러한 결과에 근거하여, 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D와 충격 특성(vE-60)의 관계를 도 2에 나타낸다. 도 2로부터, -60℃에서의 충격 특성을 개선하기 위해서는, 상기 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 하는 것이 유용함을 알 수 있다.Based on these results, the relationship between the average circle equivalent diameter D and the impact characteristic (vE- 60 ) of the crystal grain enclosed by the diagonal grain boundary is shown in FIG. 2 shows that it is useful to make the said average circle equivalent diameter D into 25 micrometers or less in order to improve the impact characteristic at -60 degreeC.
대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R과 피로 균열 진전 속도(da/dN)의 관계를 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터, 피로 균열 진전 속도를 5.4×10-5mm/cycle 미만으로 하기 위해서는, 상기 랜덤 입계의 비율 R을 70면적% 이하로 하는 것이 유용함을 알 수 있다.3 shows the relationship between the ratio R of the random grain boundaries at the diagonal grain boundaries and the fatigue crack growth rate (da / dN). 3 shows that in order to make fatigue crack growth rate less than 5.4x10 <-5> mm / cycle, it is useful to make ratio R of the said random grain boundary below 70 area%.
압연재의 평균 경도와 피로 균열 진전 속도(da/dN)의 관계를 도 4에 나타낸다. 도 4로부터, 피로 균열 진전 속도를 5.4×10-5mm/cycle 미만으로 하기 위해서는, 압연재의 평균 경도를 170Hv 이상으로 하는 것이 유용함을 알 수 있다.The relationship between the average hardness of a rolled material and the fatigue crack growth rate (da / dN) is shown in FIG. 4 shows that in order to make fatigue crack growth rate less than 5.4x10 <-5> mm / cycle, it is useful to make the average hardness of a rolling material into 170 Hv or more.
Ar3점+100℃ 이하에서의 누적 압하율과 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D의 관계를 도 5에 나타낸다. 도 5로부터, 상기 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 하기 위해서는, Ar3점+100℃ 이하에서의 누적 압하율을 50% 이상으로 하는 것이 유용함을 알 수 있다.The relationship between the cumulative reduction ratio at Ar 3 points + 100 ° C. or lower and the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundaries is shown in FIG. 5. From Figure 5, to the average circle-equivalent diameter D below the 25㎛, it may be useful to know that the cumulative rolling reduction at Ar 3 point + 100 ℃ or less to over 50%.
γ입경과 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D의 관계를 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터, 상기 평균 원 상당 직경 D를 25㎛ 이하로 하기 위해서는, γ입경을 50㎛ 이하로 하는 것이 유용함을 알 수 있다.The relationship between the average circle equivalent diameter D of the crystal grain enclosed by (gamma) particle diameter and a diagonal grain boundary is shown in FIG. 6 shows that it is useful to make (gamma)
1050℃ 이하에서의 누적 압하율과 γ입경의 관계를 도 7에 나타낸다. 도 7로부터, γ입경을 50㎛ 이하로 하기 위해서는, 1050℃ 이하에서의 누적 압하율을 40% 이상으로 하는 것이 유용함을 알 수 있다.The relationship between the cumulative reduction ratio at 1050 ° C. or lower and the γ particle size is shown in FIG. 7. 7 shows that in order to make a (gamma) particle diameter into 50 micrometers or less, it is useful to make the cumulative reduction ratio in 1050 degreeC or less 40% or more.
대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D와 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R의 관계를 도 8에 나타낸다. 도 8로부터, 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D와, 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율 R에는 상관이 있어, 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자를 작게 할수록, 랜덤 입계를 저감할 수 있음을 알 수 있다.8 shows the relationship between the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundaries and the ratio R of the random grain boundaries in the diagonal grain boundaries. From Fig. 8, the average circle equivalent diameter D of the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary and the ratio R of the random grain boundary occupying the diagonal grain boundary are correlated, and as the crystal grains surrounded by the diagonal grain boundary become smaller, the random grain boundary can be reduced. Able to know.
