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JP2025500911A - Extra-thick steel material for flanges with excellent strength and low-temperature impact toughness and its manufacturing method - Google Patents

Extra-thick steel material for flanges with excellent strength and low-temperature impact toughness and its manufacturing method Download PDF

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JP2025500911A
JP2025500911A JP2024536078A JP2024536078A JP2025500911A JP 2025500911 A JP2025500911 A JP 2025500911A JP 2024536078 A JP2024536078 A JP 2024536078A JP 2024536078 A JP2024536078 A JP 2024536078A JP 2025500911 A JP2025500911 A JP 2025500911A
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forging
extra
less
flanges
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キム,デ‐ウ
イ,ホン‐ジュ
ベク,デ‐ウ
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ポスコ カンパニー リミテッド
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Abstract

【課題】本発明の目的は、強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】本発明の強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材は、重量%で、C:0.05~0.2%、Si:0.05~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Al:0.005~0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.005~0.07%、V:0.001~0.3%、Ti:0.001~0.05%、Cr:0.01~0.3%、Mo:0.01~0.12%、Cu:0.01~0.6%、Ni:0.05~4.0%、Ca:0.0005~0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなり、旧オーステナイト結晶粒度が35μm以下であり、ベイナイト及びマルテンサイトのうち1種以上を90面積%以上、残留フェライト又はパーライトを含む微細組織を有する。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide an extra-thick steel material for flanges having excellent strength and low-temperature impact toughness, and a manufacturing method thereof.
[Solution] The extra-thick steel material for flanges of the present invention, which has excellent strength and low-temperature impact toughness, contains, by weight, C: 0.05-0.2%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 1.0-2.0%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.01% or less, S: 0.015% or less, Nb: 0.005-0.07%, V: 0.001-0.3%, Ti: 0.001-0.05%, Cr: 0.01-0. .3%, Mo: 0.01-0.12%, Cu: 0.01-0.6%, Ni: 0.05-4.0%, Ca: 0.0005-0.004%, with the remainder being Fe and other unavoidable impurities, the prior austenite grain size is 35 μm or less, and it has a fine structure containing 90 area % or more of one or more of bainite and martensite, and residual ferrite or pearlite.
[Selection diagram] None

Description

本発明は、風力発電タワー及びシステム等に使用可能な鋼材及びその製造方法に係り、より詳細には、強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to steel materials that can be used in wind power towers and systems, and to a method for manufacturing the same, and more specifically to an extremely thick steel material for flanges that has excellent strength and low-temperature impact toughness, and a method for manufacturing the same.

風力発電機は、環境にやさしい電気生産手段として脚光を浴びており、タワーフランジ(Tower Flange)、ベアリング及びメインシャフトなどの部品を含む。これらのうち、タワーフランジは、タワーの連結に必要な継ぎ目部品であって、通常、一つのタワーに5~7個のフランジが使用され、海上や極限地方にも設置されるため、高い耐久性が求められる。特に、大容量のエネルギー生産及び高効率化への要求に応えて、風力タワーも規模が増大しており、これに伴い、使用される鋼材も高強度化、高靭性化及び厚物化が継続的に要求されている実情である。素材の厚さが増大するほど総変形量が減少するため、微細組織が大きくなり、介在物や偏析など、材料内の欠陥により材質が劣化する傾向性を示す。したがって、鋼材の耐外部健全性(Soundness)を向上させるために、非金属介在物や偏析などの不純物の濃度を低減したり、表面及び材料内部のクラック、空隙などを極限的に制御したりする傾向にある。 Wind turbines are attracting attention as an environmentally friendly means of generating electricity, and include components such as tower flanges, bearings, and main shafts. Among these, tower flanges are joint parts required for connecting towers, and usually 5 to 7 flanges are used for one tower. They are installed at sea or in extreme regions, so high durability is required. In particular, in response to the demand for large-capacity energy production and high efficiency, the scale of wind towers is also increasing, and accordingly, the steel materials used are continuously required to be high-strength, high-toughness, and thick. As the thickness of the material increases, the total deformation amount decreases, and the microstructure becomes larger, and there is a tendency for the material to deteriorate due to defects in the material such as inclusions and segregation. Therefore, in order to improve the external soundness resistance of steel materials, there is a trend to reduce the concentration of impurities such as non-metallic inclusions and segregations, and to control cracks and voids on the surface and inside the material to the utmost.

特に、厚さが200mmtを超える極厚物材の場合、素材中心部の変形量が多くないため、連鋳又は鋳造の際に発生する未凝固の収縮孔が鍛造工程で十分に圧着されないと、フランジの中心部に残留空隙の形態で残るようになる。 In particular, in the case of extremely thick materials with a thickness of over 200 mm, the amount of deformation in the center of the material is not large, so if unsolidified shrinkage holes that occur during continuous casting or casting are not sufficiently compressed in the forging process, they will remain in the form of residual voids in the center of the flange.

このような残留空隙は、構造物において厚さの軸方向応力を受けたとき、クラックの開始点として作用し、結局、ラメラテア(Lamellar Tearing)形態で設備全体に破損を起こす可能性がある。したがって、変形量の少ないピアシング(穴あけ鍛造)及びリングフォージング(ring forging)鍛造(製品成形)の前に決して残留空隙が存在しないように中心空隙を十分に圧着する工程が必要である。 When the structure is subjected to axial stress through its thickness, these residual voids can act as the initiation point for cracks, eventually causing damage to the entire equipment in the form of lamellar tearing. Therefore, a process is required to fully crimp the central void so that no residual voids remain before piercing (hole forging) and ring forging (product forming), which involve little deformation.

これに関連する特許文献1は、厚板粗圧延工程において強圧下を適用する技術である。具体的に、圧延機の設計許容値(荷重及びトルク)に近接するように設定されたパス別の強圧下率から厚さ別の板噛み込みが発生する厚さ別の限界圧下率を決定する技術、粗圧延機の目標厚さを確保するために、パス別厚さ比の指数を調整して圧下率を分配する技術、そして厚さ別の限界圧下率に基づいて板噛み込みが発生しないように圧下率を修正する技術を活用したものであって、80mmtを基準として粗圧延の最終3パスにおける平均圧下率を約27.5%で印加することができる製造方法を提供する。しかし、上記圧延方法の場合、製品厚さ全体の平均圧下率を測定したものであって、最大厚さが200mmt以上である極厚物材の場合、残留空隙が存在する中心部まで高変形を印加させるには技術的困難が伴う。 Related Patent Document 1 is a technology for applying strong reduction in the rough rolling process of thick plates. Specifically, it utilizes a technology for determining the limit reduction rate for each thickness at which plate bite occurs from the strong reduction rate for each pass set to be close to the design allowable value (load and torque) of the rolling mill, a technology for distributing the reduction rate by adjusting the index of the thickness ratio for each pass to ensure the target thickness of the rough rolling mill, and a technology for correcting the reduction rate based on the limit reduction rate for each thickness so that plate bite does not occur, and provides a manufacturing method that can apply an average reduction rate of about 27.5% in the final three passes of rough rolling based on 80 mmt as a reference. However, in the case of the above rolling method, the average reduction rate of the entire product thickness is measured, and in the case of an extremely thick material with a maximum thickness of 200 mmt or more, it is technically difficult to apply a high deformation to the center where residual voids exist.

極厚物を製造する他の方法の一つは、圧延機よりもパス当たりの有効変形量が高い鍛造機を活用する方法である。特許文献2では、質量%で、C:0.08~0.20%、Si:0.40%以下、Mn:0.5~5.0%、P:0.010%以下、S:0.0050%以下、Cr:3.0%以下、Ni:0.1~5.0%、Al:0.010~0.080%、N:0.0070%以下、O:0.0025%以下を含有し、式1~2の関係を満たし、残部がFe及び不可避不純物で構成されたスラブを累積圧下量25%以上とする熱間鍛造を行い、Ac3点以上1200℃以下に加熱し、累積圧下量40%以上とする熱間圧延を行い、Ar3点以上の温度で350℃以下又はAr3点以下の低い温度まで急冷し、450~700℃の温度で焼戻し熱処理工程を通じて、板厚が100mmt以上であり、降伏強度が620MPa以上であり、-40℃での低温衝撃靭性評価時に吸収エネルギーが70J以上である厚肉高靭性高強度素材を製造することができると明示している。 Another method for manufacturing extremely thick products is to utilize a forging machine, which has a higher effective deformation per pass than a rolling machine. In Patent Document 2, a slab containing, by mass%, C: 0.08-0.20%, Si: 0.40% or less, Mn: 0.5-5.0%, P: 0.010% or less, S: 0.0050% or less, Cr: 3.0% or less, Ni: 0.1-5.0%, Al: 0.010-0.080%, N: 0.0070% or less, and O: 0.0025% or less, which satisfies the relationships in Formulas 1 and 2, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, is hot forged with a cumulative reduction of 25% or more. It clearly states that by heating the material to between the Ac3 point and 1200°C, hot rolling with a cumulative reduction of 40% or more, quenching it at a temperature of the Ar3 point or higher to a low temperature of 350°C or lower or below the Ar3 point, and passing it through a tempering heat treatment process at a temperature of 450 to 700°C, it is possible to produce a thick, high-toughness, high-strength material with a plate thickness of 100 mmt or more, a yield strength of 620 MPa or more, and an absorbed energy of 70 J or more when evaluated for low-temperature impact toughness at -40°C.

しかし、上記製造方法は、累積圧下量が高すぎる場合、局所的な変形集中により表面欠陥が発生する可能性があり、特に、鍛造前の鋳片状態で表層又は表層下の欠陥が存在する場合、鍛造過程で欠陥が伝播して圧延後の製品状態において表面品質がさらに劣化する可能性がある。また、パス当たりの鍛造圧下量が不足する場合、累積圧下量が高かったとしても、中心部に残留する空隙を十分に圧着することは困難であり、圧延工程も表層変形に比べて中心部の有効変形量が小さいため、極厚物材の中心部の空隙及び組織を制御する上で適切ではない。 However, in the above manufacturing method, if the cumulative reduction is too high, localized deformation concentration can cause surface defects. In particular, if surface or subsurface defects exist in the cast slab before forging, the defects can propagate during the forging process, causing further deterioration of the surface quality in the product state after rolling. In addition, if the forging reduction per pass is insufficient, it is difficult to fully close the voids remaining in the center even if the cumulative reduction is high, and the rolling process is also not suitable for controlling the voids and structure in the center of extremely thick materials, since the effective deformation in the center is smaller than the surface deformation.

一方、特許文献3では、所定の合金組成で提供される素材を1200~1350℃に加熱し、累積圧下量を25%以上とする熱間鍛造を行い、Ac3点以上1200℃以下に加熱し、累積圧下量を40%以上とする熱間圧延を行い、Ac3点以上1050℃以下に再加熱し、Ac3点以上の温度で350℃以下又はAr3点以下の低い方の温度まで急冷し、450℃~700℃の温度で焼戻しを行う工程を通じて、降伏強度が620MPa以上である、100mmt以上の厚肉高強度鋼板を製造することができると開示している。 Meanwhile, Patent Document 3 discloses that a thick, high-strength steel plate of 100 mmt or more and with a yield strength of 620 MPa or more can be manufactured through a process in which a material provided with a specified alloy composition is heated to 1200 to 1350°C, hot forged with a cumulative reduction of 25% or more, heated to between the Ac3 point and 1200°C, hot rolled with a cumulative reduction of 40% or more, reheated to between the Ac3 point and 1050°C, quenched at a temperature of the Ac3 point or more to a temperature of 350°C or less or Ar3 point or less, whichever is lower, and tempered at a temperature of 450°C to 700°C.

