KR20150075305A - Steels for low temperature services having superior yield strength and method for production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 저장 탱크 및 수송설비 등의 저온에서부터 실온까지 광범위한 온도에 사용할 수 있는 저온용강에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 저온에서도 항복강도가 우수한 저온용강 및 그 제조 방법 에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low temperature steel which can be used at a wide temperature range from a low temperature to a room temperature such as a gas storage tank and a transportation facility, and more particularly, to a low temperature steel excellent in yield strength even at a low temperature and a manufacturing method thereof.
액화천연가스 및 액체질소 등의 저장용기, 해양구조물 및 극지방 구조물에 사용되는 강재는 극저온에서도 충분한 인성과 강도를 유지하는 저온용 강판이어야 한다. 이러한 저온용 강판은 뛰어난 저온 인성과 강도뿐만 아니라 열팽창율과 열전도율이 작아야 하며, 자기특성도 문제가 되는 강이다.
Steel materials used in storage vessels such as liquefied natural gas and liquid nitrogen, marine structures and polar structures should be low temperature steel plates that maintain sufficient toughness and strength even at extremely low temperatures. Such a low-temperature steel sheet must have low thermal expansion coefficient and thermal conductivity as well as excellent low temperature toughness and strength, and magnetic properties are also problematic.
최근에는 상기와 같은 저온용 강판으로서, 니켈을 완전히 배제하는 대신 다량의 망간 및 탄소를 첨가하여 오스테나이트를 안정화 시키고 알루미늄을 첨가한 극저온 특성이 우수한 강재 (특허문헌 1) 및 망간 첨가를 통해 오스테나이트와 입실런 마르텐사이트 혼합조직을 얻음으로써 저온 인성이 우수한 강재 (특허문헌 2) 등이 보고되고 있다.
Recently, as a low-temperature steel sheet as described above, a steel material excellent in cryogenic properties (Patent Document 1) in which a large amount of manganese and carbon is added to stabilize austenite and aluminum is added instead of completely eliminating nickel, and austenite And a steel material excellent in low-temperature toughness by obtaining a mixed structure of mullite and martensite (Patent Document 2) have been reported.
그러나, 오스테나이트를 주조직으로 하는 저온용강의 경우 저온에서도 연성 파괴의 특성으로 인해 저온 인성이 우수하다는 장점은 있으나, 고유의 결정 구조인 면심입방구조로 인해 강도, 특히 항복강도가 낮아 구조물의 설계 시 강판의 설계 두께를 증가시켜 재료비의 상승과 함께 구조 하중을 증가시키게 되는 단점이 있다.
However, low-temperature steels containing austenite as a main structure have an advantage of being excellent in low-temperature toughness due to the characteristic of ductile fracture at low temperatures. However, due to the fact that the core- The design thickness of the steel sheet is increased, and the structural load is increased with the increase of the material cost.
강도를 증가시키기 위해서는 합금 원소 첨가를 통한 고용강화, 석출물 형성 원소 첨가를 통한 석출경화, 압연 마무리 온도 제어를 통한 팬케이킹(pancaking) 압연 등이 있으나, 합금원소 첨가에 따른 경제적 비용 증가, 석출물의 높은 오스테나이트내 고용한도 한계 등으로 인한 석출물 생성에서의 한계, 압연 마무리 온도 제어를 통한 팬케이킹(pancaking) 압연 시 강도 증가에 따른 충격 인성 하락 등 여러 가지 문제가 존재한다.
In order to increase the strength, solid solution strengthening through addition of alloying elements, precipitation hardening through addition of precipitate forming elements, and pancaking rolling through temperature control of rolling finish are available. However, economic cost increases due to the addition of alloying elements, There are various limitations such as limitation on the generation of precipitates due to the limit of solubility limit in high austenite and deterioration of impact toughness due to increase in strength during pancaking rolling by controlling rolling finishing temperature.
따라서 경제적이며 효과적인 방법을 통해 충격 인성을 만족하면서도 고강도 오스테나이트 강재를 개발할 필요가 절실히 요구되고 있다.
Therefore, it is urgently required to develop a high strength austenite steel while satisfying the impact toughness through an economical and effective method.
본 발명은 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용강을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide an austenitic low-temperature steel excellent in yield strength.
또한, 본 발명은 항복강도가 우수한 오스테나이트계 저온용강의 제조 방법을 제공하고자 한다.
The present invention also provides a process for producing an austenitic low temperature molten steel excellent in yield strength.
본 발명은 중량%로, Mn: 15~35%, C: 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, Cu: 5% 이하(0은 제외), N: 1% 이하(0은 제외)를 포함하고, Cr: 5% 이하, Mo: 5% 이하, Si: 4% 이하, Al: 5% 이하 및 W: 5% 이하로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 항복강도가 우수한 저온용강에 의하여 달성된다.
