KR20090122371A - Steel material having excellent high-temperature strength and toughness, and method for production thereof - Google Patents

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KR20090122371A
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스구루 요시다
히로시 기따
데루히사 오꾸무라
히로까즈 스기야마
데루유끼 와까쯔끼
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신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

Disclosed is a steel material having excellent high-temperature properties and toughness. Specifically disclosed is a fire-resistant steel material which comprises the following components (by mass): C: 0.001-0.030%, Si: 0.05-0.50%, Mn: 0.40-2.00%, Nb: 0.03-0.50%, Ti: not less than 0.005 and less than 0.040%, and N: not less than 0.0008% and less than 0.0050%, in which the contents of P and S are limited to 0.03 mass% or less and 0.02 mass% or less, respectively, and in which the remainder comprises Fe and unavoidable impurities. In the steel material, a requirement represented by the following formula is satisfied: C-Nb/7.74 <= 0.004. The steel material contains a Ti-containing oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 μm at a density of 30 to 300 particles/mm2.

Description

고온 강도, 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법{STEEL MATERIAL HAVING EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE STRENGTH AND TOUGHNESS, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}Steel material excellent in high temperature strength and toughness and its manufacturing method {STEEL MATERIAL HAVING EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE STRENGTH AND TOUGHNESS, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 고온 강도와 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the steel material excellent in high temperature strength and toughness, and its manufacturing method.

건축물의 초고층화, 건축 설계 기술의 고도화 등으로부터 내화 설계의 재검토가 일본 건설성 종합 프로젝트에 의해 행해져, 소화 62년(1987년) 3월에「신 내화 설계법」이 제정되었다. 이것에 의해, 화재시에 강재의 온도를 350℃ 이하로 한다고 하는 내화 피복에 관한 제한이 재검토되어, 강재의 고온 강도와 건축물의 실제 하중의 관계로부터 적절한 내화 피복 방법을 선택할 수 있게 되었다. 그로 인해, 600℃에서의 설계 기준을 만족하는 고온 강도를 확보할 수 있는 경우, 즉 600℃에 있어서의 고온 강도가 높은 강재를 사용함으로써 내화 피복의 간략화나 삭감이 가능해졌다.The review of fireproof design was carried out by the Japan Ministry of Construction comprehensive project from the super high-rise of building, the advancement of building design technology, etc., and "New fireproof design method" was enacted in March, 1987. As a result, the limitation regarding the fireproof coating which sets the temperature of steel materials to 350 degrees C or less at the time of a fire is reviewed, and the appropriate fireproof coating method can be selected from the relationship between the high temperature strength of steel materials and the actual load of a building. Therefore, when the high temperature strength which satisfy | fills the design standard at 600 degreeC can be ensured, ie, the steel material with high high temperature strength in 600 degreeC is used, the fireproof coating was simplified and reduced.

이러한 동향에 대응하기 위해, 강재의 600℃에 있어서의 고온 강도의 강화 기구, (1) 페라이트 결정립경의 미세화, (2) 합금 원소에 의한 고용체 강화, (3) 경화 상(相)에 의한 분산 강화, (4) 미세 석출물에 의한 석출 강화 중, 주로 석출 강화를 이용한 내화 강재가 개발되고 있다.To cope with these trends, the reinforcing mechanism of high temperature strength at 600 ° C of steel, (1) miniaturization of ferrite grain size, (2) solid solution strengthening by alloying elements, and (3) dispersion strengthening by hardening phase , (4) During precipitation strengthening by fine precipitates, refractory steels mainly using precipitation strengthening have been developed.

종래, 석출 강화에 기여하는 원소인 Mo, Ti, Nb 등을 첨가하여, 탄화물, 질화물 등에 의해 고온 강도를 확보하는 내화 강재가 수많이 제안되어 있지만, 최근 Mo의 다량의 첨가에 의한 제조 비용의 상승, 용접성의 저하가 문제가 되었다.Conventionally, there have been many proposals for refractory steels which add Mo, Ti, Nb, etc., which contribute to precipitation strengthening, to secure high-temperature strength by carbides, nitrides, and the like. , Weldability deteriorated.

이러한 문제에 대해, C 및 Mo의 저감과 열간 압연의 종료 온도 및 권취 온도의 제어에 의해, 고온 강도의 확보와, 인성과 용접성의 개선을 도모한 열연 강대(鋼帶)가 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평7-300618호 공보 참조).In response to these problems, hot rolled steel strips are proposed to secure high-temperature strength, improve toughness and weldability by reducing C and Mo, and controlling end temperature and winding temperature of hot rolling (examples) See, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 7-300618).

그러나 이것은 권취시에 미세한 Mo, Nb의 탄화물을 석출시키는 것이며, 고용 Nb를 이용하고 있지 않은 점에서 고온 강도가 충분하지 않고, 또한 Ti를 함유시켜 용접 열영향부(Heat Affected Zone, HAZ라 함)로의 질화물의 석출을 억제한 것이 아니므로, HAZ의 인성의 저하가 우려된다.However, this precipitates fine Mo and Nb carbides at the time of winding, and does not use solid solution Nb, so that the high temperature strength is not sufficient, and Ti is contained to weld heat affected zones (Heat Affected Zone, HAZ). Since the deposition of nitrides in the furnace is not suppressed, the toughness of the HAZ may be reduced.

또한, C 및 Mo를 저감하고, 고용 Nb에 의해 고온 고도를 높이고, 고용 C 및 고용 N을 줄여 냉간 가공의 성형성을 확보한 강판 및 강관이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평10-176237호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2000-54061호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2000-282167호 공보 참조). 그러나 이들은 Ti/N이 높기 때문에, 조대한 TiN이 석출되어, 특히 HAZ의 인성의 저하가 우려된다.In addition, steel sheets and steel pipes have been proposed in which C and Mo are reduced, high temperature altitude is increased by solid solution Nb, solid solution C and solid solution N are reduced, and the formability of cold working is secured (for example, Japanese Patent Application Laid-Open). 10-176237, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-54061, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-282167. However, since these have high Ti / N, coarse TiN precipitates, and the fall of toughness of HAZ is especially concerned.

또한, 고온 강도, 인성 및 용접성의 확보를 위해, Mo를 줄이고 Cu의 고용 및 석출을 이용한 내화 강재도 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2002-115022호 공보 참조). 이것은, 고용 Nb에 의해 고온 강도를 높이는 것이 아 니라, Nb의 첨가에 의해 재결정 온도를 저하시켜 결정립을 미립화하고, 또한 Nb의 석출 강화를 이용하는 것이다.In addition, in order to secure high temperature strength, toughness and weldability, refractory steels using Mo and reducing solid solution and precipitation of Cu have also been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-115022). This is not to increase the high temperature strength by the solid solution Nb, but to lower the recrystallization temperature by adding Nb to atomize the crystal grains and to use the precipitation strengthening of Nb.

또한, 이상 예시한 특허 문헌에서 제안되어 있는 강재는, 모두 HAZ에 있어서의 재열 취화를 고려한 것은 아니었다. 재열 취화라 함은, HAZ가 다시 고온으로 가열되었을 때, 탄화물, 질화물의 석출에 의해 취화되는 고온 취화이다.In addition, all the steel materials proposed by the patent document exemplified above did not consider reheat embrittlement in HAZ. Reheat embrittlement is high temperature embrittlement which is embrittled by precipitation of carbide and nitride when HAZ is heated to high temperature again.

또한, 주로 고층 건축물의 기둥재로서 사용되는 극후(極厚) H형강에 대해서도, 판 두께 사이즈의 증대에 수반하여, 그 제조 공정이 저압하량, 저냉각 속도가 되므로, 비교적 얇은 강재와 비교하여 충분한 가공 열처리를 실시하는 것이 보다 어려워지므로, 종래 기술에 있어서 강도를 확보하기 위해서는 합금 원소를 다량으로 첨가하는 것이 필요하고, 그 경우에 인성 저하, 용접성 저하 등을 병발하는 문제가 발생하고 있었다.In addition, the ultra-thick H-shaped steel mainly used as a pillar material for high-rise buildings is also low pressure drop and low cooling rate due to the increase in sheet thickness size, which is sufficient in comparison with relatively thin steels. In order to secure the strength in the prior art, it is necessary to add a large amount of alloying elements in order to secure the work heat treatment, and in this case, there has been a problem in which toughness decreases, weldability decreases, and the like.

본 발명은, 열간 압연 상태로, 즉 열간 압연 후, 냉간 압연이나, 켄칭, 템퍼링 등의 조질 열처리를 행하는 일 없이, 용접 열영향부에 있어서의 내재열 취화 특성을 포함하는 고온 특성 및 모재와 HAZ의 인성이 우수하고, 내화 강재 혹은 극후 H형강으로서 이용할 수 있는 강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a high temperature property and a base material and a HAZ including intrinsic heat embrittlement characteristics in a weld heat affected zone in a hot rolling state, that is, after hot rolling, without performing a heat treatment such as cold rolling, quenching, or tempering. It is to provide a steel material excellent in toughness and usable as a refractory steel or ultra-thick H-shaped steel, and a manufacturing method thereof.

본 발명은, C 및 N의 함유량을 제한하고, 적량의 Nb를 첨가하여, C와 Nb의 관계를 규정하여 고용 Nb의 드래그 효과(고용된 Nb가 전위 등의 격자 결함으로 농화되고, 결함이나 전위의 이동의 저항이 되어 강도를 향상시키는 현상)를 이용하여 고온 강도를 높이고, 또한 미세한 Ti계 산화물을 결정립계의 피닝과 입내 변태의 생성에 이용하여, HAZ의 조대화를 억제하여, 판 두께에 의한 기계 특성 변동이 적어, 내재열 취화 등의 고온 특성의 향상을 도모하고, 나아가서는 모재나 HAZ의 인성을 확보하기 위해, Ti를 첨가할 때의 용강 중의 용존 산소 농도를 조정하여, 강 중에 Ti의 미세한 산화물을 분산시킨 강재 및 그 제조 방법이다.The present invention restricts the contents of C and N, adds an appropriate amount of Nb, defines the relationship between C and Nb, and drags the solid solution Nb (the employed Nb is concentrated into lattice defects such as dislocations, so that a defect or dislocation High temperature strength) and fine Ti-based oxides for pinning of grain boundaries and formation of intragranular transformations, suppressing coarsening of HAZ, In order to improve the high temperature characteristics such as internal heat embrittlement, and to secure the toughness of the base metal and HAZ, the dissolved oxygen concentration in molten steel when Ti is added is adjusted to reduce the mechanical properties of Ti in the steel. It is the steel material which disperse | distributed fine oxide, and its manufacturing method.

그러한 본 발명의 요지는, 이하와 같다.The gist of the present invention is as follows.

