KR100470053B1 - Steel plate to be precipitating TiN and complex oxide of Mg-Ti, method for manufacturing the same, welding fabric using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용강재에 관한 것으로, 그 목적은 TiN의 석출물과 Ti-Mg복합산화물을 이용하여 모재와 열영향부의 인성이 차이가 최소가 되면서 열영향부의 인성이 우수한 용접 구조용 강재와 그 제조방법 그리고, 이 구조용 강재의 열영향부특성을 이용한 용접구조물을 제공함에 있다.The present invention relates to structural steels used in welded structures, such as construction, bridges, shipbuilding, offshore structures, steel pipes, line pipes, etc. The purpose of the present invention is the toughness of the base material and the heat affected zone using TiN precipitates and Ti-Mg composite oxides. It is to provide a welded structural steel material having excellent toughness of the heat-affected zone and a manufacturing method thereof, and a welded structure using the heat-affected zone characteristic of the structural steel while the difference is minimized.
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:0.008-0.030%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.002-0.03%, Mg:0.001-0.005%, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤14, 4≤Ti/O≤10, 0.2≤Mg/O≤3, 3≤(Ti+Mg)/O≤12을 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 미세조직이 20㎛이하의 페라이트와 퍼얼라이트의 복합조직으로 이루어지는 TiN석출물과 Mg-Ti의 복합산화물을 갖는 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: 0.008-0.030%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.002-0.03%, Mg: 0.001-0.005%, 1.2≤Ti / N ≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14, 4≤Ti / O≤10, 0.2≤Mg / O≤3, 3 ≤ (Ti + Mg) / O ≤ 12, is composed of the remaining Fe and other impurities, and has a TiN precipitate and Mg-Ti composite oxide consisting of a composite structure of ferrite and pearlite of 20 micrometers or less Technical aspects of welded structural steels shall be taken as their technical gist.
Description
본 발명은 건축, 교량, 조선, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 용접구조물에 사용되는 구조용 강재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 미세한 TiN의 석출물과 Ti-Mg복합산화물을 이용하여 용접열영향부의 인성을 개선할 수 있는 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 present invention relates to a welded structural steel material and a method of manufacturing the same, by using fine TiN precipitates and Ti-Mg composite oxides to improve the toughness of the weld heat affected zone.
최근, 건축물, 구조물의 고층화 추세에 따라 사용되는 강재가 대형화되면서 후물강재로 대체되고 있다. 이러한 후물강재를 용접하기 위해서는 고능률 용접이 불가피하다. 후육화된 강재를 용접하는 기술로는, 1패스 용접이 가능한 대입열 서어브머지드 용접법 및 일렉트로 용접법이 광범위하게 사용되고 있는 실정이다. 또한, 조선 및 교량 분야에 있어서 판 두께 25mm이상의 강판을 용접하는 경우에도 상기와 같은 1패스 용접이 가능한 대입열 용접법을 적용하고 있다.Recently, the steel used in accordance with the trend of high-rise building, structure has been replaced by thick steel. In order to weld such thick steels, high efficiency welding is inevitable. As a technique for welding thickened steel materials, a large-pass heat submerged welding method and an electro-welding method capable of one-pass welding are widely used. In addition, in the field of shipbuilding and bridges, even when welding a steel plate having a plate thickness of 25 mm or more, the above-described high heat input welding method capable of one-pass welding is applied.
일반적으로 용접에서는 입열량이 클수록 용착량이 커서 용접패스수가 감소하기 때문에, 용접생산성을 고려하면 대입열 용접이 가능하도록 하는 것이 유리하다. 즉, 용접에서 입열량을 증가시키면 그 사용범위를 넓힐 수 있게 되는 것이다. 현재 사용되고 있는 대입열의 범위는 대략 100-200kJ/cm에 해당되는데 좀더 후육화 된 판두께 50mm이상의 강재를 용접하기 위해서는 200-500kJ/cm의 초대입열 범위가 되어야 가능하다.In general, in welding, the larger the amount of heat input, the larger the amount of welding, so that the number of welding passes decreases. Therefore, it is advantageous to enable high heat input welding in consideration of welding productivity. In other words, increasing the amount of heat input in the welding will be able to widen the range of use. The range of high heat input currently in use is about 100-200kJ / cm, but in order to weld steel materials with a thicker plate thickness of 50mm or more, it is possible to have a super heat input range of 200-500kJ / cm.
강재에 대입열이 적용되면, 용접시 형성되는 용접열영향부(Heat Affected Zone) 특히 용융선(fusion boundary) 근처의 용접열영향부는 용접입열량에 의해 융점에 가까운 온도까지 가열된다. 이에 따라, 용접열영향부의 결정립이 성장하여 조대화되고 냉각과정에서 상부 베이나이트 및 마르텐사이트 등 인성에 취약한 미세조직이 형성되기 때문에, 용접열영향부가 용접부중 인성이 가장 열화되는 부위이다.When the heat input is applied to the steel, the heat affected zone formed during welding, particularly the heat affected zone near the fusion boundary, is heated to a temperature close to the melting point by the amount of heat input. Accordingly, since the grains of the weld heat affected zone grow and coarse, and microstructures that are vulnerable to toughness such as upper bainite and martensite are formed during the cooling process, the weld heat affected zone is the site where the toughness of the weld deteriorates most.
