KR20140023787A - Low carbon high strength steel plates with good low temperature toughness and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a low-carbon high-strength steel sheet excellent in low-temperature toughness.
산업 발전에 따라 건축물, 산업 설비, 교량, 선박 등이 점점 대형화되고 있어 이들을 안정적으로 건설하거나 제조하기 위해서는 고강도 고인성의 철강재료의 사용이 요구된다.As the industry develops, buildings, industrial facilities, bridges, ships and the like are becoming larger and larger, so that it is required to use high-strength and high-strength steel materials to construct or manufacture them stably.
더욱이 최근에는 지진이나 해일 등의 자연재해로부터 사람과 시설물을 안전하게 보호하고 심해와 극지방 등에서의 강한 압력과 저온에서의 파괴를 견뎌내기 위해, 높은 강도와 상온 및 저온에서의 높은 인성을 구비한 철강재료가 요구되고 있다.In recent years, in order to safely protect people and facilities from natural disasters such as earthquakes and tsunamis, and to withstand strong pressure in deep sea and polar regions and breakage in low temperature, steel materials having high strength and high toughness at room temperature and low temperature .
한편, 고강도와 고인성을 구비한 철강재료를 제조하기 위한 방법의 하나인, 새로운 조성의 합금설계 및 개발에는 오랜 시간이 소요될 뿐 아니라, 설령 개발이 완료되었다 하더라도 첨가되는 합금원소의 가격변동에 따라 개발된 재료의 적용 여부가 크게 좌우되는 문제점이 있다.On the other hand, it takes a long time to design and develop alloys of a new composition, which is one of the methods for manufacturing steel materials having high strength and high toughness. In addition, even if the development is completed, There is a problem that the application of the developed material is greatly influenced.
이에 비해, 재료의 압연 공정이나 열처리 공정의 조절을 통해 재료의 미세조직을 제어하여 철강재료의 물성을 향상시키는 방법은, 기존에 개발된 재료 또는 약간 변형된 재료만을 사용하기 때문에, 신규 합금설계 방법에 비해 경제적으로 유리하다.On the other hand, the method of improving the physical properties of the steel material by controlling the microstructure of the material by controlling the material rolling process or the heat treatment process uses only the previously developed material or a slightly deformed material, Which is economically advantageous.
현재 고강도 라인파이프강에는 주 미세조직을 베이나이트계 페라이트로 제어된 것이 사용되고 있다. 그런데, 이 강은 높은 강도에 비해 인성과 저온 물성이 낮아서 그 용도가 매우 제한적이었다. 이에 따라, 이 강의 낮은 인성을 향상시키기 위해서 베이나이트계 저온변태상을 미세하게 형성시켜 결정립이 미세화시켜 인성을 향상시키고자 하는 연구가 이루어져 왔다.At present, high-strength line pipe steel is mainly controlled by bainite ferrite. However, this steel has very low toughness and low temperature properties compared to high strength, and its application is very limited. In order to improve the low toughness of the steel, therefore, studies have been made to finely form a bainite low temperature transformation phase to make the crystal grains finer and to improve toughness.
일반적으로 고강도 고인성 라인파이프강 제조 시에는, 냉각종료온도가 낮아짐에 따라 결정립이 미세화되고 저온 변태상의 분율이 증가해 항복강도도 증가하지만, 냉각종료온도가 일정 온도 이하로 내려가면 오히려 항복강도가 감소하고 인장 강도는 증가하는 현상이 발생하는데, 이는 MA(martensite~austenite constituent)와 같은 이차 상의 분율과 밀접한 관련이 있다. 그리고, 냉각속도가 증가하면 결정립 크기가 전반적으로 감소하면서 상대적으로 저온에서 생성되는 상들의 분율이 높아져 강도는 증가하지만 연성과 인성은 감소하는 현상이 발생한다.
Generally, in the manufacture of high-strength and high-strength line pipe steel, as the cooling termination temperature is lowered, the crystal grains are refined and the fraction of the low-temperature transformation phase is increased to increase the yield strength. However, if the cooling termination temperature falls below a certain temperature, And the tensile strength increases, which is closely related to the fraction of secondary phases such as MA (martensite to austenite constituent). As the cooling rate increases, the crystal grain size decreases overall, while the proportion of the phases generated at relatively low temperatures increases, so that the strength increases but the ductility and toughness decrease.
본 발명의 과제는, 철강재료의 제조 시 냉각 속도 및 냉각 종료 온도를 최적화하여, 철강재료의 미세조직이 베이나이트계 조직을 기반으로 하는 복잡한 미세조직을 갖도록 하여, 고강도와 함께 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판을 제공하는 데 있다. The object of the present invention is to optimize the cooling rate and the cooling termination temperature in the production of the steel material so that the microstructure of the steel material has a complicated microstructure based on the bainite-based structure, Strength steel sheet.
또한, 본 발명의 다른 과제는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a low-carbon high-strength steel sheet excellent in low-temperature toughness.
상기 과제를 달성하기 위한 수단으로 본 발명은, 탄소(C) 0.01 ~ 0.09 중량%, 규소(Si) 0.01 ~ 0.6 중량%, 망간(Mn) 0.5 ~ 5.0 중량%, 니켈(Ni) 0.01 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.01 ~ 0.6 중량%, 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중에서 선택된 1종 이상 0.01 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.02 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 붕소(B) 0.003 중량% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세 조직은, 면적분율로 침상형 페라이트(AF) 조직 60% 이상과, 베이나이트계 페라이트(BF) 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판을 제공한다.As a means for achieving the above object, the present invention, carbon (C) 0.01 ~ 0.09% by weight, silicon (Si) 0.01 ~ 0.6% by weight, manganese (Mn) 0.5 ~ 5.0% by weight, nickel (Ni) 0.01 ~ 1.0 weight %, Molybdenum (Mo) 0.01 to 0.6% by weight, at least one selected from niobium (Nb) and vanadium (V) 0.01 to 1.0% by weight, 0.02% by weight or less of titanium (Ti), 0.5% by weight or less of chromium (Cr), 0.05% by weight or less of aluminum (Al), 0.003% by weight or less of boron (B), residual iron (Fe), and other unavoidable impurities, and the microstructure comprises 60% or more of acicular ferrite (AF) structure by area fraction, It provides a low-carbon high strength steel sheet excellent in low temperature toughness, characterized in that it comprises a bainite-based ferrite (BF) structure.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 미세 조직은, 마르텐사이트 조직을 추가로 포함하고, 바람직하게는 상기 베이나이트계 페라이트(BF) 조직과 상기 마르텐사이트 조직의 면적분율의 합이 10% 이상이다.In the steel sheet according to the present invention, the microstructure further includes martensite structure, and preferably the sum of the area fractions of the bainite-based ferrite (BF) structure and the martensite structure is 10% or more. to be.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 미세 조직은, 바람직하게는 침상형 페라이트(AF) 조직의 면적분율은 65% 이상이고, 입상형 베이나이트(GB) 조직의 면적분율은 25% 이하이다.In the steel sheet according to the present invention, the microstructure preferably has an area fraction of acicular ferrite (AF) structure of 65% or more and an area fraction of granular bainite (GB) structure of 25% or less. .
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 탄소(C)는 0.03 ~ 0.06 중량%이고, 상기 규소(Si)는 0.01 ~ 0.5 중량%이고, 상기 망간(Mn)은 1.5 ~ 2.5 중량%이고, 상기 니켈(Ni)은 0.3 ~ 0.6 중량%이고, 상기 몰리브덴(Mo)은 0.1 ~ 0.5 중량%일 수 있다.In the steel sheet according to the present invention, the carbon (C) is 0.03 to 0.06 wt%, the silicon (Si) is 0.01 to 0.5 wt%, the manganese (Mn) is 1.5 to 2.5 wt% The content of nickel (Ni) is 0.3 to 0.6% by weight, and the content of molybdenum (Mo) is 0.1 to 0.5% by weight.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 미세 조직의 평균 결정립 크기는 25㎛ 이하일 수 있다.In the steel sheet according to the present invention, the average grain size of the microstructure may be 25 탆 or less.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 강판의 인장강도가 800 MPa 이상, 바람직하게는 900 MPa 이상일 수 있다.Further, in the steel sheet according to the present invention, the tensile strength of the steel sheet may be 800 MPa or more, preferably 900 MPa or more.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 강판의 상온에서의 충격에너지가 230J 이상일 수 있다.Further, in the steel sheet according to the present invention, the impact energy at room temperature of the steel sheet may be 230 J or more.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 강판의 -40℃에서의 충격에너지가 230J 이상일 수 있다.Further, in the steel sheet according to the present invention, the impact energy of the steel sheet at -40 ° C may be 230 J or more.