(1) 질량%로, C:0.001% 이상 0.030% 이하, Si:0.05% 이상 0.50% 이하, Mn:0.40% 이상 2.00% 이하, Nb:0.03% 이상 0.50% 이하, Ti:0.005% 이상 0.040% 미만, N:0.0008% 이상 0.0050% 미만을 함유하고, P:0.030% 이하, S:0.020% 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물을 포함하고, C와 Nb의 함유량이,(1) In mass%, C: 0.001% or more and 0.030% or less, Si: 0.05% or more and 0.50% or less, Mn: 0.40% or more and 2.00% or less, Nb: 0.03% or more and 0.50% or less, Ti: 0.005% or more and 0.040% or less It contains less than, N: 0.0008% or more and less than 0.0050%, is limited to P: 0.030% or less, S: 0.020% or less, the remainder contains Fe and unavoidable impurities, the content of C and Nb,

C-Nb/7.74≤0.004C-Nb / 7.74≤0.004

를 만족하고, 입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물을 30 내지 300개/㎟의 밀도로 갖는 것을 특징으로 하는 고온 특성과 인성이 우수한 강재.And having a Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 µm at a density of 30 to 300 particles / mm 2, wherein the steel has excellent high temperature characteristics and toughness.

(2) 질량%로, V:0.10% 이하, Mo:0.10% 미만 중 한쪽 또는 양쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(2) The steel material excellent in the high temperature characteristic and toughness as described in said (1) characterized by containing one or both of V: 0.10% or less and Mo: less than 0.10% by mass%.

(3) 질량%로, Zr:0.03% 이하, Hf:0.01% 이하 중 한쪽 또는 양쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(3) The steel material excellent in the high temperature characteristic and toughness as described in said (1) or (2) characterized by containing one or both of Zr: 0.03% or less and Hf: 0.01% or less by mass%.

(4) 질량%로, Cr:1.5% 이하, Cu:1.0% 이하, Ni:1.0% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(4) In mass%, it contains 1 type (s) or 2 or more types of Cr: 1.5% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, The said any one of said (1)-(3) characterized by the above-mentioned. Steel materials excellent in the high temperature characteristics and toughness described.

(5) 질량%로, Mg:0.005% 이하, Al:0.030% 이하, REM:0.01% 이하, Ca:0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(5) The mass (%), Mg: 0.005% or less, Al: 0.030% or less, REM: 0.01% or less, Ca: 0.005% or less of one or two or more characterized by containing (1) to ( Steel material excellent in the high temperature characteristic and toughness in any one of 4).

(6) Nb와 C의 질량 농도 곱이 0.0015 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(6) The steel material excellent in the high temperature characteristic and toughness in any one of said (1)-(5) characterized by the product of the mass concentration product of Nb and C being 0.0015 or more.

(7) 강재가 내화 강재인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(7) The steel material excellent in the high temperature characteristic and toughness in any one of said (1)-(6) characterized by the steel material being a refractory steel material.

(8) 강재가 플랜지 두께 40㎜ 이상의 극후 H형강인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재.(8) The steel material excellent in the high temperature characteristic and toughness in any one of said (1)-(6) characterized by the steel being extremely thick H-shaped steel with a flange thickness of 40 mm or more.

(9) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 성분으로 이루어지는 강을, 용존 산소를 0.003 내지 0.015질량%로 조정한 후, Ti를 첨가하여 용제(溶製)하고, 주조하여 얻어진 강편을 1100 내지 1350℃로 가열하여, 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 고온 특성과 인성이 우수한 강재의 제조 방법.(9) After adjusting the dissolved oxygen to 0.003 to 0.015 mass% of the steel which consists of a component in any one of said (1)-(6), the steel piece obtained by adding Ti, solvent, and casting. Is heated to 1100 to 1350 ° C. and hot rolled to produce a steel having excellent high temperature characteristics and toughness.

(10) 1000℃ 이하에서의 누적 압하율을 10% 이상으로 하여 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 상기 (9)에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재의 제조 방법.(10) The method for producing a steel having excellent high temperature properties and toughness as described in the above (9), wherein the rolling reduction is performed at a cumulative reduction ratio of 1000% or less at 10% or more.

(11) 열간 압연 후, 800℃로부터 500℃까지의 온도 범위를 0.1 내지 10℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (9) 또는 (10)에 기재된 고온 특성과 인성이 우수한 강재의 제조 방법.(11) After hot rolling, the temperature range from 800 deg. C to 500 deg. C is cooled at an average cooling rate of 0.1 to 10 deg. C / s. The high temperature property and toughness as described in the above (9) or (10) are excellent. Method of manufacturing steels.

본 발명에 따르면, 충분한 상온 강도 및 고온 강도를 갖고, 모재와 HAZ의 인성 및 내재열 취화 특성이 우수한 강재, 특히 내화 H형강이나 극후 H형강을, 냉간 가공 및 조질 열처리를 실시하는 일 없이 제조하는 것, 혹은 판 두께가 큰 사이즈, 예를 들어 플랜지 두께로 140㎜ 정도까지의 극후 H형강에 있어서, 열간 압연 상태에서 강도, 인성을 확보하면서 제조하는 것이 가능해진다.According to the present invention, a steel material having sufficient room temperature strength and high temperature strength and excellent in toughness and intrinsic heat embrittlement properties of a base material and HAZ, in particular, refractory H-shaped steel or ultra-thick H-shaped steel is produced without cold working and tempering heat treatment. Thing or extremely thick H-shaped steel having a large plate thickness, for example, up to about 140 mm in flange thickness, can be manufactured while securing strength and toughness in a hot rolling state.

강재 중, 열간 압연으로 제조하는 H형강은, 그 형상으로부터 플랜지, 웨브, 필릿의 부위로 분류되고, 각각의 형상에 따라서 압연 온도 이력 및 냉각 속도가 상이하므로, 동일 성분이라도 기계 특성이 부위에 따라 크게 변화되는 경우가 있지만, 본 발명의 성분 조성을 갖는 강은, 강도, 인성에 미치는 압연 마무리 온도 의존성 및 냉각 속도 의존성이 비교적 작아, H형강의 단면 부위 내에서의 재질의 편차를 경감시킬 수 있고, 또한 판 두께에 의한 재질의 변화를 작게 할 수 있으므로, 특히 극후 H형강과 같은 판 두께가 큰 사이즈에서의 강도, 인성의 확보 및 H형강 단면 내 편차의 저감이 가능해진다.Among the steels, H-shaped steel produced by hot rolling is classified into parts of flanges, webs, and fillets from the shape thereof, and the rolling temperature history and the cooling rate are different according to the respective shapes. The steel having the composition of the present invention may be greatly changed, but the rolling finish temperature dependence and the cooling rate dependence on the strength and toughness are relatively small, and thus the variation of the material in the cross section of the H-shaped steel can be reduced. In addition, since the change in the material due to the thickness of the plate can be made small, particularly in a size with a large plate thickness such as ultra-thick H-shaped steel, it is possible to secure the strength and toughness and to reduce the variation in the cross-section of the H-shaped steel.

도 1은 C 및 Nb가 강재의 고온 강도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the effect of C and Nb on the high temperature strength of steel materials.

도 2는 Ti 산화물의 수 밀도 분포가 강재의 HAZ의 인성에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the effect of the number density distribution of Ti oxide on the toughness of HAZ of steel materials.

도 3은 Ti 산화물의 수 밀도 분포가 강재의 재열 취화 특성에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing the effect of the number density distribution of Ti oxide on the reheat embrittlement characteristics of steel materials.

도 4는 Ti를 첨가하기 전의 용존 산소량과 Ti량의 관계가 Ti계 산화물의 밀도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the effect of the relationship between the dissolved oxygen amount and the Ti amount before adding Ti to the density of the Ti-based oxide.

도 5는 본 발명법을 실시하는 장치 배치예로서 형강 제조 프로세스의 개략도이다.Fig. 5 is a schematic diagram of a shaped steel manufacturing process as an example of device arrangement for implementing the present invention method.

도 6은 H형강의 단면 형상 및 기계 시험편의 채취 위치를 도시하는 도면이다.It is a figure which shows the cross-sectional shape of H-shaped steel and the collection position of a mechanical test piece.

본 발명자는, Nb의 첨가에 의해 켄칭성을 높이고, 매시브 페라이트, 또는 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 생성시킴으로써, 고온 강도 및 상온에서의 강도 및 인성을 높이고, 또한 내재열 취화 특성이 우수한 강재를 얻는 것, 또한 고용 Nb의 드래그 효과에 의해 고온에서의 전위의 이동 속도를 늦추고, 이에 의해 고온에서의 연화에 대해 저항력을 발휘하고, 내화 강재로서 필요한 고온 강도를 확보하는 것을 검토하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor improves hardenability by addition of Nb, and produces | generates one or both of massive ferrite or bainite, and raises the strength and toughness at high temperature strength and normal temperature, and also obtains the steel material excellent in the intrinsic heat embrittlement characteristic. In addition, the drag effect of the solid solution Nb slowed the movement speed of the dislocation at high temperatures, thereby exhibiting resistance to softening at high temperatures, and securing the high temperature strength required as the refractory steel.

그 결과, Nb의 효과를 최대한으로 발휘시키기 위한, 저C화, 저N화 및 Ti의 첨가에 대해 이하의 지견을 얻었다.As a result, the following findings were obtained regarding the low C, the low N, and the addition of Ti in order to maximize the effect of Nb.

저C화 및 저N화는 폴리고날 페라이트의 생성의 억제 및 고용 Nb의 확보에 유효하다. Nb의 탄화물인 NbC 및 질화물인 NbN은, 폴리고날 페라이트의 생성핵이 되고, 또한 이들의 석출에 의해 고용 Nb가 감소한다. 특히, 소량의 Nb의 탄화물, 질화물이 미세하게 석출되면, 석출 강화에 의한 강도 향상에 기여하지만, 용접 후, 다시 고온으로 가열되면, HAZ의 오스테나이트의 결정립계(이하, γ립계라고도 함)에 NbC가 석출되어 재열 취화를 발현하는 경우가 있다.Low C and low N are effective for suppressing the production of polygonal ferrite and securing Nb in solid solution. NbC, which is a carbide of Nb, and NbN, which is a nitride, form nuclei of polygonal ferrite, and the solid solution Nb decreases due to their precipitation. Particularly, when a small amount of Nb carbides and nitrides are finely precipitated, they contribute to the improvement of strength due to precipitation strengthening, but when heated to high temperature after welding, NbC is a grain boundary (hereinafter referred to as γ grain boundary) of HAZ austenite. May precipitate and express reheat embrittlement.

따라서, 내재열 취화 특성을 확보하기 위해서는, C 첨가량 및 N 첨가량의 상 한을 규정하는 것은 매우 중요하다. 또한, 탄소 함유량이 0.03% 초과에서는, 부분적으로 섬 형상 마르텐사이트를 생성하여, 인성이 현저하게 저하되는 경우가 있다고 하는 문제도 판명되었다.Therefore, in order to secure the intrinsic heat embrittlement characteristic, it is very important to define the upper limits of the amount of C addition and the amount of N addition. Moreover, when carbon content exceeded 0.03%, the problem that the island-like martensite was produced partially and toughness fell remarkably was also proved.

