KR102045641B1 - High strength steel for arctic environment having excellent resistance to fracture in low temperature, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

저온에서의 내파괴 특성이 우수한 극지 환경용 고강도 강재 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재는, 중량%로, C: 0.005~0.07%, Si: 0.005~0.3%, Mn: 1.7~3.0%, Sol.Al: 0.001~0.035%, Nb: 0.02% 이하(0%는 제외), V: 0.01% 이하(0%는 제외), Ti: 0.001~0.02%, Cu: 0.01~1.0%, Ni: 0.01~2.0%, Cr: 0.01~0.5%, Mo: 0.001~0.5%, Ca: 0.0002~0.005%, N: 0.001~0.008%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), O: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 관계식 1 및 관계식 2를 만족하고, 그 미세조직은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 합계로 70면적% 이상 을 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함한다.
Provided are high strength steels for polar environments having excellent fracture resistance at low temperatures, and methods for manufacturing the same.
The high-strength steel having excellent fracture resistance at low temperatures of the present invention is, by weight, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.005 to 0.3%, Mn: 1.7 to 3.0%, Sol.Al: 0.001 to 0.035%, Nb : 0.02% or less (excluding 0%), V: 0.01% or less (excluding 0%), Ti: 0.001 to 0.02%, Cu: 0.01 to 1.0%, Ni: 0.01 to 2.0%, Cr: 0.01 to 0.5% , Mo: 0.001-0.5%, Ca: 0.0002-0.005%, N: 0.001-0.008%, P: 0.02% or less (except 0%), S: 0.003% or less (except 0%), O: 0.003% It contains below (excluding 0%), balance Fe and inevitable impurities, satisfies relations 1 and 2, and its microstructure contains more than 70 area% of total polygonal ferrite and acicular ferrite, (Martensite-austenite composite phase) is contained in 3.5 area% or less.

Description

저온에서의 내파괴 특성이 우수한 극지 환경용 고강도 강재 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH STEEL FOR ARCTIC ENVIRONMENT HAVING EXCELLENT RESISTANCE TO FRACTURE IN LOW TEMPERATURE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}High-strength steel for polar environments with excellent fracture resistance at low temperatures and manufacturing method thereof

본 발명은 조선, 해양 구조용 강재에 바람직하게 적용될 수 있는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 극지 환경용 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-strength steel for polar environments having excellent fracture resistance at low temperatures that can be preferably applied to shipbuilding, marine structural steel and a method of manufacturing the same.

지구 온난화에 따라 점차 북극지역의 얼음이 감소하고 있으며, 이에 따라 유럽과 동아시아를 연결하는 북극항로에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 최근에는 여름철에 한하여 시험적으로 화물선의 운행이 이루어지기도 하였고, 기존의 동남아를 거치는 항로보다 시간과 비용이 최대 30% 이상 감소한다는 결과도 보고되고 있다. 나아가서 20~30년 이내에는 북극의 얼음이 완전히 없어지면 북극점을 가로지르는 직선 항로까지도 예상되고 있다. 이에 따라, 북극지역을 통과하는 선박에 대한 필요성이 점차 현실화 되고 있으며, 이러한 극지 환경에서 안전한 선박의 설계 및 소요되는 극지 환경용 강재의 필요성이 점차 증가되고 있는 추세이다. Due to global warming, ice in the Arctic region is gradually decreasing, and as a result, interest in the Arctic sea route connecting Europe and East Asia is greatly increased. In recent years, cargo ships have been tested only during the summer months, and time and cost are reported to be reduced by up to 30% or more compared to existing routes through Southeast Asia. Furthermore, within 20-30 years, if the Arctic ice is completely gone, even straight routes across the North Pole are expected. Accordingly, the need for ships passing through the Arctic region is gradually becoming a reality, and the need for design of safe ships and required steel materials for polar environments in such polar environments is gradually increasing.

기존의 구조용 강재들은 극지 환경, 즉 -60도까지 이르는 저온 및 유빙등에 의한 충격에 노출되는 환경에서는 파괴에 취약하므로 이를 극복할 수 있는 새로운 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 극지 환경용 고강도 강재가 필요하다. Existing structural steels are vulnerable to destruction in polar environments, that is, environments exposed to impacts of low temperatures up to -60 ° C and drift ice, and thus require new high-strength steels for polar environments with excellent fracture resistance at low temperatures. Do.

일반적으로 대형 선박이나 석유 채굴 플랫폼에 사용되는 두께가 두꺼운 고강도의 강재가 저온에서의 파괴에 취약한 이유는 하기와 같다. 고강도의 극후물 강재는 강도를 확보하기 위해 Mn, Mo등의 합금원소 첨가량이 많을 수 밖에 없고, 또한 극후물 강재의 제조시 낮은 압연 압하율과 느린 가속냉각 속도로 인하여 조대한, 그래뉼라 베이나이트나 M-A등의 경질상의 조직이 생성되기 쉽기 때문이다. 이러한 미세조직으로 인해서 강재는 저온에서 파괴에 대한 저항특성이 아주 취약한 특징을 가진다. 따라서 극후물재의 고강도와 우수한 저온에서의 파괴특성을 가지기 위해서는 조직의 미세화와 그래뉼라 베이나이트나 M-A등의 경질조직을 극히 저감시킬 필요가 있다. In general, the thick, high-strength steel used in large ships or petroleum mining platform is vulnerable to breakdown at low temperatures. High-strength ultra-thick steels have a high amount of alloying elements such as Mn and Mo to secure strength, and are coarse due to low rolling reduction rate and slow accelerated cooling rate in the production of ultra-thick steels. Granular bainite This is because hard phase tissues such as B and MA are easily formed. Due to this microstructure, the steel has a very weak characteristic of resistance to fracture at low temperatures. Therefore, in order to have high strength and excellent low temperature fracture characteristics of the ultra-thick material, it is necessary to minimize the microstructure of the tissue and to harden hard tissues such as granular bainite or M-A.

상술한 문제점을 해결하기 위해서 ① 극한적으로 슬라브 재가열 온도를 낮추어 낮은 온도에서 제어압연함으로써 조직을 미세화 하거나, ② Cu 를 1% 이상 첨가하여 저온에서 템퍼링함으로써 미세한 Cu 석출물로 강도를 향상시키거나, ③ 경질상인 그래뉼라 베이나이트 등의 저온 인성을 향상시키기 위해 다량의 Ni 첨가하가나, ④M-A 조직을 극한적으로 줄이기 위해 C 등의 조장원소를 최소화하는 등의 방법들이 사용되고 있다. 그러나, 점차 선박등의 구조물이 대형화되고 있으며, 사용 환경이 극지환경으로 변화함에 따라, 상술한 종래의 방법을 단순하게 적용하여서는 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있다. In order to solve the above-mentioned problems, ① the slab reheat temperature is drastically lowered and control rolling is carried out at low temperature, or ② the Cu is tempered at low temperature by adding 1% or more to improve the strength with fine Cu precipitates, or ③ In order to improve the low temperature toughness of the hard granular bainite and the like, a large amount of Ni is added, and ④ minimizing cognate elements such as C is used to dramatically reduce the ④M-A structure. However, structures such as ships are gradually enlarged, and as the use environment is changed to a polar environment, there is a problem that it is difficult to sufficiently secure the initiation of destruction and propagation resistance at low temperatures by simply applying the above-described conventional method.

따라서 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성이 더욱 향상된 고강도 강재 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다. Therefore, there is a demand for development of a high-strength steel and a method of manufacturing the same having improved fracture start and propagation resistance at low temperatures.

한국 공개 특허공보 제2002-0028203호Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0028203

따라서 본 발명의 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기기 위하여 안출된 것으로서, 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-strength steel having excellent breakdown resistance and propagation resistance at low temperatures, and a method of manufacturing the same.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.In addition, the subject of this invention is not limited to the content mentioned above. The problem of the present invention will be understood from the general contents of the present specification, those skilled in the art will have no difficulty understanding the additional problem of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

중량%로, C: 0.005~0.07%, Si: 0.005~0.3%, Mn: 1.7~3.0%, Sol.Al: 0.001~0.035%, Nb: 0.02% 이하(0%는 제외), V: 0.01% 이하(0%는 제외), Ti: 0.001~0.02%, Cu: 0.01~1.0%, Ni: 0.01~2.0%, Cr: 0.01~0.5%, Mo: 0.001~0.5%, Ca: 0.0002~0.005%, N: 0.001~0.008%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), O: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하고, By weight%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.005 to 0.3%, Mn: 1.7 to 3.0%, Sol.Al: 0.001 to 0.035%, Nb: 0.02% or less (excluding 0%), V: 0.01% Or less (excluding 0%), Ti: 0.001-0.02%, Cu: 0.01-1.0%, Ni: 0.01-2.0%, Cr: 0.01-0.5%, Mo: 0.001-0.5%, Ca: 0.0002-0.005%, N: 0.001% to 0.008%, P: 0.02% or less (except 0%), S: 0.003% or less (except 0%), O: 0.003% or less (except 0%), balance Fe and inevitable impurities Satisfying the following Expressions 1 and 2,

그 미세조직은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 합계로 70면적% 이상 을 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재에 관한 것이다. . The microstructure contains a total of 70 area% or more of polygonal ferrite and acicular ferrite, and has high fracture resistance at low temperatures including MA phase (martensite-austenite composite phase) of 3.5 area% or less. It's about steel. .

[관계식 1][Relationship 1]

Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%

[관계식 2][Relationship 2]

관계식 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%Equation 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%

(단, 상기 관계식 1-2에서 각 원소는 중량%로 나타낸 값이다.)(However, in the above formula 1-2, each element is a value expressed in weight%.)

또한 본 발명은,In addition, the present invention,

상술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 마련하는 단계; Providing a steel slab that satisfies the alloy composition described above;

상기 강 슬라브를 1000~1200℃로 가열하는 단계; Heating the steel slab to 1000-1200 ° C .;

상기 가열된 슬라브를 650℃ 이상의 온도범위에서, 미재결정역 온도구간에서의 총압하율이 30%이상(재결정역 압하율 제외)이 되도록 마무리 열간압연하는 단계; 및 Finishing hot rolling the heated slab in a temperature range of 650 ° C. or higher so that the total reduction ratio in the non-recrystallization temperature range is 30% or more (excluding the recrystallization reduction ratio); And

상기 마무리 열간압연된 열연강판을 2~30℃/s의 냉각속도로 200~550℃의 냉각종료온도까지 냉각하는 단계;를 포함하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재의 제조방법에 관한 것이다. It relates to a method of manufacturing a high strength steel having excellent fracture resistance at low temperatures, including the step of cooling the finished hot-rolled hot rolled steel sheet to a cooling end temperature of 200 ~ 550 ℃ at a cooling rate of 2 ~ 30 ℃ / s. .

