KR101351266B1 - 900MPa HIGH STRENGTH WELDING JOINT HAVING EXCELLENT LOW TEMPERATURE TOUGHNESS - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 용접부는 탄소(C) : 0.05~0.07%, 실리콘(Si) : 0.2~0.4%, 망간(Mn) : 1.6~1.9%, 니켈(Ni) : 2.6~3.5%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~0.6%, 크롬(Cr) : 0.3~0.5%, 티타늄(Ti) ; 0.07~0.10%, 보론(B) : 0.004~0.006%, 알루미늄(Al) : 0.020~0.025%, 구리(Cu) : 0.03~0.04%, 인(P) : 0.016% 이하, 황(S) : 0.007% 이하, 산소(O) : 0.035~0.040%, 질소(N) : 0.003~0.009%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 15~20면적%의 입내 침상 페라이트, 21~30면적%의 마르텐사이트 및 나머지 베이나이트로 이루어지는 내부조직을 가질 수 있다.
The present invention relates to a high strength welded 900MPa class weldability excellent.
Welded part according to one aspect of the present invention carbon (C): 0.05 ~ 0.07%, silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, manganese (Mn): 1.6 ~ 1.9%, nickel (Ni): 2.6 ~ 3.5%, molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, chromium (Cr): 0.3-0.5%, titanium (Ti); 0.07 ~ 0.10%, Boron (B): 0.004 ~ 0.006%, Aluminum (Al): 0.020 ~ 0.025%, Copper (Cu): 0.03 ~ 0.04%, Phosphorus (P): 0.016% or less, Sulfur (S): 0.007 % Or less, Oxygen (O): 0.035 to 0.040%, Nitrogen (N): 0.003 to 0.009%, balance Fe and inevitable impurities, 15-20 area% intragranular acicular ferrite, 21-30 area% martens It may have an internal organization of sites and remaining bainite.

Description

저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부{900MPa HIGH STRENGTH WELDING JOINT HAVING EXCELLENT LOW TEMPERATURE TOUGHNESS}900MPa class high strength welded part with excellent low temperature toughness {900MPa HIGH STRENGTH WELDING JOINT HAVING EXCELLENT LOW TEMPERATURE TOUGHNESS}

본 발명은 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부에 관한 것이다.The present invention relates to a high strength welded 900MPa class weldability excellent.

용접구조물, 예를 들면 해양구조물, 건축물, 선박, 라인파이프, 교량 등은 점차 그 크기가 대형화되고 있는 추세이다. 그 결과, 초고층 빌딩, 초장대 교량, 초대형 컨테이너선, 초대형 유조선, 초대형 LNG선, 대구경 라인파이프 등이 속속 개발되고 있다.
Welded structures, such as offshore structures, buildings, ships, line pipes, bridges, etc. are gradually increasing in size. As a result, high-rise buildings, ultra-long bridges, ultra-large container ships, extra-large tankers, ultra-large LNG carriers, and large-diameter line pipes are being developed one after another.

이에 따라, 상기와 같은 초대형 구조물을 제조하기 위한 초고강도 강의 개발에 대한 요구도 날이 갈수록 증가하고 있는 추세이며, 이에 맞추어 강재의 새로운 합금 성분계가 설계되고, 적절한 제조방법이 개발되어 예를 들면 강도수준 900MPa급 이상의 초고강도강이 제공되기에 이르렀다.
Accordingly, the demand for the development of ultra-high strength steel for manufacturing the super-large structure is also increasing day by day, and accordingly, a new alloy component system of steel is designed, and an appropriate manufacturing method is developed, for example, strength. Ultra high strength steel of 900MPa level or more has been provided.

그런데, 초고강도 강이 개발된다 하더라도 구조물을 제조하기 위해서는 상기 초고강도 강을 용접하여야 하는데, 용접된 부위는 이전까지 강재(모재)가 받았던 열이력과는 완전히 다른 이력을 가지게 되므로, 모재가 가지고 있던 강도가 반드시 용접부에서 구현된다고 볼 수는 없다. 따라서, 이를 위해서는 용접부 자체의 강도가 충분할 필요가 있다.
However, even if ultra high strength steel is developed, the super high strength steel should be welded in order to manufacture a structure, and the welded part has a history that is completely different from the thermal history received by the steel (base material). Strength is not necessarily achieved at the weld. Therefore, for this purpose, the strength of the weld itself needs to be sufficient.

그런데, 용접부는 강재를 접합시키기 위하여 용접되었다가, 응고된 부위이기 때문에, 열기계적 변형에 의해 제어된 조직을 가지는 모재와는 그 조직이 상이하며, 그 결과 저온인성이 매우 취약한데, 이러한 경향은 고강도 용접부일수록 강하게 되며, 따라서 강도와 저온인성을 동시에 충족시키는 용접부를 개발하는 것은 용이하지 않다.
However, since the welded portion is welded to join the steel and then solidified, the tissue is different from the base metal having the structure controlled by thermomechanical deformation, and as a result, the low temperature toughness is very weak. Higher strength welds become stronger, so it is not easy to develop welds that meet both strength and low temperature toughness at the same time.

용접부의 강도와 인성을 확보하기 위한 기술로서 대한민국 공개특허공보 2011-0050039호를 들 수 있다. 그러나, 상기 기술은 용접부의 인장강도가 600MPa급에 불과하여 초고강도 용접구조물에 사용하기에는 적합하지 않다.Republic of Korea Patent Publication No. 2011-0050039 as a technique for securing the strength and toughness of the welded portion. However, the technique is not suitable for use in ultra high strength welded structures because the tensile strength of the weld is only 600MPa class.