또한, Ti에 의한 제어 탈산에 의해, 미세한 Ti계 산화물을 강 중에 분산시키면, 결정립을 피닝하여 그 성장을 억제하므로, 결정립경이 미세해진다. 특히, HAZ에 보이는 바와 같은 1400℃ 가열, 급냉과 같은 열사이클에서의 결정립 조대화를 방지시킬 수 있다.In addition, when fine Ti-based oxides are dispersed in steel by controlled deoxidation with Ti, the grains are pinned and their growth is suppressed, resulting in a fine grain size. In particular, grain coarsening in thermal cycles such as 1400 ° C. heating and quenching as shown in HAZ can be prevented.

이에 의해, HAZ 인성이 향상될 뿐만 아니라, HAZ의 고온 취화도 억제되는 것을 알 수 있었다.Thereby, it turned out that not only the HAZ toughness improves but also the high temperature embrittlement of HAZ is suppressed.

이상의 지견을 기초로, 본 발명자는 또한 (1) C 및 Nb와 강재의 고온 강도와의 관계, (2) 1차 탈산으로 용존 산소를 조정 후, Ti를 첨가하여 거듭 탈산한 경우의 Ti계 산화물의 입경 및 수 밀도 분포가 HAZ 인성 및 내재열 취화 특성에 미치는 영향에 대해 상세한 검토를 행하였다.Based on the above findings, the present inventors also note that (1) the relationship between C and Nb and the high temperature strength of steel materials, and (2) Ti-based oxides when Ti is repeatedly deoxidized after adjusting dissolved oxygen by primary deoxidation. The effect of the particle size and water density distribution on the HAZ toughness and internal heat embrittlement properties was examined in detail.

본 발명자는, 질량%로, C:0.001% 이상 0.030% 이하, Si:0.05% 이상 0.50% 이하, Mn:0.4% 이상 2.0% 이하, Nb:0.03% 이상 0.50% 이하, Ti:0.005% 이상 0.040% 미만, N:0.0008% 이상 0.0050% 미만을 함유하고, P:0.03% 이하, S:0.02% 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 강을, Ti를 첨가할 때의 용존 산소량을 변화시켜 용제하고, 주조하여 얻어진 강편을 1100 내지 1350℃로 가열하고, 1000℃ 이하에서의 누적 압하율을 30% 이상으로 하여, 열간 압연하여, 판 두께 10 내지 40㎜의 강판을 제조하였다.This inventor is mass%, C: 0.001% or more and 0.030% or less, Si: 0.05% or more and 0.50% or less, Mn: 0.4% or more and 2.0% or less, Nb: 0.03% or more and 0.50% or less, Ti: 0.005% or more and 0.040 Dissolution at the time of adding Ti to a steel containing less than%, N: 0.0008% or more and less than 0.0050%, and limited to P: 0.03% or less and S: 0.02% or less, and the remaining portion contains Fe and unavoidable impurities. The steel piece obtained by changing the amount of oxygen, solvent, and casting was heated to 1100-1350 degreeC, the rolling reduction was carried out at 1000 degreeC or less to 30% or more, and hot-rolled, and the steel plate of 10-40 mm of sheet thickness was manufactured. .

강판으로부터, JIS Z 2201에 준거하여 인장 시험편을 채취하고, 상온에서의 인장 시험을 JIS Z 2241에 준거하여 행하고, 600℃에서의 인장 시험을 JIS G 0567에 준거하여 행하였다. 또한, 강판으로부터 소편(小片)을 채취하여, 승온 속도 10℃/s로 1400℃로 가열하여 1s 유지하고, 800℃로부터 500℃까지의 냉각에 필요로 하는 시간을 10s로 하여 냉각하는, HAZ의 열이력을 모의하는 열처리(HAZ 재현 열처리라 함)를 실시한 후, 시험편으로 가공하고, JIS Z 2242에 준거하여 샤르피 충격 시험을 행하였다. 또한, Ti계 산화물의 입경과 밀도를, 주사형 전자 현미경을 사용하여 측정하였다.The tensile test piece was extract | collected from the steel plate based on JISZ2201, the tension test at normal temperature was performed based on JISZ22241, and the tensile test at 600 degreeC was performed based on JISG0557. In addition, a small piece was taken from a steel sheet, heated to 1400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./s for 1 s, and cooled to 10 s for the time required for cooling from 800 ° C. to 500 ° C. After performing a heat treatment (called HAZ reproduction heat treatment) to simulate the thermal history, the specimen was processed into a test piece and subjected to a Charpy impact test in accordance with JIS Z 2242. In addition, the particle diameter and density of Ti type oxide were measured using the scanning electron microscope.

도 1은 C 및 Nb의 함유량과 고온 강도의 관계, 구체적으로는 600℃에 있어서의 0.2% 내력(600℃YS)을, C-Nb/7.74에 대해 나타낸 것이다. 도 1에 있어서, ○ 및 ●는 상온의 인장 강도가 400㎫급인 강재의 600℃YS이고, □는 490㎫급의 강재의 600℃YS이다.FIG. 1: shows the relationship between content of C and Nb and high temperature strength, specifically, 0.2% yield strength (600 degreeCYS) in 600 degreeC with respect to C-Nb / 7.74. In FIG. 1, (circle) and (circle) are 600 degreeCYS of the steel materials whose tensile strength at normal temperature is 400 Mpa class, (square) is 600 degreeCYS of 490 MPa class steel materials.

도 1로부터, C-Nb/7.74가 0.004 이하가 되면, 상온의 인장 강도가 400㎫급, 490㎫급인 강재의, 600℃에 있어서의 0.2% 내력이 목표값을 초과하여, 양호한 고온 강도가 얻어지는 것을 알 수 있다.From FIG. 1, when C-Nb / 7.74 becomes 0.004 or less, the 0.2% yield strength in 600 degreeC of the steel materials of normal temperature tensile strength of 400 Mpa class and 490 Mpa class exceeds a target value, and favorable high temperature strength is obtained. It can be seen that.

도 2는 강 중에 있어서 입경 0.05 내지 10㎛의 Ti계 산화물의 수 밀도 분포가 HAZ 인성에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 도 2로부터, 양호한 HAZ 인성을 얻기 위해서는, 입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물을 30 내지 300개/㎟의 비율로 분산 함유하는 것이 필요한 것을 알 수 있다.Figure 2 shows the effect of the water density distribution of Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10㎛ in HAZ toughness in steel. 2 shows that in order to obtain favorable HAZ toughness, it is necessary to disperse | distribute Ti-type oxide whose particle diameter is 0.05-10 micrometers at the ratio of 30-300 piece / mm <2>.

또한, 둥근 막대의 인장 시험편을 이용하여, 승온 속도 10℃/s로 1400℃로 가열하여 1s 유지하고, 800℃로부터 500℃까지의 냉각에 필요로 하는 시간을 10s로 하여 100℃로 냉각하는 HAZ 재현 열처리를 실시한 후, 승온 속도를 10℃/s로 하여 600℃로 재가열하여, 드로잉값, 즉 재열 드로잉을 측정하였다.In addition, using a tensile test piece of a round bar, HAZ heated to 1400 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./s and held for 1 s, and cooled to 100 ° C. with a time required for cooling from 800 ° C. to 500 ° C. as 10 s. After the regeneration heat treatment was performed, the temperature was raised to 10 ° C / s and reheated to 600 ° C to measure the drawing value, that is, the reheat drawing.

그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, Ti계 산화물의 분산이 상기한 범위에 있는 HAZ 인성이 우수한 강재에서는, 재열 드로잉도 30% 이상이라고 하는 양호한 결과가 얻어지고, 내재열 취화 특성도 우수한 것이 확인되었다.As a result, as shown in Fig. 3, in the steel having excellent HAZ toughness in which the dispersion of the Ti-based oxide is in the above-described range, a good result of 30% or more of the reheat drawing is obtained, and it is confirmed that the intrinsic heat embrittlement characteristic is also excellent. It became.

도 4는, Ti를 첨가하기 전의 용존 산소량과 Ti량의 관계가 Ti계 산화물의 밀도에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 도 4의 수치는, 입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물의 밀도이다. 도 4로부터, 양호한 HAZ 인성을 갖는 입경 0.05 내지 10㎛의 Ti계 산화물을, 30 내지 300개/㎟의 비율로 함유하는 강재를 얻기 위해서는, Ti 첨가 전의 1차 탈산 후의 용존 산소를, 질량%로 0.003 내지 0.015%, 바람직하게는 0.003 내지 0.010%로 조정하고, Ti의 함유량을 0.005 내지 0.040% 미만, 바람직하게는 0.005 내지 0.020%로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.4 shows the effect of the relationship between the amount of dissolved oxygen and the amount of Ti before adding Ti to the density of the Ti-based oxide. The numerical value of FIG. 4 is the density of Ti type oxide whose particle diameter is 0.05-10 micrometers. From FIG. 4, in order to obtain the steel material containing Ti-type oxide of 0.05-10 micrometers of particle diameter which has favorable HAZ toughness in the ratio of 30-300 piece / mm <2>, dissolved oxygen after primary deoxidation before Ti addition is made into mass%. It turns out that it is necessary to adjust to 0.003 to 0.015%, preferably 0.003 to 0.010%, and to make the content of Ti less than 0.005 to 0.040%, preferably 0.005 to 0.020%.

이상과 같이, 특히 B를 함유하지 않는 내화 형강에서는, 저C화 및 저N화한 후에, 또한 C와 Nb의 관계 및 Ti계 산화물의 입경, 수 밀도를 최적화하면, 고용 Nb가 확보되고, HAZ의 γ립계로의 탄화물 및 질화물의 석출이 억제되어, 재열 취화의 방지에 매우 유효한 것을 알 수 있었다.As mentioned above, especially in refractory shaped steels which do not contain B, after low-C and low-N, and further optimizing the relationship between C and Nb, the particle size and the number density of the Ti-based oxide, solid solution Nb is secured, Precipitation of carbides and nitrides at the γ grain boundary was suppressed, and it was found to be very effective in preventing reheat embrittlement.

또한, 본 성분계의 또 다른 장점으로서, 고용 Nb에 의한 적절한 켄칭성을 유지하는 동시에, 강재 강도나 인성에 기여하는 원소의 밸런스가 매우 양호하고, 가열 후의 냉각 과정에 있어서의 냉각 속도에 의한 강도나 인성의 의존성이 거의 없 어 특성의 편차가 매우 적기 때문에, 판 두께가 큰 사이즈에 적용한 경우에는, 강도, 인성을, 모든 부위에 있어서 고위로 유지할 수 있어, 극후 H형강에 적합한 화학 성분인 것을 알 수 있었다.In addition, as another advantage of the present component system, the balance between the elements contributing to steel strength and toughness while maintaining appropriate hardenability by solid solution Nb is very good, and the strength due to the cooling rate in the cooling process after heating and Since there is little dependence on toughness and there is very little variation in characteristics, when applied to a large sheet thickness, strength and toughness can be maintained at a high level in all parts, and it is known that it is a chemical component suitable for ultra thick H-beams. Could.

이상의 지견에 기초하는 본 발명에 대해, 이하 상세하게 설명한다. 우선, Ti계 산화물에 대해 설명한다.This invention based on the above knowledge is demonstrated in detail below. First, the Ti-based oxide will be described.

