KR100368244B1 - Method for steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용강재에 관한 것으로, 그 목적은 저질소강 슬라브에 침질처리하여 미세한 TiN의 석출물을 확보하면서 TiO산화물을 이용하여 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 용접구조용 강재의 제조방법을 제공함에 있다.The present invention relates to structural steels used in welding structures, such as construction, bridges, shipbuilding, offshore structures, steel pipes, line pipes, etc. The purpose of the present invention is to use TiO oxide while securing fine TiN precipitates by sedimentation on low-nitrogen steel slabs. By providing a method for manufacturing a welded structural steel that can improve the toughness of the weld heat affected zone.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.005%이하, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.002-0.03%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 4≤Ti/O≤10을 만족하는 저질소강 슬라브를 만드는 단계;The present invention for achieving the above object, in the weight% C: 0.03-0.17%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.4-2.0%, Ti: 0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N: 0.005% or less, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.002-0.03%, and other Fe and other impurities, and 4≤Ti / Making a low nitrogen steel slab satisfying O ≦ 10;
이 슬라브를 1100∼1250℃의 온도에서 60∼180분간 가열하여 강의 N가 0.008∼0.03%범위내에서 Ti, B, Al과 아래의 관계를 만족하도록 침질처리하는 단계; 및Heating the slab at a temperature of 1100 to 1250 ° C. for 60 to 180 minutes to immerse the steel to satisfy the following relationship with Ti, B, and Al in the range of 0.008 to 0.03%; And
1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤141.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14
상기 가열된 슬라브를 오스테나이트 재결정역에서 40%이상의 압연비로 열간압연한 다음, 페라이트변태 종료온도±10℃까지 1℃/min이상의 속도로 냉각하는 단계를 포함하여 이루어지는 용접 열영향부 인성이 우수한 용접구조용 강재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.The heated slab is hot rolled in an austenite recrystallization zone at a rolling ratio of 40% or more, and then cooled to a ferrite transformation end temperature ± 10 ° C at a rate of 1 ° C / min or more. The technical subject matter is a method for manufacturing structural steels.
Description
본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용 강재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저질소강 슬라브에 침질처리하여 다량의 미세한 TiN의 석출물을 균일하게 분포시는 것과 함께 TiO산화물을 이용하여 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 용접구조용 강재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to structural steel used in welded structures, such as construction, bridges, shipbuilding, offshore structures, steel pipes, line pipes. More specifically, the present invention relates to a method for producing a welded structural steel material which can improve the toughness of the weld heat affected zone by using TiO oxide while uniformly distributing a large amount of fine TiN precipitates by immersion in a low nitrogen steel slab. .
최근, 건축물, 구조물의 고층화 추세에 따라 사용되는 강재가 대형화되면서 후물강재로 대체되고 있다. 이러한 후물강재를 용접하기 위해서는 고능률 용접이 불가피한데, 후육화된 강재를 용접하는 기술로는, 1패스 용접이 가능한 대입열 서어브머지드 용접법 및 일렉트로 용접법이 광범위하게 사용되고 있는 실정이다. 또한, 조선 및 교량 분야에 있어서 판 두께 25mm이상의 강판을 용접하는 경우에도 상기와 같은 1패스 용접이 가능한 대입열 용접법을 적용하고 있다.Recently, the steel used in accordance with the trend of high-rise building, structure has been replaced by thick steel. In order to weld such thick steels, high-efficiency welding is inevitable. As a technique for welding thickened steels, a high-pass heat submerged welding method and an electro-welding method capable of one-pass welding are widely used. In addition, in the field of shipbuilding and bridges, even when welding a steel plate having a plate thickness of 25 mm or more, the above-described high heat input welding method capable of one-pass welding is applied.
일반적으로 용접에서는 입열량이 클수록 용착량이 커서 용접패스수가 감소하기 때문에, 용접생산성을 고려하면 대입열 용접이 가능하도록 하는 것이 유리하다. 즉, 용접에서 입열량을 증가시키면 그 사용범위를 넓힐 수 있게 되는 것이다. 현재 사용되고 있는 대입열의 범위는 대략 100-200kJ/cm에 해당되는데 좀더 후육화 된 판두께 50mm이상의 강재를 용접하기 위해서는 200-500kJ/cm의 초대입열 범위가 되어야 가능하다.In general, in welding, the larger the amount of heat input, the larger the amount of welding, so that the number of welding passes decreases. Therefore, it is advantageous to enable high heat input welding in consideration of welding productivity. In other words, increasing the amount of heat input in the welding will be able to widen the range of use. The range of high heat input currently in use is about 100-200kJ / cm, but in order to weld steel materials with a thicker plate thickness of 50mm or more, it is possible to have a super heat input range of 200-500kJ / cm.
강재에 대입열이 적용되면, 용접시 형성되는 용접열영향부(Heat Affected Zone) 특히 용융선(fusion boundary) 근처의 용접열영향부는 용접입열량에 의해 융점에 가까운 온도까지 가열된다. 이에 따라, 용접열영향부의 결정립이 성장하여 조대화되고 냉각과정에서 상부 베이나이트 및 마르텐사이트 등 인성에 취약한 미세조직이 형성되기 때문에, 용접열영향부가 용접부중 인성이 가장 열화되는 부위이다.When the heat input is applied to the steel, the heat affected zone formed during welding, particularly the heat affected zone near the fusion boundary, is heated to a temperature close to the melting point by the amount of heat input. Accordingly, since the grains of the weld heat affected zone grow and coarse, and microstructures that are vulnerable to toughness such as upper bainite and martensite are formed during the cooling process, the weld heat affected zone is the site where the toughness of the weld deteriorates most.
따라서, 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는, 용접열영향부의 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여 미세하게 유지시킬 필요가 있다. 이를 해결하는 수단으로는, 고온에서 안정한 산화물 또는 Ti계 탄질화물 등을 강재에 적절히 분포시켜 용접시 용접열영향부의 결정립 성장을 지연시키고자 하는 기술 등이 개시되어 있다. 예를 들어, 일본 특허공개공보 (평)11-140582, (평)10-298708, (평)10-298706, (평)9-194990, (평)9-324238, (평)8-60292, (소)60-245768, (평)5-186848호, (소)58-31065호, (소)61-79745호, 일본용접학회지 제 52권 2호, 49페이지 및일본특허공개공보 (소)64-15320호 등이 있다.Therefore, in order to secure the stability of the welded structure, it is necessary to suppress the growth of the austenite grains in the weld heat affected zone and to keep it fine. As a means to solve this problem, there is disclosed a technique for delaying grain growth of the weld heat affected zone during welding by appropriately distributing an oxide or Ti-based carbonitride, which is stable at a high temperature, to steel materials. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-140582, No. 10-298708, No. 10-298706, No. 9-194990, No. 9-324238, No. 8-60292, (S) 60-245768, (Pyeong) 5-186848, (S) 58-31065, (S) 61-79745, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 52, No. 2, 49 and Japanese Patent Laid-Open And 64-15320.
이중에서 일본 특허공개공보 (평)11-140582호는, TiN의 석출물을 이용하는 대표적인 기술로, 100J/cm의 입열량(최고가열온도 1400℃)이 적용될 때에 0℃에서 충격인성이 200J정도(모재는 300J 정도)인 구조용강재가 개시되어 있다. 이 선행기술에서는 Ti/N을 실질적으로 4-12로 관리하여 0.05㎛이하인 TiN 석출물은 5.8×103개/㎟∼8.1×104개/㎟, 이와 함께 0.03∼0.2㎛인 TiN석출물은 3.9×103개/㎟∼6.2×104개/㎟로 석출시켜서 페라이트를 미세화하여 용접부의 인성을 확보하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582 is a representative technique using TiN precipitates, and has a toughness of about 200J at 0 ° C when 100 J / cm of heat input (maximum heating temperature of 1400 ° C) is applied. Is about 300J). In this prior art, Ti / N is substantially managed at 4-12 so that TiN precipitates of 0.05 µm or less are 5.8 × 10 3 pieces / mm 2 to 8.1 × 10 4 pieces / mm 2, and TiN precipitates of 0.03 to 0.2 μm are 3.9 ×. The toughness of the welded portion is secured by making the ferrite fine by depositing 10 3 pieces / mm 2 to 6.2 × 10 4 pieces / mm 2.
그러나, 이 선행기술에 의하면 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때, 모재와 열영향부의 인성이 대체적으로 낮고(0℃의 충격인성의 최고치로 모재:320J, 열영향부:220J) 또한, 모재와 열영향부의 인성차가 100J 정도로 커서 후육화 강재의 초대입열 용접에 따른 강구조물의 신뢰성확보에 한계가 있다. 이 뿐만 아니라, 원하는 TiN의 석출물을 확보하기 위한 방법으로, 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 가열하여 급냉한 다음에, 열간압연을 위해 재가열하는 공정을 채택하기 때문에 2회의 열처리로 인한 제조비용 상승이 문제가 된다. 또한, 이 선행기술에서는 N가 0.005∼0.02% 함유된 고질소 용강을 연속주조하여 주괴로 만들기 때문에, 주편표면 크랙의 발생 가능성이 높다. 즉, N은 오스테나이트 안정화 원소로서 주괴의 응고과정에서 오스테나이트가 장시간 유지되기 때문에, P, S 등의 불순원소들이 미응고부에 편석을 조장하여 주편크랙을 유발하는 문제가 있다.However, according to this prior art, when the 100 kJ / cm high heat input welding is applied, the toughness of the base material and the heat affected zone is generally low (the base material: 320J, the heat affected zone: 220J at the highest impact toughness of 0 ° C), and also the base material. Since the toughness difference between the and the heat affected zone is about 100J, there is a limit in securing the reliability of the steel structure due to superheated welding of the thickened steel. In addition, as a method for securing the desired TiN precipitate, the slab is heated at a temperature of 1050 ° C. or higher and quenched, followed by a reheating process for hot rolling. Becomes Moreover, in this prior art, since the high nitrogen molten steel containing 0.005-0.02% of N is continuously cast into an ingot, the surface crack of a cast steel is high. That is, since N is an austenite stabilizing element and austenite is maintained for a long time in the solidification process of the ingot, impurity elements such as P and S cause segregation in the uncoagulated portion to cause cast cracks.
