KR20210142405A - Steel having excellent low-temperature fracture toughness and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention performs a tempering treatment on steel after normalizing and cooling to increase toughness thereof, thereby providing the steel having excellent low-temperature fracture toughness. According to an embodiment, steel comprises, by wt%, carbon (C): 0.13 to 0.17%, silicon (Si): 0.15 to 0.40%, manganese (Mn): 1.00 to 1.30%, phosphorus (P): greater than 0 to 0.012%, sulfur (S): greater than 0 to 0.003%, soluble aluminum (S_Al): 0.015 to 0.05%, chromium (Cr): greater than 0 to 0.25%, nickel (Ni): 0.15 to 0.25%, titanium (Ti): greater than 0 to 0.01%, copper (Cu): 0.10 to 0.20%, niobium (Nb): 0.01 to 0.02%, molybdenum (Mo): greater than 0 to 0.08%, vanadium (V): greater than 0 to 0.010%, and the balance of iron (Fe) and unavoidable impurities, and satisfies 300 to 400 J and has a needle-like structure with a tensile strength (TS): 500 to 550 MPa, a yield strength (YS): 300 to 350 MPa, an elongation (EL): 30 to 40%, and a Charpy shock absorption energy: 0 to -60℃.

Description

저온 충격인성이 우수한 강재 및 그 제조방법{Steel having excellent low-temperature fracture toughness and method of manufacturing the same}Steel having excellent low-temperature fracture toughness and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온 파괴인성이 우수한 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a steel material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a steel material having excellent low-temperature fracture toughness and a method for manufacturing the same.

선박, 해양 구조물 등의 구조용 강재나, 이산화탄소, 암모니아, LNG 등의 다종 액화가스를 혼재하는 다목적 탱크용 후강판은 그 사용환경이 매우 가혹하다. 따라서 이러한 해양 구조용 강재나 탱크용 강재는 강도뿐만 아니라 저온에서의 인성이 매우 중요시된다. 해양구조용 강재는 온난지역에서의 자원 고갈로 인해 해상석유가스 자원이 풍부한 북극과 같은 한랭지역으로 그 사용환경이 점차 이동하고 있어 기존의 저온인성용 강재만으로는 상기와 같이 가혹해지는 극저온 환경을 견디기가 어려워지고 있다. 강재의 강도를 향상시키기 위하여 탄소 및 합금 원소의 함량을 증가하면, 저온에서의 파괴인성이 저하되는 문제점이 있다.Structural steels for ships and offshore structures, and thick steel plates for multi-purpose tanks in which various types of liquefied gases such as carbon dioxide, ammonia, and LNG are mixed, have a very harsh usage environment. Therefore, the toughness at low temperature as well as the strength of these steel materials for marine structures or tanks are very important. Due to the depletion of resources in warm regions, the use environment of marine structural steel is gradually shifting to cold regions such as the Arctic, where marine oil and gas resources are abundant. is losing When the content of carbon and alloying elements is increased in order to improve the strength of the steel, there is a problem in that fracture toughness at low temperature is lowered.

한국공개특허번호 제2016-0079166호Korea Patent Publication No. 2016-0079166

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 저온 파괴인성이 우수한 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a steel material having excellent low-temperature fracture toughness and a method for manufacturing the same.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 의하면, 저온 파괴인성이 우수한 강재 및 그 제조방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a steel material having excellent low-temperature fracture toughness and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.13% ~ 0.17%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.30%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.012%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015% ~ 0.05%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 니켈(Ni): 0.15%~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 구리(Cu): 0.10% ~ 0.20%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.02%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.08%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.010%, 및 잔부는 철 (Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 인장 강도(TS): 500 MPa ~ 550 MPa, 항복강도(YS): 300 MPa ~ 350 MPa, 연신율(EL): 30% ~ 40%, 및 샤르피 충격 흡수에너지: 0℃ ~ -60℃ 온도에서 300 J ~ 400 J을 만족할 수 있고, 침상형 조직을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the steel is, by weight%, carbon (C): 0.13% to 0.17%, silicon (Si): 0.15% to 0.40%, manganese (Mn): 1.00% to 1.30%, Phosphorus (P): >0% to 0.012%, Sulfur (S): >0% to 0.003%, Soluble Aluminum (S_Al): 0.015% to 0.05%, Chromium (Cr): >0% to 0.25%, Nickel ( Ni): 0.15% to 0.25%, Titanium (Ti): >0% to 0.01%, Copper (Cu): 0.10% to 0.20%, Niobium (Nb): 0.01% to 0.02%, Molybdenum (Mo): 0% Exceeds to 0.08%, Vanadium (V): Exceeds 0% to 0.010%, and the balance contains iron (Fe) and unavoidable impurities, Tensile Strength (TS): 500 MPa to 550 MPa, Yield Strength (YS): 300 MPa to 350 MPa, elongation (EL): 30% to 40%, and Charpy impact absorption energy: 300 J to 400 J at a temperature of 0° C. to -60° C., and may have a needle-like structure.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 0.31 내지 0.48 의 범위의 탄소 당량(Ceq)을 가질 수 있다. (여기에서, Ceq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5 임)According to an embodiment of the present invention, it may have a carbon equivalent (Ceq) in the range of 0.31 to 0.48. (where Ceq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5)

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재의 제조 방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.13% ~ 0.17%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.30%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.012%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015% ~ 0.05%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 니켈(Ni): 0.15%~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 구리(Cu): 0.10% ~ 0.20%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.02%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.08%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.010%, 및 잔부는 철 (Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,150℃ ~ 1,200℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 1,000℃ ~ 1,100℃의 온도에서 종료되도록 압연하는 단계; 상기 압연된 강재를 890℃ ~ 950℃의 온도에서 노말라이징하는 단계; 상기 노말라이징된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 580℃ ~ 640℃의 온도에서 템퍼링하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method for manufacturing the steel is, by weight, carbon (C): 0.13% to 0.17%, silicon (Si): 0.15% to 0.40%, manganese (Mn): 1.00% to 1.30%, Phosphorus (P): >0% to 0.012%, Sulfur (S): >0% to 0.003%, Soluble Aluminum (S_Al): 0.015% to 0.05%, Chromium (Cr): >0% to 0.25% , Chromium (Cr): >0% to 0.25%, Nickel (Ni): 0.15% to 0.25%, Titanium (Ti): >0% to 0.01%, Copper (Cu): 0.10% to 0.20%, Niobium (Nb) ): 0.01% to 0.02%, molybdenum (Mo): more than 0% to 0.08%, vanadium (V): more than 0% to 0.010%, and the balance is steel containing iron (Fe) and unavoidable impurities at 1,150 ° C. reheating at a temperature of 1,200 °C; rolling the heated steel to end at a temperature of 1,000 ℃ ~ 1,100 ℃; Normalizing the rolled steel at a temperature of 890 ℃ ~ 950 ℃; cooling the normalized steel material; and tempering the cooled steel at a temperature of 580°C to 640°C.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재를 냉각하는 단계는 5℃/초 ~ 15℃/초의 냉각속도로 300℃ ~ 450℃의 냉각종료온도까지 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of cooling the steel may be performed up to a cooling end temperature of 300 °C to 450 °C at a cooling rate of 5 °C/sec to 15 °C/sec.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 템퍼링하는 단계를 수행한 후, 상기 강재는, 인장 강도(TS): 500 MPa ~ 550 MPa, 항복강도(YS): 300 MPa ~ 350 MPa, 연신율(EL): 30% ~ 40% 및 샤르피 충격 흡수에너지: 0℃ ~ -60℃ 온도에서 300 J ~ 400 J을 만족하고, 침상형 조직을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after performing the tempering step, the steel material is, tensile strength (TS): 500 MPa to 550 MPa, yield strength (YS): 300 MPa to 350 MPa, elongation (EL) : 30% to 40% and Charpy impact absorption energy: It satisfies 300 J to 400 J at a temperature of 0° C. to -60° C., and may have a needle-like structure.