しかし、上述した超高強度鋼板の場合、炭素当量(Ceq)及び硬化能指数(DI)が高く、鋳造中における表面クラックに脆弱であるだけでなく、焼ならし(Normalizing)熱処理で製造されるフランジ(Flange)用鋼材の場合、当該工程条件を容易に適用することができない。また、炭素当量(Ceq)と硬化能指数(DI)が高い場合、製鋼の2次冷却過程における表層硬質組織の生成により、鋳片表層のクラックが発生しやすく、鍛造過程でクラックが伝播することにより、最終製品の表面品質を劣化させる可能性がある。 However, in the case of the above-mentioned ultra-high strength steel plate, the carbon equivalent (Ceq) and hardenability index (DI) are high, making it vulnerable to surface cracks during casting, and in the case of flange steel manufactured by normalizing heat treatment, the process conditions cannot be easily applied. In addition, when the carbon equivalent (Ceq) and hardenability index (DI) are high, cracks are likely to occur on the surface of the cast piece due to the generation of surface hard structure during the secondary cooling process of steelmaking, and the cracks may propagate during the forging process, degrading the surface quality of the final product.

そこで、中心部の空隙を圧着して最終製品の内部健全性を向上させるために鍛造を行う方案が提案されているが、フランジ(Flange)用鋼材の適切な材質及び優れた表面品質を共に確保するための実質的な方案は提示されていない。 Therefore, a forging method has been proposed to close the void in the center and improve the internal integrity of the final product, but no practical method has been presented to ensure both the appropriate material and excellent surface quality of the flange steel.

韓国公開特許第10-2012-0075246号公報Korean Patent Publication No. 10-2012-0075246 韓国公開特許第10-2017-0095307号公報Korean Patent Publication No. 10-2017-0095307 韓国公開特許第10-2017-0095307号公報Korean Patent Publication No. 10-2017-0095307

したがって、本発明は、強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the object of the present invention is to provide an extra-thick steel material for flanges that has excellent strength and low-temperature impact toughness, and a manufacturing method thereof.

本発明の課題は、上述した内容に限定されない。通常の技術者であれば、本明細書の全体的な内容から本発明の更なる課題を理解する上で何ら困難がない。 The object of the present invention is not limited to the above. A person skilled in the art would have no difficulty in understanding the further object of the present invention from the overall content of this specification.

本発明のフランジ用極厚物鋼材は、
重量%で、C:0.05~0.2%、Si:0.05~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Al:0.005~0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.005~0.07%、V:0.001~0.3%、Ti:0.001~0.05%、Cr:0.01~0.3%、Mo:0.01~0.12%、Cu:0.01~0.6%、Ni:0.05~4.0%、Ca:0.0005~0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなり、
旧オーステナイト結晶粒度が35μm以下であり、ベイナイト及びマルテンサイトのうち1種以上を90面積%以上、残留フェライト又はパーライトを含む微細組織を有し、上記低温変態相は15°以上の高傾角粒界を基準としてパケットサイズが15μm以下であり、
5~50nmの変形誘起NbC析出物を1μm当たり10個以上、及び100nm以上の粗大析出物を5個以下有し、且つ、
その表面から厚さ方向に3/8t~5/8tの領域である鋼材中心部の空隙率が0.05mm/g以下である、ことを特徴とする。
The extra-thick steel material for flanges of the present invention is
The alloy contains, by weight, C: 0.05-0.2%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 1.0-2.0%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.01% or less, S: 0.015% or less, Nb: 0.005-0.07%, V: 0.001-0.3%, Ti: 0.001-0.05%, Cr: 0.01-0.3%, Mo: 0.01-0.12%, Cu: 0.01-0.6%, Ni: 0.05-4.0%, Ca: 0.0005-0.004%, and the remainder being Fe and other unavoidable impurities,
The prior austenite grain size is 35 μm or less, and the microstructure contains at least one of bainite and martensite at 90 area % or more and residual ferrite or pearlite, and the low-temperature transformation phase has a packet size of 15 μm or less based on a high-angle grain boundary of 15° or more,
Having 10 or more deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm per 1 μm2 and 5 or less coarse precipitates of 100 nm or more,
The steel material is characterized in that the porosity of the center portion of the steel material, which is the region from the surface to 3/8t to 5/8t in the thickness direction, is 0.05 mm 3 /g or less.

上記鋼材はZr:0.001~0.15%をさらに含む。 The above steel further contains Zr: 0.001-0.15%.

上記鋼材は200~500mmの厚さを有する。 The above steel material has a thickness of 200 to 500 mm.

また、鋼材は、590~820MPaの引張強度、440MPa以上の降伏強度、及び-50℃シャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値が50J以上である。 The steel also has a tensile strength of 590 to 820 MPa, a yield strength of 440 MPa or more, and an absorbed energy value of 50 J or more in a -50°C Charpy impact test.

上記鋼材の最大表面クラックの深さは0.1mm以下(0を含む)である。 The maximum surface crack depth of the above steel material is 0.1 mm or less (including 0).

また、本発明のフランジ用極厚物鋼材の製造方法は、
重量%で、C:0.05~0.2%、Si:0.05~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Al:0.005~0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.005~0.07%、V:0.001~0.3%、Ti:0.001~0.05%、Cr:0.01~0.3%、Mo:0.01~0.12%、Cu:0.01~0.6%、Ni:0.05~4.0%、Ca:0.0005~0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなるスラブを準備した後、これを1100~1300℃の温度範囲に加熱する段階と、
上記加熱されたスラブを1.3~2.4の鍛造比で1次アップセットした後、1.5~2.0のブルーム鍛造を行う段階と、
上記ブルーム鍛造された素材を1100~1300℃の温度範囲に再加熱する段階と、
上記再加熱されたブルーム素材を1.3~2.3の鍛造比で2次アップセットした後、1.65~2.25の鍛造比でラウンド鍛造する段階と、
上記ラウンド鍛造された素材を下記関係式1によって定義される再結晶温度以下の温度で累積圧下量が10%以上となるように2.0~2.8の鍛造比で3次アップセットする段階と、
上記3次アップセットされた素材を穴加工した後、1100~1300℃の温度範囲に再加熱し、次いで、1.0~1.6の鍛造比でリングフォージングする段階と、
上記リングフォージングされた素材を、その中心部の温度測定基準820~930℃の温度範囲に加熱して5~600分間保持した後、常温まで空冷し、次いで、550~700℃に昇温して保持する段階と、を含む、ことを特徴とする。
In addition, the method for producing an extra-thick steel material for flanges of the present invention includes the steps of:
preparing a slab containing, by weight, C: 0.05-0.2%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 1.0-2.0%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.01% or less, S: 0.015% or less, Nb: 0.005-0.07%, V: 0.001-0.3%, Ti: 0.001-0.05%, Cr: 0.01-0.3%, Mo: 0.01-0.12%, Cu: 0.01-0.6%, Ni: 0.05-4.0%, Ca: 0.0005-0.004%, with the remainder being Fe and other unavoidable impurities; and heating the slab to a temperature range of 1100-1300°C.
performing a first upsetting of the heated slab at a forging ratio of 1.3 to 2.4, and then bloom forging at a forging ratio of 1.5 to 2.0;
reheating the bloom forged material to a temperature range of 1100 to 1300°C;
Secondarily upsetting the reheated bloom material with a forging ratio of 1.3 to 2.3, and then round forging with a forging ratio of 1.65 to 2.25;
The round forged material is subjected to a third upsetting at a temperature equal to or lower than a recrystallization temperature defined by the following Relation 1, with a forging ratio of 2.0 to 2.8 so that the cumulative reduction is 10% or more;
After the tertiary upset material is drilled, it is reheated to a temperature range of 1100 to 1300 ° C., and then ring forged with a forging ratio of 1.0 to 1.6;
The ring-forged material is heated to a temperature range of 820 to 930°C as a temperature measurement standard at the center of the material, and held for 5 to 600 minutes, and then air-cooled to room temperature, and then heated to 550 to 700°C and held there.

[関係式1]
nr(℃)=887+464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb1/2)+(732×V-230×V1/2
ここで、C、Ti、Al、Si、Nb、及びVは、重量%である。
[Relationship 1]
T nr (℃)=887+464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb 1/2 )+(732×V-230×V 1/2 )
Here, C, Ti, Al, Si, Nb, and V are in weight percent.

上記スラブは、連続鋳造工程、半連続鋳造工程、及びインゴットキャスティング(Ingot casting)のうち一つの工程を用いて製造する。 The slab is manufactured using one of the following processes: continuous casting, semi-continuous casting, and ingot casting.

上記1次アップセット時に打ち抜かれる鍛造面のサイズが最初700mm×1800mmである場合、1000~1200mm×1800~2000mmである。 If the size of the forged surface punched out during the above primary upsetting is initially 700mm x 1800mm, it will be 1000-1200mm x 1800-2000mm.

上記ブルーム鍛造の場合、鍛造完了時の鍛造面のサイズが最初1000~1200mm×1800~2000mmである場合、1450~1850mm×2100~2500mmである。 In the case of the above bloom forging, if the size of the forged surface at the end of forging is initially 1000-1200mm x 1800-2000mm, it will be 1450-1850mm x 2100-2500mm.

上記2次アップセット及びラウンド鍛造を終了する場合、製品のサイズは1450~1850Φ×1300~1700mmである。 When the above secondary upsetting and round forging are completed, the product size is 1450-1850Φ x 1300-1700mm.

上記3次アップセットを終了する場合、製品のサイズは2300~2800Φ×400~800mmである。 When the above tertiary upsetting is completed, the product size is 2300-2800Φ x 400-800mm.

上記鋼材で作製されたフランジの最大厚さは200~500mmであることができ、内径は4000~7000mm、外径は5000~8000mmである。 The maximum thickness of a flange made from the above steel material can be 200-500 mm, the inner diameter is 4000-7000 mm, and the outer diameter is 5000-8000 mm.

上述のような構成の本発明は、鍛造工程を最適化することにより、鋼材中心部の空隙を圧着して最終製品の内部健全性を向上させることができ、強度だけでなく低温衝撃靭性に優れたフランジ用として利用可能な極厚物鋼材を効果的に提供することができる。 By optimizing the forging process, the present invention, configured as described above, can crimp the void in the center of the steel material, improving the internal integrity of the final product, and can effectively provide extra-thick steel material that can be used for flanges, with excellent strength as well as low-temperature impact toughness.

本発明は、強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材及び製品の製造方法に関するものであって、以下では、本発明の好ましい実現例について説明する。本発明の実現例は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲は以下に説明される実現例に限定されるものとして解釈されてはならない。本実現例は、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより詳細に理解させるために提供されるものである。 The present invention relates to an extremely thick steel material for flanges having excellent strength and low-temperature impact toughness, and a manufacturing method for the product. A preferred embodiment of the present invention will be described below. The embodiment of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiment described below. The embodiment is provided to allow a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains to understand the present invention in more detail.