본 발명의 일측면에 따르면, 900MPa 이상의 강도와 우수한 저온인성을 가지는 용접부가 제공된다.
According to one aspect of the present invention, a welded portion having a strength of 900 MPa or more and excellent low temperature toughness is provided.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 명세서의 전반적인 기재사항으로부터 충분히 파악될 수 있다.The problem of the present invention is not limited to the above description, and can be sufficiently understood from the general description of the specification.

본 발명의 일측면에 따른 용접부는 탄소(C) : 0.05~0.07%, 실리콘(Si) : 0.2~0.4%, 망간(Mn) : 1.6~1.9%, 니켈(Ni) : 2.6~3.5%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~0.6%, 크롬(Cr) : 0.3~0.5%, 티타늄(Ti) ; 0.07~0.10%, 보론(B) : 0.004~0.006%, 알루미늄(Al) : 0.020~0.025%, 구리(Cu) : 0.03~0.04%, 인(P) : 0.016% 이하, 황(S) : 0.007% 이하, 산소(O) : 0.035~0.040%, 질소(N) : 0.003~0.009%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 15~20면적%의 입내 침상 페라이트, 21~30면적%의 마르텐사이트 및 나머지 베이나이트로 이루어지는 내부조직을 가질 수 있다.
Welded part according to one aspect of the present invention carbon (C): 0.05 ~ 0.07%, silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, manganese (Mn): 1.6 ~ 1.9%, nickel (Ni): 2.6 ~ 3.5%, molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, chromium (Cr): 0.3-0.5%, titanium (Ti); 0.07 ~ 0.10%, Boron (B): 0.004 ~ 0.006%, Aluminum (Al): 0.020 ~ 0.025%, Copper (Cu): 0.03 ~ 0.04%, Phosphorus (P): 0.016% or less, Sulfur (S): 0.007 % Or less, Oxygen (O): 0.035 to 0.040%, Nitrogen (N): 0.003 to 0.009%, balance Fe and inevitable impurities, 15-20 area% intragranular acicular ferrite, 21-30 area% martens It may have an internal organization of sites and remaining bainite.

이때, 하기 수학식으로 표시되는 탄소당량이 0.59~0.64인 것이 바람직하다.At this time, the carbon equivalent represented by the following formula is preferably 0.59 to 0.64.

[수학식 1][Equation 1]

탄소당량 = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4Carbon equivalent = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4

단, 여기서 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo는 각각 해당 원소의 함량을 중량%로 나타낸 값임
Where C, Si, Mn, Ni, Cr, and Mo are the values in percent by weight of the element, respectively.

그리고, 상기 마르텐사이트는 26면적% 이하인 것이 높은 인성 확보에 보다 유리하다.
And, the martensite is less than 26 area% is more advantageous for securing high toughness.

또한, 상기 내부조직은 3.2면적% 이하의 잔류 오스테나이트를 더 포함하는 것이 효과적이다.
In addition, it is effective that the internal structure further contains residual austenite of 3.2 area% or less.

상술한 본 발명의 용접부는, 상기 -40℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 47J 이상인 저온인성이 우수한 용접부이다.The welding part of this invention mentioned above is a welding part excellent in low-temperature toughness whose Charpy impact energy value in said -40 degreeC is 47J or more.

본 발명의 용접부는 미세조직이 베이나이트와 마르텐사이트의 복합조직으로서 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 강 조성을 적절히 제어함으로써 높은 저온인성까지 확보할 수 있어, 고강도 구조물 제조시 유용하다.The welded part of the present invention not only has a high strength as the composite structure of bainite and martensite, but also can secure high low temperature toughness by appropriately controlling the steel composition, which is useful for producing a high strength structure.

도 1은 본 발명의 일실시예에서 형성한 용접부의 단면 형태를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a welded portion formed in one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 용접부는 용접에 의해 용융되었다가 응고된 부위로서 용접부 및 상기 용접부가 다층 용접에 의해 다시 열을 흡수하게 되는 재열부까지 포함하는 의미임에 유의할 필요가 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail. It is important to note that the welding part of the present invention includes a weld part and a reheating part where the weld part absorbs heat again by multi-layer welding as a part that is melted and solidified by welding.

본 발명자들은 용접부의 조성을 아래와 같이 제어하고 조직을 특정한 형태로 제어할 경우에는 900MPa 이상의 고강도는 물론이고, -40℃에서의 높은 충격인성을 확보할 수 있다는 사실을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
The present inventors have found that when the composition of the welded portion is controlled as follows and the structure is controlled in a specific form, high strength of 900 MPa or more, as well as high impact toughness at -40 ° C, can be ensured and the present invention has been achieved.

우선, 본 발명의 용접부의 유리한 조성에 대하여 설명한다. 후술하는 각 원소의 함량은 특별히 달리 규정하지 않는 한 중량%를 기준으로 한 것임에 유의할 필요가 있다.
First, the advantageous composition of the weld part of this invention is demonstrated. It is to be noted that the content of each element described below is based on weight% unless otherwise specified.

탄소(C) : 0.05~0.07%Carbon (C): 0.05 ~ 0.07%

탄소는 강력한 경화능 향상원소로서 강도를 확보하기 위해 0.05중량% 이상 첨가된다. 다만, 과다하게 첨가할 경우에는 용접성이 저하되어 저온균열이 발생하기 쉬워지기 때문에 상기 탄소의 함량은 0.07중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Carbon is added at 0.05% by weight or more in order to secure strength as a powerful hardening element. However, when excessively added, the weldability is lowered and low temperature cracking is more likely to occur, so the content of carbon is preferably 0.07% by weight or less.

