KR20100070639A - Steel with excellent low-temperature toughness for construction and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저온인성 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 강재의 기지 조직을 베이니틱 페라이트 조직으로 구성하고 제2상을 제어하여 저온인성을 향상시킬 수 있는 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength steel having excellent low-temperature toughness characteristics and a method for manufacturing the same. More particularly, the high-strength steel which can improve the low-temperature toughness by constructing a base structure of the steel as a bainitic ferrite structure and controlling a second phase. It relates to a manufacturing method.
최근 각종 빌딩, 교량 등과 같은 구조물은 점차 대형화, 초고층화, 장스팬화 추세가 되어가고 있으며, 이러한 추세에 따라 극후, 고강도 강재의 수요와 그 연구의 필요성이 늘어나고 있다. Recently, structures such as various buildings, bridges, etc. are gradually becoming larger, ultra tall, and long spand, and according to these trends, demand for high strength steels and necessity of research are increasing.
건설용 재료나 구조용 재료에 고강도강을 사용하면 높은 허용 응력을 가지기 때문에 건축 및 교량 구조를 합리화 및 경량화하는 것이 용이해지므로 건설 작업을 경제적으로 수행할 수 있으며 강판의 두께를 상대적으로 얇게 할 수 있어 절단, 천 공 등의 기계적 가공이나 용접 등과 같은 건설 작업이 용이해진다는 장점이 있다.The use of high-strength steel in construction or structural materials has high permissible stresses, which makes it easier to rationalize and lighten building and bridge structures, thereby making construction work economically feasible and making the steel sheet relatively thin. There is an advantage that the construction work such as mechanical processing or welding such as cutting, drilling, etc. is facilitated.
그러나, 강재의 강도가 증가하면 일반적으로 저온 인성이 저하되므로 한랭지와 같은 지역에서 건축 구조물에 사용되기에 어려운 문제가 발생한다. 최근 기술의 발달로 북극을 비롯한 한랭지에서도 많은 건축물이나 구조물이 건설되는 현실을 감안한다면, 이러한 저온 인성 특성은 결코 간과할 수 없는 중요한 특성이다. However, as the strength of steel increases, low-temperature toughness generally decreases, making it difficult to be used for building structures in areas such as cold regions. Considering the fact that the recent development of technology, many buildings and structures are constructed in the cold regions, such as the Arctic, such low temperature toughness is an important characteristic that can never be overlooked.
그러므로, 건설용 강재는 높은 강도를 구비하는 것도 중요하지만, 이와 함께 저온 인성 특성도 우수할 필요성이 있는 것이다.Therefore, the steel for construction is important to have a high strength, but at the same time it is necessary to also have excellent low-temperature toughness characteristics.
800MPa 이상의 인장 강도를 확보하면서도 우수한 저온 인성을 구비하는 강재에 관한 종래 기술로는 일본 특허공개공보 제1999-264017호가 소개된 바 있다. 상기 종래 기술은 강재의 성분과 압연 조건을 적절히 조절함으로써 강판의 강도를 향상시키는 방법을 개시하고 있는데, 이러한 목적을 위하여 1.0~2.0중량%의 Cu를 첨가시키며, 압연 후에 500~650℃ 범위에서 열처리를 함으로써 석출 경화에 의한 강화 기구를 이용한다. 하지만, 상기 종래 기술은 석출 경화를 위하여 고가의 합금 원소를 다량 첨가하여 제조 원가가 상승하며, 압연 후에 별도의 열처리 공정이 필요하여 공정 시간과 비용이 증가하는 문제점이 있다. Japanese Patent Laid-Open No. 1999-264017 has been introduced as a prior art regarding a steel having excellent low temperature toughness while securing a tensile strength of 800 MPa or more. The prior art discloses a method of improving the strength of a steel sheet by appropriately adjusting the components of steel and rolling conditions. For this purpose, 1.0 to 2.0% by weight of Cu is added, and heat treatment is performed at 500 to 650 ° C. after rolling. By using the reinforcement mechanism by precipitation hardening is used. However, the prior art has a problem in that the production cost is increased by adding a large amount of expensive alloy elements for precipitation hardening, and a separate heat treatment process is required after rolling, thereby increasing the processing time and cost.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 690MPa 이상의 항복 강도 및 800MPa 이상의 인장강도를 나타내며 저온 인성 역시 우수한 성질을 가지는 고강도 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a high strength steel and a method of manufacturing the same having a yield strength of 690MPa or more and a tensile strength of 800MPa or more and excellent low temperature toughness.