상기 일본 공개특허공보 (평)9-194990호는 저질소강(N≤0.005%)에서 Al과 O의 비를 0.3≤Al/O≤1.5로 관리하여, Al, Mn, Si으로 되는 복합산화물을 이용하는 기술이나, 약 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때 용접열영향부 천이온도가 -50수준으로 인성이 좋은 편이 아니다. 또한, 상기 일본 공개특허공보 (평)10-298708호는 MgO-TiN 복합석출물을 이용하는 기술이나, 약 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때 용접열영향부 0℃의 충격인성이 130J로 인성이 좋은 편이 아니다. 이 선행기술에서는 고질소강은 오히려 인성을 떨어뜨린 다는 이유로 0.005%이하의 저질소강을 이용하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 9-194990 manages the ratio of Al and O to 0.3 ≦ Al / O ≦ 1.5 in low nitrogen steel (N ≦ 0.005%), and uses a composite oxide of Al, Mn, and Si. However, when the high heat input welding of about 100 kJ / cm is applied, the weld heat affected zone transition temperature is -50, which is not good at toughness. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-298708 discloses a technique using MgO-TiN composite precipitates, but the impact toughness of the welding heat-affected zone at 0 ° C. is 130J when tough heat welding of about 100 kJ / cm is applied. Not good. In this prior art, high nitrogen steels use less than 0.005% of low nitrogen steels because they deteriorate toughness.
현재까지, TiN석출물과 Al계 또는 MgO 등의 산화물을 이용하여 대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 개선한 기술은 많이 알려져 있지만, 1350℃이상에서 장시간 유지되는 초대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 획기적으로 개선시킨 사례는 아직 발표된 바 없다. 특히, 용접열영향부의 인성이 모재 대비 동등한 수준을 보인 기술은 거의 없는 실정이다. 따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있다면, 후육화 강재의 초대입열 용접이 가능하여 용접작업 고능률화는 물론 강구조물의 고층화 및 강구조물의 신뢰성 확보를 동시에 달성할 수 있는 것이다.Until now, many techniques have been known to improve the toughness of the weld heat affected zone during high heat input welding using TiN precipitates and oxides such as Al-based or MgO. However, the toughness of the weld heat affected zone during superheated heat welding maintained at 1350 ° C. or more for a long time is known. No significant improvement has yet been announced. In particular, there are few technologies in which the toughness of the weld heat affected zone shows an equivalent level to that of the base metal. Therefore, if the above problems can be solved, super heat input welding of the thickened steel is possible, so that it is possible to achieve high efficiency of the welding operation as well as to secure the high-rise of the steel structure and the reliability of the steel structure.
본 발명은, 저질소강 슬라브를 침질처리를 통해 고질소강의 주편표면에서 크랙의 발생을 근본적으로 차단하면서 중입열에서 초대입열에 이르는 용접입열량 범위에서도 모재와 열영향부의 인성이 차이가 최소가 되고, 열영향부의 인성이 우수한 용접 구조용 강재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, while the low nitrogen steel slab is immersed in the slab surface of the high nitrogen steel, the difference between the toughness of the base material and the heat affected zone is minimized even in the heat input range from the medium heat input to the super heat input, while fundamentally blocking the occurrence of cracks. To provide a method for producing a welded structural steel with excellent toughness of the heat affected zone.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접 구조용 강재의 제조방법은, 중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.005%이하, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.002-0.03%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 4≤Ti/O≤10을 만족하는 저질소강 슬라브를 만드는 단계;Method for producing a welded structural steel of the present invention for achieving the above object, by weight% C: 0.03-0.17%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.4-2.0%, Ti: 0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N: 0.005% or less, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.002-0.03%, with the remaining Fe and other impurities Making a low nitrogen steel slab which is formulated and satisfies 4 ≦ Ti / O ≦ 10;
이 슬라브를 1100∼1250℃의 온도에서 60∼180분간 가열하여 강의 N가 0.008∼0.03%범위내에서 Ti, B, Al과 아래의 관계를 만족하도록 침질처리하는 단계; 및Heating the slab at a temperature of 1100 to 1250 ° C. for 60 to 180 minutes to immerse the steel to satisfy the following relationship with Ti, B, and Al in the range of 0.008 to 0.03%; And
1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤141.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14
상기 가열된 슬라브를 오스테나이트 재결정역에서 40%이상의 압연비로 열간압연한 다음, 페라이트변태 종료온도±10℃까지 1℃/min이상의 속도로 냉각하는 단계를 포함하여 구성된다.The heated slab is hot rolled in an austenite recrystallization zone with a rolling ratio of 40% or more, and then cooled to a ferrite transformation end temperature ± 10 ° C at a rate of 1 ° C / min or more.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 "구오스테나이트(prior austenite)"란 용어는 강재에 대입열용접이 적용될 때 용접열영향부에 형성되는 오스테나이트를 칭하는 것으로, 강재의 제조과정(열간압연공정)에서 형성되는 오스테나이트와 구별하기 위해 편의상 사용한다.In the present invention, the term "prior austenite" refers to austenite formed in the weld heat affected zone when the heat input welding is applied to the steel, and the austenite formed in the manufacturing process of the steel (hot rolling process). Use for convenience to distinguish from.
본 발명자들은 고질소강에서 발생하는 주편표면크랙을 방지하면서 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 방안을 연구한 결과, 저질소 용강으로 강슬라브를 만드는 대신 후속공정에서 침질화를 통해 고온안정성이 우수한 TiN석출물을 균일하게 분포시켜 구오스테나이트의 결정립크기를 임계치(약 80㎛)이하로 관리하면 용접열영향부의 인성이 문제가 되지 않는 다는 것을 확인하였다.The present inventors studied a method for improving the toughness of the weld heat affected zone while preventing surface cracks generated in high nitrogen steel. As a result, instead of making steel slabs from molten nitrogen steel, it has excellent high temperature stability through nitriding in a subsequent process. It was confirmed that the toughness of the weld heat affected zone would not be a problem if the TiN precipitates were uniformly distributed and the grain size of the old austenite was managed below the threshold (about 80 μm).
이러한 연구에 기초하여, 본 발명에서는,Based on these studies, in the present invention,
[1] 저질소강에 침질화를 통해 분포시킨 TiN 석출물과 TiO산화물을 이용하는 것과 함께,[1] with the use of TiN precipitates and TiO oxides, which are distributed by nitriding in low nitrogen steels,
[2] 강재의 초기 페라이트 결정립 크기를 임계수준 이하로 관리함으로써 대입열 용접이 적용될 때 열영향부의 구오스테나이트를 80㎛이하로 미세화하는 것이다. 또한,[2] By controlling the initial ferrite grain size of the steel below the critical level, when the high heat input welding is applied, the austenite of the heat affected zone is reduced to 80 µm or less. Also,
[3] TiO 산화물과 BN, AlN 석출물을 효과적으로 이용하여 용접열영향부에 페라이트 분율을 높이고, 특히 구오스테나이트에서 다각형(polygonal)이나 침상형 페라이트의 변태를 촉진하여 인성개선 효과를 높인다. 이들 [1][2][3]을 보다 구체적으로 설명한다.[3] Effectively use TiO oxide, BN and AlN precipitates to increase the ferrite fraction in the weld heat affected zone, and enhance the toughness improvement effect by promoting the transformation of polygonal or needle-like ferrite in Guostenite. These [1] [2] [3] are demonstrated in more detail.
[1] 침질화를 통한 TiN석출물과 TiO 산화물 관리[1] TiN Precipitate and TiO Oxide Management by Nitriding
구조용강재에 대입열용접을 적용하는 경우 용융선 부근의 용접열영향부는 약 1400℃이상의 고온으로 가열되어 모재내에 석출되어 있는 TiN석출물이 용접열에 의하여 부분적으로 용해되거나 또는 오스왈드 라이프닝현상(Ostwald ripening, 크기가 작은 석출물이 분해되어 크기가 큰 석출물로 확산되면서 큰 석출물은 더욱 커지는 현상)에 의해서 일부 석출물만이 조대해지며 또한 TiN석출물의 개수가 현저히 감소하여 구오스테나이트 결정립 성장의 억제효과가 소멸된다.When heat input welding is applied to structural steels, the weld heat affected zone near the melting line is heated to a high temperature of about 1400 ° C or more, and TiN precipitates precipitated in the base metal are partially dissolved by welding heat or Ostwald ripening. Small precipitates are decomposed and diffuse into larger precipitates, resulting in larger precipitates). Only some precipitates are coarse, and the number of TiN precipitates is significantly reduced, thereby suppressing the inhibitory effect of the growth of austenite grains. .
본 발명자들은 이러한 현상은 모재내에 분포되어 있는 TiN석출물이 용접열에 의해 분해된 고용 Ti원자의 확산에 의해서 일어나는 것이라는데 착안하여 Ti/N의 비에 따른 TiN석출물의 특성을 살펴본 결과, 고질소환경(Ti/N의 비가 낮음)에서는 고용 Ti농도와 고용 Ti원자의 확산속도가 감소되고 TiN석출물의 고온 안정성이 향상되는 새로운 사실을 알게 되었다. 더욱 흥미로운 것은 강슬라브를 주편표면크랙의 발생 가능성이 낮은 0.005%이하의 저질소강으로 제조하고 난후 압연공정중 슬라브 가열로에서 침질처리를 통해 고질소강으로 만들더라도 Ti와 N의 비(Ti/N)를 1.2∼2.5의 범위를 관리해주면, 고용Ti의 양이 극도로 감소되면서 TiN석출물의 고온안정성이 높아져서 0.01-0.1㎛ 크기의 미세한 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상으로 분포되는 결과를 얻었다. 이는 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 고용되어 있는 모든 Ti원자가 쉽게 질소원자와 결합하고, 또한, 고질소환경에서는 고용 Ti양이 감소하기 때문에 질소함량이 낮은 경우에서 보다 TiN석출물이 고온에서 안정해지는 용해도적(Solubility Product)이 낮아지기 때문인 것으로 분석되었다. 본 발명에서는 고질소환경에서 고용N의 존재로 인한 시효성을 조장할 수 있다는 점을 감안하여, N/B, Al/N, V/N의 비 그리고, N와 Ti+Al+B+(V)을 총체적으로 관리하여 N를 BN, AlN, VN으로 석출시킨다.The inventors have found that this phenomenon is caused by the diffusion of TiN precipitates dispersed in the base metal by the dissolution of the dissolved Ti atoms by the heat of welding, and the characteristics of TiN precipitates according to the ratio of Ti / N are as follows. / N ratio is low), it is found that the dissolved Ti concentration and diffusion rate of the dissolved Ti atoms and the high temperature stability of the TiN precipitates are improved. Even more interesting is the ratio of Ti and N (Ti / N), even though steel slabs are made of low nitrogen steel with less than 0.005% low probability of cast surface cracking and made into high nitrogen steel by immersion treatment in slab heating furnace during the rolling process. In the range of 1.2 to 2.5, the amount of solid solution Ti is extremely reduced and the high temperature stability of TiN precipitates is increased, so that the fine TiN precipitates of 0.01-0.1㎛ size are 1.0x10 7 / mm2 or more at intervals of 0.5㎛ or less. Distribution results were obtained. Increasing the nitrogen content at the same Ti content, all the Ti atoms dissolved are easily combined with the nitrogen atom, and in the high nitrogen environment, the amount of solid solution Ti decreases, which makes TiN precipitates more stable at higher temperatures than in the case of low nitrogen content. It is analyzed that this is because the solubility product is lowered. In view of the fact that the present invention can promote the aging due to the presence of solid solution N in a high nitrogen environment, the ratio of N / B, Al / N, V / N, and N and Ti + Al + B + (V) Is managed as a whole to precipitate N into BN, AlN, and VN.