Ti계 산화물의 입경, 밀도 :Particle diameter and density of Ti oxide:

본 발명은, 미세하게 분산한 Ti계 산화물을 이용하여, 특히 HAZ의 결정립 조대화를 피닝의 효과에 의해 억제하고, HAZ 인성 및 재열 취화 특성을 향상시킨 내화 강이다. 이 피닝에 유효한 Ti계 산화물의 입경의 하한은, 0.05㎛ 이상이다. Ti계 산화물의 입경이 10㎛를 초과하면, 파괴의 기점이 되어 인성을 저해한다.The present invention is a refractory steel in which the grain coarsening of HAZ is suppressed by the effect of pinning, and the HAZ toughness and reheat embrittlement property are improved by using a finely dispersed Ti oxide. The lower limit of the particle size of the Ti-based oxide effective for this pinning is 0.05 µm or more. If the particle diameter of the Ti-based oxide is more than 10 µm, it becomes a starting point of fracture and inhibits toughness.

또한, HAZ 인성 및 재열 취화 특성의 향상에는, 30 내지 300개/㎟가 유효하다. 입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물의 밀도가 30개/㎟ 미만에서는, 피닝의 효과가 불충분하다. 한편, 입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물의 밀도가 300개/㎟를 초과하면 균열의 전파가 촉진되어 인성을 손상시킨다.Moreover, 30-300 pieces / mm <2> is effective for the improvement of HAZ toughness and reheat embrittlement characteristic. If the density of the Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 µm is less than 30 pieces / mm 2, the effect of pinning is insufficient. On the other hand, when the density of the Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 µm exceeds 300 pieces / mm 2, propagation of cracks is promoted to impair toughness.

또한, Ti계 산화물이라 함은, TiO2, Ti2O3, 이들과 SiO2 등의 Si계 산화물 및 Al2O3 등의 Al계 산화물의 복합 산화물, MnS 등의 황화물, TiN 등의 질화물이 복합 석출된 Ti를 포함하는 산화물의 총칭이다.In addition, Ti-based oxides include composite oxides of TiO 2 , Ti 2 O 3 , Si-based oxides such as SiO 2 , and Al-based oxides such as Al 2 O 3 , sulfides such as MnS, and nitrides such as TiN. It is a general term of the oxide containing complex precipitated Ti.

Ti계 산화물의 입경 및 밀도는, 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 측정할 수 있다. Ti계 산화물의 동정(同定)에는, 에너지 분산형 X선 분석 장치를 갖는 SEM을 사용하는 것이 바람직하다. Ti계 산화물은, 액상 중에서 정출(晶出)되고, 열간 압연에서도 연신되지 않으므로 구 형상의 개재물로서 관찰된다. 에너지 분산형 X선 분석 장치를 사용하면, 구 형상의 개재물이 Ti를 함유하는 산화물인 것을 확인할 수 있다.The particle size and density of the Ti-based oxide can be measured using a scanning electron microscope (SEM). It is preferable to use SEM which has an energy dispersive X-ray analyzer for identification of Ti type oxide. Ti-based oxide is crystallized in a liquid phase and is not stretched even in hot rolling, and is observed as a spherical inclusion. When an energy dispersive X-ray analyzer is used, it can be confirmed that the spherical inclusions are oxides containing Ti.

SEM에 의해, 5000 내지 10000배로, 수 시야, 바람직하게는 20시야 이상을 관찰하여, 개재물의 개수를 세어, 관찰 부위의 면적으로 나눔으로써 밀도를 산출할 수 있다. 또한, 입경이 0.05㎛ 미만 혹은 10㎛ 초과인 개재물은 인성 개선에 기여하지 않으므로, 밀도의 산출시에는 무시한다.By SEM, a density can be calculated by observing several fields of view, preferably 20 o'clock or more at 5000 to 10,000 times, counting the number of inclusions, and dividing by the area of the observation site. Incidentally, inclusions having a particle diameter of less than 0.05 µm or more than 10 µm do not contribute to the toughness improvement and are therefore ignored when calculating the density.

Ti 첨가 전의 용존 산소량 :Dissolved oxygen amount before Ti addition:

입경이 0.05 내지 10㎛, 밀도가 30 내지 300개/㎟인 Ti계 산화물을 강 중에 존재시키기 위해서는, 강을 용제할 때의 Ti를 첨가하기 전의 용존 산소량이 중요하다. Ti 첨가 전의 용존 산소량이 0.003% 미만이면, Ti계 산화물의 입경이 작아져 밀도가 저하된다. 한편, Ti 첨가 전의 용존 산소량이 0.015% 초과가 되면, Ti계 산화물의 입경이 10㎛를 초과하여 조대화되어, 인성을 저해한다. 따라서, Ti를 첨가하기 전의 용존 산소량을 0.003 내지 0.015%의 범위로 하였다. 강을 용제할 때, Ti를 첨가하기 전에 Si 및 Mn을 탈산제로서 이용하여 탈산을 행하면, 용존 산소량을 0.003 내지 0.015%로 할 수 있다.In order to make a Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 µm and a density of 30 to 300 particles / mm 2 in steel, the amount of dissolved oxygen before adding Ti at the time of melting the steel is important. If the amount of dissolved oxygen before Ti addition is less than 0.003%, the particle size of the Ti-based oxide becomes small and the density decreases. On the other hand, when the amount of dissolved oxygen before Ti addition exceeds 0.015%, the particle diameter of the Ti-based oxide exceeds coarse to 10 µm, thereby inhibiting toughness. Therefore, the dissolved oxygen amount before adding Ti was made into 0.003 to 0.015% of range. When the steel is dissolved, the amount of dissolved oxygen can be 0.003 to 0.015% by deoxidation using Si and Mn as deoxidizers before adding Ti.

다음에, 본 발명의 내화 강의 성분에 대해 설명한다.Next, the component of the fire resistant steel of this invention is demonstrated.

C는 강을 강화하는 원소이며, 구조용 강으로서 필요한 강도를 얻기 위해서는 0.001% 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 0.030% 초과의 C를 첨가하면, HAZ에 조 대한 탄화물을 발생하여 인성 및 재열 취성을 저하시키고, 또한 베이나이트 상의 래스 사이에 섬 형상 마르텐사이트를 생성하여 모재의 인성이 저하된다. 따라서, C량의 하한을 0.001%, 상한을 0.030%로 하였다. 또한, 재열 취성 및 인성 확보의 관점에서, 하한을 0.005%, 상한을 0.020%로 하는 것이 바람직하다.C is an element for reinforcing steel, and addition of 0.001% or more is necessary to obtain the strength required as structural steel. On the other hand, when more than 0.030% of C is added, coarse carbides are generated in the HAZ to reduce toughness and reheat brittleness, and further, island-like martensite is generated between the bainite phase laths, thereby decreasing the toughness of the base metal. Therefore, the lower limit of the amount of C was made 0.001% and the upper limit was made 0.030%. Moreover, it is preferable to set a minimum as 0.005% and an upper limit as 0.020% from a viewpoint of reheat brittleness and toughness.

Si는 본 발명에 있어서 중요한 탈산제이며, 또한 강도의 향상에도 기여하는 원소이다. Ti를 첨가하기 전의 용강의 용존 산소를 0.003 내지 0.015질량%로 하기 위해, 또한 모재의 강도 확보를 위해서는 0.05% 이상의 Si 첨가가 필요하다. 한편, Si량이 0.50%를 초과하면 저융점의 산화물을 생성하여, 스케일 박리성이 악화된다. 그로 인해, Si량을 0.05% 이상 0.50% 이하로 한다. 또한, Si량이 0.40%를 초과하면, 용융 도금시의 불균일이 발생하여, 미관성이 손상되는 경우가 있다. 따라서, Si량의 상한을 0.40% 이하로 하는 것이 바람직하다.Si is an important deoxidizer and an element which contributes to the improvement of strength in this invention. In order to make dissolved oxygen of molten steel before adding Ti into 0.003 to 0.015 mass%, and to secure the strength of a base material, 0.05% or more of Si addition is required. On the other hand, when Si amount exceeds 0.50%, oxide of a low melting point will be produced and scale peelability will deteriorate. Therefore, Si amount is made into 0.05% or more and 0.50% or less. Moreover, when Si amount exceeds 0.40%, the nonuniformity at the time of hot dip plating may arise, and aesthetics may be impaired. Therefore, it is preferable to make the upper limit of Si amount 0.40% or less.

Mn은 본 발명에 있어서 중요한 탈산제이며, 또한 켄칭성을 상승시키고, 베이나이트 조직의 생성량을 증가시켜 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. Ti를 첨가하기 전의 용강의 용존 산소를 0.003 내지 0.015질량%로 하기 위해, 또한 모재의 강도, 인성을 확보하기 위해서는 0.40% 이상의 첨가가 필요하다. 한편 Mn은, 연속 주조에 있어서 강편을 제조할 때, 강편의 중심으로 편석되기 쉬운 원소이며, 2.00%를 초과하는 Mn을 첨가하면, 편석부의 켄칭성이 과도하게 상승하여 인성이 악화된다.Mn is an important deoxidizer in the present invention, and is an element that increases the hardenability and increases the amount of bainite structure to contribute to the improvement of strength and toughness. In order to make dissolved oxygen of molten steel before adding Ti into 0.003 to 0.015 mass%, and to secure the strength and toughness of a base material, 0.40% or more of addition is required. On the other hand, Mn is an element that tends to segregate to the center of the steel sheet when the steel sheet is produced in continuous casting. When Mn is added in excess of 2.00%, the hardenability of the segregation portion is excessively increased and the toughness deteriorates.

따라서, Mn량을 0.40% 이상, 2.00% 이하로 한다. 특히, Mn 이외의 강화 원소의 첨가량이 적은 경우에는, Mn 첨가에 의해 강도를 확보하기 위해 1.10% 이 상을 첨가하는 것이 바람직하다.Therefore, Mn amount is made into 0.40% or more and 2.00% or less. In particular, when the amount of addition of reinforcing elements other than Mn is small, it is preferable to add 1.10% or more in order to secure strength by adding Mn.

Nb는 본 발명에 있어서 매우 중요한 고용 Nb의 확보를 위해 첨가한다. 고용 Nb의 확보에 의해, 켄칭성을 상승시켜 상온 강도를 높이고, 또한 전위의 드래그 효과에 의해 변형 저항을 증가시켜 고온 영역에 있어서도 강도를 확보시킬 수 있다. 이러한 효과를 발현하는 고용 Nb를 확보하기 위해, Nb를 0.03% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 한편, 0.50% 초과의 Nb를 첨가하면 HAZ 인성이 열화되므로 상한을 0.50%로 하였다. 고온 강도를 더욱 높이기 위해서는 Nb를 0.10% 이상 첨가하는 것이 바람직하다.Nb is added to secure solid solution Nb which is very important in the present invention. By securing the solid solution Nb, the hardenability can be increased to increase the room temperature strength, and the deformation resistance can be increased by the drag effect of the dislocation, thereby ensuring the strength even in the high temperature region. In order to secure the solid solution Nb which expresses such an effect, it is necessary to add 0.03% or more of Nb. On the other hand, when more than 0.50% of Nb was added, the HAZ toughness deteriorated, so the upper limit was made 0.50%. In order to further increase the high temperature strength, it is preferable to add Nb at least 0.10%.

