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KR100362680B1 - High strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone and Method for manufacturing the same, welding fabric using the same - Google Patents

High strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone and Method for manufacturing the same, welding fabric using the same Download PDF

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KR100362680B1
KR100362680B1 KR10-2000-0038701A KR20000038701A KR100362680B1 KR 100362680 B1 KR100362680 B1 KR 100362680B1 KR 20000038701 A KR20000038701 A KR 20000038701A KR 100362680 B1 KR100362680 B1 KR 100362680B1
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용강재에 관한 것으로, 그 목적은 모재는 베이나이트+페라이트로 하여 고강도를 확보하면서 고온안정성이 우수한 TiN석출물을 미세하고 균일하게 분포시켜 용접열영향부의 인성을 개선하면서 용접구조용 강재 및 그 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 base material is bainite + ferrite TiN precipitates excellent in high temperature stability while ensuring high strength It is to provide a steel and a method for manufacturing the welded structure while improving the toughness of the weld heat affected zone by finely and uniformly distributed.

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:0.008∼0.03%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005% 이하, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤14를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 미세조직이 30-80%의 베이나이트와 나머지 20㎛이하의 페라이트의 복합조직으로 이루어지는 용접열영향부 인성이 우수한 용접구조용 강재에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.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: 0.008 to 0.03%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B Satisfies ≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B + V) / N≤14, is composed of the remaining Fe and other unavoidable impurities, and the microstructure is 30-80% bainite The technical gist of the welded structural steel having excellent weld heat affected zone toughness composed of a composite structure of ferrite of less than 20 μm and the rest thereof is considered as the technical gist.

Description

용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재 및 그 제조방법, 이를 이용한 용접구조물{High strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone and Method for manufacturing the same, welding fabric using the same}High strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone and Method for manufacturing the same, welding fabric using the same}

본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용 강재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 모재는 베이나이트+페라이트로 하여 고강도를 확보하면서 고온안정성이 우수한 TiN석출물을 미세하고 균일하게 분포시켜 용접열영향부의 인성을 개선하면서 용접구조용 강재 및 그 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 base material is made of bainite + ferrite, and relates to a welded structural steel and a method of manufacturing the same, while ensuring high strength and distributing TiN precipitates having excellent high temperature stability finely and uniformly to improve the toughness of the weld heat affected zone.

최근, 건축물, 구조물의 고층화 추세에 따라 사용되는 강재가 대형화되면서 후물재로 대체되고 있다. 이러한 후물재를 용접하기 위해서는 고능률 용접이 불가피하며, 후육화된 강재를 용접하는 기술로는 1패스 용접이 가능한 대입열 서어브머지드 용접법 및 일렉트로 용접법이 광범위하게 사용되고 있는 실정이다. 또한, 조선 및 교량 분야에 있어서 판두께 25mm이상의 강판을 용접하는 경우에도 상기와 같은 1패스 용접이 가능한 대입열 용접법을 적용하고 있다.Recently, steel materials used in accordance with the trend of high-rise buildings, structures are being replaced by thick materials. In order to weld such thick materials, high-efficiency welding is inevitable. As a technique for welding thickened steel materials, a high-pass heat submerged welding method and an electro-welding method capable of 1-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, 용접입열량을 증가시킬 수 있으면 그 사용범위를 넓힐 수 있게 되는 것이다. 현재 사용되고 있는 대입열의 범위는 대략 100-200kJ/cm에 해당되는데, 좀더 후육화된 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. That is, if the welding heat input can be increased, the range of use thereof can be widened. The range of high heat input currently used corresponds to approximately 100-200 kJ / cm, and in order to weld steel with a thicker plate thickness of 50 mm or more, it is possible to have a super heat input range of 200-500 kJ / 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 부위가 된다.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 becomes 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 이용되고있다. 이러한 기술로는, 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 및 일본특허공개공보 (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, a technique for delaying grain growth of the weld heat affected zone during welding by appropriately dispersing an oxide or Ti-based carbonitride, which is stable at high temperature, in steel is used. Such techniques include Japanese Patent 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 64-15320, etc.

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 TiN석출물을 3.9×103개/㎟∼6.2×104개/㎟로 석출시켜서 페라이트를 미세화하여 용접부의 인성을 확보하고 있다. 이 강재는 미세조직이 페라이트와 펄라이트의 복합조직으로 인장강도가 최고 581MPa, 항복강도가 최고 405MPa의 기계적성질을 갖고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582 is a representative technique using TiN precipitates. When 100 J / cm of heat input (maximum heating temperature of 1400 ° C) is applied, impact toughness at 200 ° C is about 200J. A structural steel material of about 300J) is disclosed. In this prior art, Ti / N was substantially managed at 4-12, so that TiN precipitates of 0.05 μm or less were 5.8 × 10 3 pieces / mm 2 to 8.1 × 10 4 pieces / mm 2, with TiN precipitates of 0.03 to 0.2 μm being 3.9. × 10 3 gae /㎟~6.2×10 by precipitation in four / ㎟ and by refining the ferrite to secure the toughness of the weld. This steel is a microstructure of ferrite and pearlite, and has a mechanical property of tensile strength up to 581 MPa and yield strength up to 405 MPa.

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 차이가 100J 정도로 커서 후육화 강재의 초대입열 용접에 따른 강구조물의 신뢰성확보에는 한계가 있다. 뿐만 아니라, TiN의 석출물을 확보하기 위하여, 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 가열하여 급냉한 다음에,열간압연을 위해 재가열하는 공정을 채택함에 따라 2회의 열처리로 인해 제조비용이 높다는 단점이 있다.However, according to this prior art, when 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), As the difference between the base material 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, in order to secure the precipitate of TiN, the slab is heated at a temperature of more than 1050 ℃ quenched, and then adopts a process of reheating for hot rolling, there is a disadvantage that the manufacturing cost is high due to two heat treatment.

현재까지 대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 개선한 기술은 많이 알려저 있지만 1350℃이상에서 장시간 유지되는 초대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 획기적으로 개선시키면서 고강도화를 달성한 사례는 아직 발표된 바 없다. 특히, 모재가 고강도이면서 용접열향부의 인성이 모재대비 동등한 수준을 보인 기술은 없는 실정이다. 따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있다면 후육화 고강도 강재의 초대입열 용접이 가능하여 용접작업 고능률화는 물론 강구조물의 고층화 및 강구조물의 신뢰성 확보를 동시에 달성할 수 있는 것이다.To date, many techniques for improving the toughness of the weld heat affected zone during high heat input welding have been known. There is no bar. In particular, there is no technology in which the base material is high in strength and the toughness of the weld column is equivalent to that of the base material. Therefore, if the above problems can be solved, super heat input welding of thickened high strength steels is possible, thereby achieving high welding operation as well as securing a high layer of steel structures and securing reliability of steel structures.

본 발명은, 강재(모재)의 고강도화와 함께 용접열영향부의 인성이 우수한 용접구조용 강재 및 그 제조방법 및 이 강재를 이용한 용접구조물을 제공하는데, 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a welded structural steel and a method of manufacturing the same, and a welded structure using the steel, which has a high strength of the steel (base metal) and excellent toughness of the weld heat affected zone.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접 구조용 강재는, 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:0.008∼0.03%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하,O:0.005% 이하, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤14를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 미세조직이 30-80%의 베이나이트와 나머지 20㎛이하의 페라이트의 복합조직으로 구성된다.Welded structural steel materials 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: 0.008 to 0.03%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10 Satisfies ≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B + V) / N≤14, is composed of the remaining Fe and other unavoidable impurities, and the microstructure is 30-80 It consists of a composite structure of% bainite and the remaining ferrite of 20 µm or less.

또한, 본 발명의 용접구조용 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:0.008∼0.03%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005% 이하, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤14를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 1150∼1250℃의 온도에서 60∼180분간 가열한 후에 오스테나이트 재결정역에서 압연비 40%이상으로 열간압연한 다음, 베이나이트 변태 종료온도℃±10℃까지 5∼20℃/sec의 속도로 냉각하는 것을 포함하여 구성된다.In addition, the manufacturing method of the welded structural steel material of this invention is 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% by weight. , N: 0.008-0.03%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10≤ A steel slab satisfying N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B + V) / N≤14 and composed of the remaining Fe and other unavoidable impurities is 1150-1250 ° C. After heating for 60 to 180 minutes at the temperature, hot rolling at an austenite recrystallization zone with a rolling ratio of 40% or more, and then cooling to a bainite transformation end temperature ℃ ± 10 ℃ at a rate of 5-20 ℃ / sec. do.

또한, 본 발명의 용접구조물은, 상기 본 발명의 강재의 조성과 미세조직을 가지면서, 0.01-0.1㎛의 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상 분포되는 모재에 용접이 적용되어 용접열영향부에서 80㎛이하의 구오스테나이트(prior austenite)가 생성되고, 이어 급냉되어 용접열영향부의 미세조직이 20㎛이하의 페라이트가 70%이상의 상분율로 구성된다.In addition, the welded structure of the present invention is welded to a base material having a composition and a microstructure of the steel of the present invention, in which TiN precipitates of 0.01-0.1 μm are distributed at 1.0 × 10 7 / mm 2 or more at intervals of 0.5 μm or less. It is applied to produce austenite (prior austenite) of less than 80㎛ in the weld heat affected zone, and then quenched so that the microstructure of the weld heat affected zone is less than 20㎛ ferrite of 70% or more.

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

본 발명에서 "구오스테나이트(prior Austenite)"란 용어는, 강재에 용접이 적용될 때, 용접 열영향부에 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 welding is applied to the steel, and the austenite formed during the manufacturing process of the steel (hot rolling process). Use for convenience to distinguish.