The present invention relates to a steel sheet comprising, in weight%, a range satisfying Mn: 15 to 35%, C: 23.6C + Mn? 28 and 33.5C-Mn? 23, Cu: 5% (Excluding 0), and at least one component selected from the group consisting of 5% or less of Cr, 5% or less of Mo, 4% or less of Si, 5% or less of Al and 5% or less of W , And the remainder is Fe and unavoidable impurities.
여기에서, 바람직하게는 상기 저온용강은 원소의 첨가에 의해 평형 탄화물 형성온도가 850℃이하이다.
Preferably, the low-temperature steel has an equilibrium carbide formation temperature of 850 DEG C or lower by the addition of the element.
바람직하게는, 상기 저온용강은 항복강도가 460MPa이상이다.
Preferably, the low temperature steel has a yield strength of 460 MPa or more.
바람직하게는, 상기 저온용강의 미세조직은 오스테나이트 조직을 면적분율로, 95% 이상 포함한다.
Preferably, the microstructure of the low-temperature molten steel contains an austenite structure in an area fraction of 95% or more.
바람직하게는, 상기 오스테나이트의 입계에 존재하는 탄화물은 면적분율로, 5% 이하이다.
Preferably, the carbide present in the grain boundaries of the austenite is 5% or less in area fraction.
본 발명은 중량%로, Mn: 15~35%, C: 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 충족하는 범위, Cu: 5% 이하(0은 제외), N: 1% 이하(0은 제외)를 포함하고, Cr: 5% 이하, Mo: 5% 이하, Si: 4% 이하, Al: 5% 이하 및 W: 5% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1 종 이상, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 상기 슬라브를 1050~1250℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 800℃이상의 마무리 압연 온도에서 압연하여 열연강판을 얻는 열간압연단계: 및 상기 열연강판을 5℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계를 포함하는 항복강도가 우수한 저온용강의 제조방법에 의하여 달성된다.
The present invention relates to a steel sheet comprising, in weight%, a range satisfying Mn: 15 to 35%, C: 23.6C + Mn? 28 and 33.5C-Mn? 23, Cu: 5% At least one selected from the group consisting of Cr: at most 5%, Mo: at most 5%, Si: at most 4%, Al: at most 5%, and W: at most 5% And a slab containing unavoidable impurities; Heating the slab to 1050 to 1250 占 폚; A hot rolling step of rolling the heated slab at a finish rolling temperature of 800 ° C or higher to obtain a hot-rolled steel sheet; and cooling the hot-rolled steel sheet at a speed of 5 ° C / s or higher, .
본 발명은 강재의 조성성분 및 조성범위의 조절을 통하여 침입형 합금원소 및 페라이트를 안정화 시키는 치환형 합금원소의 이용하고, 제조 공정 제어를 통하여 항복강도가 우수한 강재를 제공할 수 있다.
The present invention can provide a steels excellent in yield strength through the use of substitutional alloying elements that stabilize interstitial alloying elements and ferrites through control of composition components and composition ranges of the steel and control of the manufacturing process.
도 1는 본 발명 실시예에서 비교예 3의 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 2은 본 발명에서 제어하는 탄소 및 망간의 범위를 나타내는 그래프이다.Fig. 1 is a photograph of microstructure observed in Comparative Example 3 in the example of the present invention. Fig.
2 is a graph showing the range of carbon and manganese controlled in the present invention.
본 발명은 침입형 및 치환형 합금원소의 첨가 및 첨가량과 제조 공정을 제어함으로써 오스테나이트 강재의 항복강도를 효과적으로 높인 저온용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a low-temperature steel material which effectively increases the yield strength of austenitic steel by controlling additions and addition amounts of interstitial and substitutional alloying elements and a manufacturing process, and a production method thereof.
결정 구조와는 상관없이 침입형 원소의 경우, 큰 격자 변형을 유발하여 전위의 이동을 효과적으로 방해함으로써 강재의 강도를 증가시키는 원소로 알려져 있다. 오스테나이트를 주조직으로 하는 강재의 경우, 강도 증가를 위한 통상의 방법 중 합금 원소 첨가에 의한 고용 강화가 효과적인 것으로 알려져 있으나 탄소와 망간의 높은 함량에 의해 오스테나이트 조직을 형성하는 저온용 강재의 경우 첨가원소 및 첨가량에 매우 유의해야 할 필요가 있다.
Regardless of the crystal structure, the interstitial elements are known to increase the strength of the steel by effectively inhibiting the displacement of the dislocations by inducing large lattice strain. In the case of steels mainly composed of austenite, it is known that the strengthening of solid solution by addition of alloying elements is effective in the conventional method for increasing the strength, but in the case of low-temperature steels forming austenite structure due to high contents of carbon and manganese It is necessary to pay attention to the added elements and the added amount.
오스테나이트 주조직의 강재에서 구리, 니켈과 같은 오스테나이트 안정화 원소의 첨가는 항복강도 향상에 미미한 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 크롬, 규소 등과 같이 페라이트 안정화 원소의 경우 높은 격자 변형으로 인해 강도 향상에 큰 효과가 있다. 따라서 이러한 페라이트 안정화 원소의 첨가로 오스테나이트 강재의 강도를 향상시키는데 매우 효과적이다.