또한, 본 발명에 따른 강판에 있어서, 상기 강판의 연신율이 10% 이상일 수 있다.Further, in the steel sheet according to the present invention, the elongation percentage of the steel sheet may be 10% or more.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 탄소(C) 0.01 ~ 0.09 중량%, 규소(Si) 0.01 ~ 0.6 중량%, 망간(Mn) 0.5 ~ 5.0 중량%, 니켈(Ni) 0.01 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.01 ~ 0.6 중량%, 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중에서 선택된 1종 이상 0.01 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.02 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 붕소(B) 0.003 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100 ~ 1200℃로 가열하는 가열단계와, 상기 가열단계에서 가열된 강 슬라브를 Ar3 온도 이상에서 80 ~ 90%의 압하율로 압연하는 제어압연단계와, 압연된 강판을 770℃까지 공랭시키는 공랭단계와, 공랭한 강판을 20 ~ 35℃/초의 냉각속도로 400 ~ 500℃까지 가속냉각시키는 가속냉각단계를 포함하는 저온인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법을 제공한다.As a means for solving the other problems, the present invention, carbon (C) 0.01 ~ 0.09% by weight, silicon (Si) 0.01 ~ 0.6% by weight, manganese (Mn) 0.5 ~ 5.0% by weight, nickel (Ni) 0.01 ~ 1.0 % By weight, molybdenum (Mo) 0.01 to 0.6% by weight, at least one selected from niobium (Nb) and vanadium (V) 0.01 to 1.0% by weight, 0.02% by weight or less of titanium (Ti), 0.5% by weight or less of chromium (Cr) A heating step of heating the steel slab containing 0.05 wt% or less of aluminum (Al), 0.003 wt% or less of boron (B), the balance of iron (Fe), and other unavoidable impurities to 1100 to 1200 ° C., and the heating step A controlled rolling step of rolling the finished steel slab at a reduction ratio of 80 to 90% above the Ar3 temperature, an air cooling step of air cooling the rolled steel sheet to 770 ° C, and 400 cooling the air cooled steel sheet at a cooling rate of 20 to 35 ° C / sec. It provides a method for producing a high strength steel sheet excellent in low temperature toughness including an accelerated cooling step to accelerate to ~ 500 ℃.
또한, 본 발명에 따른 강판의 제조방법에 있어서, 상기 강판의 미세 조직은, 면적분율로 침상형 페라이트(AF) 조직 60% 이상과, 베이나이트계 페라이트(BF) 조직을 포함할 수 있다.In addition, in the method for manufacturing a steel sheet according to the present invention, the microstructure of the steel sheet may include 60% or more of acicular ferrite (AF) structure and bainite ferrite (BF) structure in an area fraction.
또한, 본 발명에 따른 강판의 제조방법에 있어서, 상기 강판의 미세 조직은, 침상형 페라이트(AF) 조직의 면적분율이 60% 이상이고, 입상형 베이나이트(GB) 조직을 포함할 수 있다.Further, in the method for manufacturing a steel sheet according to the present invention, the microstructure of the steel sheet may include a granular bainite (GB) structure having an area fraction of the acicular type ferrite (AF) structure of 60% or more.
또한, 본 발명에 따른 강판의 제조방법에 있어서, 상기 탄소(C)는 0.03 ~ 0.06 중량%이고, 상기 규소(Si)는 0.01 ~ 0.5 중량%이고, 상기 망간(Mn)은 1.5 ~ 2.5 중량%이고, 상기 니켈(Ni)은 0.3 ~ 0.6 중량%이고, 상기 몰리브덴(Mo)은 0.1 ~ 0.5 중량%일 수 있다.In the method for manufacturing a steel sheet according to the present invention, the carbon (C) is 0.03 to 0.06 wt%, the silicon (Si) is 0.01 to 0.5 wt%, the manganese (Mn) , The nickel (Ni) is 0.3 to 0.6 wt%, and the molybdenum (Mo) is 0.1 to 0.5 wt%.
또한, 본 발명에 따른 강판의 제조방법에 있어서, 상기 강판의 인장강도가 800 MPa 이상일 수 있다.Further, in the method for manufacturing a steel sheet according to the present invention, the tensile strength of the steel sheet may be 800 MPa or more.
또한, 본 발명에 따른 강판의 제조방법에 있어서, 상기 강판의 -40℃에서의 충격에너지가 230J 이상일 수 있다.Further, in the method of manufacturing a steel sheet according to the present invention, the impact energy of the steel sheet at -40 캜 may be 230 J or more.
또한, 본 발명에 따른 강판의 제조방법에 있어서, 상기 가속냉각단계 후에는 상온까지 공랭하는 단계를 포함할 수 있다.
Further, in the method of manufacturing a steel sheet according to the present invention, after the accelerated cooling step, the step of cooling the steel sheet to room temperature may be included.
본 발명에 의하면, 미세 조직 내에 침상형 페라이트 조직의 면적분율을 60% 이상으로 유지하여 우수한 상온 및 저온인성을 확보함과 동시에, 일정 이상의 경질 조직과 함께 미세 조직의 전체의 결정립을 매우 미세하게 제어할 수 있어, 비교적 고강도의 강판을 얻을 수 있다.According to the present invention, the area fraction of the acicular type ferrite structure in the microstructure is maintained at 60% or more to ensure excellent room temperature and low temperature toughness, and the crystal grains of the entire microstructure can be controlled very finely And a relatively high strength steel sheet can be obtained.
이에 따라 종래 개발된 고강도 라인파이프강에서 적용하기 어려웠던 한대 또는 극지방과 같은 저온 환경용 건축물, 산업 설비, 교량, 선박시설물에도 본 발명에 따른 강판의 적용이 가능하게 된다.
Accordingly, it is possible to apply the steel sheet according to the present invention to buildings, industrial facilities, bridges, and marine facilities for low-temperature environments such as one-pole or polar regions that were difficult to apply to conventionally developed high-strength line pipe steel.
도 1은 본 발명에 따른 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 비교예 1 및 비교예 2의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1과 실시예 3의 EBSD 사진이다.1 is a process flow chart schematically showing a method of manufacturing a low-carbon high-strength steel sheet excellent in low-temperature toughness according to the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 according to the present invention.
3 is a photograph of an EBSD according to the first and third embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.It should also be understood that the terms or words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense and that the inventors may properly define the concept of the term to best describe its invention And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명자들은 아한대, 한대 또는 극지와 같은 저온 환경에서 사용되는 건축물, 교량, 선박 등에 적용할 수 있는 저온 인성과 강도를 구비한 강판을 저비용으로 제공하기 위한 연구개발 결과, 고가의 합금원소를 소량 포함한 저탄소강의 압연공정 및 열처리 공정의 제어를 통해, 결정립 크기가 매우 작고 인성이 강한 침상형 페라이트 조직을 주 미세조직으로 하고 강도를 부여하는 경질 미세조직을 부 미세조직이 되도록 제어할 경우, 우수한 저온 강도와 적절한 강도를 동시에 구현할 수 있음을 밝혀내어 본 발명에 이르게 되었다.As a result of research and development to provide a steel plate having low temperature toughness and strength that can be applied to buildings, bridges, ships, etc. used in low temperature environments such as sub-surface, By controlling the rolling microstructure of the low carbon steel and control of the heat treatment process, it is possible to control the hard microstructure, which has very small grain size and strong toughness of the needle-like ferrite structure as the main microstructure and gives the strength as the microstructure, And an appropriate strength can be realized at the same time, leading to the present invention.
