KR20020041080A - Method for manufacturing steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone by recrystallization controlled rolling - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용 강재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 모재에 미세한 페라이트 상분율을 높이면서 미세한 TiN석출물을 균일하게 분포시켜 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 용접구조용 강재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing structural steel used in welded structures, such as construction, bridges, shipbuilding, offshore structures, steel pipes, line pipes. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a welded structural steel that can improve the toughness of the weld heat affected zone by uniformly distributing the fine TiN precipitate while increasing the fine ferrite phase fraction in the base material.
최근, 건축물, 구조물의 고층화 추세에 따라 사용되는 강재가 대형화되면서 후물재로 대체되고 있다. 이러한 후물재를 용접하기 위해서는 고능률 용접이 불가피하며, 후육화된 강재를 용접하는 기술로는 1패스 용접이 가능한 대입열 서어브머지드 용접법 및 일렉트로 용접법이 광범위하게 사용되고 있는 실정이다. 또한 조선 및 교량 분야에 있어서 판두께 25mm이상의 강판을 용접하는 경우에도 상기와 같은 1패스 용접이 가능한 대입열 용접법을 적용하고 있다.Recently, steel materials used in accordance with the trend of high-rise buildings, structures are being replaced by thick materials. In order to weld such thick materials, high-efficiency welding is inevitable. As a technique for welding thickened steel materials, a high-pass heat submerged welding method and an electro-welding method capable of 1-pass welding are widely used. In addition, in the field of shipbuilding and bridges, even in the case of welding a steel plate having a plate thickness of 25 mm or more, the above-described high heat input welding method capable of one-pass welding is applied.
일반적으로 용접에서는 입열량이 클수록 용착량이 커서 용접패스수가 감소하기 때문에, 용접생산성을 고려하면 대입열 용접이 가능하도록 하는 것이 유리하다. 즉, 용접에서 입열량을 증가시키면 그 사용범위를 넓힐 수 있게 되는 것이다. 현재 사용되고 있는 대입열의 범위는 대략 100-200kJ/cm에 해당되는데, 좀더 후육화된 판두께 50mm이상의 강재를 용접하기 위해서는 200-500kJ/cm의 초대입열 범위가 되어야 가능하다.In general, in welding, the larger the amount of heat input, the larger the amount of welding, so that the number of welding passes decreases. Therefore, it is advantageous to enable high heat input welding in consideration of welding productivity. In other words, increasing the amount of heat input in the welding will be able to widen the range of use. The range of high heat input currently used corresponds to approximately 100-200 kJ / cm, and in order to weld steel with a thicker plate thickness of 50 mm or more, it is possible to have a super heat input range of 200-500 kJ / cm.
강재에 대입열이 적용되면, 용접시 형성되는 용접열영향부(Heat Affected Zone) 특히 용융선(fusion boundary) 근처의 용접열영향부는 용접입열량에 의해 융점에 가까운 온도까지 가열된다. 이에 따라, 용접열영향부의 결정립이 성장하여 조대화되고 냉각과정에서 상부 베이나이트 및 마르텐사이트 등 인성에 취약한 미세조직이 형성되기 때문에, 용접열영향부는 용접부중 인성이 가장 열화되는 부위가 된다.When the heat input is applied to the steel, the heat affected zone formed during welding, particularly the heat affected zone near the fusion boundary, is heated to a temperature close to the melting point by the amount of heat input. Accordingly, since the grains of the weld heat-affected zone grow and coarse, and microstructures that are vulnerable to toughness, such as upper bainite and martensite, are formed during the cooling process, the weld heat-affected zone becomes the site where the toughness of the weld is most degraded.
따라서, 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는, 용접열영향부의 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여 미세하게 유지시킬 필요가 있다. 이를 해결하는 수단으로는, 고온에서 안정한 산화물 또는 Ti계 탄질화물 등을 강재에 적절히 분포시켜 용접시 용접열영향부의 결정립 성장을 지연시키고자 하는 기술 등이 알려져 있다. 이러한 기술로는 일본 특허공개공보 (평)11-140582, (평)10-298708, (평)10-298706, (평)9-194990, (평)9-324238, (평)8-60292, (소)60-245768, (평)5-186848호, (소)58-31065호, (소)61-79745호, 일본용접학회지 제 52권 2호, 49페이지 및 일본특허공개공보 (소)64-15320호 등이 있다.Therefore, in order to secure the stability of the welded structure, it is necessary to suppress the growth of the austenite grains in the weld heat affected zone and to keep it fine. As a means to solve this problem, there is known a technique for delaying grain growth of the weld heat affected zone during welding by appropriately distributing an oxide or Ti-based carbonitride, which is stable at high temperature, to steel. Such techniques include Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582, Hei 10-298708 Hei 10-298706 Hei 9-194990 Hei 9-324238 Hei 8-60292, (S) 60-245768, (Square) 5-186848, (S) 58-31065, (S) 61-79745, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 52, No. 2, 49 and Japanese Patent Laid-Open And 64-15320.
이중에서 일본 특허공개공보 (평)11-140582호는, TiN의 석출물을 이용하는 대표적인 기술로, 100J/cm의 입열량(최고가열온도 1400℃)이 적용될 때에 0℃에서 충격인성이 200J정도(모재는 300J 정도)인 구조용 강재가 개시되어 있다. 이 선행기술에서는, Ti/N을 실질적으로 4-12로 관리하여 0.05㎛이하인 TiN 석출물은 5.8×103개/㎟∼8.1×104개/㎟, 이와 함께 0.03∼0.2㎛인 TiN석출물은 3.9×103개/㎟∼6.2×104개/㎟로 석출시켜서 용접부의 인성을 확보하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582 is a representative technique using TiN precipitates, and has a toughness of about 200J at 0 ° C when 100 J / cm of heat input (maximum heating temperature of 1400 ° C) is applied. Is about 300J). In this prior art, Ti / N is substantially managed at 4-12, so that TiN precipitates of 0.05 µm or less are 5.8 × 10 3 pieces / mm 2 to 8.1 × 10 4 pieces / mm 2, and TiN precipitates of 0.03 to 0.2 μm are 3.9. The toughness of the welded portion is secured by being precipitated at × 10 3 pieces / mm 2 to 6.2 × 10 4 pieces / mm 2.
그러나, 이 선행기술에 의하면, 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때, 모재와 열영향부의 인성이 대체적으로 낮고(0℃의 충격인성의 최고치로 모재:320J, 열영향부:220J) 또한, 그 차이가 100J 정도로 커서 후육화 강재의 초대입열 용접에 따른 강구조물의 신뢰성 확보에 한계가 있다. 뿐만 아니라, 원하는 TiN 석출물을 확보하기 위한 방법으로, 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 가열하여 급냉한 다음, 열간압연을 위해 재가열하는 공정을 채택하기 때문에 2회의 열처리로 인한 제조비용 상승이 문제가 된다. 또한, 모재는 페라이트+펄라이트 조직이나 항복강도가 400MPa, 인장강도가 530MPa, 연신율이 20%이하로 물성이 좋지 않은 편이다.However, according to this prior art, when 100 kJ / cm high heat input welding is applied, the toughness of the base material and the heat affected zone is generally low (the base material: 320J, the heat affected zone: 220J at the highest impact toughness of 0 ° C), Since the difference is about 100J, there is a limit in securing the reliability of the steel structure according to superheat input welding of thickened steel. In addition, as a method for securing a desired TiN precipitate, the slab is heated at a temperature of 1050 ° C. or more and quenched and then reheated for hot rolling, thereby increasing the manufacturing cost due to two heat treatments. In addition, the base material has a poor ferrite + pearlite structure, yield strength of 400 MPa, tensile strength of 530 MPa, and elongation of 20% or less.
현재까지 대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 개선한 기술은 많이 알려져 있지만, 모재의 기계적특성을 확보하면서 1350℃이상에서 장시간 유지되는 초대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 획기적으로 개선시킨 사례는 아직 발표된 바 없다. 특히, 용접열영향부의 인성이 모재대비 동등한 수준을 보인 기술은 거의 없는 실정이다. 따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있다면, 후육화 강재의 초대입열 용접이 가능하여 용접작업 고능률화는 물론 강구조물의 고층화 및 강구조물의 신뢰성 확보를 동시에 달성할 수 있는 것이다.Until now, many techniques have been known to improve the toughness of the weld heat affected zone during high heat input welding. However, the case of remarkably improving the toughness of the weld heat affected zone during superheated heat welding, which is maintained for more than 1350 ° C for a long time while securing the mechanical properties of the base metal, It has not been announced yet. In particular, there are few technologies in which the toughness of the weld heat affected zone shows the same level as that of the base metal. Therefore, if the above problems can be solved, super heat input welding of the thickened steel is possible, so that it is possible to achieve high efficiency of the welding operation as well as to secure the high-rise of the steel structure and the reliability of the steel structure.