It is known that the addition of austenite stabilizing elements such as copper and nickel in the steel of the austenite main structure has a slight effect on the improvement of the yield strength. In the case of ferrite stabilizing elements such as chromium and silicon, It is effective. Therefore, it is very effective to increase the strength of the austenitic steel by adding such a ferrite stabilizing element.
그러나, 탄소와 망간의 높은 함량을 통해 미세조직을 오스테나이트화한 강재의 경우 탄소와 첨가원소와의 탄화물 형성 여부가 연신율 및 저온 인성 등을 확보하는데 어려움이 있다. 즉, 오스테나이트 강재의 경우 오스테나이트 입계가 탄화물 형성을 위한 우선 핵생성 사이트가 되어 입계에 다량의 탄화물이 형성됨으로 인해 특히, 저온 충격이 급격히 열화되는 단점이 있다. 따라서 오스테나이트 강재의 강도 증가를 위한 첨가 원소 및 첨가량 선택 시 매우 유의해야 한다.
However, in the case of a steel material in which a microstructure is austenitized through a high content of carbon and manganese, it is difficult to secure carbide formation, elongation and low temperature toughness of carbon and additive elements. That is, the austenite steel has a disadvantage in that the austenite grain boundary becomes a primary nucleation site for forming carbide and a large amount of carbide is formed in grain boundaries, particularly, the low temperature impact is deteriorated rapidly. Therefore, it is very important to select the additive elements and the additive amount for increasing the strength of the austenitic steel.
불가피하게 탄화물 형성원소를 첨가하게 되는 경우 그 첨가량은 탄화물 석출 온도와 압연 종료온도, 이후 가속냉각 등의 여부에 관련하여 고려되어야 하며 그렇지 못할 경우, 연신율 및 충격인성의 열위는 막을 수 없게 된다. 따라서 본 발명의 발명자들은 강도 증가를 위한 합금 원소의 첨가 시, 이에 따른 탄화물 석출 온도 및 제조 방법 사이의 관계에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다.
When the carbide forming element is inevitably added, the addition amount should be considered in relation to the carbide precipitation temperature, the rolling finishing temperature, and the subsequent accelerated cooling, or the elongation and impact toughness can not be prevented. Therefore, the inventors of the present invention came to the present invention by paying attention to the relationship between the carbide precipitation temperature and the production method when the alloying element is added for increasing the strength.
이하, 본 발명의 항복 강도가 우수한 저온용강에 관하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the low-temperature steel excellent in the yield strength of the present invention will be described in detail.
본 발명의 저온용강은 중량%로, Mn: 15~35%, C: 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤233을 충족하는 범위, Cu: 5% 이하(0은 제외), N: 1% 이하(0은 제외)를 포함하고, Cr: 5% 이하, Mo: 5% 이하, Si: 4% 이하, Al: 5% 이하 및 W: 5% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1 종 이상을 포함한다.
The low temperature steel according to the present invention is characterized by containing, by weight%, 15 to 35% Mn, 23.6C + Mn? 28 and 33.5C-Mn? 233, Cu: 5% At least one selected from the group consisting of not more than 1% (excluding 0) and not more than 5% of Cr, not more than 5% of Mo, not more than 4% of Si, not more than 5% of Al and not more than 5% of W .
이하, 강재의 각 조성을 한정한 이유에 대하여 설명한다.
Hereinafter, the reason for limiting each composition of the steel will be described.
망간(Mn): 15~35중량%Manganese (Mn): 15 to 35 wt%
망간은 본 발명에서 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소이다. 본 발명에서 극저온에서의 오스테나이트상을 안정화 시키기 위해서 15중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 망간의 함량이 15중량% 미만인 경우에는 탄소 함량이 작은 경우, 준안정상인 입실런 마르텐사이트가 형성되어 극저온에서의 가공유기변태에 의해 쉽게 알파 마르텐사이트로 변태하므로 인성을 확보할 수 없으며, 이를 방지하기 위해 탄소함량을 증가시켜 오스테나이트의 안정화를 도모할 경우에는 오히려 탄화물 석출로 인해 물성이 급격히 열화되므로 바람직하지 못하다. 따라서 망간의 함량은 15중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 반면에, 망간의 함량이 35중량%를 초과하는 경우에는 강재의 부식속도의 저하를 초래하고 함량 증가로 인해 경제성이 감소하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 망간의 함량은 15~35중량%로 관리하는 것이 바람직하다.
Manganese is an element that stabilizes austenite in the present invention. In order to stabilize the austenite phase at the cryogenic temperature in the present invention, it is preferable that it is contained at 15 wt% or more. That is, when the content of manganese is less than 15% by weight, when the carbon content is small, the metastable mullen martensite is formed and transformed into alpha martensite easily due to the processing organic transformation at an extremely low temperature, In order to prevent this, when stabilizing the austenite by increasing the carbon content, the physical properties are deteriorated rapidly due to the precipitation of carbide, which is not preferable. Therefore, the content of manganese is preferably 15% by weight or more. On the other hand, when the content of manganese exceeds 35% by weight, the corrosion rate of the steel is lowered and the economical efficiency is decreased due to the increase of the content. Therefore, the content of manganese is preferably controlled to 15 to 35% by weight.