다음으로, 표 5에 나타낸 결과에 따라, 용접했을 때의 HAZ 인성에 대해 고찰한다.Next, according to the result shown in Table 5, the HAZ toughness at the time of welding is considered.
No.1-1, No.2-1, No.3-1, No.23은, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 예로서, 전체 산화물의 조성을 측정하여 단독 산화물로서 질량 환산했을 때에, ZrO2, REM의 산화물 및 CaO를 소정량 함유하도록 조정한 뒤에, 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하는 조대한 산화물이 생성되지 않도록, 원 상당 직경이 0.1 내지 2.0㎛인 미세한 산화물을 많이 생성시키고 있기 때문에, HAZ 인성이 양호한 강재가 얻어지고 있다.No.1-1, No.2-1, No.3-1, and No.23 are examples of satisfying the requirements defined in the present invention. When the composition of all oxides is measured and mass converted as a single oxide, ZrO 2 , after adjusting to contain a predetermined amount of the oxide and CaO of REM, many fine oxides having a circle equivalent diameter of 0.1 to 2.0 µm are produced so that coarse oxides having a circle equivalent diameter of more than 5.0 µm are not produced. Steel having good HAZ toughness is obtained.
한편, No.4 내지 22는, 본 발명에서 규정하는 어느 것인가의 요건을 벗어난 예이다.On the other hand, Nos. 4 to 22 are examples that deviate from the requirements of any of the conditions specified in the present invention.
No.4는, 용강의 용존 산소량이 부족한 예로서, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물의 양을 확보할 수 없어, HAZ 인성이 개선되어 있지 않다. No.5는, 용강의 용존 산소량이 과잉인 예로서, 조대한 산화물이 생성되어 HAZ 인성이 도리어 열화되어 있다. No.6은, 용강의 용존 산소량이 부족한 예로서, Ti 등을 첨가하기 전의 용강의 전체 산소량도 부족한 예이다. 그 때문에 HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물의 양을 확보할 수 없어, HAZ 인성이 개선되어 있지 않다.No. 4 is an example in which the amount of dissolved oxygen in molten steel is insufficient. As a result, the amount of fine oxide serving as a nucleus for the formation of ferrite in the particles, which contributes to the improvement of HAZ toughness, cannot be ensured, and the HAZ toughness is not improved. No. 5 is an example in which the dissolved oxygen amount of molten steel is excessive, and coarse oxide is produced and HAZ toughness deteriorates. No. 6 is an example in which the amount of dissolved oxygen in molten steel is insufficient, and in which the total amount of oxygen in molten steel before addition of Ti or the like is also insufficient. Therefore, the amount of the fine oxide which becomes the nucleus of the ferrite in the particle which contributes to the improvement of the HAZ toughness cannot be secured, and the HAZ toughness is not improved.
No.7은, 상기 일본 특허공개 제2007-100213호에 개시한 강재의 조성을 모의한 예이다. 용강의 용존 산소량을 조정한 후, 용강을 교반하여 전체 산소량을 조정하고 있지 않기 때문에, Ti을 첨가하기 전의 전체 산소량이 본 발명에서 규정하고 있는 범위를 초과하고 있다. 이에 의해, 조대한 산화물이 많아져, HAZ 인성이 열화되어 있다.No. 7 is an example which simulated the composition of the steel material disclosed by the said Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-100213. Since after adjusting the dissolved oxygen amount of molten steel, the total amount of oxygen is not adjusted by stirring molten steel, the total amount of oxygen before adding Ti exceeds the range prescribed | regulated by this invention. Thereby, coarse oxide increases and HAZ toughness deteriorates.
