KR20200047082A - High-strength steel sheet having excellent resistance of sulfide stress crack, and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a thick steel sheet suitable for a line pipe, a sour-resistant material and the like, and more specifically, to a method for manufacturing a high-strength steel sheet having excellent resistance of sulfide stress crack. The manufacturing method of the present invention includes a step of heating a steel slab in which Ca and S satisfy the following equation 1, 0.5 <= Ca/S <= 5.0, in a temperature range of 1,100 to 1,300 °C; a step of preparing a hot rolled sheet by finishing hot rolling the heated steel slab; and a step of cooling after the finish hot rolling, wherein the cooling includes a primary cooling step and a secondary cooling step, the primary cooling is performed at a cooling rate of 5 to 40 °C/s so that the surface temperature of the holt rolled sheet becomes Ar1-150 to Ar1-50 °C, and the secondary cooling is performed at a cooling rate of 50 to 500 °C/s so that the surface temperature of the hot rolled sheet becomes 300 to 600 °C.

Description

황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법 {HIGH-STRENGTH STEEL SHEET HAVING EXCELLENT RESISTANCE OF SULFIDE STRESS CRACK, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}Manufacturing method of high strength steel with excellent sulfide stress corrosion cracking resistance {HIGH-STRENGTH STEEL SHEET HAVING EXCELLENT RESISTANCE OF SULFIDE STRESS CRACK, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 라인파이프, 내사워(sour)재 등의 용도로 적합한 후물 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 황화물 응력 부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thick steel material suitable for use as a line pipe, sour material, and more particularly, to a method of manufacturing a high strength steel material having excellent sulfide stress corrosion cracking resistance.

최근, 라인파이프 강재의 표면 경도에 대한 상한 제한의 요구가 증가하고 있는데, 라인파이프 강재의 표면 경도가 높을 경우 파이프 가공시 진원도 불균일 등의 문제를 야기할 뿐만 아니라, 파이프 표면의 고경도 조직에 의해 파이프 가공 시에 균열이 발생하거나 사용 환경에서 인성이 부족한 문제를 발생시킨다. 또한, 표면부의 고경도 조직은 황화수소가 많은 사워(sour) 환경에서 사용될 경우, 수소에 의한 취성 균열을 유발하여 대형사고를 발생시킬 가능성이 높다.
Recently, there is an increasing demand for an upper limit on the surface hardness of line pipe steel materials. When the surface hardness of line pipe steel materials is high, not only causes problems such as unevenness in roundness during pipe processing, but also due to the high hardness structure of the pipe surface. When the pipe is processed, cracks occur or a problem of insufficient toughness in the use environment occurs. In addition, when the high-hardness structure of the surface portion is used in a sour environment with a large amount of hydrogen sulfide, it is highly likely to cause a brittle crack by hydrogen and cause a large accident.

지난 2013년, 카스피해에서의 대형 원유/천연가스 채굴 프로젝트 중, 가동 2주 이내에 파이프 표면의 고경도부에서 황화물 응력부식 균열(SSC, Sulfide Stress Cracking)이 발생하여, 200km의 해저 파이프라인을 클래드 파이프로 교체한 사례가 있다. 이때, SSC가 발생한 원인에 대해 분석한 결과, 파이프 표면부의 고경도 조직인 하드 스팟(hard spot)이 형성된 것을 원인으로 추정하고 있다.
In 2013, during a large oil / natural gas mining project in the Caspian Sea, sulfide stress cracking (SSC) occurred in the high-hardness part of the pipe surface within two weeks of operation, cladding a 200km subsea pipeline. There is a case of replacing with. At this time, as a result of analyzing the cause of the occurrence of the SSC, it is assumed that the hard spot, a high hardness structure of the pipe surface portion, is formed.

API 규격에서는 하드 스팟에 대해 길이 2인치 이상, 비커스 경도 345Hv 이상으로 규정하고 있는 반면, DNV 규격에서는 크기 기준은 API 규격과 동일하나, 경도의 상한을 비커스 경도 250Hv으로 규정하고 있다.
In the API standard, the hard spot is 2 inches or more in length and Vickers hardness of 345 Hv or higher, whereas the DNV standard size standard is the same as the API standard, but the upper limit of hardness is defined as Vickers hardness of 250 Hv.

한편, 라인파이프용 강재는 일반적으로 강 슬라브를 재가열하여, 열간압연을 수행하고 가속 냉각을 행함으로써 제조되며, 가속 냉각시 표면부가 불균일하게 급냉됨에 따라 하드 스팟(hard spot, 고경도 조직이 형성된 부분)이 발생하는 것으로 판단하고 있다.On the other hand, the steel material for line pipes is generally manufactured by reheating a steel slab, performing hot rolling and performing accelerated cooling, and a hard spot (high hardness structure) is formed as the surface portion is rapidly quenched during accelerated cooling. ).

통상의 수냉각으로 제조된 강판은 물의 분사가 강판의 표면에서 이루어지기 때문에 표면부의 냉각속도가 중심부 대비 빠르며, 이러한 냉각속도의 차이로 인해 표면부의 경도가 중심부의 경도보다 높아지게 된다.
Since the steel plate manufactured by normal water cooling is sprayed with water on the surface of the steel plate, the cooling rate of the surface portion is faster than that of the central portion, and the difference in the cooling rate makes the hardness of the surface portion higher than that of the central portion.

이에, 강재 표면부에서 고경도 조직의 형성을 억제하기 위한 방안으로서 수냉각 공정을 완화하는 방안을 고려할 수 있겠으나, 수냉각 완화에 의한 표면경도의 감소는 강재의 강도를 동시에 감소시킴으로, 더 많은 합금원소를 첨가하여야 하는 등의 문제를 야기한다. 또한, 이러한 합금원소의 증가는 오히려 표면경도를 증가시키는 원인이 되기도 한다.
Thus, as a method for suppressing the formation of a high-hardness structure at the surface of the steel material, a method of alleviating the water cooling process may be considered, but the reduction of the surface hardness due to the water cooling relaxation simultaneously reduces the strength of the steel material. It causes problems such as the need to add alloy elements. In addition, the increase of these alloying elements may cause the surface hardness to increase.

본 발명의 일 측면은, 합금조성 및 제조조건의 최적화로부터 기존 후판 수냉재(TMCP) 대비 표면부의 경도를 효과적으로 저감시키고, 이로 인해 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재를 제조하는 방법에 대해 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention, to effectively reduce the hardness of the surface portion compared to the existing thick plate water cooling material (TMCP) from the alloy composition and optimization of manufacturing conditions, thereby providing a method for manufacturing a high strength steel material having excellent sulfide stress corrosion crack resistance Is to do.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 어려움이 없을 것이다.
The subject of this invention is not limited to the above-mentioned content. Anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains will have no difficulty in understanding additional problems of the present invention from the contents throughout the present specification.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 0.8~1.8%, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.06% 이하, 질소(N): 0.01% 이하, 니오븀(Nb): 0.005~0.08%, 티타늄(Ti): 0.005~0.05%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005%와; 니켈(Ni): 0.05~0.3%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 몰리브덴(Mo): 0.02~0.2% 및 바나듐(V): 0.005~0.1% 중 1종 이상, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Ca와 S는 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연하여 열연판재를 제조하는 단계; 및 상기 마무리 열간압연 후 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 냉각은 1차 냉각하는 단계 및 2차 냉각하는 단계를 포함하며,One aspect of the present invention, by weight, carbon (C): 0.02 ~ 0.06%, silicon (Si): 0.1 ~ 0.5%, manganese (Mn): 0.8 ~ 1.8%, phosphorus (P): 0.03% or less, Sulfur (S): 0.003% or less, Aluminum (Al): 0.06% or less, Nitrogen (N): 0.01% or less, Niobium (Nb): 0.005 to 0.08%, Titanium (Ti): 0.005 to 0.05%, Calcium (Ca ): 0.0005 to 0.005%; Nickel (Ni): 0.05 to 0.3%, Chromium (Cr): 0.05 to 0.3%, Molybdenum (Mo): 0.02 to 0.2% and Vanadium (V): 0.005 to 0.1%, at least one of Fe and unavoidable impurities Including, Ca and S heating a steel slab satisfying the following relationship 1 in the temperature range of 1100 ~ 1300 ℃; Preparing a hot rolled sheet material by finishing hot rolling the heated steel slab; And cooling after the finish hot rolling, wherein the cooling includes a primary cooling step and a secondary cooling step,

상기 1차 냉각은 상기 열연판재의 표면 온도가 Ar1-150℃~Ar1-50℃로 되도록 5~40℃/s의 냉각속도로 행하며, 상기 2차 냉각은 상기 열연판재의 표면 온도가 300~600℃가 되도록 50~500℃/s의 냉각속도로 행하는 것을 특징으로 하는 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법을 제공한다.
The primary cooling is performed at a cooling rate of 5 to 40 ° C / s so that the surface temperature of the hot rolled sheet material is Ar1-150 ° C to Ar1-50 ° C, and the secondary cooling has a surface temperature of 300 to 600 ° C. Provided is a method for producing a high strength steel material having excellent sulfide stress corrosion cracking resistance, characterized in that it is performed at a cooling rate of 50 to 500 ° C / s so as to be ° C.