본 발명은, 중량%로, C : 0.02~0.10%, Si : 0.01~0.6%, Mn : 1.8~2.5%, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, Al : 0.005~0.5%, Nb : 0.005~0.1%, B : 5~40ppm, Ti : 0.005~0.1%, N : 15~150ppm, 잔부 Fe 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직으로 베이니틱 페라이트를 주 조직으로 하고 평균 크기 1㎛ 이하인 MA 조직(마르텐사이트/오스테나이트)을 1% 이하로 포함하는 건설용 강재에 관한 것이다. 상기 건설용 강재는 Cr : 0.05~1.0%, Mo : 0.01~1.0%, Ni : 0.01~2.0%, Cu : 0.01~1.0% 및 V : 0.005~0.3%으로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 합금 원소를 추가적으로 포함할 수 있으며, 690MPa 이상의 항복 강도 및 -40℃ 이하의 연성 취성 천이 온도(DBTT)를 나타낼 수 있다.The present invention, in weight percent, C: 0.02 to 0.10%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 1.8 to 2.5%, P: 0.02% or less, S: 0.01% or less, Al: 0.005 to 0.5%, Nb: 0.005 ~ 0.1%, B: 5 ~ 40ppm, Ti: 0.005 ~ 0.1%, N: 15 ~ 150ppm, Remnant Fe Other unavoidable impurities. MA is a microstructure with bainitic ferrite as the main structure and the average size is 1㎛ or less It relates to a steel for construction containing less than 1% of the structure (martensite / austenite). The steel for construction is one or two or more selected from the group consisting of Cr: 0.05 ~ 1.0%, Mo: 0.01 ~ 1.0%, Ni: 0.01 ~ 2.0%, Cu: 0.01 ~ 1.0% and V: 0.005 ~ 0.3% It may further comprise an alloying element, and may exhibit a yield strength of at least 690 MPa and a ductile brittle transition temperature (DBTT) of at most -40 ° C.
나아가 본 발명은, 상기 조성의 강 슬라브에 대하여, 1050~1250℃에서 재가열, 1250℃~Tnr의 온도에서 조압연, Tnr~Bs의 온도에서 사상 압연, 250~400℃의 냉각 종료 온도까지 급냉 처리하여 건설용 강재를 제조하는 방법을 제공한다. 이 경 우, 상기 급냉 처리는 5℃/s 이상의 냉각 속도로 수행하여 강 내부 조직을 효과적으로 제어하는 건설용 강재의 제조방법을 제공한다.Furthermore, this invention is reheating at 1050-1250 degreeC with respect to the steel slab of the said composition, rough rolling at the temperature of 1250 degreeC-Tnr, finishing rolling at the temperature of Tnr-Bs, and quenching to the cooling end temperature of 250-400 degreeC. It provides a method for manufacturing steel for construction. In this case, the quenching treatment is carried out at a cooling rate of 5 ° C / s or more to provide a method for manufacturing steel for construction to effectively control the internal structure of the steel.
본 발명에 의하면, 강도 특성과 저온 인성 특성이 모두 우수한 강재를 제공할 수 있어 극한지 환경에서도 유용하게 건축 구조물 등에 사용될 수 있으며, 별도의 조질 처리를 필요로 하지 않기 때문에 경제성과 생산성이 우수하다.According to the present invention, it is possible to provide a steel material excellent in both the strength characteristics and low temperature toughness characteristics can be used in building structures and the like usefully even in extreme environments, and because it does not require a separate tempering treatment, it is excellent in economy and productivity.
본 발명에서는 강재의 미세 조직을 제어하고, 이를 위하여 성분계 및 제조조건을 최적화하여 별도의 조질 열처리를 하지 않아도 높은 강도와 우수한 저온 인성을 함께 나타낼 수 있는 강재를 제공하고자 한다. In the present invention, to control the microstructure of the steel, and to do this to optimize the component system and the manufacturing conditions to provide a steel that can exhibit both high strength and excellent low-temperature toughness without a separate temper treatment.
강재의 저온 인성은 극저온 환경에서 강재가 얼마나 취성 파괴에 견딜 수 있는지에 대한 척도로서 통상적으로 연성 취성 천이 온도(DBTT 곡선)를 그 판단 기준으로 삼는 경우가 많다. 특히 본 발명에서는 DBTT 조건이 -40℃ 이하인 강재를 제공하는 것을 목표로 하고 있다.The low temperature toughness of steel is a measure of how much steel can withstand brittle fracture in cryogenic environments, and often the soft brittle transition temperature (DBTT curve) is used as a criterion. In particular, the present invention aims to provide a steel material having a DBTT condition of -40 ° C or less.
이하, 본 발명의 강재에 포함되는 성분계에 관하여 보다 상세히 설명한다. 단, 이하 성분계의 %는 중량%를 의미한다.Hereinafter, the component system contained in the steel of the present invention will be described in more detail. However,% of the component system below means weight%.