No.8과 No.9는, Zr, REM 및 Ca을 첨가한 후에, 용강을 장시간 교반하고 있기 때문에, 용강 중의 산화물이 서로 응집하여 조대한 산화물을 많이 생성하고 있다. 그 때문에 HAZ 인성이 열화되어 있다.In Nos. 8 and 9, since molten steel is stirred for a long time after Zr, REM, and Ca are added, oxides in molten steel aggregate to each other to produce a large amount of coarse oxides. Therefore, HAZ toughness deteriorates.
No.10은, Al이 너무 많은 예로서, 조대한 산화물이 생성되어, HAZ 인성이 열화되어 있다. No.11은, Ti이 너무 적은 예로서, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 질화물이 적어지기 때문에, HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.12는, Ti가 너무 많은 예로서, 산화물이 조대화되어 HAZ 인성이 열화되어 있다. No.13은, REM이 너무 적은 예로서, 단독 산화물로 환산했을 때의 REM의 산화물량이 적고, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 적어지기 때문에, HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.14는, REM이 너무 많은 예로서, 단독 산화물로 환산했을 때의 REM의 산화물량이 많아, 조대한 산화물을 생성하여 HAZ 인성을 도리어 열화시키고 있다. No.15는, Zr이 너무 적은 예로서, 단독 산화물로 환산했을 때의 ZrO2량이 적어, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 적어지기 때문에, HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.16은, Zr이 너무 많은 예로서, 단독 산화물로 환산했을 때의 ZrO2량이 많아, 조대한 산화물이 생성되어 HAZ 인성을 도리어 열화시키고 있다. No.17은, Ca이 너무 적은 예로서, 단독 산화물로 환산했을 때의 Ca0량이 적어, HAZ 인성의 향상에 기여하는 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 적어지기 때문에, HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.18은, Ca이 너무 많은 예로서, 단독 산화물로 환산했을 때의 CaO량이 많아, 조대한 산화물이 생성되어 HAZ 인성을 도리어 열화시키고 있다. No.19는, N이 너무 많은 예로서, 고용 N량이 증대해 모재 자체의 인성이 열화되고, HAZ 인성도 저하되어 있다. No.20은, N이 너무 적은 예로서, Ti 함유 질화물의 생성이 억제되기 때문에, 자속 고정 효과에 의한 오스테나이트 입자의 조대화를 방지할 수 없어, HAZ 인성이 열화되어 있다. No.21은, O가 너무 적은 예로서, 입자 내 페라이트의 생성핵이 되는 미세한 산화물량이 부족해져, HAZ 인성이 향상되어 있지 않다. No.22는, O가 너무 많은 예로서, 산화물이 조대화되어 HAZ 인성이 도리어 열화되어 있다.As an example of No. 10, too much Al produces coarse oxide, and HAZ toughness deteriorates. No. 11 is an example in which Ti is too small. HAZ toughness is not improved because fine nitrides that form nuclei of ferrite in particles that contribute to the improvement of HAZ toughness are reduced. No. 12 is an example in which there is too much Ti, and the coarsening of oxides deteriorates the HAZ toughness. No. 13 is an example in which the amount of REM is too small, and the amount of oxides of REM when converted into a single oxide is small, and the amount of fine oxides that form nuclei of ferrite in particles, which contributes to the improvement of HAZ toughness, is small. Not improved No. 14 is an example in which there are too many REMs, and the amount of oxides of REM when converted into a single oxide is large, and coarse oxides are produced to deteriorate HAZ toughness. No. 15 is an example in which Zr is too small, and the amount of ZrO 2 when converted into a single oxide is small, and the amount of fine oxides that form nuclei of ferrite in particles, which contributes to the improvement of HAZ toughness, decreases, thereby improving HAZ toughness. It is not. In No. 16, too many examples of Zr have a large amount of ZrO 2 when converted into a single oxide, and coarse oxides are produced to deteriorate HAZ toughness. No. 17 is an example in which Ca is too small, the amount of
다음으로, 표 6에 나타낸 결과에 따라, 모재 자체의 피로 특성에 대해 고찰한다.Next, according to the result shown in Table 6, the fatigue characteristic of a base material itself is considered.