실리콘(Si) : 0.2~0.4%Silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%

실리콘은 강을 탈산하기 위하여 강중에 첨가되는 원소이므로 0.2중량% 이상은 첨가될 필요가 있다. 만일 그 양이 충분하지 못할 경우에는 용존산소의 잔류량이 증가하여 블로우 홀이 발생하고, 인성이 열화되며 용융금속의 유동성이 저하될 우려가 있다. 또한, 실리콘은 경화능 향상원소로서 용접부의 강도를 향상시키기 위해서도 0.2중량% 이상은 첨가되는 것이 좋다. 다만, 과다하게 첨가될 경우에는 조직 중 마르텐사이트가 아닌 도상 마르텐사이트(Martensite-Austenite Constituent, MA라고도 함)가 생성되어 충격인성이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 0.4중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Since silicon is an element added to steel in order to deoxidize steel, 0.2 weight% or more needs to be added. If the amount is not sufficient, the residual amount of dissolved oxygen may increase, causing blow holes, deterioration of toughness and deterioration of molten metal fluidity. In addition, silicon is preferably added in an amount of 0.2% by weight or more in order to improve the strength of the welded portion as an element for improving hardenability. However, when excessively added, it is not preferable because non-martensite phase martensite (also referred to as Martensite-Austenite Constituent, MA) is formed in the tissue, thereby deteriorating impact toughness. Therefore, it is preferable to limit it to 0.4 weight% or less.

망간(Mn) : 1.6~1.9%Manganese (Mn): 1.6 ~ 1.9%

망간 역시 강을 탈산시킬 뿐 아니라, 강도와 인성 확보에도 역할을 하므로 상기 망간은 1.6중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 과다하게 첨가될 경우에는 저온균열이 발생하기 쉬워지기 때문에 상기 망간의 함량의 상한은 1.9중량%로 정하는 것이 바람직하다.
Manganese also deoxidizes the steel, but also plays a role in securing strength and toughness, so that the manganese is preferably added at least 1.6% by weight. However, when excessively added, low temperature cracks are likely to occur, so the upper limit of the content of manganese is preferably set to 1.9% by weight.

니켈(Ni) : 2.6~3.5%Nickel (Ni): 2.6 ~ 3.5%

니켈은 용접 금속의 강도와 인성을 모두 향상시키는 원소이므로 2.6중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 과다하게 첨가될 경우 경화능이 필요이상으로 증가하여 고온균열이 발생할 가능성이 높아진다.
Nickel is an element that improves both the strength and toughness of the weld metal, and therefore it is preferably added at 2.6% by weight or more. When added excessively, the hardenability increases more than necessary, thereby increasing the possibility of hot cracking.

몰리브덴(Mo) : 0.4~0.6%Molybdenum (Mo): 0.4 ~ 0.6%

몰리브덴은 강도를 향상시키고 결정입자의 크기를 감소시켜서 저온 충격 인성을 향상시킨다. 따라서, 이를 위해서는 0.4중량% 이상은 첨가할 필요가 있다. 그러나, 0.6중량%를 초과하는 경우 도상 마르텐사이트가 생성되어 충격인성이 열화할 뿐만 아니라 용접 저온균열이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
Molybdenum improves the low temperature impact toughness by improving the strength and reducing the size of crystal grains. Therefore, 0.4 weight% or more needs to be added for this. However, when the content exceeds 0.6% by weight, island martensite is formed, which is not only deteriorated in impact toughness but also may cause welding low temperature cracking.

크롬(Cr) : 0.3~0.5%Chromium (Cr): 0.3 ~ 0.5%

크롬은 강도 상승에 기여하므로 0.3중량% 이상 첨가된다. 다만, 과다하게 첨가될 경우에는 입계에 조대한 탄화물이 형성되어 인성이 저하된다. 따라서, 0.5중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Chromium contributes to the increase in strength, so 0.3 wt% or more is added. However, when excessively added, coarse carbides are formed at the grain boundaries and the toughness decreases. Therefore, it is preferable to limit it to 0.5 weight% or less.

티타늄(Ti) ; 0.07~0.10%Titanium (Ti); 0.07-0.10%

티타늄은 산소와 결합하여 티타늄 산화물을 형성시키고, 그것은 입내침상페라이트의 핵생성 장소가 된다. 하지만 0.1을 초과하는 경우 티타늄 산화물이 조대하게 되어 인성이 저하된다.
Titanium combines with oxygen to form titanium oxide, which becomes the nucleation site of intragranular ferrite. However, if it exceeds 0.1, the titanium oxide becomes coarse and the toughness is lowered.

보론(B) : 0.004~0.006%Boron (B): 0.004 ~ 0.006%

보론은 경화능을 크게 향상시키는 원소이다. 결정립계에 편석되어 입계 페라이트 변태를 억제하고, 입내 침상 페라이트 변태를 촉진하므로 0.004중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 반면, 0.006중량%를 초과하는 경우 경화능이 지나치게 증가하여 용접 저온균열이 발생할 수 있고, 인성을 저하시킨다.
Boron is an element which greatly improves hardenability. It is preferable to add 0.004% by weight or more because segregation at the grain boundary suppresses grain boundary ferrite transformation and promotes intragranular acicular ferrite transformation. On the other hand, if it exceeds 0.006% by weight, the curing ability is excessively increased, so that welding low temperature cracking may occur and the toughness is lowered.