따라서, 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는, 용접열영향부의 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여 미세하게 유지시킬 필요가 있다. 이를 해결하는 수단으로는, 고온에서 안정한 산화물 또는 Ti계 탄질화물 등을 강재에 적절히 분포시켜 용접시 용접열영향부의 결정립 성장을 지연시키고자 하는 기술 등이 개시되어 있다. 예를 들어, 일본 특허공개공보 (평)11-140582, (평)10-298708, (평)10-298706, (평)9-194990, (평)9-324238, (평)8-60292, (소)60-245768, (평)5-186848호, (소)58-31065호, (소)61-79745호, 일본용접학회지 제 52권 2호, 49페이지 및일본특허공개공보 (소)64-15320호 등이 있다.Therefore, in order to secure the stability of the welded structure, it is necessary to suppress the growth of the austenite grains in the weld heat affected zone and to keep it fine. As a means to solve this problem, there is disclosed a technique for delaying grain growth of the weld heat affected zone during welding by appropriately distributing an oxide or Ti-based carbonitride, which is stable at a high temperature, to steel materials. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-140582, No. 10-298708, No. 10-298706, No. 9-194990, No. 9-324238, No. 8-60292, (S) 60-245768, (Pyeong) 5-186848, (S) 58-31065, (S) 61-79745, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 52, No. 2, 49 and Japanese Patent Laid-Open And 64-15320.
이중에서 일본 특허공개공보 (평)11-140582호는, TiN의 석출물을 이용하는 대표적인 기술로, 100J/cm의 입열량(최고가열온도 1400℃)이 적용될 때에 0℃에서 충격인성이 200J정도(모재는 300J 정도)인 구조용강재가 개시되어 있다. 이 선행기술에서는 Ti/N을 실질적으로 4-12로 관리하여 0.05㎛이하인 TiN 석출물은 5.8×103개/㎟∼8.1×104개/㎟, 이와 함께 0.03∼0.2㎛인 TiN석출물은 3.9×103개/㎟∼6.2×104개/㎟로 석출시켜서 페라이트를 미세화하여 용접부의 인성을 확보하고 있다. 그러나, 이 선행기술에 의하면 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때, 모재와 열영향부의 인성이 대체적으로 낮고(0℃의 충격인성의 최고치로 모재:320J, 열영향부:220J) 또한, 모재와 열영향부의 인성차가 100J 정도로 커서 후육화 강재의 초대입열 용접에 따른 강구조물의 신뢰성확보에 한계가 있다. 이 뿐만 아니라, 원하는 TiN의 석출물을 확보하기 위한 방법으로, 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 가열하여 급냉한 다음에, 열간압연을 위해 재가열하는 공정을 채택하기 때문에 2회의 열처리로 인한 제조비용 상승이 문제가 된다.Japanese Patent Laid-Open No. 11-140582 is a representative technique using TiN precipitates, and has a toughness of about 200J at 0 ° C when 100 J / cm of heat input (maximum heating temperature of 1400 ° C) is applied. Is about 300J). In this prior art, Ti / N is substantially managed at 4-12 so that TiN precipitates of 0.05 µm or less are 5.8 × 10 3 pieces / mm 2 to 8.1 × 10 4 pieces / mm 2, and TiN precipitates of 0.03 to 0.2 μm are 3.9 ×. The toughness of the welded portion is secured by making the ferrite fine by depositing 10 3 pieces / mm 2 to 6.2 × 10 4 pieces / mm 2. However, according to this prior art, when the 100 kJ / cm high heat input welding is applied, the toughness of the base material and the heat affected zone is generally low (the base material: 320J, the heat affected zone: 220J at the highest impact toughness of 0 ° C), and also the base material. Since the toughness difference between the and the heat affected zone is about 100J, there is a limit in securing the reliability of the steel structure due to superheated welding of the thickened steel. In addition, as a method for securing the desired TiN precipitate, the slab is heated at a temperature of 1050 ° C. or higher and quenched, followed by a reheating process for hot rolling. Becomes
상기 일본 공개특허공보 (평)9-194990호는 저질소강(N≤0.005%)에서 Al과 O의 비를 0.3≤Al/O≤1.5로 관리하여, Al, Mn, Si으로 되는 복합산화물을 이용하는 기술이나, 약 100kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때 용접열영향부 천이온도가 -50수준으로 인성이 좋은 편이 아니다.Japanese Patent Laid-Open No. 9-194990 manages the ratio of Al and O to 0.3 ≦ Al / O ≦ 1.5 in low nitrogen steel (N ≦ 0.005%), and uses a composite oxide of Al, Mn, and Si. However, when the high heat input welding of about 100 kJ / cm is applied, the weld heat affected zone transition temperature is -50, which is not good at toughness.
또한, 상기 일본 공개특허공보 (평)10-298708호는 입자경이 0.005-0.1㎛의 MgO를 핵으로 하고 그 주변에 TiN을 갖으며 크기가 0.05-0.5㎛의 MgO-TiN복합석출물을 1평방mm당 1.0×105∼1.0×107개 함유하는 강이 제안되어 있다. 이 선행기술에서는 MgO-TiN 복합석출물을 얻기 위하여 0.002-0.0008%의 N을 함유하는 강에 Ti를 0.005-0.025%, Mg을 0.0002- 0.005%, O을 0.0005-0.008%로 강성분계를 관리하고 있다. 이 선행기술로부터 제공되는 강은 MgO-TiN의 복합석출물을 이용하여 강의 용접열영향부의 인성을 어느 정도는 개선하고 있으나, 약 200kJ/cm의 대입열용접이 적용될 때 용접열영향부 0℃의 충격인성이 130J의 수준으로 인성이 그다지 좋은 편이 아니다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-298708 uses MgO having a particle size of 0.005-0.1 μm as a nucleus, and has TiN around it, and has a size of 0.05-0.5 μm of MgO-TiN composite precipitate of 1 square mm. Steels containing 1.0 × 10 5 to 1.0 × 10 7 sugars have been proposed. In this prior art, a steel component system is managed with 0.005-0.025% of Ti, 0.0002-0.005% of Mg, and 0.0005-0.008% of O in steel containing 0.002-0.0008% of N to obtain MgO-TiN composite precipitates. . The steel provided from this prior art improves to some extent the toughness of the weld heat affected zone of the steel by using a composite precipitate of MgO-TiN, but the impact of the weld heat affected zone 0 ° C. when a high heat input welding of about 200 kJ / cm is applied. Toughness is 130J, toughness is not very good.