본 발명은 모재에 미세한 페라이트의 분율을 높이면서 고온안정성이 우수한 TiN석출물의 개수를 증진시켜 모재의 기계적성질을 개선시키는 것은 물론, 대입열용접이 적용될 때 모재의 오스테나이트 결정립의 성장을 효과적으로 억제하여 모재와 열영향부의 인성차이를 최소화 할 수 있는 용접 구조용 강재의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention improves the mechanical properties of the base material by increasing the number of TiN precipitates having excellent high temperature stability while increasing the fraction of fine ferrite in the base material, as well as effectively inhibiting the growth of the austenite grains of the base material when the high heat input welding is applied. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a welded structural steel that can minimize the difference in toughness of the base material and the heat affected zone.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.008-0.030%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005%이하, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤14를 만족하는 강슬라브를 Ar3∼(Ar3+50℃)의 온도범위로 가열한 다음,The present invention for achieving the above object, in the weight% C: 0.03-0.17%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.4-2.0%, Ti: 0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N: 0.008-0.030%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B Steel slabs satisfying ≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14 are heated to a temperature range of Ar 3 to (Ar 3 + 50 ° C),
가열된 슬라브를 (Ar3+25℃)∼(Ar3-25℃)의 온도범위까지 25℃/sec이하의 속도로 냉각하여 60%이상의 압하율로 열간압연하고 5∼30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 것을 포함하여 구성된다.The heated slab is cooled to a temperature range of (Ar 3 + 25 ° C) to (Ar 3 -25 ° C) at a rate of 25 ° C / sec or less, hot rolled at a reduction ratio of 60% or more, and cooled at 5 to 30 ° C / sec. It comprises a cooling to room temperature at a speed.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 "구오스테나이트(prior Austenite)"란 용어는 강재에 대입열 용접이 적용될 때 용접 열영향부에 형성되는 오스테나이트를 칭하는 것으로, 강재의 제조과정(열간압연공정)에서 형성되는 오스테나이트와 구별하기 위해 편의상 사용한다.In the present invention, the term "prior Austenite" refers to austenite formed in the weld heat affected zone when the heat input welding is applied to the steel, and the austenite formed in the manufacturing process of the steel (hot rolling process). Use for convenience to distinguish from.
본 발명자들은 강재(모재)의 강도와 인성과 함께 용접열영향부의 인성을 동시에 개선할 수 있는 방안을 연구한 결과, 재결정제어압연에 의해 페라이트를 세립화화는 것과 함께 이러한 미세조직에 TiN석출물을 미세하게 균일하게 분포시키면 용접열영향부의 구오스테나이트의 결정립크기가 약 80㎛)이하로 작아져서 용접열영향부의 인성이 문제가 되지 않는 다는 사실을 확인하였다.The present inventors studied a method of simultaneously improving the strength and toughness of steel (base metal) and the toughness of the weld heat affected zone. When uniformly distributed, it was confirmed that the crystal grain size of the austenite of the weld heat affected zone was reduced to about 80 μm or less, so that the toughness of the weld heat affected zone was not a problem.
이러한 관점에서 출발하는 본 발명에서는 모재와 용접열영향부의 특성을 개선할 수 있는 다음과 같은 방안을 도출할 수 있었다.Starting from this point of view, the present invention was able to derive the following method to improve the characteristics of the base material and the weld heat affected zone.
[1] 미세한 TiN 석출물의 분포를 균일하게 하면서, 고온에서 석출물의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)을 작게 하는 것과 함께,[1] While minimizing the distribution of the fine TiN precipitates, the solubility product showing stability of the precipitates at high temperatures is reduced.
[2] 재결정제어압연에 의해 모재의 페라이트 결정립을 세립화하여 용접열영향부의 구오스테나이트의 크기를 약 80㎛이하로 관리하는 것이다. 강재의 페라이트 결정립를 세립화하면 모재의 강도와 인성이 동시에 향상된다. 또한,[2] The recrystallization-controlled rolling refines the ferrite grains of the base material to manage the size of the old austenite of the weld heat affected zone to about 80 μm or less. By refining the ferrite grains of the steel material, the strength and toughness of the base material are simultaneously improved. Also,
[3] Ti/N의 비율을 낮추어 BN, AlN 석출물을 효과적으로 석출함으로써 용접열향부에서 페라이트의 생성분율을 높이고, 특히 페라이트 형상을 인성개선에 효과적인 침상형이나 다각형(polygonal)으로 유도하는데도 특징이 있다. 이하, 상기 [1][2][3]을 구체적으로 설명한다.[3] By reducing the Ti / N ratio, BN and AlN precipitates can be effectively precipitated to increase ferrite production in the welding heat direction, and in particular, to induce ferrite shapes into needles or polygons effective for toughness improvement. . [1] [2] [3] will be described in detail below.
[1] TiN 석출물의 관리[1] management of TiN precipitates
강재(모재)에 대입열용접이 적용되는 경우 용융선 부근의 용접열영향부가 약 1400℃이상으로 가열되어 모재내에 석출되어 있는 TiN석출물이 부분적으로 용해되거나 조대해지는 현상에 의해 구오스테나이트 결정립성장 억제효과가 소멸된다.When heat input welding is applied to steel materials, the heat affected zone near the melting line is heated to about 1400 ° C or more, and the TiN precipitates deposited in the base materials are partially dissolved or coarsened to suppress the austenite grain growth. The effect disappears.
본 발명자들은 이러한 현상이 모재내에 분포되어 있는 TiN석출물이 용접열에 의해 분해된 고용 Ti원자의 확산에 의해서 일어나는 것이라는데 착안하여 Ti/N의 비에 따른 TiN석출물의 특성을 살펴본 결과, 고질소환경(Ti/N의 비가 낮음)에서 고용 Ti농도와 고용 Ti원자의 확산속도가 감소되고 TiN석출물의 고온 안정성이 향상되는 새로운 사실을 알게 되었다.The inventors noticed that this phenomenon is caused by the diffusion of TiN precipitates distributed in the base metal by the dissolution of the dissolved Ti atoms by the heat of welding. As a result of examining the characteristics of TiN precipitates according to the ratio of Ti / N, the high nitrogen environment (Ti / N ratio is low), it is found that the dissolved Ti concentration and diffusion rate of the dissolved Ti atoms and the high temperature stability of TiN precipitates are improved.
본 발명에 따라 Ti와 N의 비(Ti/N)를 1.2∼2.5의 범위로 가열해 주면 고용Ti의 양이 극도로 감소되면서 TiN석출물의 고온안정성이 높아져서 0.01-0.1㎛ 크기의 미세한 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상으로 분포되는 결과를 얻을 수 있다. 이는 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 고용되어 있는 모든 Ti원자가 쉽게 질소원자와 결합하고 또한, 고질소환경에서 고용 Ti의 양이 감소하기 때문에 질소함량이 낮은 경우에서 보다 고온에서 TiN석출물이 안정해지는 용해도적이 낮아지기 때문인 것으로 분석되었다.According to the present invention, when the ratio of Ti and N (Ti / N) is heated to a range of 1.2 to 2.5, the amount of solid solution Ti is extremely reduced and the high temperature stability of the TiN precipitate is increased, resulting in the fine TiN precipitate having a size of 0.01-0.1 μm. A result of distributing more than 1.0 × 10 7 / mm 2 at intervals of 0.5 μm or less can be obtained. Increasing the nitrogen content at the same Ti content causes all Ti atoms to be easily combined with nitrogen atoms, and the amount of solid solution Ti decreases in a high nitrogen environment. The solubility was lowered.
나아가, 본 발명자들은 미세한 TiN석출물을 다량으로 균일하게 분포시키기 위해서는 용강중에 Ti를 산화물로 형성하지 않고 대부분 고용시킨 다음에 응고시 TiN으로 미세하게 석출하는 것이 중요하다는데 착안하여, 강의 정련공정에 관심집중한 결과, 산화물의 생성거동에 크게 영향을 미치는 용존산소량을 30ppm 이하로 관리하면 Ti이 산화물로 형성되지않고 강에 고용되는 것을 확인하였다.Furthermore, the present inventors are interested in the process of refining steel, which is important to solidify most of Ti without forming Ti as an oxide in molten steel in order to uniformly distribute a large amount of fine TiN precipitates. As a result, it was confirmed that Ti was not formed as an oxide and dissolved in steel when the amount of dissolved oxygen, which greatly affects the formation behavior of oxide, was controlled to 30 ppm or less.
본 발명에 따라 탈산조건을 관리하여 Ti을 가능한 강에 고용되도록 하고, Ti/N의 비를 관리하면 0.01-0.1㎛ 크기의 미세한 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상으로 분포시킬 수 있는 것이다.According to the present invention, by managing the deoxidation conditions so that Ti is dissolved in the steel as much as possible, and when the ratio of Ti / N is controlled, fine TiN precipitates of 0.01-0.1 μm may be 1.0 × 10 7 / mm 2 or more at intervals of 0.5 μm or less. It can be distributed.