알루미늄(Al) : 0.020~0.025%Aluminum (Al): 0.020 ~ 0.025%

알루미늄은 탈산제 역할을 하므로, 용접금속의 산소량을 감소시키기 위해 0.020중량% 이상 필요하다. 하지만 0.025를 초과하는 경우 조대한 Al2O3를 형성시켜 그 자체로 인성을 저하시키며, 입계 침상 페라이트의 변태를 촉진시키는 티타늄 산화물의 형성을 방해한다.
Since aluminum acts as a deoxidizer, it is required at least 0.020% by weight to reduce the amount of oxygen in the weld metal. However, when exceeding 0.025, coarse Al 2 O 3 is formed, thereby decreasing toughness by itself, preventing the formation of titanium oxide which promotes transformation of grain boundary acicular ferrite.

구리(Cu) : 0.03~0.04%Copper (Cu): 0.03 ~ 0.04%

구리를 0.03중량% 이상 첨가할 경우 고용강화 효과로 강도를 확보할 수 있다. 하지만 0.04중량%를 초과하는 경우 용접 작업성을 저하시키고, 용접 고온 균열을 발생시킨다.
If copper is added 0.03% by weight or more, strength can be secured by solid solution strengthening effect. However, if it exceeds 0.04% by weight, welding workability is lowered and welding hot cracking is generated.

인(P) : 0.016% 이하Phosphorus (P): 0.016% or less

인은 불가피하게 함유되는 불순물이므로 가능한 낮게 한다. 용접 작업성을 열화시키고, 인성을 저하시킨다. 오스테나이트 결정립계에 편석되어 용접 고온균열을 조장한다.
Phosphorus is an inevitable impurity, so keep it as low as possible. It degrades welding workability and reduces toughness. It segregates in the austenite grain boundary to promote welding hot cracking.

황(S) : 0.007% 이하Sulfur (S): 0.007% or less

불가피하게 함유되는 불순물로 가능한 낮게 한다. 인성을 저하시키며, FeS와 같은 저융점화합물을 형성시켜 고온균열을 유발할 수 있다.
It is inevitable to keep the impurities as low as possible. It may lower toughness and form a low melting point compound such as FeS, causing hot cracking.

산소(O) : 0.035~0.040%Oxygen (O): 0.035 ~ 0.040%

상기 산소는 티타늄 산화물을 형성하기 위해 필요하다. 티타늄 산화물은 입내 침상 페라이트 핵생성 장소가 된다. 0.035중량% 미만인 경우 티타늄 산화물이 너무 적게 형성이 되고, 0.040중량%를 초과하는 경우 티타늄 산화물이 조대하게 되고, FeO와 같은 산화물이 다량 형성되어 용접금속의 저온인성이 저하된다. 여기서, 산소 함량은 산소/질소 분석기로 분석한 전산소(total Oxygen)를 의미한다.
The oxygen is needed to form titanium oxide. Titanium oxide becomes an intraoral needle ferrite nucleation site. If less than 0.035% by weight, too little titanium oxide is formed, if exceeding 0.040% by weight of titanium oxide is coarse, a large amount of oxides, such as FeO is formed to reduce the low-temperature toughness of the weld metal. Here, oxygen content means total oxygen analyzed by an oxygen / nitrogen analyzer.

질소(N) : 0.003~0.009%Nitrogen (N): 0.003 ~ 0.009%

Ti 및 Al과 결합하여 TiN석출물 및 AlN석출물을 형성하여 석출강화 효과를 얻을 수 있다. 하지만 0.009중량%를 초과하는 경우 용접금속의 고용 질소량이 증가하여 인성이 크게 저하된다.
TiN and Al can be combined with TiN to form precipitates and AlN precipitates to obtain precipitation strengthening effects. However, if the content exceeds 0.009% by weight, the dissolved nitrogen content of the weld metal is increased, so the toughness is greatly reduced.

본 발명의 용접부는 강재의 용접부이므로 상기 성분 이외의 잔부는 Fe이며, 기타 강재나 용접 와이어 등에서 혼입될 수 있는 불가피한 불순물이 포함될 수 있다.
Since the weld of the present invention is a weld of steel, the remainder other than the above components is Fe, and may include inevitable impurities that may be mixed in other steels or welding wires.

따라서, 본 발명의 용접부는 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.07%, 실리콘(Si) : 0.2~0.4%, 망간(Mn) : 1.6~1.9%, 니켈(Ni) : 2.6~3.5%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~0.6%, 크롬(Cr) : 0.3~0.5%, 티타늄(Ti) ; 0.07~0.10%, 보론(B) : 0.004~0.006%, 알루미늄(Al) : 0.020~0.025%, 구리(Cu) : 0.03~0.04%, 인(P) : 0.016% 이하, 황(S) : 0.007% 이하, 산소(O) : 0.035~0.040%, 질소(N) : 0.003~0.009%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가진다.
Therefore, the welded portion of the present invention in weight%, carbon (C): 0.05 ~ 0.07%, silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, manganese (Mn): 1.6 ~ 1.9%, nickel (Ni): 2.6 ~ 3.5% , Molybdenum (Mo): 0.4-0.6%, chromium (Cr): 0.3-0.5%, titanium (Ti); 0.07 ~ 0.10%, Boron (B): 0.004 ~ 0.006%, Aluminum (Al): 0.020 ~ 0.025%, Copper (Cu): 0.03 ~ 0.04%, Phosphorus (P): 0.016% or less, Sulfur (S): 0.007 % Or less, oxygen (O): 0.035 to 0.040%, nitrogen (N): 0.003 to 0.009%, balance Fe and inevitable impurities.