본 발명에 의하면, 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성이 획기적으로 향상된 강재를 효과적으로 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to effectively provide a steel material in which breakdown initiation and propagation resistance at low temperatures are dramatically improved.

도 1은 본 실시예에서 발명예 1에 강재에 대한 Kca 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 실시예에서 발명예 3의 강재에 대한 미세조직 사진이다.
1 is a graph showing the measurement of the Kca value for the steel in Example 1 in the present embodiment.
Figure 2 is a microstructure photograph of the steel of Inventive Example 3 in the present embodiment.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명자들은 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성이 더욱 향상시키기 위하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 합금원소, 특히 Carbide 를 생성시키는 합금원소들인 C, Mo, Cr 및 Nb 등의 함금 첨가량을 최소한으로 억제함과 동시에, 페라이트 기지의 강도와 인성을 동시에 향상시키는 효과가 있는 합금원소의 첨가량을 최대한 증가시키는 방향으로 정밀하게 제어함이 필요함을 확인하였다. 그리고 이와 같이 제어함으로써 강재의 미세조직이 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 그 합계로 70면적% 이상 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함하도록 할 수 있으며, 이에 따라 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 제시하는 것이다. The present inventors have conducted research and experiments to further improve fracture initiation and propagation resistance at low temperatures, and as a result, minimize the addition of alloying elements such as alloying elements, in particular, C, Mo, Cr, and Nb, which produce carbide At the same time, it was confirmed that it is necessary to precisely control in the direction of increasing the amount of the alloying element, which has the effect of simultaneously improving the strength and toughness of the ferrite matrix. And by controlling in this way, the steel microstructure includes more than 70 area% of polygonal ferrite and acicular ferrite in total, and contains less than 3.5 area% of MA phase (martensite-austenite composite phase). Accordingly, the present invention has been found to significantly improve the initiation of breakdown and propagation resistance at low temperatures.

즉, 본 발명은의 저온에서의 내파괴특성이 우수한 강재는, 중량%로, C: 0.005~0.07%, Si: 0.005~0.3%, Mn: 1.7~3.0%, Sol.Al: 0.001~0.035%, Nb: 0.02% 이하(0%는 제외), V: 0.01% 이하(0%는 제외), Ti: 0.001~0.02%, Cu: 0.01~1.0%, Ni: 0.01~2.0%, Cr: 0.01~0.5%, Mo: 0.001~0.5%, Ca: 0.0002~0.005%, N: 0.001~0.008%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), O: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상술한 관계식 1-2를 만족한다. 그리고 그 강재 미세조직은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 합계로 70면적% 이상 을 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함한다. In other words, the steel material having excellent fracture resistance at low temperatures of the present invention, in weight%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.005 to 0.3%, Mn: 1.7 to 3.0%, Sol.Al: 0.001 to 0.035% , Nb: 0.02% or less (excluding 0%), V: 0.01% or less (excluding 0%), Ti: 0.001-0.02%, Cu: 0.01-1.0%, Ni: 0.01-2.0%, Cr: 0.01- 0.5%, Mo: 0.001-0.5%, Ca: 0.0002-0.005%, N: 0.001-0.008%, P: 0.02% or less (except 0%), S: 0.003% or less (except 0%), O: 0.003% or less (excluding 0%), the balance Fe and unavoidable impurities, and satisfy the above-described Equation 1-2. The steel microstructure includes a total of 70 area% or more of polygonal ferrite and acicular ferrite, and the MA phase (martensite-austenite composite phase) of 3.5 area% or less.

이하, 먼저 본 발명 강재의 합금조성 및 그 함량 제한사유를 상세히 설명한다. 이하, 각 원소 함량의 단위는 중량%이다. Hereinafter, first, the alloy composition of the steel of the present invention and the content limitation reason will be described in detail. Hereinafter, the unit of each element content is weight%.

C: 0.01~0.07%C: 0.01 ~ 0.07%

C는 침상형 페라이트 또는 래쓰(lath) 베이나이트를 형성을 조장하고, 시멘타이트 또는 펄라이트 등을 생성시켜 강도를 확보하는데 중요한 역할을 하는 원소이다. C is an element that promotes formation of acicular ferrite or lath bainite, and plays an important role in securing strength by producing cementite or pearlite.

만일 C 함량이 0.01% 미만인 경우에는 C의 확산이 거의 없어 변태가 상대적으로 빨리 일어나므로 조대한 페라이트 조직으로 변태하여 강재의 강도와 인성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 반면에, C 함량이 0.07% 초과인 경우에는 시멘타이트나 MA상이 과도하게 생성될 뿐만 아니라, 조대하게 형성되어 저온에서의 파괴 개시 저항성을 크게 열화 시킬 수 있는 문제점이 있다. If the C content is less than 0.01%, there is almost no diffusion of C, so that transformation occurs relatively quickly, and thus, transformation into a coarse ferrite structure may reduce the strength and toughness of the steel. On the other hand, when the C content is more than 0.07%, not only the cementite or MA phase is excessively formed, but also coarse to be formed, which greatly deteriorates the resistance to breakdown at low temperatures.

Si: 0.005~0.3%Si: 0.005-0.3%

Si은 일반적으로 탈산, 탈황 효과와 더불어 고용 강화의 목적으로 첨가되는 원소이다. 그러나 항복 및 인장강도를 증가시키는 효과는 미미한 반면에, 용접 열영향부에서 오스테나이트의 안정성을 크게 높여 MA상의 분율을 증가시킴에 따라 저온에서의 파괴 개시 저항성을 크게 열화 시킬 수 있는 문제점이 있어 본 발명에서는 0.3% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 한편 Si 함량을 0.005% 미만으로 제어하기 위해서는 제강공정에서의 처리 시간이 크게 늘어 생산비용이 증가하고, 생산성이 떨어지는 문제가 있으므로 Si 함량의 하한은 0.005%인 것이 바람직하다. Si is generally an element added for the purpose of solid solution strengthening along with deoxidation and desulfurization effects. However, the effect of increasing yield and tensile strength is insignificant, while the stability of austenite in welding heat affected zones is increased to increase the fraction of MA phase, which significantly degrades the initiation resistance at low temperatures. In the invention, it is preferable to limit the amount to 0.3% or less. On the other hand, in order to control the Si content to less than 0.005%, the processing time in the steelmaking process is greatly increased, the production cost increases, and there is a problem that the productivity is lowered, so the lower limit of the Si content is preferably 0.005%.

Mn: 1.7~3.0%Mn: 1.7-3.0%

Mn은 고용강화에 의한 강도 증가효과가 크고, 저온에서의 인성 감소가 크지 않으므로 충분한 고강도를 확보하기 위해 1.7% 이상 첨가한다. Mn has a large effect of increasing strength due to solid solution strengthening and does not have a large decrease in toughness at low temperatures. Therefore, Mn is added at least 1.7% to secure sufficient high strength.

하지만, Mn이 과다하게 첨가되면 강판의 두께방향 중심부에 편석이 심해지며, 동시에 편석된 S와 함께 비금속 개재물인 MnS의 형성을 조장한다. 중심부에 생성된 MnS 개재물은 이후의 압연에 의해 연신되고, 편석부위는 높은 경화능으로 인해 고경도의 저온 조직이 쉽게 생성되어 결과적으로 저온에서의 파괴개시 및 전파저항성을 크게 저하시키므로 Mn 함량의 상한은 3.0%인 것이 바람직하다. However, when Mn is excessively added, the segregation becomes severe at the center of the thickness direction of the steel sheet, and at the same time, it promotes the formation of the non-metallic inclusion MnS together with the segregated S. The MnS inclusions formed in the center are stretched by the subsequent rolling, and the segregation sites easily form high-temperature, low-temperature structures due to high hardenability, and consequently greatly lower the initiation of breakage and propagation resistance at low temperatures, thereby increasing the upper limit of the Mn content. Is preferably 3.0%.

따라서 Mn 함량은 1.7~3.0%인 것이 바람직하다. Therefore, the Mn content is preferably 1.7 to 3.0%.

Sol.Al: 0.005~0.035%Sol.Al: 0.005 ~ 0.035%

Sol.Al은 Si, Mn와 더불어 제강 공정에서 강력한 탈산제로 사용되며, 단독 또는 복합 탈산시에 최소한 0.005% 이상을 첨가하여야 이러한 효과를 충분히 얻을 수 있다. Sol.Al, together with Si and Mn, is used as a strong deoxidizer in the steelmaking process, and at least 0.005% must be added at the time of single or complex deoxidation to obtain this effect.

하지만, Sol.Al 함량이 0.035% 초과인 경우에는 상술한 효과가 포화되고, 탈산의 결과물로 생성되는 산화성 개재물 중 Al2O3의 분율이 필요 이상으로 증가하여 개재물의 크기는 조대해지고, 정련 중에 잘 제거가 되지 않아 강재의 저온 인성을 크게 감소시키는 문제가 발생한다. 또한, Si과 유사하게 용접 열영향부에서 MA상의 생성을 촉진하여 저온에서의 파괴개시 및 전파저항성을 크게 저하시킬 수 있다. However, when the Sol.Al content is more than 0.035%, the above-mentioned effect is saturated, and the fraction of Al 2 O 3 in the oxidative inclusions resulting from the deoxidation increases more than necessary, so that the size of the inclusions becomes coarse and during refining. It is difficult to remove the problem, which greatly reduces the low-temperature toughness of the steel. In addition, similar to Si, the formation of the MA phase in the weld heat affected zone can be promoted, thereby significantly reducing the onset of breakdown and propagation resistance at low temperatures.

따라서 Sol.Al 함량은 0.005~0.035%인 것이 바람직하다. Therefore, the content of Sol.Al is preferably 0.005 to 0.035%.