No.1-1 내지 1-6, No.2-1, No.2-2, No.3-1, No.3-2, No.23은, 모두 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 강종 a 내지 c를 사용한 예로서, 강재의 금속 조직이 적절히 제어되어 있기 때문에 모재의 피로 특성이 우수하다.No.1-1 to 1-6, No.2-1, No.2-2, No.3-1, No.3-2, and No.23 are all steel grades satisfying the requirements specified in the present invention. As an example using a to c, since the metal structure of the steel is properly controlled, the fatigue characteristics of the base metal are excellent.
No.1-7과 No.1-8은, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 강종 a를 사용한 예이지만, 강재가 너무 딱딱하기 때문에 모재의 피로 특성이 뒤떨어져 있다.Although No. 1-7 and No. 1-8 are examples using the steel grade a which satisfies the requirements specified in the present invention, the steel materials are so hard that the fatigue properties of the base material are inferior.
No.15 내지 17은, 강재의 금속 조직이 적절히 제어되어 있지 않기 때문에, 피로 특성이 뒤떨어져 있다. 특히, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경 D가 25㎛를 초과하고 있기 때문에, 충격 특성도 뒤떨어져 있다.Nos. 15 to 17 are inferior in fatigue characteristics because the metal structure of the steel is not properly controlled. In particular, since the average circle equivalent diameter D of the crystal grains enclosed by the diagonal grain boundary whose crystal orientation difference is 15 degrees or more exceeds 25 micrometers, the impact characteristic is also inferior.
No.10, 12 내지 14, 18, 21, 22는, 강재의 금속 조직이 적절하게 제어되어 있지 않기 때문에, 피로 특성 중 충격 특성은 양호하지만, 피로 균열 진전 속도는 작아져 있지 않다.Nos. 10, 12 to 14, 18, 21, and 22 have good impact characteristics among the fatigue properties because the metal structure of the steel is not properly controlled, but the fatigue crack growth rate is not small.
한편, No.4 내지 9, 11, 19, 20은, 강재의 금속 조직이 적절하게 제어되어 있기 때문에, 모재의 피로 특성은 양호하지만, 강재의 성분 조성이 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하고 있지 않기 때문에, 상술한 바와 같이 용접했을 때의 HAZ 인성이 개선되어 있지 않다.On the other hand, Nos. 4 to 9, 11, 19, and 20 have good fatigue properties of the base material because the metal structure of the steel is properly controlled, but the component composition of the steel does not satisfy the requirements specified in the present invention. Therefore, as mentioned above, the HAZ toughness at the time of welding is not improved.
다음으로, 표 5 내지 표 6에 나타낸 결과를 종합하여 고찰한다.Next, the result shown in Tables 5-6 is put together and considered.
표 6의 No.1-1 내지 1-6, No.2-1, No.2-2, No.3-1, No.3-2, No.23은, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 강종 a 내지 c, 강종 w를 사용한 예로서, 이러한 강종을 사용하여 얻어진 강재는, 표 5로부터 분명한 바와 같이 HAZ 인성이 양호하고, 표 6으로부터 분명한 바와 같이 모재의 피로 특성도 우수하다.No.1-1 to 1-6, No.2-1, No.2-2, No.3-1, No.3-2 and No.23 in Table 6 satisfy the requirements specified in the present invention. As an example of using steel grades a to c and steel grade w, steel materials obtained by using such steel grades have good HAZ toughness as evident from Table 5 and excellent fatigue properties of the base metal as evident from Table 6.
한편, 표 6의 No.1-7, No.1-8, No.4 내지 22는, 본 발명에서 규정하는 어느 것인가의 요건을 만족하지 않는 예로서, HAZ 인성 또는 모재 피로 특성 중 하나 이상이 뒤떨어져 있는 예이다.On the other hand, Nos. 1-7, Nos. 1-8, and Nos. 4 to 22 in Table 6 are examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention. It is a backward example.