[2] 재결정제어압연(페라이트 결정립의 세립화)[2] recrystallization-controlled rolling (fine grains in ferrite grains)
본 발명의 연구에 따르면, 모재의 강도와 인성을 향상시키면서 구오스테나이트의 크기를 80㎛로 하기 위해서는, 석출물의 관리와 함게 페라이트 + 펄라이트의 모재조직에서 페라이트의 크기를 세립화하는 것이 중요하다는 것이다. 본 발명에서 페라이트의 세립화는 재결정제어압연를 이용하여 달성한다. 재결정제어압연은 고온압연시 석출물(TiN)을 이용하여 결정립성장의 억제, 압연중의 정적재결정에 의한 결정립미세화, 오스테나이트-페라이트 변태시 탄화물의 석출(WC, Fe3C, VC 등)에 의한 페라이트 결정립을 세립화시킨다.According to the present invention, it is important to refine the size of the ferrite in the base material structure of ferrite + pearlite together with the management of the precipitates in order to make the size of the old austenite at 80 μm while improving the strength and toughness of the base material. . In the present invention, the refinement of the ferrite is achieved by using recrystallization control rolling. Recrystallization control rolling uses the precipitate (TiN) during high temperature rolling to suppress grain growth, grain refining by static recrystallization during rolling, and precipitation of carbides during austenite-ferrite transformation (WC, Fe 3 C, VC, etc.) Ferrite grains are refined.
[3] 용접열영향부의 미세조직[3] microstructure of weld heat affected zone
본 발명의 연구로 부터 밝혀진 사실은, 용접열영향부의 인성에는 모재가 1400℃이상으로 가열될 때 구오스테나이트 결정립 크기 뿐만 아니라, 구오스테나이트 결정입계에서 석출하는 페라이트의 양과 형상이 중요한 영향을 미친다는 것이다. 특히, 오스테나이트 입내에서의 다각형(polygonal) 페라이트와 침상형 페라이트의 변태를 유도하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 이를 위해 AlN, Fe23(B,C)6, BN석출물들을 이용한다.The facts of the present invention revealed that the toughness of the weld heat affected zone has a significant influence not only on the size of the austenite grains but also on the amount and shape of the ferrite precipitated at the former austenite grain boundaries when the base material is heated above 1400 ° C. Will be. In particular, it is important to induce the transformation of polygonal ferrite and acicular ferrite in the austenite mouth. In the present invention, AlN, Fe 23 (B, C) 6 , BN precipitates are used for this purpose.
이하, 본 발명을 강재의 조성과 그 제조방법으로 구분하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing the steel composition and its manufacturing method.
[용접 구조용 강재의 조성][Composition of Welding Structural Steels]
·탄소(C)의 함량은 0.03∼0.17%로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make content of carbon (C) into 0.03 to 0.17%.
C의 함량이 0.03% 미만인 경우에는 구조용 강으로서의 강도확보가 불충분하다. 또한, C가 0.17%를 초과하는 경우에는 냉각중 상부 베이나이트, 마르텐사이트 및 퇴화 퍼얼라이트(degenerate pearlite)등의 인성에 취약한 미세조직이 변태되어 구조용 강재의 저온충격인성을 저하시키고, 또한 용접부의 경도 또는 강도를 증가시켜 인성열화 및 용접균열의 생성을 초래한다.If the content of C is less than 0.03%, securing strength as a structural steel is insufficient. In addition, when C exceeds 0.17%, microstructures susceptible to toughness such as upper bainite, martensite and degenerate pearlite during transformation are transformed to lower the low temperature impact toughness of structural steel, and Increasing hardness or strength results in toughness degradation and generation of weld cracks.
·실리콘(Si)의 함량은 0.01-0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of silicon (Si) is preferably limited to 0.01-0.5%.
Si의 함량이 0.01% 미만인 경우에는 제강과정에서 용강의 탈산효과가 불충분하고 강재의 내부식성을 저하시키며, 0.5%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되고, 압연후 냉각시 소입성 증가에 따른 도상 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 저온충격인성을 저하시킨다.If the Si content is less than 0.01%, the deoxidation effect of the molten steel is insufficient during steelmaking and the corrosion resistance of the steel is deteriorated. If the content of Si is more than 0.5%, the effect is saturated, and the degree of quenchability during cooling after rolling is increased. It promotes the transformation of martensite and lowers the low temperature impact toughness.
·망간(Mn)의 함량은 0.4-2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of manganese (Mn) is preferably limited to 0.4-2.0%.
Mn은 강중에서 탈산작용을 하고, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키는 유효한 원소이다. Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.4%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 Mn의 함유량이 2.0%를 초과하는 경우에는, 고용강화 효과보다는 망간편석에 의한 조직불균질로 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다. 또한, 강의 응고시, 편석기구에 따라 거시편석 및 미시편석이 일어나 압연시 중심부에 중심편석대의 형성을 조장하여 모재의 중심부에 저온변태 조직을 생성시키는 원인으로 작용한다. 특히, 망간은 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이다.Mn is an effective element which deoxidizes in steel and improves weldability, hot workability, and strength. Mn forms a substituted solid solution in the matrix to strengthen the matrix to secure the strength and toughness. For this purpose, Mn is preferably added at least 0.4%. However, when the Mn content is more than 2.0%, it has a detrimental effect on the toughness of the weld heat affected zone due to tissue heterogeneity due to manganese segregation rather than a solid solution strengthening effect. In addition, when the steel solidifies, macro segregation and micro segregation occur depending on the segregation mechanism, which promotes the formation of a central segregation zone in the center of rolling, thereby causing a low temperature transformation structure in the center of the base metal. In particular, manganese is an element that precipitates in the form of MnS around the Ti-based oxide and affects the formation of acicular and polygonal ferrites, which is effective for improving weld heat affected toughness.
·알루미늄(Al)의 함량은 0.0005-0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of aluminum (Al) is preferably limited to 0.0005-0.1%.
Al은 탈산에 필요한 원소일 뿐만 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 필수불가결한 원소이다. 또한, Al은 산소와 반응하여 Al산화물을 형성하는 원소이므로, Ti가 산소와 반응하지 않고 미세 TiN석출물을 형성하도록 하기 위해서는 필요한 원소이다. 미세한 AlN석출물을 형성시키기 위해서는, 상기 Al을 0.0005%이상 첨가해야 하지만, 그 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 AlN을 석출시키고 남은 고용Al의 용접열영향부 냉각과정에서 인성에 취약한 위드만스테튼 페라이트(Widmanstatten ferrite) 및 도상 마텐사이트의 생성을 조장하여 대입열 용접열영향부의 인성을 저하시킨다.Al is not only an element necessary for deoxidation, but also an indispensable element for forming fine AlN precipitates in steel. In addition, Al is an element which reacts with oxygen to form an Al oxide, and thus is necessary for Ti to form fine TiN precipitates without reacting with oxygen. In order to form a fine AlN precipitate, the Al should be added 0.0005% or more, but if the content exceeds 0.1%, Weedman Stetten is vulnerable to toughness during the cooling of the welding heat affected zone of AlN precipitated and the remaining solid Al It promotes the production of ferrite (Widmanstatten ferrite) and phase martensite to lower the toughness of the high heat input welding heat affected zone.
·티타늄(Ti)의 함량은 0.005-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of titanium (Ti) is preferably limited to 0.005-0.2%.
Ti는 N과 결합하여 고온에서 안정한 미세 TiN석출물을 형성시키기 때문에 본 발명에서는 필수불가결한 원소이다. 이러한 미세한 TiN 석출효과를 얻기 위해서는, Ti을 0.005%이상 첨가하여야 하지만, 그 함량이 0.2%를 초과하면 용강중에서 조대한 TiN석출물 및 Ti산화물이 형성되어 용접열영향부 오스테나이트 결정립성장을 억제하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.Ti is indispensable in the present invention because it combines with N to form fine TiN precipitates that are stable at high temperatures. In order to obtain such a fine TiN precipitation effect, Ti should be added more than 0.005%, but when the content exceeds 0.2%, coarse TiN precipitates and Ti oxides are formed in molten steel, which does not inhibit austenite grain growth of the weld heat affected zone. It is not preferable because it is.
·붕소(보론, B)의 함량은 0.0003-0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of boron (boron, B) is preferably limited to 0.0003-0.01%.
B은 BN석출물을 형성하여 구오스테나이트 결정립의 성장을 방해하고 결정입계 및 입내에서 Fe탄붕화물을 형성하여 인성이 우수한 침상형 및 다각형의 페라이트 변태를 촉진한다. B 함유량이 0.0003%미만인 경우에는 이러한 효과를 기대할 수 없으며, 0.01%를 초과하면 소입성이 증가하여 용접열영향부의 경화 및 저온균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.B forms a BN precipitate, which hinders the growth of the old austenite grains and forms Fe carbide in the grain boundary and in the mouth to promote ferrite transformation of acicular and polygons having excellent toughness. If the B content is less than 0.0003%, such an effect cannot be expected, and if it exceeds 0.01%, it is not preferable because the hardenability increases due to hardening and low temperature cracking of the weld heat affected zone.
·질소(N)의 함량은 0.008-0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of nitrogen (N) is preferably limited to 0.008-0.03%.