본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 적절한 합금 성분의 조성과, 압연 및 냉각 패턴으로 재가열, 압연, 노말라이징, 냉각, 및 템퍼링을 수행함으로써 저온 파괴인성이 우수한 강재를 제조할 수 있다.According to the technical spirit of the present invention, it is possible to manufacture a steel material excellent in low-temperature fracture toughness by performing reheating, rolling, normalizing, cooling, and tempering with an appropriate alloy composition and a rolling and cooling pattern.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강재의 온도에 따른 샤르피 충격 흡수에너지를 나타내는 그래프이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 강재의 샤르피 충격시험을 실시한 후의 파면 형상을 나타내는 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 강재의 미세조직을 나타낸 현미경 사진이다.
1 is a process flowchart schematically showing a method of manufacturing a steel material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the Charpy impact absorption energy according to the temperature of the steel according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a photomicrograph showing the shape of the fracture surface after the Charpy impact test of the steel according to an embodiment of the present invention.
4 is a photomicrograph showing the microstructure of a steel material according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

본 발명은 강재의 합금 조성 및 열처리 조건의 제어를 통해 저온 충격인성을 향상시킨 강재 및 그 제조방법을 제시한다. The present invention provides a steel material having improved low-temperature impact toughness through control of the alloy composition and heat treatment conditions of the steel material and a method for manufacturing the same.

종래의 50kg급 저온인성 보증 압력용기용 강재는 일반적으로 노말라이징 후 템퍼링한 열처리 강재(A516-70-N/A537-C1)가 사용되어왔다. 압력용기 환경 가혹화 및 대형화에 따른 고강도 및 저온인성 향상의 요구에 맞춰 고강도 목적의 탄소 및 합금 원소 첨가할 경우, 강도 향상은 구현할 수 있으나 충격인성 저하가 초래되는 문제가 있었다. 특히 -40℃ 이하에서의 충격인성이 매우 취약하였다. Conventional 50kg-class low-temperature toughness-guaranteed steel for pressure vessels is generally heat-treated steel (A516-70-N/A537-C1) tempered after normalizing has been used. When carbon and alloy elements for high strength are added to meet the demand for improvement of high strength and low temperature toughness according to the harshness and enlargement of the pressure vessel environment, strength improvement can be realized, but there is a problem in that impact toughness is reduced. In particular, the impact toughness at -40°C or lower was very weak.

본 발명자들은 50Kg급 저온인성 보증 압력용기용 강재의 물성의 변화는 미세조직의 변화와 밀접한 관계를 갖는다는 것을 인지하고, 저온충격인성 증대를 위하여 탄소당량(CEQ)를 저감시키되, 제조방법의 변경을 통해 미세조직을 제어하여 DBTT온도 감소 및 충격인성 증가(150~200J@-60℃)의 효과를 얻을 수 있었다. The present inventors recognize that the change in the physical properties of the 50Kg class low-temperature toughness guarantee pressure vessel has a close relationship with the change in the microstructure, and reduce the carbon equivalent (CEQ) to increase the low-temperature impact toughness, but change the manufacturing method It was possible to obtain the effect of reducing the DBTT temperature and increasing the impact toughness (150~200J@-60℃) by controlling the microstructure through the

구체적으로 탄소당량 저감을 통해 인성을 저하시키는 원인인 펄라이트 밴드 생성 억제 및 크기를 감소시켜 인성을 향상시키면서 탄소 및 합금 원소 저감에 따른 강도 감소 부분은 냉각조건 및 템퍼링 조건의 최적화를 통해 미세조직 미세화 및 저온변태상 생성을 통해 보상하였다.Specifically, the reduction in strength due to reduction of carbon and alloy elements while suppressing the generation of pearlite bands, which is a cause of deterioration of toughness by reducing carbon equivalent, and reducing the size, while improving toughness, the reduction of strength due to reduction of carbon and alloying elements through optimization of cooling conditions and tempering conditions, microstructure refinement and Compensation was achieved through the generation of a low-temperature transformation phase.

이하, 본 발명의 일 측면인 저온 충격인성이 우수한 강재에 대하여 설명한다.Hereinafter, a steel material having excellent low-temperature impact toughness, which is an aspect of the present invention, will be described.

저온 low temperature 충격인성이impact toughness 우수한 강재 excellent steel

본 발명의 일 측면인 저온 충격인성이 우수한 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.13% ~ 0.17%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.30%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.012%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015% ~ 0.05%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 니켈(Ni): 0.15%~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 구리(Cu): 0.10% ~ 0.20%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.02%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.08%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.010%를 포함한다. 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다.The steel material having excellent low-temperature impact toughness, which is an aspect of the present invention, is in weight %, carbon (C): 0.13% to 0.17%, silicon (Si): 0.15% to 0.40%, manganese (Mn): 1.00% to 1.30%, Phosphorus (P): >0% to 0.012%, Sulfur (S): >0% to 0.003%, Soluble Aluminum (S_Al): 0.015% to 0.05%, Chromium (Cr): >0% to 0.25%, Nickel ( Ni): 0.15% to 0.25%, Titanium (Ti): >0% to 0.01%, Copper (Cu): 0.10% to 0.20%, Niobium (Nb): 0.01% to 0.02%, Molybdenum (Mo): 0% Exceeds to 0.08%, vanadium (V): contains more than 0% to 0.010%. The remainder consists of iron (Fe) and impurities that are unavoidably contained in the steelmaking process.

탄소 당량(Ceq)은 하기의 식으로 산출될 수 있다.The carbon equivalent (Ceq) may be calculated by the following formula.

Ceq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5Ceq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5

본 발명에 따른 고강도 강재의 탄소 당량은, 예를 들어 0.31 내지 0.48 의 범위일 수 있고, 예를 들어 0.31 내지 0.43 의 범위 일 수 있다.The carbon equivalent of the high-strength steel material according to the present invention may be, for example, in the range of 0.31 to 0.48, for example, in the range of 0.31 to 0.43.

이하, 본 발명에 따른 저온 충격인성이 우수한 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.Hereinafter, the role and content of each component included in the steel having excellent low-temperature impact toughness according to the present invention will be described. In this case, the content of the component elements all mean wt%.