본 발명자들은 강재(모재)의 고강도화와 용접열영향부의 고인성을 동시에 확보할 수 있는 방안을 연구한 결과, 모재의 미세조직을 베이나이트와 페라이트의 복합조직으로 할 경우 모재강도 개선에 매우 효과적이라는 사실과 이러한 미세조직을 갖는 모재에 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 크기를 임계치(약 80㎛)이하로 관리하면 용접열영향부의 인성이 문제가 되지 않는 다는 것을 확인하였다.The inventors of the present invention have studied the method of increasing the strength of the steel (base material) and the high toughness of the welded heat affected zone at the same time. As a result, when the microstructure of the base material is a composite structure of bainite and ferrite, it is very effective in improving the base material strength. In fact, it was confirmed that the toughness of the weld heat affected zone does not become a problem if the size of the austenite grains of the weld heat affected zone is controlled below the threshold (about 80 μm) when welding to the base material having such a microstructure.

이러한 관점에서 출발한 본 발명자들은 베이나이트+페라이트의 복합조직에서 구오스테나이트 결정립의 크기를 임계치 이하로 관리하여 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 다음의 방안을 도출할 수 있었다.Starting from this point of view, the inventors of the present invention have been able to derive the following method of improving the toughness of the weld heat affected zone by managing the size of the austenite grains below the critical value in the composite structure of bainite + ferrite.

[1] 미세한 TiN 석출물의 분포를 균일하게 하면서, 이 석출물의 고온안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)을 작게 하는 것과 함께,[1] While minimizing the distribution of fine TiN precipitates, the solubility product exhibiting high temperature stability of these precipitates is reduced,

[2] 강재(모재)의 초기 페라이트 결정립 크기를 임계수준 이하로 하여 구오스테나이트의 결정립크기를 미세화 하는 것이다.[2] The grain size of the old austenite is refined by setting the initial ferrite grain size of the steel (base material) below the critical level.

[3] 본 발명에 따라 구오스테나이트의 결정립크기를 임계치이하로 관리하면서 BN, AlN 석출물을 효과적으로 이용하면 용접열영향부에 페라이트 분율 특히, 인성개선에 효과적인 다각형(polygonal)이나 침상형 페라이트를 유도하여 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있다.[3] According to the present invention, when BN and AlN precipitates are effectively used while managing the crystal grain size of the old austenite below the threshold value, the ferrite fraction in the weld heat affected zone, in particular, the polygonal or acicular ferrite is effective. It is possible to improve the toughness of the weld heat affected zone.

[4] 압연공정에서 가속냉각을 통해 모재에 적정분율의 베이나이트 미세조직을 확보함으로써 모재강도를 개선한다. 이들 [1][2][3][4]을 보다 구체적으로 설명한다.[4] The base material strength is improved by securing the proper fraction of bainite microstructure in the base material through accelerated cooling in the rolling process. These [1] [2] [3] [4] are demonstrated in more detail.

[1] TiN 석출물[1] TiN precipitates

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)에서 고용 Ti농도와 고용 Ti원자의 확산속도가 감소되고 TiN석출물의 고온 안정성이 향상되는 새로운 사실을 알게 되었다. 즉, Ti와 N의 비(Ti/N)가 1.2∼2.5의 범위를 가질때 고용 Ti의 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, 고질소 환경에서는 고용 Ti양이 감소하기 때문에 질소함량이 낮은 경우에서 보다 고온에서 TiN석출물이 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 TiN precipitates are improved. That is, when the ratio of Ti and N (Ti / N) is in the range of 1.2 to 2.5, the amount of solid solution Ti is extremely reduced and the high temperature stability of the TiN precipitate is increased, so that the fine TiN precipitate of 0.01-0.1 μm or less is 0.5 μm or less. A result of distribution of 1.0 × 10 7 pieces / mm 2 or more at intervals was obtained. Increasing the nitrogen content at the same Ti content, all of the Ti atoms dissolved are easily combined with the nitrogen atom, and in the high nitrogen environment, the amount of solid solution Ti decreases, so that the TiN precipitates are stabilized at a higher temperature than when the nitrogen content is low. 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.

상기와 같이 본 발명에서는 Ti/N의 비에 따른 TiN석출물의 분포도와 TiN의 용해도적을 관리함으로써, 모재와 열영향부의 인성차이를 30J이내로 낮추고 있는데, 이는 단순히 Ti의 함량을 높여(Ti/N≥4) TiN의 석출물의 양을 높이는 종래의 석출물관리기법(일본 공개특허공보 11-140582)과는 현격한 차이가 있는 것이다.As described above, in the present invention, by controlling the distribution of TiN precipitates and the solubility of TiN according to the ratio of Ti / N, the toughness difference between the base material and the heat affected zone is lowered to within 30 J, which is simply increased by increasing the content of Ti (Ti / N≥ 4) There is a significant difference from the conventional precipitate management technique (Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-140582) which increases the amount of TiN precipitates.

[2] 강재(모재)의 미세조직[2] microstructures, steel (base material)

본 발명의 연구에 따르면, 구오스테나이트의 크기를 80㎛로 하기 위해서는, 모재의 미세조직을 페라이트 + 베이나이트의 복합조직으로 하면서 페라이트의 크기를 20㎛이하로 하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다. 이 때, 페라이트의 미세화는, 열간압연시 강가공에 의한 오스테나이트 결정립미세화 뿐만 아니라, 탄화물(WC, VC)를 이용하여 냉각과정에서 발생하는 페라이트 결정립의 성장을 억제하는 것이다.According to the study of the present invention, in order to make the size of the old austenite 80㎛, it can be seen that it is important to make the size of the ferrite to 20㎛ or less while the microstructure of the base material as a composite structure of ferrite + bainite. At this time, the refinement of the ferrite is to suppress the growth of the ferrite grains generated in the cooling process by using carbides (WC, VC) as well as austenite grain refinement due to steel working during hot rolling.

[3] 용접열영향부의 미세조직[3] microstructure of weld heat affected zone

본 발명의 연구로 부터 밝혀진 사실은, 용접열영향부의 인성에는 모재가 1400℃이상으로 가열될 때 구오스테나이트 결정립 크기 뿐만 아니라, 구오스테나이트 결정입계에서 석출하는 페라이트의 양과 크기 및 그 형상이 중요한 영향을 미친다는 것이다. 즉, 용접열영향부의 인성을 고려할 때 페라이트의 양을 70%이상으로 하면서 그 크기가 20㎛이하로 하는 것이 중요하다. 특히, 오스테나이트 입내에서의 다각형(polygonal) 페라이트와 침상형 페라이트의 변태를 유도하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 이를 위해 AlN, Fe23(B,C)6석출물, BN의 석출물들을 이용한다.The fact of the present invention reveals that the toughness of the weld heat affected zone is important not only in the size of the austenite grains when the base material is heated above 1400 ° C, but also in the amount and size of the ferrite precipitated at the former austenite grain boundaries and its shape. It affects. That is, in consideration of the toughness of the weld heat affected zone, it is important that the amount of ferrite is 70% or more and the size is 20 μm or less. In particular, it is important to induce the transformation of polygonal ferrite and acicular ferrite in the austenite mouth. In the present invention, AlN, Fe 23 (B, C) 6 precipitates, BN precipitates are used for this purpose.

[4] 베이나이트 조직분율 제어[4] bainite tissue fraction control

본 발명자들은 열간압연공정에서 가속냉각속도를 제어(5∼20℃/sec)할 경우에 모재의 강도를 개선할 수 있는 베이나이트 조직분율을 손쉽게 제어할 수 있다는 것과 이때 용접열영향부의 물성은 모재의 미세조직 변화와는 무관하다는 사실을 확인하였다.The present inventors can easily control the bainite structure fraction which can improve the strength of the base metal when the accelerated cooling rate is controlled (5-20 ° C./sec) in the hot rolling process, and the properties of the weld heat affected zone are It was confirmed that it is not related to the microstructure change of.

이하, 본 발명을 강재와 그 제조방법으로 구분하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing the steel 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%.

C의 함량이 0.03% 미만인 경우에는 구조용 강으로서의 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 저온충격인성을 저하시키고, 또한 용접부의 경도 또는 강도를 증가시켜 인성열화 및 용접균열의 생성을 초래한다.If the content of 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 during transformation are transformed to lower the low temperature impact toughness of structural steel, and Increasing hardness or strength results in toughness degradation 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%.

Si의 함량이 0.01% 미만인 경우에는 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 Si content is less than 0.01%, the deoxidation effect of the molten steel is insufficient during steelmaking and the corrosion resistance of the steel is deteriorated. If the content of Si is more than 0.5%, the effect is saturated, and the degree of quenchability during cooling after rolling is increased. 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 탈산작용을 하고, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키는 유효한 원소이다. Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.4%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 Mn의 함유량이 2.0%를 초과하는 경우에는, 고용강화 효과보다는망간편석에 의한 조직불균질로 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다. 또한, 강의 응고시, 편석기구에 따라 거시편석 및 미시편석이 일어나 압연시 중심부에 중심편석대의 형성을 조장하여 모재의 중심부에 저온변태 조직을 생성시키는 원인으로 작용한다. 특히, 망간은 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이다.Mn is an effective element which deoxidizes in steel and improves weldability, hot workability, and strength. Mn forms a substituted solid solution in the matrix to strengthen the matrix to secure the strength and toughness. For this purpose, Mn is preferably added at least 0.4%. However, when the Mn content is more than 2.0%, it has a detrimental effect on the toughness of the weld heat affected zone due to tissue heterogeneity due to manganese segregation rather than a solid solution strengthening effect. In addition, when the steel solidifies, macro segregation and micro segregation occur depending on the segregation mechanism, which promotes the formation of a central segregation zone in the center of rolling, thereby causing a low temperature transformation structure in the center of the base metal. In particular, manganese is an element that precipitates in the form of MnS around the Ti-based oxide and affects the formation of acicular and polygonal ferrites effective for improving the toughness of the weld heat affected zone.