Nb: 0.02% 이하(0%는 제외)Nb: 0.02% or less (excluding 0%)

Nb은 슬라브 재가열시 오스테나이트에 고용되어 오스테나이트의 경화능을 증대시키고, 열간 압연시에 미세한 탄질화물 (Nb,Ti)(C,N)로 석출되어 압연이나 냉각 중의 재결정을 억제하여 최종 미세조직을 미세하게 만드는 효과가 매우 큰 원소이다. 그러나 Nb가 지나치게 다량으로 첨가되면 용접 열영향부에서의 경화능을 과도하게 증가시켜 MA상의 생성을 촉진하여 저온에서의 파괴개시 및 전파저항성을 크게 저하시키므로, 본 발명에서 Nb 함량은 0.02% 이하(0% 제외)로 제한한다.Nb is dissolved in austenite during slab reheating to increase the hardenability of austenite, and precipitated as fine carbonitrides (Nb, Ti) (C, N) during hot rolling to suppress recrystallization during rolling or cooling, resulting in final microstructure It is an element that is very effective in making fine. However, when Nb is added in an excessively large amount, since the hardenability in the weld heat affected zone is excessively increased, the formation of the MA phase is accelerated, and the breakdown at low temperatures and the propagation resistance are greatly reduced. Therefore, the Nb content in the present invention is 0.02% or less ( Limit to 0%).

V: 0.01% 이하(0%는 제외) V: 0.01% or less (except 0%)

V은 슬라브 재가열시 거의 모두가 재고용되어 압연 후 냉각 중에 대부분 석출하여 강도를 향상시키나, 용접 열영향부에서는 고온에서 용해되어 경화능을 크게 높여 MA상의 생성을 촉진시킨다. 따라서 본 발명에서 V 함량은 0.01% 이하(0% 제외)로 제한한다.When V reheats the slab, almost all of them are re-used and precipitated during cooling after rolling to improve the strength. However, in the heat affected zone, the V melts at a high temperature to greatly increase the hardenability to promote the formation of the MA phase. Therefore, the V content in the present invention is limited to 0.01% or less (excluding 0%).

Ti: 0.001~0.02% Ti: 0.001-0.02%

Ti는 고온에서 주로 미세한 TiN 형태의 육각면체의 석출물로 존재하거나, Nb 등과 같이 첨가하면 (Ti,Nb)(C,N) 석출물을 형성하여 모재와 용접 열영향부의 결정립 성장을 억제하는 효과가 있다. Ti is present as a fine TiN-shaped hexagonal precipitate mainly at high temperatures, or when added together with Nb to form (Ti, Nb) (C, N) precipitates, thereby suppressing grain growth of the base metal and the weld heat affected zone. .

상술한 효과를 충분히 확보하기 위해서는 Ti를 0.001% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 그 효과를 극대화하기 위해서는 첨가된 N의 함량에 맞추어 증가시키는 것이 좋다. 반면에, Ti 함량이 0.02% 초과인 경우에는 필요 이상으로 조대한 탄질화물이 생성되어 파괴 균열의 개시점으로 작용하여 오히려 용접 열영향부의 충격특성을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서 Ti 함량은 0.001~0.02%인 것이 바람직하다. In order to sufficiently secure the above-mentioned effect, it is preferable to add Ti to 0.001% or more, and to maximize the effect, it is preferable to increase it in accordance with the amount of N added. On the other hand, when the Ti content is more than 0.02%, coarse carbonitride is produced more than necessary to act as a starting point of fracture cracking, rather it can greatly reduce the impact characteristics of the weld heat affected zone. Therefore, the Ti content is preferably 0.001 to 0.02%.

Cu: 0.01~1.0% Cu: 0.01 ~ 1.0%

Cu는 파괴개시 및 전파저항성을 크게 해하지 않으면서, 고용 및 석출에 의해 강도를 크게 향상시킬 수 있는 원소이다. Cu is an element that can greatly improve the strength by solid solution and precipitation without significantly deteriorating the breakdown initiation and propagation resistance.

Cu 함량이 0.01% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Cu 함량이 1.0% 초과인 경우에는 강판의 표면에 크랙을 유발할 수 있고, Cu는 고가의 원소로서 원가 상승의 문제점이 발생한다. When the Cu content is less than 0.01%, the above effects are insufficient. On the other hand, if the Cu content is more than 1.0% may cause cracks on the surface of the steel sheet, Cu is an expensive element, the problem of cost increase occurs.

Ni: 0.01~2.0% Ni: 0.01 ~ 2.0%

Ni은 강도 증대 효과는 거의 없으나, 저온에서의 파괴개시 및 전파저항성 향상에 효과적이고, 특히 Cu를 첨가하는 경우에 슬라브를 재가열시 발생하는 선택적 산화에 의한 표면 크랙을 억제하는 효과를 가진다. 또한 Ni 첨가에 의해 용접 열영향부가 높은 온도와 빠른 냉각속도에 의해 조대한 경질의 조직이 생성되더라도 저온에서의 인성을 향상시키는 효과가 있다. Ni has little effect of increasing strength, but is effective in initiating breakdown and propagation resistance at low temperatures, and in particular, when Cu is added, it has an effect of suppressing surface cracks due to selective oxidation generated when the slab is reheated. In addition, even if the weld heat affected zone is formed of coarse hard tissue by high temperature and fast cooling rate by Ni addition, there is an effect of improving toughness at low temperature.

Ni 함량이 0.01% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Ni는 고가의 원소로서 그 함량이 2.0% 초과인 경우에는 원가 상승의 문제점이 있다. When the Ni content is less than 0.01%, the above effects are insufficient. On the other hand, Ni is an expensive element and when the content is more than 2.0%, there is a problem of cost increase.

Cr: 0.01~0.5% Cr: 0.01 ~ 0.5%

Cr은 고용에 의한 항복 및 인장 강도를 증대시키는 효과는 작으나, 높은 경화능으로 인해서 후물재를 느린 냉각속도에서도 미세한 조직이 생성되도록 하여 강도와 인성을 향상시키는 효과가 있다. Cr has a small effect of increasing yield and tensile strength by solid solution, but due to high hardenability, the material is made to have a fine structure even at a slow cooling rate, thereby improving strength and toughness.

Cr 함량이 0.01% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Cr 함량이 0.5% 초과인 경우에는 비용이 증가할 뿐 아니라 용접 열영향부의 저온인성을 열위하게 할 수 있다. When the Cr content is less than 0.01%, the above effects are insufficient. On the other hand, when the Cr content is more than 0.5%, not only the cost increases but also the low temperature toughness of the weld heat affected zone may be inferior.

Mo: 0.01~0.65%Mo: 0.01 ~ 0.65%

Mo는 가속냉각 과정에서의 상변태를 지연시켜 결과적으로 강도를 크게 증가시키는 효과가 있고, P 등의 불순물의 입계 편석에 의한 인성 저하를 방지하는 효과를 가진 원소이다. Mo is an element having the effect of delaying the phase transformation in the accelerated cooling process, resulting in a large increase in strength, and preventing the fall of toughness due to grain boundary segregation of impurities such as P.

Mo 함량이 0.01% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Mo 함량이 0.65% 초과인 경우에는 높은 경화능으로 인해, 용접 열영향부에서 MA상의 생성을 촉진하여 저온에서의 파괴개시 및 전파저항성을 크게 저하시킬 수 있다. If the Mo content is less than 0.01%, the above effects are insufficient. On the other hand, when the Mo content is more than 0.65%, due to the high hardenability, it is possible to promote the formation of the MA phase in the weld heat affected zone, thereby greatly reducing the onset of breakdown and propagation resistance at low temperatures.

Ca: 0.0002~0.005%Ca: 0.0002-0.005%

제강중인 용강에 Ca을 Al 탈산한 후에 첨가하면, 주로 MnS 로 존재하게 되는 S와 결합하여, MnS 생성을 억제함과 동시에 구상의 CaS를 형성하여 강재의 중심부 균열 크랙을 억제하는 효과를 발휘한다. 따라서 본 발명에서는 첨가된 S를 충분히 CaS로 형성시키기 위해 Ca를 0.0002% 이상으로 첨가하여야 한다. When Al is deoxidized and added to molten steel during steelmaking, it is combined with S, which is mainly present as MnS, to suppress MnS formation and to form spherical CaS, thereby exhibiting an effect of suppressing cracks in the center of steel. Therefore, in the present invention, Ca must be added in an amount of 0.0002% or more in order to sufficiently form the added S into CaS.

그러나 Ca 첨가량이 과다하게 되면, 잉여의 Ca가 O와 결합하여 조대하고 경질의 산화성 개재물을 형성하여 이후의 압연에서 연신, 파절되어 저온에서의 균열 개시점으로 작용하게 된다. 따라서 Ca 함량의 상한은 0.005%인 것이 바람직하다. However, when the amount of Ca added is excessive, excess Ca combines with O to form coarse and hard oxidative inclusions, which are stretched and fractured in subsequent rolling to act as a crack initiation point at low temperatures. Therefore, the upper limit of the Ca content is preferably 0.005%.

N: 0.001~0.006%N: 0.001-0.006%

N는 첨가된 Nb, Ti 및 Al과 함께 석출물을 형성하여 강의 결정립을 미세화시켜 모재의 강도와 인성을 향상시키는 원소이다. 하지만, 과도한 첨가시에는 잉여의 원자상태로 존재하여 냉간 변형 후의 시효현상을 일으켜 저온 인성을 감소시키는 가장 대표적인 원소로 알려져 있다. 또한, 연속주조에 의한 슬라브 제조시 고온에서의 취화로 인해 표면부 크랙을 조장하는 것으로 알려져 있다. N is an element which forms a precipitate together with the added Nb, Ti, and Al to refine the grains of the steel to improve the strength and toughness of the base metal. However, when excessively added, it is known as the most representative element that exists in an excess of atomic state, causing aging after cold deformation, thereby reducing low-temperature toughness. It is also known to promote surface cracks due to embrittlement at high temperatures in slab production by continuous casting.

따라서 본 발명에서는 Ti 함량이 0.001~0.02% 인 것을 고려하여 N의 첨가량은 0.001~0.006% 범위로 한정한다. Therefore, in the present invention, considering that the Ti content is 0.001% to 0.02%, the amount of N is limited to 0.001% to 0.006%.

P: 0.02% 이하(0%는 제외)P: 0.02% or less (except 0%)

P는 강도를 증가시키는 역할을 하나, 저온 인성을 열위하게 하는 원소이다. 특히, 열처리강에 있어서 입계 편석에 의해서 저온 인성을 크게 열위하게 하는 문제점이 있다. 따라서 P를 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 다만, 제강 공정에서 P를 과다하게 제거하는 것은 많은 비용이 소요되므로 0.02% 이하로 한정한다. P serves to increase strength but is inferior to low temperature toughness. In particular, there is a problem of greatly inferior low-temperature toughness due to grain boundary segregation in heat-treated steel. Therefore, it is desirable to control P as low as possible. However, the excessive removal of P in the steelmaking process is expensive, so it is limited to 0.02% or less.