이와 함께, 본 발명에서는 TiO를 4-10으로 관리하여 1400℃이상에서도 안정한 TiO산화물을 석출분포시켜 구오스테나이트 결정립성장을 억제한다.In addition, in the present invention, TiO is managed at 4-10 to precipitate and distribute TiO oxides that are stable even at 1400 ° C. or higher, thereby suppressing the growth of old austenite grains.
[2] 강재(모재)의 페라이트입도 관리[2] ferrite grain size management
본 발명의 연구에 따르면, 용접열영향부에서 구오스테나이트의 크기를 80㎛로 하기 위해 모재의 미세조직을 페라이트 + 펄라이트의 복합조직으로 하면서 페라이트의 크기를 20㎛이하로 하는 것이 중요하다는 것이다. 이때, 페라이트의 미세화는 열간압연시 강가공에 의한 오스테나이트 결정립미세화 뿐만 아니라, 열간압연후 냉각과정에서 발생하는 페라이트 결정립의 성장을 탄화물(VC, WC)을 이용하여 억제하는 것이다.According to the study of the present invention, it is important that the size of the ferrite is 20 μm or less while the microstructure of the base material is a composite structure of ferrite + pearlite in order to make the size of the old austenite at 80 μm in the weld heat affected zone. At this time, the refinement of the ferrite is to inhibit the growth of the ferrite grains generated in the cooling process after hot rolling using carbides (VC, WC) as well as the austenite grain refinement by the steel processing during hot rolling.
[3] 용접열영향부의 미세조직[3] microstructure of weld heat affected zone
본 발명에서는 Ti/O비를 4-10으로 제어하여 산화물 내에 함유하는 Ti의 비율을 적량화하는 것과 함께, AlN, BN 등의 석출물을 이용하여 구오스테나이트 입내에서 미세한 페라이트를 다량 생성시키는데, 이때의 페라이트는 대부분 다각형(polygonal) 페라이트와 침상형 페라이트로서 열영향부의 인성을 크게 개선한다.In the present invention, the Ti / O ratio is controlled to 4-10 to appropriately proportion the ratio of Ti contained in the oxide, and a large amount of fine ferrite is produced in the former austenite mouth using precipitates such as AlN and BN. Most ferrites are polygonal ferrites and needle-like ferrites, which greatly improve the toughness of heat-affected zones.
이하, 본 발명을 강재의 성분과 그 제조방법으로 구분하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing the steel component and its manufacturing method.
[용접 구조용 강재][Welding Structural Steels]
·탄소(C)의 함량은 0.03∼0.17%로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make content of carbon (C) into 0.03 to 0.17%.
탄소(C)의 함량이 0.03% 미만인 경우에는 구조용강으로서의 강도확보가 불충분하다. 또한, C가 0.17%를 초과하는 경우에는 냉각중 상부 베이나이트, 마르텐사이트 및 퇴화 퍼얼라이트(degenerate pearlite)등의 인성에 취약한 미세조직이 변태되어 구조용 강재의 저온충격인성 저하시키고, 또한 용접부의 경도 또는 강도를 증가시켜 인성의 열화 및 용접균열의 생성을 초래한다.When the content of carbon (C) is less than 0.03%, securing strength as a structural steel is insufficient. In addition, when C exceeds 0.17%, microstructures susceptible to toughness, such as upper bainite, martensite and degenerate pearlite, are transformed during cooling to lower the low temperature impact toughness of structural steel, and also the hardness of the welded portion. Or increasing the strength resulting in deterioration of toughness and generation of weld cracks.
·실리콘(Si)의 함량은 0.01-0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of silicon (Si) is preferably limited to 0.01-0.5%.
실리콘의 함량이 0.01% 미만인 경우에 제강과정에서 용강의 탈산효과가 불충분하고 강재의 내부식성을 저하시키며, 0.5%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되고, 압연후 냉각시 소입성 증가에 따른 도상 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 저온충격인성을 저하시킨다.If the content of silicon is less than 0.01%, the deoxidation effect of molten steel is insufficient during steelmaking and the corrosion resistance of steel is reduced. If the content is more than 0.5%, the effect is saturated, It promotes the transformation of martensite and lowers the low temperature impact toughness.
·망간(Mn)의 함량은 0.4-2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of manganese (Mn) is preferably limited to 0.4-2.0%.
Mn은 강중에서 탈산작용, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키는 유효한 원소로서, Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이다. 이러한 Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.4%이상의 첨가하는 것이 좋다. 그러나, Mn함유량이 2.0%이상을 초과할 경우 고용강화 효과보다는 Mn편석에 의한 조직불균질이 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다. 또한 Mn함량이 2.0%이상 첨가될 경우에 강의 응고시 편석기구에 따라 거시편석 및 미시편석이 일어나 압연시 중심부에 중심편석대의 형성을 조장하여 모재의 중심부에서 저온변태 조직을 생성시키는 원인으로 작용한다.Mn is an effective element that improves deoxidation, weldability, hot workability and strength in steel, and precipitates in the form of MnS around Ti-based oxides, which affects the formation of acicular and polygonal ferrites effective for improving the toughness of weld heat affected zones. Element. Such Mn forms a solid solution to form a solid solution in the matrix to strengthen the matrix to secure the strength and toughness, for this purpose it is preferred to add more than 0.4%. However, when the Mn content exceeds 2.0%, tissue heterogeneity due to Mn segregation has a detrimental effect on the toughness of the weld heat affected zone, rather than the effect of strengthening the solid solution. In addition, when Mn content is added more than 2.0%, macro segregation and micro segregation occurs depending on the segregation mechanism during steel coagulation, which promotes the formation of central segregation zone in the center of rolling, thereby creating low temperature transformation structure in the center of the base metal. do.
·알루미늄(Al)의 함량은 0.0005-0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of aluminum (Al) is preferably limited to 0.0005-0.1%.
Al은 탈산제로서 필요한 원소로 산소와의 반응으로 Al산화물을 형성하여 Ti가 산소와 반응하는 것을 방지함으로써 Ti가 미세 TiN석출물을 형성하는데 일조할 뿐 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 유효한 원소이다. 미세한 AlN석출물을 형성시키기 위해서는 Al함유량을 0.0005%이상으로 하는 것이 좋다. 그러나, 0.1%를 초과하면 AlN을 석출시키고 남은 고용Al은 용접열영향부 냉각과정에서 인성에 취약한 위드만스테튼 페라이트(Widmanstatten ferrite) 및 도상 마텐사이트의 생성을 조장하여 대입열 용접열영향부의 인성을 저하시킨다.Al is an element necessary as a deoxidizer and forms an Al oxide by reacting with oxygen to prevent Ti from reacting with oxygen, which not only helps Ti to form fine TiN precipitates, but also is effective for forming fine AlN precipitates in steel. . In order to form fine AlN precipitates, the Al content is preferably made 0.0005% or more. However, if it exceeds 0.1%, AlN is precipitated and the remaining solid Al promotes the formation of Widmanstatten ferrite and phase martensite, which are vulnerable to toughness during the cooling process of the weld heat affected zone. Lowers.
·티타늄(Ti)의 함량은 0.005-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of titanium (Ti) is preferably limited to 0.005-0.2%.
Ti는 N과 결합하여 고온에서 안정한 미세 TiN석출물을 형성시키기 때문에 본 발명에서는 필수불가결한 원소이다. 이러한 미세한 TiN 석출효과를 얻기 위해서는 Ti을 0.005%이상 첨가하는 것이 바람직하나, 0.2%를 초과하면 용강중에서 조대한 TiN석출물 및 Ti산화물이 형성되어 용접열영향부 구오스테나이트 결정립성장을 억제하지 못하기 때문에 바람직하지 못하다.Ti is indispensable in the present invention because it combines with N to form fine TiN precipitates that are stable at high temperatures. It is preferable to add more than 0.005% of Ti in order to obtain such a fine TiN precipitation effect, but when it exceeds 0.2%, coarse TiN precipitates and Ti oxides are formed in molten steel, and thus it is impossible to suppress the growth of the austenite grains of the weld heat affected zone. Because it is not desirable.
·붕소(보론, B)의 함량은 0.0003-0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of boron (boron, B) is preferably limited to 0.0003-0.01%.
B은 결정립내에서 인성이 우수한 침상 페라이트(acicular ferrite) 뿐만 아니라 입계에서 다각형상의 페라이트를 생성시키는데 매우 유효한 원소이다. B은 BN석출물을 형성하여 구오스테나이트 결정립의 성장을 방해하고 결정입계 및 입내에서 Fe탄붕화물을 형성하여 인성이 우수한 침상형 및 다각형의 페라이트 변태를 촉진한다. B 함유량이 0.0003%미만인 경우에는 이러한 효과를 기대할 수 없으며 0.01%를 초과하면 소입성이 증가하여 용접열영향부의 경화 및 저온균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.B is a very effective element for producing polygonal ferrite at grain boundaries as well as acicular ferrite having excellent toughness in grains. B forms a BN precipitate, which hinders the growth of the old austenite grains and forms Fe carbide in the grain boundary and in the mouth to promote ferrite transformation of acicular and polygons having excellent toughness. If the B content is less than 0.0003%, such an effect cannot be expected, and if it exceeds 0.01%, the hardenability increases, which may cause hardening of the weld heat affected zone and low temperature cracking.
·질소(N)의 함량은 0.008-0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of nitrogen (N) is preferably limited to 0.008-0.03%.