·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 탈산에 필요한 원소일 뿐만 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 필수불가결한 원소이다. 또한, Al은 산소와 반응하여 Al산화물을 형성하는 원소이므로, Ti가 산소와 반응하지 않고 미세 TiN석출물을 형성하도록 하기 위해서는 필요한 원소이다. 미세한 AlN석출물을 형성시키기 위해서는, 상기 Al을 0.0005%이상 첨가해야 하지만, 그 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 AlN을 석출시키고 남은 고용Al의 용접열영향부 냉각과정에서 인성에 취약한 위드만스테튼 페라이트(Widmanstatten ferrite) 및 도상 마텐사이트의 생성을 조장하여 대입열 용접열영향부의 인성을 저하시킨다.Al is not only an element necessary for deoxidation, but also an indispensable element for forming fine AlN precipitates in steel. In addition, Al is an element which reacts with oxygen to form an Al oxide, and thus is necessary for Ti to form fine TiN precipitates without reacting with oxygen. In order to form a fine AlN precipitate, the Al should be added 0.0005% or more, but if the content exceeds 0.1%, Weedman Stetten is vulnerable to toughness during the cooling of the welding heat affected zone of AlN precipitated and the remaining solid Al It promotes the production of ferrite (Widmanstatten ferrite) and phase martensite to lower the toughness of the high heat input welding heat affected zone.

·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 첨가하여야 하지만, 그 함량이 0.2%를 초과하면 용강중에서 조대한 TiN석출물 및 Ti산화물이 형성되어 용접열영향부 오스테나이트 결정립성장을 억제하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.Ti is indispensable in the present invention because it combines with N to form fine TiN precipitates that are stable at high temperatures. In order to obtain such a fine TiN precipitation effect, Ti should be added more than 0.005%, but when the content exceeds 0.2%, coarse TiN precipitate and Ti oxide are formed in molten steel, which does not inhibit austenite grain growth of the weld heat affected zone. It is not preferable because it is.

·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 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 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%, it is not preferable because the hardenability increases due to hardening and low temperature cracking of the weld heat affected zone.

·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 오스테나이트 결정립 성장을 최대로 억제시키고 TiN, AlN, BN, VN, NbN 등의 석출물양을 증가시킨다. 특히, TiN 및 AlN석출물의 크기 및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.008%이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, N의 함량이 0.03%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 용접열영향부내에 분포하는 고용질소량의 증가로 인해 인성을 저하시키며 용접시 희석에 따른 용접금속중에 혼입되어 용접금속의 인성저하를 초래한다.N is an indispensable element for forming TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc., and it suppresses austenite grain growth of welding heat affected zone at the time of high heat input welding and precipitates such as TiN, AlN, BN, VN, NbN Increase the amount. In particular, since the TiN and AlN precipitates have a remarkable effect on the size, precipitate interval, precipitate distribution, complex precipitation frequency with oxide, and high temperature stability of the precipitate itself, the content is preferably set to 0.008% or more. However, when the N content exceeds 0.03%, the effect is saturated, toughness is reduced due to the increase in the amount of solid solution nitrogen distributed in the weld heat affected zone, and it is mixed in the weld metal due to dilution during welding to reduce the toughness of the weld metal. Cause.

·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%.

W은 열간압연 이후 텅스텐 탄화물(WC)로 모재에 균일하게 석출되어 페라이트변태후 페라이트 결정립 성장을 효과적으로 억제하고, 또한 용접열영향부의 가열 초기 오스테나이트 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 첨가된 경우에는 그 효과가 포화되기 때문에 바람직하지 못하다.W is an element that uniformly precipitates in the base material as tungsten carbide (WC) after hot rolling to effectively suppress ferrite grain growth after ferrite transformation, and also suppress growth of austenite grains in the initial heating of the weld heat affected zone. If the content is less than 0.001%, the tungsten carbide for inhibiting ferrite grain growth is less distributed during the hot rolling and it is not preferable because 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. 모재인성, 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. 그런데, 황의 경우에는 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치기도 하므로, 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. However, in the case of sulfur, it precipitates in the form of MnS around the Ti-based oxide and thus affects the formation of needle-shaped and polygonal ferrites effective for improving the toughness of the weld heat affected zone. It is desirable to limit the amount from 0.003% to 0.03% or less.

·산소(O)는 0.005%이하로 하는 것이 바람직하다.Oxygen (O) is preferably at most 0.005%.

산소가 0.005% 초과하는 경우에는 Ti원소가 용강중에서 Ti산화물로 형성되어 TiN석출물을 형성하지 못하기 때문에 바람직하지 못하며, 또한, 조대한 Fe산화물 및 Al산화물 등과 같은 개재물이 형성되어 모재의 이성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하자 않다.When the oxygen content exceeds 0.005%, the Ti element is not preferable because the Ti element is formed of Ti oxide in molten steel and thus does not form a TiN precipitate. Also, inclusions such as coarse Fe oxide and Al oxide are formed, which is bad for the base metal. It is not desirable because it affects.

·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. 첫째, TiN석출물의 개수를 증가시키면서 균일하게 분포시킬 수 있는 것이다. 즉, 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 연주과정중 냉각과정에서 고용되어 있는 모든 Ti원자가 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출물이 좁은 간격으로 분포하게 되는 것이다. 둘째, 고온에서의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)이 작아서 상기 Ti의 재고용을 막을 수 있는 것이다. 즉, 고질소 환경에서 Ti은 고용되기 보다는 N와 결합하려는 성질이 강하므로, TiN 석출물이 고온에서 안정해진다. 그러나, Ti/N비가 1.2 미만으로 되면 모재의 고용질소량이 증가하여 용접열향부의 인성에 유해하기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Ti/N비가 2.5보다 높은 경우에는 제강과정인 용강중에서 조대한 TiN이 정출되어 TiN의 균일한 분포가 얻어지지 않으며, 또한 TiN으로 석출하지 않고 남은 잉여의 Ti이 고용상태로 존재하여 용접열영향부 인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.In the present invention, the Ti / N ratio is lowered to 2.5 or less, which has two advantages. First, it is possible to distribute uniformly while increasing the number of TiN precipitates. In other words, if the nitrogen content is increased at the same Ti content, all Ti atoms that are employed in the cooling process during the playing process are combined with the nitrogen atoms to distribute fine TiN precipitates at narrow intervals. Secondly, the solubility product showing stability at high temperature is small, thereby preventing re-use of the Ti. That is, in a high nitrogen environment, Ti has a stronger tendency to bind with N rather than solid solution, so that the TiN precipitate becomes stable at high temperature. However, when the Ti / N ratio is less than 1.2, it is not preferable because the amount of solid solution nitrogen in the base material increases, which is detrimental to the toughness of the weld heat-directed portion. 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. It is not preferable because it adversely affects the impact toughness.

·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 오스테나이트 결정입계에서 다각형의 페라이트 변태를 촉진하는 BN의 석출량이 불충분하며, N/B비가 40을 초과하는 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 which promotes the ferrite transformation of polygons at the austenite grain boundary during the cooling process after welding is insufficient, and when the N / B ratio exceeds 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 6.5미만인 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 14를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화된다. 한편, V이 첨가되는 경우에는, (Ti+2Al+4B+V)/N의 비를 7~17로 설정하는 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 in the grain and the polygonal ferrite The size and number of distributions of TiN, AlN, BN, and VN precipitates for formation and control of the tissue fraction are insufficient, and the effect is saturated when (Ti + 2Al + 4B) / N exceeds 14. On the other hand, when V is added, it is preferable to set the ratio of (Ti + 2Al + 4B + V) / N to 7-17.

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, V/N의 비는 0.3∼9로 하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to make ratio of V / N into 0.3-9.

본 발명에서 V/N비가 0.3미만인 경우에는 용접열영향부 인성개선을 위한 TiN+MnS석출물 경계에 석출하여 분포하는 적정 VN석출물 개수 및 크기를 확보하기 어렵다. 반면에, 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 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 at the TiN + MnS precipitate boundary for improving the toughness of the weld heat affected zone. On the other hand, when the V / N ratio exceeds 9, the weld heat influences because the size of the VN precipitates deposited at the TiN + MnS precipitate boundary is coarsened, and the number of VN precipitations deposited at the TiN + MnS composite precipitate boundary is reduced. Reduce the ferrite phase fraction effective for negative toughness.

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 의한 모재의 강도 및 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni이 0.1% 이상 첨가되어야 하지만, 그 함량이 3.0%를 초과하면 소입성을 증가시켜 용접열영향부의 인성을 저하시키고 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.Ni is an effective element for improving the strength and toughness of the base material by solid solution strengthening. To achieve this effect, Ni should be added more than 0.1%, but if the content exceeds 3.0%, the hardenability increases to decrease the toughness of the weld heat affected zone, and there is a possibility of high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. Because it is not desirable.

·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 고용강화로 인한 모재의 강도 및 인성확보에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Cu가 0.1% 이상 첨가되어야 하지만 그 함량이 1.5%를 초과하면 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 생성에도 영향을 미치므로, 그 함량을 0.3-1.5%로 하는 것이 바람직하다.Cu is an element that is effective at securing the strength and toughness of the base material due to solid solution at the base. In order to achieve this effect, Cu should be added more than 0.1%, but if the content exceeds 1.5%, it is desirable because it increases the hardenability in the weld heat affected zone and lowers the toughness and promotes high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. I can't. In particular, the Cu precipitates in the form of CuS around the Ti-based oxide together with sulfur, thereby affecting the formation of needle-shaped and polygonal ferrites, which are effective for improving the toughness of the weld heat affected zone, and thus 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%를 초과하는 경우, 소입성이 커져서 용접열영향부 인성 및 용접성에 악영향을 초래하기 때문이다.In addition, when adding Cu and Ni compositely, it is preferable to make these sum total less than 3.5%. The reason for this is that when it exceeds 3.5%, the hardenability becomes large, 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, 이러한 효과는 Nb함유량이 0.01%미만에서는 얻을 수 없다. 한편, 0.1%를 초과하면 조대한 NbC의 단독석출을 초래하여 모재의 인성에 유해하게 되므로 바람직하지 못하다.Nb is an effective element from the viewpoint of securing the base material strength, and this effect cannot be obtained when the Nb content is less than 0.01%. On the other hand, if it exceeds 0.1%, it causes undesired precipitation of coarse NbC, which is detrimental to the toughness of the base metal.