S: 0.003% 이하(0%는 제외)S: 0.003% or less (except 0%)

S 는 Mn과 결합하여 주로 강판의 두께 방향중심부에 MnS 개재물을 생성시켜 저온 인성을 열위하게 하는 주요 원인이다. 따라서 저온에서의 변형시효 충격특성을 확보하기 위해서는 S를 제강공정에서 최대한 제거하는 것이 바람직하다. 다만, 과다한 비용이 소요될 수 있으므로 0.003% 이하의 범위로 제한한다. S is a major cause of inferior low temperature toughness by combining with Mn to form MnS inclusions mainly in the thickness direction center of the steel sheet. Therefore, in order to secure the strain aging impact characteristics at low temperatures, it is desirable to remove S as much as possible in the steelmaking process. However, it may be excessive cost, so limit to 0.003% or less.

O: 0.003% 이하(0%는 제외)O: 0.003% or less (except 0%)

O는 제강 과정에서 Si, Mn, Al 등의 탈산제의 첨가로 산화성 개재물로 만들어 제거한다. 탈산제의 첨가량 및 개재물 제거 공정이 미흡하게 되면, 용강 중에 잔류하는 산화성 개재물의 양이 많아지며 동시에 개재물의 크기도 크게 증가하게 된다. 이렇게 제거되지 않은 조대한 산화성 개재물은 이후 강재 제조공정에서 압연공정 중에 내부에서 파쇄된 형태로 또는, 구형의 형태로 잔존하게 되고, 저온에서의 파괴의 개시점 또는 균열의 전파경로로 작용한다. 따라서, 저온에서의 충격특성 및 CTOD 특성을 확보하기 위해서는 조대한 산화성 개재물을 최대한 억제하여야 하며, 이를 위하여 O 함량을 0.003% 이하로 한정한다. O is removed and made into an oxidative inclusion by addition of deoxidizers such as Si, Mn, and Al during steelmaking. If the addition amount of the deoxidizer and the inclusion removal process are insufficient, the amount of oxidative inclusions remaining in the molten steel increases, and at the same time, the size of the inclusions is greatly increased. The coarse oxidative inclusions not removed in this way remain in the form of spherical or spherical form during the rolling process in the steel manufacturing process, and serve as a starting point of breakdown at low temperatures or a propagation path of cracks. Therefore, in order to secure impact characteristics and CTOD characteristics at low temperatures, coarse oxidative inclusions should be suppressed as much as possible, and for this purpose, the O content is limited to 0.003% or less.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 원소 내지 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 예컨대 보론(B) 등을 5ppm이하로 함유할 수도 있다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, in the usual manufacturing process, elements or impurities which are not intended from the raw materials or the surrounding environment may be inevitably mixed, and thus may not be excluded. For example, boron (B) etc. may be contained in 5 ppm or less. Since these impurities are known to those skilled in the art, all of them are not specifically mentioned in the present specification.

또한 본 발명의 합금조성은 상술한 각 원소 함량을 만족할 뿐만 아니라 하기 관계식 1-2를 만족할 수 있도록 Mn, Ni, Cu, Cr 및 Nb이 함유될 것이 요구된다. In addition, the alloy composition of the present invention is required to contain Mn, Ni, Cu, Cr and Nb so as to not only satisfy the above-described respective element content but also satisfy the following relation 1-2.

[관계식 1][Relationship 1]

Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%

[관계식 2][Relationship 2]

관계식 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%Equation 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%

(단, 상기 관계식 1-2에서 각 원소는 중량%로 나타낸 값이다.)(However, in the above formula 1-2, each element is a value expressed in weight%.)

상기 관계식 1을 이루는 Mn, Ni, Cu는 대표적인 면심입방체 금속으로써, 철강재에 첨가시 고용강화에 의해서 강도를 증가시킬 뿐 아니라, 저온에서도 인성을 크게 해치지 않는 원소들이다. 본 발명자들은 상기 원소들의 강재 강도와 인성에 미치는 영향도를 고려하여 관계식 1을 설계하였으며, 관계식 1 값이 증가함에 따라 고용강화 효과가 증가하여 결국 강재 및 용접 열영향부의 강도가 증가한다. 따라서 충분한 강도를 얻기 위해서는 상기 관계식 1의 값을 2.5 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. Mn, Ni, and Cu forming the above relation 1 are representative face-centered cubic metals, which are elements which not only increase the strength by solid solution strengthening when added to steel materials, but also do not significantly deteriorate toughness even at low temperatures. The present inventors designed relation 1 in consideration of the influence on the steel strength and toughness of the elements, and as the value of relation 1 increases, the solid solution strengthening effect increases, and thus the strength of the steel and the weld heat affected zone increases. Therefore, in order to obtain sufficient strength, it is preferable to control the value of the said relational expression to 2.5 or more.

상기 관계식 2는 강재 및 용접열영향부의 인성을 크게 해치는 대표적인 조직인 MA상 형성을 조장하는 원소의 영향도를 고려하여 설계된 식으로서, 관계식 2 값의 증가에 따라 MA상의 분율이 크게 증가하여 결국 강재의 저온 충격특성인 연성-취성천이 온도가 증가한다. 즉, 관계식 2 값이 증가할수록 저온 인성이 감소하는 경향을 보여준다. 따라서 강재의 저온 충격특성 특히 CTOD값을 충분히 확보하기 위해서는 상기 관계식 2의 값을 0.5 이하로 제어하는 것이 바람직하다. Equation 2 is designed in consideration of the influence of the element to promote the formation of the MA phase, which is a representative structure that greatly degrades the toughness of the steel and welded heat affected zone, the fraction of the MA phase increases significantly with the increase of the relationship 2 value in the end of the steel The ductile-brittle transition temperature, which is a low temperature impact characteristic, increases. In other words, as the relation 2 increases, low temperature toughness tends to decrease. Therefore, in order to sufficiently secure the low-temperature impact characteristics, in particular the CTOD value of the steel, it is preferable to control the value of the above relation 2 to 0.5 or less.

또한, 용접부 특히 저온 CTOD값을 보증하기 위한 가장 중요한 위치인 SC-HAZ(Sub-Critically reheated Heat Affected Zone)는 용접시 온도가 이상역 온도 이하이기 때문에 모재의 미세조직과 거의 유사한 미세조직을 가지므로, 상기 관계식 2 값을 0.5 이하로 제어함으로써 용접부의 저온 충격특성 및 CTOD값도 충분히 확보할 수 있다. Also, SC-HAZ (Sub-Critically Reheated Heat Affected Zone), which is the most important position to guarantee the low temperature CTOD value of welded part, has a microstructure almost similar to the microstructure of the base material because the temperature is lower than the ideal zone temperature during welding. By controlling the value of the relational expression 2 below 0.5, the low temperature impact characteristics and the CTOD value of the welded portion can also be sufficiently secured.

헌편, 본 발명 강재의 미세조직은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 그 합계로 70면적% 이상 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함한다. In the present invention, the microstructure of the steel of the present invention contains not less than 70 area% of polygonal ferrite and acicular ferrite in total, and less than 3.5 area% of MA phase (martensite-austenite composite phase).

침상형 페라이트는 미세한 결정립 크기 효과로 인해서 강도를 증가시킬 뿐 아니라, 저온에서 발생한 크랙의 전파를 방해하는데 가장 중요하고 기본적인 미세조직이다. 폴리고날 페라이트는 침상형 페라이트에 비해 조대하기 때문에 상대적으로 강도 증가에 대한 기여는 작으나, 낮은 전위밀도 및 고경각 입계를 가지기 때문에 저온에서의 전파를 억제하는데 큰 기여를 하는 미세조직이다. Needle-shaped ferrite not only increases the strength due to the fine grain size effect, but also is the most important and basic microstructure to prevent the propagation of cracks occurring at low temperatures. Polygonal ferrite is a microstructure that contributes to the suppression of propagation at low temperature because it is relatively smaller than the needle-like ferrite, the contribution to the increase in strength is relatively small, but has a low dislocation density and a high angle grain boundary.

상기 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트의 합계가 70면적% 미만인 경우에는 저온에서의 균열의 개시와 전파를 억제하기 어려우며, 고강도를 확보하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트의 합계가 70면적% 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 85면적% 이상, 보다 더 바람직하게는 90면적% 이상이다. When the sum of the polygonal ferrite and the needle-like ferrite is less than 70 area%, it is difficult to suppress the initiation and propagation of cracks at low temperatures, and it is difficult to secure high strength. Therefore, it is preferable that the sum total of polygonal ferrite and acicular ferrite is 70 area% or more, More preferably, it is 85 area% or more, More preferably, it is 90 area% or more.

또한 본 발명에서는 상기 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트는 결정립간의 결정방위차이가 15°이상으로 정의되는 대경각의 결정립계의 비율이 전체 결정립계 중에 40% 이상이고, 또한 단위면적당 대경각 결정립계의 길이가 300mm/mm2 이상인 것이 바람직하다. In the present invention, the polygonal ferrite and the needle-like ferrite have a ratio of grain boundaries of large diameter at which the grain orientation difference between grains is 15 ° or more is 40% or more of the total grain boundaries, and the length of the large diameter grain boundaries per unit area is 300 mm. It is preferable that it is / mm <2> or more.

그리고 상기 MA상은 높은 경도로 인해서 변형을 수용하지 않아 그 주위의 연질의 페라이트 기지의 변형을 집중시킬 뿐 아니라, 그 한계점 이상에서는 주변 페라이트 기지와의 계면이 분리되거나 MA상 자체가 파괴되어 균열 개시 시작점으로 작용한다. 따라서 강재의 저온 파괴 특성을 열화시키는 가장 중요한 원인이 되므로 MA상을 가능한 낮게 제어하여야 하며, 3.5 면적% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. In addition, the MA phase does not accept deformation due to its high hardness, thereby concentrating deformation of the soft ferrite matrix around it, and above the threshold, the interface with the surrounding ferrite matrix is separated or the MA phase itself is destroyed to start the crack initiation point. Acts as Therefore, since it is the most important cause of deterioration of low temperature fracture characteristics of the steel, the MA phase should be controlled as low as possible, and it is preferable to control it to 3.5 area% or less.

이때, 본 발명에서 상기 MA상은 원상당 직경으로 측정한 평균 크기가 2.5㎛ 이하일 수 있다. MA상의 평균 크기가 2.5㎛ 초과인 경우에는 응력이 더욱 집중되므로 MA상이 파괴되기 용이하여 균열 개시 시작점으로 작용하기 때문이다. At this time, in the present invention, the MA phase may have an average size of 2.5 μm or less as measured by a circular equivalent diameter. This is because when the average size of the MA phase is more than 2.5 μm, the stress is more concentrated, and thus the MA phase is easily broken and acts as a starting point of cracking.