N은 TiN, AlN, BN, VN, NbN등을 형성시키는데 필수불가결한 원소로, 대입열 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 성장을 최대로 억제시키고 TiN, AlN, BN, VN, NbN 등의 석출물양을 증가시킨다. 특히, TiN 및 AlN석출물의 크기 및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.008%이상으로 설정하는 것이 바람직하지다. 그러나, N의 함량이 0.03%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 용접열영향부내에 분포하는 고용질소량의 증가로 인해 인성을 저하시키며 용접시 희석에 따른 용접금속중에 혼입되어 용접금속의 인성저하를 초래하기 때문에, 상한을 0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.N is an indispensable element for forming TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc., and it suppresses austenite grain growth of welding heat affected zone at the time of high heat input welding and precipitates such as TiN, AlN, BN, VN, NbN Increase the amount. In particular, the content of TiN and AlN precipitates and the spacing of precipitates, the distribution of precipitates, the frequency of complex precipitation with oxides, the high temperature stability of the precipitates themselves, etc. have a significant influence, so the content is preferably set to 0.008% or more. However, when the N content exceeds 0.03%, the effect is saturated, toughness is reduced due to the increase in the amount of solid solution nitrogen distributed in the weld heat affected zone, and it is mixed in the weld metal due to dilution during welding to reduce the toughness of the weld metal. It is preferable to limit the upper limit to 0.03% because of this.
·텅스텐(W)의 함량은 0.001-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of tungsten (W) is preferably limited to 0.001-0.2%.
W은 열간압연 이후 텅스텐 탄화물(WC)로 모재에 균일하게 석출되어 페라이트변태후 페라이트 결정립 성장을 효과적으로 억제하고, 또한 용접열영향부의 가열 초기 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 원소이다. 그 함량이 0.001%미만인 경우에는 열간압연후 냉각시 페라이트 결정립성장 억제를 위한 텅스텐 탄화물이 적게 분포하게 되고, 0.2%보다 많이 첨가된 경우에는 그 효과가 포화되기 때문에 바람직하지 못하다.W is an element that uniformly precipitates in the base material as tungsten carbide (WC) after hot rolling to effectively suppress ferrite grain growth after ferrite transformation, and also suppress growth of austenite grains in the initial heating of the weld heat affected zone. If the content is less than 0.001%, the tungsten carbide for inhibiting ferrite grain growth is less distributed during the hot rolling and it is not preferable because the effect is saturated when more than 0.2% is added.
·인(P) 및 황(S)의 함량은 0.030%이하로 제한하는 것이 바람직하다.The content of phosphorus (P) and sulfur (S) is preferably limited to 0.030% or less.
P는 압연시 중심편석 및 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재인성, 용접열영향부 인성 향상 및 중심편석 저감을 위해서는 0.03%이하로 관리하는 것이 좋다.P is preferably as low as possible because it is an impurity element that promotes central segregation during rolling and hot cracking during welding. In order to improve the toughness of the base metal, the toughness of the weld heat affected zone, and to reduce the center segregation, it is recommended to manage it to 0.03% or less.
S는 다량으로 존재하는 경우 FeS 등의 저융점화합물을 형성시키기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재인성, 용접열영향부 인성 및 중심편석 저감을 위해서는 S함량을 0.03%이하로 하는 것이 좋다. 그런데, 황의 경우에는 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치기도 하므로, 용접시 고온균열을 고려할 경우 보다 바람직한 범위로는 0.003%에서 0.03%이하로 제한하는 것이 바람직하다.Since S forms a low melting point compound such as FeS when present in a large amount, it is preferable to manage S as low as possible. In order to reduce the base material toughness, weld heat affected zone toughness and central segregation, it is recommended that the S content be 0.03% or less. However, in the case of sulfur, it precipitates in the form of MnS around the Ti-based oxide and thus affects the formation of needle-shaped and polygonal ferrites effective for improving the toughness of the weld heat affected zone. It is desirable to limit the amount from 0.003% to 0.03% or less.
·산소(O)는 0.005%이하로 하는 것이 바람직하다.Oxygen (O) is preferably at most 0.005%.
산소가 0.005% 초과하는 경우에는 Ti원소가 용강중에서 Ti산화물로 형성되어TiN석출물을 형성하지 못하기 때문에 바람직하지 못하며 또한 조대한 Fe산화물 및 Al산화물 등과 같은 개재물이 형성되어 모재의 인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 바람직하지 못하다.When the oxygen content exceeds 0.005%, the Ti element is not preferable because Ti element is formed of Ti oxide in molten steel, and thus TiN precipitate is not formed. It is not desirable because it is crazy.
·Ti/N의 비는 1.2∼2.5로 하는 것이 바람직하다.The ratio of Ti / N is preferably 1.2 to 2.5.
본 발명에서 Ti/N비를 2.5이하로 낮추는데, 이는 2가지 장점이 있다. 첫째, TiN석출물의 개수를 증가시키면서 균일하게 분포시킬 수 있는 것이다. 즉, 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 연주과정중 냉각과정에서 고용되어 있는 모든 Ti원자가 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출물이 좁은 간격으로 분포하게 되는 것이다. 둘째, 고온에서의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)이 작아서 상기 Ti의 재고용을 막을 수 있는 것이다. 즉, 고질소 환경에서 Ti은 고용되기 보다는 N와 결합하려는 성질이 강하므로, TiN 석출물이 고온에서 안정해진다. 그러나, Ti/N비가 1.2 미만으로 되면 모재의 고용질소량이 증가하여 용접열향부의 인성에 유해하기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Ti/N비가 2.5보다 높은 경우에는 제강과정인 용강중에서 조대한 TiN이 정출되어 TiN의 균일한 분포가 얻어지지 않으며, 또한 TiN으로 석출하지 않고 남은 잉여의 Ti이 고용상태로 존재하여 용접열영향부 인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.In the present invention, the Ti / N ratio is lowered to 2.5 or less, which has two advantages. First, it is possible to distribute uniformly while increasing the number of TiN precipitates. In other words, if the nitrogen content is increased at the same Ti content, all Ti atoms that are employed in the cooling process during the playing process are combined with the nitrogen atoms to distribute fine TiN precipitates at narrow intervals. Secondly, the solubility product showing stability at high temperature is small, thereby preventing re-use of the Ti. That is, in a high nitrogen environment, Ti has a stronger tendency to bind with N rather than solid solution, so that the TiN precipitate becomes stable at high temperature. However, when the Ti / N ratio is less than 1.2, it is not preferable because the amount of solid solution nitrogen in the base material increases, which is detrimental to the toughness of the weld heat-directed portion. On the other hand, if the Ti / N ratio is higher than 2.5, coarse TiN is crystallized in molten steel, which is a steelmaking process, and a uniform distribution of TiN is not obtained. It is not preferable because it adversely affects the impact toughness.
·N/B의 비는 10∼40으로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make ratio of N / B into 10-40.
본 발명에서 N/B비가 10미만이면 용접후 냉각과정중에 오스테나이트 결정입계에서 다각형의 페라이트 변태를 촉진하는 BN의 석출량이 불충분하며, N/B비가 40을 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되며 고용질소량이 증가하여 용접열영향부의 인성을 저하시키기 때문이다.In the present invention, if the N / B ratio is less than 10, the precipitation amount of BN which promotes the ferrite transformation of polygons at the austenite grain boundary during the cooling process after welding is insufficient, and when the N / B ratio exceeds 40, the effect is saturated and dissolved. This is because the amount of nitrogen is increased to lower the toughness of the weld heat affected zone.
·Al/N의 비는 2.5∼7로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make Al / N ratio into 2.5-7.
본 발명에서 Al/N비가 2.5미만인 경우에는 침상형 페라이트 변태를 유도하기 위한 AlN석출물의 분포가 불충분하고, 용접열영향부의 고용질소량이 증가하여 용접균열이 발생할 가능성이 있으며, Al/N비가 7초과의 경우에는 그 효과가 포화된다.In the present invention, when the Al / N ratio is less than 2.5, AlN precipitates for inducing needle-like ferrite transformation are insufficient, and the amount of solid solution nitrogen in the weld heat affected zone may increase, resulting in a weld crack, and an Al / N ratio of more than 7 In the case the effect is saturated.
·(Ti+2Al+4B)/N의 비는 6.5∼14로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is 6.5-14.
본 발명에서 (Ti+2Al+4B)/N의 비가 6.5미만인 경우 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장억제, 결정입계에서의 미세한 다각형 페라이트 생성, 고용질소량, 결정입내에서의 침상형 및 다각형의 페라이트 생성 및 조직분율의 제어를 위한 TiN, AlN, BN, VN 석출물의 크기 및 분포개수가 불충분하며, (Ti+2Al+4B)/N이 14를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화된다. 한편, V이 첨가되는 경우에는, (Ti+2Al+4B+V)/N의 비를 7~17로 설정하는 것이 바람직하다.In the present invention, when the ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is less than 6.5, the growth inhibition of the austenite grain growth of the weld heat affected zone, the generation of fine polygonal ferrite at the grain boundary, the amount of solid solution nitrogen, the needle shape in the grain and the polygonal ferrite The size and number of distributions of TiN, AlN, BN, and VN precipitates for formation and control of the tissue fraction are insufficient, and the effect is saturated when (Ti + 2Al + 4B) / N exceeds 14. On the other hand, when V is added, it is preferable to set the ratio of (Ti + 2Al + 4B + V) / N to 7-17.