·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% 미만인 경우에는 강도를 얻을 수 없고, 1.0%를 초과하는 경우 모재 및 HAZ인성열화를 초래한다.Cr increases the hardenability and also improves the strength, when the content is less than 0.05%, strength cannot be obtained. If it exceeds 1.0%, the base metal and HAZ toughness deteriorate.

·몰리브덴(Mo)은 0.05-1.0%로 하는 것이 바람직하다.Molybdenum (Mo) is preferably 0.05-1.0%.

Mo은 소입성 증가 및 강도향상의 효과가 있는 원소로, 그 함량은 강도확보를 위해 0.05% 이상으로 설정하는 것이 바람직하지만, HAZ경화 및 용접저온균열을 억제하기 위해서는 Cr과 마찬가지로 그 상한을 1.0%로 하는 것이 바람직하다.Mo is an element that has an effect of increasing hardenability and improving strength. The content of Mo is preferably set to 0.05% or more for securing strength, but in order to suppress HAZ hardening and welding low temperature cracking, the upper limit thereof is 1.0%. It is preferable to set it as.

또한, 본 발명에서는 가열시에 오스테나이트의 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 grain growth of austenite during heating.

Ca 및 REM은 고온안정성이 우수한 산화물을 형성시켜 모재내에서 가열시 오스테나이트 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 austenite grain growth 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.

·강재의 미세조직· Microstructure of steel

본 발명에서 강재는 페라이트+베이나이트의 복합조직으로, 베이나이트의 조직분율은 30-80% 범위를 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 30%미만에서는 본 발명의 효과를 보이기 위한 적정 모재강도를 확보하기 어려우며, 80% 초과의 경우에는 모재인성을 확보하기 어렵기 때문이다.In the present invention, the steel is a composite structure of ferrite + bainite, the tissue fraction of bainite is preferably in the range of 30-80%. The reason is that less than 30% is difficult to secure the appropriate base material strength for showing the effect of the present invention, when the base material toughness is more than 80%.

그리고, 페라이트+베이나이트의 복합조직에서 페라이트 결정립 크기를 20㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 이는 페라이트의 결정립크기가 20㎛ 보다 클 경우 대입열 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 크기가 80㎛이상이 되어 용접열영향부 인성에 유해하기 때문이다.In the composite structure of ferrite + bainite, the ferrite grain size is preferably 20 µm or less. This is because when the grain size of the ferrite is larger than 20 μm, the austenite grain size of 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.

·석출물의 분포도Distribution of precipitates

용접열영향부의 구오스테나이트 결정립은, 모재의 오스테나이트 결정립 크기가 일정할 경우 모재에 분포하는 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 오스테나이트 결정립 성장 억제효과가 감소하기 때문에, 가열시 모재에 재고용되는 질화물들을 고려한 그 이상의 질화물들의 균일한 분포가 필요하다. 용접열영향부에서 오스테나이트의 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 해야 한다.The former austenite grains of the weld heat affected zone are greatly influenced by the size and number of nitrides distributed in the base metal and their distribution when the austenite grain size of the base material is constant. In addition, 30-40% of the nitrides distributed in the base material when the heat input welding is higher than the heat input temperature (above the heating temperature of 1400 ℃) are re-used as the base material, thereby reducing the austenite grain growth inhibiting effect of the welding heat affected zone. There is a need for a uniform distribution of further nitrides taking into account the nitrides that become. In order to suppress the growth of 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, Ti N의 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 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 효과가 미흡해지기 때문이며, 0.1㎛을 초과하는 경우에는 오스테나이트 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 오스테나이트 결정립 크기를 임계치인 80㎛이하로 제어하기가 어렵다.In addition, it is preferable to limit the particle diameter and the critical number of Ti N 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 the high heat input welding, so that the effect of inhibiting the growth of the austenite grains is insufficient. If the thickness exceeds 0.1 μm, pinning of the 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 austenite grains of the weld heat-affected zone at the time of welding higher than the heat input to be less than or equal to the threshold of 80 μm.

[용접 구조용 강재의 제조방법][Method of manufacturing welded structural steel]

·정련(탈산, 탈가스)공정Refining (Deoxidation, Degassing) Process

일반적으로 강의 정련공정은 전로에서 1차정련한 다음, 전로의 용강을 래들로 출강하여 2차정련하는 노외정련으로 구성되는데, 용접구조용 강재와 같이 후물재에서는 노외정련 다음에 탈가스처리(RH공정)를 행한다. 보통 탈산은 1차 정련과 2차정련 사이에서 이루어진다.In general, the steel refining process consists of an out-of-furnace refining process after the first refining of the converter and the second refining of the molten steel of the converter by ladle. ). Usually deoxidation takes place between primary and secondary refining.

본 발명은, 이러한 탈산공정에서 용존산소를 적정수준 이하로 조절한 다음 Ti를 첨가함으로써, Ti를 산화물로 형성하지 않고 용강중에 대부분 고용되도록 한다는 점에 있다. 이를 위해서는 Ti보다 탈산력이 큰 원소를 Ti투입전에 투입하여 탈산하는 것이 바람직하다. 탈산제의 탈산력은 아래와 같다.In the present invention, the dissolved oxygen is adjusted to below an appropriate level in such a deoxidation process, and then Ti is added so that most of the solution is dissolved in molten steel without forming Ti as an oxide. For this purpose, it is preferable to inject and deoxidize an element having a greater deoxidizing power than Ti before adding Ti. 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

용존산소량은 산화물의 생성거동에 따라 크게 영향을 받는데, 산소와의 친화력이 큰 탈산제 일수록 용강중 산소와 결합하는 속도가 매우 빠르다. 따라서, Ti을 첨가하기 전에 이 보다 탈산력이 큰 원소를 이용하여 탈산을 행하면, Ti이 산화물을 형성하는 것을 최대한 방지할 수 있는 것이다. 물론, Ti보다 탈산력이 큰 원소(Al)를 투입하기 전에, 강의 5대원소인 Mn, Si 등을 투입하여 탈산하고, 이어서 Al을 투입하여 탈산하면, 탈산제의 투입량을 줄일 수 있어 바람직하다.The amount of dissolved oxygen is greatly influenced by the formation behavior of the oxide, and the deoxidizer having a high affinity with oxygen has a very high rate of bonding with oxygen in the molten steel. Therefore, if deoxidation is performed using an element having a greater deoxidizing power before adding Ti, it is possible to prevent Ti from forming an oxide as much as possible. Of course, before the addition of the element (Al), which has a greater deoxidizing power than Ti, by adding and deoxidizing Mn, Si and the like, which are the five major elements of steel, and then deoxidizing by adding Al, the amount of deoxidizer added is preferable.

한편, 용강중에서 개재물의 부상분리는 일반적으로 다음과 같은 순서로 진행된다고 알려져 있다. (용강중에서 탈산원소의 용해)→(개재물이 핵생성)→(개재물의 성장)→(개재물간의 충돌 등에 의한 계속적인 성장과 부상)→(용강표면에서의 슬래그로의 흡수제거) 즉, 개재물의 종류에 따라 각 단계의 진행속도가 달라지기 때문에, 강탈산원소를 이용하여 탈산하면 보다 쉽게 용존산소량 낮출 수 있다.On the other hand, floating separation of inclusions in molten steel is generally known to proceed in the following order. (Dissolution of deoxygenation element in molten steel) → (Involvement of nucleation) → (Growth of inclusions) → (Continuous growth and injury due to collisions between inclusions) → (Removal of slag from slag on molten steel surface) Since the speed of each step varies depending on the type, deoxidation using a strong deoxidation element can lower the dissolved oxygen amount more easily.

본 발명에서는 Ti의 투입전에 강탈산원소를 투입하여 용존산소량을 가능한 낮게 하는데, 용강중에 고용되어 있는 Ti량을 극대화시키기 위해서는 적어도 30ppm이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 용존산소량이 30ppm를 초과하면 Ti첨가시 용강중의 산소와 Ti이 결합하여 Ti산화물이 형성되기 쉬워 고용Ti량이 감소하기 때문이다.In the present invention, the amount of dissolved oxygen is added as low as possible by injecting a strong deoxidation element before the introduction of Ti, and in order to maximize the amount of Ti dissolved in molten steel, it is preferable to set it as at least 30 ppm or less. The reason for this is that when the dissolved oxygen amount exceeds 30 ppm, the oxygen in the molten steel and Ti are combined to form Ti oxide easily when Ti is added, and the amount of solid solution Ti decreases.

한편, 제강에서 널리 쓰이는 '스토크(stoke)법칙'에 따르면, 개재물의 밀도가 클수록 개재물 부상은 어려워지는데, 제강과정의 탈산과정중 형성되는 개재물은 매우 복잡한 구상형태를 띠고 있어 개재물에 비해 밀도가 크고 부상이 어렵다. 이에 따라 강중에 개재물이 증가하게 되므로, 밀도가 큰 개재물을 형성하는 탈산원소를 투입하는 것이 산화물 분포에 따른 부가적 잇점로 활용할 수 있으나, 본 발명에 있어서 개재물의 밀도차이에 의한 영향은, 본 발명의 효과에 아무런 영향을 미치지 않는다.On the other hand, according to the 'Stoke Law' widely used in steelmaking, the higher the density of inclusions, the more difficult the inclusions are. Injuries are difficult As the inclusions increase in the steel, the addition of a deoxidation element forming a high density inclusion may be used as an additional advantage according to the distribution of oxides. Has no effect on the effect.