또한 본 발명에서 상기 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트는 열간압연에 의해 가공경화되지 않은 것일 수 있다. 즉, 상기 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트는 열간압연에 의해 연신되지 않은 것일 수 있으며, 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트는 열간압연 후에 생성된 것일 수 있다. In addition, in the present invention, the polygonal ferrite and the needle-like ferrite may not be work hardened by hot rolling. That is, the polygonal ferrite and acicular ferrite may be not drawn by hot rolling, and the polygonal ferrite and acicular ferrite may be produced after hot rolling.

본 발명 강재의 미세조직은 상술한 폴리고날 페라이트, 침상형 페라이트, MA상 이외에 베이니틱 페라이트, 시멘타이트 등을 포함할 수도 있다. The microstructure of the steel of the present invention may include bainitic ferrite, cementite, etc. in addition to the above-described polygonal ferrite, acicular ferrite, and MA phase.

베이니틱 페라이트는 저온에서 변태된 조직으로 내부에 많은 전위를 가지고 있으나 각종 페라이트에 비해 상대적으로 조대한 특징을 가지며, 또한 내부에 MA상을 포함하고 있어서 강도는 높지만, 균열의 개시와 전파에 취약한 특성을 보이므로 최소한으로 제어되어야 한다. Bainitic ferrite is a metamorphic structure at low temperature and has many dislocations inside, but has a relatively coarse feature compared to various ferrites, and also contains a MA phase inside, so it has high strength but is vulnerable to crack initiation and propagation. Should be controlled to a minimum.

또한, 본 발명의 강재는 그 크기가 10㎛ 이상인 개재물을 11개/cm2 이하의 범위로 포함할 수 있다. 상기 크기는 원상당 직경으로 측정한 크기이다. 그 크기가 10㎛ 이상인 개재물이 11개/cm2 초과인 경우에는 저온에서의 균열 개시점으로 작용하게 되는 문제점이 발생한다. 이와 같이 조대한 개재물을 제어하기 위해서는 2차 정련 마지막 단계에서 Ca 또는 Ca 합금을 투입한 후 3분 이상 Ar 가스로 버블링 및 환류 처리하는 것이 바람직하다. In addition, the steel of the present invention may include an inclusion having a size of 10 μm or more in the range of 11 pieces / cm 2 or less. The size is the size measured by the equivalent diameter. If the size of the inclusions having a size of 10 µm or more is more than 11 / cm 2 , there occurs a problem of acting as a crack initiation point at low temperature. In order to control such coarse inclusions, it is preferable to add Ca or a Ca alloy at the final stage of the secondary refining, followed by bubbling and refluxing with Ar gas for at least 3 minutes.

또한 본 발명의 강재는 항복강도가 460MPa 이상이며, -60℃에서의 충격에너지값이 279J 이상이고, -20℃에서의 CTOD값이 0.2mm 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 강재는 인장강도가 570MPa 이상일 수 있다. 그리고 본 발명의 강재는 DBTT(연성-취성 천이온도)가 -80℃ 이하일 수 있다. In addition, the steel of the present invention may have a yield strength of 460 MPa or more, an impact energy value of 279J or more at -60 ° C, and a CTOD value of 0.2mm or more at -20 ° C. In addition, the steel material of the present invention may have a tensile strength of 570 MPa or more. And the steel of the present invention may have a DBTT (ductile-brittle transition temperature) is less than -80 ℃.

다음으로, 본 발명의 저온에서의 파괴 개시 및 전파 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법을 설명한다. Next, a method for producing a high strength steel having excellent fracture initiation and propagation resistance at low temperatures of the present invention will be described.

본 발명의 강재 제조방법은, 상술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 마련하는 단계; 상기 강 슬라브를 1000~1200℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 650℃ 이상의 온도범위에서 마무리 열간압연하는 단계; 및 상기 마무리 열간압연된 열연강판을 2~30℃/s의 냉각속도로 200~550℃의 냉각종료온도까지 냉각하는 단계;를 포함한다. Steel manufacturing method of the present invention comprises the steps of providing a steel slab that satisfies the above-described alloy composition; Heating the steel slab to 1000-1200 ° C .; Finishing hot rolling the heated slab in a temperature range of 650 ° C. or higher; And cooling the finished hot rolled hot rolled steel sheet to a cooling end temperature of 200 to 550 ° C. at a cooling rate of 2 to 30 ° C./s.

강 슬라브 마련 단계Steps to raise the river slab

상술한 바와 같은 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 마련한다. A steel slab that satisfies the alloy composition as described above is provided.

이때, 본 발명에서는 강 슬라브를 마련함에 있어서, 용강의 2차 정련 마지막 단계에서 용강에 Ca 또는 Ca 합금을 투입하는 단계; 그리고 상기 Ca 또는 Ca 합금을 투입한 후 3분 이상 Ar 가스로 버블링 및 환류 처리하는 단계;를 포함하는 공정을 실시함이 바람직하다. 이는 조대한 개재물을 제어하기 위함이다. At this time, in the present invention in preparing a steel slab, the step of injecting Ca or Ca alloy into the molten steel in the final stage of the secondary refining of molten steel; And after the Ca or Ca alloy is added, bubbling and refluxing with Ar gas for at least 3 minutes. This is to control coarse inclusions.

강 슬라브 가열 단계Steel slab heating stage

상기 강 슬라브를 1000~1200℃로 가열한다. The steel slab is heated to 1000-1200 ° C.

슬라브 가열 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 연주 중 슬라브 내에 생성된 탄화물 등의 재고용이 어려우며, 편석된 원소의 균질화 처리가 미흡하게 된다. 따라서 첨가된 Nb의 50% 이상이 재고용 될 수 있는 온도인 1000℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. When the slab heating temperature is less than 1000 ° C., it is difficult to re-use carbides and the like generated in the slab during the performance, and the homogenization treatment of segregated elements is insufficient. Therefore, it is preferable to heat the temperature to 1000 ° C. or more, which is a temperature at which 50% or more of the added Nb can be reused.

반면에 슬라브 가열 온도가 1200℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기가 너무 조대하게 성장할 수 있으며, 이후의 압연에 의해서도 미세화가 불충분하게 되어 강판의 인장 강도, 저온 인성 등의 기계적 물성들이 크게 저하돌 수 있다. On the other hand, when the slab heating temperature exceeds 1200 ° C, the austenite grain size may grow too coarsely, and micronization may be insufficient due to subsequent rolling, and mechanical properties such as tensile strength and low temperature toughness of the steel sheet may be greatly reduced. .

열간압연 단계Hot rolling stage

상기 가열된 슬라브를 베이나이트 생성 개시 온도인 650℃ 이상에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는다. The heated slab is finished hot-rolled at 650 ° C. or more, which is bainite formation starting temperature, to obtain a hot rolled steel sheet.

마무리 열간압연 온도가 650℃ 미만인 경우에는 조대한 베이나이트가 생성되어, 압연 동안 가공 경화되어 강도는 필요이상으로 과도하게 증가하고 반대로 저온에서의 충격인성은 크게 감소하게 되므로 압연 종료온도는 650℃ 이상으로 제한함이 바람직하다. 즉, 열간압연 온도가 낮은 경우 열간압연 마무리 전에 조대한 초석 페라이트가 생성되어 이후 압연에 의해 연신되어 가공경화가 이루어지고, 남은 오스테나이트는 밴드 형태로 잔존함과 동시에 MA 경화상의 밀도가 높은 조직으로 변태하게 되어 저온인성이 저하되기 때문이다. When the finish hot rolling temperature is less than 650 ° C, coarse bainite is produced and processed and hardened during rolling, the strength is excessively increased more than necessary, and the impact toughness at low temperature is greatly reduced. It is preferable to limit to. In other words, when the hot rolling temperature is low, coarse salt-bearing ferrite is formed before the hot rolling finish, which is then stretched by rolling to form work hardening, and the remaining austenite remains in a band form and has a high density of MA hardening phase. This is because the transformation lowers the low-temperature toughness.

또한, 본 발명에서는 미재결정역 온도구간에서 총압하율 30%이상(재결정역 압하율 제외)으로 실시하여 오스테나이트에 충분한 변형에너지를 축적시켜 이후의 변태시에 저온인성에 유리한 폴리고날 및 침상형 페라이트를 충분히 생성시킴과 동시에 대경각입계의 비율과 밀도를 확보할 수 있도록 함이 바람직하다.In addition, the present invention is carried out at a total reduction ratio of 30% or more (excluding the recrystallization reduction ratio) in the non-recrystallization temperature range to accumulate sufficient strain energy in austenite, and thus polygonal and needle type for favorable low temperature toughness during subsequent transformation It is desirable to produce enough ferrite and to ensure the ratio and density of the large-diameter grain boundary.

냉각 단계Cooling stage

이어, 본 발명에서는 상기 마무리 열간압연된 열연강판을 냉각한다. Next, in the present invention, the finish hot rolled hot rolled steel sheet is cooled.

이때, 열연강판을 2~30℃/s의 냉각속도로 200~550℃의 냉각종료온도까지 냉각함이 바람직하다. 만일 냉각속도가 2℃/s 미만인 경우에는 냉각속도가 너무 느려 조대한 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 변태구간을 피할 수 없어 강도와 저온인성이 열위해 질 수 있으며, 30℃/s 초과인 경우에는 그래뉼라 베이나이트 또는 마르텐사이트가 형성되어 강도는 상승하나, 저온인성이 매우 열위해질 수 있다. At this time, it is preferable to cool the hot-rolled steel sheet to the cooling end temperature of 200 ~ 550 ℃ at a cooling rate of 2 ~ 30 ℃ / s. If the cooling rate is less than 2 ℃ / s, the cooling rate is too slow to avoid coarse ferrite, pearlite and bainite transformation zones can cause heat and strength toughness, and if it is above 30 ℃ / s granules La bainite or martensite are formed to increase strength, but low temperature toughness can be very inferior.

그리고 냉각종료온도가 550℃ 초과인 경우에는 침상 페라이트 등의 미세한 조직이 생성되기 어렵고 조대한 베이나이트 또는 펄라이트가 생성될 가능성이 높을 수 있다. 반면에 200℃ 미만인 경우에는 미세조직 상의 불리함은 없지만, 냉각에 소요되는 시간이 과도하여 생산성이 크게 떨어지는 문제가 있다. When the cooling end temperature is higher than 550 ° C., microstructures such as acicular ferrite may be hardly generated, and coarse bainite or pearlite may be generated. On the other hand, if the temperature is less than 200 ° C., there is no disadvantage in the microstructure, but there is a problem that productivity is greatly reduced due to excessive time required for cooling.