C : 0.02~0.10%C: 0.02 ~ 0.10%
C는 기지 조직에 베이니틱 페라이트를 형성시키는 역할을 하며 형성되는 도상 마르텐사이트의 크기와 분율을 결정하는 중요한 원소이므로 0.02% 이상 첨가한다. C의 함량이 0.02% 미만이면 침상형 베이니틱 페라이트 형성이 어려워져 강도가 저하될 수 있고, C의 함량이 0.10%를 초과하면 조직 내에 도상 마르텐사이트의 면적 분율이 1%를 넘어 과다해지고 저온 인성이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 C의 범위를 0.02~0.10%로 한정한다. 또한, 용접성을 감안하면 바람직하게는 0.03~0.08%로 한정할 수 있다.C plays a role in forming bainitic ferrite in the matrix and is added at least 0.02% because it is an important element that determines the size and fraction of the formed martensite. If the content of C is less than 0.02%, the formation of acicular type bainitic ferrite may be difficult, and the strength may be reduced. If the content of C is more than 0.10%, the area fraction of phase martensite in the tissue is over 1%, and the low temperature toughness is reduced. This can be degraded. Therefore, in the present invention, the range of C is limited to 0.02 to 0.10%. Moreover, in view of weldability, Preferably it can limit to 0.03 to 0.08%.
Si : 0.01~0.6%Si: 0.01 ~ 0.6%
Si는 용강의 탈산제로 사용되며 강재 내부에서는 강도 향상의 효과가 있어 0.01% 이상 첨가한다. 하지만, Si의 함량이 과다하여 0.6%를 초과하면 저온 인성과 용접성에 좋지 않다. 나아가, Si는 도상 마르텐사이트의 안정성을 높이는 성질을 가지므로 C의 함량이 적어도 많은 도상 마르텐사이트가 형성될 수 있어 그 함량을 제어할 필요성이 있으며, 보다 바람직한 Si의 범위는 0.1~0.4%이다.Si is used as the deoxidizer of molten steel, and since it is effective in improving the strength in steel, it is added at 0.01% or more. However, if the content of Si exceeds 0.6%, it is not good for low temperature toughness and weldability. Furthermore, since Si has a property of increasing the stability of the phase martensite, at least a phase C martensite having a large amount of C may be formed, and thus, the content of Si needs to be controlled, and a more preferable range of Si is 0.1 to 0.4%.
Mn : 1.8~2.5%Mn: 1.8 ~ 2.5%
Mn은 고용 강화 특징을 가지는 원소로서 강도 향상에 기여하므로 본 발명에서는 1.8% 이상 첨가한다. 그러나, 2.5%를 초과하여 과다하게 첨가하면 경화능의 증가로 인해 용접부 인성이 크게 저하될 수 있으므로, 1.8~2.5%로 한정하며, 바람 직하게는 1.8~2.2%로 한정한다. Mn is an element having a solid solution strengthening characteristic, which contributes to strength improvement, and therefore, is added in the present invention at 1.8% or more. However, when excessively added in excess of 2.5%, the toughness of the weld can be greatly reduced due to an increase in the hardenability, it is limited to 1.8 to 2.5%, preferably to 1.8 to 2.2%.
P : 0.02% 이하P: 0.02% or less
P는 강도 향상 및 내식성을 향상시키는 역할을 하지만, 충격 인성을 크게 저해하는 원소이므로 인성을 향상시키는 측면에서는 바람직하지 않다. 따라서 P은 가능한 낮게 제어하는 것이 유리하며 그 상한을 0.02%로 한다.Although P plays a role of improving strength and improving corrosion resistance, it is not preferable in view of improving toughness because it is an element that significantly impairs impact toughness. Therefore, it is advantageous to control P as low as possible and the upper limit is made 0.02%.
S : 0.01% 이하S: 0.01% or less
S는 MnS 등을 형성하여 충격 인성을 크게 저해할 수 있는 불순물 원소이므로 가능한 낮게 관리하는 것이 필요하며 그 상한을 0.01%로 제어한다.Since S is an impurity element that can significantly inhibit impact toughness by forming MnS or the like, it is necessary to manage S as low as possible, and control the upper limit to 0.01%.