以下、本発明の強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材についてより詳細に説明する。 The following is a more detailed explanation of the extra-thick steel material for flanges of the present invention, which has excellent strength and low-temperature impact toughness.

本発明の強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材は、重量%で、C:0.05~0.2%、Si:0.05~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Al:0.005~0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.005~0.07%、V:0.001~0.3%、Ti:0.001~0.05%、Cr:0.01~0.3%、Mo:0.01~0.12%、Cu:0.01~0.6%、Ni:0.05~4.0%、Ca:0.0005~0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなり、旧オーステナイト結晶粒度が35μm以下であり、ベイナイト及びマルテンサイトのうち1種以上を90面積%以上、残留フェライト又はパーライトを含む微細組織を有し、上記低温変態相は15°以上の高傾角粒界を基準としてパケットサイズが15μm以下であり、5~50nmの変形誘起NbC析出物を1μm当たり10個以上、及び100nm以上の粗大析出物を5個以下有し、且つ、その表面から厚さ方向に3/8t~5/8tの領域である鋼材中心部の空隙率が0.05mm/g以下である。 The extra-thick steel material for flanges of the present invention, which is excellent in strength and low-temperature impact toughness, contains, by weight, C: 0.05-0.2%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 1.0-2.0%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.01% or less, S: 0.015% or less, Nb: 0.005-0.07%, V: 0.001-0.3%, Ti: 0.001-0.05%, Cr: 0.01-0.3%, Mo: 0.01-0.12%, Cu: 0.01-0.6%, Ni: The steel material has a prior austenite grain size of 35 μm or less, and a microstructure containing at least one of bainite and martensite at 90 area % or more and residual ferrite or pearlite. The low-temperature transformation phase has a packet size of 15 μm or less based on a high-angle grain boundary of 15° or more, and has 10 or more deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm and 5 or less coarse precipitates of 100 nm or more per μm2. The porosity of the center of the steel material, which is a region of 3/8t to 5/8t from the surface in the thickness direction, is 0.05 mm3 /g or less.

以下では、本発明の合金組成についてより詳細に説明する。以下、特に断りのない限り、合金組成に関して記載された%及びppmは重量を基準とする。 The alloy composition of the present invention will be described in more detail below. Unless otherwise specified, the percentages and ppm described in the alloy composition are based on weight.

・炭素(C):0.05~0.20%
炭素(C)は、基本的な強度を確保する上で最も重要な元素であるため、適切な範囲内で鋼中に含まれる必要があり、このような添加効果を得るために0.05%以上の炭素(C)を添加することができる。好ましくは、0.10%以上の炭素(C)を添加することができる。一方、炭素(C)の含量が一定レベルを超えると、QT熱処理時に硬化能が過度に増大し、母材の強度及び硬度を過度に超える可能性があり、これにより鍛造加工中に表面クラックが発生し、最終製品における低温衝撃靭性特性が低下する可能性がある。したがって、本発明では、炭素(C)含量を0.20%に制限することができ、より好ましい炭素(C)含量の上限は0.18%であることができる。
・Carbon (C): 0.05-0.20%
Carbon (C) is the most important element for ensuring basic strength, and therefore must be contained in the steel within an appropriate range. In order to obtain this additive effect, 0.05% Carbon (C) of 0.10% or more can be added. Preferably, carbon (C) of 0.10% or more can be added. On the other hand, when the carbon (C) content exceeds a certain level, the QT heat treatment Sometimes the hardening capacity increases too much and can exceed the strength and hardness of the base material, which can lead to surface cracks during forging and reduced low-temperature impact toughness in the final product. Therefore, in the present invention, the carbon (C) content can be limited to 0.20%, and more preferably, the upper limit of the carbon (C) content can be 0.18%.

・シリコン(Si):0.05~0.50%
シリコン(Si)は置換型元素であって、固溶強化により鋼材の強度を向上させ、強力な脱酸効果を有するため、清浄鋼の製造に必須の元素である。したがって、シリコン(Si)は0.05%以上添加することができ、より好ましくは0.20%以上添加することができる。一方、シリコン(Si)が多量添加される場合、MA(Martensite-Austenite)相を生成させ、基地の強度を過度に増大させて極厚物製品の表面品質に劣化を招く可能性があるため、その含量の上限を0.50%に制限することができる。より好ましいシリコン(Si)含量の上限は0.40%であることができる。
Silicon (Si): 0.05 to 0.50%
Silicon (Si) is a substitutional element that improves the strength of steel by solid solution strengthening and has a strong deoxidizing effect, and is therefore an essential element for the production of clean steel. Therefore, silicon (Si) may be added in an amount of 0.05% or more, and more preferably 0.20% or more. On the other hand, when a large amount of silicon (Si) is added, it may generate a MA (Martensite-Austenite) phase, which may excessively increase the strength of the matrix and cause deterioration of the surface quality of extremely thick products, so the upper limit of the content may be limited to 0.50%. A more preferable upper limit of the silicon (Si) content may be 0.40%.

・マンガン(Mn):1.0~2.0%
マンガン(Mn)は、固溶強化により強度を向上させ、低温変態相が生成されるように硬化能を向上させる有用な元素である。したがって、590MPa以上の引張強度を確保するために、1.0%以上のマンガン(Mn)を添加することが好ましい。より好ましいマンガン(Mn)含量は1.1%以上であることができる。一方、マンガン(Mn)は、硫黄(S)と共に延伸された非金属介在物であるMnSを形成して靭性を低下させ、衝撃開始点として作用し得るため、製品の低温衝撃靭性を急激に低下させる要因となり得る。したがって、マンガン(Mn)含量は2.0%以下に管理することが好ましく、より好ましいマンガン(Mn)含量は1.5%以下であることができる。
Manganese (Mn): 1.0 to 2.0%
Manganese (Mn) is a useful element that improves strength by solid solution strengthening and improves hardening ability so that a low-temperature transformation phase is generated. Therefore, in order to ensure a tensile strength of 590 MPa or more, it is preferable to add 1.0% or more of manganese (Mn). More preferably, the manganese (Mn) content is 1.1% or more. Meanwhile, manganese (Mn) forms MnS, which is a non-metallic inclusion stretched together with sulfur (S), and reduces toughness and can act as an impact initiation point, which can be a factor in rapidly reducing the low-temperature impact toughness of the product. Therefore, it is preferable to control the manganese (Mn) content to 2.0% or less, and more preferably, the manganese (Mn) content can be 1.5% or less.

・アルミニウム(Al):0.005~0.1%
アルミニウム(Al)は、シリコン(Si)と共に製鋼工程における強力な脱酸剤の一つであり、このような効果を得るためには0.005%以上添加されることが好ましい。より好ましいアルミニウム(Al)含量の下限は0.01%であることができる。一方、アルミニウム(Al)含量が過剰な場合、脱酸の結果物として生成される酸化性介在物中のAlの分率が過度に増大し、そのサイズが粗大となり、精錬中に当該介在物の除去が難しくなるという問題があるため、低温衝撃靭性を低下させる要因となり得る。したがって、アルミニウム(Al)含量は0.1%以下に管理することが好ましい。より好ましいアルミニウム(Al)含量は0.07%以下であることができる。
Aluminum (Al): 0.005 to 0.1%
Aluminum (Al) is one of the powerful deoxidizing agents in the steelmaking process along with silicon (Si), and in order to obtain this effect, it is preferable to add 0.005% or more. A more preferable lower limit of the aluminum (Al) content may be 0.01%. On the other hand, if the aluminum (Al ) content is excessive, the fraction of Al2O3 in the oxidized inclusions generated as a result of deoxidation increases excessively, and the size of the inclusions becomes coarse, which makes it difficult to remove the inclusions during refining, which may cause a decrease in low-temperature impact toughness. Therefore, it is preferable to control the aluminum (Al) content to 0.1% or less. A more preferable aluminum (Al) content may be 0.07% or less.

・リン(P):0.010%以下(0%を含む)、硫黄(S):0.0015%以下(0%を含む)
リン(P)及び硫黄(S)は、結晶粒界に脆性を誘発したり、粗大な介在物を形成させて脆性を誘発したりする元素である。したがって、脆性割れ伝播抵抗性を向上させるために、リン(P)を0.010%以下に制限し、硫黄(S)を0.0015%以下に制限することが好ましい。
Phosphorus (P): 0.010% or less (including 0%), Sulfur (S): 0.0015% or less (including 0%)
Phosphorus (P) and sulfur (S) are elements that induce brittleness at grain boundaries or form coarse inclusions that induce brittleness, so in order to improve brittle crack propagation resistance, it is preferable to limit phosphorus (P) to 0.010% or less and sulfur (S) to 0.0015% or less.

・ニオブ(Nb):0.005~0.07%
ニオブ(Nb)は、NbC又はNbCNの形態で析出して母材の強度を向上させる元素である。また、高温再加熱時に固溶したニオブ(Nb)は、鍛造時に再結晶温度以下で変形誘起の形態で非常に微細に析出してオーステナイトの成長を抑制するため、組織を微細化させる効果がある。したがって、ニオブ(Nb)は0.005%以上添加されることが好ましく、より好ましいニオブ(Nb)含量は0.01%以上であることができる。一方、ニオブ(Nb)が過剰に添加される場合、未溶解のニオブ(Nb)がTiNb(C、N)の形態で生成され、低温衝撃靭性を阻害させる要因となるため、ニオブ(Nb)含量の上限は0.07%に制限することが好ましい。より好ましいニオブ(Nb)含量は0.065%以下であることができる。
Niobium (Nb): 0.005 to 0.07%
Niobium (Nb) is an element that precipitates in the form of NbC or NbCN to improve the strength of the base material. In addition, niobium (Nb) dissolved during high-temperature reheating precipitates very finely in the form of deformation induction below the recrystallization temperature during forging, suppressing the growth of austenite, and thus has the effect of refining the structure. Therefore, niobium (Nb) is preferably added at 0.005% or more, and a more preferable niobium (Nb) content may be 0.01% or more. On the other hand, when niobium (Nb) is added in excess, undissolved niobium (Nb) is generated in the form of TiNb (C, N), which is a factor that inhibits low-temperature impact toughness, so the upper limit of the niobium (Nb) content is preferably limited to 0.07%. A more preferable niobium (Nb) content may be 0.065% or less.