한편, 본 발명에서는 필요에 따라 상기 냉각된 열연강판을 450~650℃로 가열한 후, (1.3×t + 5)분 내지 (1.3×t + 200)분 동안 유지한 후 냉각하는 템퍼링 단계를 추가로 포함할 수 있다[여기에서, 상기 t는 열연강판의 두께를 mm 단위로 측정한 값이다]. 이는 MA나 마르텐사이트가 과잉으로 생성된 경우 MA나 마르텐사이트를 분해하고, 내부의 높은 전위밀도를 제거하고, 미량이긴 하나 고용된 Nb 등을 탄질화물로 석출하여 항복강도 또는 저온 인성을 보다 향상시키기 위함이다. On the other hand, in the present invention, after heating the cooled hot-rolled steel sheet to 450 ~ 650 ℃, if necessary, after maintaining the (1.3 x t + 5) to (1.3 x t + 200) minutes for further adding a tempering step It may include as (wherein t is a value measured in mm unit of the hot rolled steel sheet). When MA or martensite is excessively produced, it decomposes MA or martensite, removes high dislocation density inside, and deposits traced but solid solution of Nb as carbonitride to improve yield strength or low temperature toughness. For sake.

그러나 만일 가열 온도가 450℃ 미만인 경우에는 페라이트 기지의 연화가 충분히 되지 않고, P 편석 등에 의한 취화현상이 나타나므로 인성을 오히려 열화시킬 우려가 있다. 반면에 가열 온도가 650℃ 초과인 경우에는 결정립의 회복 및 성장이 급격히 일어나고, 또한 더 높은 온도가 되면 오스테나이트로 일부 역변태되어 항복강도는 오히려 크게 낮아짐과 동시에 저온 인성도 나빠질 수 있다. However, if the heating temperature is less than 450 ° C., the ferrite matrix is not softened sufficiently, and embrittlement phenomenon due to P segregation or the like appears, which may deteriorate toughness. On the other hand, when the heating temperature is higher than 650 ° C., the recovery and growth of the grains occur rapidly, and when the temperature is higher, some reverse transformation into austenite may cause the yield strength to be lowered, and at the same time, the low-temperature toughness may deteriorate.

그리고 상기 유지 시간이 (1.3×t + 5)분 미만인 경우에는 조직의 균질화가 충분히 이루어지지 않으며, (1.3×t + 200)분 초과인 경우에는 생산성이 저하되는 문제점이 있다. When the holding time is less than (1.3 × t + 5) minutes, the homogenization of the tissue is not sufficiently performed, and when it is more than (1.3 × t + 200) minutes, there is a problem in that productivity is lowered.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

(실시예)(Example)

하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 슬라브를 하기 표 2에 기재된 조건으로 가열, 열간압연 및 냉각하여 강재를 제조하였다. The slabs having the composition shown in Table 1 below were heated, hot rolled, and cooled under the conditions shown in Table 2 to prepare steel materials.

상기 제조된 강재의 미세조직을 관찰하고, 물성을 측정하여 하기 표 3에 기재하였다. The microstructure of the prepared steel was observed, and the physical properties thereof were listed in Table 3 below.

또한, 상기 제조된 강재를 용접한 뒤, 용접 열영향부(SCHAZ)의 CTOD값(-20℃)을 측정하여 하기 표 3에 기재하였다. 강재의 CTOD값(-20℃)은 용접 열영향부보다 높으므로 강재에 대한 CTOD값(-20℃)은 별도로 측정하지 않았다. In addition, after welding the prepared steel material, the CTOD value (-20 ° C.) of the welding heat affected zone (SCHAZ) was measured and described in Table 3 below. Since the CTOD value (-20 ° C) of the steel is higher than the weld heat affected zone, the CTOD value (-20 ° C) for the steel was not separately measured.

이때, 강재의 미세조직은 제조된 강재의 단면을 경면으로 폴리싱한 후 목적에 따라 Nital 또는 LePera 로 에칭하여, 시편의 일정 면적을 광학 또는 주사전자현미경으로 배율 100~5000배로 이미지를 측정하였고, 각 상의 분율은 측정된 이미지로부터 이미지 분석 프로그램 (image analyzer)을 사용하여 측정하였다. 통계적으로 의미있는 값을 얻기 위하여, 동일한 시편에 대해서 위치를 변경하여 반복 측정하고, 그 평균값을 구하였다. At this time, the microstructure of the steel was polished to the mirror surface of the prepared steel and then etched with Nital or LePera according to the purpose, and the image was measured at a magnification of 100 to 5000 times with an optical or scanning electron microscope. The fraction of phases was measured from the measured images using an image analyzer. In order to obtain statistically significant values, the same specimens were repeatedly measured at different positions and their average values were obtained.

또한, 제조된 조직의 특성을 좀 더 자세히 관찰하기 위해서, Nital로 에칭된 시편을 주사전자현미경으로 EBSD(Electron Back Scatter Diffraction) 측정을 하여, 제조된 강재의 결정립계 특성을 정량적으로 측정하였다In addition, in order to observe the characteristics of the fabricated structure in detail, the Nital-etched specimen was subjected to Electron Back Scatter Diffraction (EBSD) measurement using a scanning electron microscope to quantitatively measure grain boundary properties of the manufactured steel.

강재의 물성은 통상의 인장시험으로 구해진 공칭 변형률-공칭 응력 곡선으로부터 측정하여 기재하였다. The physical properties of the steels were measured and described from the nominal strain-nominal stress curves obtained by conventional tensile tests.

용접 열영향부의 충격에너지값(-60℃)은 샤피 V-노치(Charpy V-notch) 충격시험을 실시하여 측정하였다. The impact energy value (-60 ° C.) of the weld heat affected zone was measured by performing a Charpy V-notch impact test.

CTOD값(-20℃)은 BS 7448 규격에 따라 압연방향에 수직하게 B(두께) x B(폭) x 5B (길이) 크기로 시편을 가공하고 피로 균열 길이가 대략 시편 폭의 50%가 되도록 피로 균열을 삽입한 후 -20℃에서 CTOD 시험을 수행하였다. 여기서 B는 제작한 강재의 두께이다. The CTOD value (-20 ° C) is to machine the specimen in the size of B (thickness) x B (width) x 5B (length) perpendicular to the rolling direction in accordance with the BS 7448 standard, so that the fatigue crack length is approximately 50% of the specimen width. CTOD tests were performed at −20 ° C. after the fatigue crack was inserted. Where B is the thickness of the produced steel.

Kca 값은 ESSO 시험법으로 각각 3번 시험하여 각 시험에서 측정된 균열의 전파 정지온도와 K값의 그래프를 구하고, 온도가 -10도 일때의 K값 (Kca : crack arrest K)으로부터 구하였다. 또한, CAT (Crack arrest temperature)는 NRL 시험으로부터 NDTT(Nil-ductility transition temperature)를 측정하고 이를 수학식 1의 변환식으로부터 계산된 값으로부터 구하였다. 여기서, B는 강재의 두께를 나타낸다.The Kca value was tested three times by ESSO test method, and the graph of the propagation stop temperature and K value of the cracks measured in each test was obtained, and the Kca value was obtained from the K value (Kca: crack arrest K) when the temperature was -10 degrees. In addition, CAT (Crack arrest temperature) was measured from the value calculated from the conversion equation of equation 1 by measuring the nil-ductility transition temperature (NDTT) from the NRL test. Here, B represents the thickness of the steel.

Figure 112017128579688-pat00001
Figure 112017128579688-pat00001

구분
division
강종
Steel grade
합금조성(중량%)Alloy composition (% by weight) 관계식1Relationship 1 관계식2Relationship 2
CC SiSi MnMn PP SS Sol.AlSol.Al CuCu NiNi CrCr MoMo TiTi NbNb VV NN CaCa

foot
persons
River
aa 0.0350.035 0.180.18 2.22.2 0.0050.005 0.00110.0011 0.0050.005 0.280.28 1.31.3 0.050.05 0.020.02 0.0120.012 0.0050.005 0.0030.003 0.00350.0035 0.0020.002 3.03.0 0.390.39
bb 0.0460.046 0.010.01 1.91.9 0.0050.005 0.00080.0008 0.020.02 0.310.31 0.990.99 0.030.03 0.290.29 0.0120.012 0.0110.011 0.0030.003 0.00420.0042 0.00250.0025 2.62.6 0.450.45 cc 0.0150.015 0.0080.008 2.52.5 0.0050.005 0.0010.001 0.0050.005 0.090.09 0.610.61 0.020.02 0.240.24 0.0120.012 0.0030.003 0.0050.005 0.00260.0026 0.00160.0016 2.92.9 0.300.30




ratio
School
River


dd 0.0810.081 0.0150.015 1.91.9 0.0050.005 0.00120.0012 0.0220.022 0.310.31 1.131.13 0.030.03 0.20.2 0.0120.012 0.0120.012 0.0030.003 0.00350.0035 0.00280.0028 2.62.6 0.370.37
ee 0.0210.021 0.0110.011 3.23.2 0.0050.005 0.00130.0013 0.0150.015 0.030.03 0.250.25 0.030.03 0.020.02 0.0120.012 0.0070.007 0.0030.003 0.00350.0035 0.00160.0016 3.33.3 0.140.14 ff 0.0290.029 0.010.01 2.12.1 0.0050.005 0.00090.0009 0.0110.011 0.290.29 0.750.75 0.120.12 0.150.15 0.0120.012 0.0380.038 0.0030.003 0.00350.0035 0.00110.0011 2.62.6 0.670.67 gg 0.0250.025 0.0150.015 2.42.4 0.0050.005 0.00120.0012 0.0050.005 0.120.12 0.650.65 0.230.23 0.350.35 0.0120.012 0.0180.018 0.0030.003 0.00350.0035 0.00210.0021 2.82.8 0.780.78 hh 0.0610.061 0.0510.051 1.71.7 0.0050.005 0.00180.0018 0.0280.028 0.150.15 0.250.25 0.030.03 0.20.2 0.0120.012 0.0050.005 0.0030.003 0.00350.0035 0.00180.0018 1.91.9 0.360.36 ii 0.0340.034 0.0170.017 1.91.9 00.05700.057 0.00080.0008 0.0080.008 0.220.22 0.530.53 0.330.33 0.190.19 0.0070.007 0.0120.012 0.0040.004 0.00390.0039 0.00150.0015 2.32.3 0.670.67

*표 1에서 관계식 1은 Mn + 0.5 x (Ni + Cu), 관계식 2는 Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb이다.In Table 1, relationship 1 is Mn + 0.5 x (Ni + Cu), relationship 2 is Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb.