[관계식 1][Relationship 1]

0.5 ≤ Ca/S ≤ 5.0 (여기서, 각 원소는 중량 함량을 의미한다)
0.5 ≤ Ca / S ≤ 5.0 (where each element represents the weight content)

본 발명에 의하면, 일정 두께를 가지는 후물 강재를 제공함에 있어서, 표면부의 경도가 효과적으로 저감되어 황화물 응력부식 균열에 대한 저항성이 우수한 고강도 강재를 제조할 수 있다.According to the present invention, in providing a thick steel material having a certain thickness, the hardness of the surface portion can be effectively reduced to produce a high strength steel material having excellent resistance to sulfide stress corrosion cracking.

본 발명에 의해 제조되는 고강도 강재는 라인파이프 등의 파이프 소재뿐만 아니라 내사워(sour)재로서도 유리하게 적용할 수 있다.
The high-strength steel produced by the present invention can be advantageously applied not only as a pipe material such as a line pipe, but also as a sour material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발명강과 비교강의 항복강도와 표면부 경도의 관계를 그래프화하여 나타낸 것이다.1 is a graph showing a relationship between yield strength and surface hardness of an invention steel and a comparative steel in an embodiment of the present invention.

현재, 후판 소재 및 열연시장 등에 공급되고 있는 TMCP(Thermo-Mechanical Control Process) 소재는 열간압연 이후 냉각시에 발생하는 필연적인 현상(표면부의 냉각속도가 중심부보다 빨라지는 현상)에 의하여, 표면부의 경도가 중심부 대비 높은 특성을 가진다. 이로 인해, 소재의 강도가 증가함에 따라 표면부에서의 경도가 중심부 대비 크게 높아지게 되며, 이와 같은 표면부의 경도 증가는 가공시에 균열을 야기하거나, 저온 인성을 저해하는 원인이 될 뿐만 아니라, 사워(sour) 환경에 적용되는 강재의 경우에는 수소 취성의 개시점이 되는 문제점이 있다.
Currently, the TMCP (Thermo-Mechanical Control Process) material that is supplied to the heavy plate material and the hot rolling market is caused by the inevitable phenomenon that occurs during cooling after hot rolling (the cooling rate of the surface part becomes faster than the center part), and the hardness of the surface part Has higher characteristics than the center. Due to this, as the strength of the material increases, the hardness at the surface portion becomes significantly higher than the center portion, and such an increase in the hardness of the surface portion not only causes cracking during processing or inhibits low-temperature toughness, but also sour ( sour) In the case of steel applied to the environment, there is a problem that becomes the starting point of hydrogen embrittlement.

이에, 본 발명의 발명자들은 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 특히, 일정 두께 이상을 가지는 후물 강재에 있어서 표면부의 경도를 효과적으로 낮춤으로써 황화물 응력부식 균열에 대한 저항성은 물론이고, 고강도를 가지는 강재를 제조할 수 있는 수단을 제공하고자 하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have studied in depth a solution to the above problems. Particularly, it was intended to provide a means for manufacturing a steel material having a high strength as well as resistance to sulfide stress corrosion cracking by effectively lowering the hardness of the surface portion in a thick steel material having a certain thickness or more.

그 결과, 상기 후물 강재를 제조함에 있어서, 표면부와 중심부의 상 변태를 분리하여 제어할 수 있는 방안을 도출하고, 이를 최적화하여 적용함으로써 의도하는 강재를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
As a result, in manufacturing the thick steel material, a method capable of separating and controlling the phase transformation of the surface part and the center part is drawn, and it is confirmed that the intended steel material can be manufactured by optimizing and applying the present invention. Came to completion.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따른 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 0.8~1.8%, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.06% 이하, 질소(N): 0.01% 이하, 니오븀(Nb): 0.005~0.08%, 티타늄(Ti): 0.005~0.05%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005%와; 니켈(Ni): 0.05~0.3%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 몰리브덴(Mo): 0.02~0.2% 및 바나듐(V): 0.005~0.1% 중 1종 이상을 포함하는 강 슬라브를 [가열 - 열간압연 - 냉각]의 공정을 거쳐 제조할 수 있다.
A high strength steel material having excellent sulfide stress corrosion cracking resistance according to an aspect of the present invention is in weight%, carbon (C): 0.02 to 0.06%, silicon (Si): 0.1 to 0.5%, and manganese (Mn): 0.8 to 1.8%. , Phosphorus (P): 0.03% or less, sulfur (S): 0.003% or less, aluminum (Al): 0.06% or less, nitrogen (N): 0.01% or less, niobium (Nb): 0.005 to 0.08%, titanium (Ti ): 0.005 to 0.05%, calcium (Ca): 0.0005 to 0.005%; Nickel (Ni): 0.05 ~ 0.3%, chromium (Cr): 0.05 ~ 0.3%, molybdenum (Mo): 0.02 ~ 0.2% and vanadium (V): 0.005 ~ 0.1% of the steel slab containing one or more of the slab [ Heating-hot rolling-cooling].

우선, 이하에서는 본 발명에서 제공하는 강재의 합금조성을 위와 같이 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. First, the reason for limiting the alloy composition of the steel material provided in the present invention as described above will be described in detail below.

한편, 본 발명에서 특별히 언급하지 않는 한 각 원소의 함량은 중량을 기준으로 하며, 조직의 비율은 면적을 기준으로 한다.
On the other hand, unless specifically stated in the present invention, the content of each element is based on weight, and the proportion of tissue is based on area.

탄소(C): 0.02~0.06%Carbon (C): 0.02 ~ 0.06%

탄소(C)는 강의 물성에 가장 큰 영향을 미치는 원소이다. 상기 C의 함량이 0.02% 미만일 경우, 제강공정 중 성분제어 비용이 과도하게 발생하고, 용접 열영향부(HAZ)가 필요 이상으로 연화되는 문제가 있다. 반면, 그 함량이 0.06%를 초과하게 되면 강판의 수소 유기균열 저항성을 감소시키고 용접성을 저해할 수 있다.Carbon (C) is an element that has the greatest influence on the properties of steel. If the content of C is less than 0.02%, there is a problem in that the cost of controlling the components during the steelmaking process is excessive, and the welding heat-affected zone (HAZ) softens more than necessary. On the other hand, if the content exceeds 0.06%, the hydrogen organic crack resistance of the steel sheet may be reduced and weldability may be impaired.

따라서, 본 발명에서는 상기 C를 0.02~0.06%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 0.03~0.05%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the C may be included as 0.02 to 0.06%, and more advantageously as 0.03 to 0.05%.