탄소(C)carbon (C)

탄소(C)는 강재에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소로서, 강재의 담금질성을 높이고, 담금질 후 강도를 결정하는 주요 원소이다. 탄소(C)의 함유량과 제조방법에 따라 소재 조직 내부에서 고용탄소가 되기도 하고, 탄소(C)와 결합하려는 성질이 아주 높은 원소들과 결합하여 탄화물을 형성하게 된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 전체 강재 중량의 0.10 중량% 이상, 바람직하게 0.13 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 그러나 탄소(C)의 함유량이 과잉되면 용접성, 저온충격인성, 연신율 및 내식성 등이 저하되므로 그 함량을 0.17 중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.Carbon (C) is an essential element for imparting high strength to steel, and is a major element that enhances the hardenability of the steel and determines the strength after quenching. Depending on the content and manufacturing method of carbon (C), it may become solid solution carbon in the material structure, and it is combined with elements with very high properties to bond with carbon (C) to form carbides. In order to obtain this effect, 0.10 wt% or more, preferably 0.13 wt% or more of the total weight of the steel is included. However, if the content of carbon (C) is excessive, since weldability, low-temperature impact toughness, elongation, corrosion resistance, etc. are deteriorated, it is preferable to control the content to 0.17 wt% or less.

실리콘(silicon( SiSi ))

실리콘(Si)은 제강과정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘은 고용강화 효과에도 유효한 원소이다. 실리콘의 함량이 0.15 중량% 미만이면 상기의 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 실리콘의 함량이 0.40 중량%를 초과하면, 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 용접성, 도금 특성, 인성, 및 용접 열영향부 인성 등을 저하될 수 있다.Silicon (Si) is added as a deoxidizer to remove oxygen in steel during the steelmaking process. In addition, silicon is an element effective for the solid solution strengthening effect. When the content of silicon is less than 0.15 wt%, the effect of adding silicon is insufficient. When the content of silicon exceeds 0.40 wt %, oxides may be formed on the surface of the steel to deteriorate weldability, plating properties, toughness, and toughness of the heat-affected zone of the steel.

망간(Mn)Manganese (Mn)

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소이다. 이러한 작용을 효과적으로 발휘하기 위해서 망간(Mn)은 전체 강재 중량의 1.00 중량% ~ 1.30 중량%로 첨가된다. 망간(Mn)의 함량이 1.00 중량% 미만일 경우, 강도 확보에 어려움이 있을 수 있고, 반대로 망간(Mn)의 함량이 1.30 중량%를 초과하는 경우, 강도는 증가하나 편석이 발생하여 조직 불균일을 발생시킬 수 있고, 저온충격인성을 저하시킬 수 있다.Manganese (Mn) is an element that increases the strength and toughness of steel and increases the hardenability of steel. In order to effectively exhibit this action, manganese (Mn) is added in an amount of 1.00 wt% to 1.30 wt% of the total weight of the steel. When the content of manganese (Mn) is less than 1.00% by weight, there may be difficulties in securing strength. Conversely, when the content of manganese (Mn) exceeds 1.30% by weight, the strength increases but segregation occurs, resulting in tissue non-uniformity and can lower the low-temperature impact toughness.

인(P)Phosphorus (P)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 용접부 인성 및 저온 충격인성을 저하시키고, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 인(P)은 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.012 중량%로 제한하였다.Phosphorus (P) partially contributes to strength improvement, but may adversely affect the material by reducing weld toughness and low-temperature impact toughness, and forming fine segregation as well as central segregation. Therefore, the lower the phosphorus (P) content, the better. Therefore, in the present invention, the content of phosphorus (P) is limited to more than 0 wt% ~ 0.012 wt% of the total weight of the steel.

황(S)Sulfur (S)

황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하고, 저융점 원소로서 입계 편석 가능성이 높아 인성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량%로 제한하였다. 황의 함량이 0.003 중량%를 초과하면 모재 및 용접부 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.Sulfur (S) is an element that is unavoidably contained in the manufacture of steel together with phosphorus (P), forms non-metallic inclusions such as MnS, and as a low melting point element, has a high possibility of grain boundary segregation, thereby reducing toughness. Therefore, in the present invention, the content of sulfur (S) is limited to more than 0% by weight to 0.003% by weight of the total weight of the steel. When the sulfur content exceeds 0.003 wt%, there is a problem in that the toughness of the base metal and the weld joint is greatly reduced.

가용성 알루미늄(S_Al)Soluble Aluminum (S_Al)

가용성 알루미늄(S_Al)은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘(Si)과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하며 강도를 향상시키는 역할을 한다. 가용성 알루미늄(S_Al)은 0.015 중량% ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.015 중량% 미만일 경우에는 오스테나이트 안정화 효과를 기대하기 어려운 등 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 제강시 노즐 막힘 문제가 발생할 수 있고, 주조시 Al 산화물 등에 의하여 열간 취성이 발생하여 크랙 발생과 연성이 저하되는 문제가 있다.Soluble aluminum (S_Al) is used as a deoxidizer and, like silicon (Si), suppresses cementite precipitation, stabilizes austenite, and improves strength. Soluble aluminum (S_Al) is preferably added in a content ratio of 0.015 wt% to 0.05 wt%. When the content of soluble aluminum (S_Al) is less than 0.015 wt %, the effect of addition is insufficient, such as difficult to expect an austenite stabilization effect. Conversely, when the content of soluble aluminum (S_Al) exceeds 0.05 wt %, a problem of nozzle clogging may occur during steelmaking, and hot brittleness occurs due to Al oxide during casting, resulting in cracks and reduced ductility.

크롬(chrome( CrCr ))

크롬(Cr)은 담금질성을 높이고 강도를 확보하기 위해 첨가되는 원소이다. 또한, 크롬(Cr)은 담금질성을 증가시키는 역할을 하지만 함량이 증가할수록 크롬(Cr)과 산소가 결합하여 생성된 Cr-O2에 의해 국부 부식이 일어나며, 인성이 저하된다. 따라서, 크롬(Cr)의 함량을 강재 전제 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량%로 제어한다. 크롬(Cr)의 함량이 0.25 중량%를 초과할 경우에는 내용접균열특성이 저하될 수 있다.Chromium (Cr) is an element added to increase hardenability and secure strength. In addition, chromium (Cr) serves to increase the hardenability, but as the content increases , local corrosion occurs by Cr-O 2 generated by combining chromium (Cr) and oxygen, and toughness is reduced. Therefore, the content of chromium (Cr) is controlled to more than 0 wt% ~ 0.25 wt% of the total weight of the steel. When the content of chromium (Cr) exceeds 0.25 wt %, the weld crack resistance may be deteriorated.

니켈(nickel( NiNi ))

본 발명에서 니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히, 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는 데 효과적인 원소이다. 상기 니켈(Ni)은 강재 전체 중량의 0.15 중량% ~ 0.25 중량%의 함량으로 첨가된다. 니켈(Ni)의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 니켈 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.25 중량%를 초과하면 용접성을 저해하며 적열취성을 유발하는 문제가 있다.In the present invention, nickel (Ni) refines grains and is dissolved in austenite and ferrite to strengthen the matrix. In particular, nickel (Ni) is an effective element for improving low-temperature impact toughness. The nickel (Ni) is added in an amount of 0.15 wt% to 0.25 wt% of the total weight of the steel. When the content of nickel (Ni) is less than 0.15 wt%, the effect of adding nickel may not be properly exhibited. Conversely, when the content of nickel (Ni) exceeds 0.25 wt%, there is a problem in that weldability is impaired and red hot brittleness is caused.