또한, Nb는 강력한 탄화물 형성 원소이며, 과잉의 C와 NbC를 형성하여 석출하므로 고용 Nb가 감소한다. 그로 인해 고용 Nb를 확보하여 고온 강도를 향상시키기 위해서는,In addition, Nb is a strong carbide forming element, and forms and precipitates excess C and NbC, so that the solid solution Nb decreases. Therefore, in order to secure solid solution Nb and improve high temperature strength,

C-Nb/7.74≤0.004C-Nb / 7.74≤0.004

를 만족하는 것이 필요하다. 또한, 여기서 C와 Nb는, 각각 C와 Nb의 함유량이며, 단위는 질량%이다.It is necessary to satisfy. In addition, C and Nb are content of C and Nb here, respectively, and a unit is the mass%.

C-Nb/7.74의 하한은, C의 하한값과 Nb의 상한값으로부터 구할 수 있으므로, 특별히 규정하지 않는다.Since the lower limit of C-Nb / 7.74 can be obtained from the lower limit of C and the upper limit of Nb, it is not particularly defined.

Nb와 C의 질량 농도 곱은, 고용 Nb량의 지표이며, 고온 강도를 더욱 향상시키기 위해서는 0.0015 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb와 C의 질량 농도 곱은, 질량%로 나타내어지는 Nb 및 C의 함유량의 곱이다. Nb와 C의 질량 농도 곱의 상한은, Nb 및 C의 함유량의 상한값으로부터 구해지므로 특별히 규정하지 않는다.The mass concentration product of Nb and C is an index of the amount of solid solution Nb, and in order to further improve the high temperature strength, it is preferable to set it to 0.0015 or more. The mass concentration product of Nb and C is a product of the content of Nb and C represented by mass%. The upper limit of the mass concentration product of Nb and C is not particularly specified since it is determined from the upper limit of the content of Nb and C.

Ti는 상술한 바와 같이 Ti계 산화물을 형성하는 중요한 원소이다. 또한, 탄화물 및 질화물을 생성하는 원소이며, 고온에서 안정적인 TiN을 형성하기 쉽다. TiN의 형성에 의해 NbN의 석출을 억제할 수 있으므로, Ti의 첨가는 고용 Nb의 확보에도 매우 유효하다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ti를 0.005% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 한편, Ti를 0.040% 이상 첨가하면, Ti계 산화물, TiN이 조대화되어 인성을 손상시킨다.Ti is an important element for forming a Ti-based oxide as described above. Moreover, it is an element which produces carbide and nitride, and it is easy to form stable TiN at high temperature. Since the formation of TiN can suppress precipitation of NbN, the addition of Ti is very effective for securing solid solution Nb. In order to acquire this effect, it is necessary to add Ti 0.005% or more. On the other hand, when Ti is added 0.040% or more, the Ti-based oxide and TiN are coarsened to impair toughness.

그로 인해, Ti량을 0.005% 이상, 0.040% 미만으로 한다. 미세한 Ti계 산화물의 양을 확보하여 인성을 향상시키는 관점에서는, 상한값은 0.020%로 하는 것이 바람직하다.Therefore, Ti amount is made into 0.005% or more and less than 0.040%. From the viewpoint of securing the amount of the fine Ti oxide and improving the toughness, the upper limit is preferably 0.020%.

N은 질화물을 생성하는 불순물 원소이다. N량의 저감은 고용 Nb의 확보에 유효하며, 상한을 0.0050% 미만으로 한다. N의 함유량은 가능한 한 저농도인 것이 바람직하지만, 0.0008% 미만으로 하기 위해서는 제조 비용이 증대된다. 또한, 인성 확보의 관점에서 N량의 상한을 0.0045%로 하는 것이 바람직하다.N is an impurity element for producing nitride. Reduction of N amount is effective for securing solid solution Nb, and makes an upper limit less than 0.0050%. It is preferable that content of N is as low a concentration as possible, but in order to make it less than 0.0008%, manufacturing cost increases. In addition, it is preferable to make the upper limit of N amount into 0.0045% from a viewpoint of securing toughness.

P, S는 불순물이며, 과잉으로 함유하면, 응고 편석에 의한 용접 균열 및 인성의 저하를 발생한다. 따라서, P 및 S는 가능한 한 저감해야 하며, 각각의 함유량의 상한을 0.030% 및 0.020%로 한다.P and S are an impurity, and when it contains excessively, the welding crack and toughness fall by solidification segregation will arise. Therefore, P and S should be reduced as much as possible, and the upper limit of each content shall be 0.030% and 0.020%.

본 발명에서는, 또한 이 성분계에 필요에 따라서 V, Mo, Zr, Hf, Cr, Cu, Ni, Mg, Al, REM 및/또는 Ca를 적절하게 첨가함으로써, 특성을 향상시킬 수 있다. 이하, 그들을 선택적으로 첨가하는 성분에 대해 설명한다.In the present invention, the properties can also be improved by appropriately adding V, Mo, Zr, Hf, Cr, Cu, Ni, Mg, Al, REM and / or Ca to the component system as needed. Hereinafter, the component which selectively adds them is demonstrated.

V는 석출 강화 원소로서 알려져 있지만, C 함유량이 낮은 본 발명에서는 고 용 강화에 기여한다. V는 0.10% 초과를 첨가해도 효과가 포화되고, 경제성도 손상되므로 상한을 0.10%로 하는 것이 바람직하다.Although V is known as a precipitation strengthening element, in the present invention having a low C content, it contributes to the solidification of a solid solution. Even if V is added more than 0.10%, the effect is saturated and economical efficiency is also impaired. Therefore, the upper limit is preferably 0.10%.

Mo는 고용 강화 및 켄칭성의 향상에 의한 조직 강화에 기여하는 원소이며, 목표로 하는 강도에 따라서 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 0.10% 이상의 Mo를 첨가하면 경제성이 손상되고, 또한 HAZ의 인성 및 고온 취성이 저하되는 경우가 있으므로 상한을 0.10%로 하는 것이 바람직하다.Mo is an element contributing to the structure strengthening by solid solution strengthening and improvement of hardenability, and it is preferable to add Mo according to the target intensity | strength. However, if Mo or 0.10% or more is added, the economical efficiency is impaired, and the toughness and high temperature brittleness of the HAZ may be lowered. Therefore, the upper limit is preferably 0.10%.

Zr은 TiN보다도 고온에서 안정적인 질화물인 ZrN을 생성하는 원소이다. ZrN의 생성에 의해 Ti를 단독으로 첨가한 경우보다도, 강 중의 고용 N의 저감에 유효하게 기여하여, 고용 B, 고용 Nb를 확보할 수 있다. Zr의 함유량이 0.03% 초과가 되면, 주조 전의 용강 중에 조대한 ZrN이 생성되어, 상온에서의 인성 및 HAZ의 인성을 손상시킨다. 따라서, Zr의 농도는 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, NbN의 석출을 억제하여, 고온 강도, 드로잉의 저하를 방지하기 위해서는, 0.005% 이상의 첨가가 바람직하다.Zr is an element that produces ZrN, which is a nitride that is more stable at a higher temperature than TiN. Compared with the case where Ti is added alone by the production of ZrN, it contributes more effectively to the reduction of the solid solution N in the steel, and the solid solution B and the solid solution Nb can be secured. When the Zr content exceeds 0.03%, coarse ZrN is formed in the molten steel before casting, thereby impairing the toughness at room temperature and the toughness of HAZ. Therefore, it is preferable that the concentration of Zr is made 0.03% or less. Moreover, in order to suppress precipitation of NbN and to prevent the fall of high temperature strength and drawing, addition of 0.005% or more is preferable.

Hf는 Ti와 마찬가지로, 질화물을 생성하는 원소이며, 고용 N의 저감에 기여한다. 그러나 0.01%를 초과하는 Hf를 첨가하면, HAZ의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Hf의 상한을 0.01%로 하는 것이 바람직하다.Hf, like Ti, is an element that generates nitride and contributes to the reduction of solid solution N. However, when Hf exceeding 0.01% is added, the toughness of HAZ may fall. Therefore, it is preferable to make the upper limit of Hf into 0.01%.

Cr, Cu 및 Ni는 켄칭성의 향상에 의해, 강도 상승에 기여하는 원소이다. Cr 및 Cu는, 과잉으로 첨가하면 인성을 손상시키는 경우가 있으므로, 각각 상한을 1.5% 및 1.0%로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ni는 경제성의 관점에서, 상한을 1.0%로 하는 것이 바람직하다.Cr, Cu, and Ni are elements which contribute to the increase in strength by improving the hardenability. Since Cr and Cu may impair toughness when it adds excessively, it is preferable to make an upper limit into 1.5% and 1.0%, respectively. In addition, from an economical viewpoint, Ni preferably sets an upper limit to 1.0%.

Mg는 강력한 탈산 원소인 동시에, 고온에서 안정적인 Mg계 산화물을 생성하여, 용접시에 고온으로 가열된 경우라도 강 중에 고용되지 않고, γ립을 피닝하는 기능을 갖는다. 이에 의해, HAZ의 조직을 미세화하여, 인성의 저하를 억제한다. 단, 0.005%를 초과하는 Mg를 첨가하면, Mg계 산화물이 조대화되어 γ립의 피닝에 기여하지 않게 되고, 조대한 산화물을 생성하여 인성을 손상시키는 경우가 있으므로, 상한을 0.005%로 하는 것이 바람직하다.Mg is a powerful deoxidation element and produces a stable Mg oxide at a high temperature, and does not dissolve in steel even when heated to a high temperature during welding, and has a function of pinning? Grains. Thereby, the structure of HAZ is refined | miniaturized and the fall of toughness is suppressed. However, when Mg exceeding 0.005% is added, Mg type oxide will coarsen and it will not contribute to pinning of (gamma) grain, and coarse oxide may be produced and a toughness may be impaired. Therefore, an upper limit shall be 0.005%. desirable.

Al은 강력한 탈산제이며, 1차 탈산 후의 용존 산소 농도를 0.003 내지 0.015%로 제어하기 위해 첨가해도 좋다. 그러나 0.030% 초과의 Al을 함유하면, 섬 형상 마르텐사이트를 형성하여 인성을 손상시키는 경우가 있으므로, 상한을 0.030%로 한다. 인성 향상의 관점에서, 상한은 0.02%가 바람직하다.Al is a strong deoxidizer and may be added in order to control the dissolved oxygen concentration after primary deoxidation to 0.003 to 0.015%. However, when more than 0.030% of Al is contained, island-like martensite may be formed to impair toughness, so the upper limit is made 0.030%. In view of toughness improvement, the upper limit is preferably 0.02%.

REM(희토류 원소)은 강 중에서 산화 반응 및 황화 반응하여, 산화물 및 황화물을 생성한다. 이들 산화물 및 황화물은 고온에서 안정적이며, 용접시에 고온으로 가열된 경우라도 강 중에 고용되지 않고, 입계를 피닝하는 기능을 갖는다. 이 기능에 의해 HAZ의 조직을 미세화하여, 인성의 저하를 억제할 수 있다.REM (rare earth elements) is oxidized and sulfided in steel to produce oxides and sulfides. These oxides and sulfides are stable at high temperatures and do not have a solid solution in steel even when heated to high temperatures during welding, and have a function of pinning grain boundaries. By this function, the structure of HAZ can be refined and the fall of toughness can be suppressed.