본 발명에 따른 저온 인성이 우수한 고강도 강판은, 탄소(C) 0.01 ~ 0.09 중량%, 규소(Si) 0.01 ~ 0.6 중량%, 망간(Mn) 0.5 ~ 5.0 중량%, 니켈(Ni) 0.01 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.01 ~ 0.6 중량%, 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중에서 선택된 1종 이상 0.01 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.02 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 붕소(B) 0.003 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세 조직은 면적분율로 침상형 페라이트(AF)는 60% 이상이고, 입상형 베이나이트(GB)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판을 제공한다.A high strength steel sheet excellent in low temperature toughness according to the present invention is characterized by comprising 0.01 to 0.09% by weight of carbon (C), 0.01 to 0.6% by weight of silicon (Si), 0.5 to 5.0% by weight of manganese (Mn) 0.01 to 0.6% by weight of molybdenum (Mo), 0.01 to 1.0% by weight of at least one selected from the group consisting of niobium (Nb) and vanadium (V), 0.02% (Fe) balance and other unavoidable impurities, wherein the microstructure has an area fraction and the needle-shaped ferrite (AF) is 60% or more, and the granular phase (B) is 0.003 wt% or less, (GB). The low-carbon high-strength steel sheet is excellent in low-temperature toughness.
이하, 본 발명에 따른 강판의 조성 및 미세 조직에 대한 수치 한정의 이유에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the reasons for limiting the numerical values for the composition and microstructure of the steel sheet according to the present invention will be described in detail.
탄소(C): 0.01 ~ 0.09 중량%Carbon (C): 0.01 to 0.09 wt%
탄소는 고용강화를 통하여 금속 및 용접부의 기지를 강화하는 가장 효과적인 원소이며, 작은 크기의 세멘타이트, 바나듐(V) 및 니오븀(Nb) 탄질화물 및 몰리브덴(Mo) 탄화물의 형성에 의한 석출경화에 의한 강화 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 탄소의 함량이 0.01 중량% 이하일 경우에는 베이나이트(bainite)와 마르텐사이트(martensite)로 구성된 다양한 저온변태조직을 얻기 어려워 1.0 GPa 이상의 인장강도를 나타낼 수 없는 문제가 있고, 0.09 중량%를 초과하는 경우에는 인성이 크게 저하되는 문제가 있으므로, 상기 범위가 바람직하며, 보다 바람직한 탄소 함량은 0.03 ~ 0.06중량%이다.Carbon is the most effective element for strengthening the base of metals and welds through solid solution strengthening and by precipitation hardening by the formation of small size cementite, vanadium (V) and niobium (Nb) carbonitride and molybdenum (Mo) It is an alloy element capable of obtaining a strengthening effect. When the content of carbon is 0.01% by weight or less, it is difficult to obtain various low-temperature transformation structures composed of bainite and martensite, so that a tensile strength of 1.0 GPa or more can not be exhibited. When the content of carbon is more than 0.09% , There is a problem that the toughness is significantly lowered. Therefore, the above range is preferable, and the more preferable carbon content is 0.03 to 0.06% by weight.
실리콘(Si): 0.01 ~ 0.6 중량%Silicon (Si): 0.01 to 0.6 wt%
실리콘은 고용강화 원소로 효과를 나타낼 뿐만 아니라, 탈산 및 강도향상을 위해 첨가되는 합금원소이다. 실리콘의 함량이, 0.01 중량% 미만인 경우에는 탈산 효과가 충분하게 나타나지 않고, 0.6 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되므로, 상기 범위가 바람직하며, 보다 바람직한 실리콘 함량은 0.01 ~ 0.5중량%이다.Silicon is an alloying element added not only to enhance the solubility strengthening element but also to enhance deoxidation and strength. When the content of silicon is less than 0.01% by weight, the deoxidizing effect is not sufficiently exhibited. When it exceeds 0.6% by weight, the toughness and weldability are lowered. to be.
망간(Mn) : 0.5 ~ 5.0 중량%Manganese (Mn): 0.5-5.0 wt%
망간은 고용강화를 위해 첨가되며, 낮은 탄소 함량에 의해 감소된 경화능을 보상하여 베이나이트와 마르텐사이트 조직의 형성을 촉진하는 합금원소이다. 망간 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 강판의 강도가 저하되어 고강도 강판을 제조할 수 없고, 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 제강공정에서 슬라브 주조시 중심편석을 조장하고 인성과 용접성의 저하되므로, 상기 범위가 바람직하며, 보다 바람직한 망간 함량은 1.5 ~ 2.5중량%이다.Manganese is added for solid solution strengthening and is an alloying element that promotes the formation of bainite and martensite structure by compensating for the reduced hardenability by low carbon content. When the content of manganese is less than 0.5 wt%, the strength of the steel sheet is lowered to make it impossible to produce a high-strength steel sheet. When the manganese content is more than 5.0 wt%, center segregation is promoted during slab casting in the steelmaking process, , More preferably, the manganese content is from 1.5 to 2.5% by weight.
니켈(Ni) : 0.01 ~ 1.0 중량%Nickel (Ni): 0.01 to 1.0 wt%
니켈은 저탄소강에서 현장 용접성 및 저온인성을 해치지 않고 강도와 인성 향상에 효과적인 합금원소이다. 니켈의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 강도와 인성이 저하되는 문제가 있고, 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 제조비용이 증가하는 문제가 있으므로, 상기 범위가 바람직하며, 보다 바람직한 니켈 함량은 0.3 ~ 0.6중량%이다.Nickel is an alloying element that is effective in improving strength and toughness without compromising on-site weldability and low temperature toughness in low carbon steel. When the content of nickel is less than 0.01% by weight, the strength and toughness are deteriorated. When the content of nickel exceeds 1.0% by weight, the production cost is increased. 0.6% by weight.
몰리브덴(Mo) : 0.01 ~ 0.6 중량%Molybdenum (Mo): 0.01 to 0.6 wt%
몰리브덴은 크롬과 같이 경화능을 증가시키는 원소로서 특히 붕소와 함께 첨가될 경우 경화능 향상효과는 매우 크고, 또한 니오븀(Nb)과 함께 첨가될 경우에는 오스테나이트 재결정을 억제하여 결정립 미세화에 기여하는 합금원소이다. 몰리브덴의 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 경화능의 저하로 강도와 인성 확보에 필요한 베이나이트계 페라이트 분율이 줄어들고, 0.6 중량%를 초과하는 경우에는 제조비용이 증가하고, 인성과 용접성이 저하되므로, 상기 범위가 바람직하며, 보다 바람직한 몰리브덴의 함량은 0.1 ~ 0.5중량%이다.Molybdenum is an element that increases the hardenability such as chromium. Especially when added together with boron, the effect of improving the hardenability is very high. In addition, when added together with niobium (Nb), an alloy which inhibits austenite recrystallization and contributes to grain refinement It is an element. When the content of molybdenum is less than 0.01% by weight, the bainite ferrite fraction required for securing strength and toughness is reduced due to the decrease in hardenability. When the content exceeds 0.6% by weight, the production cost is increased and the toughness and weldability are lowered. The above range is preferable, and the content of molybdenum is more preferably 0.1 to 0.5 wt%.
니오븀(Nb) 및 바나늄(V) 중에서 선택된 1종 이상: 0.01 ~ 0.1 중량%At least one selected from niobium (Nb) and vananium (V): 0.01 to 0.1 wt%
니오븀은 결정립 미세화를 통하여 강도와 인성을 동시에 향상시키는 역할을 하는 합금원소이다. 열간압연 중 생성되는 니오븀 탄질화물은 오스테나이트 재결정을 억제하고 결정립 성장을 막아서 오스테나이트 결정립을 미세하게 하며, 특히 니오븀(Nb)은 몰리브덴(Mo)과 함께 첨가될 때 오스테나이트 재결정을 억제하여 결정립미세화 효과를 증대시킨다. 니오븀의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우 상기한 효과를 구현할 수 없는 문제가 있고, 0.1 중량%를 초과하는 경우에는 효과의 상승을 기대하기 어려울 뿐만 아니라 과도한 니오븀(Nb) 탄질화물의 석출에 의해 오스테나이트 미재결정 온도를 지나치게 높이기 때문에 재질 이방성이 증가하고 비용이 증가하며 용접성 및 용접 열영향부의 인성에 나쁜 영향을 주게 되므로, 상기 범위가 바람직하다. 또한, 바나듐은 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도 증가에 기여하는 합금원소이다. 바나듐의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 상기 효과를 구현할 수 없으며, 0.10 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되는 문제가 있으므로, 상기 범위가 바람직하다. 상기 니오븀과 바나듐이 동시에 첨가될 경우, 그 합이 0.1중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.Niobium is an alloying element that plays a role in simultaneously improving strength and toughness through grain refinement. The niobium carbonitride produced during hot rolling suppresses austenite recrystallization and inhibits grain growth, thereby finely austenite grains, and particularly when niobium (Nb) is added together with molybdenum (Mo), it inhibits austenite recrystallization, Increase the effect. If the content of niobium is less than 0.01% by weight, the above-mentioned effect can not be achieved. If the content of niobium exceeds 0.1% by weight, it is difficult to expect an increase in the effect, and excessive precipitation of niobium (Nb) The non-recrystallization temperature is excessively increased, the material anisotropy is increased, the cost is increased, and the weldability and the toughness of the weld heat affected zone are adversely affected. Further, vanadium is an alloy element that forms a carbide or nitride and contributes to an increase in strength. When the content of vanadium is less than 0.01% by weight, the above effect can not be achieved. When the content of vanadium exceeds 0.10% by weight, toughness and weldability are deteriorated. When the niobium and vanadium are simultaneously added, it is preferable that the sum does not exceed 0.1% by weight.