티타늄(titanium( TiTi ))

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 재가열 단계에서 오스테나이트 결정립의 조대화를 방해하여 강재의 인성을 향상시킬 수 있다. 티타늄(Ti)은 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.01 중량%의 함량으로 첨가된다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 오스테나이트 결정립 성장을 억제하는 효과가 오히려 저하되고 강재의 인성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.Titanium (Ti) can improve the toughness of steel by preventing the coarsening of austenite grains in the reheating step by generating Ti (C, N) precipitates with high high-temperature stability. Titanium (Ti) is added in an amount of more than 0% by weight to 0.01% by weight of the total weight of the steel. When the content of titanium (Ti) exceeds 0.01% by weight, the effect of inhibiting austenite grain growth is rather reduced by generating coarse precipitates, lowering the toughness of the steel, and increasing the manufacturing cost without any further additive effect. there is a problem.

구리(Cu)Copper (Cu)

구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강재의 경화능 및 저온 및 충격인성을 향상시키는 역할을 한다. 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.10 중량% ~ 0.20 중량%의 함량으로 첨가된다. 구리(Cu)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 구리의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.20 중량%를 초과할 경우에는 적열취성 및 표면결함을 유발할 수 있다.Copper (Cu) together with nickel (Ni) serves to improve hardenability and low temperature and impact toughness of steel. Copper (Cu) is added in an amount of 0.10% by weight to 0.20% by weight of the total weight of the steel according to the present invention. When the content of copper (Cu) is less than 0.10 wt %, the effect of adding copper cannot be properly exhibited. Conversely, when the content of copper (Cu) exceeds 0.20% by weight, red hot brittleness and surface defects may be caused.

니오븀(Niobium ( NbNb ))

니오븀(Nb)은 고온에서 강에 포함되는 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성하고, 이러한 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연 시 재결정 및 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강재의 강도와 인성을 모두 향상시킨다. 니오븀(Nb)은 강재 전체 중량의 0.01 중량% ~ 0.02 중량%의 함량으로 첨가된다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 니오븀(Nb) 첨가 효과가 미미하다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우에는 강재의 인성을 저하시킬 수 있다.Niobium (Nb) combines with carbon (C) and nitrogen (N) contained in steel at high temperatures to form carbides or nitrides, and these niobium-based carbides or nitrides suppress recrystallization and grain growth during rolling to refine crystal grains. It improves both strength and toughness of steel. Niobium (Nb) is added in an amount of 0.01 wt% to 0.02 wt% of the total weight of the steel. When the content of niobium (Nb) is less than 0.01 wt %, the effect of adding niobium (Nb) is insignificant. Conversely, when the content of niobium (Nb) exceeds 0.02 wt%, the toughness of the steel may be reduced.

몰리브덴(molybdenum( MoMo ))

몰리브덴(Mo)은 강의 담금질성을 높이고, 항복강도 및 인장강도를 모두 향상시키는 역할을 한다. 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.08 중량%의 함량으로 첨가된다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.08 중량%를 초과할 경우에는 강재의 인성, 연성 및 가공성을 저하시킬 수 있다.Molybdenum (Mo) serves to increase the hardenability of steel and improve both yield strength and tensile strength. Molybdenum (Mo) is added in an amount of more than 0% by weight to 0.08% by weight of the total weight of the steel according to the present invention. When the content of molybdenum (Mo) exceeds 0.08% by weight, the toughness, ductility, and workability of the steel may be reduced.

바나듐(V)Vanadium (V)

바나듐(V)은 탄소(C) 또는 질소(N)와 결합하여 V(C, N) 석출물을 형성하여 강도 향상에 기여하고, 경화능을 향상시키는 원소이다. 상기 바나듐(V)은 강재 전체 중량에 대하여 0 중량% 초과 ~ 0.010 중량% 포함된다. 바나듐(V)이 0.010 중량%를 초과하는 경우 석출물의 조대화로 오히려 인성을 저하시키는 원인이 된다.Vanadium (V) is an element that combines with carbon (C) or nitrogen (N) to form V (C, N) precipitates, thereby contributing to strength improvement and improving hardenability. The vanadium (V) is contained in an amount greater than 0 wt% to 0.010 wt% based on the total weight of the steel material. When the amount of vanadium (V) exceeds 0.010% by weight, it is a cause of rather reducing toughness due to coarsening of the precipitate.

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

전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강재의 제조 방법을 통해 본 발명은 인장강도(TS): 500 MPa ~ 550 MPa 및 항복강도(YS): 300 MPa ~ 350 MPa, 연신율(EL): 30% ~ 40%을 나타내면서, 0℃ ~ -60℃ 온도에서 샤르피 충격 흡수에너지가 300 J ~ 400 J 이며, 연성-취성 천이온도(DBTT)가 감소된 강재를 얻을 수 있다.By controlling the specific components of the alloy composition and their content ranges, the present invention provides a tensile strength (TS): 500 MPa to 550 MPa and yield strength (YS): 300 MPa to 350 MPa through a method for manufacturing a steel to be described later , elongation (EL): 30% to 40%, Charpy impact absorption energy is 300 J to 400 J at a temperature of 0 ° C to -60 ° C, and a steel with a reduced ductility-brittle transition temperature (DBTT) can be obtained. .

상기 합금 조성의 강재는 강도 및 인성이 우수하고, 저온 충격 특성이 우수하여 중고온용 압력 용기용 강재 용도 등으로 사용하기 적합할 수 있다.The steel of the alloy composition has excellent strength and toughness, and has excellent low-temperature impact properties, so it may be suitable for use as a steel material for medium and high temperature pressure vessels.

본 발명의 다른 측면은 저온 충격인성이 우수한 강재의 제조방법이 제공된다. 이에 따르면 전술한 합금 조성으로 이루어지는 강재를 1,150℃ ~ 1,200℃의 온도에서 재가열하는 단계; 가열된 상기 강제를 1,000℃ ~ 1,100℃의 온도에서 종료되도록 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 890℃ ~ 950℃의 온도에서 노말라이징하는 단계; 상기 노말라이징된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 580℃ ~ 640℃의 온도에서 템퍼링하는 단계;를 포함한다.Another aspect of the present invention provides a method for manufacturing a steel material having excellent low-temperature impact toughness. According to this, the step of reheating the steel made of the above-mentioned alloy composition at a temperature of 1,150 ℃ ~ 1,200 ℃; rolling the heated steel to end at a temperature of 1,000°C to 1,100°C; And Normalizing the rolled steel at a temperature of 890 ℃ ~ 950 ℃; cooling the normalized steel material; and tempering the cooled steel at a temperature of 580°C to 640°C.

상기 강재를 냉각하는 단계는 5℃/초 ~ 15℃/초의 냉각속도로 300℃ ~ 450℃ 온도에 도달할 때까지 수행될 수 있다.The step of cooling the steel material may be carried out until reaching a temperature of 300 ℃ ~ 450 ℃ at a cooling rate of 5 ℃ / sec ~ 15 ℃ / sec.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저온 충격인성이 우수한 강재의 제조방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for manufacturing a steel material having excellent low-temperature impact toughness according to the present invention will be described.