탄소(C): 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23의 관계를 만족Carbon (C): 23.6C + Mn? 28 and 33.5C-Mn? 23
탄소는 오스테나이트를 안정화시키고 강도를 증가시키는 원소이며, 특히 냉각과정 혹은 가공에 의한 오스테나이트에서 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로의 변태점인 Ms 및 Md를 낮추는 역할을 한다. 따라서, 탄소가 불충분하게 첨가될 경우에는 오스테나이트의 안정도가 부족하여 극저온에서 안정한 오스테나이트를 얻을 수 없으며 또한 외부 응력에 의해 쉽게 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로 가공유기변태를 일으켜 인성을 감소시키며 또한 강재의 강도도 감소시켜며 반대로 탄소의 함량이 과다할 경우에는 탄화물 석출로 인해 인성이 급격히 열화되며 강도의 지나친 증가로 가공성이 나빠지는 단점이 있다.
Carbon is an element that stabilizes and increases the strength of austenite, and plays a role in lowering M s and M d , which are transformation points from austenite to entrainment or alpha martensite, especially during cooling or processing. Therefore, when carbon is insufficiently added, the stability of austenite is insufficient and stable austenite can not be obtained at a cryogenic temperature. Further, due to external stress, it is easily transformed into an alumina or alpha martensite to cause machining organic transformation, In contrast, when the content of carbon is excessive, the toughness is rapidly deteriorated due to the precipitation of carbide, and the workability is deteriorated due to an excessive increase of the strength.
특히, 본 발명에서 탄소의 함량은 탄소 및 기타 함께 첨가되는 원소들과의 관계에 주의하며 결정하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 본 발명자가 발견한 탄화물 형성에 대한 탄소와 망간의 관계를 도 2에 나타내었다. 도면에서 볼 수 있듯이, 물론 탄화물은 탄소로 인하여 형성되는 것이나, 탄소가 독립적으로 탄화물의 형성에 영향 미치는 것이 아니라, 망간과 복합적으로 작용하여 그 형성 경향에 영향을 미치는 것이다. 도면에서 적정 탄소 함량을 나타내었다. 도면에 탄화물 형성을 방지하기 위해서는 다른 성분이 본 발명에서 규정하는 범위를 충족한다는 전제하에 23.6C+Mn(C, Mn은 각 성분의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것임)의 값을 28이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 이는 도면의 평행사변형 영역의 경사진 왼쪽 경계를 의미한다. 23.6C+Mn이 상기 28 미만일 경우에는 오스테나이트의 안정도가 감소하여 극저온에서의 충격에 의해 가공유기변태를 일으켜 충격인성을 저하시키게 된다. 탄소 함량이 너무 높은 경우 즉, 33.5C-Mn이 23보다 클 경우 과다한 탄소의 첨가로 인해 탄화물이 석출하여 저온 충격 인성을 낮추는 문제가 발생한다. 결론적으로, 본 발명에서 탄소는 15~35, 23.6C+Mn≥28 및 33.5C-Mn≤23을 만족하도록 첨가하는 것이 바람직하다. 도면에서도 알 수 있듯이, 상기 수식을 충족시키는 범위내에서 C 함량은 최하한은 0중량% 이다.
Particularly, in the present invention, it is desirable to determine the content of carbon in consideration of the relationship between carbon and other elements to be added together. For this purpose, the relationship between carbon and manganese for formation of carbide found by the present inventors is shown in FIG. 2 . As can be seen in the figure, carbides are formed of carbon, of course, but carbon acts independently of manganese, not carbide formation, and affects formation tendency. The figure shows the optimum carbon content. In order to prevent the formation of carbide in the figure, the value of 23.6C + Mn (C and Mn represents the content of each component in terms of% by weight) under the condition that the other components satisfy the range defined by the present invention is controlled to be 28 or more . This means the oblique left boundary of the parallelogram region of the drawing. When 23.6C + Mn is less than 28, the stability of the austenite is decreased, and the processed organic transformation is caused by the impact at an extremely low temperature, and the impact toughness is lowered. When the carbon content is too high, that is, when 33.5C-Mn is larger than 23, carbide precipitates due to excessive addition of carbon, which lowers impact toughness at low temperatures. Consequently, in the present invention, carbon is preferably added so as to satisfy 15-35, 23.6C + Mn? 28 and 33.5C-Mn? 23. As can be seen from the figure, the lowest C content is 0 wt% within the range satisfying the above formula.