N은 TiN, AlN, BN, VN, NbN등을 형성시키는데 필수불가결한 원소로, 대입열 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장을 최대로 억제시키고 TiN, AlN, BN, VN, NbN 등의 석출물의 양을 증가시킨다. 특히 TiN 및 AlN석출물의 크기및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성 등에 현저한 영향을 미치는데, 이를 위해서는 0.008%이상 함유되는 것이 바람직하다. 따라서, 주편표면 크랙 발생 가능성이 낮은 0.005%이하의 저질소용강으로 슬라브를 만들고 후속공정에서 침질화를 통해 N의 함량을 0.008%이상으로 하는 것이 바람직하다. 하지만, 질소함량이 0.03%를 초과하면 그 효과가 포화되며, 용접열영향부내의 분포하는 고용질소량의 증가로 인해 인성을 저하시키고 용접시 희석에 따른 용접금속중에 혼입되어 용접금속의 인성저하를 초래할 수 있다.N is an indispensable element for forming TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc., and it is possible to minimize the growth of the old austenite grains in the weld heat affected zone during the high heat input welding and to increase TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc. Increase the amount of precipitate; In particular, the size and precipitate spacing of the TiN and AlN precipitates, the distribution of precipitates, the frequency of complex precipitation with oxides, the high temperature stability of the precipitate itself, etc. have a significant effect, for this purpose it is preferably contained more than 0.008%. Therefore, it is preferable to make the slab from low-nitrogen molten steel of 0.005% or less, which is less likely to cause cracks on the surface of cast steel, and to make N content 0.008% or more through nitriding in the subsequent process. However, when the nitrogen content exceeds 0.03%, the effect is saturated, and toughness decreases due to an increase in the amount of solid solution nitrogen distributed in the weld heat affected zone, and it may be incorporated into the weld metal due to dilution during welding, resulting in a decrease in the toughness of the weld metal. Can be.
·텅스텐(W)의 함량은 0.001-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of tungsten (W) is preferably limited to 0.001-0.2%.
텅스텐은 열간압연 이후 모재에 텅스텐 탄화물(WC)로 균일하게 석출되어 페라이트변태 후 페라이트 결정립 성장을 효과적으로 억제하고, 또한 용접열영향부의 가열 초기 구오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 원소이다. 그 함량이 0.001%미만인 경우에는 열간압연후 냉각시 페라이트 결정립성장 억제를 위한 텅스텐 탄화물이 적게 분포하게 되고, 0.2% 보다 많이 첨가되는 경우 그 효과가 포화된다.Tungsten is an element that uniformly precipitates tungsten carbide (WC) in the base material after hot rolling, thereby effectively suppressing ferrite grain growth after ferrite transformation, and also suppressing the growth of the initial austenite grains in the initial heating of the weld heat affected zone. If the content is less than 0.001%, there is less distribution of tungsten carbide for suppressing ferrite grain growth upon cooling after hot rolling, and the effect is saturated when more than 0.2% is added.
·인(P) 및 황(S)의 함량은 0.030%이하로 제한하는 것이 바람직하다.The content of phosphorus (P) and sulfur (S) is preferably limited to 0.030% or less.
P는 압연시 중심편석 및 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재 인성, 용접열영향부 인성 향상 및 중심편석 저감을 위해서는 0.03%이하로 관리하는 것이 좋다.P is preferably as low as possible because it is an impurity element that promotes central segregation during rolling and hot cracking during welding. In order to improve the toughness of the base metal, the toughness of the weld heat affected zone, and to reduce the center segregation, it is recommended to manage it to 0.03% or less.
S는 다량으로 존재하는 경우 FeS 등의 저융점화합물을 형성시키기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재인성, 용접열영향부 인성 및 중심편석 저감을 위해서는 S함량을 0.03%이하로 하는 것이 좋다. 특히, 황의 경우에는 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치므로 용접시 고온균열을 고려할 경우 보다 바람직한 범위로는 0.003%에서 0.03%이하로 제한하는 것이 바람직하다.Since S forms a low melting point compound such as FeS when present in a large amount, it is preferable to manage S as low as possible. In order to reduce the base material toughness, weld heat affected zone toughness and central segregation, it is recommended that the S content be 0.03% or less. In particular, sulfur is precipitated in the form of MnS around Ti-based oxides, which affects the formation of needle-shaped and polygonal ferrites, which are effective for improving the toughness of welding heat affected zones. It is desirable to limit it to 0.03% or less.
·산소(O)의 함량은 0.0020-0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of oxygen (O) is preferably limited to 0.0020-0.03%.
O는 용강중에서 Ti와 반응하여 Ti산화물을 형성시키는데 필수불가결한 원소이다. Ti산화물은 용접열영향부에서 구오스테나이트로부터 페라이트 변태시 침상페라이트의 변태를 촉진시킨다. O함유량이 0.0020%미만인 경우에는 Ti산화물의 개수가 작기 때문에 바람직하지 못하며, 0.03%를 초과하면 조대한 Ti산화물 및 기타 FeO등의 산화물이 생성되므로 바람직하지 않다.O is indispensable for forming Ti oxide by reacting with Ti in molten steel. Ti oxide promotes the transformation of acicular ferrite during ferrite transformation from guustenite in the weld heat affected zone. If the O content is less than 0.0020%, it is not preferable because the number of Ti oxides is small, and if it exceeds 0.03%, coarse Ti oxides and other oxides such as FeO are produced, which is not preferable.
본 발명의 강재는 질소의 침질량이 Ti/N의 비가 1.2-2.5, N/B의 비가 10-40, Al/N의 비가 2.5-7, (Ti+2Al+4B)/N의 비가 6.5-14가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.The steel of the present invention has a sedimentation mass of nitrogen of 1.2-2.5 of Ti / N, 10-40 of N / B, 2.5-7 of Al / N, and 6.5- of (Ti + 2Al + 4B) / N. It is preferable to adjust to 14.
·Ti/N의 비는 1.2∼2.5로 하는 것이 바람직하다.The ratio of Ti / N is preferably 1.2 to 2.5.
본 발명에서 Ti/N비를 2.5이하로 낮추는데, 이는 2가지 장점이 있다. 첫째는, TiN양 즉, TiN석출물의 개수를 증가시킬 수 있다는 점이다. 즉, 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 연주과정중 냉각과정에서 모든 고용되어 있는 모든 Ti원자가 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출량이 증가하게 된다. 둘째는, 고온에서 TiN이 안정하다는 점이다. 즉, 용접열영향부와 같은 고온에서 석출물의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)이 작아지기 때문에 고질소 TiN과 같은 석출물의 경우 질소함량이 낮은 경우에서 보다 TiN석출물이 안정하다. 반면에 Ti/N비가 2.5보다 높은 경우는 제강과정인 용강중에서 조대한 TiN이 정출되어 TiN의 균일한 분포가 얻어지지 않으며, 또한 TiN으로 석출하지 않고 남은 잉여의 Ti는 고용상태로 존재하여 용접열영향부 인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. 또한, Ti/N비가 1.2미만에서는 모재의 고용질소량이 증가하여 용접열향부의 인성에 유해하기 때문이다.In the present invention, the Ti / N ratio is lowered to 2.5 or less, which has two advantages. First, it is possible to increase the amount of TiN, that is, the number of TiN precipitates. In other words, if the nitrogen content is increased at the same Ti content, all the Ti atoms dissolved in the cooling process during the playing process combine with the nitrogen atom, thereby increasing the fine TiN precipitation. Second, TiN is stable at high temperatures. That is, since the solubility product which shows the stability of the precipitate at high temperature such as the weld heat affected zone becomes smaller, the precipitate such as high nitrogen TiN is more stable than the case where the nitrogen content is low. On the other hand, if the Ti / N ratio is higher than 2.5, coarse TiN is crystallized in molten steel, which is a steelmaking process, and a uniform distribution of TiN is not obtained. Also, excess Ti remaining without precipitation as TiN remains in a solid solution to weld heat. It is not preferable because it adversely affects the impact toughness. In addition, when the Ti / N ratio is less than 1.2, the amount of solid solution nitrogen in the base metal increases, which is detrimental to the toughness of the welding heat-facing portion.
·N/B의 비는 10∼40으로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make ratio of N / B into 10-40.
본 발명에서 N/B비가 10미만이면 용접후 냉각과정중에 구오스테나이트 결정입계에서 다각형의 페라이트 변태를 촉진하는 BN의 석출량이 불충분하며, N/B비가 40초과의 경우에는 그 효과가 포화되며 고용질소량이 증가하여 용접열영향부의 인성을 저하시키기 때문이다.In the present invention, if the N / B ratio is less than 10, the precipitation amount of BN that promotes the ferrite transformation of polygons at the old austenite grain boundary during the post-weld cooling process is insufficient, and when the N / B ratio is over 40, the effect is saturated and dissolved. This is because the amount of nitrogen is increased to lower the toughness of the weld heat affected zone.
·Al/N의 비는 2.5∼7로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make Al / N ratio into 2.5-7.
본 발명에서 Al/N비가 2.5미만인 경우에는 침상형 페라이트 변태를 유도하기 위한 AlN석출물의 분포가 불충분하고, 용접열영향부의 고용질소량이 증가하여 용접균열이 발생할 가능성이 있으며, Al/N비가 7초과의 경우에는 그 효과가 포화된다.In the present invention, when the Al / N ratio is less than 2.5, AlN precipitates for inducing needle-like ferrite transformation are insufficient, and the amount of solid solution nitrogen in the weld heat affected zone may increase, resulting in a weld crack, and an Al / N ratio of more than 7 In the case the effect is saturated.
·(Ti+2Al+4B)/N의 비는 6.5∼14로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is 6.5-14.
본 발명에서 (Ti+2Al+4B)/N의 비가 6.5미만의 경우 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장억제, 결정입계에서의 미세한 다각형 페라이트 생성, 고용질소량, 결정입내에서의 침상형 및 다각형의 페라이트 생성 및 조직분율의 제어를 위한 TiN, AlN, BN, VN 석출물의 크기 및 분포개수가 불충분하며, (Ti+2Al+4B)/N이 14초과의 경우에는 그 효과가 포화된다. 만일, V이 첨가되는 경우에는 (Ti+2Al+4B+V)/N의 비를 7-17로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, when the ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is less than 6.5, the growth inhibition of the austenite grain growth of the weld heat affected zone, the generation of fine polygonal ferrite at the grain boundary, the amount of solid solution nitrogen, the needle shape and the polygonal shape in the grain boundary Insufficient size and number of distribution of TiN, AlN, BN, and VN precipitates for ferrite formation and control of tissue fraction, and the effect is saturated when (Ti + 2Al + 4B) / N is more than 14 seconds. If V is added, the ratio of (Ti + 2Al + 4B + V) / N is preferably 7-17.
· Ti/O의 비는 4-10으로 하는 것이 바람직하다.The ratio of Ti / O is preferably set to 4-10.