・バナジウム(V):0.001~0.3%
バナジウム(V)は、再加熱時にほぼ全て再固溶するため、後続する圧延時に析出や固溶による強化効果は不十分であるが、極厚物鍛造材の場合、空冷速度が非常に遅いため、冷却過程又は焼戻し(Tempering)熱処理過程で非常に微細な炭窒化物として析出し、強度を向上させる効果がある。このような効果を十分に得るためには、0.001%以上のバナジウム(V)を添加する必要がある。より好ましいバナジウム(V)含量の下限は0.01%であることができる。一方、その含量が過剰な場合、高い硬化能によりスラブの表層硬度が過度に増大し、フランジの加工時に表面クラック等の要因として作用し得るだけでなく、製造コストが急激に上昇して商業的に有益ではない。したがって、バナジウム(V)含量は0.3%以下に制限することができる。より好ましいバナジウム(V)含量は0.25%以下であることができる。
Vanadium (V): 0.001 to 0.3%
Vanadium (V) is almost completely dissolved again during reheating, so the strengthening effect due to precipitation or dissolution during subsequent rolling is insufficient. However, in the case of very thick forged materials, the air cooling rate is very slow, so it precipitates as very fine carbonitrides during the cooling process or tempering heat treatment process, which has the effect of improving strength. In order to fully obtain such an effect, it is necessary to add 0.001% or more of vanadium (V). A more preferable lower limit of the vanadium (V) content may be 0.01%. On the other hand, if the content is excessive, the surface hardness of the slab increases excessively due to its high hardening ability, which may act as a cause of surface cracks during flange processing, and the manufacturing cost increases rapidly, which is not commercially useful. Therefore, the vanadium (V) content may be limited to 0.3% or less. A more preferable vanadium (V) content may be 0.25% or less.

・チタン(Ti):0.001~0.05%
チタン(Ti)は、再加熱時にTiNとして析出して高温における旧オーステナイト結晶粒の成長を抑制し、低温靭性を大きく向上させる成分である。このような効果を得るためには、0.001%以上のチタン(Ti)を添加することが好ましい。一方、チタン(Ti)が過剰に添加される場合、連鋳ノズルの目詰まりや中心部の晶出による低温靭性が減少する可能性がある。また、チタン(Ti)は、窒素(N)と結合して厚さ中心部に粗大なTiN析出物を形成し、製品の伸び率を低下させるため、鍛造過程において均一伸び率を低下させて表面クラックを引き起こす可能性がある。したがって、チタン(Ti)含量は0.05%以下であることができる。好ましいチタン(Ti)含量は0.03%以下であることができ、より好ましいチタン(Ti)含量は0.018%以下であることができる。
Titanium (Ti): 0.001 to 0.05%
Titanium (Ti) is a component that precipitates as TiN during reheating, suppresses the growth of prior austenite grains at high temperatures, and greatly improves low-temperature toughness. In order to obtain such an effect, it is preferable to add 0.001% or more of titanium (Ti). On the other hand, if titanium (Ti) is added excessively, there is a possibility that the low-temperature toughness will decrease due to clogging of the continuous casting nozzle or crystallization in the center. In addition, titanium (Ti) combines with nitrogen (N) to form coarse TiN precipitates in the thickness center, which reduces the elongation of the product, and therefore may reduce the uniform elongation in the forging process and cause surface cracks. Therefore, the titanium (Ti) content may be 0.05% or less. A preferred titanium (Ti) content may be 0.03% or less, and a more preferred titanium (Ti) content may be 0.018% or less.

・クロム(Cr):0.01~0.30%
クロム(Cr)は、セメンタイトの球状化速度を遅らせることで強度の低下を防止する効果があり、冷却過程において焼入れ性を向上させる成分である。このような効果のために、0.01%以上のクロム(Cr)を添加することができる。一方、クロム(Cr)含量が過剰な場合、M23等のようなCr-Rich粗大炭化物のサイズ及び分率が増大して製品の衝撃靭性が低下し、製品内のニオブ(Nb)の固溶度及びNbCのような微細析出物の分率が減少するため、製品の強度低下が問題となる可能性がある。したがって、本発明では、クロム(Cr)含量の上限を0.30%に制限することができる。好ましいクロム(Cr)含量の上限は0.25%であることができる。
Chromium (Cr): 0.01 to 0.30%
Chromium (Cr) is an ingredient that has the effect of preventing a decrease in strength by retarding the spheroidization rate of cementite, and improves hardenability during the cooling process. For this effect, 0.01% or more of chromium (Cr) can be added. On the other hand, if the chromium (Cr) content is excessive, the size and fraction of Cr-rich coarse carbides such as M23C6 etc. increase, thereby decreasing the impact toughness of the product, and the solid solubility of niobium (Nb) in the product and the fraction of fine precipitates such as NbC decrease, which may cause a problem of a decrease in strength of the product. Therefore, in the present invention, the upper limit of the chromium (Cr) content can be limited to 0.30%. The preferred upper limit of the chromium (Cr) content can be 0.25%.

・モリブデン(Mo):0.01~0.12%
モリブデン(Mo)は、粒界強度を増大させて硬化能を増大させ、析出物内に固溶して強度を向上させる元素であって、製品の強度及び延性の増大に効果的に寄与する元素である。また、モリブデン(Mo)は、リン(P)などの不純物元素の粒界偏析による靭性低下を防止する効果がある。このような効果のために、0.01%以上のモリブデン(Mo)を添加することができる。但し、モリブデン(Mo)は高価な元素であり、過度に添加する場合、製造コストが大きく上昇する可能性があるため、モリブデン(Mo)含量の上限を0.12%に制限することができる。
Molybdenum (Mo): 0.01 to 0.12%
Molybdenum (Mo) is an element that increases grain boundary strength, increases hardening ability, and dissolves in precipitates to improve strength, and is an element that effectively contributes to increasing the strength and ductility of products. Molybdenum (Mo) also has the effect of preventing a decrease in toughness due to grain boundary segregation of impurity elements such as phosphorus (P). For this effect, 0.01% or more of molybdenum (Mo) can be added. However, since molybdenum (Mo) is an expensive element and excessive addition may significantly increase manufacturing costs, the upper limit of the molybdenum (Mo) content can be limited to 0.12%.

・銅(Cu):0.01~0.60%
銅(Cu)は、フェライト内の固溶強化により基地相の強度を大きく向上させることができる元素である。このような効果のために0.01%以上の銅(Cu)を含むことができる。より好ましい銅(Cu)含量は0.03%以上であることができる。但し、銅(Cu)の含量が過剰な場合、鋼板の表面にスタークラックを誘発する可能性が高くなり、銅(Cu)は高価な元素であって、製造コストが大きく上昇するという問題が生じる可能性がある。したがって、本発明では、銅(Cu)含量の上限を0.60%に制限することができる。好ましい銅(Cu)含量の上限は0.5%であることができる。
・Copper (Cu): 0.01-0.60%
Copper (Cu) is an element that can greatly improve the strength of the base phase by solid solution strengthening in ferrite. For this effect, copper (Cu) can be contained in an amount of 0.01% or more. More preferably, the copper (Cu) content is 0.03% or more. However, if the copper (Cu) content is excessive, the possibility of inducing star cracks on the surface of the steel sheet increases. Since copper (Cu) is an expensive element, there is a possibility that the production cost will increase significantly. Therefore, in the present invention, the upper limit of the copper (Cu) content can be limited to 0.60%. A preferred upper limit for the copper (Cu) content may be 0.5%.

・ニッケル(Ni):0.05~4.00%
ニッケル(Ni)は、低温で積層欠陥を増大させ、転位の交差スリップ(Cross slip)を容易にして衝撃靭性を向上させ、焼入れ性を向上させるとともに固溶強化度を向上させて、強度向上に効果的に寄与する元素である。このような効果のためには、0.05%以上のニッケル(Ni)を添加することができる。好ましいニッケル(Ni)含量は0.10%以上であることができる。一方、ニッケル(Ni)が過剰に添加される場合、高いコストにより製造コストも上昇させる可能性があるため、ニッケル(Ni)含量の上限を4.00%に制限することができる。好ましいニッケル(Ni)含量の上限は3.5%であることができる。
Nickel (Ni): 0.05 to 4.00%
Nickel (Ni) is an element that effectively contributes to improving strength by increasing stacking faults at low temperatures, facilitating cross slip of dislocations to improve impact toughness, improving hardenability, and improving the degree of solid solution strengthening. To achieve this effect, 0.05% or more of nickel (Ni) may be added. A preferred nickel (Ni) content may be 0.10% or more. Meanwhile, when nickel (Ni) is added excessively, the manufacturing cost may increase due to the high cost, so the upper limit of the nickel (Ni) content may be limited to 4.00%. A preferred upper limit of the nickel (Ni) content may be 3.5%.

・カルシウム(Ca):0.0005~0.0040%
アルミニウム(Al)による脱酸後、カルシウム(Ca)を添加すると、MnS介在物を形成する硫黄(S)と結合してMnSの生成を抑制するとともに、球状のCaSを形成して水素誘起割れによるクラックの発生を抑制する効果がある。不純物として含有される硫黄(S)をCaSとして十分に形成させるためには、0.0005%以上のカルシウム(Ca)を添加することが好ましい。但し、その添加量が過剰になると、CaSを形成して残ったカルシウム(Ca)が酸素(O)と結合して粗大な酸化性介在物を生成することになり、これは、鍛造時に延伸及び破壊され、伸び率及び低温衝撃靭性特性を低下させる要因 となり得る。したがって、カルシウム(Ca)含量の上限を0.0040%に制限することができる。
Calcium (Ca): 0.0005 to 0.0040%
Adding calcium (Ca) after deoxidation with aluminum (Al) has the effect of suppressing the generation of MnS by combining with sulfur (S) forming MnS inclusions, and suppressing the generation of cracks due to hydrogen-induced cracking by forming spherical CaS. In order to sufficiently form sulfur (S) contained as an impurity into CaS, it is preferable to add 0.0005% or more of calcium (Ca). However, if the amount added is excessive, the calcium (Ca) remaining after forming CaS combines with oxygen (O) to generate coarse oxidized inclusions, which are stretched and broken during forging, and may be a factor in reducing the elongation and low-temperature impact toughness properties. Therefore, the upper limit of the calcium (Ca) content can be limited to 0.0040%.

・ジルコニウム(Zr):0.001~0.15%
本発明の鋼材は、選択的にZrを0.001~0.15の範囲で含むことができる。ジルコニウム(Zr)は強い炭化物生成元素であって、ZrC形態で存在することができ、VCやNbCのように析出強化の形態で基地相の強度を向上させることができる。このような効果のために、0.001%以上のジルコニウム(Zr)を添加することができる。しかし、過剰に添加される場合、高いコストにより製造コストも上昇させる可能性があるため、Zr含量の上限は0.15%であることができる。
Zirconium (Zr): 0.001 to 0.15%
The steel material of the present invention may optionally contain Zr in the range of 0.001 to 0.15. Zirconium (Zr) is a strong carbide forming element and may exist in the form of ZrC, and may improve the strength of the matrix phase in the form of precipitation strengthening like VC and NbC. For this effect, 0.001% or more of zirconium (Zr) may be added. However, if added in excess, it may increase the manufacturing cost due to its high cost, so the upper limit of the Zr content may be 0.15%.

本発明の強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材及びその製品は、上述した成分以外に、残りのFe及びその他の不可避不純物を含むことができる。但し、通常の製造過程では原料又は周囲環境から意図しない不純物が不可避に混入する可能性があるため、これを全面的に排除することはできない。これらの不純物は、本技術分野において通常の知識を有する者であれば、誰でも分かるものであるため、本明細書では、その全ての内容について特に言及してはいない。さらに、前述した成分以外に、有効な成分の更なる添加が全面的に排除されるものではない。 The extra-thick flange steel material and products thereof, which have excellent strength and low-temperature impact toughness, of the present invention may contain the remaining Fe and other inevitable impurities in addition to the above-mentioned components. However, since unintended impurities may be unavoidably mixed in from the raw materials or the surrounding environment during normal manufacturing processes, these cannot be completely excluded. Since these impurities are known to anyone with ordinary knowledge in this technical field, this specification does not specifically mention all of their contents. Furthermore, the addition of further effective components in addition to the above-mentioned components is not completely excluded.