강재의 제조 방법Method of manufacturing steel

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart schematically showing a method of manufacturing a steel material having excellent low-temperature impact toughness according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 강재 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.In the steel manufacturing method according to the present invention, the semi-finished product to be subjected to the hot rolling process may be, for example, a slab. The semi-finished slab can be obtained through the continuous casting process after obtaining molten steel of a predetermined composition through the steelmaking process.

상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.13% ~ 0.17%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.30%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.012%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015% ~ 0.05%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 니켈(Ni): 0.15%~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 구리(Cu): 0.10% ~ 0.20%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.02%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.08%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.010%, 및 잔부는 철 (Fe) 및 불가피한 불순물을 포함한다.The steel is, by weight, carbon (C): 0.13% to 0.17%, silicon (Si): 0.15% to 0.40%, manganese (Mn): 1.00% to 1.30%, phosphorus (P): more than 0% ~ 0.012%, Sulfur (S): >0% to 0.003%, Soluble Aluminum (S_Al): 0.015% to 0.05%, Chromium (Cr): >0% to 0.25%, Nickel (Ni): 0.15% to 0.25%, Titanium (Ti): >0% to 0.01%, Copper (Cu): 0.10% to 0.20%, Niobium (Nb): 0.01% to 0.02%, Molybdenum (Mo): >0% to 0.08%, Vanadium (V) : more than 0% to 0.010%, and the balance contains iron (Fe) and unavoidable impurities.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 제조방법은 재가열단계(S110), 압연 단계(S120), 노말라이징 단계(S130), 냉각 단계(S140) 및 템퍼링 단계(S150)를 포함한다.Referring to Figure 1, the method of manufacturing a steel material according to an embodiment of the present invention includes a reheating step (S110), a rolling step (S120), a normalizing step (S130), a cooling step (S140) and a tempering step (S150). do.

재가열 단계(S110)Reheating step (S110)

재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강재를, 예를 들어 슬라브 판재를, 1,150℃ ~ 1,200℃의 SRT(Slab Reheating Temperature)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.In the reheating step (S110), the steel having the above composition, for example, a slab plate, is reheated at a Slab Reheating Temperature (SRT) of 1,150° C. to 1,200° C. Through such reheating, re-dissolution of segregated components during casting and re-dissolution of precipitates may occur.

재가열 온도가 1,150℃ 미만일 경우에는 가열온도가 충분하지 않아 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 또한, Nb계 석출물이 고용 온도에 이르지 못해 열간압연시 미세한 석출물로 재석출되지 못하여 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하기 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되는 문제점이 있다. 또한, 반대로, 재가열 온도가 1,200℃를 초과할 경우, 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되거나 또는 탈탄 현상이 발생하여 제조되는 강의 강도 및 저온인성 확보가 어려운 문제점이 있다.If the reheating temperature is less than 1,150 ℃, there is a problem that the rolling load increases because the heating temperature is not sufficient. In addition, there is a problem in that the austenite grains are rapidly coarsened because the Nb-based precipitates do not reach the solid solution temperature and thus cannot be re-precipitated into fine precipitates during hot rolling, thereby inhibiting the grain growth of austenite. Conversely, when the reheating temperature exceeds 1,200° C., austenite grains are rapidly coarsened or decarburized, so that it is difficult to secure the strength and low-temperature toughness of the manufactured steel.

강재 가열 후, 강재를 압연하는 과정을 거치게 되는데, 강재가 저온인성을 갖추기 위해서는 오스테나이트 결정립이 미세한 크기로 존재하여야 하는데, 이는 압연온도 및 압하율을 제어함으로써 가능하다. 본 발명의 압연 단계는 두 가지 온도 영역에서 실시한다. 또한, 각각의 온도 영역에서의 재결정 거동은 서로 상이하므로 그 조건도 다르게 설정한다.After the steel is heated, the steel is rolled. In order for the steel to have low-temperature toughness, austenite grains must exist in a fine size, which is possible by controlling the rolling temperature and the reduction rate. The rolling step of the present invention is carried out in two temperature ranges. In addition, since recrystallization behavior in each temperature region is different from each other, the conditions are also set differently.

압연 단계(S120)Rolling step (S120)

상기 가열된 강재는 먼저 그 형상의 조정을 위해 가열 후에 압연을 실시한다. 상기 압연은 일회로 이루어지거나 복수회로 이루어질 수 있다. 하기에는 상기 압연을 1차 및 2차로 2회 수행하는 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.The heated steel is first heated and then rolled to adjust its shape. The rolling may be performed once or may be performed multiple times. Hereinafter, a case in which the rolling is performed twice as first and second will be exemplarily described.

1차 압연은 오스테나이트의 재결정이 멈추는 온도(Tnr) 이상에서 이루어지는 것이 바람직하다. 압연에 의해 주조 중에 형성된 덴드라이트 등의 주조 조직을 파괴하며 오스테나이트 재결정을 통하여 결정립을 작게 하는 효과가 있다. 이러한 결정립 미세화는 강재의 강도 및 인성 향상에 중요한 영향을 미치게 된다. 이어서, 1차 압연된 상기 강재의 오스테나이트 조직에 불균일 미세조직을 도입하기 위해 2차 압연을 실시한다. 2차 압연 단계는 결정립을 더욱 변형시키고 이러한 결정립 내부의 변형에 의해 전위를 발달시켜 냉각시에 침상 페라이트로의 변태를 용이하게 하기 위함이다. 이러한 효과를 나타내기 위해서는 2차 압연단계에서 패스당 압하율을 20% 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 2차 압연단계는 오스테나이트 미재결정영역에서 진행될 수 있다. 이 경우, 오스테나이트 결정립을 더욱 미세화할 수 있으며, 오스테나이트 재결정역에서 마무리 압연을 수행하는 경우에 비하여 더욱 우수한 충격인성을 구현할 수 있다.The primary rolling is preferably made at a temperature (Tnr) or higher at which recrystallization of austenite stops. It has the effect of destroying the cast structure such as dendrites formed during casting by rolling and reducing the grain size through austenite recrystallization. Such grain refinement has an important effect on improving the strength and toughness of steel. Then, secondary rolling is performed to introduce a non-uniform microstructure into the austenite structure of the primary rolled steel. The secondary rolling step is to further deform the crystal grains and develop dislocations by the deformation inside the grains to facilitate the transformation into needle-shaped ferrite upon cooling. In order to exhibit this effect, it is preferable to control the reduction ratio per pass to 20% or more in the secondary rolling step. The secondary rolling step may be performed in an austenite non-recrystallized region. In this case, the austenite grains can be further refined, and better impact toughness can be realized compared to the case of performing finish rolling in the austenite recrystallization region.