구리(Cu): 5중량% 이하(0중량%는 제외)Copper (Cu): 5 wt% or less (excluding 0 wt%)
구리는 탄화물 내 고용도가 매우 낮고 오스테나이트 내 확산이 느려서 오스테나이트와 핵생성된 탄화물 계면에 농축되는데, 이에 따라 탄소의 확산을 방해함으로써 탄화물 성장을 효과적으로 늦추게 되고, 결국 탄화물 생성을 억제하는 효과가 있다. 모재의 경우 제조 과정중 가속 냉각을 통해 탄화물 석출을 억제할 수 있으나 용접 열영향부는 냉각 속도 제어가 쉽지 않으므로 본 발명에서는 탄화물 석출 억제에 매우 효과적인 원소인 구리를 첨가하는 것이다. 또한 구리는 오스테나이트를 안정화시켜 극저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 다만, Cu의 함량이 5중량%를 초과하는 경우에는 강재의 열간가공성을 저하시키는 문제점이 있으므로, 상한은 5중량%로 제한하는 것이 바람직하다. 상술한 탄화물 억제 효과를 얻기 위한 구리의 함량은 0.5중량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Copper has a very low solubility in the carbide and is slow to diffuse in the austenite so that it is concentrated at the interface of the austenite and the nucleated carbide, thereby inhibiting the diffusion of carbon, effectively slowing the growth of carbide, . In the case of the base material, precipitation of carbide can be suppressed through accelerated cooling during the manufacturing process, but since the cooling rate control is not easy in the heat affected zone of the weld, copper is added as an element which is very effective in inhibiting carbide precipitation. Copper also has the effect of stabilizing austenite and improving cryogenic toughness. However, when the content of Cu exceeds 5 wt%, the hot workability of the steel material is lowered. Therefore, the upper limit is preferably limited to 5 wt%. The content of copper for obtaining the above-described effect of suppressing the carbide is more preferably 0.5% by weight or more.
질소(N): 1중량%이하 (0중량%는 제외)Nitrogen (N): 1% by weight or less (excluding 0% by weight)
질소는 탄소와 더불어 오스테나이트를 안정화시켜 인성을 향상시키는 원소이며, 특히 탄소와 같이 고용 강화를 통해 강도를 향상시키는데 매우 유리한 원소이다. 다만, 1%를 초과하여 첨가되는 경우 조대한 질화물이 형성되어 강재의 표면 품질 및 물성을 열화시키는 문제점이 있으므로, 상한은 1중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Nitrogen is an element that stabilizes austenite with carbon and improves toughness. It is a very advantageous element for enhancing strength through strengthening of solid solution such as carbon. However, when it is added in an amount exceeding 1%, a coarse nitride is formed to deteriorate the surface quality and physical properties of the steel, so that the upper limit is preferably limited to 1% by weight.
상기 조성 이외에 본 발명은 Cr, Mo, Si, Al 및 W 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
In addition to the above composition, the present invention preferably includes at least one of Cr, Mo, Si, Al, and W.
크롬(Cr): 5중량% 이하 Cr (Cr): not more than 5% by weight
크롬은 대표적인 페라이트 안정화 원소로 오스테나이트내에 고용되어 강재의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 또한 크롬은 강재의 내식성을 향상시키는 원소이기도 하다. 다만 크롬은 탄화물 원소로써 5%를 초과하여 첨가될 경우 오스테나이트 입계에 탄화물을 형성하여 저온 충격을 감소시키는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에서 첨가되는 크롬 함량의 상한은 5%로 한정하는 것이 바람직하다.
Chromium is a typical ferrite stabilizing element, which is dissolved in austenite and serves to increase the strength of the steel. Chromium is also an element that improves the corrosion resistance of steel. However, when chromium is added as a carbide element in an amount exceeding 5%, carbide is formed at the austenite grain boundaries, thereby reducing the low-temperature impact. Therefore, the upper limit of the chromium content added in the present invention is preferably limited to 5%.
몰리브덴(Mo): 5중량% 이하Molybdenum (Mo): 5 wt% or less
몰리브덴은 크롬과 마찬가지로, 대표적인 페라이트 안정화 원소로 오스테나이트내에 고용되어 강재의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 특히 오스테나이트 결정립계에 편석되어 결정립계의 안정도를 높여주어 에너지를 감소시켜 줌으로써 탄질화물의 결정립계 석출을 억제하는 역할을 하는 원소이다. 그러나 5%를 초과하여 첨가되는 경우 과도한 탄화물을 형성하여 저온 충격 인성을 감소시키므로 본 발명에서 첨가되는 크롬 함량의 상한은 5%로 한정하는 것이 바람직하다.
Molybdenum, like chromium, is a typical ferrite stabilizing element and is employed in austenite to increase the strength of steel. In particular, it is an element that segregates in the austenite grain boundaries to increase the stability of the grain boundaries to reduce the energy, thereby suppressing precipitation of the carbonitride in the grain boundaries. However, when it is added in an amount exceeding 5%, excess carbide is formed and low-temperature impact toughness is reduced. Therefore, the upper limit of chromium content added in the present invention is preferably limited to 5%.