실리콘(Si): 0.1~0.5%Silicon (Si): 0.1 ~ 0.5%

실리콘(Si)은 제강공정의 탈산제로서 사용될 뿐만 아니라, 강의 강도를 높이는 역할을 하는 원소이다. 이러한 Si의 함량이 0.5%를 초과하게 되면 소재의 저온인성이 열화되고, 용접성을 저해하며, 압연시 스케일 박리성을 저하시킨다. 한편, 상기 Si의 함량을 0.1% 미만으로 낮추기 위해서는 제조비용이 증가하는 바, 본 발명에서는 상기 Si의 함량을 0.1~0.5%로 제한할 수 있다.
Silicon (Si) is not only used as a deoxidizing agent in the steelmaking process, but also an element that serves to increase the strength of the steel. When the Si content exceeds 0.5%, the low-temperature toughness of the material deteriorates, inhibits weldability, and degrades the scale peelability during rolling. On the other hand, in order to lower the Si content to less than 0.1%, the manufacturing cost increases. In the present invention, the Si content can be limited to 0.1 to 0.5%.

망간(Mn): 0.8~1.8%Manganese (Mn): 0.8-1.8%

망간(Mn)은 저온인성을 저해하지 않으면서, 강의 소입성을 향상시키는 원소로서, 0.8% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 1.8%를 초과하게 되면 중심 편석(segregation)이 발생하여 저온인성이 열화됨은 물론이고, 강의 경화능이 높아지고 용접성이 저해되는 문제가 있다. 또한, Mn의 중심 편석은 수소유기균열을 유발하는 요인이 된다.Manganese (Mn) is an element that improves the quenching property of steel without inhibiting low-temperature toughness, and may be included in 0.8% or more. However, when the content exceeds 1.8%, central segregation occurs, and the low-temperature toughness is deteriorated, as well as the hardenability of the steel and the weldability is impaired. In addition, the central segregation of Mn is a factor causing hydrogen organic cracking.

따라서, 본 발명에서는 상기 Mn을 0.8~1.8%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 1.0~1.4%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the Mn may be included in an amount of 0.8 to 1.8%, and more advantageously, in an amount of 1.0 to 1.4%.

인(P): 0.03% 이하Phosphorus (P): 0.03% or less

인(P)은 강 중 불가피하게 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.03%를 초과하게 되면 용접성이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 저온인성이 감소하는 문제가 있다. 따라서, 상기 P의 함량을 0.03% 이하로 제한할 필요가 있으며 저온인성의 확보 측면에서는 0.01% 이하로 제한함이 보다 바람직하다. 다만, 제강공정시 부하를 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
Phosphorus (P) is an element that is inevitably added in steel, and when its content exceeds 0.03%, there is a problem that not only the weldability is significantly lowered, but also the low-temperature toughness is reduced. Therefore, it is necessary to limit the content of P to 0.03% or less, and in terms of securing low-temperature toughness, it is more preferable to limit it to 0.01% or less. However, 0% can be excluded considering the load during the steelmaking process.

황(S): 0.003% 이하Sulfur (S): 0.003% or less

황(S)은 강 중 불가피하게 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.003%를 초과하게 되면 강의 연성, 저온인성 및 용접성을 감소시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 S의 함량을 0.003% 이하로 제한할 필요가 있다. 한편, 상기 S는 강 중 Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성하며, 이로 인해 강의 수소유기균열 저항성이 저하되는 바, 0.002% 이하로 제한함이 보다 바람직하다. 다만, 제강공정시 부하를 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
Sulfur (S) is an element that is inevitably added to steel, and when its content exceeds 0.003%, there is a problem of reducing the ductility, low-temperature toughness, and weldability of steel. Therefore, it is necessary to limit the content of S to 0.003% or less. On the other hand, the S is combined with Mn in the steel to form an MnS inclusion, thereby reducing the hydrogen organic crack resistance of the steel, it is more preferable to limit to 0.002% or less. However, 0% can be excluded considering the load during the steelmaking process.

알루미늄(Al): 0.06% 이하(0% 제외)Aluminum (Al): 0.06% or less (excluding 0%)

알루미늄(Al)은 통상적으로 용강 중에 존재하는 산소(O)와 반응하여 산소를 제거하는 탈산제로서의 역할을 수행한다. 따라서, 상기 Al은 강 내에서 충분한 탈산력을 가질 수 있을 정도로 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 0.06%를 초과하게 되면 산화물계 개재물이 다량 형성되어 소재의 저온인성 및 수소유기균열 저항성을 저해하므로 바람직하지 못하다.
Aluminum (Al) usually acts as a deoxidizer to remove oxygen by reacting with oxygen (O) present in molten steel. Therefore, the Al can be added to the extent that it can have a sufficient deoxidizing power in the steel. However, when the content exceeds 0.06%, it is not preferable because a large amount of oxide-based inclusions is formed, thereby inhibiting low-temperature toughness and hydrogen-organic crack resistance of the material.

질소(N): 0.01% 이하Nitrogen (N): 0.01% or less

질소(N)는 강 중에서 공업적으로 완전히 제거하는 것이 어려우므로, 제조공정에서 허용할 수 있는 범위인 0.01%를 상한으로 한다. 한편, 상기 N는 강 중 Al, Ti, Nb, V 등과 반응하여 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 이로부터 소재의 인성 및 강도 향상에 유리한 영향을 끼치나, 그 함량이 0.01%를 초과하여 과도하게 첨가되면 고용 상태의 N이 존재하고, 이는 저온인성에 악영향을 미친다. 따라서, 상기 N은 그 함량을 0.01% 이하로 제한할 수 있으며, 제강공정시 부하를 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
Nitrogen (N) is difficult to industrially completely remove from the steel, so the upper limit is 0.01%, which is an allowable range in the manufacturing process. On the other hand, the N inhibits the growth of austenite grains by reacting Al, Ti, Nb, V, etc. in steel to form a nitride, from which it has a favorable effect on the toughness and strength of the material, but its content is 0.01%. If it is excessively added in excess, solid solution N is present, which adversely affects low-temperature toughness. Therefore, the content of N may be limited to 0.01% or less, and 0% may be excluded in consideration of the load during the steelmaking process.

니오븀(Nb): 0.005~0.08%Niobium (Nb): 0.005 to 0.08%

니오븀(Nb)은 슬라브 가열시 고용되어, 후속 열간압연 중에 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 이후 석출됨으로써 강의 강도를 향상시키는데 유효한 역할을 한다. 또한, 강 중 C와 결합하여 탄화물로 석출함으로써 항복비의 증가를 최소화하면서, 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.Niobium (Nb) is employed during slab heating to suppress the growth of austenite grains during subsequent hot rolling, and then precipitate to play an effective role in improving the strength of the steel. In addition, it combines with C in the steel to precipitate as a carbide, thereby minimizing the increase in yield ratio, while improving the strength of the steel.

이러한 Nb의 함량이 0.005% 미만이면 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 반면 그 함량이 0.08%를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 필요 이상으로 미세화될 뿐만 아니라, 조대한 석출물의 형성으로 저온인성 및 수소유기균열 저항성이 열화하는 문제가 있다.When the content of Nb is less than 0.005%, the above-described effect cannot be sufficiently obtained, whereas when the content exceeds 0.08%, not only the austenite grains are refined more than necessary, but also low-temperature toughness and hydrogen due to the formation of coarse precipitates. There is a problem that the organic crack resistance deteriorates.

따라서, 본 발명에서는 상기 Nb을 0.005~0.08%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 0.02~0.05%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the Nb may be included as 0.005 to 0.08%, and more advantageously as 0.02 to 0.05%.

티타늄(Ti): 0.005~0.05%Titanium (Ti): 0.005 ~ 0.05%

티타늄(Ti)은 슬라브 가열시 N과 결합하여 TiN의 형태로 석출함으로써 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는데에 효과적이다.Titanium (Ti) is effective in inhibiting the growth of austenite grains by bonding with N and depositing TiN in the form of slab heating.