Ti/O비가 4미만의 경우에는 오스테나이트 결정립 성장억제에 요구되는 TiO산화물 개수가 불충분하며, TiO산화물내의 함유하는 Ti비율이 작아져서 침상 페라이트 핵생성 자리로서의 기능을 상실하여 용접열영향부의 인성개선에 유효한 침상페라이트 상분율이 저하된다. Ti/O의 비가 10초과의 경우에는 용접열영향부 오스테나이트 결정립성정억제 효과가 포화되며, 산화물내에 함유되는 Mn 등의 성분의 비율이 오히려 작아져서 입내 페라이트의 핵생성 자리로서의 기능을 상실한다.If the Ti / O ratio is less than 4, the number of TiO oxides required to inhibit austenite grain growth is insufficient, and the Ti ratio in TiO oxides becomes small, thus losing the function of acicular ferrite nucleation sites and improving the toughness of the weld heat affected zone. The effective acicular ferrite phase fraction is lowered. If the ratio of Ti / O is more than 10, the effect of inhibiting the weld heat affected zone austenite grain size crystallization is saturated, and the ratio of components such as Mn contained in the oxide becomes rather small, thus losing the function of the nucleation site of the ferrite in the mouth.
상기와 같이 조성되는 강재(모재)와 열영영향부의 인성을 보다 개선시키기 위해 V을 추가로 첨가한다.In order to further improve the toughness of the steel material (base material) and the heat-affected portion formed as described above, V is further added.
·바나듐(V)의 함량은 0.01-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of vanadium (V) is preferably limited to 0.01-0.2%.
V은 N와 결합해 VN을 형성하여 용접열영향부에서 페라이트 형성을 촉진시키는 원소이며, VN는 단독으로 석출하거나 TIN석출물에 석출하여 페라이트 변태를 촉진시킨다. 또한 V은 C과 결합하여 VC를 형성하는데, 이러한 VC탄화물은 페라이트 변태후 페라이트 결정립 성장을 억제하는 역할을 한다. V함유량이 0.01%미만에서는 VN석출량이 작기 때문에 용접열영향부에서 페라이트 변태촉진 효과를 얻기가 힘들다. 한편 0.2%를 초과하면 모재 및 용접열영향부(HAZ)의 인성열화를 초래하고 용접경화성을 향상시켜 용접저온균열 발생위험이 있기 때문에 바람직하지 않다.V is an element that combines with N to form VN to promote ferrite formation in the weld heat affected zone, and VN precipitates alone or precipitates in TIN precipitates to promote ferrite transformation. In addition, V combines with C to form VC, which acts to inhibit ferrite grain growth after ferrite transformation. When the V content is less than 0.01%, it is difficult to obtain the ferrite transformation promoting effect in the weld heat affected zone because the VN deposition amount is small. On the other hand, exceeding 0.2% is not preferable because it causes toughness of the base metal and the weld heat affected zone (HAZ) and improves the weld hardenability, which may cause the low temperature crack of the weld.
또한, 침질처리후에 V/N의 비는 0.3∼9로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 V/N비가 0.3미만인 경우에는 용접열영향부 인성개선을 위한 TiN+MnS석출물상에 석출하여 분포하는 적정 VN석출물 개수 및 크기를 확보하기 어렵다. V/N비가 9를 초과하는 경우에는 TiN+MnS석출물 경계에 석출하는 VN석출물의 크기가 조대화되어 오히려 TiN+MnS복합석출물 경계에 석출되는 VN석출빈도수가 감소하기 때문에 용접열영향부의 인성에 유효한 페라이트 상분율을 감소시킨다.In addition, it is preferable that the ratio of V / N after a immersion process shall be 0.3-9. In the present invention, when the V / N ratio is less than 0.3, it is difficult to secure an appropriate number and size of VN precipitates deposited and distributed on TiN + MnS precipitates for improving the toughness of the weld heat affected zone. If the V / N ratio exceeds 9, the size of the VN precipitates deposited at the TiN + MnS precipitate boundary is coarsened, and thus the VN precipitation frequency deposited at the TiN + MnS complex precipitate boundary is reduced, which is effective for the toughness of the weld heat affected zone. Reduce ferrite phase percentage.
상기와 같이 조성되는 강에 본 발명에서는 기계적성질을 보다 향상시키기 위해, Ni, Cu, Nb, Mo, Cr의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상을 추가로 첨가한다.In the present invention, in order to further improve the mechanical properties in the steel composition as described above, one or more selected from the group of Ni, Cu, Nb, Mo, Cr is further added.
·니켈(Ni)의 함량은 0.1-3.0%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of nickel (Ni) is preferably limited to 0.1-3.0%.
Ni은 고용강화에 의해 모재의 강도와 인성을 향상시키는 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni함유량이 0.1%이상 함유되는 것이 바람직하지만, 3.0%를 초과하는 경우에는 소입성을 증가시켜 용접열영향부의 인성을 저하시키고 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.Ni is an effective element which improves the strength and toughness of the base material by solid solution strengthening. In order to achieve this effect, the Ni content is preferably 0.1% or more, but when the content exceeds 3.0%, the hardenability is increased to reduce the toughness of the weld heat affected zone and the possibility of high temperature cracking in the weld heat affected zone and the weld metal. This is not desirable because there is.
·구리(Cu)의 함량은 0.1-1.5%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of copper (Cu) is preferably limited to 0.1-1.5%.
Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 모재강도 및 인성을 확보하기 위해서 유효한 원소이다. 이를 위해서는 Cu함유량이 0.1%이상 함유되어야 하지만, 1.5%를 초과하는 경우에는 용접열영향부에서 소입성을 증가시켜 인성을 저하시키며 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열을 조장시키기 때문에 바람직하지 못하다. 특히, 상기 Cu는 황과 함께 Ti계 산화물 주위에 CuS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이므로 그 함량을 0.3-1.5%로 하는 것이 바람직하다.Cu is an element which is effective to secure the base material strength and toughness due to solid solution at the base. For this purpose, Cu content should be contained more than 0.1%, but if it exceeds 1.5%, it is not preferable because it increases the hardenability by increasing the hardenability in the weld heat affected zone and promotes high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. . In particular, Cu is an element that affects the formation of acicular and polygonal ferrites, which are effective in improving the toughness of the welded heat affected zone by depositing CuS around Ti-based oxides with sulfur, so that the content is 0.3-1.5%. desirable.
또한 Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우 이들의 합계는 3.5%미만으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 3.5%미만의 경우에 소입성이 커져서 용접열영향부 인성 및 용접성에 악영향을 초래하기 때문이다.In addition, in the case of complex addition of Cu and Ni, the total sum thereof is preferably less than 3.5%. The reason is that less than 3.5% of the hardenability increases, which adversely affects the weld heat affected zone toughness and weldability.
·니요븀(Nb)의 함량은 0.01-0.10%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of niobium (Nb) is preferably limited to 0.01-0.10%.
Nb는 모재 강도확보의 관점에서 유효한 원소로, 이를 위해 0.01%이상 첨가하나, 0.1%를 초과하는 경우에는 조대한 NbC의 단독석출을 초래하여 모재의 인성에 유해하게 되므로 바람직하지 못하다.Nb is an effective element from the viewpoint of securing the strength of the base material. For this purpose, Nb is added in an amount of 0.01% or more. However, Nb is undesirable because it causes coarse precipitation of coarse NbC, which is detrimental to the toughness of the base material.
·크롬(Cr)은 0.05∼1.0%로 하는 것이 바람직하다.Chromium (Cr) is preferably made 0.05 to 1.0%.
Cr은 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.05%미만에는 강도를 얻을 수 없고 1.0%를 초과하는 경우 모재 및 HAZ인성열화를 초래한다.Cr increases the hardenability and also improves the strength. If the content is less than 0.05%, the strength cannot be obtained and when the content exceeds 1.0%, the base metal and the HAZ toughness deteriorate.
·몰리브덴(Mo)은 0.05-1.0%로 하는 것이 바람직하다.Molybdenum (Mo) is preferably 0.05-1.0%.
Mo도 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는 원소로, 그 함유량이 강도확보를 위하여 0.05%이상으로 하지만, HAZ경화 및 용접저온균열을 억제하기 위해서는 Cr과 마찬가지로 상한을 1.0%로 한다.Mo is also an element that increases the hardenability and improves the strength. The content thereof is 0.05% or more for securing the strength, but the upper limit is set to 1.0% like Cr for suppressing the HAZ hardening and the welding low temperature crack.
또한, 본 발명에서는 가열시에 구오스테나이트의 입성장억제를 위해 Ca, REM의 1종 또는 2종을 추가로 첨가한다.In addition, in the present invention, one or two kinds of Ca and REM are further added to suppress the grain growth of the austenite at the time of heating.
Ca 및 REM은 고온안정성이 우수한 산화물을 형성시켜 모재내에서 가열시 구오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 용접열영향부의 인성을 향상시킨다. 또한,Ca은 제강시 조대한 MnS형상을 제어하는 효과가 있다. 이를 위해, 칼슘(Ca)은 0.0005%이상, Rem은 0.005%이상 첨가하는 것이 좋으나, Ca이 0.005% Rem이 0.05%를 초과하는 경우 대형개재물 및 클러스터(cluster)를 생성시켜 강의 청정도를 해치게 된다. REM으로서는 Ce, La, Y 및 Hf등의 1종 또는 2종이상을 사용하여도 무방하고 어느 것도 상기 효과를 얻을 수 있다.Ca and REM form an oxide having excellent high temperature stability, thereby suppressing the growth of the austenite grains when heated in the base metal and improving the toughness of the weld heat affected zone. In addition, Ca has the effect of controlling the coarse MnS shape during steelmaking. To this end, it is preferable to add more than 0.0005% of calcium (Ca) and more than 0.005% of Rem, but when Ca exceeds 0.005% of Rem of more than 0.05%, large inclusions and clusters are generated to harm the cleanliness of the steel. As REM, 1 type, or 2 or more types, such as Ce, La, Y, and Hf, may be used, and any of the above effects can be obtained.
[제조방법][Manufacturing method]
·정련공정(탈산 및 탈가스 공정)Refining Process (Deoxidation and Degassing Process)
일반적으로 강의 정련공정은 정련로(전로, 전기로)에서 1차정련한 다음, 정련로의 용강을 래들(L.F)로 출강하여 2차정련(노외정련)하는데, 용접구조용 강재와 같이 후물재에서는 노외정련다음에 탈가스(RH공정)를 행한다. 보통 탈산은 1차정련과 2차정련에서 이루어진다.In general, the steel refining process is first refined in the refining furnace (electric furnace, electric furnace), and then the molten steel of the refining furnace is pulled out by the ladle (LF) to the secondary refining (external refining). After out-of-furnace refining, degassing (RH process) is performed. Normal deoxidation takes place in primary and secondary refining.