본 발명에 따라 용존산소량을 조정한 다음, Ti을 10분이내에 첨가하여 그 함량이 0.005-0.2%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 만일, 탈산후 용강중에 Ti이 0.005%미만 함유되어 있으면, 주조과정에서 미세한 TiN을 다량 형성시키기 어렵고, 0.2%보다 많이 함유되어 있으면 그 효과가 포화되고 TiN이 조대화되어 오스테나이트 결정립 억제효과를 기대하기 어렵다. 또한 Ti의 첨가를 10분이내로 하는 이유는, Ti투입후 시간이 경과할수록 Ti산화물이 생성되어 고용 Ti량이 감소하기 때문이다. 정련공정에서 진공탈가스처리('RH')가 행해지는 경우에는, Ti의 첨가을 진공탈가스 처리 전 또는 그 후의 어디에서도 가능하다.After adjusting the amount of dissolved oxygen according to the present invention, it is preferable to add Ti within 10 minutes so that the content is 0.005-0.2%. If less than 0.005% of Ti is contained in the molten steel after deoxidation, it is difficult to form a large amount of fine TiN in the casting process, and if it contains more than 0.2%, the effect is saturated and the TiN is coarsened to expect the austenite grain suppression effect. Difficult to do The reason for adding Ti within 10 minutes is that Ti oxide is generated and the amount of solid solution Ti decreases as the time after Ti is added. In the case where the vacuum degassing treatment ('RH') is performed in the refining process, the addition of Ti can be performed either before or after the vacuum degassing treatment.

·주조공정Casting process

본 발명에서는 상기와 같이 정련처리한 용강을 연속주조하여 슬라브로 만든다. 연속주조는 고질소강에서 주편표면크랙의 발생 가능성이 높다는 점을 고려하여 저속으로 주조하고 2차냉각대에서 약냉조건을 부여하는 것이 생산성 향상측면에서 바람직하다. 2차냉각대에서 냉각조건은 TiN석출물의 미세화와 균일한 분포에도 영향을 미치는 중요한 인자이다.In the present invention, the molten steel refined as described above is continuously cast into slabs. Continuous casting is preferable from the viewpoint of productivity improvement by casting at low speed and giving a weak cooling condition in the secondary cooling zone in consideration of the high possibility of occurrence of cast surface cracks in high nitrogen steel. Cooling conditions in the secondary cooling zone are important factors affecting the refinement and uniform distribution of TiN precipitates.

본 발명의 연구에 따르면, 연속주조속도는 통상적인 주조속도인 약 1.2m/min 보다 저속인 1.1m/min이하 보다 바람직하게는 약 0.9∼1.1m/min으로 하는 것이다. 그 이유는 주조속도가 0.9m/min미만의 경우에 주편표면크랙에는 유리하나 생산성이떨어지며, 1.1m/min 보다 빠르면 주편표면크랙 발생가능성이 높다.According to the study of the present invention, the continuous casting speed is less than 1.1 m / min, more preferably about 0.9 to 1.1 m / min, which is lower than the usual casting speed of about 1.2 m / min. The reason is that when the casting speed is less than 0.9m / min, the surface cracks are advantageous, but the productivity is lowered.

또한, 2차냉각대에서 비수량은 가능한 약냉 즉, 0.3∼0.35ℓ/kg으로 하는 것이 좋다. 비수량이 0.3ℓ/kg 미만의 경우 TiN석출물의 조대화로 본 발명의 효과를 보이기 위한 TiN의 적정 크기 및 개수를 제어하기 어렵다. 또한, 비수량이 0.35ℓ/kg를 초과할 경우 TiN 석출물의 석출빈도수가 적어 본 발명의 효과를 보이기 위한 TiN석출물 개수, 크기 등을 제어하기 어렵다.In the secondary cooling zone, the specific water amount is preferably as low as possible, that is, 0.3 to 0.35 l / kg. When the specific amount is less than 0.3 L / kg, it is difficult to control the proper size and number of TiN for showing the effect of the present invention by coarsening TiN precipitates. In addition, when the specific water content exceeds 0.35L / kg, the precipitation frequency of the TiN precipitates is small, and it is difficult to control the number, size, and the like of TiN precipitates for showing the effects of the present invention.

·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.

열간압연시 오스테나이트 결정립크기는 재가열로에서의 온도와 시간 그리고, 압연량 등에 영향을 받는데, 이 오스테나이트의 결정립크기는 소입성에 영향을 미치므로 이를 제어하면 원하는 베이나이트 분율을 얻을 수 있다. 베이나이트 분율을 높이고자 하는 경우에는 오스테나이트의 결정립크기를 10㎛이상으로 하는 것이 권장되나, 오스테나이트 결정립크기가 50㎛ 보다 커지게 되면 변태시 소입성이 너무 커져서 마르텐사이트 변태가 일어날 가능성이 높다.In hot rolling, the austenite grain size is affected by the temperature, time in the reheating furnace, and the rolling amount. The grain size of the austenite affects the quenchability, so that the desired bainite fraction can be obtained by controlling it. In order to increase the bainite fraction, it is recommended to set the austenite grain size to 10 μm or more.However, if the austenite grain size becomes larger than 50 μm, the hardenability becomes too large during transformation, which may cause martensite transformation. .

본 발명에서 열간압연후에는 베이나이트 변태 종료온도±10℃까지 5-20℃/sec의 범위로 냉각속도를 제한하는 이유는 다음과 같다. 본 발명강의 상 변태는 베이나이트 변태 종료온도±10℃ 이내 구간에서 발생하기 때문에 이 구간까지는 냉각속도를 제어해야 한다. 가속냉각속도가 5℃/sec미만의 경우에는 본 발명의 효과를 보이기 위한 베이나이트 상분율 확보가 어려우며, 20℃/sec초과의 경우에는 마르텐사이트 상분율이 증가하여 모재 인성에 유해하다.After hot rolling in the present invention, the reason for limiting the cooling rate in the range of 5-20 ° C / sec to bainite transformation end temperature ± 10 ° C is as follows. The phase transformation of the present invention steel occurs in a section within the bainite transformation end temperature ± 10 ℃, the cooling rate must be controlled up to this section. If the accelerated cooling rate is less than 5 ° C / sec it is difficult to secure the bainite phase fraction for showing the effect of the present invention, and in the case of more than 20 ° C / sec martensite phase ratio increases to be harmful to the base material toughness.

본 발명에서 강의 주조는 연속주조 또는 금형주조에 의해 스라브를 제조할 수 있다. 이때 냉각속도가 빠르면 석출물을 미세분산시키기 유리하므로 냉각속도가 빠른 연속주조가 바람직하다. 또한 같은 이유로 스라브는 두께가 얇은편이 유리하다. 그리고, 열간압연공정에서 사용자 용도에 따라 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. 그러나, 이와 같이 공지의 기술들을 본 발명에 적용하더라도 이는 본 발명의 단순한 변경으로서 실질적으로 본 발명의 기술사상의 범위내라고 해석하는 것은 당연하다.Casting of the steel in the present invention can be produced by slab by continuous casting or mold casting. In this case, if the cooling rate is fast, it is advantageous to finely disperse the precipitates, and thus, continuous casting having a high cooling rate is preferable. For the same reason, the slab is advantageously thinner. In addition, in the hot rolling process, hot charge rolling and direct rolling may be applied according to a user's use, and various known technologies such as control rolling and control cooling may be applied. In addition, heat treatment may be applied to improve the mechanical properties of the hot rolled sheet produced according to the present invention. However, even if the well-known techniques are applied to the present invention, it is natural that they are interpreted to be substantially within the technical scope of the present invention as a simple change of the present invention.

[용접구조물][Welding Structure]

상기 본 발명에 따라 제공되는 용접구조용 강재는, 30∼80%의 베이나이트+20㎛이하의 결정립을 갖는 페라이트 복합조직으로, TiN의 석출물이 0.01-0.1㎛의 크기로 1mm2당 1.0x107개 이상 분포되어 있고 그 간격은 0.5㎛이하이다.The welded structural steel provided according to the present invention is a ferrite composite structure having a grain size of 30 to 80% bainite + 20 µm or less, and a precipitate of TiN is 1.0x10 7 per 1 mm 2 having a size of 0.01-0.1 µm. It is ideally distributed and its interval is 0.5 탆 or less.

이러한 강재에 용접을 적용하면 용접열영향부에 구오스테나이트의 결정립크기가 80㎛이하가 된다. 상기 구오스테나이트의 결정립크기가 80㎛이상인 경우에는 소입성증가에 따른 저온조직(마르텐사이트 또는 업퍼(upper) 베이나이트)의 생성이용이하여 용접열영향부 인성에 유해하고, 또한 오스테나이트 결정입계에서 상이한 핵생성자리를 갖는 페라이트가 생성된다하더라도 페라이트가 입성장시 합체되어 인성에 유해한 영향을 미친다. 따라서, 본 발명의 효과를 보이기 위한 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 임계크기는 80㎛이하로 반드시 제어되어야 한다.When welding is applied to such steels, the grain size of the old austenite becomes 80 µm or less in the weld heat affected zone. When the grain size of the former austenite is 80 μm or more, it is easy to form and use low temperature structure (martensite or upper bainite) due to the increase in hardenability, which is harmful to the toughness of the weld heat affected zone and also to the austenite grain boundary. Even if ferrites with different nucleation sites are produced at, ferrites coalesce on grain growth and have a detrimental effect on toughness. Therefore, the critical size of the austenite grain size of the weld heat affected zone for showing the effect of the present invention must be controlled to 80㎛ or less.