一方、本発明の極厚物鋼材は、旧オーステナイト結晶粒度が35μm以下であり、ベイナイト及びマルテンサイトのうち1種以上を90面積%以上、残部フェライト又はパーライトを含む微細組織を有する。 On the other hand, the extra-thick steel material of the present invention has a prior austenite grain size of 35 μm or less, and has a fine structure containing at least one of bainite and martensite at 90 area % or more, with the remainder being ferrite or pearlite.

本発明において、最終製品の微細組織における旧オーステナイト結晶粒度は35μm以下である。このような旧オーステナイト結晶粒度が35μmを超えると、衝撃破断時にクラック経路(Crack Path)の長さが短くなり、DBTT(Ductile Brittle Transition Temperature)が増大して低温衝撃靭性が劣化する。したがって、旧オーステナイト結晶粒度は35μm以下であることが好ましい。 In the present invention, the prior austenite grain size in the microstructure of the final product is 35 μm or less. If the prior austenite grain size exceeds 35 μm, the length of the crack path during impact fracture becomes shorter, the DBTT (Ductile Brittle Transition Temperature) increases, and low-temperature impact toughness deteriorates. Therefore, it is preferable that the prior austenite grain size is 35 μm or less.

また、本発明の鋼材は、ベイナイト及びマルテンサイトのうち1種以上を90面積%以上、残部フェライト又はパーライトを含む微細組織を有する。もし上記ベイナイト、マルテンサイトのような低温変態相の相分率が95面積%未満である場合、基地相の強度が低下するため、本発明において提示する引張強度590~820MPa及び降伏強度440MPa以上の材質を満たすことができない。 The steel material of the present invention has a microstructure containing at least one of bainite and martensite at 90% by area or more, with the remainder being ferrite or pearlite. If the phase fraction of low-temperature transformation phases such as bainite and martensite is less than 95% by area, the strength of the base phase decreases, and the material cannot meet the tensile strength of 590 to 820 MPa and yield strength of 440 MPa or more proposed in the present invention.

また、本発明において、上記低温変態相は15°以上の高傾角粒界を基準としてパケットサイズが15μm以下である。Matrix基地組織がベイナイトやマルテンサイトである場合、衝撃試験時のクラックが高傾角粒界を基準としたパケットバウンダリに沿って伝播するため、パケットサイズが大きいと、DBTTが増大して衝撃靭性が劣化する可能性がある。したがって、本発明において要求される-50℃シャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値を50J以上確保するためには、パケットサイズが15μm以下であることが適切である。 In addition, in the present invention, the above-mentioned low-temperature transformation phase has a packet size of 15 μm or less based on a high-angle grain boundary of 15° or more. When the matrix base structure is bainite or martensite, cracks during impact testing propagate along packet boundaries based on high-angle grain boundaries, so if the packet size is large, the DBTT may increase and the impact toughness may deteriorate. Therefore, in order to ensure an absorbed energy value of 50 J or more in a -50°C Charpy impact test required in the present invention, it is appropriate that the packet size is 15 μm or less.

また、本発明の鋼材は、その基地組織に5~50nmの変形誘起NbC析出物を1μm当たり10個以上、及び100nm以上の粗大析出物を5個以下有することができる。もし、上記5~50nmの変形誘起NbC析出物を10個未満有する場合、析出強化効果が弱くなり、また、上記100nm以上の粗大析出物の個数が5個を超える場合は、同様に、Pinning効果及び析出強化効果が失われるため、本発明において要求される590~820MPaの引張強度及び440MPa以上の降伏強度を確保することが容易ではない。 In addition, the steel material of the present invention can have 10 or more deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm per 1 μm 2 and 5 or less coarse precipitates of 100 nm or more in its base structure. If there are less than 10 deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm, the precipitation strengthening effect is weakened, and if the number of coarse precipitates of 100 nm or more exceeds 5, the pinning effect and the precipitation strengthening effect are similarly lost, so that it is not easy to ensure the tensile strength of 590 to 820 MPa and the yield strength of 440 MPa or more required in the present invention.

さらに、本発明の鋼材は、その表面から厚さ方向に3/8t~5/8tの領域である鋼材中心部の空隙率が0.05mm/g以下である。 Furthermore, the steel material of the present invention has a porosity of 0.05 mm 3 /g or less in the center of the steel material, which is a region from the surface to 3/8t to 5/8t in the thickness direction.

また、本発明の極厚物鋼材は200~500mmの厚さを有することができる。 In addition, the extra-thick steel material of the present invention can have a thickness of 200 to 500 mm.

また、本発明の極厚物鋼材は、590~820MPaの引張強度、440MPa以上の降伏強度、及び-50℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値が50J以上であることができる。 In addition, the extra-thick steel material of the present invention can have a tensile strength of 590 to 820 MPa, a yield strength of 440 MPa or more, and an absorbed energy value of 50 J or more in a Charpy impact test at -50°C.

そして、上記鋼材の最大表面クラックの深さは0.1mm以下(0を含む)であることができる。 The maximum surface crack depth of the steel material can be 0.1 mm or less (including 0).

次に、本発明の他の一側面である強度及び低温衝撃靭性に優れたフランジ用極厚物鋼材の製造方法について詳細に説明する。 Next, we will explain in detail another aspect of the present invention, a method for manufacturing extra-thick steel material for flanges that has excellent strength and low-temperature impact toughness.

本発明の極厚物鋼材の製造方法は、上述したような組成成分を有するスラブを準備した後、これを1100~1300℃の温度範囲に加熱する段階と、上記加熱されたスラブを1.3~2.4の鍛造比で1次アップセットした後、1.5~2.0のブルーム鍛造を行う段階と、上記ブルーム鍛造された素材を1100~1300℃の温度範囲に再加熱する段階と、上記再加熱されたブルーム素材を1.3~2.3の鍛造比で2次アップセットした後、1.65~2.25の鍛造比でラウンド鍛造する段階と、上記ラウンド鍛造された素材を、下記関係式1によって定義される再結晶温度以下の温度で累積圧下量が10%以上となるように2.0~2.8の鍛造比で3次アップセットする段階と、上記3次アップセットされた素材を穴加工した後、1100~1300℃の温度範囲に再加熱し、次いで、1.0~1.6の鍛造比でリングフォージングする段階と、上記リングフォージングされた素材をその中心部の温度測定基準820~930℃の温度範囲に加熱して5~600分間保持した後、常温まで空冷し、次いで、550~700℃に昇温して保持する段階と、を含む。 The manufacturing method of the extra-thick steel material of the present invention includes the steps of preparing a slab having the compositional components as described above, heating it to a temperature range of 1100 to 1300°C, performing a first upset of the heated slab with a forging ratio of 1.3 to 2.4, and then performing bloom forging at a ratio of 1.5 to 2.0, reheating the bloom forged material to a temperature range of 1100 to 1300°C, performing a second upset of the reheated bloom material with a forging ratio of 1.3 to 2.3, and then performing round forging at a forging ratio of 1.65 to 2.25, and then performing round forging of the round forged material. The method includes a step of tertiary upsetting at a temperature equal to or lower than the recrystallization temperature defined by the following relational expression 1 with a forging ratio of 2.0 to 2.8 so that the cumulative reduction is 10% or more, a step of reheating the tertiary upset material to a temperature range of 1100 to 1300°C after drilling holes, and then ring forging with a forging ratio of 1.0 to 1.6, and a step of heating the ring forged material to a temperature range of 820 to 930°C as a temperature measurement standard for the center part and holding it for 5 to 600 minutes, air cooling it to room temperature, and then heating it to 550 to 700°C and holding it there.

スラブ加熱
まず、本発明では、上記のような組成成分を有するスラブを準備した後、これを1100~1300℃の温度範囲に加熱する。
Slab Heating First, in the present invention, a slab having the above-mentioned composition is prepared, and then heated to a temperature range of 1100 to 1300°C.

鋳造中に形成されたチタン(Ti)やニオブ(Nb)の複合炭窒化物又はTiNb(C、N)粗大晶出物などを再固溶させるために、一定の温度範囲以上でスラブを加熱する必要がある。また、1次アップセット鍛造前にスラブを再結晶温度以上まで加熱させて保持することにより組織を均質化させ、鍛造終了温度を十分に高く確保し、鍛造過程で発生し得る表層クラックを最小化するために、一定の温度範囲以上でスラブを加熱することが好ましい。したがって、本発明のスラブ加熱は1100℃以上の温度範囲で行うことが好ましい。 The slab needs to be heated above a certain temperature range in order to redissolve titanium (Ti) and niobium (Nb) carbonitrides or TiNb (C, N) coarse crystals formed during casting. In addition, it is preferable to heat the slab above a certain temperature range in order to homogenize the structure by heating the slab to the recrystallization temperature or higher before the primary upset forging and hold it there, ensure a sufficiently high forging end temperature, and minimize surface cracks that may occur during the forging process. Therefore, it is preferable to heat the slab in the present invention at a temperature range of 1100°C or higher.

これに対し、スラブ加熱温度が過度に高い場合、高温酸化スケールが過度に発生する可能性があり、高温加熱及び保持により製造コストの増加が過度になる可能性がある。したがって、本発明におけるスラブの1次加熱は1300℃以下の範囲で行うことが好ましい。 On the other hand, if the slab heating temperature is excessively high, high-temperature oxide scale may be generated excessively, and high-temperature heating and holding may result in excessive increases in manufacturing costs. Therefore, it is preferable that the primary heating of the slab in the present invention is performed in the range of 1300°C or less.

1次アップセット及びブルーム鍛造
次いで、本発明では、上記加熱されたスラブを1.3~2.4の鍛造比で1次アップセットした後、1.5~2.0のブルーム鍛造を行う。
Primary Upsetting and Bloom Forging Next, in the present invention, the heated slab is subjected to a primary upsetting with a forging ratio of 1.3 to 2.4, and then to bloom forging with a forging ratio of 1.5 to 2.0.

アップセット(Upsetting)は、長さ方向を軸として垂直に強塑性変形を行う方法であって、1次アップセット時の鍛造比は1.3~2.4が好ましく、より好ましくは1.5~2.0であることができる。ここで、鍛造比とは、鍛造により変化する断面積の割合をいう。このような1次アップセット時に、打ち抜かれる鍛造面のサイズが最初700mm×1800mmである場合、1000~1200mm×1800~2000mmであることができる。 Upsetting is a method of performing strong plastic deformation perpendicular to the longitudinal axis, and the forging ratio during the first upsetting is preferably 1.3 to 2.4, and more preferably 1.5 to 2.0. Here, the forging ratio refers to the ratio of the cross-sectional area that changes due to forging. During such a first upsetting, if the size of the forged surface to be punched out is initially 700 mm x 1800 mm, it can be 1000 to 1200 mm x 1800 to 2000 mm.