Al : 0.005~0.5%Al: 0.005 ~ 0.5%
Al은 Si와 마찬가지로 용강을 탈산하는데 사용되는 원소이다. 탈산 효과를 위하여 본 발명에서는 0.005% 이상 첨가하지만, 그 함량이 0.5%를 초과하면 연속 주조시 노즐의 막힘 현상을 초래할 수 있으므로 0.005~0.5%로, 바람직하게는 0.01~0.05%를 포함하도록 제어하는 것이 안정적이다. 또한, 고용된 Al은 도상 마르텐사이트의 형성을 조장하므로, 적은 양의 C로도 많은 도상 마르텐사이트를 형성시킬 수 있어 강도 향상 및 인성 향상을 위하여 제어할 필요가 있다. Al, like Si, is an element used to deoxidize molten steel. In the present invention, the content is more than 0.005% for the deoxidation effect, but if the content exceeds 0.5%, it may cause clogging of the nozzle during continuous casting, so that it is controlled to include 0.005 to 0.5%, preferably 0.01 to 0.05%. Is stable. In addition, since the dissolved Al encourages the formation of phase martensite, a large amount of phase martensite can be formed even with a small amount of C, and therefore, it is necessary to control for improved strength and toughness.
Nb : 0.005~0.1%Nb: 0.005 ~ 0.1%
Nb는 TMCP 제조 공정에 있어서 매우 중요한 역할을 하는 원소이다. Nb는 NbC 또는 NbCN의 형태로 석출되는데, 이러한 석출물들은 용접 작업시 모재 및 용접부의 강도를 크게 향상시키기 때문이다. 또한, 고온으로 재가열시키는 단계에서 고용된 Nb는 오스테나이트의 재결정을 억제하고 또한, 페라이트 또는 베이나이트의 변태를 억제하여 조직을 미세화시키는 효과도 있다. 그리고 Nb는 조압연 후 슬라브가 냉각될 때 낮은 냉각 속도로도 베이나이트 형성이 가능하게 해주며, 최종 압연 후에 냉각 과정에서 오스테나이트의 안정성을 크게 높여 낮은 속도의 냉각으로도 도상 마르텐사이트 생성을 촉진한다. 따라서, 본 발명에서는 Nb를 0.005% 이상 첨가하지만, 그 양이 지나치게 과다하면 강재의 모서리에 취성 크랙을 일으킬 수 있으므로 상한은 0.1%로 한정한다.Nb is an element that plays a very important role in the TMCP manufacturing process. Nb is precipitated in the form of NbC or NbCN since these precipitates greatly improve the strength of the base metal and the welded portion in the welding operation. In addition, Nb dissolved in the step of reheating at a high temperature suppresses the recrystallization of austenite and also suppresses the transformation of ferrite or bainite, thereby miniaturizing the structure. Nb enables bainite formation even at low cooling rates when the slab is cooled after rough rolling, and greatly improves the stability of austenite during the cooling process after the final rolling to promote the generation of martensite at low speeds. do. Therefore, in the present invention, Nb is added at 0.005% or more, but if the amount is excessively excessive, brittle cracks may be caused at the edges of the steel, so the upper limit is limited to 0.1%.
B : 5~40ppmB: 5 ~ 40ppm
B은 저가의 원소지만 강력한 경화능을 나타내므로 소량의 첨가만으로도 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 조압연 후의 냉각 단계에서 저속 냉각으로도 베이나이트의 형성에 유리하며고, 최종 냉각 단계에서도 도상 마르텐사이트의 형성을 촉진하는 효과를 가지므로 본 발명에서는 B을 5ppm 이상 첨가한다. 하지만 B이 과도하게 첨가되면, Fe23(CB)6를 형성하여 오히려 경화능을 저하시키며, 저온 인성에도 좋지 않다. 따라서, B의 상한은 40ppm으로 한정한다. B is an inexpensive element, but exhibits strong hardenability, so that even with a small amount of addition, strength can be greatly improved. In addition, in the cooling step after the rough rolling, it is advantageous to form bainite even at low speed cooling, and in the present invention, B is added 5 ppm or more because it has the effect of promoting the formation of phase martensite. However, when B is excessively added, Fe 23 (CB) 6 is formed, rather the curing ability is lowered, and it is not good for low temperature toughness. Therefore, the upper limit of B is limited to 40 ppm.
Ti : 0.005~0.1%Ti: 0.005 ~ 0.1%
Ti는 재가열시 결정립의 성장을 억제하여 저온 인성을 크게 향상시킬 수 있으므로 0.005% 이상을 첨가한다. 하지만, 0.1%을 초과하는 과도한 첨가는 연주 노즐의 막힘이나 중심부 정출을 일으킬 수 있어 제품의 저온 인성이 감소할 수 있으므로 Ti의 함량은 0.005~0.1%의 범위로 한정한다.Ti is added to 0.005% or more because it can greatly improve the low-temperature toughness by inhibiting the growth of grains when reheating. However, excessive addition of more than 0.1% may cause clogging of the playing nozzle or crystallization of the core, thereby reducing the low temperature toughness of the product, so the Ti content is limited to 0.005 to 0.1%.