상기와 같이 대입열용접이 적용되어 급냉되면, 열영향부의 미세조직은 크기가 20㎛이하인 페라이트가 70%이상의 상분율을 갖게 된다. 상기 페라이트의 결정립크기가 20㎛ 보다 클 경우에는 용접열영향부 인성에 유해한 사이트 플래이트형(side plate, 또는 allotriomorphs)의 페라이트 분율이 증가하게 된다. 또한 인성개선을 위해서는 페라이트의 상분율을 70% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 페라이트는 다각형 페라이트와 침상형 페라이트의 특성을 가질 때, 인성에 보다 유리하다. 이는 본 발명에 따라 결정입계 및 입내에서 BN, Fe탄붕화물을 형성하여 유도할 수 있다.When the high heat input welding is applied and quenched as described above, the microstructure of the heat-affected portion has a phase ratio of 70% or more of ferrite having a size of 20 μm or less. When the grain size of the ferrite is larger than 20 μm, the ferrite fraction of the side plate or allotriomorphs harmful to the weld heat affected zone toughness increases. In addition, in order to improve toughness, the ferrite phase ratio is preferably 70% or more. The ferrite of the present invention is more advantageous for toughness when it has the characteristics of polygonal ferrite and acicular ferrite. This can be induced by forming BN, Fe carbide boride in the grain boundary and in the mouth according to the present invention.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[실시예]EXAMPLE

표 1과 같은 성분 조성을 갖는 강슬라브를 만들기 위해 표 1에서 Ti의 성분을 제외하고 다른 성분은 일치하는 발명강을 시료로 하여 전로에서 용해한 다음, 표 2의 조건으로 Mn→Si으로 약탈산하고, 이어 Al으로 강탈산하여 용존산소량을 조절한 다음 Ti을 첨가하여 Ti의 농도를 표 1과 같이 조절하고 용강을 일정시간 유지하고, 주조하여 주괴로 만들고 이를 냉각속도를 조절하여 슬라브로 제조한 다음, 표 4의 조건으로 열연판으로 제조하였다.In order to make the steel slab with the composition of the composition as shown in Table 1, except for the component of Ti in Table 1, other components were dissolved in the converter using a sample of the same invention steel, then decanted from Mn to Si under the conditions of Table 2, Then, deoxidized with Al to adjust the dissolved oxygen amount, and then added Ti to adjust the concentration of Ti as shown in Table 1, maintaining molten steel for a certain time, casting it to an ingot, and adjusting the cooling rate to produce slabs, It was prepared as a hot rolled sheet under the conditions of Table 4.

상기와 같이 열간압연된 판재들로부터 모재의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 압연재의 판두께 중앙부에서 채취하였으며 인장시험편은 압연방향, 그리고 샤피(Charpy)충격편은 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 piece 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 후 He gas를 이용하여 급냉시켰다. 급냉시킨 시험편을 연마하고 부식하여 최고가열온도조건에서의 오스테나이트 결정입도는 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). It was then quenched using He gas. The quenched specimens were polished 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 TiN 석출물 크기와 갯수 그리고 간격은 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 이때 피검면은 100mm2을 기준으로 하여 평가하였다. 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 후 시험편 표면을 연마한 후 충격시험편으로 가공하여 -40℃에서 샤피충격시험을 통하여 평가하였다.TiN precipitate size, number, and spacing, 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 . 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 and processed into an impact test piece, and evaluated through a Charpy impact test at -40 ° C.

본 발명의 효과를 보이기 위한 합금원소 구성비Alloy element composition ratio for showing the effect of the present invention Ti/NTi / N N/BN / B Al/NAl / N V/NV / N (Ti+2Al+4B+V)/N(Ti + 2Al + 4B + V) / N 발명강1Inventive Steel 1 1.21.2 17.117.1 3.33.3 0.80.8 8.98.9 발명강2Inventive Steel 2 1.81.8 28.028.0 2.52.5 0.40.4 7.37.3 발명강3Invention Steel 3 1.41.4 36.736.7 5.55.5 1.81.8 14.214.2 발명강4Inventive Steel 4 2.52.5 16.016.0 2.52.5 6.36.3 14.014.0 발명강5Inventive Steel 5 1.71.7 20.020.0 3.03.0 1.71.7 9.59.5 발명강6Inventive Steel 6 2.02.0 10.010.0 2.52.5 9.09.0 16.416.4 발명강7Inventive Steel 7 1.31.3 14.414.4 3.53.5 1.71.7 10.310.3 발명강8Inventive Steel 8 1.51.5 12.012.0 5.05.0 0.80.8 12.712.7 발명강9Inventive Steel 9 2.22.2 22.522.5 2.82.8 2.22.2 10.210.2 발명강10Inventive Steel 10 2.52.5 16.716.7 4.54.5 2.02.0 13.713.7 발명강11Inventive Steel 11 1.41.4 12.012.0 3.83.8 -- 9.39.3 종래강1Conventional Steel 1 4.14.1 13.813.8 0.60.6 -- 5.75.7 종래강2Conventional Steel 2 2.52.5 96.096.0 0.80.8 -- 4.04.0 종래강3Conventional Steel 3 0.80.8 105.8105.8 0.40.4 -- 1.51.5 종래강4Conventional Steel 4 4.14.1 4.04.0 0.80.8 8.88.8 15.515.5 종래강5Conventional Steel 5 6.56.5 4.04.0 1.11.1 18.518.5 28.128.1 종래강6Conventional Steel 6 3.23.2 2.62.6 0.40.4 16.116.1 21.621.6 종래강7Conventional Steel 7 1.01.0 9.99.9 2.52.5 -- 6.56.5 종래강8Conventional Steel 8 1.21.2 14.314.3 0.40.4 -- 2.22.2 종래강9Conventional Steel 9 0.80.8 9.19.1 2.12.1 3.93.9 9.29.2 종래강10Conventional Steel 10 0.60.6 9.59.5 3.23.2 1.51.5 8.98.9 종래강11Conventional Steel 11 5.55.5 12.712.7 3.43.4 7.87.8 20.320.3

사용강종Steel grade used 구분division 1차탈산순서Primary deoxidation sequence 2차탈산Al첨가후용존산소량(ppm)Dissolved oxygen content after addition of secondary deacidification (ppm) 탈산종료후 Ti첨가량(%)Ti addition after finishing deoxidation (%) 주조속도(m/min)Casting speed (m / min) 2차냉각대에서의 비수량(ℓ/kg)Specific water volume in the secondary cooling stand (ℓ / kg) 발명강1Inventive Steel 1 발명재1Invention 1 Mn→SiMn → Si 2222 0.0160.016 0.950.95 0.350.35 발명강2Inventive Steel 2 발명재2Invention 2 Mn→SiMn → Si 2121 0.0530.053 0.980.98 0.320.32 발명강3Invention Steel 3 발명재3Invention 3 Mn→SiMn → Si 2020 0.0160.016 1.021.02 0.320.32 발명강4Inventive Steel 4 발명재4Invention 4 Mn→SiMn → Si 2323 0.0220.022 0.980.98 0.350.35 발명강5Inventive Steel 5 발명재5Invention 5 Mn→SiMn → Si 2121 0.0530.053 1.041.04 0.320.32 발명강6Inventive Steel 6 발명재6Invention 6 Mn→SiMn → Si 2424 0.0210.021 1.051.05 0.350.35 발명강7Inventive Steel 7 발명재7Invention 7 Mn→SiMn → Si 2121 0.0170.017 1.051.05 0.380.38 발명강8Inventive Steel 8 발명재8Invention Material 8 Mn→SiMn → Si 2222 0.0190.019 1.041.04 0.340.34 발명강9Inventive Steel 9 발명재9Invention Material 9 Mn→SiMn → Si 1818 0.0220.022 0.990.99 0.350.35 발명강10Inventive Steel 10 발명재10Invention 10 Mn→SiMn → Si 2121 0.0260.026 1.041.04 0.350.35 발명강11Inventive Steel 11 발명재11Invention 11 Mn→SiMn → Si 1919 0.0210.021 1.021.02 0.320.32 종래강의 정련조건은 그 명세서에 구체적으로 기재되어 있지 않음Refining conditions of conventional steels are not specifically described in the specification.

사용강종Steel grade used 구분division 스라브가열온도(℃)Slab heating temperature (℃) 스라브가열시간(min)Slab heating time (min) 압연개시온도(℃)Rolling Start Temperature (℃) 압연종료온도(℃)Rolling end temperature (℃) 압하량(%)Rolling amount (%) 재결정역에서의 압하량(%)Rolling amount at recrystallization station (%) 냉각속도(℃/sec)Cooling rate (℃ / sec) 냉각종료온도(℃)Cooling end temperature (℃) 발명재1Invention 1 발명예1Inventive Example 1 11501150 160160 10101010 780780 8585 5555 77 450450 발명예2Inventive Example 2 12001200 130130 10001000 790790 8585 5555 1515 450450 발명예3Inventive Example 3 12501250 100100 11201120 780780 8585 5555 2020 440440 비교예1Comparative Example 1 10001000 6060 950950 780780 8585 5555 1515 450450 비교예2Comparative Example 2 14001400 350350 12001200 860860 8585 5555 1616 440440 발명재2Invention 2 발명예4Inventive Example 4 12101210 130130 10201020 810810 8080 5050 1616 450450 발명재3Invention 3 발명예5Inventive Example 5 12201220 130130 10201020 800800 8080 5050 1717 450450 비교예3Comparative Example 3 12001200 120120 10101010 810810 8080 5050 1One 상온Room temperature 비교예4Comparative Example 4 12101210 130130 10101010 800800 8080 4545 3535 상온Room temperature 발명재4Invention 4 발명예6Inventive Example 6 11901190 140140 10101010 820820 8080 5050 1515 430430 발명재5Invention 5 발명예7Inventive Example 7 11801180 150150 10301030 780780 8080 5050 1515 450450 발명재6Invention 6 발명예8Inventive Example 8 11851185 150150 10001000 780780 8080 5050 1818 430430 발명재7Invention 7 발명예9Inventive Example 9 12151215 120120 10201020 790790 8080 5050 1616 430430 발명재8Invention Material 8 발명예10Inventive Example 10 12001200 120120 10101010 780780 7575 4545 1212 430430 발명재9Invention Material 9 발명예11Inventive Example 11 12101210 120120 10201020 820820 7575 4545 1414 430430 발명재10Invention 10 발명예12Inventive Example 12 12101210 110110 10001000 800800 8080 5050 1616 450450 발명재11Invention 11 발명예13Inventive Example 13 12201220 110110 10101010 810810 7575 4545 1414 450450 종래강11Conventional Steel 11 12001200 -- Ar3이상Ar 3 or higher 960960 8080 방냉Cooling 종래강(1-10)의 제조조건은 구체적으로 제시되어 있지 않음Manufacturing conditions of conventional steel (1-10) are not specifically presented