또한, 본 발명의 또 한가지 측면에 따르면 용접부는 상술한 조성제한에 더하여 탄소당량(Ceq)를 하기와 같이 제한하는 것이 바람직하다. 즉, 탄소당량은 C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4로 표현되는 수식(단, 여기서 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo는 각각 해당 원소의 함량을 중량%로 나타낸 값)으로서 그 값이 0.59~0.64인 것이 바람직하다. 만일, 탄소 당량이 너무 낮을 경우에는 충분한 강도를 얻기 어렵고, 반대로 너무 높을 경우에는 베이나이트와 마르텐사이트 등과 같은 저온조직의 분율이 본원에서 규정하는 범위 이상으로 증가하여 저온인성이 열화될 우려가 있다.
In addition, according to another aspect of the present invention, the weld is preferably limited to the carbon equivalent (Ceq) as follows in addition to the above-described composition limitation. That is, the carbon equivalent is expressed by C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 (wherein C, Si, Mn, Ni, Cr, and Mo are It is preferable that the value is 0.59-0.64 as a content (weight-% value). If the carbon equivalent is too low, it is difficult to obtain sufficient strength. On the contrary, if the carbon equivalent is too high, the fraction of the low temperature structure such as bainite and martensite may increase beyond the range defined herein, resulting in deterioration of low temperature toughness.

본 발명의 용접부는 그 인장강도가 상술한 탄소당량에 의해 다음과 같은 관계를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 연구결과에 따르면 인장강도가 하기 수학식 1의 관계를 충족시킬 경우 -40℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 47J 이상으로 우수한 저온인성을 가질 수 있는 것이다.
It is preferable that the welded portion of the present invention has the following relationship based on the above-described carbon equivalent tensile strength. According to the results of the present inventors, when the tensile strength satisfies the relationship of Equation 1 below, the Charpy impact energy value at −40 ° C. may have excellent low temperature toughness of 47 J or more.

[수학식 1][Equation 1]

인장강도(MPa) = 850.3×Ceq + aTensile Strength (MPa) = 850.3 × Ceq + a

단, 여기서 a는 상수값으로서 380~415의 값을 가지며, 보다 바람직한 경우에는 395.2~400.2의 값을 가진다.
However, a has a value of 380-415 as a constant value here, More preferably, it has a value of 395.2-400.2.

상술한 유리한 조성을 가지는 본 발명의 용접부는 그 미세조직이 입내 침상 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 것이 바람직하다. 입내 침상 페라이트는 강도와 저온인성을 동시에 확보하기 위하여 필요한 조직으로서, 15면적%이상 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 입내 침상 페라이트만으로는 900MPa 이상의 고강도를 확보하기 어려우므로, 고강도 확보를 위하여 상기 입내 침상 페라이트의 상한은 20면적%로 제한하고, 상기 입내 침상 페라이트를 제외한 나머지 조직은 베이나이트와 마르텐사이트로 이루어질 수 있다. 이때, 충분한 강도를 얻기 위하여 상기 마르텐사이트는 21면적% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 마르텐사이트는 비교적 인성이 취약한 조직이므로 다량 포함될 경우 용접부 전체의 인성을 훼손할 우려가 있다. 따라서, 용접부내 마르텐사이트의 함량은 30면적% 이하인 것이 바람직하며, 26면적% 이하인 것이 보다 바람직하다.
It is preferable that the welded part of the present invention having the above-mentioned advantageous composition consists of intragranular acicular ferrite, bainite and martensite. Intraoral needle-like ferrite is a tissue necessary to secure both strength and low temperature toughness at the same time, and preferably contains 15 area% or more. However, since intragranular acicular ferrite alone is difficult to secure high strength of 900 MPa or more, the upper limit of intragranular acicular ferrite is limited to 20 area%, and the remaining tissues except for intragranular acicular ferrite may be composed of bainite and martensite. have. At this time, the martensite is more preferably contained 21 area% or more in order to obtain sufficient strength. However, martensite is relatively fragile in tissue, so if it is included in a large amount, it may damage the toughness of the entire weld. Therefore, the content of martensite in the weld is preferably 30 area% or less, more preferably 26 area% or less.

따라서, 본 발명의 한가지 측면에 따른 용접부의 내부 조직은 소정량의 입내 침상 페라이트와 마르텐사이트 및 잔부는 실질적으로 베이나이트로 이루어질 수 있다.
Accordingly, the internal structure of the weld according to one aspect of the present invention may consist of a predetermined amount of intragranular acicular ferrite and martensite and the balance substantially bainite.

또한, 본 발명의 또 한가지 측면에 따르면 상술한 본 발명의 유리한 조직에는 잔류 오스테나이트가 3.2면적% 이하(0% 미포함)의 비율로 더 포함될 수 있다. 상기 잔류 오스테나이트는 용접부의 강도를 향상시키기 위하여 소량 포함될 경우 유리한 효과를 얻을 수 있으나, 통상 도상 마르텐사이트 형태로 존재하는 것이기 때문에 과량 첨가할 경우 인성이 열화될 수 있다. 따라서, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 3.2면적% 이하인 것이 바람직하다. 보다 유리한 잔류 오스테나이트의 함량은 2.0~3.2면적%이다.
In addition, according to another aspect of the present invention, the above-described advantageous tissue of the present invention may further include residual austenite in a ratio of 3.2 area% or less (not including 0%). When the residual austenite is included in small amounts to improve the strength of the welded part, a beneficial effect may be obtained. However, since the residual austenite is present in the form of martensite, the toughness may be degraded when added in excess. Therefore, the fraction of the retained austenite is preferably 3.2 area% or less. The more advantageous residual austenite content is from 2.0 to 3.2 area%.