이러한 Ti이 0.005% 미만으로 첨가될 경우, 오스테나이트 결정립이 조대하게 되어 저온인성을 감소시키며, 반면 그 함량이 0.05%를 초과하는 경우에도 조대한 Ti계 석출물이 형성되어 저온인성과 수소유기균열 저항성을 감소시키다.When Ti is added in an amount of less than 0.005%, austenite grains become coarse to reduce low-temperature toughness, whereas coarse Ti-based precipitates are formed even when their content exceeds 0.05%, resulting in low-temperature toughness and hydrogen organic crack resistance. Reduce

따라서, 본 발명에서는 상기 Ti을 0.005~0.05%로 포함할 수 있으며, 저온인성의 확보 측면에서는 0.03% 이하로 포함하는 것이 보다 유리하다.
Therefore, in the present invention, the Ti may be included in an amount of 0.005 to 0.05%, and in terms of securing low-temperature toughness, it is more advantageous to include 0.03% or less.

칼슘(Ca): 0.0005~0.005%Calcium (Ca): 0.0005 ~ 0.005%

칼슘(Ca)은 제강공정 중에 S와 결합하여 CaS를 형성함으로써 수소유기균열을 유발시키는 MnS의 편석을 억제하는 역할을 한다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 Ca을 0.0005% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, 그 함량이 0.005%를 초과하게 되면 CaS의 형성뿐만 아니라 CaO 개재물을 형성하여 개재물에 의한 수소유기균열을 야기하는 문제가 있다.Calcium (Ca) combines with S during the steelmaking process to form CaS, thereby inhibiting segregation of MnS that causes hydrogen organic cracking. In order to sufficiently obtain the above-described effect, it is necessary to add the Ca in an amount of 0.0005% or more, but when the content exceeds 0.005%, there is a problem of forming CaS inclusions as well as formation of CaS and causing hydrogen organic cracking by the inclusions. have.

따라서, 본 발명에서는 상기 Ca을 0.0005~0.005%로 포함할 수 있으며, 수소유기균열 저항성의 확보 측면에서는 0.001~0.003%로 포함하는 것이 보다 유리하다.
Therefore, in the present invention, the Ca may be included as 0.0005 to 0.005%, and in terms of securing hydrogen organic crack resistance, it is more advantageous to include 0.001 to 0.003%.

상술한 바에 따라, Ca와 S을 함유함에 있어서, Ca와 S의 성분비(Ca/S)가 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다.As described above, when containing Ca and S, it is preferable that the component ratio (Ca / S) of Ca and S satisfies the following relational expression 1.

상기 Ca와 S의 성분비는 MnS의 중심 편석 및 조대 개재물의 형성을 대표하는 지수로서, 그 값이 0.5 미만일 경우에는 MnS가 강재 두께 중심부에 형성되어 수소유기균열 저항성을 감소시키는 반면, 그 값이 5.0을 초과하는 경우에는 Ca계 조대 개재물이 형성되어 수소유기균열 저항성을 저하시킨다. 따라서, 상기 Ca와 S의 성분비(Ca/S)는 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
The component ratio of Ca and S is an index representing the central segregation of MnS and the formation of coarse inclusions. When the value is less than 0.5, MnS is formed in the center of the steel thickness to reduce hydrogen organic crack resistance, while its value is 5.0. If it exceeds, a Ca-based coarse inclusion is formed to degrade hydrogen organic crack resistance. Therefore, it is preferable that the component ratio (Ca / S) of Ca and S satisfies the following relational expression 1.

[관계식 1][Relationship 1]

0.5 ≤ Ca/S ≤ 5.0 (여기서, 각 원소는 중량 함량을 의미한다)
0.5 ≤ Ca / S ≤ 5.0 (where each element represents the weight content)

한편, 본 발명의 고강도 강재는 상술한 합금조성 이외에 물성을 더욱 향상시킬 수 있는 원소들을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 니켈(Ni): 0.05~0.3%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 몰리브덴(Mo): 0.02~0.2% 및 바나듐(V): 0.005~0.1% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
On the other hand, the high-strength steel of the present invention may further include elements that can further improve the physical properties in addition to the above-described alloy composition, specifically nickel (Ni): 0.05 ~ 0.3%, chromium (Cr): 0.05 ~ 0.3%, Molybdenum (Mo): 0.02 ~ 0.2% and vanadium (V): may further include at least one of 0.005 ~ 0.1%.

니켈(Ni): 0.05~0.3%Nickel (Ni): 0.05 ~ 0.3%

니켈(Ni)은 강의 저온인성의 열화 없이 강도를 향상시키는데에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상으로 Ni을 첨가할 수 있으나, 상기 Ni은 고가의 원소로서 그 함량이 0.3%를 초과하게 되면 제조비용이 크게 상승하는 문제가 있다.Nickel (Ni) is an effective element for improving strength without deteriorating the low-temperature toughness of steel. In order to obtain such an effect, Ni may be added in an amount of 0.05% or more, but Ni is an expensive element, and when its content exceeds 0.3%, there is a problem in that manufacturing cost increases significantly.

따라서, 본 발명에서는 상기 Ni의 첨가시 0.05~0.3%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, when Ni is added, it may be included at 0.05 to 0.3%.

크롬(Cr): 0.05~0.3%Chromium (Cr): 0.05 ~ 0.3%

크롬(Cr)은 슬라브 가열시 오스테나이트에 고용되어 강재의 소입성을 향상시키는 역할을 한다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상으로 Cr을 첨가할 수 있으나, 그 함량이 0.3%를 초과하게 되면 용접성이 저하되는 문제가 있다.Chromium (Cr) is employed in austenite during slab heating to improve the quenching properties of steel. Cr may be added in an amount of 0.05% or more in order to obtain the above-described effect, but if the content exceeds 0.3%, there is a problem that weldability is deteriorated.

따라서, 본 발명에서는 상기 Cr의 첨가시 0.05~0.3%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, when Cr is added, it may be included at 0.05 to 0.3%.

몰리브덴(Mo): 0.02~0.2%Molybdenum (Mo): 0.02 ~ 0.2%

몰리브덴(Mo)은 상기 Cr과 유사하게 강재의 소입성을 향상시키고, 강도를 증가시키는 역할을 한다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 0.02% 이상으로 Mo을 첨가할 수 있으나, 그 함량이 0.2%를 초과하게 되면 상부 베이나이트(upper bainite)와 같은 저온인성에 취약한 조직을 형성시키고, 수소유기균열 저항성을 저해하는 문제가 있다.Molybdenum (Mo), similar to the Cr, improves the quenching properties of the steel and serves to increase the strength. In order to obtain the above-described effect, Mo may be added at 0.02% or more, but when the content exceeds 0.2%, a tissue vulnerable to low-temperature toughness such as upper bainite is formed, and hydrogen organic crack resistance is inhibited. There is a problem.

따라서, 본 발명에서는 상기 Mo의 첨가시 0.02~0.2%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, when Mo is added, it may be included as 0.02 to 0.2%.

바나듐(V): 0.005~0.1%Vanadium (V): 0.005 ~ 0.1%

바나듐(V)은 강재의 소입성을 증가시켜 강도를 향상시키는 원소로서, 이러한 효과를 위해서는 0.005% 이상으로 첨가할 필요가 있다. 다만, 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 강의 소입성이 과도하게 증가하여 저온인성에 취약한 조직이 형성되고, 수소유기균열 저항성이 감소된다.Vanadium (V) is an element that improves the strength by increasing the quenching properties of steel materials, and for this effect, it is necessary to add at least 0.005%. However, when the content exceeds 0.1%, the hardenability of the steel is excessively increased to form a structure vulnerable to low-temperature toughness, and the resistance to hydrogen-organic cracking is reduced.

따라서, 본 발명에서는 상기 V의 첨가시 0.005~0.1%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, when V is added, it may be included as 0.005 to 0.1%.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
The remaining component of the invention is iron (Fe). However, in the normal manufacturing process, unintended impurities from the raw material or the surrounding environment may inevitably be mixed, and therefore cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, they are not specifically mentioned in this specification.

이하에서는, 본 발명에서 달성하고자 하는 목적 즉, 표층부와 중심부의 경도차가 최소화된 강재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the object to be achieved in the present invention will be described in detail with respect to a method of manufacturing a steel material having a small difference in hardness between the surface layer portion and the center portion.