1次アップセット時の鍛造比が1.3未満である場合、スラブ中心部に残留するポロシティ(Porosity)を十分に圧着し難い。したがって、本発明の最終製品において要求される空隙率を、適切なレベルである0.05mm/g以下に制御し難いため、中心部の低温衝撃靭性を確保することが容易ではない。一方、1次アップセット時の鍛造比が2.4を超える場合、鍛造過程で座屈が発生するため、表面品質及びフランジ製品において要求される適切な形状制御を行うことが容易ではない。したがって、1次アップセット時の鍛造比は1.3~2.4が好ましい。 If the forging ratio in the first upset is less than 1.3, it is difficult to sufficiently compress the porosity remaining in the center of the slab. Therefore, it is difficult to control the porosity required in the final product of the present invention to an appropriate level of 0.05 mm3 /g or less, and it is not easy to ensure low-temperature impact toughness in the center. On the other hand, if the forging ratio in the first upset is more than 2.4, buckling occurs during the forging process, making it difficult to perform appropriate shape control required for surface quality and flange products. Therefore, the forging ratio in the first upset is preferably 1.3 to 2.4.

そして、本発明では、上記1次アップセットされた素材に1.5~2.0の鍛造比でブルーム鍛造を行う。 In the present invention, the above-mentioned primary upset material is bloom forged with a forging ratio of 1.5 to 2.0.

ブルーム鍛造は、1次アップセットされた素材をより圧着してブルームの形態に加工する方法であって、上下面ともに幅又は長さの一定方向に加工しながら面積を広げる方法である。上記ブルーム鍛造の場合、鍛造完了時の鍛造面のサイズが最初1000~1200mm×1800~2000mmである場合、1450~1850mm×2100~2500mmであることができる。ブルーム鍛造の場合、鍛造比は1.5~2.0が好ましい。その理由は、もし上記鍛造比が1.5未満である場合、アップセット鍛造と同様に、本発明において要求される適切な空隙品質を確保し難く、2.0を超えると、表面クラックが発生する可能性があるためである。 Bloom forging is a method of further compressing the primary upset material into a bloom shape, and enlarging the area by processing both the top and bottom surfaces in a fixed direction in width or length. In the case of bloom forging, if the size of the forged surface at the end of forging is initially 1000-1200mm x 1800-2000mm, it can be 1450-1850mm x 2100-2500mm. In the case of bloom forging, the forging ratio is preferably 1.5 to 2.0. This is because, like upset forging, if the forging ratio is less than 1.5, it is difficult to ensure the appropriate void quality required in the present invention, and if it exceeds 2.0, surface cracks may occur.

鍛造の進行方向は長さ方向及び幅方向のいずれも可能であるが、長さ方向の場合、鋳造組織がより緻密に構成されているため、表層組織の伸び率が高く加工性に優れることができる。したがって、表面クラックの観点から、長さ方向のブルーム鍛造が幅方向よりもさらに適切であり得る。 The forging can proceed either lengthwise or widthwise. However, in the case of the lengthwise direction, the cast structure is more dense, so the elongation rate of the surface layer structure is high and the workability is excellent. Therefore, from the viewpoint of surface cracks, bloom forging in the lengthwise direction may be more appropriate than that in the widthwise direction.

再加熱
そして、本発明では、上記ブルーム鍛造された素材を1100~1300℃の温度範囲に再加熱する。
Reheating In the present invention, the bloom forged material is reheated to a temperature range of 1100 to 1300°C.

上記ブルーム鍛造が終了する場合、ブルーム表層温度は950℃以下であり、加工を継続する場合、表面クラック又は素材破断が発生する可能性がある。したがって、ブルーム鍛造後、再び素材を1100~1300℃の温度範囲に加熱することができる。上述したように、晶出物の再固溶、組織均質化及び表面クラック防止などの理由から1100℃以上に加熱することが好ましく、スケール過剰、結晶粒の粗大化などの問題のため、1300℃以下に制御することが好ましい。 When the bloom forging is completed, the bloom surface temperature is 950°C or less, and if processing is continued, there is a possibility that surface cracks or material breakage may occur. Therefore, after bloom forging, the material can be heated again to a temperature range of 1100 to 1300°C. As mentioned above, it is preferable to heat to 1100°C or more for reasons such as re-dissolving the crystallized particles, homogenizing the structure, and preventing surface cracks, but it is preferable to control the temperature to 1300°C or less due to problems such as excessive scaling and coarsening of crystal grains.

2次アップセット-ラウンド鍛造
次いで、本発明では、上記再加熱されたブルーム素材を1.3~2.3の鍛造比で2次アップセットした後、1.65~2.25の鍛造比でラウンド鍛造する。
Secondary Upsetting-Round Forging Next, in the present invention, the reheated bloom material is subjected to a secondary upsetting with a forging ratio of 1.3 to 2.3, and then round forging with a forging ratio of 1.65 to 2.25.

すなわち、昇熱が終わったブルームに対して、1.3~2.3の鍛造比で2次アップセットを行い、次いで、ブルームをフランジ縁の円形に加工するために1.65~2.25の鍛造比でラウンド鍛造を行う。上記2次アップセット及びラウンド鍛造を終了する場合、製品のサイズは1450~1850Φ×1300~1700mmであることができる。 That is, after the bloom has been heated, a secondary upset is performed with a forging ratio of 1.3 to 2.3, and then round forging is performed with a forging ratio of 1.65 to 2.25 to process the bloom into a circular flange edge. When the secondary upsetting and round forging are completed, the product size can be 1450 to 1850Φ x 1300 to 1700mm.

上記2次アップセット及びラウンド鍛造の際、鍛造比が本発明において要求するレベル未満である場合、最終製品における中心部の空隙率を0.05mm/g以下に制御し難く、鋼材中心部の低温衝撃靭性を確保することが容易ではない。一方、本発明の鍛造比の基準を超える場合、座屈及び表面クラックの発生、形状不良などの問題のため、所望のフランジ製品形態に加工することができない。 If the forging ratio during the secondary upset and round forging is less than the level required by the present invention, it is difficult to control the porosity of the center of the final product to 0.05 mm3 /g or less, and it is not easy to ensure low-temperature impact toughness at the center of the steel material. On the other hand, if the forging ratio exceeds the standard of the present invention, it is not possible to process into the desired flange product shape due to problems such as buckling, surface cracks, and shape defects.

3次アップセット(変形誘起析出物の生成)
後続して、本発明では、上記ラウンド鍛造された素材を、下記関係式2によって定義される再結晶温度以下の温度で累積圧下量が10%以上となるように2.0~2.8の鍛造比で3次アップセットする。
Tertiary upset (generation of deformation-induced precipitates)
Subsequently, in the present invention, the round forged material is tertiary upset at a temperature equal to or lower than the recrystallization temperature defined by the following Relation 2 with a forging ratio of 2.0 to 2.8 so that the cumulative reduction is 10% or more.

上記円柱状に加工された素材は、穴加工(ピアシング)前に3次アップセットによって適切なフランジの厚さに加工されることができる。上記3次アップセットを終了する場合、製品のサイズは2300~2800Φ×400~800mmであることができる。 The cylindrically processed material can be processed to the appropriate flange thickness by a tertiary upsetting before hole drilling (piercing). When the tertiary upsetting is completed, the product size can be 2300-2800Φ x 400-800mm.

3次アップセットの鍛造比は2.0~2.8であることができ、鍛造比が不足又は超える場合は、上述した残留空隙の制御及び表面クラック/形状制御の不可等の問題が発生する可能性がある。 The forging ratio of the tertiary upset can be 2.0 to 2.8, and if the forging ratio is insufficient or excessive, problems such as the above-mentioned inability to control residual voids and surface cracks/shape control may occur.

このような3次アップセット過程において重要なのは、鋼材の再結晶温度(Recrystallization Temperature、Rst)以下の温度での累積圧下量であり、累積圧下量が10%以上となるように鍛造圧延を行う。このとき、再結晶温度は、下記関係式2によって計算することができる。 What is important in this tertiary upsetting process is the cumulative reduction at a temperature below the recrystallization temperature (Rst) of the steel, and forging and rolling are performed so that the cumulative reduction is 10% or more. In this case, the recrystallization temperature can be calculated using the following relational expression 2.

[関係式2]
nr(℃)=887+464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb1/2)+(732×V-230×V1/2
ここで、C、Ti、Al、Si、Nb、及びVは、重量%である。
[Relationship 2]
T nr (℃)=887+464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb 1/2 )+(732×V-230×V 1/2 )
Here, C, Ti, Al, Si, Nb, and V are in weight percent.

もし、上記再結晶温度以下の温度で累積圧下量が10%未満である場合、5~50nmの変形誘起された超微細NbC又はNbCN析出物の生成が容易ではなく、1μm当たりの析出物の個数が10個未満であるか、又は析出物のサイズが100nm以上の粗大析出物の個数が5個を超える可能性がある。微細析出物の量が減少したり、サイズが増大したりした場合、析出強化効果が僅かであり、以後の焼入れ(Quenching)のための再加熱(Reheating)昇温時に、Pinning効果が減少するため、製品中心部の旧オーステナイト平均結晶粒度を35μm以下に確保することが容易ではない。したがって、再結晶温度以下の温度で累積圧下量を10%以上に制御することが好ましく、より好ましくは15%以上、最も好ましくは20%以上であることができる。 If the cumulative reduction is less than 10% at a temperature below the recrystallization temperature, it is not easy to generate deformation-induced ultrafine NbC or NbCN precipitates of 5 to 50 nm, and the number of precipitates per 1 μm2 may be less than 10, or the number of coarse precipitates with a size of 100 nm or more may exceed 5. If the amount of fine precipitates is reduced or the size is increased, the precipitation strengthening effect is small, and the pinning effect is reduced during the subsequent reheating for quenching, making it difficult to ensure that the average prior austenite grain size in the center of the product is 35 μm or less. Therefore, it is preferable to control the cumulative reduction at a temperature below the recrystallization temperature to 10% or more, more preferably 15% or more, and most preferably 20% or more.

穴加工及びリングフォージング
次いで、本発明では、上記3次アップセットされた素材を穴加工した後、1100~1300℃の温度範囲に再加熱し、続いて1.0~1.6の鍛造比でリングフォージングする。
Hole Machining and Ring Forging Next, in the present invention, the tertiary upset material is subjected to hole machining, and then reheated to a temperature range of 1100 to 1300° C., and subsequently ring forged with a forging ratio of 1.0 to 1.6.

上記3次アップセットが終了した後、500~1000Φのパンチを用いて素材の中央部に穴を加工することができる。 After the above tertiary upsetting is completed, a hole can be drilled in the center of the material using a 500 to 1000Φ punch.

上記穴加工された素材は、再び前述の1100~1300℃の温度領域に再加熱され、以後、最終フランジリング(Ring)の形態に加工されることができる。上記鋼材で作製されたフランジの最大厚さは200~500mmであることができ、内径は4000~7000mm、外径は5000~8000mmであることができる。リングフォージングは、空隙圧着よりも最終形状及び寸法制御が重要な工程であるため、強塑性加工を適用しない。したがって、鍛造比は1.0~1.6であることができ、より好ましくは1.2~1.4であることができる。 The material with the holes machined is reheated again to the aforementioned temperature range of 1100 to 1300°C, and then processed into the final flange ring shape. The maximum thickness of the flange made of the steel material can be 200 to 500 mm, the inner diameter can be 4000 to 7000 mm, and the outer diameter can be 5000 to 8000 mm. Since ring forging is a process in which control of the final shape and dimensions is more important than gap pressing, severe plastic processing is not applied. Therefore, the forging ratio can be 1.0 to 1.6, and more preferably 1.2 to 1.4.