Claims (7)
Si: 0.02 내지 0.5%,
Mn: 1 내지 2%,
Zr: 0.0002 내지 0.050%,
REM: 0.0002 내지 0.050%,
Ca: 0.0005 내지 0.010%,
Ti: 0.005 내지 0.02%,
N: 0.0040 내지 0.01%,
O: 0.0005 내지 0.010%,
P: 0.02% 이하,
S: 0.015% 이하,
Al: 0.05% 이하를 만족하고,
잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강재로서,
(a) 상기 강재는, Zr, REM 및 Ca을 함유하는 산화물을 포함하고,
(b) 상기 강재에 포함되는 산화물의 평균 조성에 있어서 ZrO2의 질량 비율이 5 내지 50%, REM의 산화물(REM을 M의 기호로 나타내면 M2O3)의 질량 비율이 10 내지 50%, 및 CaO의 질량 비율이 5.0 내지 50%이고,
(c) 상기 강재에 포함되는 전체 산화물 중,
원 상당 직경으로 0.1 내지 2.0㎛의 산화물이 1mm2 당 120개 이상,
원 상당 직경으로 5.0㎛ 초과인 산화물이 1mm2 당 5개 이하이고,
(d) 상기 강재의 금속 조직을 후방 산란 전자 회절법(EBSP법)으로 관찰했을 때, 하기 수학식 1과 수학식 2를 만족하며,
(e) 상기 강재의 평균 경도가 170Hv 이상인 강재.
[수학식 1]
D ≤ 25㎛
[수학식 2]
R ≤ 70면적%
[단, 수학식 1에서, D는 EBSP법으로 인접하는 2개 결정의 방위차를 측정하여, 결정 방위차가 15° 이상인 대각 입계로 둘러싸인 결정 입자의 평균 원 상당 직경(㎛)을 의미한다.
또한, 수학식 2에서, R은 상기 대각 입계에서 차지하는 랜덤 입계의 비율(면적%)을 의미한다.]C: 0.02 to 0.12% (the meaning of "mass%". Hereinafter, the same as for chemical components and oxides),
Si: 0.02 to 0.5%,
Mn: 1-2%,
Zr: 0.0002 to 0.050%,
REM: 0.0002 to 0.050%,
Ca: 0.0005 to 0.010%,
Ti: 0.005 to 0.02%,
N: 0.0040 to 0.01%,
0: 0.0005 to 0.010%,
P: 0.02% or less,
S: 0.015% or less,
Al: 0.05% or less is satisfied,
The balance is made of iron and inevitable impurities,
(a) the steel material comprises an oxide containing Zr, REM and Ca,
(b) the mass ratio of ZrO 2 in the average composition of the oxide contained in the steel is 5-50%, the mass ratio of the oxide of REM (M 2 O 3 when REM is represented by the symbol M) is 10-50%, And the mass ratio of CaO is 5.0 to 50%,
(c) of all the oxides contained in the steel,
120 or more oxides of 0.1 to 2.0 탆 in 1 mm 2 of equivalent circle diameter,
The 5.0㎛ than an oxide with a circle equivalent diameter is not more than 5 per 1mm 2,
(d) When the metal structure of the steel is observed by the backscattered electron diffraction method (EBSP method), the following equations (1) and (2) are satisfied,
(e) Steel having an average hardness of 170 Hv or more.
[Equation 1]
D ≤ 25 μm
&Quot; (2) "
R ≤ 70 area%
[Equation 1] In Equation (1), D denotes an average circle equivalent diameter (mu m) of crystal grains surrounded by diagonal grain boundaries having a crystal orientation difference of 15 ° or more by measuring the orientation difference between two adjacent crystals by the EBSP method.
In addition, in Equation 2, R denotes the ratio (area%) of the random grain boundary to the diagonal grain boundary.]