이 효과를 얻기 위해서는, 모든 희토류 원소의 합계의 함유량을 0.001% 이상으로 하여 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, REM을 0.01%를 초과하여 첨가하면, 산화물이나 황화물의 체적분율이 높아져 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, 상한을 0.01%로 하는 것이 바람직하다.In order to acquire this effect, it is preferable to add content of the sum total of all the rare earth elements as 0.001% or more. On the other hand, when REM is added exceeding 0.01%, since the volume fraction of an oxide or a sulfide may increase and toughness may fall, it is preferable to make an upper limit into 0.01%.

Ca는 소량을 첨가함으로써, 열간 압연에서의 황화물의 압연 방향으로의 연신을 억제하는 효과를 발현한다. 이에 의해, 인성이 향상되고, 특히 판 두께 방향의 샤르피값의 개선에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ca를 0.001% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, Ca를 0.005%를 초과하여 첨가하면, 산화물이나 황화물의 체적분율이 높아져 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, 상한을 0.005%로 하는 것이 바람직하다.Ca expresses the effect of suppressing elongation of the sulfide in the rolling direction in hot rolling by adding a small amount. Thereby, toughness improves and it contributes especially to the improvement of the Charpy value of a plate thickness direction. In order to acquire this effect, it is preferable to add Ca 0.001% or more. On the other hand, when Ca is added exceeding 0.005%, since the volume fraction of an oxide or a sulfide may increase and toughness may fall, it is preferable to set an upper limit to 0.005%.

본 발명의 강의 금속 조직은 특별히 한정하지 않지만, 켄칭성을 높이는 원소의 함유량을 조정하여, 요구되는 강도에 따른 것으로 하면 된다. 강도를 높이기 위해서는, 매시브 페라이트, 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽의 면적률을 높이는 것이 바람직하다.Although the metal structure of the steel of this invention is not specifically limited, What is necessary is just to adjust content of the element which raises hardenability, and to comply with the requested intensity | strength. In order to increase the strength, it is preferable to increase the area ratio of one or both of the massive ferrite and bainite.

매시브 페라이트는 냉각 과정에서 오스테나이트가 동일 조성의 페라이트로 확산 변태한 조직이며, 변태 전후의 조성이 동일하므로, C의 확산이 아닌 Fe 원자의 자기 확산, 즉 격자의 재배열이 율속 단계가 된다. 따라서, 매시브 페라이트는 원자의 이동 거리가 짧아 비교적 빠른 변태 속도로 생성되기 때문에, 결정립경이 폴리고날 페라이트보다도 커, 전위 밀도가 높다.Massive ferrite is a structure in which austenite is diffused and transformed into ferrite of the same composition during cooling, and since the composition is the same before and after transformation, self diffusion of Fe atoms, ie, rearrangement of the lattice, rather than diffusion of C is a rate step. Therefore, since the massive ferrite is generated at a relatively fast transformation rate due to the short moving distance of atoms, the grain size is larger than that of polygonal ferrite, and the dislocation density is high.

이러한 기구로 생성하는 매시브 페라이트는, 폴리고날 페라이트와는 광학 현미경에 의한 조직 관찰에서는 결정립경이 상이하지만, 형태에는 차이가 없다. 따라서, 이들을 명확하게 구별하기 위해서는, 투과형 전자 현미경에 의한 관찰이 필요하다. 또한, 베이나이트는 판상 조직이며, 매시브 페라이트 및 폴리고날 페라이트와, 광학 현미경에 의해 판별하는 것이 가능하다.Massive ferrite produced by such a mechanism differs from polygonal ferrite in the crystallographic observation by the optical microscope, but the shape is not different. Therefore, in order to distinguish these clearly, observation with a transmission electron microscope is necessary. In addition, bainite is a plate-like structure, and can be discriminated by mass ferrite and polygonal ferrite, and an optical microscope.

또한, 매시브 페라이트, 베이나이트, 폴리고날 페라이트 이외에, 소량의 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 펄라이트가 발생되어 있는 경우가 있다.In addition to the massive ferrite, bainite and polygonal ferrite, a small amount of martensite, residual austenite and pearlite may be generated.

매시브 페라이트, 베이나이트의 생성은, 강의 켄칭성을 높임으로써 촉진된다. 그로 인해, 켄칭성 지표인 Ceq를 0.05 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ceq가 지나치게 높으면, 강도가 상승하여 인성을 손상시키는 경우가 있으므로, 상한을 0.60 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한,The production of massive ferrite and bainite is promoted by increasing the hardenability of the steel. Therefore, it is preferable to make Ceq which is a hardenability index into 0.05 or more. In addition, when Ceq is too high, since an intensity | strength may rise and a toughness may be impaired, it is more preferable to make an upper limit into 0.60 or less. Also,

Ceq = C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14Ceq = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14

이며, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V는 각각의 원소의 함유량[질량%]이다.C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, and V are content [mass%] of each element.

다음에 제조 방법에 대해 설명한다.Next, a manufacturing method is demonstrated.

강은, 상술한 바와 같이 Si, Mn을 탈산제로서 사용하고, Ti 첨가 전의 용존 산소량을 조정하여 용제하고, 주조하여 강편으로 한다. 생산성의 관점에서, 연속 주조가 바람직하다.As above-mentioned, steel uses Si and Mn as a deoxidizer, adjusts the amount of dissolved oxygen before Ti addition, melt | dissolves, and casts it into a steel piece. In terms of productivity, continuous casting is preferred.

얻어진 강편은 열간 압연에 의해 강판 또는 형강으로 성형되고, 냉각된다. 또한, 본 발명이 대상으로 하는 강재는, 압연된 강판, H형강, I형강, 산형강, 홈형강, 부등변 부등두께 산형강 등의 형강이 포함된다.The obtained steel strip is formed into a steel sheet or a shaped steel by hot rolling and cooled. In addition, steel materials to which the present invention is concerned include rolled steel sheets, H-shaped steels, I-shaped steels, angular steels, grooved steels, and trapezoidal uneven thickness mountain steels.

이 중, 내화성 및 내재열 취화 특성이 요구되는 건재에는, 특히 H형강이 적합하다. 또한, 기둥재로 사용하는 경우에는, 극후 H형강으로 대표되는 판 두께가 큰 사이즈의 강재가 적합하다.Among them, H-shaped steel is particularly suitable for building materials requiring fire resistance and heat resistance embrittlement. Moreover, when using as a pillar material, the steel material of the magnitude | size of large plate thickness represented by ultra-thick H-shaped steel is suitable.

입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물을 30 내지 300개/㎟의 비율로 함유하는 본 발명의 강재를 얻기 위해서는, Ti 첨가 전의 1차 탈산 후에 있어서의 용존 산소의 조정이 매우 중요하고, 용존 산소량을 질량%로 0.003 내지 0.015%로 조정할 필요가 있다. Ti계 산화물을 생성하기 위해서는 0.003% 이상의 용존 산소량이 필요하고, 0.015%를 초과하면 Ti 산화물의 입경이 커지므로 입경이 0.05 내지 10㎛인 개수가 충분히 얻어지지 않게 된다. 이 관점에서, 용존 산소는 0.010%를 상한으로 하는 것이 바람직하다.In order to obtain the steel of the present invention containing a Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 µm at a ratio of 30 to 300 particles / mm 2, adjustment of dissolved oxygen after primary deoxidation before addition of Ti is very important, and the amount of dissolved oxygen It is necessary to adjust to 0.003 to 0.015% by mass%. In order to produce Ti oxide, 0.003% or more of dissolved oxygen amount is required, and when it exceeds 0.015%, the particle size of Ti oxide becomes large, and the number whose particle diameter is 0.05-10 micrometers is not fully acquired. From this viewpoint, it is preferable that dissolved oxygen be 0.010% as an upper limit.

열간 압연에 의해 강재를 제조하기 위해서는, 소성 변형을 용이하게 하고, Nb를 충분히 고용시키기 위해 강편의 가열 온도의 하한을 1100℃로 하는 것이 필요하다. 또한, 열간 가공에 의해 형강을 제조하는 경우에는, 소성 변형을 더욱 용이하게 하기 위해, 가열 온도를 1200℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 강편의 가열 온도의 상한은, 가열로의 성능, 경제성으로부터 1350℃로 하였다. 강의 마이크로 조직을 미세화하기 위해서는, 강편의 가열 온도의 상한을 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to manufacture steel materials by hot rolling, it is necessary to make the lower limit of the heating temperature of a steel piece into 1100 degreeC in order to make plastic deformation easy and to fully solidify Nb. In addition, when manufacturing a shaped steel by hot working, it is preferable to make heating temperature into 1200 degreeC or more, in order to make plastic deformation further easier. The upper limit of the heating temperature of the steel piece was 1350 degreeC from the performance and economy of a heating furnace. In order to refine the microstructure of steel, it is preferable to make the upper limit of the heating temperature of a steel piece into 1300 degreeC or less.

열간 압연에서는, 1000℃ 이하에서의 누적 압하율을 10% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 열간 가공에서의 재결정을 촉진시켜 γ립을 미립화하여, 인성 및 강도를 향상시킬 수 있다.In hot rolling, it is preferable to make the cumulative reduction ratio in 1000 degrees C or less into 10% or more. Thereby, recrystallization in hot working can be promoted, the γ grain is atomized, and toughness and strength can be improved.

제품의 판 두께가 40㎜ 미만인 경우는, 압연 전의 소재의 판 두께 제약이 적어, 1000℃ 이하의 누적 압하율을 30% 이상 확보함으로써 강도 향상이 가능해지므로 판 두께가 40㎜ 미만인 경우, 누적 압하율의 범위는 30% 이상으로 하는 것이 바람직하다.If the plate thickness of the product is less than 40 mm, the sheet thickness constraint of the material before rolling is less, and the strength can be improved by securing a cumulative reduction ratio of 1000 ° C. or lower at 30% or more. It is preferable to make the range of 30% or more.

또한, 열간 가공을, 강의 조직이 오스테나이트 단상인 온도 범위(γ 단상 영역이라 함)에서 완료시키거나, 또는 상 변태에 의해 생성되는 페라이트의 체적분율이 낮은 상태에서 완료시킴으로써, 항복 강도의 현저한 상승, 인성의 저하 및 인성 의 이방성의 발생 등 기계 특성의 저하를 회피할 수 있다. 따라서, 열간 압연의 종료 온도를 800℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.Further, the hot working is completed in a temperature range in which the structure of the steel is an austenite single phase (referred to as γ single phase region), or when the volume fraction of ferrite produced by phase transformation is low, thereby significantly increasing the yield strength. Deterioration of mechanical properties such as lowering of toughness and occurrence of anisotropy of toughness can be avoided. Therefore, it is preferable to make the end temperature of hot rolling into 800 degreeC or more.