상기 압연은 1,000℃ ~ 1,100℃의 온도에서 종료될 수 있다. 상기 압연 온도가 1,100℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태 후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 상기 압연 온도가 1,000℃ 미만으로 실시될 경우에는 압연 부하를 유발하여 생산성을 저하시키고 열처리 효과를 저감시킬 수 있다.The rolling may be finished at a temperature of 1,000 ℃ ~ 1,100 ℃. When the rolling temperature exceeds 1,100° C., the austenite grains are coarsened, so that ferrite grain refinement is not sufficiently achieved after transformation, and thus, it may be difficult to secure strength. Conversely, when the rolling temperature is carried out at less than 1,000 ℃ can induce a rolling load to reduce productivity and reduce the heat treatment effect.

노말라이징Normalizing 단계(S130) Step (S130)

압연된 강재를 890℃ ~ 950℃의 온도에서 30분 ~ 2시간 범위로 노말라이징한다. 상기 노말라이징은 재료의 성질을 변화시키지 않고 압연에 가공 변화된 결정립의 회복, 조직의 균일화, 내부 응력을 제거하여 가공성을 향상시킬 수 있다. 노말라이징 온도가 890℃ 미만인 경우, 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 노말라이징 온도가 950℃를 초과하는 경우, 과도한 열이 소요되어 생산성 측면에서 좋지 못하다.Normalize the rolled steel at a temperature of 890°C to 950°C in the range of 30 minutes to 2 hours. The normalizing may improve workability by recovering crystal grains processed by rolling without changing the properties of the material, homogenizing the structure, and removing internal stress. When the normalizing temperature is less than 890° C., it may be difficult to re-dissolve solid solute elements, and thus it may be difficult to secure sufficient strength. Conversely, when the normalizing temperature exceeds 950° C., excessive heat is consumed, which is not good in terms of productivity.

냉각 단계(S140)Cooling step (S140)

상기 노말라이징된 강재를 냉각한다. 상기 강재의 두께를 t라고 할 때, t/4인 지점을 기준으로 5℃/초 ~ 15℃/초의 냉각속도로 300℃ ~ 450℃까지 냉각한다. 이러한 냉각으로 인하여 강도와 인성을 향상시키는 침상형 미세구조와 저온 미세조직을 형성시킬 수 있다. 상기 저온 미세조직은 마르텐사이트, 템퍼드 마르텐사이트, 및 베이나이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The normalized steel is cooled. When the thickness of the steel is t, it is cooled to 300°C to 450°C at a cooling rate of 5°C/sec to 15°C/sec based on the point t/4. Due to this cooling, it is possible to form a needle-like microstructure and a low-temperature microstructure that improves strength and toughness. The low-temperature microstructure may include at least one of martensite, tempered martensite, and bainite.

이와 같이, 냉각조건은 미세조직에 영향을 미치는 요소로서, 5℃/sec 미만의 냉각속도로 냉각할 경우 오스테나이트/마르텐사이트의 양이 지나치게 증가하여 강도 및 인성을 저해할 수 있고, 냉각속도가 15℃/sec를 초과할 경우 과다한 냉각으로 인해 강재의 뒤틀림 현상이 발생하여 형상제어가 불량하게 될 수 있다. 또한, 냉각온도는 오스테나이트/마르텐사이트 조직이 생성되지 않도록 450℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하고, 다만 냉각 온도가 너무 낮으면 효과가 포화될 뿐만 아니라 과다한 냉각으로 인해 강재의 뒤틀림 현상이 발생할 수 있고, 또한 과도한 강도 상승으로 인해 충격인성이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로, 하한은 300℃로 한정하는 것이 바람직하다.As such, the cooling condition is a factor that affects the microstructure, and when cooling at a cooling rate of less than 5°C/sec, the amount of austenite/martensite excessively increases, which may impair strength and toughness, and the cooling rate may decrease. If it exceeds 15℃/sec, distortion of the steel material may occur due to excessive cooling, resulting in poor shape control. In addition, the cooling temperature is preferably controlled to 450 ° C. or less so that an austenite / martensite structure is not formed. However, if the cooling temperature is too low, not only the effect is saturated, but also distortion of the steel material due to excessive cooling may occur. Also, since there may be a problem of lowering impact toughness due to an excessive increase in strength, the lower limit is preferably limited to 300°C.

템퍼링tempering 단계(S150) Step (S150)

상기 냉각된 강재를 다시 가열하여 580℃ ~ 640℃의 온도에서 1시간 ~ 6시간 범위로 템퍼링한다. 이에 따라, 최종 조직으로서 템퍼드 마르텐사이트 또는 베이나이트를 가질 수 있다.. 상기 템퍼링은 강재의 잔류응력을 완화하고, 결정립 성장을 억제하고, 강도를 보상하고, 점성을 높이며, 인성을 부여하고, 연신율을 확보할 수 있다. 템퍼링 시간이 1 시간 미만일 경우, 충분한 템퍼링 효과를 얻을 수 없으며 반대로, 템퍼링 시간이 6시간을 초과하는 경우, 생산성이 문제될 수 있다.The cooled steel is heated again and tempered in the range of 1 hour to 6 hours at a temperature of 580° C. to 640° C. Accordingly, it can have tempered martensite or bainite as the final structure. The tempering relieves the residual stress of the steel, suppresses grain growth, compensates for strength, increases viscosity, imparts toughness, The elongation rate can be secured. When the tempering time is less than 1 hour, a sufficient tempering effect cannot be obtained and, conversely, when the tempering time exceeds 6 hours, productivity may be a problem.

상기 단계(S110 ~ S150)로 제조되는 강재는 열처리 조건의 적절한 제어로 인하여, 인장 강도(TS): 500 MPa ~ 550 MPa, 항복강도(YS): 300 MPa ~ 350 MPa, 연신율(EL): 30% ~ 40% 및 샤르피 충격 흡수에너지: 0℃ ~ -60℃ 온도에서 300 J ~ 400 J 을 만족하는 강종으로 개선될 수 있다.The steel material prepared in the above steps (S110 to S150) has, due to appropriate control of heat treatment conditions, tensile strength (TS): 500 MPa to 550 MPa, yield strength (YS): 300 MPa to 350 MPa, elongation (EL): 30 % ~ 40% and Charpy impact absorption energy: It can be improved to a steel grade that satisfies 300 J ~ 400 J at a temperature of 0℃ ~ -60℃.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but these are only preferred examples of the present invention and the scope of the present invention is not limited by the description scope of these examples. Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.

실시예Example

아래의 표 1 및 표 2에 제시된 조성을 갖는 비교예 및 실시예의 강재들을 제조하였다. 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다.Steels of Comparative Examples and Examples having the compositions shown in Tables 1 and 2 below were prepared. The remainder consists of iron (Fe) and impurities that are unavoidably contained in the steelmaking process.