본 발명에서는 이러한 탈산공정에서 용존산소를 적정수준으로 조절한 다음 Ti을 첨가함으로써, 적정 수준의 Ti산화물의 분포를 얻는데 특징이 있다. 본 발명자들은 용존산소량이 산화물의 생성거동에 크게 영향을 미친다는 사실에 착안하여 목적하는 Ti산화물을 얻기 위한 연구결과, 산화물을 다수 생성시키기 위한 적정 수준의 용존산소량이 존재한 다는 것을 밝혀내고, 그 수치는 50-200ppm임을 확인하였다. 이 수준의 용존산소량을 얻기 위해서는 Ti보다도 탈산력이 강한 탈산제를 Ti의투입전에 투입하여야 용강중에 조대한 Ti산화물의 형성을 방지하면서 연주시 Ti산화물 개수를 증가시킬 수 있다. 이러한 Ti산화물들로 인해 TiN, MnS, CuS, VN 등의 석출물의 석출빈도수를 증가시킬 수 있다.In the present invention, the dissolved oxygen is adjusted to an appropriate level in such a deoxidation process and then Ti is added to obtain a distribution of Ti oxide at an appropriate level. Based on the fact that the amount of dissolved oxygen greatly affects the production behavior of the oxide, the present inventors have found that there is an adequate amount of dissolved oxygen for producing a large number of oxides as a result of obtaining a desired Ti oxide. The value was confirmed to be 50-200ppm. In order to obtain this level of dissolved oxygen, a deoxidizer, which has a stronger deoxidizing power than Ti, must be added prior to the introduction of Ti to prevent the formation of coarse Ti oxide in molten steel while increasing the number of Ti oxides during the play. These Ti oxides can increase the precipitation frequency of precipitates, such as TiN, MnS, CuS, VN.
탈산제의 탈산력은 아래와 같다.The deoxidizing power of the deoxidizer is as follows.
Cr < Mn < Si < Ti < Al < Rem < Zr < Ca ≒ MgCr <Mn <Si <Ti <Al <Rem <Zr <Ca ≒ Mg
산소와의 친화력이 큰 탈산제 일수록 용강중 산소와 결합하는 속도가 빠르고 결합력도 강하다. 따라서, Ti의 첨가전에 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산제를 투입하여 적정 용존산소(50-200ppm)을 확보하여야 탈산공정의 진행시간을 단축하는 것은 물론, 적정 용존산소를 확보하여 이를 목적하는 TiO산화물로 형성하면서 Ti을 TiN석출물로 만들 수 있다. 즉, Ti 보다 탈산력이 큰 탈산제를 사전에 투입하기 때문에 Ti가 용강중에서 조대한 1차산화물로 생성되는 것 보다는 고용Ti로 잔존하는 비율이 상당히 높아지기 때문에 응고시 미세하면서 다량의 Ti산화물 및 TiN질화물을 확보할 수 있는 것이다.The deoxidizer with greater affinity with oxygen has a higher rate of binding to oxygen in molten steel and a stronger binding force. Therefore, before adding Ti, a deoxidizer with a greater deoxidizing power than Ti must be added to ensure proper dissolved oxygen (50-200 ppm) to shorten the progress of the deoxidation process, and to secure proper dissolved oxygen to the desired TiO oxide. While forming Ti can be made into a TiN precipitate. That is, since the deoxidizer having a higher deoxidizing power than Ti is pre-injected, the ratio of Ti remaining in solid solution becomes considerably higher than that of coarse primary oxides in molten steel, so that a fine amount of Ti oxide and TiN nitride during solidification Will be able to secure.
본 발명에서는 Ti보다 탈산력이 큰 원소(Al, REM Zr, Ca, Mg)를 투입하기 전에, Mn, Si 등의 원소를 투입하여 탈산하고, 이어서 Al등 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산제를 투입하는 것도 바람직하다. 이 방법은 적정 용존산소량의 제어가 용이한 장점이 있다. 본 발명에서 탈산조업패턴의 일례로서, 1차정련에서 Mn, Si, Al의 순으로 투입한 다음 2차정련에서 Al을 다시 투입하고 Ti을 투입하는데, 이 Ti의 투입은 2차정련으로 진공탈가스처리공정을 채택하는 경우에 진공탈가스처리 후에 투입하는 것도 가능하다.In the present invention, before the addition of the elements (Al, REM Zr, Ca, Mg) having a greater deoxidizing power than Ti, by deoxidizing by adding elements such as Mn, Si, and then adding a deoxidizer having a higher deoxidizing power than Ti such as Al It is also preferable. This method has the advantage of easy control of the appropriate dissolved oxygen amount. As an example of the deoxidation operation pattern in the present invention, Mn, Si, Al in the first refining and then injecting Al in the second refining and Ti is added, this addition of Ti is vacuum degassing in the second refining In the case of adopting a gas treatment step, it is also possible to inject it after vacuum degassing.
본 발명에서는 Ti의 투입전에 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산원소를 투입하여 용존산소량을 50-200ppm으로 탈산하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 용존산소량이 50ppm미만의 경우에 용강중의 산소량이 너무 적어 본 발명의 효과를 보이기 위한 적정 Ti계 산화물의 형성량이 불충분하기 때문이며, 200ppm 초과의 경우에는 그 효과가 포화되며 목표로 하는 원소뿐만 아니라 타합금 첨가원소를 산화시켜 정확한 화학성분들을 구성된 합금성분계를 얻는데 다소 어려움이 따른다.In the present invention, it is preferable to add a deoxidation element having a greater deoxidizing power than Ti before deoxidizing the dissolved oxygen amount to 50-200 ppm. The reason is that when the dissolved oxygen amount is less than 50 ppm, the amount of oxygen in the molten steel is too small to form an adequate amount of Ti-based oxide for showing the effect of the present invention. In addition, it is difficult to obtain an alloying system composed of accurate chemical components by oxidizing other alloying elements.
이어, Ti을 첨가하여 그 함량이 0.005-0.2%가 되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 본 발명의 효과를 보이기 위한 적정 Ti산화물 및 Ti석출물 분포 뿐만아니라 침상페라이트 변태촉진을 통하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 MnS, CuS, BN, VN 등의 석출물 거동을 함께 고려한 범위이다.Subsequently, it is preferable to add Ti so that the content is 0.005-0.2%, which improves the toughness of the weld heat affected zone by promoting the acicular ferrite transformation as well as the proper distribution of Ti oxide and Ti precipitates for showing the effect of the present invention. It is the range which considered the effective precipitate behavior of MnS, CuS, BN, VN, etc. together.
상기와 같이, Ti을 첨가한 다음, 용강을 정련하는데 이때의 정련은 0.5-20분 동안 행한다. 상기 용강의 유지시간이 0.5분 미만의 경우에는 조대한 Ti계 1차 산화물이 부상분리 될 시간적 여유가 없어 응고후 잔존하여, 그 평균크기가 증가하게 되며, 20분을 초과할 경우에는 산화물끼리 결합하여 조대화되고 본 발명의 효과를보이기 위한 용강중의 적정 고용 Ti량을 확보하기 어렵다. 본 발명에서는 Ti의 첨가는 진공탈가스 처리 전 또는 그 후의 어디에서도 가능하다.As described above, after the addition of Ti, the molten steel is refined, at which time the refining is performed for 0.5-20 minutes. When the retention time of the molten steel is less than 0.5 minutes, the coarse Ti-based primary oxide does not have time to separate the flotation and remains after coagulation, and the average size thereof increases, and when it exceeds 20 minutes, the oxides are bonded to each other. Therefore, it is difficult to secure an appropriate amount of solid solution Ti in the molten steel to coarsen and exhibit the effects of the present invention. In the present invention, the addition of Ti is possible either before or after vacuum degassing.
·주조공정Casting process
본 발명에서 용강은 저질소강이므로 연속주조시 주조속도는 고속 또는 저속 어느 경우도 무방하다. 양호한 내부품질을 얻기 위해서는 0.9∼1.2m/min의 범위로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, since molten steel is low nitrogen steel, the casting speed may be either high speed or low speed during continuous casting. In order to obtain favorable internal quality, it is preferable to make it into the range of 0.9-1.2 m / min.
·슬라브 재가열공정(침질화)Slab reheating process
본 발명에서는 슬라브가열로에서의 침질화처리를 통해, 강슬라브에서 Ti와 N의 비를 조절하여 매우 미세한 TiN석출물의 양을 증가시키고 용접시 용접열영향부에서 고용Ti의 양을 감소시킴으로써, 오스발드 라이프닝(Ostwald ripening)을 최대로 억제하는 방법을 도출해 내었다. 슬라브가열로에서의 침질화 효과는, 고질소강에서 일반적으로 제기되는 주편표면크랙의 문제를 근본적으로 방지한다는 것 외에, 다음의 2가지를 더 들 수 있다. 첫째는 미세한 TiN석출물양을 증가시킬 수 있다는 점이고, 둘째는 미세 석출된 TiN을 고온에서 안정화할 수 있다는 점이다. 즉, 침질화처리를 통해 동일 Ti함량에서 모재내의 질소함량을 증가시키면, 슬라브가열로에서의 열처리시 모든 Ti원자가 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출물의 양을 증가시킬 수 있다.In the present invention, by controlling the ratio of Ti and N in the steel slab through the nitriding treatment in the slab heating furnace, by increasing the amount of very fine TiN precipitates and reducing the amount of solid solution Ti in the weld heat affected zone during welding, Osbal A method of maximally suppressing Ostwald ripening was derived. In addition to the fundamentally avoiding the problem of slab surface cracks commonly found in high-nitrogen steels, the nitridation effect in slab heating furnaces is two more. The first is to increase the amount of fine TiN precipitates, and the second is to stabilize the fine precipitated TiN at high temperature. That is, by increasing the nitrogen content in the base material at the same Ti content through the nitriding treatment, all Ti atoms can be combined with the nitrogen atoms during the heat treatment in the slab heating furnace to increase the amount of fine TiN precipitates.