[슬라브 가열][Slab heating]

본 발명에서 제안하는 합금조성 및 성분관계를 만족하는 강 슬라브를 준비한 후, 이를 가열할 수 있으며, 이때 1100~1300℃에서 행할 수 있다.After preparing a steel slab that satisfies the alloy composition and component relationship proposed in the present invention, it can be heated, and at this time, it can be performed at 1100 to 1300 ° C.

상기 가열시 온도가 1300℃를 초과하게 되면 스케일(scale) 결함이 증가할 뿐만 아니라, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강의 소입성을 증가시킬 우려가 있다. 또한, 중심부에서 상부 베이나이트와 같은 저온인성에 취약한 조직의 분율을 증가시킴으로써 수소유기균열 저항성이 열화되는 문제가 있다. 반면, 그 온도가 1100℃ 미만이면 합금원소의 재고용률이 저하될 우려가 있다.When the temperature exceeds 1300 ° C during heating, not only does the scale defect increase, but there is a fear that the austenite grains become coarse and increase the quenching properties of the steel. In addition, there is a problem in that hydrogen-organic crack resistance is deteriorated by increasing the fraction of tissues vulnerable to low-temperature toughness such as upper bainite in the center. On the other hand, if the temperature is less than 1100 ° C, there is a fear that the re-use rate of the alloying element is lowered.

따라서, 본 발명에서는 상기 강 슬라브의 가열시 1100~1300℃의 온도범위에서 행할 수 있으며, 강도 및 수소유기균열 저항성의 확보 측면에서 1150~1250℃의 온도범위에서 행할 수 있다.
Therefore, in the present invention, when the steel slab is heated, it can be performed in a temperature range of 1100 to 1300 ° C, and can be performed in a temperature range of 1150 to 1250 ° C in terms of securing strength and hydrogen-organic crack resistance.

[열간압연][Hot rolling]

상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연판재로 제조할 수 있으며, 이때 Ar3+50℃~Ar3+250℃의 온도범위에서 누적 압하율 50% 이상으로 마무리 열간압연을 행할 수 있다.The heated steel slab can be hot-rolled to be made of a hot-rolled sheet material, and at this time, finish hot rolling may be performed at a temperature range of Ar3 + 50 ° C to Ar3 + 250 ° C with a cumulative reduction rate of 50% or more.

상기 마무리 열간압연시 온도가 Ar3+250℃ 보다 높으면, 결정립 성장에 의한 소입성의 증가로 상부 베이나이트와 같은 저온인성에 취약한 조직이 형성되어 수소유기균열 특성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 그 온도가 Ar3+50℃ 보다 낮으면 후속 냉각이 개시되는 온도가 너무 낮아지게 되어, 공냉 페라이트의 분율이 과도해져 강도가 저하될 우려가 있다.When the temperature of the finishing hot rolling is higher than Ar3 + 250 ° C, a structure vulnerable to low-temperature toughness such as upper bainite is formed due to an increase in quenching due to grain growth, and thus there is a problem in that hydrogen organic cracking characteristics are deteriorated. On the other hand, if the temperature is lower than Ar3 + 50 ° C, the temperature at which subsequent cooling is started becomes too low, and the fraction of air-cooled ferrite may become excessive and the strength may be lowered.

상술한 온도범위에서 마무리 열간압연시 누적 압하율이 50% 미만이면 강재의 중심부까지 압연에 의한 재결정이 발생하지 않게 되어 중심부 결정립이 조대화 되고, 저온인성이 열화되는 문제가 있다.
If the cumulative rolling reduction during finishing hot rolling in the above-described temperature range is less than 50%, recrystallization by rolling does not occur to the center of the steel material, resulting in coarsening of the core grains and deterioration of low-temperature toughness.

[냉각][Cooling]

상기에 따라 제조된 열연판재를 냉각할 수 있으며, 특별히 본 발명에서는 표층부와 중심부의 경도 차가 최소화된 강재를 얻을 수 있는 최적의 냉각 공정을 제안함에 기술적 의의가 있다 할 것이다.It is possible to cool the hot-rolled sheet material manufactured according to the above, and in the present invention, there will be technical significance to propose an optimal cooling process for obtaining a steel material having a small difference in hardness between the surface layer portion and the center portion.

구체적으로, 상기 냉각은 1차 냉각하는 단계 및 2차 냉각하는 단계를 포함하며, 각 공정 조건에 대해서 하기에 구체적으로 설명한다. 여기서, 상기 1차 냉각과 2차 냉각은 특정 냉각 수단을 적용함으로써 행할 수 있으며, 일 예로 수냉을 적용할 수 있을 것이다.
Specifically, the cooling includes a primary cooling step and a secondary cooling step, and each process condition will be described in detail below. Here, the primary cooling and the secondary cooling may be performed by applying a specific cooling means, for example, water cooling may be applied.

1차 냉각1st cooling

본 발명에서는 상술한 마무리 열간압연을 종료한 직후 1차 냉각을 행할 수 있으며, 구체적으로는 상기 마무리 열간압연하여 얻은 열연판재의 표면부 온도가 Ar3-20℃~Ar3+50℃일 때 개시하는 것이 바람직하다.In the present invention, the primary cooling can be performed immediately after the above-mentioned finish hot rolling is completed, and specifically, when the surface temperature of the hot-rolled sheet material obtained by the hot rolling is finished is Ar3-20 ° C to Ar3 + 50 ° C. desirable.

상기 1차 냉각의 개시온도가 Ar3+50℃를 초과하게 되면 1차 냉각 중에 표면부에서 페라이트로의 상 변태가 충분히 이루어지지 못하게 되어 표면부의 경도 감소 효과를 얻을 수 없게 된다. 반면, 그 온도가 Ar3-20℃ 미만이면 중심부까지 과도하게 페라이트 변태가 발생하여 강의 강도를 저하시키는 원인이 된다.
When the starting temperature of the primary cooling exceeds Ar3 + 50 ° C, phase transformation from the surface portion to ferrite is not sufficiently achieved during the primary cooling, so that the effect of reducing the hardness of the surface portion cannot be obtained. On the other hand, if the temperature is less than Ar3-20 ° C, excessive ferrite transformation to the center occurs, which causes a decrease in the strength of the steel.

또한, 상기 1차 냉각은 상기 열연판재의 표면온도가 Ar1-150℃~Ar1-50℃로 되도록 5~40℃/s의 냉각속도로 행하는 것이 바람직하다.In addition, the primary cooling is preferably performed at a cooling rate of 5 to 40 ° C / s so that the surface temperature of the hot-rolled sheet material is Ar1-150 ° C to Ar1-50 ° C.

즉, 상기 1차 냉각의 종료온도가 Ar1-50℃를 초과하게 되면 1차 냉각된 강재의 표면부에서 페라이트로 상 변태되는 분율이 낮아 표면부의 경도 감소 효과를 효과적으로 얻을 수 없고, 반면 그 온도가 Ar1-150℃ 보다 낮으면 중심부까지 페라이트 상 변태가 과도하게 발생하여 목표 수준의 강도 확보가 어려워진다.That is, when the end temperature of the primary cooling exceeds Ar1-50 ° C, the fraction of phase transformation from the surface portion of the primary cooled steel to ferrite is low, so that the effect of reducing the hardness of the surface portion cannot be effectively obtained, whereas the temperature is When it is lower than Ar1-150 ° C, ferrite phase transformation occurs excessively to the center, making it difficult to secure a target level of strength.

게다가, 상기 1차 냉각시의 냉각속도가 5℃/s 미만으로 너무 느리면 상술한 1차 냉각 종료온도를 확보하기 어렵고, 반면 40℃/s를 초과하게 되면 표면부에서 페라이트 보다 경질상, 예컨대 애시큘러 페라이트 상으로 변태하는 분율이 높아져 중심부 대비 연질한 조직을 확보하기 어렵다.
In addition, when the cooling rate during the primary cooling is too slow to be less than 5 ° C / s, it is difficult to secure the above-mentioned primary cooling end temperature, whereas when it exceeds 40 ° C / s, the surface is harder than ferrite, such as ash. The proportion of transformation into a circular ferrite phase increases, making it difficult to secure a soft structure compared to the central portion.