티타늄(Ti) : 0.02 중량% 이하Titanium (Ti): 0.02 wt% or less
티타늄은 석출물을 형성하여 강도를 향상시키는 합금원소이나, 티타늄의 함량이 0.02 중량%를 초과하는 경우에는 석출물이 조대화되어 인성이 저하되는 문제가 있으므로, 상기 범위가 바람직하다.Titanium is an alloying element which improves the strength by forming precipitates. When the content of titanium exceeds 0.02% by weight, precipitates are coarsened and the toughness is lowered. Therefore, the above range is preferable.
크롬(Cr) : 0.5 중량% 이하Cr (Cr): not more than 0.5% by weight
크롬은 망간과 같이 낮은 탄소 함량에서도 냉각 시 충분한 경화능을 확보할 수 있도록 해 주는 선택적으로 첨가되는 합금원소이다. 크롬의 함량이 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되므로, 0.5중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.Chromium is an alloying element that is added selectively to ensure sufficient hardenability during cooling even at low carbon contents such as manganese. If the content of chromium exceeds 0.5% by weight, the toughness and weldability deteriorate. Therefore, the content of chromium is preferably 0.5% by weight or less.
알루미늄(Al) : 0.05 중량% 이하Aluminum (Al): not more than 0.05% by weight
알루미늄은 실리콘(Si)과 같이 탈산제의 역할을 할 수 있는 원소로 선택적으로 첨가되는 원소이다. 알루미늄의 함량이 0.05 중량%를 초과하는 경우에는 비금속산화물인 Al2O3를 형성하여 모재와 용접부의 인성을 저하시키므로, 알루미늄은 0.05 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. Aluminum is an element which is selectively added as an element capable of acting as a deoxidizing agent such as silicon (Si). When the content of aluminum exceeds 0.05% by weight, Al 2 O 3 , which is a non-metallic oxide, is formed to lower the toughness of the base material and the welded portion. Therefore, aluminum is preferably added in an amount of 0.05% by weight or less.
붕소(B) : 0.003 중량% 이하Boron (B): not more than 0.003% by weight
붕소는 저탄소강에서 경화능을 향상시키고, 용접성과 저온균열 저항성을 증가시키는 합금원소이다. 특히, 몰리브덴(Mo) 및 니오븀(Nb)의 경화능 향상효과를 증대시키는 역할을 하며 결정립계의 강도를 증가시켜 수소에 의하여 발생하는 입내균열을 억제한다. 그러나 과도한 붕소의 첨가는 Fe23(C,B)6 석출에 의한 취화의 원인이 된다. 이에 따라, 붕소의 함량은 다른 경화능 원소의 함량을 고려하여 결정하여야 하는데, 0.003 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.Boron is an alloying element that improves hardenability in low carbon steel and increases weldability and cold crack resistance. In particular, it plays a role of enhancing the hardenability of molybdenum (Mo) and niobium (Nb), and increases the strength of grain boundaries to suppress cracks in the grain caused by hydrogen. However, excessive addition of boron causes embrittlement due to precipitation of Fe 23 (C, B) 6 . Accordingly, the content of boron should be determined in consideration of the contents of other hardenable elements, and it is preferably added in an amount of 0.003 wt% or less.
기타 불가피한 불순물Other unavoidable impurities
강의 원료 또는 제조 과정에서 강의 내부에는 의도하지 않은 불순물을 포함되는데, 대표적인 인(P), 황(S), 질소(N) 등은 강의 물성을 저하시키므로, 최소화시키는 것이 바람직하다.The phosphorus (P), sulfur (S), nitrogen (N) and the like decrease the physical properties of the steel, so that it is preferable to minimize the impurities.
또한, 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)의 경우, 그 함량이 많을 경우 강의 가격을 상승시켜 적용을 어렵게 하므로, 3개 합금원소의 함량의 합이 2.0 중량% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.In the case of nickel (Ni), chromium (Cr) and molybdenum (Mo), which are expensive alloying elements, the content of the three alloying elements is 2.0 weight % Or less.
본 발명에 따른 저탄소 강판의 미세 조직은 다음과 같은 형태학적 분류로 구분하여 정의된다.The microstructure of the low carbon steel sheet according to the present invention is defined by the following morphological classification.
침상형 페라이트(Acicular Ferrite, AF)는 수 ㎛ 크기의 결정립이 불규칙한 형태로 형성되어 있고, 결정립계에는 미세한 이차상들(secondary phases)이 분포하고 있는 조직으로, 강도와 인성의 조합이 우수한 미세조직이다.Acicular ferrite (AF) is a microstructure in which grains with a size of several micrometers are formed irregularly and fine phase secondary phases are distributed in grain boundaries, and a combination of strength and toughness is excellent .
베이나이트계 페라이트(Bainitic Ferrite, BF)는 AF보다 빠른 냉각 조건에서 형성되는 조직으로 결정립의 크기가 수십 ㎛로 크며, 결정립의 내부나 결정립계에 이차상이 래스(lath) 형태로 분포하고 있는 조직으로, 강도는 우수하나 인성이 낮은 미세조직이다.Bainitic ferrite (BF) is a structure which is formed in a cooling condition faster than AF and has a grain size as large as several tens of micrometers, and a secondary phase is distributed in a lath form in the inside of the grain or grain boundaries. It is a microstructure with excellent strength but low toughness.
입상형 베이나이트(Granular Bainite, GB)는 AF보다 느린 냉각 조건에서 형성되고 결정립의 내부에 이차상이 아일랜드(island) 형태로 존재하며, 결정립 크기가 수십 ㎛로 큰 조직으로, 강도와 인성이 비교적 낮은 미세조직이다. 이차상은 대부분 1 ㎛ 내외의 크기로서, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트, 세멘타이트 등이다.Granular Bainite (GB) is formed at a cooling condition slower than that of AF, and the secondary phase exists in the form of an island in the inside of the crystal grains. The grain size is as large as several tens of 탆, and the strength and toughness are relatively low It is a microstructure. The secondary phase is about 1 ㎛ in size, and is composed of martensite, retained austenite and cementite.
마르텐사이트(Martensite)는 가장 낮은 온도 및 가장 빠른 냉각 조건에서 형성되는 조직으로 내부의 전위밀도가 높아 강도는 매우 우수하지만 인성은 낮은 미세조직이다.Martensite is a structure formed at the lowest temperature and the fastest cooling conditions. It has a high internal dislocation density and a high strength but a low microstructure.
본 발명에 따른 강판의 미세조직은, 면적분율로 침상형 페라이트(AF)는 60% 이상과, 입상형 베이나이트(GB)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 면적분율로 10% 이상의 베이나이트계 페라이트(BF)와 마르텐사이트(M)를 포함하는 것이 바람직하다.The microstructure of the steel sheet according to the present invention is characterized in that it comprises 60% or more of needle-shaped ferrite (AF) and granular bainite (GB) at an areal fraction, and 10% or more of bainite ferrite (BF) and martensite (M).
상기 침상형 페라이트(AF) 조직의 분율이 60% 미만일 경우 상온 및 저온 인성을 충분하게 확보할 수 없으므로, 적어도 60% 이상이 되어야 하며, 바람직한 면적분율은 65% 이상, 가장 바람직한 면적분율은 68% 이상이다.If the fraction of the acicular type ferrite (AF) structure is less than 60%, the room temperature and low temperature toughness can not be secured sufficiently. Therefore, it should be at least 60%, preferably 65% or more, Or more.