규소(Si): 4중량% 이하Silicon (Si): 4 wt% or less
규소는 용강의 주조성을 향상시키고 특히, 오스테나이트 강재에 첨가되는 경우 강재 내부에 고용되어 강도를 효과적으로 증가시키는 원소이다. 다만, 4%를 초과하여 첨가되는 경우 고강도화에 따른 인성 저하가 발생할 수 있는 문제점이 있으므로, 상한은 4중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Silicon is an element that improves the casting of molten steel and, particularly when added to austenitic steels, is incorporated into the steel to effectively increase its strength. However, when it is added in an amount exceeding 4%, toughness may be lowered due to high strength, so the upper limit is preferably limited to 4% by weight.
알루미늄(Al): 5중량% 이하Aluminum (Al): 5 wt% or less
알루미늄은 적정 첨가량 범위에서 오스테나이트를 안정화 시키며 냉각과정 혹은 가공에 의한 오스테나이트에서 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로의 변태점인 Ms 및 Md를 낮추는 역할을 하여 강재의 인성을 향상시키는 원소이다. 또한 강재 내부에 고용되어 강도를 증가시키는 원소이며 특히 강재 내 탄소의 활동도에 영향을 주어 탄화물 형성을 효과적으로 억제하여 인성을 증가시키는 원소이다. 다만, 5%를 초과하여 첨가되는 경우 산화물 및 질화물 형성을 통해 강의 주조성 및 표면품질을 열위하게 만드는 문제점이 있으므로, 상한은 5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Aluminum stabilizes the austenite in the appropriate amount range and improves the toughness of the steel by lowering the transformation points M s and M d from the austenite to the bainite or alpha martensite during the cooling process or processing. It is also an element that increases the strength by being dissolved in the steel material. Especially, it is an element that affects the activity of carbon in the steel and effectively inhibits the formation of carbide to increase the toughness. However, if it is added in an amount exceeding 5%, there is a problem that oxides and nitrides are formed through the formation of the steel and the quality of the surface becomes poor, so that the upper limit is preferably limited to 5% by weight.
텅스텐(W): 5중량% 이하Tungsten (W): 5 wt% or less
텅스텐은 대표적인 페라이트 안정화 원소로 오스테나이트 내에 고용되어 격자 변형을 유발함으로써 강재의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 다만 텅스텐은 탄화물 형성원소로써 5%를 초과하여 첨가될 경우 오스테나이트 입계에 탄화물을 형성하여 저온 충격을 감소시키는 원소이므로 본 발명에서 첨가되는 텅스텐의 상한은 5%로 한정하는 것이 바람직하다.
Tungsten is a typical ferrite stabilizing element that is dissolved in austenite to induce lattice strain, thereby increasing the strength of the steel. However, when tungsten is added as a carbide forming element in an amount exceeding 5%, carbide is formed in the austenite grain boundary to reduce the impact at low temperatures. Therefore, the upper limit of tungsten added in the present invention is preferably limited to 5%.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다. 다만, 통상의 철강 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
The remainder of the invention is iron (Fe) and other inevitable impurities. However, in the ordinary steel manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably incorporated, so that it can not be excluded. These impurities are not specifically mentioned in this specification, as they are known to any person skilled in the art of steel making.
본 발명에서는 고용 강화를 위한 합금 원소 첨가의 경우 탄화물 형성이 불가피한 원소가 첨가되는 경우 첨가 원소에 의한 평형 탄화물 석출 온도는 850℃이하가 되는 것이 바람직하다. 상기 평형 탄화물 석출 온도는 탄화물을 형성하는 합금원소가 포함되는 강의 조성에서, 평형 상태에서 탄화물이 석출되기 시작하는 온도를 의미한다.
In the present invention, when an element inevitably forming carbide is added in the case of adding an alloy element for solid solution strengthening, it is preferable that the equilibrium carbide precipitation temperature by the additive element is 850 ° C or lower. The equilibrium carbide precipitation temperature means a temperature at which the carbides start to precipitate in the equilibrium state in the composition of the steel containing the alloying element forming the carbide.
상기 평형 탄화물 석출 온도가 850℃를 초과하는 경우에는 압연 마무리 전에 탄화물 석출이 시작되어 저온 인성이 열위하게 되므로 그 첨가 원소에 의한 평형 탄화물 석출 온도의 상한은 850℃가 되도록 첨가 원소의 종류 및 첨가량을 제한하는 것이 바람직하다.
If the equilibrium carbide precipitation temperature exceeds 850 deg. C, the carbide precipitation starts before the rolling finish and the low temperature toughness becomes low. Therefore, the upper limit of the equilibrium carbide precipitation temperature by the added element is set to 850 deg. .
본 발명 저온용강의 미세조직은 오스테나이트 조직을 면적분율로 95% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 저온에서도 연성 파괴를 보이는 대표적인 연질 조직인 오스테나이트는 저온 인성을 확보하기 위한 필수 미세조직으로로써, 면적분율로 95% 이상 포함하여야 하며 95% 미만인 경우 충분한 저온 인성, 즉 -196도에서 41J 이상의 충격인성을 확보하기에 충분하지 못하므로 그 하한은 95%로 관리하는 것이 바람직하다.