N : 15~150ppmN: 15 ~ 150ppm
N는 강도를 증가시키는 반면 인성을 크게 감소시키는 원소이기 때문에 150ppm 이하로 그 함량을 제한할 필요가 있다. 다만, N을 15ppm 이하까지 극도로 제어하는 것은 제강 단계에서의 공정 부하가 가중되어 생산성이나 비용면에서 좋지 않으므로 N 함량의 하한은 15ppm으로 정한다.Since N is an element that increases strength while greatly reducing toughness, its content needs to be limited to 150 ppm or less. However, the extreme control of N to 15ppm or less is not good in terms of productivity and cost due to the increased process load in the steelmaking stage, so the lower limit of N content is set to 15ppm.
본 발명의 강재는 상술한 필수 합금 원소들의 첨가만으로도 충분한 효과를 얻을 수 있으나, 강재의 강도와 인성, 용접열영향부의 인성, 용접성 등과 같은 특성을 보다 향상시키기 위해서는 다음의 추가적인 합금 원소들을 1종 또는 2종 이상 첨가할 수 있다. The steel of the present invention can obtain a sufficient effect only by the addition of the above-mentioned essential alloy elements, but in order to further improve the properties such as strength and toughness of the steel, toughness of the weld heat affected zone, weldability, etc. 2 or more types can be added.
Cr : 0.05~1.0%Cr: 0.05 ~ 1.0%
Cr은 경화능을 증가시켜 강도를 향상시키는데 큰 역할을 하므로 이러한 강도 향상 효과를 더 얻기 위해서는 0.05% 이상의 Cr을 첨가한다. 하지만, 1.0%를 초과 하는 과도한 Cr의 첨가는 용접성을 크게 저하시키므로, Cr 첨가량의 상한은 1.0%로 한정한다. Cr plays a big role in improving the strength by increasing the hardenability, so to obtain more such strength improving effect, 0.05% or more of Cr is added. However, since the addition of excessive Cr exceeding 1.0% greatly lowers the weldability, the upper limit of the amount of Cr added is limited to 1.0%.
Mo : 0.01~1.0%Mo: 0.01 ~ 1.0%
Mo는 소량의 첨가만으로도 경화능을 크게 향상시켜 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 있어서 강도를 크게 향상시킬 수 있기 때문에 0.01% 이상의 첨가가 필요하나, 1.0%를 초과하는 과다한 첨가는 용접부의 경도를 과도하게 증가시키고 인성을 저해할 수 있으므로 Mo의 첨가는 1.0% 이하로 한정한다.Mo is required to add more than 0.01% because Mo can greatly improve the hardenability and suppress the formation of ferrite because only a small amount can be added. However, excessive addition exceeding 1.0% causes excessive hardness of the weld. The Mo content is limited to 1.0% or less because it may increase slowly and inhibit toughness.
Ni : 0.01~2.0%Ni: 0.01 ~ 2.0%
Ni은 모재의 강도와 인성을 동시에 향상시킬수 있는 효과적인 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상이 첨가되어야 하며, Ni 은 고가의 원소이므로 2.0% 이상의 첨가는 경제성이 저하된다. 또한, 용접성도 열화된다.Ni is an effective element that can simultaneously improve the strength and toughness of the base material, and in order to obtain such effects, 0.01% or more must be added. Since Ni is an expensive element, addition of 2.0% or more deteriorates the economic efficiency. Also, weldability is degraded.
Cu : 0.01~1.0%Cu: 0.01 ~ 1.0%
Cu 는 모재의 인성 저하를 최소한으로 하면서 동시에 강도를 높일 수 있는 원소이므로, 이러한 효과를 위해서 0.01% 이상을 첨가한다. 하지만, Cu의 과도한 첨가는 제품 표면 품질을 크게 저해할 수 있으므로 그 상한은 1.0%로 제한한다.Cu is an element that can increase the strength while minimizing the decrease in toughness of the base metal, and therefore 0.01% or more is added for such an effect. However, excessive addition of Cu can greatly impair product surface quality, so the upper limit thereof is limited to 1.0%.
V : 0.005~0.3%V: 0.005 ~ 0.3%
V은 다른 미세합금에 비해 고용되는 온도가 낮으며, 용접열영향부에 석출하여 강도의 하락을 방지하는 효과가 있으므로 0.005% 이상 첨가한다. 하지만, 0.3%를 초과하는 과도한 첨가는 인성을 저하시킬 우려가 있으므로 그 함량을 0.005~0.3%로 한정한다. V has a lower solubility temperature than other fine alloys, and it is added to 0.005% or more because it has an effect of preventing the drop in strength due to precipitation in the weld heat affected zone. However, excessive addition exceeding 0.3% may reduce the toughness, so the content is limited to 0.005 to 0.3%.
이하 본 발명을 구성하는 미세조직에 관하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the microstructure constituting the present invention will be described in more detail.