본 발명의 상술한 유리한 조건의 용접부는 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 방법에 의해 충분히 제조할 수 있으므로 자세한 제조방법은 본 발명에서 특별히 논하지 않는다. 다만, 본 발명의 적용에 유리한 한가지 방법으로는 가스-실드 아크 용접을 들 수 있다. 상기 가스-실드 아크 용접은 분위기 가스 중 산소 분압을 낮춤으로써 용접부 산화를 방지하고 조성을 제어할 수 있어 유리하게 적용될 수 있다.
The above-described advantageous welding part of the present invention can be sufficiently manufactured by a method well known in the art to which the present invention belongs, and thus a detailed manufacturing method is not particularly discussed in the present invention. However, one method advantageous to the application of the present invention is gas-shielded arc welding. The gas-shielded arc welding can be advantageously applied by lowering the oxygen partial pressure in the atmosphere gas to prevent oxidation of the weld and control the composition.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, it is necessary to note that the following examples are intended to more specifically illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

(실시예)(Example)

용접부를 형성하기 위하여 도 1에 도시된 형태로 개선부를 형성한 후 맞대기 가스-실드 아크 용접을 실시하였다. 용접시 적용한 용접조건은 하기 표 1에 기재된 바와 같이 설정하였다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 모재 금속판 사이에 V형 개선부를 형성하였고, 모재와 동일한 조성의 백킹 스트립을 이용하여 맞대기 용접부의 바닥부를 덮도록 모재 금속판에 부착하였다.
In order to form a weld, an improved part was formed in the form shown in FIG. 1, followed by butt gas-shielded arc welding. Welding conditions applied during welding were set as described in Table 1 below. As can be seen in the figure, a V-shaped improvement was formed between the base metal plate, and attached to the base metal plate to cover the bottom of the butt weld using a backing strip having the same composition as the base material.

모재Base material 루트갭Root gap 개선
각도
Improving
Angle
적층Lamination 전류electric current 전압Voltage 용접
속도
welding
speed
입열량Heat input 보호가스Protective gas 보호가스유량Protective gas flow
AH36,
20mm두께
AH36,
20mm thickness
13mm13mm 45°45 ° 15패스15 pass 320A320A 31V31 V 26~33cm/min26 ~ 33cm / min 18~23 kJ/cm18-23 kJ / cm CO2 CO 2 20 l/min20 l / min

상기와 같은 조건으로 용접한 결과 도 1에서 도시한 바와 같이 7겹의 용접 금속이 형성된 용접부를 얻을 수 있었다. 본 실시예에서 사용한 용접부의 조성을 표 2에 나타내었다. 표에서 각 원소들의 함량은 중량% 단위로 나타내었다.
As a result of welding under the above conditions, as shown in FIG. 1, a welded part in which seven weld metals were formed was obtained. Table 2 shows the composition of the welded part used in this example. The content of each element in the table is expressed in weight percent.

구분division CC SiSi MnMn NiNi MoMo CrCr TiTi BB AlAl CuCu PP SS OO NN 실시예1Example 1 0.0620.062 0.290.29 1.61.6 2.92.9 0.480.48 0.340.34 0.070.07 0.0050.005 0.020.02 0.0320.032 0.0140.014 0.0060.006 0.03760.0376 0.00440.0044 실시예2Example 2 0.060.06 0.310.31 1.81.8 33 0.50.5 0.340.34 0.10.1 0.0060.006 0.0230.023 0.0390.039 0.0160.016 0.0070.007 0.03720.0372 0.00620.0062 실시예3Example 3 0.0590.059 0.310.31 1.81.8 3.33.3 0.480.48 0.340.34 0.10.1 0.0060.006 0.0230.023 0.0370.037 0.0150.015 0.0070.007 0.040.04 0.0070.007 실시예4Example 4 0.0580.058 0.310.31 1.71.7 2.92.9 0.470.47 0.330.33 0.090.09 0.0060.006 0.0210.021 0.0370.037 0.0150.015 0.0070.007 0.03510.0351 0.00510.0051 실시예5Example 5 0.0580.058 0.270.27 1.61.6 2.92.9 0.470.47 0.330.33 0.070.07 0.0050.005 0.0210.021 0.0380.038 0.0150.015 0.0070.007 0.03590.0359 0.00310.0031 실시예6Example 6 0.060.06 0.280.28 1.61.6 2.82.8 0.520.52 0.30.3 0.090.09 0.0060.006 0.020.02 0.0370.037 0.0150.015 0.0060.006 0.03580.0358 0.00890.0089 실시예7Example 7 0.0610.061 0.270.27 1.71.7 2.92.9 0.540.54 0.320.32 0.10.1 0.0060.006 0.0210.021 0.0330.033 0.0140.014 0.0060.006 0.03690.0369 0.00630.0063 실시예8Example 8 0.060.06 0.30.3 1.71.7 3.23.2 0.490.49 0.310.31 0.090.09 0.0050.005 0.020.02 0.0330.033 0.0140.014 0.0070.007 0.03770.0377 0.00850.0085 비교예1Comparative Example 1 0.0570.057 0.290.29 1.71.7 22 0.440.44 0.310.31 0.070.07 0.0050.005 0.0240.024 0.0310.031 0.0150.015 0.0060.006 0.03730.0373 0.00640.0064 비교예2Comparative Example 2 0.0580.058 0.280.28 1.71.7 2.12.1 0.460.46 0.330.33 0.070.07 0.0050.005 0.0240.024 0.0330.033 0.0150.015 0.0060.006 0.03940.0394 0.00590.0059 비교예3Comparative Example 3 0.060.06 0.310.31 1.71.7 2.92.9 0.820.82 0.330.33 0.090.09 0.0050.005 0.0230.023 0.0350.035 0.0160.016 0.0060.006 0.03820.0382 0.00540.0054 비교예4Comparative Example 4 0.0550.055 0.310.31 1.81.8 2.92.9 0.90.9 0.310.31 0.070.07 0.0050.005 0.0240.024 0.0310.031 0.0150.015 0.0070.007 0.03790.0379 0.00480.0048 비교예5Comparative Example 5 0.0590.059 0.350.35 1.71.7 2.82.8 0.480.48 0.330.33 0.170.17 0.0060.006 0.0240.024 0.0340.034 0.0150.015 0.0060.006 0.01810.0181 0.00440.0044 비교예6Comparative Example 6 0.060.06 0.340.34 1.81.8 2.72.7 0.490.49 0.320.32 0.180.18 0.0050.005 0.0220.022 0.0320.032 0.0160.016 0.0060.006 0.01830.0183 0.00530.0053 비교예7Comparative Example 7 0.060.06 0.330.33 1.81.8 33 0.490.49 0.330.33 0.080.08 0.0290.029 0.0240.024 0.0340.034 0.0140.014 0.0070.007 0.03560.0356 0.00580.0058 비교예8Comparative Example 8 0.0610.061 0.320.32 1.81.8 3.13.1 0.430.43 0.350.35 0.080.08 0.030.03 0.0230.023 0.0340.034 0.0150.015 0.0060.006 0.03640.0364 0.00570.0057