현재까지, TiN석출물과 Al계 또는 MgO-TiN의 복합석출물을 이용하여 대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 개선한 기술은 많이 알려저 있지만, 1350℃이상에서 장시간 유지되는 초대입열 용접시 용접열영향부의 인성을 획기적으로 개선시킨 사례는 아직 발표된 바 없다. 특히, 용접열영향부의 인성이 모재 대비 동등한 수준을 보인 기술은 거의 없는 실정이다.Until now, many techniques have been known to improve the toughness of weld heat affected zones during high heat input welding using TiN precipitates and Al- or MgO-TiN composite precipitates. No significant case has yet been announced for improving the toughness of the affected area. In particular, there are few technologies in which the toughness of the weld heat affected zone shows an equivalent level to that of the base metal.
본 발명에서는 고온안정성이 우수한 TiN석출물과 Ti-Mg의 복합산화물을 이용하여 모재와 열영향부의 인성이 차이가 최소가 되면서 열영향부의 인성이 우수한 용접 구조용 강재 와 그 제조방법 그리고, 이 구조용 강재의 열영향부특성을 이용한 용접구조물을 제공하는데, 그 목적이 있다.In the present invention, using the TiN precipitate having excellent high temperature stability and the composite oxide of Ti-Mg, the toughness of the base material and the heat affected zone is minimized while the toughness of the heat affected zone is excellent, and the manufacturing method of the welded structural steel and its structural steel, and It is an object of the present invention to provide a welded structure using heat affected zone characteristics.
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:0.008-0.030%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.002-0.03%, Mg:0.001-0.005%, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤14, 4≤Ti/O≤10, 0.2≤Mg/O≤8, 3≤(Ti+Mg)/O≤12을 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 미세조직이 20㎛이하의 페라이트와 퍼얼라이트의 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: 0.008-0.030%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.002-0.03%, Mg: 0.001-0.005%, 1.2 ≤Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14, 4≤Ti / O≤10, 0.2≤Mg / O It satisfies ≦ 8, 3 ≦ (Ti + Mg) / O ≦ 12, is composed of the remaining Fe and other impurities, and the microstructure is composed of a composite structure of ferrite and pearlite of 20 μm or less.
또한, 본 발명의 용접 구조용 강재의 제조방법은, 중량%로 C:0.03-0.17%, Si:0.01-0.5%, Mn:0.4-2.0%, Ti:0.005-0.2%, Al: 0.0005-0.1%, N:0.008-0.030%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.002-0.03%, Mg:0.001-0.005%, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤14, 4≤Ti/O≤10, 0.2≤Mg/O≤3, 3≤(Ti+Mg)/O≤12을 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1000-1250℃범위에서 60-180분간 가열한 후에 오스테나이트 재결정역에서 40%이상의 압연비로 열간압연한 다음,페라이트변태 종료온도±10℃까지는 1℃/min이상의 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: 0.008-0.030%, B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.002-0.03%, Mg: 0.001-0.005%, 1.2≤ Ti / N≤2.5, 10≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14, 4≤Ti / O≤10, 0.2≤Mg / O≤ 3, 3≤ (Ti + Mg) / O≤12, and the slab composed of the remaining Fe and other impurities is heated in the range of 1000-1250 ° C for 60-180 minutes, followed by a rolling ratio of 40% or more in the austenite recrystallization zone. After hot rolling, the ferrite transformation end temperature includes a cooling at a rate of 1 ° C / min or more.
또한, 본 발명의 용접구조물은, 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:0.008-0.030%, B:0.0003-0.01%, W:0.001-0.2%, P:0.03%이하, S:0.03%이하, O:0.002-0.03%, Mg:0.001-0.005%, 1.2≤Ti/N≤2.5, 10≤N/B≤40, 2.5≤Al/N≤7, 6.5≤(Ti+2Al+4B)/N≤14, 4≤Ti/O≤10, 0.2≤Mg/O≤8, 3≤(Ti+Mg)/O≤12을 만족하고, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되고, 20㎛이하의 페라이트와 퍼얼라이트의 복합조직에 0.01-0.1㎛의 TiN석출물이 0.5㎛이하의 간격으로 1.0x107개/㎟ 이상 분포하고, 2.0∼5.0㎛의 Ti-Mg 복합산화물이 1×102-1×103개/mm2분포되는 강재(모재)에 용접이 적용되어 용접열영향부에 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, 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: 0.008-0.030% , B: 0.0003-0.01%, W: 0.001-0.2%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, O: 0.002-0.03%, Mg: 0.001-0.005%, 1.2≤Ti / N≤2.5, 10 ≤N / B≤40, 2.5≤Al / N≤7, 6.5≤ (Ti + 2Al + 4B) / N≤14, 4≤Ti / O≤10, 0.2≤Mg / O≤8, 3≤ (Ti + Mg) / O ≦ 12, composed of the remaining Fe and other impurities, 1.0 × 10 7 TiN precipitates of 0.01-0.1 μm in a composite structure of ferrite and pearlite of 20 μm or less at intervals of 0.5 μm / Weld is applied to steel materials (base metal) with Ti-Mg composite oxide of 2.0 ~ 5.0㎛ distributed in mm2 or more and 1 × 10 2 -1 × 10 3 pcs / mm 2 . Austenite is formed and then quenched so that the microstructure of the weld heat affected zone is 20 micrometers or less of ferrite with a percentage 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 강재(모재)에 대입열용접이 적용될 때 용접열영향부에 형성되는 오스테나이트를 칭하는 것으로, 강재의 제조과정(열간압연공정)에서 형성되는 오스테나이트와 구별하기 위해 편의상 사용한다.In the present invention, the term "prior austenite" refers to austenite formed in the weld heat affected zone when the heat input welding is applied to the steel (base material), and is formed in the manufacturing process of the steel (hot rolling process). It is used for convenience to distinguish it from being austenite.