The microstructure of the low temperature molten steel of the present invention preferably contains an austenite structure in an area fraction of 95% or more. Austenite, which is a representative soft structure showing soft fracture at low temperatures, is an essential microstructure for securing low-temperature toughness. It should contain 95% or more in an area fraction. When it is less than 95%, it is required to have sufficient low-temperature toughness, It is desirable to manage the lower limit to 95%.
상기 오스테나이트 입계에 존재하는 탄화물은 면적분율로 5% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서 오스테나이트 이외에 존재 가능한 조직으로는 대표적으로 탄화물이 있으며, 이는 오스테나이트 결정립계에 석출하여 입계 파단의 원인이 되어 저온 인성 및 연성을 열위하게 만드므로 그 상한은 5%로 관리하는 것이 바람직하다.
The amount of carbide present in the austenite grain boundaries is preferably not more than 5% by area. In the present invention, a structure other than austenite is typically a carbide, which precipitates at the austenite grain boundary, causing grain boundary fracture, which leads to low temperature toughness and ductility, so that the upper limit is preferably controlled to 5% .
이하, 본 발명의 표면 가공 품질이 우수한 저온용강의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for producing a low-temperature molten steel excellent in surface machining quality of the present invention will be described in detail.
본 발명은 표면가공 품질이 우수한 저온용강의 제조 방법은 상기 조성을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 상기 슬라브를 1050~1250℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 800℃이상의 마무리 압연온도에서 압연하는 열간압연단계: 및 압연 후 5℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
According to the present invention, there is provided a process for producing a low-temperature steel excellent in surface quality, comprising the steps of: preparing a slab containing the composition; Heating the slab to 1050 to 1250 占 폚; A hot rolling step of rolling the heated slab at a finish rolling temperature of at least 800 캜 and a step of cooling at a speed of 5 캜 / s or more after rolling.
전술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브의 재가열 온도는 1050~1250℃가 되도록 행하여지는 것이 바람직한데, 이는 슬라브 제조 단계에서 생성되는 주조 조직 및 편석, 2차상들의 고용 및 균질화를 위한 것이며 1050℃미만인 경우 균질화가 부족하거나 가열로 온도가 너무 낮아 열간 압연 시 변형저항이 커지는 문제가 있고 1250℃를 초과하는 경우 주조 조직 내 편석대에서의 부분 용융 및 표면 품질의 열화가 발생할 수 있다. 따라서 상기 슬라브의 재가열 온도는 1050~1250℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The reheating temperature of the steel slab satisfying the above-described alloy composition is preferably 1050 to 1250 ° C for the casting structure and segregation generated in the slab manufacturing step, the solidification and homogenization of the secondary phases, and homogenization Or the temperature of the heating furnace is too low to cause deformation resistance during hot rolling. When the temperature exceeds 1250 DEG C, partial melting and surface quality deterioration may occur in the segregation bed in the casting structure. Therefore, the reheating temperature of the slab preferably ranges from 1050 to 1250 ° C.
상기 열간 압연은 마무리 압연온도가 800℃이상이 되도록 행하여지는 것이 바람직한데, 상기 마무리 압연온도가 800℃ 미만일 경우에는 탄화물이 오스테나이트 입계에 석출하여 연신율 및 저온 인성이 감소하게 되므로 상기 마무리 압연온도는 800℃이상의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
When the finish rolling temperature is lower than 800 ° C, the carbide precipitates at the austenite grain boundaries, and the elongation and the low temperature toughness are reduced, so that the finish rolling temperature is It is preferable to have a temperature of 800 DEG C or higher.
상기 열간 압연이 완료된 강판은 이후 냉각 과정을 거치는데 이 때 냉각속도는 5℃/s이상이 되도록 행하여지는 것이 바람직하다. 5℃/s미만인 경우 서냉에 따른 오스테나이트 입계에 탄화물 형성을 억제하지 못하여 이로 인해 연신율 및 저온 충격 인성이 열위하게 되므로 냉각 속도의 하한은 5℃/s가 되는 것이 바람직하다.
The hot-rolled steel sheet is then subjected to a cooling process, wherein the cooling rate is preferably 5 ° C / s or higher. When the cooling rate is less than 5 캜 / s, the formation of carbides can not be suppressed in the austenite grain boundary due to the slow cooling, so that the elongation and the low temperature impact toughness are lowered, so that the lower limit of the cooling rate is preferably 5 캜 / s.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the embodiments described below are for the purpose of further illustrating the present invention and are not for limiting the scope of the present invention.
[[ 실시예Example ]]
하기 표 1 및 2에 기재된 조성(중량%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물임)을 충족하는 슬라브를 표 2에 기재된 제조 공정을 통해 열연강판으로 제조하였다. 이렇게 제조된 열연강판의 미세조직, 항복강도, 연신율, 샤르피 충격인성 등을 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
The slabs satisfying the composition (% by weight, the balance being Fe and unavoidable impurities) shown in Tables 1 and 2 are prepared as hot-rolled steel sheets through the manufacturing process described in Table 2. [ The microstructure, yield strength, elongation and Charpy impact toughness of the thus-prepared hot-rolled steel sheet were measured and shown in Table 3 below.