또한, 입상형 베이나이트(GB) 조직은 결정립 크기가 다른 미세조직에 비해 크기 때문에 25%를 초과하게 되면, 높은 강도를 얻기 어려우므로, 25% 이하가 되도록 유지하는 것이 바람직하며, 10% 이하로 유지하는 것이 보다 바람직하다.Since the grain size of the granular bainite (GB) structure is larger than that of other microstructures, it is difficult to obtain a high strength when the grain size exceeds 25%. Therefore, it is preferable to maintain the grain size to 25% It is more preferable to keep it.
또한, 상기 베이나이트계 페라이트(BF)와 마르텐사이트(M)는 강도를 부여하는 경질 조직으로 10% 미만일 경우 높은 강도를 얻기 어려우므로, 10% 이상인 것이 바람직하다.Further, when the bainite ferrite (BF) and the martensite (M) have a hard structure giving strength, when it is less than 10%, it is difficult to obtain high strength.
또한, 미세조직의 평균 결정립 크기는, EBSD 시험 결과에서 서로 인접한 결정립간의 방위각을 15°로 구분하는 방법으로 측정하였을 때, 유효 결정립 크기가25㎛ 이하가 되지 않으면, 높은 강도와 인성을 구현하기 어렵기 때문에, 25㎛ 이하로 유지되어야 하며, 바람직하게는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 15㎛ 이하로 유지한다.In addition, the average grain size of the microstructure can not be high enough to achieve high strength and toughness when the effective grain size is not less than 25 μm when measured by the method of dividing the azimuth angle between adjacent grains by 15 ° in the EBSD test results , It should be maintained at 25 占 퐉 or less, preferably 20 占 퐉 or less, and more preferably 15 占 퐉 or less.
다음으로, 본 발명에 따른 저온인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법에 대해 설명한다.Next, a method for manufacturing a high strength steel sheet excellent in low temperature toughness according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 저온인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 조성을 갖는 강 슬라브를 1100 ~ 1200℃로 가열하는 가열단계와, 상기 가열단계에서 가열된 슬라브를 Ar3 온도 이상에서 80 ~ 90%의 압하율로 압연하는 제어압연단계, 압연된 강판을 770℃까지 공랭시키는 공랭단계와, 공랭한 강판을 25 ~ 30℃/초의 냉각속도로 400 ~ 500℃까지 가속냉각시키는 가속냉각단계를 포함하여 이루어지며, 상기 가속냉각 후에는 상온까지 공랭으로 냉각할 수 있다.As shown in FIG. 1, a method for manufacturing a high-strength steel sheet excellent in low-temperature toughness according to the present invention includes heating a steel slab having the composition at 1100 to 1200 ° C, heating the slab heated at the heating step to Ar3 temperature , A cooling and cooling step in which the rolled steel sheet is cooled to 770 ° C, and the air-cooled steel sheet is accelerated and cooled to 400 to 500 ° C at a cooling rate of 25 to 30 ° C / sec And an accelerated cooling step. After the accelerated cooling, the cooling can be performed by cooling to room temperature.
상기 가열단계는, 강 슬라브 내에 있는 (Nb,V)(C,N) 등의 모든 탄화물과 탄질화물을 용해시키기 위한 단계로, 가열온도가 1100℃ 미만일 경우 탄화물 또는 탄질화물의 용해가 충분히 이루어지지 못하고, 1200℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 성장하여 결정립 크기가 커지기 때문에, 1100 ~ 1200℃가 바람직하다. 또한, 상기 가열단계의 가열시간은 내부의 탄화물 및 탄질화물이 충분히 용해될 수 있도록 적어도 1 시간 이상 유지하는 것이 바람직하다.The heating step is a step for dissolving all the carbides and carbonitrides such as (Nb, V) (C, N) in the steel slab, and when the heating temperature is less than 1100 ° C, the carbide or carbonitride is sufficiently dissolved If the temperature exceeds 1200 ° C, the austenite grains grow and the crystal grain size becomes larger. Therefore, the temperature is preferably 1100 to 1200 ° C. It is preferable that the heating time of the heating step is maintained for at least one hour so that the internal carbides and carbonitrides can be sufficiently dissolved.
상기 제어압연단계는, 가열된 강 슬라브를 Ar3 온도 이상에서 80 ~ 90%의 압하율로 압연하는 단계이다. 이 단계는 가속냉각 전 오스테나이트 결정립을 미세화시키고, 오스테나이트 내부에 전위나 변형띠와 같은 결함들을 생성시켜 오스테나이트에서 페라이트로의 변태를 촉진함으로써, 최종적인 미세조직의 결정학적 크기를 감소시켜 강도와 인성을 향상시키는 단계이다. 전체 압하율이 80% 미만일 경우 결정립 미세화가 일어나지 않아 고강도 고인성을 얻기 힘들고, 90%를 초과할 경우 내부 전위밀도의 과도한 증가로 인성이 낮아지므로, 전체 압하율은 80 ~ 90%가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.The control rolling step is a step of rolling the heated steel slab at a reduction rate of 80 to 90% at a temperature higher than the Ar3 temperature. This step reduces the crystallographic size of the final microstructure by accelerating the austenite to ferrite transformation by making the austenite grains finer before accelerated cooling and generating defects such as dislocations and strain bands in the austenite, And toughness. When the total reduction is less than 80%, grain refinement does not occur and high strength toughness is hardly obtained. When it exceeds 90%, the toughness is lowered due to excessive increase of internal dislocation density, so that the total reduction rate is maintained at 80 to 90% .
상기 공랭단계는, 제어압연된 강을 770℃까지 공랭시킴으로써, 2상 영역(오스테나이트 + 페라이트)을 통과하는 동안 변형되지 않은 미세한 페라이트가 더 형성되도록 하고, 최종 미세조직에서 침상형 페라이트가 60% 이상, 베이나이트계 페라이트가 10% 이상으로 형성되게 한다. 만약, 침상형 페라이트가 60% 이상 형성되지 못하면 나머지 오스테나이트에서 마르텐사이트나 베이나이트가 형성되어 저온인성이 낮아지는 문제가 생기고, 또한 베이나이트계 페라이트가 10% 이상 형성되지 않으면 고강도를 얻을 수 없으므로, 770℃까지 공랭시키는 것이 바람직하다.The air cooling step causes air to be cooled to 770 DEG C so that untransformed fine ferrite is formed while passing through the two-phase region (austenite + ferrite), and acicular ferrite in the final microstructure is 60% Or more, and bainite ferrite is formed at 10% or more. If not more than 60% of the needle-shaped ferrite is formed, martensite or bainite is formed in the remaining austenite, and the low-temperature toughness is lowered. If the bainite ferrite is not formed at 10% or more, high strength can not be obtained , It is preferable to air-cool to 770 ° C.
상기 가속냉각단계는, 공랭된 강판을 20 ~ 35℃/초의 냉각속도로 400 ~ 500 ℃까지 가속냉각시키는 단계이다. 이 단계는 잔류하고 있는 오스테나이트로부터 입상 베이나이트, 변질 상부 베이나이트, 하부 베이나이트, 래스 마르텐사이트 등의 미세조직이 적정하게 형성되도록 하는 단계이다. 또한, 상기 가속냉각은 물에 의해 수행될 수 있다. 냉각속도가 20℃/초 미만일 경우 AF, GB 와 같은 조직이 주로 형성되어 강도를 만족하지 못하고 하고, 35℃/초를 초과할 경우 BF, M 와 같은 조직이 주로 형성되어 인성을 확보하지 못하므로, 냉각속도는 20 ~ 35℃/초로 유지하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25 ~ 30℃/초로 유지하는 것이다.The accelerated cooling step is a step of accelerating and cooling the air-cooled steel sheet to 400 to 500 ° C at a cooling rate of 20 to 35 ° C / second. This step is a step for appropriately forming microstructures such as granular bainite, altered upper bainite, lower bainite and lath martensite from the remaining austenite. Further, the accelerated cooling can be performed by water. When the cooling rate is less than 20 ° C./second, AF and GB are mainly formed and the strength is not satisfied. When the cooling rate is more than 35 ° C./sec, BF and M are mainly formed and the toughness is not ensured , And the cooling rate is preferably maintained at 20 to 35 DEG C / second, more preferably at 25 to 30 DEG C / second.