상기와 같이 조성되는 강재(모재)와 열영영향부의 인성을 보다 개선시키기 위해 V을 추가로 첨가하는데, 이 바나듐(V)의 함량은 0.01-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다. V은 N와 결합해 VN을 형성하여 용접열영향부에서 페라이트 형성을 촉진시키는 원소이며, VN는 단독으로 석출하거나 TIN석출물에 석출하여 페라이트 변태를 촉진시킨다. 또한 V은 C과 결합하여 VC를 형성하는데, 이러한 VC탄화물은 페라이트 변태후 페라이트 결정립 성장을 억제하는 역할을 한다. V함유량이 0.01%미만에서는 VN석출량이 작기 때문에 용접열영향부에서 페라이트 변태촉진 효과를 얻기가 힘들다. 한편 0.2%를 초과하면 모재 및 용접열영향부(HAZ)의 인성열화를 초래하고 용접경화성을 향상시켜 용접저온균열 발생위험이 있기 때문에 바람직하지 않다.In order to further improve the toughness of the steel material (base material) and the heat-affected portion formed as described above, V is further added, and the content of this vanadium (V) is preferably limited to 0.01-0.2%. V is an element that combines with N to form VN to promote ferrite formation in the weld heat affected zone, and VN precipitates alone or precipitates in TIN precipitates to promote ferrite transformation. In addition, V combines with C to form VC, which acts to inhibit ferrite grain growth after ferrite transformation. When the V content is less than 0.01%, it is difficult to obtain the ferrite transformation promoting effect in the weld heat affected zone because the VN deposition amount is small. On the other hand, exceeding 0.2% is not preferable because it causes toughness of the base metal and the weld heat affected zone (HAZ) and improves the weld hardenability, which may cause the low temperature crack of the weld.
또한, V/N의 비는 0.3∼9로 하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to make ratio of V / N into 0.3-9.
본 발명에서 V/N비가 0.3미만인 경우에는 용접열영향부 인성개선을 위한 TiN+MnS석출물 경계에 석출하여 분포하는 적정 VN석출물 개수 및 크기를 확보하기 어렵다. 반면에, V/N비가 9를 초과하는 경우에는, TiN+MnS석출물 경계에 석출하는 VN석출물의 크기가 조대화되어 오히려 TiN+MnS복합석출물 경계에 석출되는 VN석출빈도수가 감소하기 때문에 용접열영향부의 인성에 유효한 페라이트 상분율을 감소시킨다.In the present invention, when the V / N ratio is less than 0.3, it is difficult to secure an appropriate number and size of VN precipitates deposited and distributed at the TiN + MnS precipitate boundary for improving the toughness of the weld heat affected zone. On the other hand, when the V / N ratio exceeds 9, the weld heat influences because the size of the VN precipitates deposited at the TiN + MnS precipitate boundary is coarsened, and the number of VN precipitations deposited at the TiN + MnS composite precipitate boundary is reduced. Reduce the ferrite phase fraction effective for negative toughness.
상기와 같이 조성되는 강에 본 발명에서는 기계적성질을 보다 향상시키기 위해, Ni, Cu, Nb, Mo, Cr의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상을 추가로 첨가한다.In the present invention, in order to further improve the mechanical properties in the steel composition as described above, one or more selected from the group of Ni, Cu, Nb, Mo, Cr is further added.
·니켈(Ni)의 함량은 0.1-3.0%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of nickel (Ni) is preferably limited to 0.1-3.0%.
Ni은 고용강화에 의한 모재의 강도 및 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni이 0.1% 이상 첨가되어야 하지만, 그 함량이 3.0%를 초과하면 소입성을 증가시켜 용접열영향부의 인성을 저하시키고 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.Ni is an effective element for improving the strength and toughness of the base material by solid solution strengthening. To achieve this effect, Ni should be added more than 0.1%, but if the content exceeds 3.0%, the hardenability increases to decrease the toughness of the weld heat affected zone, and there is a possibility of high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. Because it is not desirable.
·구리(Cu)의 함량은 0.1-1.5%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of copper (Cu) is preferably limited to 0.1-1.5%.
Cu는 기지에 고용되어 고용강화로 인한 모재의 강도 및 인성확보에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Cu가 0.1% 이상 첨가되어야 하지만 그 함량이 1.5%를 초과하면 용접열영향부에서 소입성을 증가시켜 인성을 저하시키며 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열을 조장시키기 때문에 바람직하지 못하다. 특히, 상기 Cu는 황과 함께 Ti계 산화물 주위에 CuS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에도 영향을 미치므로, 그 함량을 0.3-1.5%로 하는 것이 바람직하다.Cu is an element that is effective at securing the strength and toughness of the base material due to solid solution at the base. In order to achieve this effect, Cu should be added more than 0.1%, but if the content exceeds 1.5%, it is desirable because it increases the hardenability in the weld heat affected zone and lowers the toughness and promotes high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. I can't. In particular, the Cu precipitates in the form of CuS around the Ti-based oxide together with sulfur, thereby affecting the formation of needle-shaped and polygonal ferrites, which are effective for improving the toughness of the weld heat affected zone, and thus the content is 0.3-1.5%. desirable.
또한, Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우 이들의 합계는 3.5%미만으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 3.5%를 초과하는 경우, 소입성이 커져서 용접열영향부 인성 및 용접성에 악영향을 초래하기 때문이다.In addition, when adding Cu and Ni compositely, it is preferable to make these sum total less than 3.5%. The reason for this is that when it exceeds 3.5%, the hardenability becomes large, which adversely affects the weld heat affected zone toughness and weldability.
·니요븀(Nb)의 함량은 0.01-0.10%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of niobium (Nb) is preferably limited to 0.01-0.10%.
Nb는 모재 강도확보의 관점에서 유효한 원소로, 이러한 효과는 Nb함유량이0.01%미만에서는 얻을 수 없다. 한편, 0.1%를 초과하면 조대한 NbC의 단독석출을 초래하여 모재의 인성에 유해하게 되므로 바람직하지 못하다.Nb is an effective element from the viewpoint of securing the base material strength, and this effect cannot be obtained when the Nb content is less than 0.01%. On the other hand, if it exceeds 0.1%, it causes undesired precipitation of coarse NbC, which is detrimental to the toughness of the base metal.
·크롬(Cr)은 0.05∼1.0%로 하는 것이 바람직하다.Chromium (Cr) is preferably made 0.05 to 1.0%.
Cr은 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.05% 미만인 경우에는 강도를 얻을 수 없고, 1.0%를 초과하는 경우 모재 및 HAZ인성열화를 초래한다.Cr increases the hardenability and also improves the strength, when the content is less than 0.05%, strength cannot be obtained. If it exceeds 1.0%, the base metal and HAZ toughness deteriorate.
·몰리브덴(Mo)은 0.05-1.0%로 하는 것이 바람직하다.Molybdenum (Mo) is preferably 0.05-1.0%.
Mo은 소입성 증가 및 강도향상의 효과가 있는 원소로, 그 함량은 강도확보를 위해 0.05% 이상으로 설정하는 것이 바람직하지만, HAZ경화 및 용접저온균열을 억제하기 위해서는 Cr과 마찬가지로 그 상한을 1.0%로 하는 것이 바람직하다.Mo is an element that has an effect of increasing hardenability and improving strength. The content of Mo is preferably set to 0.05% or more for securing strength, but in order to suppress HAZ hardening and welding low temperature cracking, the upper limit thereof is 1.0%. It is preferable to set it as.
또한, 본 발명에서는 가열시에 오스테나이트의 입성장억제를 위해 Ca, REM의 1종 또는 2종을 추가로 첨가한다.In addition, in the present invention, one or two kinds of Ca and REM are further added to suppress grain growth of austenite during heating.
Ca 및 REM은 고온안정성이 우수한 산화물을 형성시켜 모재내에서 가열시 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 용접열영향부의 인성을 향상시킨다. 또한, Ca은 제강시 조대한 MnS형상을 제어하는 효과가 있다. 이를 위해, 칼슘(Ca)은 0.0005%이상, REM은 0.005%이상 첨가하는 것이 좋으나, Ca이 0.005% REM이 0.05%를 초과하는 경우 대형개재물 및 클러스터(cluster)를 생성시켜 강의 청정도를 해치게된다. REM으로서는 Ce, La, Y 및 Hf등의 1종 또는 2종이상을 사용하여도 무방하고, 어느 것도 상기 효과를 얻을 수 있다.Ca and REM form an oxide having excellent high temperature stability, thereby suppressing austenite grain growth when heated in the base metal and improving the toughness of the weld heat affected zone. In addition, Ca has the effect of controlling the coarse MnS shape during steelmaking. To this end, it is preferable to add more than 0.0005% of calcium (Ca) and more than 0.005% of REM, but if Ca exceeds 0.005% of REM of more than 0.05%, large inclusions and clusters are generated to impair the cleanliness of the steel. As REM, 1 type, or 2 or more types, such as Ce, La, Y, and Hf, may be used, and any of the above effects can be obtained.