一方、本発明において、上記提示した全ての鍛造工程における変形速度は1/s~4/sであることができる。1/s未満の変形速度では、仕上げ鍛造の温度が低下し、表層クラックが発生する余地がある。これに対し、未再結晶域において4/s超の高変形速度を適用する場合、過度な局所加工硬化による伸び率の低下により表面クラックを誘発する可能性がある。 On the other hand, in the present invention, the deformation speed in all of the forging processes presented above can be 1/s to 4/s. At a deformation speed of less than 1/s, the finish forging temperature drops, and there is a possibility that surface cracks may occur. In contrast, when a high deformation speed of more than 4/s is applied in the unrecrystallized region, there is a possibility that surface cracks will be induced due to a decrease in elongation caused by excessive local work hardening.

焼入れ及び焼戻し熱処理
最後に、本発明では、上記リングフォージングされた素材を、その中心部(t/2)の温度測定基準820~930℃の温度範囲に加熱して5~600分間保持した後、常温まで空冷し、次いで、550~700℃に昇温して保持する焼入れ及び焼戻し熱処理を行う。
Quenching and tempering heat treatment Finally, in the present invention, the ring-forged material is heated to a temperature range of 820 to 930°C as a temperature measurement standard at its center (t/2) and held for 5 to 600 minutes, then air-cooled to room temperature, and then heated to 550 to 700°C and held there, thereby performing quenching and tempering heat treatment.

焼入れ熱処理時に、加熱温度が820℃未満であるか、保持時間が5分未満である場合、鍛造後の冷却中に生成された炭化物や粒界に偏析した不純元素の再固溶が円滑に起こらず、熱処理後の鋼材の低温靭性が大きく低下する可能性がある。一方、加熱温度が930℃を超えるか、保持時間が600分を超える場合、旧オーステナイト結晶粒度が本発明において要求される35μmを超えるか、又はNb(C、N)、V(C、N)等の析出相の粗大化により、強度及び低温衝撃靭性が劣化する可能性がある。 During quenching heat treatment, if the heating temperature is less than 820°C or the holding time is less than 5 minutes, the carbides generated during cooling after forging and the impurity elements segregated at the grain boundaries may not be smoothly redissolved, and the low-temperature toughness of the steel after heat treatment may be significantly reduced. On the other hand, if the heating temperature exceeds 930°C or the holding time exceeds 600 minutes, the prior austenite grain size may exceed 35 μm required in the present invention, or the precipitate phases such as Nb(C,N) and V(C,N) may become coarse, resulting in a deterioration in strength and low-temperature impact toughness.

一方、冷却速度は、製品の中心部(t/2)を基準として0.5℃/s~30℃/sであることができる。冷却速度が0.5℃/s未満である場合、本発明において要求される低温変態組織であるベイナイト又はマルテンサイトの分率を90%以上確保することができないため、適切な強度を確保し難く、30℃/sを超えると、強度が過度に増大して低温衝撃靭性が劣化する可能性がある。したがって、焼入れ時の冷却速度は0.5℃/s~30℃/sであることが好ましい。 On the other hand, the cooling rate can be 0.5°C/s to 30°C/s based on the center (t/2) of the product. If the cooling rate is less than 0.5°C/s, it is difficult to ensure adequate strength because the fraction of bainite or martensite, which is the low-temperature transformation structure required in the present invention, cannot be ensured to be 90% or more, and if it exceeds 30°C/s, the strength increases excessively and low-temperature impact toughness may deteriorate. Therefore, it is preferable that the cooling rate during quenching is 0.5°C/s to 30°C/s.

一方、焼戻しは550~700℃の温度領域で5~600min保持されることができる。焼戻し温度が550℃以下である場合、焼入れ後に炭素の拡散が適切に起こらないため、強度が高くなりすぎ、これにより-50℃低温衝撃靭性が劣化する可能性がある。これに対し、焼戻し温度が700℃を超えると、二相域加熱によって空冷過程で生成されるFresh-Martensiteにより、やはり低温衝撃靭性が劣化する可能性がある。したがって、焼戻し温度は550~700℃であることが好ましい。 Meanwhile, tempering can be performed at a temperature range of 550-700°C for 5-600 minutes. If the tempering temperature is below 550°C, carbon does not diffuse properly after quenching, resulting in excessive strength, which may result in deterioration of low-temperature impact toughness at -50°C. On the other hand, if the tempering temperature exceeds 700°C, fresh-martensite formed during the air-cooling process by heating in the two-phase region may also result in deterioration of low-temperature impact toughness. Therefore, it is preferable that the tempering temperature is 550-700°C.

焼戻しの保持時間が5min未満である場合、温度が低い理由と同様に、焼入れ以後の転位密度が適切に低くならず、炭素の拡散が十分に起こらないため強度が過度に高く、これにより低温衝撃靭性が低下する。また、600minを超えて保持する場合は、炭素が過度に球状化及び粗大化して衝撃靭性が劣化する。したがって、焼戻し熱処理の適切な保持時間は5~600minとすることが好ましい。 If the tempering holding time is less than 5 minutes, the dislocation density after quenching does not decrease appropriately, and carbon does not diffuse sufficiently, resulting in excessively high strength and reduced low-temperature impact toughness, for the same reason that the temperature is low. Also, if the holding time exceeds 600 minutes, carbon becomes excessively spheroidized and coarsened, resulting in reduced impact toughness. Therefore, it is preferable that the appropriate holding time for tempering heat treatment is 5 to 600 minutes.

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明を例示してより詳細に説明するためのものであり、本発明の権利範囲を限定するためのものではないことに留意する必要がある。 The present invention will be described in detail below with reference to examples. However, it should be noted that the following examples are intended to illustrate and explain the present invention in more detail, and are not intended to limit the scope of the invention.

Figure 2025500911000001
*表1において、成分元素の含量単位は重量%であるが、P、S及びCaの単位はppmである。そして、残りの成分はFeと不可避不純物である。
Figure 2025500911000001
*In Table 1, the content units of the component elements are in weight percent, but the units of P, S, and Ca are in ppm, and the remaining components are Fe and unavoidable impurities.

上記表1の合金成分を有する厚さ700mmのスラブを製造した。このようなスラブを用いて、下記表2~3の工程条件である、スラブの準備、鍛造工程(再加熱及び1次アップセット、ブルーム鍛造、再加熱、2次アップセット-ラウンド鍛造、3次アップセット、再加熱及びリングフォージング)、並びに焼入れ及び焼戻し熱処理を経て、最終320mmtのフランジを製造した。このとき、ブルーム鍛造が完了した後、2次アップセットのための再加熱温度は1230℃±10℃であり、2次アップセット後のラウンド鍛造の鍛造比は2.0として同様に適用された。その他、下記表2~3に記載された工程以外の工程には、全て本発明の範囲を満たす工程条件を適用した。 A 700 mm thick slab was manufactured with the alloy composition shown in Table 1 above. This slab was used to manufacture a final 320 mmt flange through the process conditions shown in Tables 2-3 below, including slab preparation, forging (reheating and first upset, bloom forging, reheating, second upset-round forging, third upset, reheating and ring forging), and quenching and tempering. At this time, after bloom forging was completed, the reheating temperature for the second upset was 1230°C ± 10°C, and the forging ratio for the round forging after the second upset was 2.0, which was also applied. All other process conditions that meet the scope of the present invention were applied to the processes other than those shown in Tables 2-3 below.

その後、上記製造された各試験片の物性値を測定し、下記表4に示した。 The physical properties of each test piece produced above were then measured and are shown in Table 4 below.

ここで、旧オーステナイト結晶粒度及び低温変態相(ベイナイト及び/又はマルテンサイト)の分率は、QT熱処理後の中心部の組織試験片から試験片を採取し、イメージ自動分析器を用いて測定し、ベイナイトのパケットサイズはEBSD(Electron Back Scattered Diffraction)を通じてboundary conditionを15°に設定し、自動分析を行った。一方、本実施例において、発明例及び比較例ともにおける低温変態相を除いた残留組織は、フェライト及び/又はパーライトである。 Here, the prior austenite grain size and the fraction of low-temperature transformation phases (bainite and/or martensite) were measured using an automatic image analyzer by taking a test specimen from the central structure test specimen after QT heat treatment, and the packet size of bainite was automatically analyzed by setting the boundary condition to 15° through EBSD (Electron Back Scattered Diffraction). Meanwhile, in this embodiment, the residual structure excluding the low-temperature transformation phase in both the invention example and the comparative example is ferrite and/or pearlite.

また、降伏/引張強度はASTM A370による常温引張試験によって評価され、降伏強度の場合、0.2%オフセットを適用した。また、各試験片に対する衝撃靭性は、シャルピーV-Notch Testを通じて、当該温度で3回ずつ測定された吸収エネルギー値の平均を使用した。 The yield/tensile strength was evaluated by a room temperature tensile test according to ASTM A370, and a 0.2% offset was applied to the yield strength. The impact toughness of each test piece was calculated by using the average absorbed energy value measured three times at the corresponding temperature through the Charpy V-Notch Test.

なお、鋼材の断面で観察される5~50nmの変形誘起NbC析出物の個数等はTEMを活用して測定した。NbCの回折パターン及びEDXマッピングによりNbC析出物を確認し、1μmに位置するNbC析出物の個数をカウントした。 The number of deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm observed in the cross section of the steel material was measured using a TEM. The NbC precipitates were confirmed by the NbC diffraction pattern and EDX mapping, and the number of NbC precipitates located within 1 μm 2 was counted.

そして、製品中心部の空隙率は、密度(g/mm)を測定して逆数(mm/g)をとることにより測定した。 The porosity of the center of the product was measured by measuring the density (g/mm 3 ) and taking the reciprocal (mm 3 /g).

また、各試験片の表面を目視で観察した後、表面クラックが形成された地点で研削を行い、クラックがなくなるまでの研削長さを表面クラックの長さとして測定した。 After visually observing the surface of each test piece, the test piece was ground at the point where a surface crack had formed, and the grinding length until the crack disappeared was measured as the length of the surface crack.

Figure 2025500911000002
Figure 2025500911000002

Figure 2025500911000003
Figure 2025500911000003

Figure 2025500911000004
*表3において、a*は鋼材の断面で観察される5~50nmの変形誘起NbC析出物の1μm当たりの個数であり、b*は100nm以上の粗大析出物の個数を示す。
Figure 2025500911000004
*In Table 3, a * indicates the number of deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm observed per 1 μm2 in the cross section of the steel material, and b * indicates the number of coarse precipitates of 100 nm or more.

上記表1~3から分かるように、本発明が提案する合金組成及び製造条件を満たす発明例1-5の場合、いずれも優れた強度及び-50℃での優れた低温衝撃靭性だけでなく、フランジ製品状態において良好な表面品質を確保できることが分かる。 As can be seen from Tables 1 to 3 above, in the case of Examples 1 to 5, which satisfy the alloy composition and manufacturing conditions proposed by the present invention, not only do they have excellent strength and excellent low-temperature impact toughness at -50°C, but they also ensure good surface quality in the flange product state.