한편, 상기 1차 냉각을 완료한 후에는 상기 열연판재의 중심부 온도가 Ar3-50℃~Ar3+10℃로 제어되는 것이 바람직하다.On the other hand, after completing the primary cooling, it is preferable that the central temperature of the hot-rolled sheet material is controlled to Ar3-50 ° C to Ar3 + 10 ° C.

상기 1차 냉각을 종료한 후 중심부의 온도가 Ar3+10℃를 초과하게 되면 표면부의 1차 냉각 종료온도가 상승되어 표면부의 페라이트 상 변태 분율이 낮아진다. 반면, 상기 중심부의 온도가 Ar3-50℃ 미만이면 중심부가 과도하게 냉각되어 상대적으로 온도가 높은 중심부에 의한 표면부의 템퍼링 효과를 얻을 수 없게 되며, 이는 결국 표면부의 경도 저감 효과를 저하시킨다.
After the primary cooling is completed, when the temperature of the central portion exceeds Ar3 + 10 ° C, the primary cooling termination temperature of the surface portion rises and the ferrite phase transformation fraction of the surface portion decreases. On the other hand, when the temperature of the central portion is less than Ar3-50 ° C, the central portion is excessively cooled, so that the tempering effect of the surface portion by the relatively high temperature central portion cannot be obtained, which in turn lowers the effect of reducing the hardness of the surface portion.

2차 냉각Secondary cooling

상술한 1차 냉각을 완료한 직후 2차 냉각을 행하는 것이 바람직하며, 상기 2차 냉각은 표면부의 온도가 300~600℃가 되도록 50~500℃/s의 냉각속도로 행하는 것이 바람직하다.It is preferable to perform the secondary cooling immediately after completing the above-described primary cooling, and the secondary cooling is preferably performed at a cooling rate of 50 to 500 ° C / s so that the temperature of the surface portion is 300 to 600 ° C.

즉, 상기 2차 냉각의 종료온도가 300℃ 미만이면 중심부에서 MA 상의 분율이 높아져 저온인성의 확보 및 수소취성 억제에 악영향을 미치며, 반면 그 온도가 600℃를 초과하게 되면 중심부에서의 상 변태가 완료되지 못하여 강도 확보가 어려워진다. That is, if the end temperature of the secondary cooling is less than 300 ° C, the fraction of the MA phase in the center increases, which adversely affects low temperature toughness and suppresses hydrogen embrittlement, whereas when the temperature exceeds 600 ° C, phase transformation in the center occurs Since it cannot be completed, it becomes difficult to secure strength.

또한, 상술한 온도범위로의 2차 냉각시 냉각속도가 50℃/s 미만이면 중심부의 결정립이 조대화 되어 목표 수준의 강도 확보가 어려우며, 반면 500℃/s를 초과하게 되면 중심부 미세조직으로 상부 베이나이트와 같은 저온인성에 취약한 상의 분율이 높아져 수소유기균열 저항성을 열화시키므로 바람직하지 못하다.
In addition, when the cooling rate is less than 50 ° C / s during the second cooling to the above-described temperature range, it is difficult to secure a target level of strength due to coarsening of the crystal grains in the center, whereas when it exceeds 500 ° C / s, the upper part is formed into the central microstructure. The fraction of phases vulnerable to low-temperature toughness, such as bainite, increases, which degrades hydrogen-organic cracking resistance, which is undesirable.

상술한 합금조성 및 제조공정에 의해 제조되는 고강도 강재는 5~50mm의 두께를 가질 수 있으며, 이와 같이 일정 두께를 가지더라도 표층부 경도와 중심부 경도의 차이(표층부 경도 - 중심부 경도)가 비커스 경도 20Hv 이하로 제될 수 있다. 이때, 표층부의 경도값이 중심부의 경도값 보다 낮은 경우도 포함할 수 있다.The high-strength steel produced by the above-described alloy composition and manufacturing process may have a thickness of 5 to 50 mm, and even if it has a certain thickness, the difference between the surface layer hardness and the center hardness (surface layer hardness-center hardness) is Vickers hardness 20 Hv or less the word may be a. At this time, it may also include a case where the hardness value of the surface layer portion is lower than the hardness value of the center portion.

즉, 본 발명은 종래 TMCP 강재 대비 강도는 동등 또는 그 이상으로 확보하면서도 표층부와 중심부의 경도 차이를 최소화시킨 고강도 강재를 얻을 수 있으며, 이러한 고강도 강재의 가공시 균열의 형성 및 전파 등이 억제되어 수소유기균열에 대한 저항성 및 황화물 응력부식 균열 저항성을 우수하게 가질 수 있다. 바람직하게 본 발명의 강재는 450MPa 이상의 항복강도를 가질 수 있다.That is, the present invention can obtain a high-strength steel material that minimizes the difference in hardness between the surface layer portion and the center portion while securing the strength compared to the conventional TMCP steel material at an equal or higher level, and the formation and propagation of cracks during processing of the high-strength steel material are suppressed, and hydrogen is suppressed. It can have excellent resistance to organic cracking and sulfide stress corrosion cracking resistance. Preferably, the steel material of the present invention may have a yield strength of 450 MPa or more.

여기서, 표층부라 함은 표면으로부터 두께 방향 0.5mm 지점까지를 의미하며, 이는 강재의 양면에 해당될 수 있다. 또한, 중심부라 함은 상기 표층부를 제외한 나머지 영역을 의미한다.Here, the surface layer part means up to a point in the thickness direction of 0.5 mm from the surface, which may correspond to both sides of the steel material. In addition, the center means the rest of the area except the surface layer.

본 발명에서 상기 표층부의 경도는 표면으로부터 두께 방향 0.5mm 지점까지를 비커스 경도기를 이용하여 1kgf 하중으로 측정한 최대 경도값을 나타내며, 중심부의 평균 경도는 t/2 지점에서 측정한 경도값의 평균값을 나타낸다. 통상, 각 위치별로 5회 내외로 경도를 측정할 수 있다.
In the present invention, the hardness of the surface layer portion represents the maximum hardness value measured from the surface to a point in the thickness direction of 0.5 mm using a Vickers hardness tester with a 1 kgf load, and the average hardness of the center portion represents the average value of the hardness values measured at the point t / 2. Shows. Usually, the hardness can be measured around 5 times for each location.

본 발명에서는 상술한 바에 의해 제조되는 고강도 강재의 미세조직에 대해서 구체적으로 한정하지 아니하며, 표층부와 중심부의 경도 차가 20Hv 이하인 조직 구성인 것이라면 어떠한 상(phase) 및 어떠한 분율 범위이어도 무방하다.In the present invention, the microstructure of the high-strength steel produced by the above is not specifically limited, and any phase and any fraction range may be used as long as the difference in hardness between the surface layer portion and the center portion is 20 Hv or less.

구체적으로, 상기 표층부의 미세조직은 중심부 미세조직과 동일하거나 보다 연질의 조직(soft phase)을 가질 수 있으며, 일 예로 상기 강재의 표층부 미세조직이 페라이트 및 펄라이트의 복합조직으로 구성되는 경우에는 중심부 미세조직이 애시큘러 페라이트로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아님을 밝혀둔다.
Specifically, the microstructure of the surface layer portion may have the same or a softer phase than the central microstructure, for example, when the microstructure of the surface layer portion of the steel is composed of a composite structure of ferrite and pearlite, the core microstructure The tissue may be composed of acyclic ferrite. However, it should be noted that the present invention is not limited to this.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it is necessary to note that the following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the items described in the claims and the items reasonably inferred therefrom.

(( 실시예Example ))

하기 표 1의 합금조성을 갖는 강 슬라브를 준비하였다. 이때, 상기 합금조성의 함량은 중량%이며, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다. 준비된 강 슬라브를 하기 표 2에 나타낸 조건으로 가열, 열간압연 및 냉각의 공정을 거쳐 각각의 강재를 제조하였다.
A steel slab having an alloy composition of Table 1 below was prepared. At this time, the content of the alloy composition is weight%, and the rest includes Fe and unavoidable impurities. The prepared steel slabs were manufactured under the conditions shown in Table 2, respectively, through heating, hot rolling and cooling.