이하, 본 발명을 실시예들을 기초로 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
[실시예 1]Example 1
탄소(C) 0.05 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.9 중량%, 니켈(Ni) 0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.04 중량%, 바나듐(V) 0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.015 중량%, 알루미늄(Al) 0.03 중량%, 질소(N) 0.003 중량%, 붕소(B) 0.001 중량%를 포함하는 강 슬라브를 1150℃에서 1 시간 동안 가열시켰다., 0.05 wt% of carbon (C), 0.25 wt% of silicon (Si), 1.9 wt% of manganese (Mn), 0.5 wt% of nickel, 0.2 wt% of chromium (Cr), 0.25 wt% of molybdenum (B) 0.04 wt%, vanadium (V) 0.04 wt%, titanium (Ti) 0.015 wt%, aluminum (Al) 0.03 wt%, nitrogen (N) 0.003 wt% Was heated at 1150 < 0 > C for 1 hour.
가열된 강 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이하 (1080℃)에서 Ar3 온도 (850℃) 까지 88%의 압하율로 압연한 후 770℃까지 공랭하였다.The heated steel slab was rolled at a reduction ratio of 88% from the austenite recrystallization temperature (1080 ° C) to the Ar3 temperature (850 ° C) and then cooled to 770 ° C.
그리고 770℃에서 400℃까지 약 30℃/초의 냉각속도로 가속 냉각한 후, 공랭(약 1℃/초)하여, 강판을 제조하였다.After accelerated cooling from 770 ° C to 400 ° C at a cooling rate of about 30 ° C / second, air cooling (about 1 ° C / second) was performed to produce a steel sheet.
[실시예 2][Example 2]
실시예 1과 동일한 조성을 갖는 강 슬라브를 1150℃에서 1 시간 동안 가열시켰다. 가열된 강 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이하 (1080℃)에서 Ar3 온도 (850℃) 까지 88%의 압하율로 압연한 후, 770℃까지 공랭하였다. 그리고 770℃에서 500℃까지 약 25℃/초의 냉각속도로 가속 냉각한 후, 공랭(약 1℃/초)하여, 강판을 제조하였다.A steel slab having the same composition as in Example 1 was heated at 1150 占 폚 for 1 hour. The heated steel slab was rolled at a reduction rate of 88% from the austenite recrystallization temperature (1080 ° C) to the Ar3 temperature (850 ° C), and then cooled to 770 ° C. After accelerated cooling from 770 캜 to 500 캜 at a cooling rate of about 25 캜 / second, air cooling (about 1 캜 / second) was carried out to prepare a steel sheet.
[실시예 3][Example 3]
실시예 1과 동일한 조성을 갖는 강 슬라브를 1150℃에서 1 시간 동안 가열시켰다. 가열된 강 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이하 (1080℃)에서 Ar3 온도 (850℃) 까지 88%의 압하율로 압연한 후, 770℃까지 공랭하였다. 그리고 770℃에서 500℃까지 약 30℃/초의 냉각속도로 가속 냉각한 후, 공랭(약 1℃/초)하여, 강판을 제조하였다.A steel slab having the same composition as in Example 1 was heated at 1150 占 폚 for 1 hour. The heated steel slab was rolled at a reduction rate of 88% from the austenite recrystallization temperature (1080 ° C) to the Ar3 temperature (850 ° C), and then cooled to 770 ° C. After accelerated cooling from 770 ° C to 500 ° C at a cooling rate of about 30 ° C / second, the steel sheet was produced by air cooling (about 1 ° C / second).
[실시예 4]Example 4
실시예 1과 동일한 조성을 갖는 강 슬라브를 1150℃에서 1 시간 동안 가열시켰다. 가열된 강 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이하 (1080℃)에서 Ar3 온도 (850℃) 까지 88%의 압하율로 압연한 후, 770℃까지 공랭하였다. 그리고 770℃에서 400℃까지 약 25℃/초의 냉각속도로 가속 냉각한 후, 공랭(약 1℃/초)하여, 강판을 제조하였다.A steel slab having the same composition as in Example 1 was heated at 1150 占 폚 for 1 hour. The heated steel slab was rolled at a reduction rate of 88% from the austenite recrystallization temperature (1080 ° C) to the Ar3 temperature (850 ° C), and then cooled to 770 ° C. After accelerated cooling from 770 ° C to 400 ° C at a cooling rate of about 25 ° C / second, the steel sheet was manufactured by air cooling (about 1 ° C / second).
[비교예 1]Comparative Example 1
실시예 1과 동일한 조성을 갖는 강 슬라브를 1150℃에서 1 시간 동안 가열시켰다. 가열된 강 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이하 (1080℃)에서 Ar3 온도 (850℃) 까지 88%의 압하율로 압연한 후, 600℃까지 공랭하였다. 그리고 600℃에서 200℃까지 약 30℃/초의 냉각속도로 가속 냉각하여 강판을 제조하였다.A steel slab having the same composition as in Example 1 was heated at 1150 占 폚 for 1 hour. The heated steel slab was rolled at a reduction ratio of 88% from the austenite recrystallization temperature (1080 ° C) to the Ar3 temperature (850 ° C), and then cooled to 600 ° C. Then, the steel sheet was accelerated and cooled at a cooling rate of about 30 占 폚 / sec from 600 占 폚 to 200 占 폚.
[비교예 2][Comparative Example 2]
실시예 1과 동일한 조성을 갖는 강 슬라브를 1150℃에서 1 시간 동안 가열시켰다. 가열된 강 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이하 (1080℃)에서 Ar3 온도 (850℃) 까지 88%의 압하율로 압연한 후, 600℃까지 공랭하였다. 그리고 600℃에서 상온까지 약 30℃/초의 냉각속도로 가속 냉각하여 강판을 제조하였다.
A steel slab having the same composition as in Example 1 was heated at 1150 占 폚 for 1 hour. The heated steel slab was rolled at a reduction ratio of 88% from the austenite recrystallization temperature (1080 ° C) to the Ar3 temperature (850 ° C), and then cooled to 600 ° C. Then, the steel sheet was accelerated and cooled at a cooling rate of about 30 ° C / second from room temperature to 600 ° C.
상기 실시예 1 ~ 4의 공정조건을 하기 표 1에 나타내었다.The process conditions of Examples 1 to 4 are shown in Table 1 below.
(℃)Heating temperature
(℃)
(%)Reduction rate
(%)
온도
(℃)End
Temperature
(℃)
시작온도
(℃)Accelerated cooling
Starting temperature
(℃)
종료온도
(℃)Accelerated cooling
Termination temperature
(℃)
(℃/s)Cooling rate
(° C / s)
미세 조직 분석Microstructure analysis
본 발명의 실시예 1 ~ 4와, 비교예 1 및 2에 따른 강판의 미세조직을, 주사전자현미경(FE~SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope, Model: S~4300E, Hitachi, Tokyo, Japan)으로 분석하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The microstructure of the steel sheets according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention was measured by a scanning electron microscope (FE to SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope Model: S to 4300E, Hitachi, Tokyo, Japan) The results are shown in Fig.
도 2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1은 AF가 69.1%, GB가 9.2%, BF가 19.3%로 관찰되고, 평균 결정립의 크기는 5 ㎛ 이하로 매우 미세하였다. 또한, 실시예 2는 AF가 67.3%, GB가 20.2%, BF가 10.2%로 형성되어 있고, 평균 결정립 크기가 5 ㎛ 이하의 매우 미세한 결정립을 나타내었다. 또한, 실시예 3의 경우, AF가 48.8%, GB가 29.8%, BF가 19.6%, MA가 1.8%로 AF의 비율이 실시예 1 및 2에 비해 상당히 감소하였고, AF와 BF의 결정립은 5 ㎛ 정도로 작지만 GB는 15 ㎛ 정도로 결정립이 커서 전반적인 결정립의 크기는 실시예 1 및 2에 비해 큰 상태임을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, in Example 1, the AF was 69.1%, the GB was 9.2%, and the BF was 19.3%, and the average grain size was extremely fine, i.e., 5 탆 or less. In Example 2, the AF was 67.3%, GB was 20.2%, and BF was 10.2%, and the average grain size was extremely small at 5 탆 or less. In the case of Example 3, the AF ratio was 48.8%, the GB was 29.8%, the BF was 19.6% and the MA was 1.8%, and the proportion of AF was significantly decreased as compared with Examples 1 and 2. The crystal grains of AF and BF were 5 Mu m, but GB is as large as 15 mu m and the overall crystal grain size is larger than those of Examples 1 and 2. [
이에 비해, 비교예 1의 경우, AF가 34.5%, BF가 51.2%, MA가 14.3%로 실시예 1 ~ 4 에 비해 AF의 분율이 매우 낮은 대신 BF, M의 분율은 높았고, 또한, 비교예 2의 경우, AF가 26.2%, BF가 60.7%, MA가 13.1%로 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1에 비해 AF의 분율이 낮고 BF, M의 분율이 높았다.On the other hand, in Comparative Example 1, the AF fraction was 34.5%, the BF was 51.2% and the MA was 14.3%, and the fractions of BF and M were higher than those of Examples 1 to 4, 2, the AF fraction was 26.2%, the BF was 60.7%, and the MA was 13.1%, the AF fraction was low and the fractions of BF and M were higher than those of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.