또한, 열간 압연 후에는, 제어 냉각에 의해 800 내지 500℃의 온도 범위의 평균 냉각 속도를 0.1 내지 10℃/s로 하는 것이 바람직하다. 열간 압연 후의 제어 냉각에 의해, 강재의 강도 및 인성을 더욱 향상시키기 위해서는, 800 내지 500℃의 온도 범위의 평균 냉각 속도를 0.1℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 800 내지 500℃의 온도 범위의 평균 냉각 속도가 10℃/s를 초과하면, 베이나이트 상이나 마르텐사이트 상의 조직분율이 상승하여 인성이 저하되는 경우가 있으므로, 상한을 10℃/s로 하는 것이 바람직하다.Moreover, after hot rolling, it is preferable to make the average cooling rate of the temperature range of 800-500 degreeC into 0.1-10 degreeC / s by control cooling. In order to further improve the strength and toughness of steel materials by controlled cooling after hot rolling, it is preferable to make the average cooling rate of the temperature range of 800-500 degreeC into 0.1 degreeC / s or more. On the other hand, when the average cooling rate in the temperature range of 800-500 degreeC exceeds 10 degree-C / s, the structure fraction of a bainite phase or martensite phase may rise and toughness may fall, so setting an upper limit to 10 degree-C / s desirable.

전로에서 용제한 용강에 합금을 첨가 후, 연속 주조하여, 표 1에 나타내는 성분으로 이루어지는 250 내지 300㎜ 두께의 강편을 제작하였다. 표 1에는, Ti를 첨가하기 전의 용존 산소의 양(질량%)도 나타냈다. 또한, 표 1의 공란은 선택 원소가 무첨가인 것을 의미한다.After the alloy was added to the molten steel dissolved in the converter, continuous casting was performed to prepare a 250-300 mm thick steel piece composed of the components shown in Table 1. In Table 1, the amount (mass%) of dissolved oxygen before adding Ti was also shown. In addition, the blank of Table 1 means that a selection element is no addition.

Figure 112009060985113-PCT00001
Figure 112009060985113-PCT00001

얻어진 강편을, 표 2에 나타내는 조건에서 열간 압연하여 H형강으로 하였다. 도 5에 형강 제조 프로세스를 도시한다. 가열로(4)에서 가열한 강편을 조압연기(5)로 조압연하고, 그 후, 중간 유니버설 압연기(6) 및 마무리 유니버설 압연기(8)로 이루어지는 유니버설 압연 장치 열(列)로 H형강으로 압연하였다. 압연 패스간의 수냉은 중간 유니버설 압연기(6)의 전후에 설치한 수냉 장치(7)에 의해 행하고, 플랜지 외측면의 스프레이 냉각과 리버스 압연을 반복하여 행하였다. 열간 압연 후의 냉각은, 마무리 유니버설 압연기(8)의 후방면에 설치한 냉각 장치(9)에서 행하였다.The obtained steel piece was hot-rolled on the conditions shown in Table 2, and it was set as H-shaped steel. 5 shows the shaped steel manufacturing process. The steel strip heated by the heating furnace 4 is rough-rolled by the roughing mill 5, and is then rolled by H-shaped steel by the universal rolling apparatus heat | difference which consists of the intermediate universal rolling mill 6 and the finishing universal rolling mill 8. It was. Water cooling between the rolling passes was performed by the water cooling apparatus 7 provided before and after the intermediate universal rolling mill 6, and spray cooling and reverse rolling of the flange outer surface were repeated. Cooling after hot rolling was performed by the cooling apparatus 9 provided in the rear surface of the finish universal rolling mill 8.

또한, 표 1의 강 F, K, J, Z에 대해서는, 또한 표 3의 조건에서도 열간 압연하고, 강 EE, K, Z에 대해서는 또한 표 4의 조건에서도 열간 압연하였다.In addition, about the steel F, K, J, Z of Table 1, it hot-rolled also on the conditions of Table 3, and about EE, K, Z on the steel, it also hot-rolled on the conditions of Table 4.

얻어진 H형강에 있어서, 도 6에 도시한 바와 같이, 플랜지(2)의 판 두께(t2)의 중심부(1/2t2)에서 플랜지 폭 전체 길이(B)의 1/4(플랜지라 함)과 1/2(필릿이라 함)의 부위로부터 JIS Z 2201에 준거하여 인장 시험편을 채집하였다.In the obtained H-shaped steel, as shown in FIG. 6, 1/4 of a flange width full length B (referred to a flange) at the center portion 1 / 2t 2 of the plate thickness t 2 of the flange 2 . Tensile test pieces were collected in accordance with JIS Z 2201 from the sites of and 1/2 (called fillets).

상온의 인장 시험은 JIS Z 2241에 준거하여 행하고, 600℃에 있어서의 0.2% 내력의 측정은 JIS G 0567에 준거하여 행하였다. 또한, 이들 부위의 특성을 구한 것은 각각의 부위가 H형강 단면의 대표적인 부위이며, H형강의 평균적인 기계 특성 및 단면 내의 편차를 나타낼 수 있다고 판단하였기 때문이다.The tensile test at normal temperature was performed in accordance with JIS Z 2241, and the measurement of the 0.2% yield strength at 600 degreeC was performed based on JIS G 0567. In addition, the characteristics of these sites were determined because it was determined that each site was a representative site of the H-section steel, and that the average mechanical properties of the H-section steel and the variation in the cross-section could be exhibited.

샤르피 충격 시험(표 2 내지 표 4)은, 필릿으로부터 소편을 채취하고, 대표적인 시험법인 JIS Z 2242에 준거하여 0℃에서 행하였다.Charpy impact test (Table 2-Table 4) extract | collected the small piece from the fillet and was performed at 0 degreeC based on JISZ2242 which is a typical test method.

내화 강으로서 사용되는 경우는, 재현 용접 열영향부(HAZ)의 재열 드로잉(표 2 내지 표 4)이 중요한 특성 중 하나이며, 이 평가는 공시 강에 용접 열사이클을 이력시킨 후, 다시 가열하여, 고온에서 인장 응력을 가하여 파단시켰을 때의 드로잉값에 의해 행하였다.When used as a refractory steel, reheating drawing (Table 2 to Table 4) of the regenerated weld heat affected zone (HAZ) is one of the important characteristics, and this evaluation is performed by reheating the weld heat cycle to the test steel and then heating it again. It carried out by the drawing value at the time of breaking and applying tensile stress at high temperature.

즉, 플랜지로부터 채취한 둥근 막대의 인장 시험편에, 1400℃에서 1초 유지한 후, 800℃로부터 500℃까지의 냉각 시간을 20초로 하여 100℃까지 냉각하는 용접 열사이클을 이력시키고, 또한 그 상태에서 1℃/초의 승온 속도로 600℃로 가열하여, 600℃에서 600초 유지한 후, 0.5㎫/초의 응력 증가 속도로 인장 응력을 가하여 파단시켜 드로잉값을 측정하였다.That is, after holding 1 second at 1400 degreeC to the tensile test piece of the round bar extract | collected from a flange, the welding heat cycle which cools to 100 degreeC by making the cooling time from 800 degreeC to 500 degreeC into 20 seconds, and also the state After heating to 600 degreeC at the temperature increase rate of 1 degree-C / sec, and hold | maintaining at 600 degreeC for 600 second, a tensile stress was applied and fractured at the stress increase rate of 0.5 Mpa / sec, and the drawing value was measured.

재현 용접 열영향부(HAZ)의 인성(표 2)은 재열 드로잉과 마찬가지로, 공시 강에 용접 열사이클을 이력시키고, 그 후, 샤르피 충격 시험을 JIS Z 2242에 준거하여 0℃에서 행하고, 흡수 에너지로 평가하였다. 즉, 1400℃에서 1초 유지한 후, 800℃로부터 500℃까지의 냉각 시간을 20초로 하여 100℃까지 냉각하는 용접 열사이클을 이력한 열처리를 실시한 소편으로부터 V 노치 시험편을 채취하여, 샤르피 충격 시험에 제공하였다.The toughness (Table 2) of the reproducible weld heat affected zone (HAZ) is similar to the reheat drawing, and the weld heat cycle is hysterized in the test steel, and then, the Charpy impact test is conducted at 0 ° C in accordance with JIS Z 2242, and the absorbed energy. Evaluated as. That is, after holding 1 second at 1400 degreeC, a V notch test piece is extract | collected from the small piece which heat-treated the heat cycle which welded to the 100 degreeC cooling time from 800 degreeC to 500 degreeC as 20 second, and the V-notch test piece was taken, and Charpy impact test Provided in.

강에 요구되는 강도 클래스로서는 2종류이며, 하나는 SM400이라 규정되는 상온 인장 강도가 400㎫급인 것이고, 또 다른 하나는 SM490이라 규정되는 상온 인장 강도가 490㎫급인 것이며, 이들을 나누어 표기하였다. 한편, 극후 H형강에 관해서는, 주로 미국 ASTM 규격에 준하는 경우가 많고, 대표적인 강도 클래스인 Grade50, Grade65를 나누어 표기하였다.There are two kinds of strength classes required for steel, one of which is a room temperature tensile strength specified by SM400 of 400 MPa class, and the other of which is a room temperature tensile strength of 490 MPa class defined by SM490. On the other hand, the ultra-thickness H-shaped steel is often mainly in accordance with the American ASTM standard, and is represented by dividing Grade 50 and Grade 65, which are representative strength classes.

또한, JIS 규격의 SM400, 즉 TS 400㎫ 초과급의 목표는, 상온에 있어서의 항복 강도(YP)가 235㎫ 이상, 바람직하게는 355㎫ 이하, 인장 강도(TS)가 400 내지 510㎫이고, 600℃에서의 0.2% 내력(PS)의 목표값은 157㎫ 이상이다.In addition, the SM400 of the JIS standard, that is, the target of TS 400 MPa or higher class, the yield strength (YP) at room temperature is 235 MPa or more, preferably 355 MPa or less, and the tensile strength (TS) is 400-510 MPa, The target value of 0.2% yield strength PS in 600 degreeC is 157 Mpa or more.

SM490, 즉 TS 490㎫ 초과급의 목표는, YP가 325㎫ 이상, 바람직하게는 445㎫ 이하, TS가 490 내지 610㎫, PS가 217㎫ 이상이다. 또한, SM400급, SM490급 모두, 0℃ 충격 흡수 에너지의 목표값은 100J 이상이고, 항복비(YP/TS)의 바람직한 상한은 0.80 이하이다.The target of SM490, ie, TS 490 MPa or higher, is YP of 325 MPa or more, preferably 445 MPa or less, TS of 490 to 610 MPa, and PS of 217 MPa or more. In addition, in SM400 grade and SM490 grade, the target value of 0 degreeC impact absorption energy is 100 J or more, and the preferable upper limit of a yield ratio (YP / TS) is 0.80 or less.

또한, ASTM 규격에 관해서는 Grade50에서 YP 345㎫ 이상, TS 450㎫ 이상, Grade65에서 YP 450㎫ 이상, TS 550㎫ 이상이며, 상기에 부가하여 인성에 관해서는 어떠한 경우에 있어서도 샤르피 시험 온도 0℃에서 모재 필릿부에 있어서의 충격 흡수 에너지가 54J 이상인 것이 바람직하다.In addition, the ASTM standard is YP 345 MPa or more, TS 450 MPa or more, Grade YP 450 MPa or more and TS 550 MPa or more in Grade 50. In addition, the toughness is in any case at 0 ° C. in terms of toughness. It is preferable that the impact absorption energy in a base material fillet part is 54J or more.