강종Steel 합금조성 (중량%)Alloy composition (% by weight) 관계식1Relation 1 Ar3
(℃)
Ar3
(℃)
Ar1
(℃)
Ar1
(℃)
CC SiSi MnMn P*P * S*S * AlAl N*N * NiNi CrCr MoMo NbNb TiTi VV Ca*Ca * 발명
강1
invent
River 1
0.040.04 0.240.24 1.091.09 6060 77 0.0240.024 3030 0.210.21 0.180.18 0.080.08 0.0430.043 0.0120.012 0.020.02 1818 2.62.6 798798 722722
발명
강2
invent
River 2
0.0380.038 0.250.25 1.251.25 6060 99 0.0230.023 4040 0.140.14 0.120.12 0.060.06 0.0410.041 0.0130.013 00 1616 1.81.8 788788 723723
발명
강3
invent
River 3
0.0420.042 0.230.23 1.221.22 9090 88 0.0250.025 4040 0.150.15 0.160.16 0.070.07 0.0460.046 0.0110.011 00 1111 1.41.4 789789 723723
비교
강1
compare
River 1
0.110.11 0.250.25 1.441.44 8080 88 0.0310.031 5050 0.210.21 0.120.12 0.060.06 0.050.05 0.0110.011 0.020.02 1515 1.91.9 751751 716716
비교
강2
compare
River 2
0.0360.036 0.240.24 2.112.11 8080 88 0.0290.029 6060 00 0.10.1 00 0.0350.035 0.0120.012 0.020.02 1111 1.41.4 737737 717717
비교
강3
compare
River 3
0.0370.037 0.220.22 1.221.22 6060 1010 0.0380.038 4040 0.160.16 0.190.19 00 0.0440.044 0.0130.013 00 44 0.40.4 797797 722722
비교
강4
compare
River 4
0.040.04 0.240.24 1.091.09 6060 77 0.0240.024 3030 0.210.21 0.180.18 0.080.08 0.0430.043 0.0120.012 0.020.02 1818 2.62.6 798798 722722

(표 1에서 P*, S*, N*, Ca*는 ppm으로 나타낸 것이다.(In Table 1, P *, S *, N *, and Ca * are expressed in ppm.

또한, [Ar3 = 910 - 310×C - 80×Mn - 20×Cu - 15×Cr - 55×Ni - 80×Mo + 0.35×(두께(mm)-8)], [Ar1 = 742 - 7.1×C - 14.1×Mn + 16.3×Si + 11.5×Cr - 49.7×Ni] 에 의해 계산된다.)
In addition, [Ar3 = 910-310 × C-80 × Mn-20 × Cu-15 × Cr-55 × Ni-80 × Mo + 0.35 × (thickness (mm) -8)], [Ar1 = 742-7.1 × C-14.1 x Mn + 16.3 x Si + 11.5 x Cr-49.7 x Ni].)

강종Steel 구분division 두께
(mm)
thickness
(mm)
가열
온도
(℃)
heating
Temperature
(℃)
마무리 압연Finish rolling 2단
냉각
유무
2-stage
Cooling
The presence or absence
1차 냉각1st cooling 2차 냉각Secondary cooling
온도
(℃)
Temperature
(℃)
압하율
(%)
Rolling reduction
(%)
개시
온도
(℃)
Initiate
Temperature
(℃)
냉각
속도
(℃/s)
Cooling
speed
(℃ / s)
표면부
종료
온도
(℃)
Surface
End
Temperature
(℃)
중심부
종료
온도
(℃)
center
End
Temperature
(℃)
표면부
종료
온도
(℃)
Surface
End
Temperature
(℃)
냉각
속도
(℃/s)
Cooling
speed
(℃ / s)
발명강1Invention Steel 1 발명예1Inventive Example 1 30.930.9 11391139 888888 7777 820820 1818 584584 795795 471471 288288 발명강2Invention Steel 2 발명예2Inventive Example 2 19.519.5 11481148 920920 7575 811811 1414 595595 780780 448448 274274 발명강3Invention Steel 3 발명예3Inventive Example 3 25.725.7 11421142 911911 7777 818818 1616 587587 788788 452452 249249 비교강1Comparative Steel 1 비교예1Comparative Example 1 30.930.9 11421142 845845 7575 ×× 789789 245245 456456 495495 -- -- 비교강2Comparative Steel 2 비교예2Comparative Example 2 30.930.9 11381138 822822 7575 ×× 765765 255255 489489 494494 -- -- 비교강3Comparative Steel 3 비교예3Comparative Example 3 30.930.9 11211121 899899 7777 ×× 822822 261261 499499 495495 -- -- 비교강4
Comparative steel 4
비교예4Comparative Example 4 30.930.9 11481148 892892 7777 ×× 823823 281281 465465 483483 -- --
비교예5Comparative Example 5 30.930.9 11251125 867867 7777 821821 2525 711711 780780 467467 281281 비교예6Comparative Example 6 30.930.9 11291129 879879 7575 826826 7777 494494 689689 475475 276276

상술한 바에 따라 제조된 각각의 강재에 대해 항복강도(YS), 표면부와 중심부에서의 비커스 경도, 황화물 응력 균열에 대한 저항성을 측정하고, 미세조직을 관찰하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The yield strength (YS), the Vickers hardness at the surface and the center, and the resistance to sulfide stress cracks were measured for each steel material prepared according to the above, microstructures were observed, and the results are shown in Table 3 below. Did.

이때, 항복강도는 0.5% under-load 항복강도를 의미하며, 인장 시편은 API-5L 규격 시험편을 압연방향에 수직한 방향으로 채취한 다음 시험하였다.At this time, the yield strength means 0.5% under-load yield strength, and the tensile specimens were tested after taking API-5L standard test pieces in a direction perpendicular to the rolling direction.

강재 위치별 경도의 측정은 비커스 경도 시험기를 이용하여 1kgf의 하중으로 측정하였다. 이때, 중심부의 경도는 강재를 두께 방향으로 절단한 다음 t/2 위치에서 측정하였으며, 표면부의 경도는 강재 표면에서 측정하였다.The hardness of each steel is measured using a Vickers hardness tester at a load of 1kgf. It was measured. At this time, the hardness of the center was measured at the t / 2 position after cutting the steel in the thickness direction, and the hardness of the surface was measured at the steel surface.

미세조직은 광학 현미경을 이용하여 측정하고, 이미지 분석기(Image analyser)를 이용하여 상(phase)의 종류를 관찰하였다.The microstructure was measured using an optical microscope, and the type of phase was observed using an image analyzer.

그리고, 황화물 응력 균열에 대한 저항성은 NACE TM0177 규정에 따라 1bar의 H2S 가스로 포화된 강산의 표준용액(5% NaCl + 0.5% 아세트산) 내에서 시편에 항복강도 90%의 인가응력을 가한 후 720시간 내에 파단 여부를 관찰하였다.
Then, the resistance to sulfide stress cracking was applied after applying an applied stress of 90% yield strength to the specimen in a standard solution of strong acid (5% NaCl + 0.5% acetic acid) saturated with 1 bar of H 2 S gas according to NACE TM0177 regulations. It was observed whether the fracture occurred within 720 hours.