[용접 구조용 강재의 제조방법][Method of manufacturing welded structural steel]
·정련(탈산, 탈가스)공정Refining (Deoxidation, Degassing) Process
일반적으로 강의 정련공정은 전로에서 1차정련한 다음, 전로의 용강을 래들로 출강하여 2차정련하는 노외정련으로 구성되는데, 용접구조용 강재와 같이 후물재에서는 노외정련 다음에 탈가스처리(RH공정)를 행한다. 보통 탈산은 1차 정련과 2차정련 사이에서 이루어진다.In general, the steel refining process consists of an out-of-furnace refining process after the first refining of the converter and the second refining of the molten steel of the converter by ladle. ). Usually deoxidation takes place between primary and secondary refining.
본 발명의 특징은, 이러한 탈산공정에서 용존산소를 적정수준 이하로 조절한 다음 Ti를 첨가함으로써, Ti를 산화물로 형성하지 않고 용강중에 대부분 고용되도록 한다는 점에 있다. 이를 위해서는 Ti보다 탈산력이 큰 원소를 Ti투입전에 투입하여 탈산하는 것이 바람직하다. 탈산제의 탈산력은 아래와 같다.A feature of the present invention is that in such a deoxidation process, the dissolved oxygen is adjusted to an appropriate level or lower, and then Ti is added, so that Ti is mostly dissolved in molten steel without forming Ti as an oxide. For this purpose, it is preferable to inject and deoxidize an element having a greater deoxidizing power than Ti before adding Ti. The deoxidizing power of the deoxidizer is as follows.
Cr < Mn < Si < Ti < Al < REM < Zr < Ca ≒ MgCr <Mn <Si <Ti <Al <REM <Zr <Ca ≒ Mg
용존산소량은 산화물의 생성거동에 따라 크게 영향을 받는데, 산소와의 친화력이 큰 탈산제 일수록 용강중 산소와 결합하는 속도가 매우 빠르다. 따라서, Ti을 첨가하기 전에 이 보다 탈산력이 큰 원소를 이용하여 탈산을 행하면, Ti이 산화물을 형성하는 것을 최대한 방지할 수 있는 것이다. 물론, Ti보다 탈산력이 큰 원소(Al)를 투입하기 전에, 강의 5대원소인 Mn, Si 등을 투입하여 탈산하고, 이어서 Al을 투입하여 탈산하면, 탈산제의 투입량을 줄일 수 있어 바람직하다.The amount of dissolved oxygen is greatly influenced by the formation behavior of the oxide, and the deoxidizer having a high affinity with oxygen has a very high rate of bonding with oxygen in the molten steel. Therefore, if deoxidation is performed using an element having a greater deoxidizing power before adding Ti, it is possible to prevent Ti from forming an oxide as much as possible. Of course, before the addition of the element (Al), which has a greater deoxidizing power than Ti, by adding and deoxidizing Mn, Si and the like, which are the five major elements of steel, and then deoxidizing by adding Al, the amount of deoxidizer added is preferable.
한편, 용강중에서 개재물의 부상분리는 일반적으로 다음과 같은 순서로 진행된다고 알려져 있다. (용강중에서 탈산원소의 용해)→(개재물이 핵생성)→(개재물의 성장)→(개재물간의 충돌 등에 의한 계속적인 성장과 부상)→(용강표면에서의 슬래그로의 흡수제거) 즉, 개재물의 종류에 따라 각 단계의 진행속도가 달라지기 때문에, 강탈산원소를 이용하여 탈산하면 보다 쉽게 용존산소량 낮출 수 있다.On the other hand, floating separation of inclusions in molten steel is generally known to proceed in the following order. (Dissolution of deoxygenation element in molten steel) → (Involvement of nucleation) → (Growth of inclusions) → (Continuous growth and injury due to collisions between inclusions) → (Removal of slag from slag on molten steel surface) Since the speed of each step varies depending on the type, deoxidation using a strong deoxidation element can lower the dissolved oxygen amount more easily.
본 발명에서는 Ti의 투입전에 강탈산원소를 투입하여 용존산소량을 가능한 낮게 하는데, 용강중에 고용되어 있는 Ti량을 극대화시키기 위해서는 적어도 30ppm이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 용존산소량이 30ppm를 초과하면 Ti첨가시 용강중의 산소와 Ti이 결합하여 Ti산화물이 형성되기 쉬워 고용Ti량이 감소하기 때문이다.In the present invention, the amount of dissolved oxygen is added as low as possible by injecting a strong deoxidation element before the introduction of Ti, and in order to maximize the amount of Ti dissolved in molten steel, it is preferable to set it as at least 30 ppm or less. The reason for this is that when the dissolved oxygen amount exceeds 30 ppm, the oxygen in the molten steel and Ti are combined to form Ti oxide easily when Ti is added, and the amount of solid solution Ti decreases.
한편, 제강에서 널리 쓰이는 '스토크(stoke)법칙'에 따르면, 개재물의 밀도가 클수록 개재물 부상은 어려워지는데, 제강과정의 탈산과정중 형성되는 개재물은 매우 복잡한 구상형태를 띠고 있어 개재물에 비해 밀도가 크고 부상이 어렵다. 이에 따라 강중에 개재물이 증가하게 되므로, 밀도가 큰 개재물을 형성하는 탈산원소를 투입하는 것이 산화물 분포에 따른 부가적 잇점로 활용할 수 있으나, 본 발명에 있어서 개재물의 밀도차이에 의한 영향은, 본 발명의 효과에 별다른 영향을 미치지 않는다.On the other hand, according to the 'Stoke Law' widely used in steelmaking, the higher the density of inclusions, the more difficult the inclusions are. Injuries are difficult As the inclusions increase in the steel, the addition of a deoxidation element forming a high density inclusion may be used as an additional advantage according to the distribution of oxides. It does not affect the effect of.
본 발명에 따라 용존산소량을 조정한 다음, Ti을 10분이내에 첨가하여 그 함량이 0.005-0.2%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 만일, 탈산후 용강중에 Ti이 0.005%미만 함유되어 있으면, 주조과정에서 미세한 TiN을 다량 형성시키기 어렵고, 0.2%보다 많이 함유되어 있으면 그 효과가 포화되고 TiN이 조대화되어 오스테나이트 결정립 억제효과를 기대하기 어렵다. 또한 Ti의 첨가를 10분이내로 하는 이유는, Ti투입후 시간이 경과할수록 Ti산화물이 생성되어 고용 Ti량이 감소하기 때문이다. 정련공정에서 진공탈가스처리('RH')가 행해지는 경우에는, Ti의 첨가을 진공탈가스 처리 전 또는 그 후의 어디에서도 가능하다.After adjusting the amount of dissolved oxygen according to the present invention, it is preferable to add Ti within 10 minutes so that the content is 0.005-0.2%. If less than 0.005% of Ti is contained in the molten steel after deoxidation, it is difficult to form a large amount of fine TiN in the casting process, and if it contains more than 0.2%, the effect is saturated and the TiN is coarsened to expect the austenite grain suppression effect. Difficult to do The reason for adding Ti within 10 minutes is that Ti oxide is generated and the amount of solid solution Ti decreases as the time after Ti is added. In the case where the vacuum degassing treatment ('RH') is performed in the refining process, the addition of Ti can be performed either before or after the vacuum degassing treatment.
·주조공정Casting process
본 발명에서는 상기와 같이 정련처리한 용강을 연속주조하여 슬라브로 만든다. 연속주조는 고질소강에서 주편표면크랙의 발생 가능성이 높다는 점을 고려하여 저속으로 주조하고 2차냉각대에서 약냉조건을 부여하는 것이 생산성 향상측면에서 바람직하다. 2차냉각대에서 냉각조건은 TiN석출물의 미세화와 균일한 분포에도 영향을 미치는 중요한 인자이다.In the present invention, the molten steel refined as described above is continuously cast into slabs. Continuous casting is preferable from the viewpoint of productivity improvement by casting at low speed and giving a weak cooling condition in the secondary cooling zone in consideration of the high possibility of occurrence of cast surface cracks in high nitrogen steel. Cooling conditions in the secondary cooling zone are important factors affecting the refinement and uniform distribution of TiN precipitates.
본 발명의 연구에 따르면, 연속주조속도는 0.9∼1.2m/min으로 하는 것이다. 그 이유는 주조속도가 0.9m/min미만의 경우에 주편표면크랙에는 유리하나 생산성이 떨어지며, 1.2m/min 보다 빠르면 주편표면크랙 발생가능성이 높다.According to the study of the present invention, the continuous casting speed is set to 0.9 to 1.2 m / min. The reason is that when the casting speed is less than 0.9m / min, it is advantageous for cast surface cracks, but the productivity is lowered.
또한, 2차냉각대에서 비수량은 가능한 약냉 즉, 0.3∼0.35ℓ/kg으로 하는 것이 좋다. 비수량이 0.3ℓ/kg 미만의 경우 TiN석출물의 조대화로 본 발명의 효과를 보이기 위한 TiN의 적정 크기 및 개수를 제어하기 어렵다. 또한, 비수량이 0.35ℓ/kg를 초과할 경우 TiN 석출물의 석출빈도수가 적어 본 발명의 효과를 보이기 위한 TiN석출물 개수, 크기 등을 제어하기 어렵다.In the secondary cooling zone, the specific water amount is preferably as low as possible, that is, 0.3 to 0.35 l / kg. When the specific amount is less than 0.3 L / kg, it is difficult to control the proper size and number of TiN for showing the effect of the present invention by coarsening TiN precipitates. In addition, when the specific water content exceeds 0.35L / kg, the precipitation frequency of the TiN precipitates is small, and it is difficult to control the number, size, and the like of TiN precipitates for showing the effects of the present invention.