상기 표 2의 조성을 가지는 각 용접부의 탄소당량, 미세조직, 인장강도, 샤르피 충격에너지 값을 표 3에 나타내었다. 용접부의 조직은 상술한 표 1의 용접조건의 범위내에서 입열량과 냉각조건 등을 조절하여 변경가능하였다. 인장강도 측정을 위한 인장 시험편은 ASTM 규격 E8에 준하여 제조하였으며, 충격시험편은 ASTM 규격 E23에 준하여 제조하였다. 미세조직 중 표에 기재하지 않은 나머지 조직은 베이나이트임을 확인할 수 있었다.
Table 3 shows the carbon equivalent, microstructure, tensile strength, and Charpy impact energy of each welded part having the composition shown in Table 2. The structure of the welded part can be changed by adjusting the heat input amount and cooling condition within the range of the welding conditions of Table 1 described above. Tensile test pieces for measuring tensile strength were prepared according to ASTM Standard E8, and impact test specimens were prepared according to ASTM Standard E23. Among the microstructures, the remaining tissues not listed in the table were confirmed to be bainite.

구분division Ceq(%)Ceq (%) 인장강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
-40℃ 샤르피 충격에너지(J)-40 ℃ Charpy impact energy (J) 입내 침상 페라이트 분율(면적%)In-mouth needle bed ferrite fraction (area%) 마르텐사이트 분율(면적%)Martensite fraction (area%) 잔류오스테나이트 분율(면적%)Residual austenite fraction (area%)
실시예1Example 1 0.6010.601 910910 5151 1919 2323 22 실시예2Example 2 0.6410.641 942942 4848 1616 2626 3.23.2 실시예3Example 3 0.6420.642 945945 5050 1717 2626 3.13.1 실시예4Example 4 0.6100.610 919919 4848 1717 2424 2.52.5 실시예5Example 5 0.5920.592 901901 4949 1717 2121 2.22.2 실시예6Example 6 0.5980.598 904904 5555 1919 2121 2.12.1 실시예7Example 7 0.6270.627 929929 5151 1818 2424 2.32.3 실시예8Example 8 0.6200.620 924924 5757 1818 2525 2.42.4 비교예1Comparative Example 1 0.5740.574 887887 5555 2525 1818 2.42.4 비교예2Comparative Example 2 0.5870.587 892892 5454 2222 1818 2.42.4 비교예3Comparative Example 3 0.7000.700 964964 4343 1010 3434 3.23.2 비교예4Comparative Example 4 0.7270.727 970970 3838 99 3333 3.33.3 비교예5Comparative Example 5 0.6130.613 918918 1212 1414 2323 3.13.1 비교예6Comparative Example 6 0.6280.628 929929 1313 1313 2424 2.82.8 비교예7Comparative Example 7 0.6370.637 935935 1111 1313 2525 2.72.7 비교예8Comparative Example 8 0.6290.629 929929 1313 1313 2525 2.82.8

상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 비교예1 및 비교예2는 니켈의 함량과 탄소당량(Ceq)이 본 발명에서 규정하는 범위 보다 낮은 경우로서, 충분한 인장강도를 얻을 수 없었다. 또한, 비교예1 및 2에서는 900MPa 이상의 강도를 확보하기 위하여 필수적인 마르텐사이트의 분율이 18면적%에 불과하다는 것도 확인할 수 있다.
As can be seen in Table 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is a case where the content of nickel and the carbon equivalent (Ceq) is lower than the range specified in the present invention, sufficient tensile strength could not be obtained. In Comparative Examples 1 and 2, it can also be confirmed that the fraction of martensite necessary for securing strength of 900 MPa or more is only 18 area%.