(%)Austenite fraction
(%)
(J, -196℃)Base material impact value
(J, -196 [deg.] C)
발명예 1 내지 5는 본 발명에서 제어하는 성분계 및 조성범위, 제조 조건을 만족하는 것으로서, 미세조직 내 오스테나이트의 분율이 95%이상으로 제어되고 탄화물은 5%미만으로 제어되는 안정한 오스테나이트가 얻어지며 따라서 극저온에서 우수한 인성을 얻을 수 있음을 보여주고 있다. 특히, 고용 강화를 위한 첨가원소와 첨가량 조절로 인해 우수한 항복강도를 얻을 수 있음을 보여주고 있다.
Inventive Examples 1 to 5 satisfy the composition system, composition range, and production conditions to be controlled in the present invention. As a result, a stable austenite in which the percentage of austenite in microstructure is controlled to 95% or more and the carbide is controlled to be less than 5% And thus excellent toughness can be obtained at a cryogenic temperature. In particular, it shows that excellent yield strength can be obtained due to the addition of added elements and addition amount for strengthening the solid solution.
이에 반해, 비교예 1은 탄소와 망간의 첨가량이 본 발명에서 제어하는 범위를 초과함으로써 오스테나이트 입계에 탄화물이 다량 석출하여 우수한 극저온 인성을 얻을 수 없음을 보여주고 있다. 특히, 도 1은 비교예 1의 미세조직을 관찰한 사진으로서, 상기 도 1에서는 오스테나이트 입계에 과도한 탄화물이 석출한 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, Comparative Example 1 shows that the addition amount of carbon and manganese exceeds the range controlled by the present invention, and thus a large amount of carbide precipitates on the austenite grain boundaries and excellent cryogenic toughness can not be obtained. Particularly, FIG. 1 is a photograph of the microstructure observed in Comparative Example 1, and it can be seen that excessive carbide precipitates in the austenite grain boundaries in FIG. 1.
비교예 2는 크롬의 함량이 본 발명에서 제어하는 범위에 해당되지 않고 냉각속도 또한 본 발명이 제어하는 범위를 만족하지 못하여 목표로 하는 탄화물 분율을 얻지 못하여 극저온 인성이 저하됨을 확인할 수 있다.
In Comparative Example 2, the content of chromium does not fall within the range controlled by the present invention, and the cooling rate also does not satisfy the range controlled by the present invention, so that the target carbide fraction can not be obtained and the cryogenic toughness is lowered.
비교예 3은 구리의 양이 본 발명에서 제어하는 성분 범위를 만족하지 못하여 열간 취성으로 인해 건전한 압연재를 얻을 수 없었다.
In Comparative Example 3, since the amount of copper did not satisfy the component range controlled by the present invention, a sound rolling material could not be obtained due to hot brittleness.
한편, 비교예 4내지 5는 냉각 속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 만족하지 못하여 다량의 탄화물 석출로 인해 충격 인성이 열위함을 알 수 있다.
On the other hand, in Comparative Examples 4 to 5, since the cooling rate does not satisfy the range suggested by the present invention, it can be seen that the impact toughness is due to the deposition of a large amount of carbide.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.
Claims (6)
Cu: not more than 5% (excluding 0), N: not more than 1% (0 is not more than 1%), And at least one component selected from the group consisting of Cr: at most 5%, Mo: at most 5%, Si: at most 4%, Al: at most 5%, and W: at most 5% Low-temperature molten steel excellent in yield strength including Fe and unavoidable impurities.
The low temperature molten steel according to claim 1, wherein the low temperature molten steel has an excellent yield strength with an equilibrium carbide formation temperature of 850 DEG C or lower by adding an element.
The low temperature molten steel according to claim 1, wherein the low temperature steel has a yield strength of 460 MPa or higher in yield strength.
The low temperature molten steel according to claim 1, wherein the microstructure of the low temperature molten steel has an excellent yield strength including an austenite structure in an area fraction of 95% or more.
5. The low temperature molten steel according to claim 4, wherein the carbide present in the grain boundaries of the austenite has an area ratio of 5% or less.
상기 슬라브를 1050~1250℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 800℃이상의 마무리 압연 온도에서 압연하여 열연강판을 얻는 열간압연단계: 및
상기 열연강판을 5℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계를 포함하는 항복강도가 우수한 저온용강의 제조방법.Cu: not more than 5% (excluding 0), N: not more than 1% (0 is not more than 1%), At least one selected from the group consisting of Cr: at most 5%, Mo: at most 5%, Si: at most 4%, Al: at most 5% and W: at most 5%, the balance being Fe and unavoidable impurities Preparing a slab comprising the slab;
Heating the slab to 1050 to 1250 占 폚;
A hot rolling step of rolling the heated slab at a finish rolling temperature of 800 캜 or more to obtain a hot-rolled steel sheet; and
And cooling the hot-rolled steel sheet at a rate of 5 ° C / s or higher.
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