본 발명자들은 용접열영향부의 인성을 개선하기 위한 연구과정에서, TiN의 석출물과 Mg-Ti의 복합산화물을 함께 이용하면 TiN의 주작용으로 용접열영향부의 구오스테나이트의 결정립도가 약 80㎛이하로 미세화되고, Mg-Ti의 복합산화물의 주작용으로 미세한 구오스테나이트로부터 침상페라이트의 핵생성을 촉진하여 용접열영향부의 인성이 획기적으로 개선되는 사실을 밝혀낼 수 있었다.In the course of research to improve the toughness of the weld heat affected zone, when the TiN precipitate and Mg-Ti composite oxide are used together, the crystal grain size of the austenite of the weld heat affected zone is about 80 μm or less due to the main action of TiN. It has been found that the micronization and the main action of the composite oxide of Mg-Ti promote the nucleation of needle-like ferrite from fine guustenite, thereby significantly improving the toughness of the weld heat affected zone.
이러한 관점에서 출발한 본 발명에서는,In the present invention starting from this point of view,
[1] TiN석출물과 Ti-Mg 복합산화물을 함께 이용하면서,[1] using TiN precipitate and Ti-Mg composite oxide together,
[2] 강재의 초기 페라이트 결정립 크기를 임계수준 이하로 하여 대입열 용접이 적용될 때 열영향부의 구오스테나이트를 80㎛이하로 미세화 하는 것이다. 또한,[2] With the initial ferrite grain size of the steel below the critical level, when the high heat input welding is applied, the former austenite in the heat affected zone is refined to 80 µm or less. Also,
[3] Ti-Mg 복합산화물과 BN, AlN 석출물을 이용하여 용접열영향부의 구오스테나이트로부터 페라이트생성 분율을 높이고, 특히 구오스테나이트에서 다각형(polygonal)이나 침상형 페라이트의 변태를 촉진하여 인성개선 효과를 높인다. 이들 [1][2][3]을 보다 구체적으로 설명한다.[3] Improved toughness by increasing Ti-Mg composite oxide, BN, and AlN precipitates to increase the ferrite formation rate from the former austenite in the weld heat affected zone, and in particular, promote the transformation of polygonal or needle-like ferrite in the old austenite. Increase the effect These [1] [2] [3] are demonstrated in more detail.
[1] TiN석출물과 Ti-Mg 복합산화물의 관리[1] management of TiN precipitates and Ti-Mg composite oxides
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 집중적으로 살펴본 결과, 고질소환경(Ti/N의 비가 낮음)에서는 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 Ti의 양이 감소하기 때문에 질소함량이 낮은 경우에서 보다 TiN석출물이 고온에서 안정해지는 용해도적(Solubility Product)이 낮아지기 때문인 것으로 분석되었다. 본 발명에서는 고질소환경에서 고용N의 존재로 인한 시효성을 조장할 수 있다는 점을 감안하여, N/B, Al/N, V/N의 비 그리고, N와 Ti+Al+B+(V)을 총체적으로 관리하여 N를 BN, AlN, VN으로 석출시킨다.The present inventors focused on the fact that the TiN precipitates distributed in the base metal are caused by the diffusion of solid solution Ti atoms decomposed by welding heat, and consequently examine the characteristics of TiN precipitates according to the ratio of Ti / N. At low Ti / N ratio, new findings show that the dissolved Ti concentration, the diffusion rate of the dissolved Ti atoms, and the high temperature stability of the 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 TiN precipitate is more stable at high temperature than in the case where the nitrogen content is low. The degradation was analyzed to be due to the lower solubility product. 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.
나아가, 본 발명에서는 미세하고 균일하게 분포된 TiN석출물과 함께 1400℃이상에서도 안정한 Ti-Mg 복합산화물을 함께 이용하는데, 또 다른 특징이 있다.Ti-Mg복합산화물은 모재내에 분산되어 용접시 용접열영향부 구오스테나이트 결정립 성장을 억제 할 뿐만 아니라 구오스테나이트로부터 침상형 페라이트변태를 촉진시켜 용접열영향부의 인성을 향상시킬 수 있다. Ti-Mg복합산화물의 석출은 Mg, Ti과 O의 비율이 중요한 영향을 미친다.Furthermore, in the present invention, the Ti-Mg composite oxide, which is stable at 1400 ° C. or more, together with the fine and uniformly distributed TiN precipitates, has another feature. The Ti-Mg composite oxide is dispersed in the base material and welded during welding. In addition to suppressing the growth of the affected zone of austenite grains, the toughness of the weld heat affected zone can be improved by promoting the needle-like ferrite transformation from the austenite. In the precipitation of Ti-Mg complex oxide, the ratio of Mg, Ti and O has an important influence.
[2] 강재(모재)의 페라이트입도 관리[2] ferrite grain size management
본 발명의 연구에 따르면, 용접열영향부에서 구오스테나이트의 크기를 80㎛로 하기 위해서는, 석출물의 관리와 함께 페라이트 + 펄라이트의 모재조직에서 페라이트의 크기를 약 20㎛이하로 미세하게 하는 것이 중요하다는 것이다. 이때, 페라이트의 미세화는 열간압연시 강가공에 의한 오스테나이트 결정립미세화와 함께 탄화물(Fe3C, VC, WC)을 이용하여 냉각과정에서 발생하는 페라이트 결정립의 성장억제에 의해 얻어진다.According to the study of the present invention, in order to make the size of the old austenite at 80 μm in the weld heat affected zone, it is important to reduce the size of the ferrite to about 20 μm or less in the base material structure of ferrite + pearlite together with the management of precipitates. It is. At this time, the refinement of the ferrite is obtained by the growth inhibition of the ferrite grains generated in the cooling process by using carbide (Fe 3 C, VC, WC) with the austenite grain refinement by the steel processing during hot rolling.