상술한 합금 원소들을 포함하는 본 발명의 강재는 종래의 강재보다 소입성이 향상된 강재로서, 급격한 속도로 냉각을 하지 않아도 목적하는 조직을 형성시킬 수 있다. 다만, 강재의 소입성이 향상되는 만큼 내부에 경질조직이 용이하게 형성될 수 있어 저온 인성이 악화될 우려가 있는데, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고 강재의 바람직한 조직을 구성하기 위하여 다음과 같이 규정함으로써 강재의 소입성이 향상되더라도 저온 인성 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있도록 한다.The steel material of the present invention including the alloying elements described above is a steel material having improved hardenability than conventional steels, and can form a desired structure without cooling at a rapid rate. However, as the hardenability of the steel is improved, hard tissues may be easily formed therein, and thus low-temperature toughness may deteriorate. In the present invention, in order to solve these problems and to construct a desirable structure of steel, By doing so, even if the hardenability of the steel is improved, it is possible to prevent the low-temperature toughness property from deteriorating.
미세조직 : 평균크기 1㎛ 이하의 MA 조직 및 잔부 베이니틱 페라이트의 혼합 조직Microstructure: Mixed structure of MA tissue with average size less than 1㎛ and residual bainitic ferrite
본 발명 강재의 미세조직은 도 1에 나타난 바와 같이 평균 크기 1㎛ 이하의 MA 조직(마르텐사이트 / 오스테나이트 혼합 조직)을 포함하고 나머지가 베이니틱 페라이트 조직인 혼합 조직으로 이루어진다. 이 경우, 상기 MA 조직의 조직 분율은 1% 이하로 한다.As shown in FIG. 1, the microstructure of the steel of the present invention includes a MA structure (martensite / austenite mixed tissue) having an average size of 1 μm or less, and the rest is a mixed structure of bainitic ferrite tissue. In this case, the tissue fraction of the MA tissue is 1% or less.
MA 조직을 제어하기 위해서는 냉각 온도의 제어가 필요한데, 도 2와 같이 냉각 종료 온도가 증가할 수록 연성 취성 천이 온도(DBTT)는 증가한다. 이는 냉각 종료 온도가 증가할수록 MA 분율도 함께 증가하여, 기지와 MA 계면의 면적이 증가하고 균열이 발생할 수 있는 장소가 늘어나기 때문이다. 또한, 냉각 종료 온도가 높아지면 조직이 그래뉼라 베이나이트 조직으로 형성될 수 있어 항복 강도가 감소할 수 있다. In order to control the MA structure, it is necessary to control the cooling temperature. As shown in FIG. 2, the soft brittle transition temperature DBTT increases as the cooling end temperature increases. This is because, as the cooling end temperature increases, the MA fraction also increases, increasing the area of the matrix and the MA interface and increasing the place where cracks can occur. In addition, when the cooling end temperature is high, the tissue may be formed into granular bainite tissue, thereby reducing the yield strength.
따라서 충분한 충격 인성 및 항복 강도를 확보하기 위해서는 도 2와 같이 냉각 종료 온도를 400℃ 이하로 유지하는 것이 요구되며, 이로써 고강도와 향상된 저온 인성을 얻을 수 있다. Therefore, in order to secure sufficient impact toughness and yield strength, it is required to maintain the cooling end temperature at 400 ° C. or lower as shown in FIG. 2, thereby obtaining high strength and improved low temperature toughness.
이하 본 발명의 강재를 제조하는 방법에 관하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the method of manufacturing the steel of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 강재 제조 조건은 슬라브의 재가열, 조압연, 사상 압연 및 냉각 단계로 이루어지며, 별도의 조질 열처리를 하지 않아도 필요한 물성을 얻을 수 있다. 제조방법에서 각 단계별 조건은 다음과 같이 제어한다.Steel manufacturing conditions of the present invention is made of a reheating, rough rolling, finishing rolling and cooling step of the slab, it is possible to obtain the required physical properties without a separate temper heat treatment. Each step condition in the manufacturing method is controlled as follows.
슬라브 재가열 온도 : 1050~1250℃Slab reheating temperature: 1050 ~ 1250 ℃
본 발명에서 강판의 재가열은 1050℃ 이상으로 하는데, 재가열의 목적은 주조 과정 중에 형성된 Ti 및/또는 Nb의 탄질화물을 고용시키기 위한 것이고, 본 발명에서 이를 위한 온도의 하한이 1050℃이다. 또한, 1050℃ 이상의 재가열시 Ti 및 /또는 Nb의 탄질화물이 충분히 고용될 수 있다. 하지만, 1250℃를 초과하는 높은 온도까지 가열이 이루어지면 오스테나이트 조직이 성장하여 입자가 조대화될 우려가 있으므로, 재가열온도는 1050~1250℃로 설정한다.In the present invention, the reheating of the steel sheet is 1050 ° C. or more. The purpose of the reheating is to solidify the carbonitride of Ti and / or Nb formed during the casting process, and the lower limit of the temperature for the present invention is 1050 ° C. In addition, carbonitrides of Ti and / or Nb may be sufficiently dissolved upon reheating above 1050 ° C. However, when heating is performed to a high temperature exceeding 1250 ° C., the austenite structure may grow and coarse particles. Therefore, the reheating temperature is set to 1050 to 1250 ° C.