구분division 강종Steel grade 제품두께(mm)Product thickness (mm) 슬라브재가열온도(℃) Slab reheating temperature (℃) 압연종료온도(℃)Rolling end temperature (℃) 미재결정역 총합하율(%)Total unloading rate (%) 냉각속도(℃/s)Cooling rate (℃ / s) 냉각종료온도(℃)Cooling end temperature (℃) 템퍼링 실시여부Whether to perform tempering 발명예1Inventive Example 1 aa 8585 10601060 790790 4545 4.04.0 390390 xx 발명예2Inventive Example 2 bb 100100 11001100 750750 4040 3.43.4 340340 xx 발명예3Inventive Example 3 cc 5151 11201120 800800 5757 6.96.9 280280 xx 발명예4Inventive Example 4 bb 7676 11001100 810810 5050 4.04.0 260260 비교예1Comparative Example 1 dd 7676 11101110 780780 4848 4.54.5 380380 xx 비교예2Comparative Example 2 ee 5151 11401140 840840 5555 7.57.5 330330 xx 비교예3Comparative Example 3 ff 8585 11201120 805805 3535 3.13.1 280280 xx 비교예4Comparative Example 4 gg 8080 11001100 800800 4545 4.54.5 440440 xx 비교예5Comparative Example 5 hh 8080 11001100 780780 4040 4.34.3 360360 xx 비교예6Comparative Example 6 ii 100100 11801180 770770 3535 3.33.3 310310 xx 비교예7Comparative Example 7 aa 9090 11701170 820820 2020 3.53.5 270270 xx 비교예8Comparative Example 8 cc 7676 11601160 800800 5050 -- -- xx

구분division 강종Steel grade 페라이트계 상분율(%)Ferritic phase fraction (%) 대경각 결정입계 비율 (%)Large-diameter grain boundary ratio (%) 대결각 결정입계 길이 밀도(mm/mm2)Confrontation angle grain boundary length density (mm / mm 2 ) 항복강도(MPa)Yield strength (MPa) 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 충격에너지값( -60℃ 모재):JImpact energy value (-60 ° C base material): J Kca(-10℃)Kca (-10 ℃) CAT(℃)CAT (℃) HAZ부
CTOD값
(-20℃):mm
HAZ part
CTOD value
(-20 ℃): mm
발명예1Inventive Example 1 aa 7878 5353 390390 480480 620620 315315 93509350 -16-16 0.820.82 발명예2Inventive Example 2 bb 7373 4242 320320 525525 679679 279279 -- -17-17 0.360.36 발명예3Inventive Example 3 cc 8383 6363 490490 488488 627627 332332 -- -20-20 1.211.21 발명예4Inventive Example 4 bb 8585 5050 390390 533533 637637 322322 -- -26-26 0.760.76 비교예1Comparative Example 1 dd 5656 4343 380380 596596 766766 7575 -- 1111 0.180.18 비교예2Comparative Example 2 ee 5757 3535 220220 520520 668668 5656 -- -4-4 0.140.14 비교예3Comparative Example 3 ff 5555 3333 190190 540540 696696 9090 58605860 33 0.080.08 비교예4Comparative Example 4 gg 4646 4242 210210 587587 754754 103103 -- 22 0.120.12 비교예5Comparative Example 5 hh 7575 5151 390390 428428 554554 268268 -- -25-25 0.350.35 비교예6Comparative Example 6 ii 5555 3838 220220 471471 610610 8585 -- -9-9 0.080.08 비교예7Comparative Example 7 aa 6161 2323 180180 475475 615615 112112 -- -2-2 0.150.15 비교예8Comparative Example 8 cc 8686 5656 480480 435435 545545 185185 -- -36-36 0.290.29

*상기 표 3에서 페라이트계는 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트의 합계를 의미한다. * In Table 3, the ferrite refers to the sum of polygonal ferrite and acicular ferrite.

표 1-3에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제시한 합금조성 및 제조 조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 4는 항복강도, 인장강도, 충격에너지값, Kca 및 CAT 등을 고려할 때 저온에서의 파괴인성 저항성이 우수하고, 용접 열영향부에서의 CTOD값도 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명예 1에서 측정된 Kca 값은 요구치인 8000을 크게 상회하는 값을 나타내고 있다. 이러한 우수한 강도와 저온인성 특성은 또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 충분히 생성된 미세한 폴리고날 및 침상형 페라이트 조직으로부터 얻어진 결과임을 확인할 수 있다.As shown in Table 1-3, Inventive Examples 1 to 4 satisfying all of the alloy composition and manufacturing conditions presented in the present invention are fracture at low temperatures when considering yield strength, tensile strength, impact energy value, Kca and CAT, etc. It can be confirmed that the toughness resistance is excellent and the CTOD value in the weld heat affected zone is also high. In particular, as shown in Fig. 1, the Kca value measured in Inventive Example 1 shows a value that greatly exceeds the required value of 8000. These excellent strength and low temperature toughness characteristics can also be confirmed that the results obtained from fine polygonal and needle-like ferrite structure produced sufficiently as shown in FIG.

이에 반하여, 비교예 1은 C 함량이 본 발명의 범위를 초과한 경우로서, 첨가된 C은 그래뉼라 베이나이트 및 MA를 조장하는 가장 강력한 원소이다. 따라서 C의 과다 첨가로 인해 인성에 유리한 페라이트의 분율을 크게 저하시켜 모재에서의 강도는 높으나, 충격에너지값 등의 저온인성이 열위하며, 특히 용접 열영향부의 CTOD값을 크게 저하되었다. In contrast, Comparative Example 1 is the case where the C content exceeds the scope of the present invention, the added C is the strongest element to promote granular bainite and MA. Therefore, due to excessive addition of C, the fraction of ferrite, which is advantageous for toughness, is greatly reduced, and the strength in the base material is high, but low-temperature toughness, such as impact energy value, is inferior. In particular, the CTOD value of the weld heat affected zone is greatly reduced.

비교예 2는 첨가된 Mn 함량이 본 발명의 범위를 초과하는 경우이다. 이 경우, Mn 함량이 높아서 강재 중심부에 편석의 확률이 크게 증가하여 강재 두께 방향 중심부에서의 충격에너지가 크게 열위하며, 또한 용접 열영향부에서도 중심부의 편석대에서는 부분적으로 경도가 크게 높은 경화조직이 발생하여 조기 파괴현상(pop-in)이 나타나 CTOD 값이 크게 떨어졌다.Comparative Example 2 is a case where the added Mn content exceeds the range of the present invention. In this case, due to the high Mn content, the probability of segregation in the center of the steel is greatly increased, so that the impact energy in the center of the steel thickness direction is inferior. In addition, the hardened structure having a large hardness is partially in the segregation zone of the center even in the weld heat affected zone. Premature pop-in, resulting in a significant drop in CTOD.

비교예 3은 일반적으로 강도 향상 및 조직의 미세화를 위해 널리 사용되는 Nb의 함량이 본 발명의 범위를 초과하는 경우이다. 일반적으로 Nb의 첨가는 조직을 미세화하여 강도와 인성을 동시에 증가시키는데 유리하나, 필요이상으로 첨가하게 되면, 인성에 유리한 폴리고날 및 침상형 페라이트의 생성을 억제하고 그래뉼라 베이나이트 등의 조직을 조장하게 한다. 따라서 균열의 전파를 억제하는데 유리한 15°이상의 대경각입계의 비율과 밀도를 크게 낮추어 균열의 전파가 상대적으로 용이하게 한다. 결과적으로 표 3에서 보듯이 비교예 3에서 측정된 Kca 값은 5860 수준으로 요구치인 8000에 크게 미달하였다. 또한, 용접 열영향부에서는 저온인성에 특히 불리하게 작용하는 M-A조직의 생성을 크게 조장하여 결과적으로 CTOD를 크게 낮추는 영향을 주었다.Comparative Example 3 is generally the case where the content of Nb widely used for strength improvement and microstructure of the tissue exceeds the scope of the present invention. In general, the addition of Nb is advantageous to increase the strength and toughness at the same time by miniaturizing the tissue, but if it is added more than necessary, it suppresses the production of polygonal and needle-like ferrite, which is beneficial to toughness, and promotes tissues such as granular bainite. Let's do it. Therefore, the ratio and density of the large-diameter grain boundary of 15 ° or more, which are advantageous for suppressing the propagation of the crack, are greatly reduced, thereby making the propagation of the crack relatively easy. As a result, as shown in Table 3, the Kca value measured in Comparative Example 3 was 5860, which was far below the required value of 8000. In addition, the weld heat affected zone greatly promoted the generation of M-A tissues that adversely affect the low-temperature toughness, and as a result, significantly lowered the CTOD.

비교예 4, 5 및 6은 각 원소 함량의 범위는 본 발명의 범위를 만족하였으나, 관계식 1과 관계식 2값이 발명의 범위를 벗어나는 경우로서, 강도가 낮거나, 저온인성이 크게 저하됨을 알 수 있다.  In Comparative Examples 4, 5, and 6, the range of each element content satisfies the scope of the present invention, but the relationship 1 and the value of relationship 2 are outside the scope of the invention, indicating that the strength is low or the low temperature toughness is greatly reduced. have.

구체적으로, 비교예 4는 저온인성의 향상에 유리한 성분들로 구성된 관계식 1은 만족하지만, 저온인성을 해치는 성분들로 구성된 관계식 2는 본 발명의 범위를 초과한 경우이다. 결과적으로 강도는 충분히 높지만, 모재에서의 충격에너지값이나 용접 열영향부에서의 CTOD값이 열위하였다.Specifically, Comparative Example 4 satisfies the relational formula 1 composed of components that are advantageous for improving low-temperature toughness, but the relational formula 2 composed of components that impair low-temperature toughness exceeds the scope of the present invention. As a result, although the strength was high enough, the impact energy value in the base material and the CTOD value in the weld heat affected zone were inferior.

또한 비교예 5는 관계식 2는 발명의 범위를 만족하지만, 관계식 1이 본 발명의 범위에 벗어나는 경우로, 전체적으로 강재의 강도를 확보하기엔 성분의 첨가량이 부족하게 되어 모재의 강도가 크게 저하되었다. In addition, in Comparative Example 5, the relational formula 2 satisfies the scope of the invention, but the relational formula 1 is out of the scope of the present invention, the amount of the component is insufficient to secure the strength of the steel as a whole, the strength of the base material is greatly reduced.