구분division 미세조직Microstructure 경도(Hv)Hardness (Hv) 항복강도
(MPa)
Yield strength
(MPa)
SSCSSC
표면부Surface 중심부center 표면부Surface 중심부center 경도차이Hardness difference 발명예 1Inventive Example 1 F+PF + P AFAF 178178 186186 -8-8 477477 미발생Not occurring 발명예 2Inventive Example 2 F+PF + P AFAF 182182 192192 -10-10 480480 미발생Not occurring 발명예 3Inventive Example 3 F+PF + P AFAF 176176 190190 -14-14 468468 미발생Not occurring 비교예 1Comparative Example 1 UBUB AF+UBAF + UB 284284 255255 2929 544544 발생Occur 비교예 2Comparative Example 2 UBUB AF+UBAF + UB 280280 245245 3535 555555 발생Occur 비교예 3Comparative Example 3 AFAF AFAF 216216 192192 2424 483483 발생Occur 비교예 4Comparative Example 4 AFAF AFAF 222222 194194 2828 486486 미발생Not occurring 비교예 5Comparative Example 5 AF+FAF + F AFAF 212212 191191 2121 479479 미발생Not occurring 비교예 6Comparative Example 6 F+P+AFF + P + AF AF+F+PAF + F + P 172172 178178 -6-6 421421 미발생Not occurring

(표 3에서 F는 페라이트, P는 펄라이트, AF는 애시큘러 페라이트, UP는 상부 베이나이트를 나타낸다.)
(In Table 3, F represents ferrite, P represents pearlite, AF represents acyclic ferrite, and UP represents upper bainite.)

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 3은 표면부의 경도가 중심부 대비 현저히 낮은 것을 확인할 수 있으며, 황화물 응력부식 균열에 대한 저항성도 우수함을 확인할 수 있다 (도 1 참조).
As shown in Tables 1 to 3, inventive examples 1 to 3 satisfying both the alloy composition and manufacturing conditions proposed in the present invention can be confirmed that the hardness of the surface portion is significantly lower than the center portion, and resistance to sulfide stress corrosion cracking It can also be confirmed that it is excellent (see Fig. 1).

반면, 본 발명에서 제안하는 합금조성을 만족하지 못하고, 냉각공정 역시 본 발명의 조건을 벗어나는 비교예 1 내지 3과, 합금조성은 본 발명을 만족하지만 냉각공정이 본 발명을 벗어나는 비교예 4는 표면부의 경도가 중심부 보다 과도하게 높게 나타났으며 그 차이가 20Hv를 초과하였다. 이 중 비교예 1 내지 3은 SSC 특성도 열위하였다.On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 that do not satisfy the alloy composition proposed in the present invention, and the cooling process also deviates from the conditions of the present invention, and Comparative Example 4 in which the alloy composition satisfies the present invention but the cooling process deviates from the present invention The hardness was excessively higher than the center, and the difference exceeded 20Hv. Among them, Comparative Examples 1 to 3 also had poor SSC characteristics.

비교예 5 및 6은 본 발명과 같이 다단 냉각이 적용되었음에도 불구하고, 이 중 비교예 5는 1차 냉각시 표면부의 종료온도가 과도하게 높아 표면부에서 중심부 대비 연질의 조직인 페라이트 상이 충분히 형성되지 못함에 따라 중심부 보다 표면부의 경도가 높게 나타났다. 비교예 6은 1차 냉각시 냉각속도가 과도하여 표면부의 종료온도가 과도하게 낮아 중심부 종료온도도 낮았으며, 이로 인해 중심부에서 페라이트 및 펄라이트가 형성되어 항복강도가 450MPa 미만으로 의도하는 강도의 확보가 곤란하였다.In Comparative Examples 5 and 6, although multi-stage cooling was applied as in the present invention, Comparative Example 5 in which the end temperature of the surface portion was excessively high during primary cooling, so that the ferrite phase, which is a soft tissue compared to the center portion, was not sufficiently formed in the surface portion. The hardness of the surface was higher than that of the center. In Comparative Example 6, the cooling rate was excessive during the primary cooling, and the termination temperature of the surface portion was excessively low, so that the central termination temperature was also low. As a result, ferrite and pearlite were formed in the central region, so that the yield strength was less than 450 MPa. It was difficult.

Claims (6)

중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 0.8~1.8%, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.06% 이하, 질소(N): 0.01% 이하, 니오븀(Nb): 0.005~0.08%, 티타늄(Ti): 0.005~0.05%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005%와; 니켈(Ni): 0.05~0.3%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 몰리브덴(Mo): 0.02~0.2% 및 바나듐(V): 0.005~0.1% 중 1종 이상, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Ca와 S는 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연하여 열연판재를 제조하는 단계; 및 상기 마무리 열간압연 후 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 냉각은 1차 냉각하는 단계 및 2차 냉각하는 단계를 포함하며,
상기 1차 냉각은 상기 열연판재의 표면 온도가 Ar1-150℃~Ar1-50℃로 되도록 5~40℃/s의 냉각속도로 행하며, 상기 2차 냉각은 상기 열연판재의 표면 온도가 300~600℃가 되도록 50~500℃/s의 냉각속도로 행하는 것을 특징으로 하는 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.

[관계식 1]
0.5 ≤ Ca/S ≤ 5.0 (여기서, 각 원소는 중량 함량을 의미한다)
In weight percent, carbon (C): 0.02 to 0.06%, silicon (Si): 0.1 to 0.5%, manganese (Mn): 0.8 to 1.8%, phosphorus (P): 0.03% or less, sulfur (S): 0.003% Below, aluminum (Al): 0.06% or less, nitrogen (N): 0.01% or less, niobium (Nb): 0.005 to 0.08%, titanium (Ti): 0.005 to 0.05%, calcium (Ca): 0.0005 to 0.005% ; Nickel (Ni): 0.05 to 0.3%, Chromium (Cr): 0.05 to 0.3%, Molybdenum (Mo): 0.02 to 0.2% and Vanadium (V): 0.005 to 0.1%, at least one of Fe and unavoidable impurities Including, Ca and S heating a steel slab satisfying the following relationship 1 in the temperature range of 1100 ~ 1300 ℃; Preparing a hot rolled sheet material by finishing hot rolling the heated steel slab; And cooling after the finish hot rolling,
The cooling includes a primary cooling step and a secondary cooling step,
The primary cooling is performed at a cooling rate of 5 to 40 ° C / s so that the surface temperature of the hot rolled sheet material is Ar1-150 ° C to Ar1-50 ° C, and the secondary cooling has a surface temperature of 300 to 600 ° C. Method for producing a high-strength steel excellent in sulfide stress corrosion cracking resistance, characterized in that it is performed at a cooling rate of 50 to 500 ° C / s so as to be ° C.

[Relationship 1]
0.5 ≤ Ca / S ≤ 5.0 (where each element represents the weight content)
제 1항에 있어서,
상기 마무리 열간압연은 Ar3+50℃~Ar3+250℃의 온도범위에서 누적 압하율 50% 이상으로 행하는 것인 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
The finishing hot rolling is a method of manufacturing a high strength steel with excellent sulfide stress corrosion cracking resistance, which is performed at a cumulative rolling reduction rate of 50% or more in a temperature range of Ar3 + 50 ° C to Ar3 + 250 ° C.
제 1항에 있어서,
상기 1차 냉각은 상기 열연판재의 표면 온도가 Ar3-20℃~Ar3+50℃일 때 개시하는 것인 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
The primary cooling is a method of manufacturing a high strength steel material having excellent sulfide stress corrosion cracking resistance, which is initiated when the surface temperature of the hot rolled sheet is Ar3-20 ° C to Ar3 + 50 ° C.
제 1항에 있어서,
상기 1차 냉각을 완료한 후 상기 열연판재의 중심부 온도가 Ar3-50℃~Ar3+10℃인 것을 특징으로 하는 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a high strength steel material having excellent sulfide stress corrosion cracking resistance, characterized in that the central temperature of the hot rolled sheet material is Ar3-50 ° C to Ar3 + 10 ° C after completing the primary cooling.
제 1항에 있어서,
상기 고강도 강재는 표층부 경도와 중심부 경도의 차이(표층부 경도 - 중심부 경도)가 비커스 경도 20Hv 이하인 것을 특징으로 하는 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
The high-strength steel is a method of manufacturing a high-strength steel with excellent sulfide stress corrosion cracking resistance, characterized in that the difference between the surface layer hardness and the center hardness (surface layer hardness-center hardness) is Vickers hardness of 20 Hv or less.
제 1항에 있어서,
상기 고강도 강재는 450MPa 이상의 항복강도를 가지며, 5~50mm의 두께를 가지는 것인 황화물 응력부식 균열 저항성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
The high-strength steel material has a yield strength of 450 MPa or more, and has a thickness of 5 to 50 mm.
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