하기 표 2에는 본 발명의 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1, 2에 따른 강판의 미세조직을 구성하는 조직별 면적분율을 나타내었다. 이때, 미세조직별 면적분율은 SEM 이미지를 통하여 수㎛의 미세한 결정립이 방향성 없이 불규칙한 형태로 이루어져 있으며 결정립계에 이차상이 존재하는 경우 AF, 결정립의 크기가 수십 ㎛ 이상으로 조대하고 결정립 내부에 이차상이 아일랜드(island) 형태로 존재하는 경우 GB, 결정립 내부나 결정립계에 이차상이 래스(lath) 형태로 분포하는 경우 BF, 결정립이 관찰되지 않고 내부의 높은 전위밀도로 인해 경도가 높은 경우 M으로 구분하여 측정하였다.Table 2 shows the area fraction of the microstructure of the steel sheet according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention. In this case, the area fraction of the microstructure is an irregular shape with a few micrometers of fine grains through the SEM image. When the secondary phase is present in the grain boundary, the size of AF is coarse to a few tens of micrometers or more, (GB), BF when the secondary phase is distributed in the crystal grain or grain boundary, and M when the crystal grain is not observed and the hardness is high due to the high dislocation density inside .
인장성질 및 충격성질 분석Tensile and impact properties analysis
본 발명의 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1, 2 강판으로부터 각각 인장시험용 시편 및 충격시험용 시편을 제작하여 인장성질과 충격성질을 평가하였다.Tensile test specimens and impact test specimens were prepared from Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, respectively, to evaluate tensile properties and impact properties.
인장시험에서는 압연방향에 직각인 방향에 대하여 상온에서의 인장강도, 항복강도 및 연신율을 측정하였고, 충격시험에서는 상온과 -40℃에서의 충격에너지를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Tensile strength, yield strength and elongation at room temperature were measured in the direction perpendicular to the rolling direction in the tensile test, and impact energy at room temperature and -40 ° C was measured in the impact test, and the results are shown in Table 3 below .
(MPa)Yield strength
(MPa)
(MPa)The tensile strength
(MPa)
(%)Elongation
(%)
(%)Yield ratio
(%)
에너지 (J)Room temperature impact
Energy (J)
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 4는 인장강도가 850 MPa 이상이고, 연신율은 14% 이상으로 비교적 우수한 강도와 연신율을 나타내며, 동시에 상온 충격에너지는 240J 이상, 저온 충격에너지는 230J 이상, 충격천이온도는 -100℃ 이하로 비교예 1 및 2에 비해 저온인성이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.As shown in Table 3, Examples 1 to 4 according to the present invention exhibited comparatively excellent strength and elongation at a tensile strength of 850 MPa or more and an elongation of 14% or more. At the same time, the impact energy at room temperature was 240 J or more, The energy was 230 J or higher and the impact transition temperature was -100 ° C. or lower, the low temperature toughness was remarkably improved as compared with Comparative Examples 1 and 2.
특히 실시예 1의 경우, 상온과 저온 충격 에너지가 모두 250J 이상일 뿐 아니라, 항복강도 800 MPa 이상, 인장강도는 950 MPa 이상으로, 우수한 저온인성 특성과 함께 상당히 높은 강도를 나타낸다.In particular, in Example 1, both the room temperature and the low-temperature impact energy are not only 250 J or more, but also have a yield strength of 800 MPa or more and a tensile strength of 950 MPa or more.
조대한 GB를 상대적으로 많이 포함하고 있는 실시예 3 및 4의 경우, 항복강도가 709 ~ 789 MPa, 인장강도가 854 ~ 891 MPa, 연신율이 17.3 ~ 17.5%로 비슷한 인장 성질을 가지며, 미세한 AF를 더 많이 포함하는 실시예 1 및 2의 경우, 실시예 3 및 4와 비교할 때, 항복강도(687 ~ 806 MPa)와 인장강도(849 ~ 953 MPa)는 비슷하지만 연신율(14.1 ~ 15.2%)은 낮고, 항복비는 실시예 1 및 2 (81~85 %)가 실시예 3 및 4(83 ~ 89%)보다 낮다.Examples 3 and 4, which contain relatively large amounts of GB, exhibit similar tensile properties with a yield strength of 709 to 789 MPa, a tensile strength of 854 to 891 MPa and an elongation of 17.3 to 17.5% The yield strength (687 to 806 MPa) and the tensile strength (849 to 953 MPa) were similar but the elongation (14.1 to 15.2%) was lower than that of Examples 3 and 4 , The yield ratio is lower than that of Examples 1 and 2 (81 to 85%) and Examples 3 and 4 (83 to 89%).
상온 충격에너지는 실시예 3이 241J로 가장 낮은 샤르피 충격 인성을 가진다. 이는 실시예 3의 미세조직이 인성이 낮은 BF, GB를 많이 포함하고 있기 때문이며, 조대한 GB로 이루어진 실시예 4는 실시예 3보다 상온 충격에너지가 253J로 높지만, 저온 충격 인성은 241J로 상대적으로 낮은 수치를 나타낸다. 미세한 AF로 이루어진 실시예 1과 2의 상온 충격에너지는 비교적 높으며, 특히 25℃/초의 낮은 냉각 속도로 500℃ 까지 가속 냉각한 실시예 2의 상온 충격 에너지가 266J로 가장 높다. 저온 충격에너지는 실시예 1 및 2 모두 250J 이상으로 높음에 비해 실시예 3 및 4의 240J 이하로 상대적으로 낮은데, 이는 인성이 낮은 GB의 면적분율이 높고 결정립 크기가 10㎛ 이상으로 조대하기 때문이다.The impact energy at room temperature has the lowest Charpy impact toughness of Example 3, 241J. This is because the microstructure of Example 3 contains a large amount of low-toughness BF and GB. In Example 4 made of coarse GB, the impact energy at room temperature is as high as 253J as compared with Example 3, but the impact resistance at low temperature is 241J Low values. The impact energy at room temperature in Examples 1 and 2 made of fine AF was relatively high. In particular, the impact energy at room temperature of Example 2 accelerated to 500 DEG C at a low cooling rate of 25 DEG C / sec was the highest at 266J. The low-temperature impact energy is relatively low at 250 J or less in Examples 1 and 2 and 240 J or less in Examples 3 and 4, which is higher than that of Examples 1 and 2 because the area fraction of GB having low toughness is high and the grain size is coarse .
도 3은 실시예 1과 3의 미세조직을 EBSD로 분석한 결과를 나타낸 것이다.Fig. 3 shows the results of analysis of the microstructure of Examples 1 and 3 by EBSD. Fig.
EBSD 분석을 통해 유효 결정립 크기를 측정하였는데, 구체적으로 유효 결정립의 크기는 서로 인접한 결정립간의 방위각을 15°로 구분하는 방법으로 측정하였으며, 그 결과 조대한 GB를 많이 포함하는 실시예 3은 유효 결정립의 크기가 커서, GB 조직은 수십 ㎛의 큰 유효 결정립을 가지고 있는 반면, 실시예 1의 경우, 유효 결정립 크기가 15 ㎛ 이하로 미세하다.The effective grain size was measured by EBSD analysis. Specifically, the size of the effective grain size was measured by dividing the azimuth angle between adjacent grains by 15 degrees. As a result, Example 3, which contains a large amount of GB, The size is large, and the GB structure has a large effective grain size of several tens of 탆, whereas in the case of Example 1, the effective grain size is fine to 15 탆 or less.
이상과 같은 결과로부터, 850 MPa 이상의 고강도와, 상온 및 저온충격에너지가 250J 이상으로 우수한 강판을 제조하기 위해서는, 면적분율로 60% 이상의 침상형 페라이트 조직과 미세한 베이나이트계 페라이트 및/또는 마르텐사이트로 구성된 혼합조직을 형성시키는 것이 바람직함을 알 수 있다.