[3] 용접열영향부의 미세조직[3] microstructure of weld heat affected zone
본 발명의 연구로부터 밝혀진 사실은, 용접열영향부의 인성에는 모재가 약 1400℃이상으로 가열될 때 구오스테나이트 결정립의 크기 뿐 아니라, 구오스테나이트 결정립계에서 석출하는 페라이트의 양(70%이상)과 크기(20㎛이하) 그리고 그 형상이 중요한 영향을 미친다는 것이다. 본 발명에서는 Mg/O비를 0.2-3, Ti/O의 비를 4-10 그리고, (Ti+Mg)/O의 비를 3-12로 하여 Ti-Mg의 산화물 개수와 이 산화물내에 함유되는 Mg의 비율을 적량화하는 것과 함께, AlN, BN 등의 석출물을 이용하여 구오스테나이트 입내에서 미세한 페라이트를 다량 생성시키는데, 이때의 페라이트는 대부분 다각형(polygonal) 페라이트와 침상형 페라이트로서 열영향부의 인성을 크게 개선한다.The facts of the present invention reveal that the toughness of the weld heat affected zone is not only the size of the former austenite grains when the base material is heated above about 1400 ° C., but also the amount of ferrite (more than 70%) precipitated at the old austenite grain boundaries. The size (less than 20㎛) and its shape have an important influence. In the present invention, the Mg / O ratio is 0.2-3, the Ti / O ratio is 4-10, and the (Ti + Mg) / O ratio is 3-12. In addition to the appropriate ratio of Mg, using a precipitate of AlN, BN, etc. to generate a large amount of fine ferrite in the mouth of the austenite, the ferrite is mostly polygonal ferrite and needle-like ferrite toughness of the heat affected zone Greatly improves.
이하, 본 발명을 강재의 성분과 그 제조방법으로 구분하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing the steel component and its manufacturing method.
[용접 구조용 강재][Welding Structural Steels]
·탄소(C)의 함량은 0.03∼0.17%로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make content of carbon (C) into 0.03 to 0.17%.
탄소(C)의 함량이 0.03% 미만인 경우에는 구조용강으로서의 강도확보가 불충분하다. 또한, C가 0.17%를 초과하는 경우에는 냉각중 상부 베이나이트, 마르텐사이트 및 퇴화 퍼얼라이트(degenerate pearlite)등의 인성에 취약한 미세조직이 변태되어 구조용 강재의 저온충격인성 저하시키고, 또한 용접부의 경도 또는 강도를 증가시켜 인성의 열화 및 용접균열의 생성을 초래한다.When the content of carbon (C) is less than 0.03%, securing strength as a structural steel is insufficient. In addition, when C exceeds 0.17%, microstructures susceptible to toughness, such as upper bainite, martensite and degenerate pearlite, are transformed during cooling to lower the low temperature impact toughness of structural steel, and also the hardness of the welded portion. Or increasing the strength resulting in deterioration of toughness and generation of weld cracks.
·실리콘(Si)의 함량은 0.01-0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of silicon (Si) is preferably limited to 0.01-0.5%.
실리콘의 함량이 0.01% 미만인 경우에 제강과정에서 용강의 탈산효과가 불충분하고 강재의 내부식성을 저하시키며, 0.5%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되고, 압연후 냉각시 소입성 증가에 따른 도상 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 저온충격인성을 저하시킨다.If the content of silicon is less than 0.01%, the deoxidation effect of molten steel is insufficient during steelmaking and the corrosion resistance of steel is reduced. If the content is more than 0.5%, the effect is saturated, It promotes the transformation of martensite and lowers the low temperature impact toughness.
·망간(Mn)의 함량은 0.4-2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of manganese (Mn) is preferably limited to 0.4-2.0%.
Mn은 강중에서 탈산작용, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키는 유효한 원소로서, Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이다. 이러한 Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.4%이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, Mn함유량이 2.0%이상을 초과할 경우 고용강화 효과보다는 Mn편석에 의한 조직불균질이 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다. 또한 Mn함량이 2.0%이상 첨가될 경우에 강의 응고시 편석기구에 따라 거시편석 및 미시편석이 일어나 압연시 중심부에 중심편석대의 형성을 조장하여 모재의 중심부 저온변태 조직을 생성시키는 원인으로 작용한다.Mn is an effective element that improves deoxidation, weldability, hot workability and strength in steel, and precipitates in the form of MnS around Ti-based oxides, which affects the formation of acicular and polygonal ferrites effective for improving the toughness of weld heat affected zones. Element. Such Mn forms a solid solution in the matrix structure to strengthen the matrix and solidify the matrix to secure strength and toughness. However, when the Mn content exceeds 2.0%, tissue heterogeneity due to Mn segregation has a detrimental effect on the toughness of the weld heat affected zone, rather than the effect of strengthening the solid solution. In addition, when the Mn content is added more than 2.0%, macro segregation and micro segregation occurs depending on the segregation mechanism during steel coagulation, which promotes the formation of a central segregation zone in the center part during rolling, thereby creating a low temperature transformation structure in the center of the base material. .
·알루미늄(Al)의 함량은 0.0005-0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of aluminum (Al) is preferably limited to 0.0005-0.1%.