본 발명에서는 슬라브를 1100-1250℃에서 60-180분간 가열하면서 침질처리하여 슬라브의 질소농도를 0.008-0.03%로 하는 것이 바람직하다. 슬라브내에서 적정 수준의 TiN석출량을 확보하기 위해서는 질소가 0.008%이상 함유되어야 하지만, 0.03%를 초과하는 경우에는 슬라브내로 확산하여 미세한 TiN으로 석출하는 질소양보다 슬라브표면에 침질되는 질소양이 증가하여 슬라브 표면에 경화가 일어나, 후속공정인 압연과정에 영향을 미친다. 이때, 슬라브가열온도가 1100℃미만이면 침질된 질소가 확산할 수 있는 구동력이 작아 미세한 TiN석출물의 개수가 적게 되고, 또한 TiN석출물 개수를 증가시키기 위해서 가열시간을 증가시켜야 하므로 제조원가 비용이 증가하는 문제가 있다. 반면에, 가열온도가 1250℃보다 높은 경우에는, 슬라브의 오스테나이트 결정립이 가열중에 성장하여 압연과정중 재결정에 영향을 미친다. 한편, 슬라브가열시간이 60분 미만인 경우에는 침질효과가 발휘되지 못하고, 가열시간이 180분 보다 긴 경우에는 실조업상의 비용이 증가할 뿐만 아니라 슬라브내의 오스테나이트 결정립 성장이 일어나 후속 압연공정에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 못하다.In the present invention, it is preferable to make the slab nitrogen concentration by 0.008-0.03% by immersing the slab while heating the slab at 1100-1250 ° C. for 60-180 minutes. Nitrogen should be contained more than 0.008% to secure an appropriate level of TiN deposition in the slab, but if it exceeds 0.03%, the amount of nitrogen deposited on the surface of the slab increases more than the amount of nitrogen diffused into the slab and precipitated as fine TiN. As a result, hardening occurs on the surface of the slab, which affects the subsequent rolling process. At this time, if the slab heating temperature is less than 1100 ℃, the driving force for diffusion of the precipitated nitrogen is small, the number of fine TiN precipitates is small, and the heating time must be increased in order to increase the number of TiN precipitates, which increases the manufacturing cost cost There is. On the other hand, when the heating temperature is higher than 1250 ° C., the austenite grains of the slab grow during heating and affect the recrystallization during the rolling process. On the other hand, when the slab heating time is less than 60 minutes, the sedimentation effect is not exerted, and when the heating time is longer than 180 minutes, not only the cost of the unworking industry increases but also the growth of austenite grains in the slab affects the subsequent rolling process. It is not desirable because it is crazy.
본 발명에 따라 침질화처리를 할 때, 슬라브중 Ti/N의 비는 1.2∼2.5, N/B의 비는 10∼40, Al/N의 비는 2.5∼7, V/N의 비는 0.3∼9, (Ti+2Al+4B+V)N의 비는 7∼17가 되도록 N를 침질시키는 것이 바람직하다.When subjected to the nitriding treatment according to the present invention, the ratio of Ti / N in the slab is 1.2 to 2.5, the ratio of N / B is 10 to 40, the ratio of Al / N is 2.5 to 7, and the ratio of V / N is 0.3. It is preferable to impregnate N so that the ratio of -9 and (Ti + 2Al + 4B + V) N may be 7-17.
·열간압연공정Hot rolling process
본 발명에서 상기 슬라브를 1100-1250℃에서 60-180분간 가열한다. 1100℃미만에서는 용질원자들가 확산되는 속도가 작기 때문에 TiN석출물의 개수가 작기 때문에 문제가 있으며, 1250℃를 초과할 경우에는 Ti계 석출물 등이 조대화되거나 분해되어, 석출물들이 석출물 개수가 감소하기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 가열시간 60분미만에서는 용질원자들의 편석저감 효과가 없으며 또한 용질원자가 확산하여 석출물을 형성할 충분한 시간이 부족하기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 가열시간이 180분을 초과할 경우 오스테나이트 결정입도의 조대화가 일어나며 작업생산성 측면에서도 바람직하지 못하다.In the present invention, the slab is heated at 1100-1250 ° C. for 60-180 minutes. It is a problem because the number of TiN precipitates is small because the rate of diffusion of solute atoms is less than 1100 ℃, Ti precipitates, etc. are coarse or decomposed when it exceeds 1250 ℃, the precipitates decrease the number of precipitates Not desirable On the other hand, if the heating time is less than 60 minutes, it is not preferable because there is no segregation reduction effect of the solute atoms and there is not enough time for the solute atoms to diffuse to form precipitates. In addition, when the heating time exceeds 180 minutes, coarsening of austenite grain size occurs, which is not preferable in terms of work productivity.
상기와 같이 가열한 다음, 오스테나이트 재결정역 온도에서 40% 이상의 압연비로 열간압연하는 것이 바람직하다. 오스테나이트 재결정역온도는 강조성과 그 이전의 압하량 등에 영향을 받는데, 본 발명의 강조성에 통상의 압하량을 고려할 때 오스테나이트 재결정역 온도는 약 1050∼850℃구간이다. 이 구간에서 적어도 40%이상의 압연비를 부여하여야 하는데, 만일 압연비가 40%미만인 경우에는 오스테나이트 입내의 페라이트 핵생성 자리가 부족하여 오스테나이트 재결정에 의한 페라이트 결정립 미세화 효과가 미흡하고, 용접시 용접열영향부의 인성에 유효한 영향을 미치는 석출물 거동에 영향을 미치게 된다.After heating as above, it is preferable to hot-roll at a rolling ratio of 40% or more at the austenite recrystallization zone temperature. The austenite recrystallization zone temperature is affected by the emphasis and the previous reduction amount, and the austenite recrystallization zone temperature is in the range of about 1050 to 850 ° C. in consideration of the usual reduction amount in the emphasis of the present invention. In this section, a rolling ratio of at least 40% should be given. If the rolling ratio is less than 40%, the ferrite nucleation site in the austenite grain is insufficient and the effect of refining the ferrite grains due to austenite recrystallization is insufficient. It affects the precipitate behavior which effectively affects the toughness of the affected zone.
상기와 같이 압연한 다음, 페라이트 결정립성장을 방지하기 위해서 페라이트변태종료온도±10℃의 까지 1℃/min 이상의 속도로 냉각한다. 바람직하게는 페라이트 변태 종료온도까지 1℃/min이상의 속도로 냉각하고 그 이후에는 공냉하는 것이다. 몰론, 페라이트 변태 종료온도 이하 즉, 상온까지 1℃/min이상으로 냉각하는 것도 가능하나 비경제적이다. 냉각속도가 1℃/min 미만의 경우에는 재결정된 미세 페라이트의 결정립 성장을 초래하여 강편의 페라이트 결정립 크기를 20㎛이하를 확보하기 어렵다.After rolling as described above, in order to prevent ferrite grain growth, it is cooled at a rate of 1 ° C / min or more up to a ferrite transformation end temperature of ± 10 ° C. Preferably, it is cooled at a rate of 1 ° C./min or more to the ferrite transformation end temperature and thereafter air-cooled. Of course, it is possible to cool the ferrite transformation temperature below the end temperature, that is, above 1 ° C / min to room temperature, but it is uneconomical. If the cooling rate is less than 1 ° C / min, it causes a grain growth of the recrystallized fine ferrite, it is difficult to secure the ferrite grain size of the steel slab less than 20㎛.
·강재의 미세조직· Microstructure of steel
본 발명에서 열간압연후 강재의 미세조직은 페라이트+펄라이트로 하고, 상기 페라이트 결정립의 크기는 20㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 페라이트의 결정립크기가 20㎛ 보다 클 경우 대입열 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 크기가 80㎛이상으로 되어 용접열영향부 인성에 유해하기 때문이다.In the present invention, after the hot rolling, the steel microstructure is made of ferrite + pearlite, and the size of the ferrite grains is preferably 20 μm or less. The reason is that when the grain size of the ferrite is larger than 20 μm, the size of the old austenite grains in the weld heat affected zone becomes 80 μm or more during high heat input welding, which is detrimental to the weld heat affected zone toughness.
또한, 페라이트+펄라이트의 복합조직에서 페라이트의 상분율이 높을수록 모재의 인성 및 연신율이 증가되는데, 페라이트는 20%이상 가장 바람직하게는 70%이상으로 하는 것이다.In addition, the higher the percentage of ferrite in the composite structure of ferrite + perlite, the higher the toughness and elongation of the base metal, and the ferrite is 20% or more and most preferably 70% or more.
·석출물의 분포도Distribution of precipitates
용접열영향부의 구오스테나이트 결정립은 모재의 오스테나이트 결정립 크기가 일정할 경우 모재에 분포하는 산화물 또는 질화물의 크기 및 그 개수 그리고,분포에 크게 영향을 받게 된다. 또한, 대입열 이상 용접시(가열온도 1400℃이상) 모재에 분포하는 질화물의 경우 30-40%가 모재로 재고용되어 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장 억제효과가 감소하기 때문에, 가열시 모재에 재고용되는 질화물들을 고려한 그 이상의 질화물들의 균일한 분포가 필요하다. 용접열영향부에서 구오스테나이트의 성장을 억제하기 위해서는, 미세한 TiN 석출물을 균일하게 분포시켜 일부 석출물이 조대해지는 오스왈드 라이프닝(Ostwald ripening)현상을 억제하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 TiN석출물의 간격을 0.5㎛이하로 제어하여 TiN의 분포를 균일하게 하야 한다.The former austenite grains of the weld heat affected zone are greatly influenced by the size, number and distribution of oxides or nitrides distributed in the base material when the austenite grain size of the base material is constant. In addition, since 30-40% of the nitrides distributed in the base material are welded to the base material at the time of high heat input welding (above the heating temperature of 1400 ℃ or more), the effect of inhibiting the growth of the austenite grains in the weld heat affected zone is reduced. There is a need for a uniform distribution of further nitrides taking into account the re-used nitrides. In order to suppress the growth of the old austenite in the weld heat affected zone, it is important to uniformly distribute the fine TiN precipitate to suppress the Ostwald ripening phenomenon in which some precipitates are coarsened. For this purpose, the TiN precipitates should be controlled to 0.5 μm or less to make the TiN distribution uniform.
또한, TiN의 입경 및 임계 갯수를 0.01-0.1㎛ 및 1mm2당 1.0x107개 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 0.01㎛미만에서는 대입열 용접시 대부분 모재에 쉽게 재고용되어 구오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 효과가 미흡해지며, 0.1㎛을 초과하는 경우에는 구오스테나이트 결정립에 대한 피닝(pinning, 결정립 성장억제)효과가 적어지고 조대한 비금속개재물과 같은 거동을 하여 기계적 성질에 유해한 영향을 미치기 때문이다. 또한, 석출물의 갯수가 1mm2당 1.0x107개 미만에서는 대입열이상의 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 크기를 임계치인인 80㎛이하로 제어하기가 어렵다.In addition, it is preferable to limit the particle diameter and the critical number of TiN to 0.01-0.1 μm and 1.0 × 10 7 or more per 1 mm 2 . The reason for this is that less than 0.01 μm is easily re-used to the base metal during high heat input welding, and the effect of inhibiting the growth of the old austenite grains is insufficient. If the thickness exceeds 0.1 μm, pinning of the old austenite grains occurs. This is because the growth inhibition effect is reduced and the same behavior as coarse nonmetallic inclusions has a detrimental effect on the mechanical properties. In addition, when the number of precipitates is less than 1.0 × 10 7 per 1 mm 2 , it is difficult to control the size of the old austenite grains of the weld heat affected zone at the time of welding higher than the heat input to be 80 μm or less, which is a threshold value.