구분division 모재 석출물 특성Base material precipitate characteristics 모재 기계적 성질 및 조직 특성Base material mechanical and tissue properties 석출물 개수(개/mm2)Number of precipitates (pcs / mm 2 ) 석출물 크기(nm)Precipitate size (nm) 평균 석출물간격(㎛)Average precipitate interval (㎛) 두께(mm)Thickness (mm) 항복강도(MPa)Yield strength (MPa) 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) 베이나이트 분율(%)Bainite fraction (%) -40℃충격인성(J)-40 ℃ impact toughness (J) 발명예1Inventive Example 1 2.6X108 2.6 X 10 8 1717 0.250.25 2525 582582 752752 21.421.4 3838 252252 발명예2Inventive Example 2 3.2X108 3.2 X 10 8 1313 0.350.35 2525 596596 768768 22.222.2 3838 234234 발명예3Inventive Example 3 2.4X108 2.4 X 10 8 1212 0.350.35 2525 586586 761761 20.420.4 3939 225225 비교예1Comparative Example 1 2.2X106 2.2 X 10 6 117117 1.371.37 2525 592592 768768 35.035.0 1010 228228 비교예2Comparative Example 2 2.3X105 2.3 X 10 5 158158 2.752.75 2525 585585 772772 12.312.3 1515 236236 발명예4Inventive Example 4 3.4X108 3.4 X 10 8 1818 0.320.32 3030 596596 768768 20.220.2 40.240.2 220220 발명예5Inventive Example 5 2.6X108 2.6 X 10 8 1717 0.300.30 3030 586586 769769 19.819.8 43.043.0 215215 비교예3Comparative Example 3 3.2X108 3.2 X 10 8 1818 0.370.37 3030 396396 468468 35.035.0 55 328328 비교예4Comparative Example 4 3.2X108 3.2 X 10 8 1919 0.360.36 3030 678678 872872 16.516.5 14.014.0 9898 발명예6Inventive Example 6 3.3X108 3.3 X 10 8 1515 0.280.28 3030 582582 771771 20.420.4 42.642.6 262262 발명예7Inventive Example 7 4.5X108 4.5 X 10 8 2121 0.260.26 3535 587587 782782 21.221.2 40.540.5 228228 발명예8Inventive Example 8 4.3X108 4.3X10 8 1717 0.310.31 3535 612612 768768 18.918.9 42.142.1 235235 발명예9Inventive Example 9 5.4X108 5.4 X 10 8 1616 0.300.30 3535 599599 785785 18.518.5 43.143.1 220220 발명예10Inventive Example 10 5.5X108 5.5X10 8 2020 0.250.25 3535 624624 783783 19.519.5 42.042.0 236236 발명예11Inventive Example 11 3.4X108 3.4 X 10 8 1818 0.270.27 4040 630630 769769 20.120.1 42.542.5 251251 발명예12Inventive Example 12 3.2X108 3.2 X 10 8 1616 0.310.31 4040 625625 775775 20.420.4 43.243.2 223223 발명예13Inventive Example 13 2.8X108 2.8X10 8 1919 0.350.35 4040 638638 784784 20.120.1 42.142.1 220220 종래강1Conventional Steel 1 3535 406406 438438 -- 종래강2Conventional Steel 2 3535 405405 441441 -- 종래강3Conventional Steel 3 2525 681681 629629 -- 종래강4Conventional Steel 4 MgO-TiN의 석출물 3.03×106개/mm2 Precipitates of MgO-TiN 3.03 × 10 6 pcs / mm 2 4040 472472 609609 3232 종래강5Conventional Steel 5 MgO-TiN의 석출물 4.07×106개/mm2 Precipitates of MgO-TiN 4.07 × 10 6 pcs / mm 2 4040 494494 622622 3232 종래강6Conventional Steel 6 MgO-TiN의 석출물 2.80×106개/mm2 Precipitates of MgO-TiN 2.80 × 10 6 pcs / mm 2 5050 812812 912912 2828 종래강7Conventional Steel 7 2525 475475 532532 -- 종래강8Conventional Steel 8 5050 504504 601601 -- 종래강9Conventional Steel 9 6060 526526 648648 -- 종래강10Conventional Steel 10 6060 760760 829829 -- 종래강11Conventional Steel 11 0.2㎛이하 11.1×103 0.2μm or less 11.1 × 10 3 5050 401401 514514 18.318.3

표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 열간압연재는 베이나이트+페라이트의 복합조직을 가지면서, 석출물(Ti계 질화물)의 개수는 종래재의 경우 보다 석출물이 상당히 미세하고 개수 또한 현저히 증가되었음을 잘 알 수 있다.As shown in Table 5, the hot rolled material produced by the present invention has a composite structure of bainite + ferrite, and the number of precipitates (Ti-based nitrides) was significantly finer and the number of precipitates was significantly increased than that of the conventional materials. I can see it well.

구분division 용접열영향부 오스테나이트결정립 크기(㎛)Austenitic grain size of welding heat affected zone (㎛) 100kJ/cm 입열량의용접열영향부 미세조직Microstructure of welding heat affected zone with 100kJ / cm heat input 재현 용접열영향부-40℃ 충격 인성(J)(최고가열온도:1400℃)Reproduction Weld Heat Affected Zone -40 ℃ Impact Toughness (J) (Maximum Heating Temperature: 1400 ℃) 1200℃1200 ℃ 1300℃1300 ℃ 1400℃1400 ℃ 페라이트상분율(%)Ferrite Percentage (%) 페라이트 평균 결정립 크기(㎛)Ferrite Average Grain Size (μm) Δt800-500=60초Δt 800-500 = 60 seconds Δt800-500=120초Δt 800-500 = 120 seconds Δt800-500=180초Δt 800-500 = 180 seconds 충격인성(J)Impact Toughness (J) 천이온도(℃)Transition temperature (℃) 충격인성(J)Impact Toughness (J) 천이온도(℃)Transition temperature (℃) 충격인성(J)Impact Toughness (J) 천이온도(℃)Transition temperature (℃) 발명예1Inventive Example 1 2222 3535 5555 7676 1919 374374 -75-75 332332 -66-66 290290 -60-60 발명예2Inventive Example 2 2121 3434 5454 7878 1818 385385 -78-78 351351 -69-69 304304 -62-62 발명예3Inventive Example 3 2222 3636 5555 8282 1919 362362 -73-73 334334 -65-65 297297 -61-61 비교예1Comparative Example 1 5656 8383 187187 3434 4545 125125 -41-41 4646 -34-34 2424 -28-28 비교예2Comparative Example 2 6868 9595 192192 2323 4444 105105 -45-45 3232 -32-32 1919 -25-25 발명예4Inventive Example 4 2323 3838 6464 7575 2020 354354 -70-70 328328 -65-65 287287 -59-59 발명예5Inventive Example 5 2525 4242 5656 7979 1818 365365 -72-72 334334 -66-66 299299 -60-60 비교예3Comparative Example 3 5252 7878 135135 4444 2828 181181 -46-46 8787 -32-32 5656 -28-28 비교예4Comparative Example 4 4747 7272 127127 5252 3030 151151 -45-45 8080 -34-34 6262 -26-26 발명예6Inventive Example 6 2424 3838 5454 7474 1818 385385 -75-75 354354 -69-69 306306 -62-62 발명예7Inventive Example 7 2323 3737 5353 7878 1818 363363 -72-72 337337 -67-67 294294 -60-60 발명예8Inventive Example 8 2626 3434 5454 8383 1919 365365 -73-73 339339 -67-67 293293 -60-60 발명예9Inventive Example 9 2626 3535 5454 7676 1818 363363 -73-73 330330 -64-64 287287 -59-59 발명예10Inventive Example 10 2525 3636 5555 7878 1818 383383 -72-72 345345 -65-65 298298 -61-61 발명예11Inventive Example 11 2323 3737 6464 7777 1818 356356 -71-71 328328 -64-64 285285 -59-59 발명예12Inventive Example 12 2424 3838 6565 8181 1717 354354 -71-71 321321 -64-64 276276 -58-58 발명예13Inventive Example 13 2323 3636 6464 8080 1919 358358 -72-72 320320 -65-65 378378 -59-59 종래강1Conventional Steel 1 -58-58 종래강2Conventional Steel 2 -55-55 종래강3Conventional Steel 3 -54-54 종래강4Conventional Steel 4 230230 9393 132(0℃)132 (0 ℃) 종래강5Conventional Steel 5 180180 8787 129(0℃)129 (0 ℃) 종래강6Conventional Steel 6 250250 4747 60(0℃)60 (0 degrees Celsius) 종래강7Conventional Steel 7 -60-60 -61-61 종래강8Conventional Steel 8 -59-59 -48-48 종래강9Conventional Steel 9 -54-54 -42-42 종래강10Conventional Steel 10 -57-57 -45-45 종래강11Conventional Steel 11 219(0℃)219 (0 ℃)