Al은 탈산제로서 필요한 원소로 산소와의 반응으로 Al산화물을 형성하여 Ti가 산소와 반응하는 것을 방지함으로써 Ti가 미세 TiN석출물을 형성하는데 일조할 뿐 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 유효한 원소이다. 미세한 AlN석출물을 형성시키기 위해서는 Al함유량을 0.0005%이상으로 하는 것이 좋다. 그러나, 0.1%를 초과하면 AlN을 석출시키고 남은 고용Al은 용접열영향부 냉각과정에서 인성에 취약한 위드만스테튼 페라이트(Widmanstatten ferrite) 및 도상 마텐사이트의 생성을 조장하여 대입열 용접열영향부의 인성을 저하시킨다.Al is an element necessary as a deoxidizer and forms an Al oxide by reacting with oxygen to prevent Ti from reacting with oxygen, which not only helps Ti to form fine TiN precipitates, but also is effective for forming fine AlN precipitates in steel. . In order to form fine AlN precipitates, the Al content is preferably made 0.0005% or more. However, if it exceeds 0.1%, AlN is precipitated and the remaining solid Al promotes the formation of Widmanstatten ferrite and phase martensite, which are vulnerable to toughness during the cooling process of the weld heat affected zone. Lowers.
·티타늄(Ti)의 함량은 0.005-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of titanium (Ti) is preferably limited to 0.005-0.2%.
Ti는 N과 결합하여 고온에서 안정한 미세 TiN석출물을 형성시킬 뿐만 아니라 Ti-Mg복합 산화물을 형성시키기 때문에 본 발명에서는 필수불가결한 원소이다. 이러한 미세한 TiN 및 Ti-Mg복합 석출효과를 얻기 위해서는 Ti을 0.005%이상 첨가하는 것이 바람직하나, 0.2%를 초과하면 용강중에서 조대한 TiN석출물 및 조대한Ti-Mg복합산화물이 용강중에 형성되어 연주스라브 및 모재에 혼입되어 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립성장을 억제하지 못하기 때문에 바람직하지 못하다.Ti is an indispensable element in the present invention because it combines with N to form a fine TiN precipitate that is stable at high temperature as well as to form a Ti-Mg complex oxide. In order to obtain such a fine TiN and Ti-Mg composite precipitation effect, it is preferable to add more than 0.005% of Ti, but when it exceeds 0.2%, coarse TiN precipitates and coarse Ti-Mg composite oxides are formed in molten steel. And the austenite grain growth of the weld heat-affected zone at the time of welding because it is mixed in the base material and is not preferable.
·붕소(보론, B)의 함량은 0.0003-0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of boron (boron, B) is preferably limited to 0.0003-0.01%.
B은 결정립내에서 인성이 우수한 침상 페라이트(acicular ferrite) 뿐만 아니라 입계에서 다각형상의 페라이트를 생성시키는데 매우 유효한 원소이다. B은 BN석출물을 형성하여 구오스테나이트 결정립의 성장을 방해하고 결정입계 및 입내에서 Fe탄붕화물을 형성하여 인성이 우수한 침상형 및 다각형의 페라이트 변태를 촉진한다. B 함유량이 0.0003%미만인 경우에는 이러한 효과를 기대할 수 없으며 0.01%를 초과하면 소입성이 증가하여 용접열영향부의 경화 및 저온균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.B is a very effective element for producing polygonal ferrite at grain boundaries as well as acicular ferrite having excellent toughness in grains. B forms a BN precipitate, which hinders the growth of the old austenite grains and forms Fe carbide in the grain boundary and in the mouth to promote ferrite transformation of acicular and polygons having excellent toughness. If the B content is less than 0.0003%, such an effect cannot be expected, and if it exceeds 0.01%, the hardenability increases, which may cause hardening of the weld heat affected zone and low temperature cracking.
·질소(N)의 함량은 0.008-0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of nitrogen (N) is preferably limited to 0.008-0.03%.
N은 TiN, AlN, BN, VN, NbN등을 형성시키는데 필수불가결한 원소로, 대입열용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장을 최대로 억제시키고 TiN, AlN, BN, VN, NbN 등의 석출물의 양을 증가시킨다. 특히 TiN 및 AlN석출물의 크기 및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성 등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.008%이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 하지만, 질소함량이 0.03%를 초과하면 그 효과가 포화되며, 용접열영향부내의 분포하는 고용질소량의 증가로 인해 인성을 저하시키고 용접시 희석에 따른 용접금속중에 혼입되어 용접금속의 인성저하를 초래할 수 있다.N is an indispensable element for forming TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc., and it suppresses the growth of the old austenite grains at the weld heat affected zone during the high heat input welding and increases TiN, AlN, BN, VN, NbN, etc. Increase the amount of precipitate; Particularly, the content of TiN and AlN precipitates and the spacing of precipitates, the distribution of precipitates, the frequency of complex precipitation with oxides, and the high temperature stability of the precipitates themselves are significantly affected. However, when the nitrogen content exceeds 0.03%, the effect is saturated, and toughness decreases due to an increase in the amount of solid solution nitrogen distributed in the weld heat affected zone, and it may be incorporated into the weld metal due to dilution during welding, resulting in a decrease in the toughness of the weld metal. Can be.
·텅스텐(W)의 함량은 0.001-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of tungsten (W) is preferably limited to 0.001-0.2%.
텅스텐은 열간압연 이후 모재에 텅스텐 탄화물(WC)로 균일하게 석출되어 페라이트변태 후 페라이트 결정립 성장을 효과적으로 억제하고, 또한 용접열영향부의 가열 초기 구오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 원소이다. 그 함량이 0.001%미만인 경우에는 열간압연후 냉각시 페라이트 결정립성장 억제를 위한 텅스텐 탄화물이 적게 분포하게 되고, 0.2% 보다 많이 첨가되는 경우 그 효과가 포화된다.Tungsten is an element that uniformly precipitates tungsten carbide (WC) in the base material after hot rolling, thereby effectively suppressing ferrite grain growth after ferrite transformation, and also suppressing the growth of the initial austenite grains in the initial heating of the weld heat affected zone. If the content is less than 0.001%, there is less distribution of tungsten carbide for suppressing ferrite grain growth upon cooling after hot rolling, and the effect is saturated when more than 0.2% is added.