비교예 6은 식(1)과 (2) 모두 발명의 범위를 벗어난 경우이다. 즉, 저온인성에 유리한 성분은 모자라고, 저온인성에 불리한 성분은 초과하여 모든 저온인성 특성값들이 열위한 경우이다.Comparative Example 6 is a case where both formulas (1) and (2) are outside the scope of the invention. That is, a component that is advantageous for low temperature toughness is insufficient, and a component that is disadvantageous for low temperature toughness is exceeded, and all low temperature toughness characteristic values are inferior.

비교예 7은 강재의 성분은 모든 발명의 범위를 만족하지만, 강재의 제조공정에 있어서 미재결정역 압연 총압하량의 발명의 범위에 미치지 못하는 경우이다. 즉, 미재결정역에서의 압하량이 충분하지 못하여 강재의 미세조직에서 균열의 전파에 방해작용을 하는 페라이트의 분율도 낮으며, 동시에 대경각 입계의 비율과 밀도가 크게 낮아져서 저온인성 특성값들이 좋지 않았다.The comparative example 7 is a case where the components of steel materials satisfy | fill all the scope of invention, but fall short of the invention of the unrecrystallized reverse rolling total pressure drop in the steel manufacturing process. In other words, the fraction of ferrite, which prevents the propagation of cracks in the microstructure of the steel due to insufficient rolling amount in the unrecrystallized zone, was also low, and the low temperature toughness characteristic values were not good because the ratio and density of the large-angle grain boundary were greatly lowered. .

그리고 비교예 8도 강재의 성분은 모든 발명의 범위를 만족하지만, 강재의 제조공정에 있어서 제어압연 이후에 가속냉각을 적용하지 않고 공냉으로 제조된 경우로, 느린 냉각속도로 인해 저온인성에 유리한 페라이트는 충분히 생성되었지만, 조대하여 강도가 크게 저하된 경우이다. In Comparative Example 8, although the steel component satisfies all the scope of the invention, it is manufactured by air cooling without applying accelerated cooling after controlled rolling in the steel manufacturing process. Is sufficiently produced, but is coarse and the strength is greatly reduced.

이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations can be made without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those who have ordinary knowledge of.

Claims (10)

중량%로, C: 0.005~0.07%, Si: 0.005~0.3%, Mn: 1.7~3.0%, Sol.Al: 0.001~0.035%, Nb: 0.02% 이하(0%는 제외), V: 0.005% 이하(0%는 제외), Ti: 0.001~0.02%, Cu: 0.01~1.0%, Ni: 0.01~2.0%, Cr: 0.01~0.03%, Mo: 0.001~0.5%, Ca: 0.0002~0.005%, N: 0.001~0.008%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), O: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하고,
그 미세조직은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 합계로 70면적% 이상을 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함하고, 그리고 상기 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트는 결정립간의 결정방위차이가 15°이상으로 정의되는 대경각의 결정립계의 비율이 전체 결정립계 중에 40% 이상이고, 또한 단위면적당 대경각 결정립계의 길이가 300mm/mm2 이상인 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재.
[관계식 1]
Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%
[관계식 2]
관계식 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%
(단, 상기 관계식 1-2에서 각 원소는 중량%로 나타낸 값이다.)
By weight, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.005 to 0.3%, Mn: 1.7 to 3.0%, Sol.Al: 0.001 to 0.035%, Nb: 0.02% or less (excluding 0%), V: 0.005% Or less (excluding 0%), Ti: 0.001 to 0.02%, Cu: 0.01 to 1.0%, Ni: 0.01 to 2.0%, Cr: 0.01 to 0.03%, Mo: 0.001 to 0.5%, Ca: 0.0002 to 0.005%, N: 0.001% to 0.008%, P: 0.02% or less (except 0%), S: 0.003% or less (except 0%), O: 0.003% or less (except 0%), balance Fe and inevitable impurities Satisfying the following Expressions 1 and 2,
The microstructure contains not less than 70 area% of total polygonal ferrite and acicular ferrite, less than 3.5 area% of MA phase (martensite-austenite composite phase), and the polygonal ferrite and needle shape Ferrite has a fracture resistance at low temperatures where the ratio of grain orientations of large-diameter grains defined by the difference of grain orientations between grains is greater than 40% among the grain boundaries and the length of the large-grain grain boundaries per unit area is 300 mm / mm 2 or more. Excellent high strength steels.
[Relationship 1]
Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%
[Relationship 2]
Equation 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%
(However, in the above formula 1-2, each element is a value expressed in weight%.)
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 강재는 상기 강재는 항복강도가 460MPa 이상이며, -60℃에서의 충격에너지값이 279J 이상이고, ESSO 시험에서 측정한 Kca값이 8000N/mm3/2 이상이거나 NRL 시험에서 측정된 NDTT(Nil-ductility transition temperature)로부터 계산된 CAT (crack arrest temperature)가 -10℃ 미만인 것을 특징으로 하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재.
The method of claim 1, wherein the steel has a yield strength of 460 MPa or more, the impact energy value at -60 ℃ is 279J or more, the Kca value measured in ESSO test is 8000 N / mm 3/2 or more NRL test High strength steel with excellent fracture resistance at low temperature, characterized in that the crack arrest temperature (CAT) calculated from the NDTT (Nil-ductility transition temperature) measured at less than -10 ℃.
제 1항에 있어서, 상기 강재는 인장강도가 570MPa 이상이고, DBTT(연성-취성 천이온도)가 -80℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재.
The high strength steel of claim 1, wherein the steel has a tensile strength of 570 MPa or more and a DBTT (ductility-brittle transition temperature) of -80 ° C or less.
제 1항에 있어서, 상기 강재는 원상당 직경으로 측정한 크기가 10㎛ 이상인 개재물을 11개/cm2 이하의 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재.
The high-strength steel having excellent fracture resistance at low temperatures according to claim 1, wherein the steel comprises 11 inclusions / cm 2 or less having inclusions having a size of 10 µm or more as measured by a circular equivalent diameter.
중량%로, C: 0.005~0.07%, Si: 0.005~0.3%, Mn: 1.7~3.0%, Sol.Al: 0.001~0.035%, Nb: 0.02% 이하(0%는 제외), V: 0.005% 이하(0%는 제외), Ti: 0.001~0.02%, Cu: 0.01~1.0%, Ni: 0.01~2.0%, Cr: 0.01~0.03%, Mo: 0.001~0.5%, Ca: 0.0002~0.005%, N: 0.001~0.008%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), O: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하는 강 슬라브를 마련하는 단계;
상기 강 슬라브를 1000~1200℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 650℃ 이상의 온도범위에서, 미재결정역 온도구간에서의 총압하율이 30%이상(재결정역 압하율 제외)이 되도록 마무리 열간압연하는 단계; 및
상기 마무리 열간압연된 열연강판을 2~30℃/s의 냉각속도로 200~550℃의 냉각종료온도까지 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 냉각된 강재는 그 미세조직이 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트를 합계로 70면적% 이상을 포함하며, MA상(마르텐사이트-오스테나이트 복합상)을 3.5면적% 이하로 포함하고, 그리고 상기 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트는 결정립간의 결정방위차이가 15°이상으로 정의되는 대경각의 결정립계의 비율이 전체 결정립계 중에 40% 이상이고, 또한 단위면적당 대경각 결정립계의 길이가 300mm/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
[관계식 1]
Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%
[관계식 2]
관계식 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%
(단, 상기 관계식 1-2에서 각 원소는 중량%로 나타낸 값이다.)
By weight, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.005 to 0.3%, Mn: 1.7 to 3.0%, Sol.Al: 0.001 to 0.035%, Nb: 0.02% or less (excluding 0%), V: 0.005% Or less (excluding 0%), Ti: 0.001 to 0.02%, Cu: 0.01 to 1.0%, Ni: 0.01 to 2.0%, Cr: 0.01 to 0.03%, Mo: 0.001 to 0.5%, Ca: 0.0002 to 0.005%, N: 0.001% to 0.008%, P: 0.02% or less (except 0%), S: 0.003% or less (except 0%), O: 0.003% or less (except 0%), balance Fe and inevitable impurities Preparing a steel slab that satisfies the following relations 1 and 2;
Heating the steel slab to 1000-1200 ° C .;
Finishing hot rolling the heated slab in a temperature range of 650 ° C. or higher such that the total reduction ratio in the non-recrystallization temperature range is 30% or more (excluding the recrystallization reduction ratio); And
Cooling the finish hot rolled hot rolled steel sheet to a cooling end temperature of 200 ~ 550 ℃ at a cooling rate of 2 ~ 30 ℃ / s,
The cooled steel material has a microstructure of at least 70 area% of total polygonal ferrite and acicular ferrite, and includes less than 3.5 area% of MA phase (martensite-austenite composite phase), and the poly Gonal ferrite and needle-type ferrite have a ratio of grain boundaries of large diameter at which the grain orientation difference between grains is 15 ° or more is 40% or more of the total grain boundaries, and the length of large diameter grain boundaries per unit area is 300 mm / mm 2 or more. A method for producing high strength steel with excellent fracture resistance at low temperatures.
[Relationship 1]
Mn + 0.5 x (Ni + Cu) ≥ 2.5wt%
[Relationship 2]
Equation 2: Mo + Cr + 1.5 x Si + 10 x Nb ≤ 0.5wt%
(However, each of the elements in the above formula 1-2 is a value expressed in weight%.)
제 6항에 있어서, 상기 냉각된 열연강판을 450~650℃로 가열한 후, (1.3×t + 5)분 내지 (1.3×t + 200)분 동안 유지한 후 냉각하는 템퍼링 단계를 추가로 포함하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
The method of claim 6, further comprising a tempering step of heating the cooled hot-rolled steel sheet to 450 ~ 650 ℃, and then cooled after maintaining for (1.3 x t + 5) minutes (1.3 x t + 200) minutes Method for producing high strength steel with excellent fracture resistance at low temperatures.
제 6항에 있어서,
상기 강 슬라브를 마련함에 있어서,
용강의 2차 정련 마지막 단계에서 용강에 Ca 또는 Ca 합금을 투입하는 단계; 그리고 상기 Ca 또는 Ca 합금을 투입한 이후 최소한 3 분 이상 Ar 가스로 버블링 및 환류 처리하는 단계;를 포함하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 저온에서의 내파괴 특성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
The method of claim 6,
In providing the steel slab,
Injecting Ca or Ca alloy into the molten steel in the final stage of the secondary refining of molten steel; And bubbling and refluxing with Ar gas for at least 3 minutes after the Ca or Ca alloy is added. The method of manufacturing a high strength steel having excellent fracture resistance at low temperatures, comprising:
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