추가로 기타 원소로서,
Ni: 0.4% 이하,
Cu: 0.3% 이하,
Cr: 1.5% 이하, 및
Mo: 1% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 강재.The method of claim 1,
In addition, as other elements,
Ni: 0.4% or less,
Cu: 0.3% or less,
Cr: 1.5% or less, and
Mo: Steel containing 1 or more types chosen from the group which consists of 1% or less.
추가로 기타 원소로서,
Nb: 0.1% 이하,
V: 0.1% 이하, 및
B: 0.005% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 강재.The method of claim 1,
In addition, as other elements,
Nb: 0.1% or less,
V: 0.1% or less, and
B: Steel materials containing at least one member selected from the group consisting of 0.005% or less.
용강의 용존 산소량을 0.0010 내지 0.0060%의 범위로 조정한 후,
용강을 교반하여 용강 중의 산화물을 부상 분리시킴으로써 전체 산소량을 0.0010 내지 0.0070%의 범위로 조정하고 나서,
Ti, 이어서 Zr, REM 및 Ca을 첨가하여 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성으로 조정한 후,
주조를 행함과 함께,
열간 압연을 할 때,
강편을 1100 내지 1250℃로 가열한 후,
1050℃ 이하, Ar3점+100℃를 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 평균 냉각 속도가 1.5℃/초 이상이 되도록 냉각하면서 누적 압하율이 40% 이상이 되도록 제 1 압연을 행하고,
이어서 Ar3점+100℃ 이하, Ar3점을 초과하는 온도 영역에서 1패스 당의 최대 압하율이 12% 이하, 누적 압하율이 50% 이상이 되도록 제 2 압연을 행한 후,
표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 평균 냉각 속도 5℃/초 이상으로 냉각하는 강재의 제조방법.As a manufacturing method of the steel materials in any one of Claims 1-3,
After adjusting the dissolved oxygen amount of molten steel in the range of 0.0010 to 0.0060%,
After stirring the molten steel to separate the oxides in the molten steel to adjust the total amount of oxygen in the range of 0.0010 to 0.0070%,
After adding Ti, then Zr, REM and Ca, and adjusting to the component composition as described in any one of Claims 1-3,
With casting,
When hot rolling,
After heating the slabs to 1100 to 1250 ℃,
While cooling the 1050 ℃ or less, Ar 3 point + in the temperature range exceeding 100 ℃ 1 pass per average cooling rate is at least 1.5 ℃ / second cumulative rolling reduction is subjected to a first rolling is at least 40%,
Then after the Ar 3 point + 100 ℃ or less, per one-pass reduction rate is up to 12% or less, the cumulative rolling reduction in the temperature range exceeding the Ar 3 point is subjected to a second rolling is at least 50%,
The manufacturing method of steel materials cooled by the average cooling rate of 5 degrees C / sec or more to the temperature range which surface temperature becomes 500 degrees C or less.
상기 Zr, REM 및 Ca을 첨가한 후, 40분을 초과하지 않는 범위에서 용강을 교반하고 나서 주조를 행하는 강재의 제조방법.The method of claim 4, wherein
After adding Zr, REM, and Ca, casting is performed after stirring molten steel in the range which does not exceed 40 minutes.
상기 제 1 압연을 오스테나이트 재결정 온도 영역에서 행하는 강재의 제조방법.The method of claim 4, wherein
A method for producing steel, wherein the first rolling is performed in an austenite recrystallization temperature range.
상기 제 2 압연을 행한 후의 강재의 표면 온도가 500℃ 이하가 되는 온도 영역까지 평균 냉각 속도 5℃/초 이상으로 냉각한 후, 500℃ 이상, Ac1점 미만의 온도 범위에서 뜨임 처리를 행하는 강재의 제조방법.The method of claim 4, wherein
Steel material subjected to tempering treatment at a temperature range of 500 ° C or higher and less than Ac 1 point after cooling at an average cooling rate of 5 ° C / sec or more to a temperature range where the surface temperature of the steel material after the second rolling becomes 500 ° C or lower. Manufacturing method.
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