표 6에 나타낸 바와 같이, 최고가열온도 1400℃에서의 용접열영향부 오스테나이트 결정립 크기를 보면, 본 발명예의 경우 54-64㎛의 범위를 갖는 반면, 종래재(4-6)의 경우 약 180㎛이상의 범위를 갖는 것으로 나타나 본 발명예들이 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 억제 효과가 매우 우수한 것임을 잘 알 수 있다. 또한 발명재의 경우 800-500℃의 냉각시간이 각각 180초인 대입열 용접 열사이클을 부여한 용접열영향부의 -40℃ 충격인성은 약 300J이상의 우수한 인성값을 보이고 있으며 천이온도도도 -60℃이하의 값을 보여 우수한 충격인성을 보이고 있다. 반면에 종래재의 경우 0℃의 충역인성이 60∼132J로 매우 낮았다. 따라서, 본 발명에 의한 강들은 기존의 강들 대비 용접열영향부의 충격인성 및 천이온도를 현저하게 개선할 수 있음을 잘 알 수 있다.As shown in Table 6, the welded heat affected zone austenite grain size at the maximum heating temperature of 1400 ℃, while the range of 54-64㎛ in the case of the present invention, while about 180 in the conventional material (4-6) It can be seen that the present invention examples are very excellent in inhibiting the austenite grains of the weld heat affected zone because the present invention is shown to have a range of μm or more. In the case of the invention, -40 ℃ impact toughness of the weld heat affected zone, which gave high heat input welding heat cycle with cooling time of 800-500 ℃ respectively, showed excellent toughness value of about 300J or more, and the transition temperature was below -60 ℃. The value shows excellent impact toughness. On the other hand, in case of the conventional materials, the impulse toughness of 0 ° C. was very low as 60 to 132 J. Therefore, it can be seen that the steels according to the present invention can significantly improve the impact toughness and the transition temperature of the weld heat affected zone compared to the existing steels.

상술한 바와 같이, 본 발명은 베이나이트+페라이트의 강재에 대입열 용접열영향부의 충격인성을 개선할 수 있는 구조용강재를 제공하는 유용한 효과가 있는 것이다.As described above, the present invention has a useful effect of providing a structural steel material capable of improving the impact toughness of the heat input welding heat affected zone to the steel of bainite + ferrite.

Claims (16)

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:0.008∼0.03%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005% 이하, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤14를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 미세조직이 30-80%의 베이나이트와 나머지 20㎛이하의 페라이트의 복합조직으로 이루어지는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재.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: 0.008-0.03%, B: 0.0003-0.01 %, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7 , Which satisfies 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B + V) / N≤14, is composed of the remaining Fe and other unavoidable impurities, and has a microstructure of 30-80% of bainite and the remaining 20μm of ferrite High strength welded structural steel with excellent weld heat affected zone toughness. 제 1항에 있어서, 상기 강재에는 V이 0.01∼0.2%함유되고, 0.3≤V/N≤9, 7≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤17를 만족함을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재.The welding heat effect according to claim 1, wherein the steel contains 0.01 to 0.2% and satisfies 0.3 ≦ V / N ≦ 9 and 7 ≦ (Ti + 2Al + 4B + V) / N ≦ 17. High strength welded structural steel with excellent toughness. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강재에는 Ni:0.1∼3.0%, Cu:0.1∼1.5%, Nb:0.01∼0.1%, Mo:0.05∼1.0%, Cr:0.05∼1.0%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상이 함유됨을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재.The steel material according to claim 1 or 2, wherein the steel comprises Ni: 0.1 to 3.0%, Cu: 0.1 to 1.5%, Nb: 0.01 to 0.1%, Mo: 0.05 to 1.0%, and Cr: 0.05 to 1.0%. High strength welded structural steel with excellent toughness of weld heat affected zone, characterized in that it contains one or more selected ones. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강재에는 Ca:0.0005-0.005%, Rem:0.005∼0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이 함유됨을 특징으로 하는 용접열영향부인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재.The method of claim 1 or claim 2, wherein the steel is a high-strength weld structure excellent in weld heat affected toughness, characterized in that one or two selected from the group of Ca: 0.0005-0.005%, Rem: 0.005 to 0.05%. Steel. 제 3항에 있어서, 상기 강재에는 Ca:0.0005-0.005%, Rem:0.005∼0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이 함유됨을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재.According to claim 3, wherein the steel is Ca: 0.0005-0.005%, Rem: 0.005 to 0.05% of the high strength welded structural steel having excellent weld heat affected zone toughness, characterized in that it contains one or two selected from the group. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강재에는 0.01-0.1㎛의 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상 분포하는 것을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재.3. The high strength welded structure according to claim 1 or 2, wherein TiN precipitates of 0.01-0.1 μm are distributed in the steel material at 1.0 × 10 7 / mm 2 or more at intervals of 0.5 μm or less. Steel. 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:0.008∼0.03%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.005% 이하, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤14를 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 1150∼1250℃의 온도에서 60∼180분간 가열한 후에 오스테나이트 재결정역에서 압연비 40%이상으로 열간압연한 다음, 베이나이트 변태 종료온도℃±10℃까지 5∼20℃/sec의 속도로 냉각하는 것을 포함하여 이루어지는 용접 열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.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: 0.008-0.03%, B: 0.0003-0.01 %, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.005% or less, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7 , Austenitic recrystallization zone after satisfying 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B + V) / N≤14 and heating steel slab composed of remaining Fe and other unavoidable impurities at a temperature of 1150-1250 ℃ for 60-180 minutes Hot-rolled at a rolling ratio of 40% or more, followed by cooling at a rate of 5-20 ° C./sec to bainite transformation end temperature ° C. ± 10 ° C. Way. 제 7항에 있어서, 상기 강재에는 V이 0.01∼0.2%함유되고, 0.3≤V/N≤9, 7≤(Ti+2Al+4B+V)/N≤17를 만족함을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.8. The welding heat effect according to claim 7, wherein the steel contains 0.01 to 0.2% and satisfies 0.3≤V / N≤9 and 7≤ (Ti + 2Al + 4B + V) / N≤17. Method of manufacturing high strength welded structural steel with excellent toughness. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 강재에는 Ni:0.1∼3.0%, Cu:0.1∼1.5%, Nb:0.01∼0.1%, Mo:0.05∼1.0%, Cr:0.05∼1.0%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상이 함유됨을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.The method of claim 7 or 8, wherein the steel is Ni: 0.1 to 3.0%, Cu: 0.1 to 1.5%, Nb: 0.01 to 0.1%, Mo: 0.05 to 1.0%, Cr: 0.05 to 1.0% A method for producing a high strength welded structural steel with excellent weld heat affected zone toughness, characterized in that it contains one or more selected ones. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 강재에는 Ca:0.0005-0.005%, Rem:0.005∼0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이 함유됨을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.[9] The high strength welded structure according to claim 7 or 8, wherein the steel contains one or two selected from the group of Ca: 0.0005-0.005% and Rem: 0.005 to 0.05%. Method of manufacturing steels. 제 9항에 있어서, 상기 강재에는 Ca:0.0005-0.005%, Rem:0.005∼0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이 함유됨을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the steel contains at least one selected from the group consisting of Ca: 0.0005-0.005% and Rem: 0.005-0.05%. . 제 7항에 있어서, 상기 강슬라브는 용강에 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산원소를 Ti투입전에 투입하여 용존산소량을 30ppm이하로 탈산한 다음, Ti이 0.005∼0.2% 되도록 10분이내에 첨가한 후 탈가스처리한 다음 연속주조한 것임을 특징으로 하는용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.According to claim 7, The steel slab is deoxidized element having a greater deoxidizing power than Ti in molten steel prior to the Ti input, deoxidized dissolved oxygen to less than 30ppm, and then added within 10 minutes so that the Ti is 0.005 ~ 0.2% after desorption A method of manufacturing a high strength welded structural steel with excellent toughness in welded heat affected zone, characterized in that it is continuously cast after gas treatment. 제 12항에 있어서, 상기 탈산은 Mn, Si, Al의 순으로 투입하여 행함을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.The method of claim 12, wherein the deoxidation is performed by adding Mn, Si, and Al in order. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 연속주조는 용강을 0.9∼1.1m/min의 속도로 주조하면서 2차냉각대에서 0.3∼0.35ℓ/kg의 비수량으로 약냉함을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재의 제조방법.14. The welding heat according to claim 12 or 13, wherein the continuous casting is coldly cooled at a specific amount of 0.3 to 0.35 l / kg in a secondary cooling zone while casting molten steel at a speed of 0.9 to 1.1 m / min. Method for manufacturing high strength welded structural steel with excellent impact toughness. 제 6항의 강재(모재)에 용접이 적용되어 용접열영향부에서 80㎛이하의 구오스테나이트(prior austenite)가 생성되고, 이어 급냉되어 용접열영향부의 미세조직이 20㎛이하의 페라이트가 70%이상의 상분율로 이루어지는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조물.The welding is applied to the steel (base metal) of claim 6 to form a prior austenite of 80 μm or less in the weld heat affected zone, followed by quenching to 70% of the ferrite of 20 μm or less in the microstructure of the weld heat affected zone. High-strength welded structure with excellent toughness of the weld heat affected zone composed of the above normal percentage. 제 15항에 있어서, 상기 페라이트는 다각형페라이트와 침상형페라이트입을 특징으로 하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조물.16. The high strength welded structure of claim 15, wherein the ferrite has a polygonal ferrite and needle-like ferrite grains.
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