From the above results, in order to produce a steel sheet having a high strength of 850 MPa or more and a high temperature impact strength and a low temperature impact energy of 250 J or more, it is preferable to use an acicular ferrite structure having an area fraction of 60% or more and fine bainite ferrite and / or martensite It is preferable to form a mixed structure constituted by the above-mentioned structure.
Claims (17)
규소(Si) 0.01 ~ 0.6 중량%,
망간(Mn) 0.5 ~ 5.0 중량%,
니켈(Ni) 0.01 ~ 1.0 중량%,
몰리브덴(Mo) 0.01 ~ 0.6 중량%,
니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중에서 선택된 1종 이상 0.01 ~ 1.0 중량%,
티타늄(Ti) 0.02 중량% 이하,
크롬(Cr) 0.5 중량% 이하,
알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하,
붕소(B) 0.003 중량% 이하,
잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세 조직은, 면적분율로 침상형 페라이트(AF) 조직 60% 이상과, 베이나이트계 페라이트(BF) 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.0.01 to 0.09% by weight of carbon (C)
0.01 to 0.6% by weight of silicon (Si)
0.5 to 5.0% by weight of manganese (Mn)
0.01 to 1.0% by weight of nickel (Ni)
0.01 to 0.6% by weight of molybdenum (Mo)
0.01 to 1.0 wt% of at least one selected from niobium (Nb) and vanadium (V),
Titanium (Ti) 0.02 wt% or less,
0.5 wt% or less of chromium (Cr),
Aluminum (Al) 0.05 wt% or less,
Boron (B) 0.003% by weight or less,
Low-temperature toughness, characterized in that it contains residual iron (Fe) and other unavoidable impurities, and the microstructure comprises at least 60% of acicular ferrite (AF) structure and bainite-based ferrite (BF) structure by area fraction. Excellent low carbon high strength steel plate.
상기 미세 조직은, 마르텐사이트 조직을 추가로 포함하고, 상기 베이나이트계 페라이트(BF) 조직과 상기 마르텐사이트 조직의 면적분율의 합이 10% 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.The method of claim 1,
The microstructure further includes martensite structure, and the sum of the area fractions of the bainite-based ferrite (BF) structure and the martensite structure is 10% or more.
상기 미세 조직은, 침상형 페라이트(AF) 조직의 면적분율은 65% 이상이고, 입상형 베이나이트(GB) 조직의 면적분율은 25% 이하인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the microstructure has an area fraction of acicular type ferrite (AF) structure of 65% or more and an area fraction of granular bainite (GB) structure of 25% or less.
상기 탄소(C)는 0.03 ~ 0.06 중량%이고,
상기 규소(Si)는 0.01 ~ 0.5 중량%이고,
상기 망간(Mn)은 1.5 ~ 2.5 중량%이고,
상기 니켈(Ni)은 0.3 ~ 0.6 중량%이고,
상기 몰리브덴(Mo)은 0.1 ~ 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
The carbon (C) is 0.03 to 0.06% by weight,
The silicon (Si) is 0.01 to 0.5% by weight,
The manganese (Mn) is 1.5 to 2.5% by weight,
The nickel (Ni) content is 0.3 to 0.6% by weight,
Wherein the molybdenum (Mo) is 0.1 to 0.5% by weight, and the low-temperature and high-strength steel sheet has excellent low temperature toughness.
상기 미세 조직의 평균 결정립 크기는 EBSD 시험 결과에서 서로 인접한 결정립간의 방위각을 15°로 구분하는 방법으로 측정하였을 때, 유효 결정립 크기가 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the average grain size of the microstructure is 25 占 퐉 or less when measured by the method of dividing the azimuth angle between adjacent grains by 15 占 as a result of the EBSD test.
상기 강판의 인장강도가 800 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the steel sheet has a tensile strength of 800 MPa or more.
상기 강판의 인장강도가 900 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the steel sheet has a tensile strength of 900 MPa or more.
상기 강판의 상온에서의 충격에너지가 230J 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the impact energy of the steel sheet at room temperature is 230 J or more.
상기 강판의 -40℃에서의 충격에너지가 230J 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the impact energy of the steel sheet at -40 캜 is 230 J or more.
상기 강판의 연신율이 10% 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the elongation of the steel sheet is 10% or more.
규소(Si) 0.01 ~ 0.6 중량%,
망간(Mn) 0.5 ~ 5.0 중량%,
니켈(Ni) 0.01 ~ 1.0 중량%,
몰리브덴(Mo) 0.01 ~ 0.6 중량%,
니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중에서 선택된 1종 이상 0.01 ~ 1.0 중량%,
티타늄(Ti) 0.02 중량% 이하,
크롬(Cr) 0.5 중량% 이하,
알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하,
붕소(B) 0.003 중량% 이하,
잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100 ~ 1200℃로 가열하는 가열단계와,
상기 가열단계에서 가열된 강 슬라브를 Ar3 온도 이상에서 80 ~ 90%의 압하율로 압연하는 제어압연단계와,
압연된 강판을 770℃까지 공랭시키는 공랭단계와,
공랭한 강판을 20 ~ 35℃/초의 냉각속도로 400 ~ 500℃까지 가속냉각시키는 가속냉각단계를 포함하는 저온인성이 우수한 고강도 강판의 제조방법.0.01 to 0.09% by weight of carbon (C)
0.01 to 0.6% by weight of silicon (Si)
0.5 to 5.0% by weight of manganese (Mn)
0.01 to 1.0% by weight of nickel (Ni)
0.01 to 0.6% by weight of molybdenum (Mo)
0.01 to 1.0 wt% of at least one selected from niobium (Nb) and vanadium (V),
Titanium (Ti) 0.02 wt% or less,
0.5 wt% or less of chromium (Cr),
Aluminum (Al) 0.05 wt% or less,
Boron (B) 0.003% by weight or less,
A heating step of heating a steel slab containing residual iron (Fe) and other unavoidable impurities to 1100 to 1200 캜,
A control rolling step of rolling the steel slab heated in the heating step at a reduction rate of 80 to 90% at an Ar3 temperature or more,
An air cooling step of cooling the rolled steel sheet to 770 DEG C,
A method for producing a high strength steel sheet having excellent low temperature toughness, including an accelerated cooling step of rapidly cooling an air cooled steel sheet to 400 to 500 ° C at a cooling rate of 20 to 35 ° C / sec.
상기 강판의 미세 조직은, 면적분율로 침상형 페라이트(AF) 조직 60% 이상과, 베이나이트계 페라이트(BF) 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법.The method of claim 11,
The microstructure of the steel sheet is a method of producing a low carbon high strength steel sheet having excellent low temperature toughness, characterized in that it comprises a needle-like ferrite (AF) structure 60% or more and a bainite-based ferrite (BF) structure in an area fraction.
상기 강판의 미세 조직은, 침상형 페라이트(AF) 조직의 면적분율이 65% 이상이고, 입상형 베이나이트(GB) 조직의 면적분율이 25% 이하인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법.The method of claim 11,
The microstructure of the steel sheet is characterized in that the area fraction of the acicular type ferrite (AF) structure is 65% or more and the area fraction of the granular bainite (GB) structure is 25% or less. The low-carbon high- Gt;
상기 탄소(C)는 0.03 ~ 0.06 중량%이고,
상기 규소(Si)는 0.01 ~ 0.5 중량%이고,
상기 망간(Mn)은 1.5 ~ 2.5 중량%이고,
상기 니켈(Ni)은 0.3 ~ 0.6 중량%이고,
상기 몰리브덴(Mo)은 0.1 ~ 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법.The method of claim 11,
The carbon (C) is 0.03 to 0.06% by weight,
The silicon (Si) is 0.01 to 0.5% by weight,
The manganese (Mn) is 1.5 to 2.5% by weight,
The nickel (Ni) content is 0.3 to 0.6% by weight,
Wherein the molybdenum (Mo) is 0.1 to 0.5 wt%.
상기 강판의 인장강도가 800 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법.The method of claim 11,
Wherein the steel sheet has a tensile strength of 800 MPa or more.
상기 강판의 -40℃에서의 충격에너지가 230J 이상인 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법.The method of claim 11,
Wherein the impact energy of the steel sheet at -40 캜 is 230 J or more.
상기 가속냉각단계 후에는 상온까지 공랭하는 공랭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 저탄소 고강도 강판의 제조방법.
The method of claim 11,
And a cooling step of cooling air to a normal temperature after the accelerated cooling step.
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