조압연 온도 : 1250℃~TnrRough rolling temperature: 1250 ℃ ~ Tnr
재가열된 강판은 그 형상을 조정하기 위하여 조압연을 실시한다. 이 경우, 조압연 온도는 오스테나이트의 재결정이 멈추는 온도(Tnr) 이상으로 한다. 본 조압연 온도 조건에 의하면, 주조 중에 형성된 덴드라이트 등 주조 조직을 파괴시킬 수 있고 오스테나이트를 미세화하는 효과도 얻을 수 있다.The reheated steel sheet is subjected to rough rolling to adjust its shape. In this case, the rough rolling temperature is at least the temperature Tnr at which recrystallization of austenite stops. According to the present rough rolling temperature conditions, casting structures such as dendrites formed during casting can be destroyed, and the effect of miniaturizing austenite can also be obtained.
사상 압연 온도: Tnr~BsFinish rolling temperature: Tnr ~ Bs
조압연 이후, 오스테나이트 조직에 불균일 미세조직을 도입하기 위한 방법으로 사상 압연을 실시한다. 본 발명에서 사상 압연 온도는 오스테나이트 재결정 온도(Tnr)로부터 베이나이트 변태 시작온도(Bs) 이상으로 설정한다. After rough rolling, finishing rolling is performed by the method for introducing a nonuniform microstructure into an austenite structure. In the present invention, the finishing rolling temperature is set from the austenite recrystallization temperature (Tnr) to the bainite transformation start temperature (Bs) or more.
냉각 조건 : 5℃/s 이상의 냉각 속도, 250~400℃ 범위에서 냉각 종료Cooling condition: Cooling rate over 5 ℃ / s, end of cooling at 250 ~ 400 ℃
본 발명의 냉각 조건은 본 발명의 주요한 특징 중의 하나로서, 도 3의 Route ③과 같이 강판의 조직을 베이니틱 페라이트 조직으로 형성하기 위하여 제어할 필요가 있다. 이 경우, 5℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각, 바람직하게는 수냉을 시키며, Bf 온도(베이나이트 변태가 종료되는 온도를 의미함) 이하인 250~400℃의 범위 에서 냉각을 종료한다. 이러한 냉각 조건에 의하면, 강재의 미세 조직은 베이니틱 페라이트을 기지 조직으로 미세한 평균 크기를 가지는 MA 조직을 포함하는 조직을 형성할 수 있다. Cooling conditions of the present invention is one of the main features of the present invention, it is necessary to control the structure of the steel sheet to form a bainitic ferrite structure as shown in Route 3 of FIG. In this case, cooling is performed at a cooling rate of 5 ° C./s or more, preferably water cooling, and the cooling is terminated in the range of 250 ° C. to 400 ° C. which is equal to or lower than the Bf temperature (meaning the temperature at which the bainite transformation ends). According to such cooling conditions, the microstructure of the steel can form a tissue including MA tissue having a fine average size using bainitic ferrite as a known structure.
냉각속도가 5℃/s 미만으로 느린 경우(도 3의 Route ①) 또는, 냉각 속도가 5℃/s 이상이더라도 냉각 종료 온도가 Bf를 넘는 온도인 경우(도 3의 Route ②) 에는 기지 조직이 그래뉼라 페라이트 형태로 나타나므로 690MPa 이상의 충분한 항복 강도를 얻기 어렵다.If the cooling rate is slower than 5 ° C / s (Route ① in Fig. 3) or if the cooling end temperature is more than Bf (Route ② in Fig. 3) even if the cooling rate is 5 ° C / s or more, It appears in granular ferrite form, so it is difficult to obtain sufficient yield strength of 690 MPa or more.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
(실시예)(Example)
본 발명에서 대상으로 하고 있는 제조방법으로 표 1에 기재된 조성을 가지는 발명재(A1~A6) 및 비교재(B1~B4) 슬라브를 제조하였다. Inventive material (A1-A6) and comparative material (B1-B4) slab which have the composition of Table 1 were manufactured by the manufacturing method made into object by this invention.