·산화물의 분포Oxide distribution
본 발명에 따라 Ti/O의 비를 4-10으로 관리하여 모재내 Ti산화물의 입경 및 임계갯수를 0.5-2.0㎛ 및 1mm2당 1.0x102-1.0x103개의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 산화물의 크기가 0.5㎛미만의 경우에는 용접열영향부 결정립내에서 침상 페라이트 핵생성 촉진 효과가 미흡하며, 2.0㎛ 초과의 경우에는 용접열영향부 결정립 성장억제 효과가 미흡하고 또한 핵생성 되는 침상 페라이트의 변태량이 감소하기 때문이다. 석출량의 개수가 1mm2당 1.0X102개 이하인 경우 Ti산화물에서 형성되는 침상 페라이트 양이 부족하기 때문에 바람직하지 못하며 1.0X103개 이상인 경우에는 Ti산화물에서 형성되는 침상 페라이트가 인접한 Ti산화물에서 형성되는 침상페라이트와 중첩되어 서로의 침상 페라이트 형성을 방해하기 때문에 바람직하지 못하다.According to the present invention, it is preferable to control the ratio of Ti / O to 4-10 so that the particle size and the critical number of the Ti oxide in the base material are in the range of 0.5-2.0 μm and 1.0 × 10 2 -1.0x10 3 per mm 2 . The reason for this is that when the oxide size is less than 0.5 µm, the needle ferrite nucleation promoting effect is insufficient in the weld heat-affected grains. This is because the amount of transformation of the acicular ferrite is reduced. If the number of precipitates is 1.0X10 2 or less per 1 mm 2, it is not preferable because the amount of acicular ferrite formed from Ti oxide is insufficient. If the amount of precipitate is more than 1.0X10 3, acicular ferrite formed from Ti oxide is formed from adjacent Ti oxide. It is not preferable because it overlaps with acicular ferrite and interferes with formation of acicular ferrite.
본 발명의 강재 제조방법에서는, 연속주조 또는 금형주조에 의해 슬라브를 제조할 수 있다. 이때, 냉각속도가 빠르면 석출물을 미세분산시키기 유리하므로 냉각속도가 빠른 연속주조가 바람직하며, 같은 이유로 슬라브는 두께가 얇은편이 유리하다. 이와 같은 슬라브를 본 발명에 따라 침질처리한 다음, 열간압연공정에서는 사용자 용도에 따라 이후에 널리 알려진 핫챠지(hot charge)압연 및 직접(direct)압연을 적용할 수도 있고, 공지된 제어압연, 제어냉각등 각종 기술을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 열간압연판의 기계적 성질을 개선하기 위해, 열처리를 적용할 수도 있다. 이와 같이 공지의 기술들을 본 발명에 적용하더라도 이는 본 발명의 단순한 변경으로서 실질적으로 본 발명의 기술사상의 범위내라고 해석하는 것은 당연하다.In the steel manufacturing method of the present invention, the slab can be produced by continuous casting or die casting. At this time, if the cooling rate is fast, because it is advantageous to finely disperse the precipitates, continuous casting with a high cooling rate is preferable, and the slab is advantageously thin in thickness for the same reason. After the slab is immersed in accordance with the present invention, in the hot rolling process, hot charge rolling and direct rolling, which are widely known according to the user's use, may be applied later. Various techniques such as cooling can be applied. In addition, in order to improve the mechanical properties of the hot rolled sheet produced according to the present invention, heat treatment may be applied. Thus, even if the known techniques are applied to the present invention, it is natural to interpret that this is a simple change of the present invention substantially within the technical idea of the present invention.
이하, 본발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
[실시예]EXAMPLE
표 1과 같은 성분 조성을 갖는 강종들을 시료로 하여 전로에서 용해하여 연속주조법에 의해 슬라브로 제조한 다음, 표 2의 조건으로 침질처리와 열간압연하여 열간압연재를 제조하였다. 이 열간압연재의 합금성분 원소간의 구성비를 표 3에 나타내었다.Steel grades having the composition as shown in Table 1 were prepared as slabs by a continuous casting method using samples as steel samples, and then hot rolled materials were prepared by immersion treatment and hot rolling under the conditions of Table 2. The composition ratio between the alloying element elements of this hot rolling material is shown in Table 3.
상기와 같이 열간압연된 판재들로부터 모재의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 압연재의 판두께 중앙부에서 채취하였으며 인장시험편은 압연방향, 그리고 샤피(Charpy)충격시편은 압연방향과 수직한 방향에서 채취하였다.The test pieces for evaluating the mechanical properties of the base metal from the hot rolled plates as described above were taken at the center of the plate thickness of the rolled material, the tensile test piece was taken in the rolling direction, and the Charpy impact specimen was taken in the direction perpendicular to the rolling direction. It was.
인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며 인장시험은 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 5mm/mim에서 시험하였다. 충격시험편은 KS(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 제조하였으며 이때 노치방향은 모재의 경우 압연방향의 측면 (L-T)에서 가공하였으며 용접재의 경우 용접선 방향으로 가공하였다. 또한 용접열영향부의 최고가열온도에 따른 오스테나이트 결정립 크기를 조사하기 위하여 재현용접 모사시험장치(simulator)를 사용하여 최고가열온도(1200∼1400℃)까지 140℃/sec조건으로 가열시킨후 1초간 유지한 다음, He 가스를 이용하여 급냉시켰다. 급냉시킨 시험편을 연마하고 부식하여 최고가열온도조건에서의 오스테나이트 결정입도를 KS구격 (KS D 0205)에 의해 측정하였다.Tensile test piece was used KS standard (KS B 0801) No. 4 test piece and the tensile test was tested at the cross head speed (5mm / mim). The impact test piece was manufactured according to KS (KS B 0809) No. 3 test piece, and the notch direction was processed on the side of the rolling direction (L-T) in the case of the base material and in the welding line direction on the welding material. In addition, in order to investigate the austenite grain size according to the maximum heating temperature of the welding heat affected zone, it is heated to 140 ℃ / sec condition for 1 second after the heating up to the maximum heating temperature (1200 ~ 1400 ℃) by using the simulation welding simulator (simulator). After holding, it was quenched with He gas. The quenched specimens were ground and corroded to determine the austenite grain size at the highest heating temperature condition by KS (KS D 0205).
냉각후 미세조직의 분석 및 용접영향부의 인성에 중요한 영향을 미치는 석출물과 산화물의 크기와 갯수 그리고 간격은 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 이때, 피검면은 100mm2을 기준으로 하여 평가하였다.The size, number, and spacing of precipitates and oxides, which have a significant effect on the microstructure analysis and the toughness of the weld affected zone after cooling, were measured by the point counting method using an image analyzer and an electron microscope. At this time, the test surface was evaluated based on 100 mm 2 .
용접열영향부의 충격인성 평가는 실제 용접입열량에 상당하는 약 80kJ/cm, 150kJ/cm, 250kJ/cm에 상당하는 용접조건, 즉 최고가열온도를 1400℃로 가열한후 800-500℃의 냉각시간이 각각 60초, 120초, 180초인 용접 열사이클을 부여한 다음, 시험편 표면을 연마하고 충격시험편으로 가공하여 -40℃에서 샤피충격시험을 통하여 평가하였다.Impact toughness evaluation of the welding heat affected zone is 800-500 ℃ cooling after heating the welding conditions corresponding to about 80 kJ / cm, 150 kJ / cm, 250 kJ / cm, that is, the maximum heating temperature to 1400 ℃ After the welding heat cycles of 60 seconds, 120 seconds, and 180 seconds were applied, the surface of the test piece was polished, processed into an impact test piece, and evaluated through a Charpy impact test at -40 ° C.
표 5 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 열간압연재의의 석출물(Ti계 질화물)의 개수는 2.4X108개/mm2이상의 범위를 가지고 있는데 반해, 종래강의 경우는 4.07 X106개/mm2이하의 범위를 보이고 있어 종래재 대비 발명재가 상당히 균일하면서도 미세한 석출물 크기를 갖으면서 그 개수 또한 현저히 증가되었음을 잘 알 수 있다. 또한, 본 발명재는 산화물(TiO)의 개수도 약 1.7x102∼3.26x103개 범위를 보이고 있으며 평균크기도 약 1.2-1.8㎛의 범위를 보이고 있다. 한편 본 발명강의 모재조직구성에 있어서 본 발명강의 경우 페라이트 결정립크기(FGS)가 약 9-12㎛범위로 비교재 대비 매우 미세함을 알 수 있으며 본 발명강의 모재 페라이트 상분율도 모두 80%이상의 높은 페라이트 분율로 구성되어 있다.As shown in Table 5, the number of precipitates (Ti-based nitride) of the hot rolled material produced by the present invention has a range of 2.4X10 8 / mm 2 or more, whereas in the case of conventional steel 4.07 X10 6 / mm 2 Since the following ranges show that the invention material has a fairly uniform and fine precipitate size compared to the conventional material, the number is also significantly increased. In addition, the present invention has a number of oxides (TiO) of about 1.7x10 2 ~ 3.26x10 3 ranges and the average size is about 1.2-1.8㎛ range. On the other hand, in the structure of the base steel of the present invention, the steel of the present invention has a ferrite grain size (FGS) of about 9-12 μm, which is very fine compared to that of the comparative material. It consists of fractions.
표 6에서 나타난 바와 같이, 용접열영향부와 같은 최고가열온도 1400℃조건에서의 오스테나이트 결정립 크기를 보면 본 발명의 경우 52-64㎛의 범위를 갖는 반면, 종래재의 경우 약 180㎛이상의 매우 조대한 범위를 가자는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명강에서는 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 억제 효과가 매우 우수한 것임을 잘 알 수 있다. 또한, 100kJ/cm의 용접입열량에서 본 발명강의 페라이트 상분율은 약 70%이상으로 구성되어 있다.As shown in Table 6, the austenitic grain size under the highest heating temperature of 1400 ° C., such as the weld heat affected zone, ranges from 52 to 64 μm in the case of the present invention, while in the prior art, it is very roughly about 180 μm or more. You can see that we go to the range. Therefore, in the present invention, it can be seen that the austenite grain suppression effect of the weld heat affected zone during welding is very excellent. In addition, the ferrite phase fraction of the steel of the present invention at a heat input of 100 kJ / cm is about 70% or more.
상술한 바와 같이, 본 발명은 저질소강 슬라브에 침질처리를 통해 고온에서도 안정하고 미세한 TiN석출물을 분포시킴에 따라 대입열 용접열영향부 충격인성을 가일층 개선할 수 있게 됨에 따라 대입열 용접열영향부 인성을 동시에 확보할 수 있는 용접용 구조용강을 제공할 수 있는 것이다.As described above, the present invention can further improve the input heat welding heat affected zone impact toughness as it distributes stable and fine TiN precipitates even at high temperature through the immersion treatment on the low nitrogen steel slab. It is possible to provide a structural steel for welding that can secure toughness at the same time.
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