(단위 : 중량%)(Unit: wt%) 구분division CC SiSi MnMn PP SS S_AlS_Al CrCr NiNi 비교예1Comparative Example 1 0.1830.183 0.3120.312 1.1831.183 0.0120.012 0.0020.002 0.0320.032 0.1900.190 0.1800.180 비교예2Comparative Example 2 0.1740.174 0.3450.345 1.1731.173 0.0130.013 0.0010.001 0.0380.038 0.2100.210 0.1900.190 비교예3Comparative Example 3 0.1950.195 0.3330.333 1.2011.201 0.0080.008 0.0020.002 0.0380.038 0.1800.180 0.1800.180 비교예4Comparative Example 4 0.1740.174 0.3450.345 1.1731.173 0.0130.013 0.0010.001 0.0380.038 0.2100.210 0.1900.190 실시예Example 0.1530.153 0.3390.339 1.1861.186 0.0120.012 0.0020.002 0.0310.031 0.1800.180 0.1800.180

(단위 : 중량%)(Unit: wt%) 구분division TiTi CuCu NbNb MoMo VV H (ppm)H (ppm) CeqCeq 비교예1Comparative Example 1 0.0020.002 0.1390.139 0.0130.013 0.0010.001 0.0020.002 2.62.6 0.44000.4400 비교예2Comparative Example 2 0.0020.002 0.1340.134 0.0150.015 0.0010.001 0.0020.002 1.91.9 0.43370.4337 비교예3Comparative Example 3 0.0020.002 0.1360.136 0.0150.015 0.0010.001 0.0020.002 2.12.1 0.45280.4528 비교예4Comparative Example 4 0.0020.002 0.1340.134 0.0150.015 0.0010.001 0.0020.002 1.91.9 0.43370.4337 실시예Example 0.0020.002 0.1310.131 0.0160.016 0.0010.001 0.0010.001 1.81.8 0.40780.4078

표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예에 비하여 실시예는 탄소 함량이 작고, 탄소 당량(Ceq)이 낮음을 알 수 있다.Referring to Tables 1 and 2, it can be seen that the Example has a smaller carbon content and lower carbon equivalent (Ceq) than the Comparative Example.

표 3은 비교예와 실시예의 강재를 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.Table 3 shows the values of the process conditions for forming the steels of Comparative Examples and Examples.

구분division 재가열온도
(℃)
reheat temperature
(℃)
노말라이징온도
(℃)
Normalizing temperature
(℃)
냉각속도
(℃/초)
cooling rate
(℃/sec)
냉각종료온도
(℃)
Cooling end temperature
(℃)
템퍼링온도
(℃)
tempering temperature
(℃)
비교예1Comparative Example 1 1,1401,140 905 (1 hr)905 (1 hr) -- -- 625 (4hr)625 (4hr) 비교예2Comparative Example 2 1,1351,135 905 (1 hr)905 (1 hr) -- -- 625 (4hr)625 (4hr) 비교예3Comparative Example 3 1,1361,136 905 (1 hr)905 (1 hr) -- -- 625 (4hr)625 (4hr) 비교예4Comparative Example 4 1,1581,158 905 (1 hr)905 (1 hr) -- -- 625 (4hr)625 (4hr) 실시예Example 1,1561,156 905 (1 hr)905 (1 hr) 88 378378 625 (4hr)625 (4hr)

표 3을 참조하면, 실시예는 노말라이징과 템퍼링 사이에 템퍼링 온도(625℃)를 기준으로 약 250℃ 더 낮은 온도인 약 378℃ 까지 강재를 가속 냉각하는 냉각 단계를 수행하지만, 비교예는 노말라이징 후 바로 템퍼링을 수행하므로, 상기 노말라이징과 상기 템버링 사이에 상기 템버링 온도 이하로 냉각시키는 상기 냉각 단계를 수행하지 않는 차이가 있다.Referring to Table 3, the example performs a cooling step of accelerated cooling of the steel to about 378° C., which is a temperature lower than about 250° C. based on the tempering temperature (625° C.) between normalizing and tempering, but the comparative example performs normal Since tempering is performed immediately after rising, there is a difference in not performing the cooling step of cooling below the tempering temperature between the normalizing and the tempering.

상기 제조된 강재에 대하여, 기계적 강도로서 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(EL)을 각각 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.For the manufactured steel, yield strength (YS), tensile strength (TS), and elongation (EL) were measured as mechanical strength, respectively, and the results are shown in Table 4.

구분division 항복강도 (MPa)Yield strength (MPa) 인장강도 (MPa)Tensile strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) 비교예1Comparative Example 1 315315 510510 3636 비교예2Comparative Example 2 323323 518518 3636 비교예3Comparative Example 3 337337 516516 3636 비교예4Comparative Example 4 340340 523523 3636 실시예Example 335335 510510 3737

표 4를 참조하면, 인장강도, 항복강도 및 연신율과 같은 기계적 특성은 비교예 1~4는 실시예와 거의 유사한 수준을 나타내었다.Referring to Table 4, mechanical properties such as tensile strength, yield strength, and elongation, Comparative Examples 1 to 4 exhibited almost similar levels to those of Examples.

상기 제조된 강재에 대하여, 20℃, 0℃, -20℃, -40℃, -60℃, -80℃에서의 샤르피 충격 흡수에너지(CVN)를 각각 측정하여 결과의 평균값을 표 5에 나타내었다. 표 5의 단위는 줄(J) 이다.For the manufactured steel, the Charpy impact absorption energy (CVN) was measured at 20°C, 0°C, -20°C, -40°C, -60°C, and -80°C, respectively, and the average values of the results are shown in Table 5 . The unit in Table 5 is Joule (J).

구분division 20℃20 0℃0℃ -20℃-20℃ -40℃-40℃ -60℃-60℃ -80℃-80℃ 비교예1Comparative Example 1 240 240 193193 154154 115115 6868 2525 비교예2Comparative Example 2 242242 225225 170170 102102 6060 1616 실시예Example 374374 388388 385385 394394 363363 208208

표 5를 참조하면, 실시예는 -60℃ 까지 350J 이상을 나타내지만, 비교예 1~2는 실시예에 비하여 매우 낮은 흡수에너지 값을 나타내었다. 또한, 20℃에서도 실시예의 흡수에너지 값이 비교예 1~2에 비하여 상당히 높은 수준을 나타내었다. 따라서, 실시예가 상온 및 저온에서 인성이 상대적으로 높음을 알 수 있다.Referring to Table 5, the Example showed 350J or more up to -60°C, but Comparative Examples 1 and 2 showed very low absorbed energy values compared to the Examples. In addition, even at 20 ° C., the absorbed energy values of Examples were significantly higher than those of Comparative Examples 1 and 2. Therefore, it can be seen that the embodiment has relatively high toughness at room temperature and low temperature.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강재의 온도에 따른 샤르피 충격 흡수에너지를 나타내는 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the Charpy impact absorption energy according to the temperature of the steel according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 표 5의 결과를 나타낸 것으로서 비교예들에 비하여 실시예의 경우 연성-취성 천이온도가 약 -60℃ 수준의 저온으로 저하됨을 알 수 있다. 따라서, 저온에서 인성이 향상됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 2 , as shown in Table 5, it can be seen that the ductility-brittle transition temperature of the Examples is lowered to a low temperature of about -60° C. compared to the Comparative Examples. Therefore, it can be seen that the toughness is improved at a low temperature.