비교예3 및 4는 몰리브덴의 함량과 탄소당량이 본 발명에서 제한하는 범위보다 높고, 마르텐사이트의 분율이 각각 34 및 33면적%인 경우인데, 샤르피 충격에너지가 본원에서 목표하는 47J에 미달하여 인성이 불량함을 알 수 있다. 특히, 비교예3, 4에서는 인성확보에 필요한 입내 침상 페라이트의 분율이 본원에서 규정하는 범위 이하임을 확인할 수 있다.
Comparative Examples 3 and 4 are the case where the content of molybdenum and carbon equivalent is higher than the range limited by the present invention, and the fraction of martensite is 34 and 33 area%, respectively, and the Charpy impact energy is less than 47J targeted here. This defect can be seen. In particular, in Comparative Examples 3 and 4, it can be confirmed that the fraction of intragranular acicular ferrite required for securing toughness is below the range specified in the present application.

비교예5, 6은 티타늄의 함량이 본원에서 제한하는 범위보다 높은 경우로서 샤피 충격에너지의 값이 현저하게 낮아진 것을 알 수 있다.
In Comparative Examples 5 and 6, the titanium content is higher than the limit of the present application, and it can be seen that the value of the Charpy impact energy is significantly lowered.

또한, 비교예7, 8은 보론의 값이 과다한 경우로서 이역시 강도는 높은나 샤르피 충격에너지의 값이 불량함을 알 수 있다.
In addition, Comparative Examples 7 and 8 show that the value of boron is excessive, and in this case, the strength is high but the value of Charpy impact energy is poor.

그러나, 실시예1 내지 8은 각 성분의 함량 범위와 탄소 당량, 그리고 조직의 분율이 모두 본 발명에서 규정하는 범위를 충족하는 경우로서, 그 결과 모두 900MPa 이상의 강도와 47J 이상의 -40℃ 샤르피 충격에너지 값을 충족함을 알 수 있다.
However, Examples 1 to 8 are cases in which the content range, the carbon equivalent, and the fraction of the tissue of each component all meet the ranges defined by the present invention. As a result, all of the strengths of 900 MPa or more and -40 ° C Charpy impact energy of 47 J or more are as a result. It can be seen that the value is satisfied.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.Thus, the advantageous effects of the present invention could be confirmed.

Claims (5)

탄소(C) : 0.05~0.07%, 실리콘(Si) : 0.2~0.4%, 망간(Mn) : 1.6~1.9%, 니켈(Ni) : 2.6~3.5%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~0.6%, 크롬(Cr) : 0.3~0.5%, 티타늄(Ti) ; 0.07~0.10%, 보론(B) : 0.004~0.006%, 알루미늄(Al) : 0.020~0.025%, 구리(Cu) : 0.03~0.04%, 인(P) : 0.016% 이하, 황(S) : 0.007% 이하, 산소(O) : 0.035~0.040%, 질소(N) : 0.003~0.009%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 15~20면적%의 입내 침상 페라이트, 21~30면적%의 마르텐사이트 및 나머지 베이나이트로 이루어지는 내부조직을 가지는 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부.
Carbon (C): 0.05 ~ 0.07%, Silicon (Si): 0.2 ~ 0.4%, Manganese (Mn): 1.6 ~ 1.9%, Nickel (Ni): 2.6 ~ 3.5%, Molybdenum (Mo): 0.4 ~ 0.6%, Chromium (Cr): 0.3-0.5%, titanium (Ti); 0.07 ~ 0.10%, Boron (B): 0.004 ~ 0.006%, Aluminum (Al): 0.020 ~ 0.025%, Copper (Cu): 0.03 ~ 0.04%, Phosphorus (P): 0.016% or less, Sulfur (S): 0.007 % Or less, Oxygen (O): 0.035 to 0.040%, Nitrogen (N): 0.003 to 0.009%, balance Fe and inevitable impurities, 15-20 area% intragranular acicular ferrite, 21-30 area% martens 900MPa class high strength welded part with excellent low temperature toughness with internal structure of site and remaining bainite.
제 1 항에 있어서, 하기 수학식으로 표시되는 탄소당량이 0.59~0.64인 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부.

[수학식 1]
탄소당량 = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4
단, 여기서 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo는 각각 해당 원소의 함량을 중량%로 나타낸 값임
According to claim 1, 900MPa class high strength welded parts excellent in low temperature toughness of 0.59 ~ 0.64 carbon equivalent represented by the following formula.

[Equation 1]
Carbon equivalent = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4
Where C, Si, Mn, Ni, Cr, and Mo are the values in percent by weight of the element, respectively.
제 1 항에 있어서, 상기 마르텐사이트는 26면적% 이하인 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부.
According to claim 1, The martensite is 900MPa class high strength weldability excellent in low temperature toughness of 26 area% or less.
제 1 항에 있어서, 상기 내부조직은 3.2면적% 이하의 잔류 오스테나이트를 더 포함하는 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부.
According to claim 1, wherein the internal structure is 900MPa class high strength weldability excellent excellent low-temperature toughness further comprises a residual austenite of 3.2 area% or less.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접부는 -40℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 47J 이상인 저온인성이 우수한 900MPa급 고강도 용접부.The 900MPa class high strength welding part according to any one of claims 1 to 4, wherein the welding part has excellent low temperature toughness of a Charpy impact energy value of −47 ° C. or higher at −40 ° C. 6.
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