·인(P) 및 황(S)의 함량은 0.030%이하로 제한하는 것이 바람직하다.The content of phosphorus (P) and sulfur (S) is preferably limited to 0.030% or less.
P는 압연시 중심편석 및 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재 인성, 용접열영향부 인성 향상 및 중심편석 저감을 위해서는 0.03%이하로 관리하는 것이 좋다.P is preferably as low as possible because it is an impurity element that promotes central segregation during rolling and hot cracking during welding. In order to improve the toughness of the base metal, the toughness of the weld heat affected zone, and to reduce the center segregation, it is recommended to manage it to 0.03% or less.
S는 다량으로 존재하는 경우 FeS 등의 저융점화합물을 형성시키기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 모재인성, 용접열영향부 인성 및 중심편석 저감을 위해서는 S함량을 0.03%이하로 하는 것이 좋다. 특히, 황의 경우에는 Ti계 산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치므로 용접시 고온균열을 고려할 경우 보다 바람직한 범위로는 0.003%에서 0.03%이하로 제한하는 것이 바람직하다.Since S forms a low melting point compound such as FeS when present in a large amount, it is preferable to manage S as low as possible. In order to reduce the base material toughness, weld heat affected zone toughness and central segregation, it is recommended that the S content be 0.03% or less. In particular, sulfur is precipitated in the form of MnS around Ti-based oxides, which affects the formation of needle-shaped and polygonal ferrites, which are effective for improving the toughness of welding heat affected zones. It is desirable to limit it to 0.03% or less.
·산소(O)의 함량은 0.0020-0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of oxygen (O) is preferably limited to 0.0020-0.03%.
O는 용강중에서 Ti 및 Mg과 반응하여 Ti-Mg 복합산화물을 형성시키는 원소로, 이 Ti-Mg 복합산화물은 용접열영향부에서 구오스테나이트로부터 침상페라이트의 변태를 촉진시킨다. O함유량이 0.0020%미만인 경우에는 원하는 만큼의 Ti-Mg 복합산화물을 얻을 수 없으며, 0.03%를 초과하면 조대한 Ti-Mg 복합산화물 및 기타 FeO 등의 산화물이 생성되므로 바람직하지 않다.O is an element that reacts with Ti and Mg in molten steel to form a Ti-Mg composite oxide. The Ti-Mg composite oxide promotes the transformation of acicular ferrite from guustenite in the weld heat affected zone. If the O content is less than 0.0020%, the desired Ti-Mg composite oxide cannot be obtained. If the O content exceeds 0.03%, coarse Ti-Mg composite oxide and other oxides such as FeO are produced, which is not preferable.
·마그네슘(Mg)의 함량은 0.001-0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of magnesium (Mg) is preferably limited to 0.001-0.005%.
Mg는 용강중의 Ti 및 O와 결합하여 Ti-Mg복합산화물을 형성시켜 용접열영향부에서 침상페라이트 변태를 촉진시키기는 유용한 원소로, 미세한 Ti-Mg복합산화물을 형성시키기 위해서는 0.001%이상의 Mg함유량을 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Mg함유량이 0.005%를 초과하면 용강중에 조대한 Mg산화물이 형성되어 모재의 기계적성질에 나쁜 영향을 미친다.Mg is a useful element that combines with Ti and O in molten steel to form Ti-Mg composite oxides to promote needle ferrite transformation in the weld heat affected zone. Mg content of 0.001% or more is required to form fine Ti-Mg composite oxides. It is preferable to add. However, when the Mg content exceeds 0.005%, coarse Mg oxide is formed in molten steel, which adversely affects the mechanical properties of the base metal.
·Ti/N의 비는 1.2∼2.5로 하는 것이 바람직하다.The ratio of Ti / N is preferably 1.2 to 2.5.
본 발명에서 Ti/N비를 2.5이하로 낮추는데, 이는 2가지 장점이 있다. 첫째는, TiN양 즉, TiN석출물의 개수를 증가시킬 수 있다는 점이다. 즉, 동일 Ti함량에서 질소함량을 증가시키면 연주과정중 냉각과정에서 고용되어 있는 모든 Ti원자가 질소원자와 결합하여 미세한 TiN석출량이 증가하게 된다. 둘째는, 고온에서 TiN이 안정하다는 점이다. 즉, 용접열영향부와 같은 고온에서 석출물의 안정성을 나타내는 용해도적(Solubility Product)이 작아지기 때문에 고질소 TiN과 같은 석출물의 경우 질소함량이 낮은 경우에서 보다 TiN석출물이 안정하다. 반면에 Ti/N비가 2.5보다 높은 경우는 제강과정인 용강중에서 조대한 TiN이 정출되어 TiN의 균일한 분포가 얻어지지 않으며, 또한 TiN으로 석출하지 않고 남은 잉여의 Ti는 고용상태로 존재하여 용접열영향부 인성에 나쁜 영향을 미친다. Ti/N비가 1.2미만에서는 모재의 고용질소량이 증가하여 용접열향부의 인성에 유해하기 때문이다.In the present invention, the Ti / N ratio is lowered to 2.5 or less, which has two advantages. First, it is possible to increase the amount of TiN, that is, the number of TiN precipitates. In other words, if the nitrogen content is increased at the same Ti content, all Ti atoms that are dissolved in the cooling process during the playing process are combined with the nitrogen atoms to increase the fine TiN precipitation. Second, TiN is stable at high temperatures. That is, since the solubility product which shows the stability of the precipitate at high temperature such as the weld heat affected zone becomes smaller, the precipitate such as high nitrogen TiN is more stable than the case where the nitrogen content is low. On the other hand, if the Ti / N ratio is higher than 2.5, coarse TiN is crystallized in molten steel, which is a steelmaking process, and a uniform distribution of TiN is not obtained. Also, excess Ti remaining without precipitation as TiN remains in a solid solution to weld heat. Affects bad toughness. If the Ti / N ratio is less than 1.2, the amount of solid solution nitrogen in the base metal increases, which is detrimental to the toughness of the weld heat-oriented part.