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 강재의 샤르피 충격시험을 실시한 후의 파면 형상을 나타내는 현미경 사진이다. Figure 3 is a photomicrograph showing the shape of the fracture surface after the Charpy impact test of the steel according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 실시예와 비교예1을 -60℃에서 시험한 결과이다. 실시예의 강의 경우 비교예의 강에 비해 파면이 매끄럽지 않은 것을 알 수 있는데, 이로 인해 충격시험에서 더 많은 에너지를 흡수할 수 있으며 비교예에 비해 우수한 저온충격인성을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3 , the results of Example and Comparative Example 1 were tested at -60°C. In the case of the steel of Example, it can be seen that the fracture surface is not smooth compared to the steel of Comparative Example, which can absorb more energy in the impact test and exhibit superior low-temperature impact toughness compared to the comparative example.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 강재의 미세조직을 나타낸 현미경 사진이다.4 is a photomicrograph showing the microstructure of a steel material according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 실시예의 경우 템퍼링 전 가속 냉각에 의하여 강도와 인성을 향상시키는 미세한 침상형 구조가 발달되고, 저온 미세조직이 형성됨을 알 수 있다. 또한, 펄라이트 밴드의 형성이 억제됨을 알 수 있다. 반면, 비교예1은 미세조직에서 조대한 판상형 구조가 발달되어 있다. 이를 통해 실시예의 경우에는 노말라이징 후 가속 냉각에 의해 강도와 인성을 증가시키는 미세한 침상형 저온 미세조직이 형성되고, 중온 템퍼링에 의하여 잔류응력이 완화되고 결정립 성장이 억제되어 인성이 향상됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 4 , in the case of the embodiment, it can be seen that a fine needle-like structure that improves strength and toughness is developed by accelerated cooling before tempering, and a low-temperature microstructure is formed. In addition, it can be seen that the formation of the pearlite band is suppressed. On the other hand, in Comparative Example 1, a coarse plate-like structure was developed in the microstructure. Through this, in the case of Examples, it can be seen that a fine needle-shaped low-temperature microstructure that increases strength and toughness is formed by accelerated cooling after normalizing, and the residual stress is relieved by medium temperature tempering and grain growth is suppressed, thereby improving toughness. .

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above description has been focused on the embodiments of the present invention, various changes or modifications may be made at the level of those skilled in the art. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

Claims (5)

중량%로, 탄소(C): 0.13% ~ 0.17%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.30%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.012%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015% ~ 0.05%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 니켈(Ni): 0.15%~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 구리(Cu): 0.10% ~ 0.20%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.02%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.08%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.010%, 및 잔부는 철 (Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고,
인장 강도(TS): 500 MPa ~ 550 MPa, 항복강도(YS): 300 MPa ~ 350 MPa, 연신율(EL): 30% ~ 40%, 및 샤르피 충격 흡수에너지: 0℃ ~ -60℃ 온도에서 300 J ~ 400 J 을 만족하고, 침상형 조직을 가지는,
강재.
By weight, carbon (C): 0.13% to 0.17%, silicon (Si): 0.15% to 0.40%, manganese (Mn): 1.00% to 1.30%, phosphorus (P): greater than 0% to 0.012%, sulfur (S): >0% to 0.003%, Soluble Aluminum (S_Al): 0.015% to 0.05%, Chromium (Cr): >0% to 0.25%, Nickel (Ni): 0.15% to 0.25%, Titanium (Ti) : >0% to 0.01%, copper (Cu): 0.10% to 0.20%, niobium (Nb): 0.01% to 0.02%, molybdenum (Mo): >0% to 0.08%, vanadium (V): >0% ~ 0.010%, and the balance contains iron (Fe) and unavoidable impurities,
Tensile strength (TS): 500 MPa to 550 MPa, Yield strength (YS): 300 MPa to 350 MPa, Elongation (EL): 30% to 40%, and Charpy impact energy: 300 at 0°C to -60°C temperature It satisfies J ~ 400 J, and has a needle-like structure,
steel.
제 1 항에 있어서,
0.31 내지 0.48 의 범위의 탄소 당량(Ceq)을 가지는,
강재.
(여기에서, Ceq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5 임)
The method of claim 1,
having a carbon equivalent (Ceq) in the range of 0.31 to 0.48;
steel.
(where Ceq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5)
중량%로, 탄소(C): 0.13% ~ 0.17%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.30%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.012%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015% ~ 0.05%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.25%, 니켈(Ni): 0.15%~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 구리(Cu): 0.10% ~ 0.20%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.02%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.08%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.010%, 및 잔부는 철 (Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,150℃ ~ 1,200℃의 온도에서 재가열하는 단계;
상기 가열된 강재를 1,000℃ ~ 1,100℃의 온도에서 종료되도록 압연하는 단계;
상기 압연된 강재를 890℃ ~ 950℃의 온도에서 노말라이징하는 단계;
상기 노말라이징된 강재를 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 강재를 580℃ ~ 640℃의 온도에서 템퍼링하는 단계;를 포함하는,
강재의 제조방법.
By weight, carbon (C): 0.13% to 0.17%, silicon (Si): 0.15% to 0.40%, manganese (Mn): 1.00% to 1.30%, phosphorus (P): greater than 0% to 0.012%, sulfur (S): >0% to 0.003%, Soluble Aluminum (S_Al): 0.015% to 0.05%, Chromium (Cr): >0% to 0.25%, Nickel (Ni): 0.15% to 0.25%, Titanium (Ti) : >0% to 0.01%, copper (Cu): 0.10% to 0.20%, niobium (Nb): 0.01% to 0.02%, molybdenum (Mo): >0% to 0.08%, vanadium (V): >0% ~ 0.010%, and the remainder is iron (Fe) and reheating the steel material containing unavoidable impurities at a temperature of 1,150 ℃ ~ 1,200 ℃;
rolling the heated steel to end at a temperature of 1,000 ℃ ~ 1,100 ℃;
Normalizing the rolled steel at a temperature of 890 ℃ ~ 950 ℃;
cooling the normalized steel material; and
Tempering the cooled steel at a temperature of 580 ° C. to 640 ° C.; Containing,
A method of manufacturing steel.
제 3 항에 있어서,
상기 강재를 냉각하는 단계는 5℃/초 ~ 15℃/초의 냉각속도로 300℃ ~ 450℃의 냉각종료온도까지 수행하는,
강재의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The step of cooling the steel material is performed to the cooling end temperature of 300 ℃ ~ 450 ℃ at a cooling rate of 5 ℃ / sec ~ 15 ℃ / sec,
A method of manufacturing steel.
제 3 항에 있어서,
상기 템퍼링하는 단계를 수행한 후,
상기 강재는, 인장 강도(TS): 500 MPa ~ 550 MPa, 항복강도(YS): 300 MPa ~ 350 MPa, 연신율(EL): 30% ~ 40% 및 샤르피 충격 흡수에너지: 0℃ ~ -60℃ 온도에서 300 J ~ 400 J을 만족하고, 침상형 조직을 가지는,
강재의 제조방법.
4. The method of claim 3,
After performing the tempering step,
The steel material, tensile strength (TS): 500 MPa ~ 550 MPa, yield strength (YS): 300 MPa ~ 350 MPa, elongation (EL): 30% ~ 40% and Charpy impact energy: 0 ℃ ~ -60 ℃ It satisfies 300 J to 400 J at a temperature, and has a needle-like structure,
A method of manufacturing steel.
KR1020200059176A 2020-05-18 2020-05-18 Steel having excellent low-temperature fracture toughness and method of manufacturing the same KR102349426B1 (en)

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