·열간압연공정(재결정제어압연)Hot rolling process (recrystallization controlled rolling)
본 발명에서는 재결정제어압연을 통해 페라이트 결정립을 세립화시킬 수 있는 압연조건을 설정하는데, 특징이 있다.In the present invention, it is characterized by setting the rolling conditions that can make the ferrite grains fine by recrystallization control rolling.
본 발명에 따라 상기 슬라브를 Ar3∼(Ar3+50℃)의 온도범위로 가열한다. Ar3이하에서는 페라이트+오스테나이트 2상조직이 되어 후공정에서 조대한 페라이트가 잔류하는 혼립조직되어 균질한 미세조직 확보에 바람직스럽지 않기 때문이며, Ar3+50℃이상에서는 오스테나이트입자가 너무 조대화되어 후공정에서의 페라이트 미세화 효과가 적어서 강재의 기계적 물성을 열화시키기 때문이다.According to the invention the slab is heated to a temperature range of Ar 3 ~ (Ar 3 + 50 ℃). It is because below Ar 3 becomes ferrite + austenite biphasic structure and coarse structure in which coarse ferrite remains in post process is not desirable to secure a homogeneous microstructure, and above Ar 3 + 50 ° C, austenitic particles are too coarse This is because the ferrite refining effect in the later step is less, which degrades the mechanical properties of the steel.
가열된 슬라브를 (Ar3+25)∼(Ar3-25℃)의 온도범위까지 25℃/sec이하의 속도로 냉각한 다음, (Ar3+25)∼(Ar3-25℃)의 온도에서 압연을 개시한다. 냉각속도가 25℃/sec 초과의 경우에는 오스테나이트 재결정 영역을 확보하기 어려워 이상역 압연시 미세한 페라이트 결정립을 확보하기 어렵기 때문이다.The heated slab is cooled to a temperature range of (Ar 3 +25) to (Ar 3 -25 ° C) at a rate of 25 ° C / sec or less, and then to a temperature of (Ar 3 +25) to (Ar 3 -25 ° C). Rolling is started. This is because when the cooling rate is more than 25 ° C / sec, it is difficult to secure the austenite recrystallization region and thus it is difficult to secure fine ferrite grains in the abnormal reverse rolling.
(Ar3+25℃)-(Ar3-25℃)의 온도구간으로 냉각한 다음에 이 온도구간에서 강압연한다. 압연온도가 Ar3-25℃ 미만의 경우에는 압하전에 강판 내에 조대한 페라이트가 다량 석출하여 압하후 조대하게 연신된 형태로 잔류하여 페라이트 미세화에 유해한 영향을 미친다. 압연온도가 Ar3+25℃ 초과의 경우에는 변형유기 변태가 일어나지 않아서 미세한 페라이트를 얻기 어렵고 또한 변형유기변태가 일어나더라도 페라이트의 입도가 크므로 바람직하지 않다. 이때의 압하율은 60%이상으로 하는 것이 바람직하다. 압하율이 60%미만의 경우에는 재결정시 오스테나이트 결정립이 조대화되기 때문에 오스테나이트의 결정립계에서 형성되는 페라이트 결정립이 커질 수 있다.After cooling to a temperature range of (Ar 3 + 25 ° C)-(Ar 3 -25 ° C), it is rolled in this temperature range. If the rolling temperature is lower than Ar 3 -25 ℃ has the ferrite to precipitate a large amount of steel in the crude residue in a coarse rolling and then stretching the shape before rolling has an adverse effect on the finely divided ferrite. When the rolling temperature is higher than Ar 3 + 25 ° C., deformation organic transformation does not occur, so it is difficult to obtain fine ferrite, and even if deformation organic transformation occurs, the particle size of ferrite is not preferable. It is preferable to make the reduction ratio at this time into 60% or more. If the reduction ratio is less than 60%, the ferrite grains formed at the grain boundaries of the austenite may increase because the austenite grains are coarsened during recrystallization.
상기와 같이 열간압연한 다음에 5∼30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각한다. 냉각속도가 5℃/sec미만의 경우에는 페라이트 결정립의 성장을 억제하기 어려우며, 냉각속도 30℃/sec 보다 빨라지는 경우 잔류 오스테나이트 또는 마르텐사이트 등이 형성되어 모재인성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.After hot rolling as above, it is cooled to room temperature at a cooling rate of 5 to 30 ° C / sec. If the cooling rate is less than 5 ℃ / sec, it is difficult to suppress the growth of ferrite grains, and if the cooling rate is faster than 30 ℃ / sec is not preferable because residual austenite or martensite is formed, which adversely affects the toughness of the base material .
[강재의 조직][Organization of Steel]
·미세조직· Microstructure
본 발명에 따라 제조된 강재는 페라이트+펄라이트의 미세조직을 갖는데, 페라이트의 결정립 크기는 6㎛이하를 갖도록 하는 것이 좋다. 페라이트가 세립화 될수록 대입열 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립을 80㎛이하로 미립화하여 용접열영향부의 인성을 높일 수 있다.Steel produced according to the present invention has a microstructure of ferrite + pearlite, the grain size of the ferrite is preferably to have 6㎛ or less. As the ferrite becomes finer, the toughness of the weld heat affected zone can be improved by atomizing the old austenite grains of the weld heat affected zone to 80 μm or less during high heat input welding.
또한, 페라이트+펄라이트의 복합조직에서 페라이트의 상분율이 높아질수록 모재의 인성 및 연신율 등이 증가된다. 이를 고려할 때, 상기 페라이트의 상분율은 80%이상으로 하는 것이 가장 바람직하다.In addition, the higher the percentage of ferrite in the composite structure of ferrite + perlite increases the toughness and elongation of the base material. In consideration of this, it is most preferable that the phase fraction of the ferrite is 80% or more.
·석출물의 분포도Distribution of precipitates
용접열영향부의 구오스테나이트 결정립은, 모재의 오스테나이트 결정립 크기가 일정할 경우 모재에 분포하는 질화물의 크기 및 그 개수 그리고, 분포에 크게 영향을 받게 된다. 또한, 대입열 이상 용접시(가열온도 1400℃이상) 모재에 분포하는 질화물의 경우 30-40%가 모재로 재고용되어 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 성장 억제효과가 감소하기 때문에, 가열시 모재에 재고용되는 질화물들을 고려한 그 이상의 질화물들의 균일한 분포가 필요하다. 용접열영향부에서 오스테나이트의 성장을 억제하기 위해서는, 미세한 TiN 석출물을 균일하게 분포시켜 일부 석출물이 조대해지는 오스왈드 라이프닝(Ostwald ripening)현상을 억제하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 TiN석출물의 간격을 0.5㎛이하로 제어하여 TiN의 분포를 균일하게 해야 한다.The former austenite grains of the weld heat affected zone are greatly influenced by the size and number of nitrides distributed in the base metal and their distribution when the austenite grain size of the base material is constant. In addition, 30-40% of the nitrides distributed in the base material when the heat input welding is higher than the heat input temperature (above the heating temperature of 1400 ℃) are re-used as the base material, thereby reducing the austenite grain growth inhibiting effect of the welding heat affected zone. There is a need for a uniform distribution of further nitrides taking into account the nitrides that become. In order to suppress the growth of austenite in the weld heat affected zone, it is important to uniformly distribute the fine TiN precipitate to suppress the Ostwald ripening phenomenon in which some precipitates are coarsened. For this purpose, the TiN precipitates should be controlled to 0.5 μm or less to make the TiN distribution uniform.
또한, TiN의 입경 및 임계 갯수를 0.01-0.1㎛ 및 1mm2당 1.0x107개 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 0.01㎛미만에서는 대입열 용접시 대부분 모재에 쉽게 재고용되어 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 효과가 미흡해지기 때문이며, 0.1㎛을 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립에 대한 피닝(pinning, 결정립 성장억제)효과가 적어지고 조대한 비금속개재물과 같은 거동을 하여 기계적 성질에 유해한 영향을 미치기 때문이다. 또한, 석출물의 갯수가 1mm2당 1.0x107개 미만에서는 대입열이상의 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 크기를 임계치인 80㎛이하로 제어하기가 어렵다.In addition, it is preferable to limit the particle diameter and the critical number of TiN to 0.01-0.1 μm and 1.0 × 10 7 or more per 1 mm 2 . The reason for this is that less than 0.01 μm is easily re-used to the base metal during the high heat input welding, so that the effect of inhibiting the growth of the austenite grains is insufficient. If the thickness exceeds 0.1 μm, pinning of the austenite grains occurs. This is because the growth inhibition effect is reduced and the same behavior as coarse nonmetallic inclusions has a detrimental effect on the mechanical properties. In addition, when the number of precipitates is less than 1.0 × 10 7 per 1 mm 2 , it is difficult to control the size of the austenite grains of the weld heat-affected zone at the time of welding higher than the heat input to be less than or equal to the threshold of 80 μm.