재현 HAZ의 특성에 대해서는, 어떠한 규격에 있어서도 재열 드로잉의 목표가 30% 이상이고, 인성의 목표가 27J 이상이다. 특히, 내화 강으로서 평가하는 경우는 재열 드로잉은 50% 이상인 것이 바람직하다.Regarding the characteristics of the reproduction HAZ, in any standard, the goal of reheat drawing is 30% or more, and the toughness goal is 27J or more. In particular, when evaluating as refractory steel, it is preferable that reheat drawing is 50% or more.

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표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제조 No.1 내지 15, 35 내지 39의 강은, 상온의 기계 특성 및 고온의 기계 특성이 목표값의 범위 내이다. 또한, 항복점이 JIS 규격의 하한값 이상이고, 항복비(YP/TS)도 0.8 이하로, 바람직한 범위 내이다. 또한, 0℃에서의 샤르피 충격값은 목표값 이상의 값이 얻어져 있다. 또한, 재현 용접 열영향부의 재열 드로잉 30% 이상을 충분히 만족하고 있다.As shown in Table 2, as for the steels of manufacture Nos. 1 to 15 and 35 to 39 of the present invention, mechanical properties at room temperature and mechanical properties at high temperature are within a range of target values. In addition, a yield point is more than the lower limit of a JIS standard, and yield ratio (YP / TS) is 0.8 or less and exists in a preferable range. In addition, the Charpy impact value in 0 degreeC is the value more than a target value. Moreover, 30% or more of the reheat drawing of the reproduction welding heat affected zone is sufficiently satisfied.

한편, 비교예인 제조 No.16 내지 22, 40 내지 42의 강은, 성분, C-Nb/7.74, Ti계 산화물의 밀도가 본 발명의 범위 밖이므로, 목표를 만족하는 기계 특성이 얻어져 있지 않다.On the other hand, in the steels of Production Nos. 16 to 22 and 40 to 42 as Comparative Examples, the density of the component, C-Nb / 7.74, and Ti-based oxide is outside the range of the present invention, and thus mechanical properties satisfying the target are not obtained. .

표 3에 나타내는 바와 같이, 플랜지 두께 40㎜ 미만의 H형강의 경우에 1000℃ 이하에서의 누적 압하율을 30% 이상으로 하면, 누적 압하율이 30%를 하회하는 경우에 비해 기계 특성이 양호하다.As shown in Table 3, in the case of H-shaped steel with a flange thickness of less than 40 mm, when the cumulative reduction ratio at 1000 ° C or lower is 30% or more, the mechanical characteristics are better than when the cumulative reduction ratio is less than 30%. .

또한, 플랜지 두께 40㎜ 이상의 극후 H형강의 경우는, 제조 No.43 내지 48에 대표예로서 플랜지 두께 90 내지 125㎜인 경우를 나타내는 바와 같이, 1000℃ 이하의 누적 압하율의 증가에 수반하여 항복 강도, 인장 강도가 함께 상승하여, 누적 압하율이 10% 이상에서는 Grade50, Grade65로서 각각 요구되는 강도를 더욱 충분히 만족하는 것이 가능해진다.In addition, in the case of extremely thick H-shaped steel with a flange thickness of 40 mm or more, as shown in manufacturing Nos. 43 to 48 as a representative example, the flange thickness is 90 to 125 mm, yielding is accompanied by an increase in the cumulative reduction ratio of 1000 ° C or less. Strength and tensile strength rise together, and when the cumulative reduction ratio is 10% or more, it becomes possible to more fully satisfy the strengths required as Grade 50 and Grade 65, respectively.

표 4에 나타내는 바와 같이, 플랜지 두께 40㎜ 미만의 경우, 수냉에 의해 800 내지 500℃간의 냉각 속도를 10℃/s까지 가속하여 냉각한 경우, 방냉 등에 의해 800 내지 500℃간을 0.1℃/s로 서서히 냉각되는 경우보다도, 상온 강도, 고온 강도를 높이는 것이 가능하다.As shown in Table 4, when the thickness of the flange is less than 40 mm, the cooling rate between 800 to 500 ° C. is accelerated to 10 ° C./s by water cooling, and cooled to 0.1 ° C./s between 800 to 500 ° C. by cooling. It is possible to raise room temperature intensity | strength and high temperature intensity | strength rather than gradually cooling by the furnace.

또한, 극후 H형강에 대해서는, 제조 No.49 내지 51에 플랜지 두께 125㎜의 사이즈의 경우를 대표예로서 나타내는 바와 같이, 800 내지 500℃간을 수냉으로 0.13℃/s까지 가속 냉각함으로써 항복 강도, 인장 강도가 함께 상승하여, Grade65로서 요구되는 강도를 더욱 충분히 만족하는 것이 가능해진다.In addition, about extremely thick H-shaped steel, as shown by the representative example in the case of size of 125 mm of flange thickness in manufacture No. 49-51, yield strength by accelerating-cooling 800-500 degreeC to 0.13 degree-C / s by water cooling, Tensile strength rises together, and it becomes possible to more fully satisfy the strength required as Grade65.

본 발명에 따르면, 충분한 상온 강도 및 고온 강도를 갖고, 모재와 HAZ의 인성 및 내재열 취화 특성이 우수한 강재, 특히 내화 H형강을, 냉간 가공 및 조질 열처리를 실시하는 일 없이 제조하는 것, 혹은 판 두께가 큰 사이즈, 예를 들어 플랜지 두께로 140㎜ 정도까지인 극후 H형강에 있어서, 열간 압연 상태에서 강도, 인성을 확보하면서 제조하는 것이 가능해지고, 이에 의해 시공 비용 저감이나 공기의 단축에 의한 대폭적인 비용 삭감을 도모할 수 있어, 대형 건조물의 신뢰성 향상, 안전성의 확보, 경제성 등의 산업상의 효과가 매우 현저하다.According to the present invention, a steel material having sufficient room temperature strength and high temperature strength and excellent in toughness and intrinsic heat embrittlement properties of a base material and HAZ, in particular, refractory H-shaped steel is produced without cold working and temper heat treatment, or plate In ultra-thick H-shaped steel having a large thickness, for example, up to 140 mm in flange thickness, it is possible to manufacture while securing strength and toughness in a hot rolling state, thereby significantly reducing construction costs and shortening of air. The cost reduction can be achieved, and industrial effects such as reliability improvement of large-sized buildings, securing safety, and economic efficiency are very remarkable.

Claims (11)

질량%로,In mass%, C:0.001% 이상 0.030% 이하,C: 0.001% or more and 0.030% or less, Si:0.05% 이상 0.50% 이하,Si: 0.05% or more and 0.50% or less, Mn:0.40% 이상 2.00% 이하,Mn: 0.40% or more and 2.00% or less, Nb:0.03% 이상 0.50% 이하,Nb: 0.03% or more and 0.50% or less, Ti:0.005% 이상 0.040% 미만,Ti: 0.005% or more and less than 0.040%, N:0.0008% 이상 0.0050% 미만N: 0.0008% or more but less than 0.0050% 을 함유하고,Containing, P:0.030% 이하,P: 0.030% or less, S:0.020% 이하S: 0.020% or less 로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물을 포함하고,Limited to, the remainder comprising Fe and unavoidable impurities, C와 Nb의 함유량이,The content of C and Nb is C-Nb/7.74≤0.004C-Nb / 7.74≤0.004 를 만족하고, 입경이 0.05 내지 10㎛인 Ti계 산화물을 30 내지 300개/㎟의 밀도로 갖는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.And having a Ti-based oxide having a particle diameter of 0.05 to 10 µm at a density of 30 to 300 particles / mm 2, wherein the steel has excellent high temperature characteristics and toughness. 제1항에 있어서, 질량%로,The method according to claim 1, wherein in mass%, V:0.10% 이하,V: 0.10% or less, Mo:0.10% 미만Mo: less than 0.10% 중 한쪽 또는 양쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material excellent in high temperature characteristic and toughness characterized by containing one or both of them. 제1항 또는 제2항에 있어서, 질량%로,The mass% according to claim 1 or 2, Zr:0.03% 이하,Zr: 0.03% or less, Hf:0.01% 이하Hf: 0.01% or less 중 한쪽 또는 양쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material excellent in high temperature characteristic and toughness characterized by containing one or both of them. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량%로,The mass% according to any one of claims 1 to 3, Cr:1.5% 이하,Cr: 1.5% or less, Cu:1.0% 이하,Cu: 1.0% or less, Ni:1.0% 이하Ni: 1.0% or less 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material excellent in high temperature characteristic and toughness characterized by containing 1 type (s) or 2 or more types. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 질량%로,The mass% according to any one of claims 1 to 4, Mg:0.005% 이하,Mg: 0.005% or less, Al:0.030% 이하,Al: 0.030% or less, REM:0.01% 이하,REM: 0.01% or less, Ca:0.005% 이하Ca: 0.005% or less 중 1종 또는 2종 이상의 한쪽 또는 양쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material excellent in high-temperature characteristics and toughness characterized by containing 1 type, 2 or more types, or one or both of them. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, Nb와 C의 질량 농도 곱이 0.0015 이상인 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material according to any one of claims 1 to 5, wherein a product of a mass concentration of Nb and C is 0.0015 or more. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 강재가 내화 강재인 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material according to any one of claims 1 to 6, wherein the steel material is a refractory steel material. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 강재가 플랜지 두께 40㎜ 이상의 극후 H형강인 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재.The steel material according to any one of claims 1 to 6, wherein the steel is an ultra-thick H-shaped steel having a flange thickness of 40 mm or more. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 성분으로 이루어지는 강을, 용존 산소를 0.003 내지 0.015질량%로 조정한 후, Ti를 첨가하여 용제하고, 주조하여 얻어진 강편을 1100 내지 1350℃로 가열하여, 열간 압연하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재의 제조 방법.After adjusting the dissolved oxygen to 0.003 to 0.015 mass% of the steel which consists of a component of any one of Claims 1-6, Ti is added and a solvent is melted, and the steel piece obtained by casting is heated at 1100-1350 degreeC. Hot rolling is performed, The manufacturing method of the steel excellent in high temperature characteristic and toughness. 제9항에 있어서, 1000℃ 이하에서의 누적 압하율을 10% 이상으로 하여 열간 압연하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재의 제조 방법.10. The method for producing a steel having excellent high temperature properties and toughness according to claim 9, wherein the rolling reduction is performed at a cumulative reduction ratio of 1000% or less at 10% or more. 제9항 또는 제10항에 있어서, 열간 압연 후, 800℃로부터 500℃까지의 온도 범위를 0.1 내지 10℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 고온 특성과 인성이 우수한 강재의 제조 방법.The method according to claim 9 or 10, after hot rolling, the temperature range from 800 ° C to 500 ° C is cooled at an average cooling rate of 0.1 to 10 ° C / s, characterized in that Manufacturing method.
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