これに対し、比較例1~12は、本発明が提案する合金組成は満たしているものの、製造条件を満たしていない場合であり、本発明が提案するフランジ製品状態での旧オーステナイト粒度、低温変態相の分率及びパケットサイズ、空隙率などの特性を満たさないため、強度及び低温衝撃靭性値が低いレベルであることが分かる。また、材質が良好な場合であっても、鍛造の各段階で鍛造比の条件を満たさない場合には、表面クラック又は貫通クラックの発生により製品状態における不良な表面品質特性を確認することができる。 In contrast, Comparative Examples 1 to 12 are cases in which the alloy composition proposed by the present invention is satisfied but the manufacturing conditions are not satisfied, and since the properties proposed by the present invention in the flange product state, such as the prior austenite grain size, the fraction and packet size of the low-temperature transformation phase, and the porosity, are not satisfied, it can be seen that the strength and low-temperature impact toughness values are at a low level. Furthermore, even if the material quality is good, if the forging ratio conditions are not satisfied at each stage of forging, poor surface quality properties in the product state can be confirmed by the occurrence of surface cracks or through cracks.

一方、比較例13~16は、本発明が提案する製造条件は満たしているものの、合金組成を満たしておらず、強度超過(衝撃靭性が不足)又は強度不足など、品質レベルが低いことが分かる。 On the other hand, Comparative Examples 13 to 16 meet the manufacturing conditions proposed by the present invention, but do not meet the alloy composition, and are of low quality, with excessive strength (insufficient impact toughness) or insufficient strength.

上述したように、本発明の詳細な説明では、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の範疇から逸脱しない範囲内で、様々な変形が可能であることは言うまでもない。したがって、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、これと均等なものによって定められるべきである。

As described above, the detailed description of the present invention has been given of the preferred embodiment of the present invention, but it goes without saying that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiment, but should be determined by the claims below as well as equivalents thereto.

Claims (12)

重量%で、C:0.05~0.2%、Si:0.05~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Al:0.005~0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.005~0.07%、V:0.001~0.3%、Ti:0.001~0.05%、Cr:0.01~0.3%、Mo:0.01~0.12%、Cu:0.01~0.6%、Ni:0.05~4.0%、Ca:0.0005~0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなり、
旧オーステナイト結晶粒度が35μm以下であり、ベイナイト及びマルテンサイトのうち1種以上を90面積%以上、残留フェライト又はパーライトを含む微細組織を有し、前記低温変態相は15°以上の高傾角粒界を基準としてパケットサイズが15μm以下であり、
5~50nmの変形誘起NbC析出物を1μm当たり10個以上、及び100nm以上の粗大析出物を5個以下有し、且つ、
その表面から厚さ方向に3/8t~5/8tの領域である鋼材中心部の空隙率が0.05mm/g以下である、ことを特徴とするフランジ用極厚物鋼材。
The alloy contains, by weight, C: 0.05-0.2%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 1.0-2.0%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.01% or less, S: 0.015% or less, Nb: 0.005-0.07%, V: 0.001-0.3%, Ti: 0.001-0.05%, Cr: 0.01-0.3%, Mo: 0.01-0.12%, Cu: 0.01-0.6%, Ni: 0.05-4.0%, Ca: 0.0005-0.004%, and the remainder being Fe and other unavoidable impurities,
The prior austenite grain size is 35 μm or less, and the microstructure contains at least one of bainite and martensite at 90 area % or more, and residual ferrite or pearlite. The low-temperature transformation phase has a packet size of 15 μm or less based on a high-angle grain boundary of 15° or more.
Having 10 or more deformation-induced NbC precipitates of 5 to 50 nm per 1 μm2 and 5 or less coarse precipitates of 100 nm or more,
The extra-thick steel material for flanges is characterized in that the porosity of the center of the steel material, which is a region from the surface to 3/8t to 5/8t in the thickness direction, is 0.05 mm 3 /g or less.
前記鋼材は、重量%で、Zr:0.001~0.15%をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のフランジ用極厚物鋼材。 The extra-thick steel material for flanges according to claim 1, characterized in that the steel material further contains, by weight percent, Zr: 0.001 to 0.15%. 前記鋼材は、200~500mmの厚さを有することを特徴とする、請求項1に記載のフランジ用極厚物鋼材。 The extra-thick steel material for flanges according to claim 1, characterized in that the steel material has a thickness of 200 to 500 mm. 前記鋼材は、590~820MPaの引張強度、440MPa以上の降伏強度、及び-50℃シャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値が50J以上であることを特徴とする、請求項1に記載のフランジ用極厚物鋼材。 The extra-thick steel material for flanges according to claim 1, characterized in that the steel material has a tensile strength of 590 to 820 MPa, a yield strength of 440 MPa or more, and an absorbed energy value of 50 J or more in a -50°C Charpy impact test. 前記鋼材の最大表面クラックの深さは、0.1mm以下(0を含む)であることを特徴とする、請求項1に記載のフランジ用極厚物鋼材。 The extra-thick steel material for flanges according to claim 1, characterized in that the maximum surface crack depth of the steel material is 0.1 mm or less (including 0). 重量%で、C:0.05~0.2%、Si:0.05~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Al:0.005~0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.005~0.07%、V:0.001~0.3%、Ti:0.001~0.05%、Cr:0.01~0.3%、Mo:0.01~0.12%、Cu:0.01~0.6%、Ni:0.05~4.0%、Ca:0.0005~0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなるスラブを準備した後、これを1100~1300℃の温度範囲に加熱する段階と、
加熱された前記スラブを1.3~2.4の鍛造比で1次アップセットした後、1.5~2.0のブルーム鍛造を行う段階と、
前記ブルーム鍛造された素材を1100~1300℃の温度範囲に再加熱する段階と、
前記再加熱されたブルーム素材を1.3~2.3の鍛造比で2次アップセットした後、1.65~2.25の鍛造比でラウンド鍛造する段階と、
前記ラウンド鍛造された素材を、下記関係式1によって定義される再結晶温度以下の温度で累積圧下量が10%以上となるように2.0~2.8の鍛造比で3次アップセットする段階と、
前記3次アップセットされた素材を穴加工した後、1100~1300℃の温度範囲に再加熱し、次いで、1.0~1.6の鍛造比でリングフォージングする段階と、
前記リングフォージングされた素材を、その中心部の温度測定基準820~930℃の温度範囲に加熱して5~600分間保持した後、常温まで空冷し、次いで、550~700℃に昇温して保持する段階と、を含む、ことを特徴とするフランジ用極厚物鋼材の製造方法。
[関係式1]
nr(℃)=887+464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb1/2)+(732×V-230×V1/2
(ここで、C、Ti、Al、Si、Nb、及びVは、重量%である。)
preparing a slab containing, by weight, C: 0.05-0.2%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 1.0-2.0%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.01% or less, S: 0.015% or less, Nb: 0.005-0.07%, V: 0.001-0.3%, Ti: 0.001-0.05%, Cr: 0.01-0.3%, Mo: 0.01-0.12%, Cu: 0.01-0.6%, Ni: 0.05-4.0%, Ca: 0.0005-0.004%, with the remainder being Fe and other unavoidable impurities; and heating the slab to a temperature range of 1100-1300°C.
performing a first upsetting of the heated slab at a forging ratio of 1.3 to 2.4, and then bloom forging at a forging ratio of 1.5 to 2.0;
reheating the bloom forged material to a temperature range of 1100 to 1300°C;
Secondarily upsetting the reheated bloom material at a forging ratio of 1.3 to 2.3, and then round forging at a forging ratio of 1.65 to 2.25;
The round forged material is subjected to a third upsetting at a temperature equal to or lower than the recrystallization temperature defined by the following Relation 1, with a forging ratio of 2.0 to 2.8 so that the cumulative reduction is 10% or more;
After the tertiary upset material is drilled, it is reheated to a temperature range of 1100 to 1300 ° C., and then ring forged with a forging ratio of 1.0 to 1.6;
The method for manufacturing an extra-thick steel material for flanges includes a step of heating the ring-forged material to a temperature range of 820 to 930°C as a temperature measurement standard at the center of the material, holding the temperature range for 5 to 600 minutes, air-cooling the material to room temperature, and then heating the material to 550 to 700°C and holding the temperature range for 5 to 600 minutes.
[Relationship 1]
T nr (℃)=887+464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb 1/2 )+(732×V-230×V 1/2 )
(Here, C, Ti, Al, Si, Nb, and V are in weight percent.)
前記スラブは、連続鋳造工程、半連続鋳造工程、及びインゴットキャスティング(Ingot casting)のうち一つの工程を用いて製造されることを特徴とする、請求項6に記載のフランジ用極厚物鋼材の製造方法。 The method for manufacturing the extra-thick steel material for flanges according to claim 6, characterized in that the slab is manufactured using one of a continuous casting process, a semi-continuous casting process, and an ingot casting process. 前記1次アップセット時に打ち抜かれる鍛造面のサイズが最初700mm×1800mmである場合、1000~1200mm×1800~2000mmであることを特徴とする、請求項6に記載のフランジ用極厚物鋼材の製造方法。 The method for manufacturing the extra-thick steel material for flanges described in claim 6 is characterized in that the size of the forged surface punched out during the first upsetting is 1000-1200mm x 1800-2000mm when the initial size is 700mm x 1800mm. 前記ブルーム鍛造の場合、鍛造完了時の鍛造面のサイズが最初1000~1200mm×1800~2000mmである場合、1450~1850mm×2100~2500mmであることを特徴とする、請求項6に記載のフランジ用極厚物鋼材の製造方法。 The method for manufacturing the extra-thick steel material for flanges described in claim 6 is characterized in that, in the case of bloom forging, the size of the forged surface at the completion of forging is 1450-1850mm x 2100-2500mm when it is initially 1000-1200mm x 1800-2000mm. 前記2次アップセット及びラウンド鍛造を終了する場合、製品のサイズは1450~1850Φ×1300~1700mmであることを特徴とする、請求項6に記載のフランジ用極厚物鋼材の製造方法。 The manufacturing method for extra-thick steel material for flanges described in claim 6, characterized in that when the secondary upsetting and round forging are completed, the product size is 1450-1850Φ x 1300-1700mm. 前記3次アップセットを終了する場合、製品のサイズは2300~2800Φ×400~800mmであることを特徴とする、請求項6に記載のフランジ用極厚物鋼材の製造方法。 The manufacturing method for extra-thick steel material for flanges described in claim 6, characterized in that when the tertiary upsetting is completed, the product size is 2300-2800Φ x 400-800mm. 前記鋼材で作製されたフランジの最大厚さは200~500mmであることができ、内径は4000~7000mmであり、外径は5000~8000mmであることを特徴とする、請求項6に記載のフランジ用極厚物鋼材の製造方法。 The manufacturing method of the extra-thick steel material for flanges described in claim 6, characterized in that the maximum thickness of the flange made of the steel material can be 200 to 500 mm, the inner diameter is 4000 to 7000 mm, and the outer diameter is 5000 to 8000 mm.
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