본 발명의 열간압연공정에서는 사용자 용도에 따라 널리 알려진 핫챠지(hot charge)압연 및 직접(direct)압연을 적용할 수도 있고, 공지된 제어압연, 제어냉각등의 각종 기술을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 열간압연판의 기계적 성질을 개선하기 위해, 열처리를 적용할 수도 있다. 이와 같이 공지의 기술들을 본 발명에 적용하더라도 이는 본 발명의 단순한 변경으로서 실질적으로 본 발명의 기술사상의 범위내라고 해석하는 것은 당연하다.In the hot rolling process of the present invention, hot charge rolling and direct rolling, which are well-known according to a user's use, may be applied, and various techniques such as known control rolling and control cooling may be applied. In addition, in order to improve the mechanical properties of the hot rolled sheet produced according to the present invention, heat treatment may be applied. Thus, even if the known techniques are applied to the present invention, it is natural to interpret that this is a simple change of the present invention substantially within the technical idea of the present invention.
이하, 본발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
[실시예]EXAMPLE
표 1과 같은 성분 조성을 갖는 강종들을 시료로 하여 전로에서 용해하여 표 2, 4의 조건에 의해 슬라브로 제조하였으며, 이때 본 발명의 효과를 보이기 위한 강종별 합금성분 원소간의 구성비를 표 3에 나타내었다.Steel grades having the composition as shown in Table 1 were prepared as slabs according to the conditions of Tables 2 and 4 by melting in a converter, and the composition ratios between the alloying elements of the steel types according to the conditions of the present invention are shown in Table 3 to show the effects of the present invention. .
상기와 같이 열간압연된 판재들로부터 모재의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 압연재의 판두께 중앙부에서 채취하였으며, 인장시험편은 압연방향, 그리고 샤피(Charpy)충격시편은 압연방향과 수직한 방향에서 채취하였다.The test pieces for evaluating the mechanical properties of the base metal from the hot rolled plates as described above were taken from the center of the plate thickness of the rolled material, the tensile test piece in the rolling direction, and the Charpy impact specimen in the direction perpendicular to the rolling direction. Was collected.
인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며 인장시험은 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 5mm/mim에서 시험하였다. 충격시험편은 KS(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 제조하였으며 이때 노치방향은 모재의 경우 압연방향의 측면 (L-T)에서 가공하였으며 용접재의 경우 용접선 방향으로 가공하였다. 또한, 용접열영향부의 최고가열온도에 따른 오스테나이트 결정립 크기를 조사하기 위하여 재현용접 모사시험장치(simulator)를 사용하여 최고가열온도(1200∼1400℃)까지 140℃/sec조건으로 가열시킨후 1초간 유지한 다음 He 가스를 이용하여 급냉시켰다. 급냉시킨 시험편을 연마하고 부식하여 최고가열온도조건에서의 오스테나이트 결정입도를 KS구격 (KS D 0205)에 의해 측정하였다.Tensile test piece was used KS standard (KS B 0801) No. 4 test piece and the tensile test was tested at the cross head speed (5mm / mim). The impact test piece was manufactured according to KS (KS B 0809) No. 3 test piece, and the notch direction was processed on the side of the rolling direction (L-T) in the case of the base material and in the welding line direction on the welding material. In addition, in order to investigate the austenite grain size according to the maximum heating temperature of the weld heat affected zone, it is heated to the maximum heating temperature (1200 ~ 1400 ℃) to 140 ℃ / sec condition by using a simulated welding simulator (1). Hold for a second and then quenched with He gas. The quenched specimens were ground and corroded to determine the austenite grain size at the highest heating temperature condition by KS (KS D 0205).
냉각후 미세조직의 분석 및 용접영향부의 인성에 중요한 영향을 미치는 TiN석출물 크기와 갯수 그리고 간격은 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 이때, 피검면은 100mm2을 기준으로 평가하였다.TiN precipitate size, number, and spacing, which have a significant effect on the microstructure analysis and the toughness of the weld affected zone after cooling, were measured by the point counting method using an image analyzer and an electron microscope. At this time, the test surface was evaluated based on 100 mm 2 .
용접열영향부의 충격인성 평가는 실제 용접입열량에 상당하는 약 80kJ/cm, 150kJ/cm, 250kJ/cm에 상당하는 용접조건, 즉 최고가열온도를 1400℃로 가열한후 800-500℃의 냉각시간이 각각 60초, 120초, 180초인 용접 열사이클을 부여한 다음 시험편 표면을 연마하고 충격시험편으로 가공하여 -40℃에서 샤피충격시험을 통하여 평가하였다.Impact toughness evaluation of the welding heat affected zone is 800-500 ℃ cooling after heating the welding conditions corresponding to about 80 kJ / cm, 150 kJ / cm, 250 kJ / cm, that is, the maximum heating temperature to 1400 ℃ After the welding heat cycles of 60 seconds, 120 seconds, and 180 seconds were applied, the surface of the test piece was polished, processed into an impact test piece, and evaluated through a Charpy impact test at -40 ° C.
표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 열간압연재의 석출물(Ti계질화물)의 개수는 1.0X108개/mm2이상의 범위를 가지고 있는 반면에 종래재의 석출물은 4.6X105개/mm2이하의 범위를 보이고 있어 종래재 대비 발명재가 상당히 미세한 석출물 크기를 갖으면서 그 개수 또한 현저히 증가되고 있음을 알 수 있다. 또한 모재조직구성에 있어서 본 발명강의 경우 페라이트 결정립크기(FGS)가 6㎛이하로 매우 미세함을 알 수 있으며 페라이트 상분율도 모두 80%이상의 높은 페라이트 분율로 구성되어 있다.As shown in Table 5, the number of precipitates (Ti-based nitrides) of the hot rolled material produced by the present invention had a range of 1.0 × 10 8 / mm 2 or more, while the precipitates of conventional materials were 4.6X10 5 / mm Since showing the range of 2 or less, it can be seen that the number of the invention material is significantly increased while the invention material has a very fine precipitate size compared to the conventional material. In addition, it can be seen that the ferrite grain size (FGS) of the present invention steel is very fine in the structure of the base material, and the ferrite phase fraction is all composed of a high ferrite fraction of 80% or more.
표 6에 나타낸 바와 같이, 용접열영향부와 같은 최고가열온도 1400℃조건에서의 오스테나이트 결정립 크기를 보면 본 발명의 경우 52-65㎛의 범위를 갖는데 반해, 종래강의 경우 약 180㎛이상의 매우 조대한 범위를 가자는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명강에서는 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 억제 효과가매우 우수한 것임을 잘 알 수 있다. 또한 100kJ/cm의 용접입열량에서 본 발명강의 페라이트 상분율은 약 70%이상으로 구성되어 있었다.As shown in Table 6, the austenitic grain size at the maximum heating temperature of 1400 ° C., such as the weld heat affected zone, ranges from 52 to 65 μm in the case of the present invention. You can see that we go to the range. Therefore, it can be seen that the steel of the present invention has a very good effect of suppressing the austenite grains in the weld heat affected zone during welding. In addition, the ferrite phase fraction of the steel of the present invention at the heat input of 100 kJ / cm was about 70% or more.
한편 대입열 용접시 용접열영향부 충격인성을 비교해 보면, 용접 입열량이 250kJ/cm(800-500℃의 냉각시간이 180초)인 대입열 용접입열량 조건에서 본 발명재의 경우 용접열영향부의 충격인성은 약 280J이상의 우수한 인성값을 보이고 있으며, 천이온도의 경우도 약 -60℃ 이하의 값을 나타내어 우수한 대입열 용접열영향부 충격인성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 반면에 종래강의 경우 0℃의 충격인성이 60-132J로 매우 낮았다. 따라서, 본 발명에 의한 강들은 기존의 강들 대비 용접열영향부 충격인성 및 천이온도를 현저하게 개선할 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, when comparing the impact toughness of the weld heat affected zone during high heat input welding, in the case of the present invention under the high heat input weld heat input condition of 250 kJ / cm (180-500 ° C. cooling time of 180 seconds), The impact toughness showed excellent toughness value of about 280J or more, and the transition temperature also showed a value of about -60 ° C. or less, indicating that the high heat input welding heat affected zone impact toughness was excellent. On the other hand, in the case of conventional steel, the impact toughness of 0 ° C. was very low as 60-132J. Therefore, it can be seen that the steels according to the present invention can significantly improve the impact toughness and transition temperature of the welded heat affected zone compared to the existing steels.
상술한 바와 같이, 본 발명은 고온에서 안정한 다량의 TiN석출물을 미세하고도 균일하게 분포시킴에 따라 용접열영향부 충격인성을 가일층 개선할 수 있고 또한, 모재에 미세한 페라이트의 상분율을 높여 강재(모재)의 강도와 인성이 우수한 용접구조용 강재를 제공할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.As described above, the present invention can further improve the impact toughness of the welding heat affected zone by further distributing a large amount of TiN precipitates that are stable at high temperature, and also increases the phase ratio of fine ferrite in the base material. There is a useful effect that can provide a welded structural steel with excellent strength and toughness of the base material).
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