상기 표 1에 기재된 각각의 성분으로 제조된 강 슬라브를 표 2와 같은 방식으로 압연 및 냉각을 실시하였다. Steel slabs made of the components shown in Table 1 above were rolled and cooled in the same manner as in Table 2.
두께
(mm)Slab
thickness
(mm)
추출온도
(℃)Reheat
Extraction temperature
(℃)
종료온도
(℃)Crude rolling
End temperature
(℃)
개시온도
(℃)Rolling
Start temperature
(℃)
종료온도
(℃)Rolling
End temperature
(℃)
속도
(℃/s)Cooling
speed
(℃ / s)
종료
온도Cooling
End
Temperature
고온Cooling shutdown temperature
High temperature
상기 표 2의 제조조건에 의하여 생산된 강판에 대하여 항복 강도, 인장 강도, 조직 중 MA 분율 및 DBTT 특성을 평가하였고 그 결과를 하기 표 3에 발명예(A) 및 비교예(B)로 나타내었다. The yield strength, tensile strength, MA fraction in the structure and DBTT characteristics of the steel sheets produced by the manufacturing conditions of Table 2 were evaluated, and the results are shown in Table 3 as Inventive Example (A) and Comparative Example (B). .
번호Steel grade
number
(mm)Thickness
(mm)
(MPa)Yield strength
(MPa)
(MPa)The tensile strength
(MPa)
(%)MA fraction
(%)
(℃)DBTT
(℃)
상기 표 3을 보면, 본 발명의 성분계 및 제조조건을 만족하는 A1~A3의 a, b 및 c 강재는 MA 분율이 1% 이하를 나타냈으며, 항복 강도, 인장 강도 및 DBTT 특성이 모두 본 발명의 목적에 부합하였다.Referring to Table 3, the a, b and c steels of A1 to A3 satisfying the component system and manufacturing conditions of the present invention exhibited a MA fraction of 1% or less, and all of the yield strength, tensile strength and DBTT characteristics of the present invention. The purpose was met.
반면, 성분계가 본 발명의 범위에서 벗어난 B1~B4의 모든 강재들은 항복 강도, 인장 강도는 물론 DBTT 특성까지 모두 좋지 않게 나타났다. 또한, 성분계는 만족하나 냉각 속도가 본 발명의 조건을 벗어난 A1-d, A2-d, A3-d 및 A4-d 강재들과, 사상 압연 온도가 Tnr보다 높은 A1-e, A2-e, A3-e 및 A4-e는 항복 강도 특성에서 문제가 나타났는데, 이는 베이니틱 페라이트의 주조직을 구성하는데 문제가 있기 때문인 것으로 판단된다. 나아가, 냉각 종료 온도가 고온인 A1-f, A2-f, A3-f 및 A4-f는 항복 강도 뿐만 아니라 인장 강도 및 DBTT 특성에도 문제를 나타냈다.On the other hand, all the steel materials of the B1 ~ B4 component system is out of the scope of the present invention was not good all yield strength, tensile strength as well as DBTT characteristics. In addition, A1-d, A2-d, A3-d and A4-d steels satisfying the component system but having a cooling rate outside the conditions of the present invention, and A1-e, A2-e, and A3 having a finishing rolling temperature higher than Tnr -e and A4-e exhibited problems in yield strength characteristics, which may be due to problems in constructing the main structure of bainitic ferrite. Furthermore, A1-f, A2-f, A3-f and A4-f having high cooling end temperatures showed problems not only in yield strength but also in tensile strength and DBTT characteristics.
종합하면, 본 발명에 의하면 강도 특성과 저온 인성 특성이 모두 우수한 강재를 제공할 수 있어 극한지 환경에서도 유용하게 건축 구조물 등에 사용될 수 있으며, 별도의 조질 처리를 필요로 하지 않기 때문에 경제성과 생산성이 우수하다는 특성을 갖는다.In summary, according to the present invention, it is possible to provide a steel having excellent strength and low temperature toughness, so that it can be usefully used in building structures even in an extreme cold environment, and since it does not require a separate tempering treatment, it is excellent in economy and productivity. Has the property of
도 1은 본 발명 강재의 조직을 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진1 is a photograph of a tissue of the present invention steel observed with a scanning electron microscope
도 2는 본 발명에서 제공하는 냉각 종료 온도에 따른 강재의 항복 강도와 연성 취성 천이 온도(DBTT)를 나타낸 그래프Figure 2 is a graph showing the yield strength and ductile brittle transition temperature (DBTT) of the steel according to the cooling end temperature provided by the present invention
도 3은 본 발명의 제조과정 중 강판 내부의 온도 거동을 시간에 따라 개략적으로 도시한 그래프Figure 3 is a graph schematically showing the temperature behavior inside the steel sheet over time during the manufacturing process of the present invention over time
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