·N/B의 비는 10∼40으로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make ratio of N / B into 10-40.
본 발명에서 N/B비가 10미만이면 용접후 냉각과정중에 구오스테나이트 결정입계에서 다각형의 페라이트 변태를 촉진하는 BN의 석출량이 불충분하며, N/B비가 40초과의 경우에는 그 효과가 포화되며 고용질소량이 증가하여 용접열영향부의 인성을 저하시키기 때문이다.In the present invention, if the N / B ratio is less than 10, the precipitation amount of BN that promotes the ferrite transformation of polygons at the old austenite grain boundary during the post-weld cooling process is insufficient, and when the N / B ratio is over 40, the effect is saturated and dissolved. This is because the amount of nitrogen is increased to lower the toughness of the weld heat affected zone.
·Al/N의 비는 2.5∼7로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to make Al / N ratio into 2.5-7.
본 발명에서 Al/N비가 2.5미만인 경우에는 침상형 페라이트 변태를 유도하기 위한 AlN석출물의 분포가 불충분하고, 용접열영향부의 고용질소량이 증가하여 용접균열이 발생할 가능성이 있으며, Al/N비가 7초과의 경우에는 그 효과가 포화된다.In the present invention, when the Al / N ratio is less than 2.5, AlN precipitates for inducing needle-like ferrite transformation are insufficient, and the amount of solid solution nitrogen in the weld heat affected zone may increase, resulting in a weld crack, and an Al / N ratio of more than 7 In the case the effect is saturated.
·(Ti+2Al+4B)/N의 비는 6.5∼14로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is 6.5-14.
본 발명에서 (Ti+2Al+4B)/N의 비가 6.5미만의 경우 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장억제, 결정입계에서의 미세한 다각형 페라이트 생성, 고용질소량, 결정입내에서의 침상형 및 다각형의 페라이트 생성 및 조직분율의 제어를 위한 TiN, AlN, BN, VN 석출물의 크기 및 분포개수가 불충분하며, (Ti+2Al+4B)/N이 14초과의 경우에는 그 효과가 포화된다. 만일, V이 첨가되는 경우에는 (Ti+2Al+4B+V)/N의 비를 7-17로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, when the ratio of (Ti + 2Al + 4B) / N is less than 6.5, the growth inhibition of the austenite grain growth of the weld heat affected zone, the generation of fine polygonal ferrite at the grain boundary, the amount of solid solution nitrogen, the needle shape and the polygonal shape in the grain boundary Insufficient size and number of distribution of TiN, AlN, BN, and VN precipitates for ferrite formation and control of tissue fraction, and the effect is saturated when (Ti + 2Al + 4B) / N is more than 14 seconds. If V is added, the ratio of (Ti + 2Al + 4B + V) / N is preferably 7-17.
· Ti/O의 비는 4-10으로 하는 것이 바람직하다.The ratio of Ti / O is preferably set to 4-10.
Ti/O비가 4미만의 경우에는 오스테나이트 결정립 성장억제에 요구되는 Ti-Zr산화물의 개수가 불충분할 뿐 아니라, 이 산화물내에 함유하는 Ti비율이 작아져서 침상 페라이트 핵생성 자리로서의 기능을 상실하여 용접열영향부의 인성개선에 유효한 침상페라이트 상분율이 저하된다. Ti/O의 비가 10초과의 경우에는 용접열영향부 오스테나이트 결정립성정억제 효과가 포화되며, Ti산화물내에 함유되는 MnS 등의 황화물이 복합석출되는 비율이 감소하여 입내 페라이트의 핵생성 자리로서의 기능을 상실한다.If the Ti / O ratio is less than 4, not only the number of Ti-Zr oxides required for austenite grain growth inhibition is insufficient, but also the Ti ratio contained in the oxides becomes small, resulting in loss of function as a needle-like ferrite nucleation site. The acicular ferrite phase fraction effective for improving the toughness of the heat affected zone is lowered. When the ratio of Ti / O is over 10, the effect of inhibiting austenite grain restraint on the welding heat-affected zone is saturated, and the proportion of sulfides such as MnS contained in Ti oxide is reduced, thereby reducing the function of ferrite nucleation sites in the mouth. Loss
·Mg/O비는 0.2-3으로 제한하는 것이 바람직하다.The Mg / O ratio is preferably limited to 0.2-3.
Mg/O비가 0.2미만의 경우에는 오스테나이트 결정립 성장억제에 요구되는 Ti-Mg복합산화물 개수가 불충분하며 산화물내의 함유하는 Mg비율이 작아져서 침상 페라이트 핵생성 자리로서의 기능을 상실하여 용접열영향부의 인성개선에 유효한 침상 페라이트 상분율이 저하된다. 또한, Mg/O비가 3을 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립 성장억제 효과는 포화되며 산화물내에 함유하는 Mn 등 성분의 비율이 오히려 작아져서 입내 페라이트의 핵생성 자리로서의 기능을 상실한다.If the Mg / O ratio is less than 0.2, the number of Ti-Mg complex oxides required for austenite grain growth inhibition is insufficient, and the Mg ratio contained in the oxide becomes small, and thus loses its function as a needle-like ferrite nucleation site. The needle ferrite phase fraction effective for improvement is lowered. In addition, when the Mg / O ratio exceeds 3, the austenite grain growth inhibitory effect is saturated, and the ratio of components such as Mn contained in the oxide becomes smaller, thus losing the function of nucleation sites of the ferrite in the mouth.
·(Ti+Mg)/O비는 3-12로 제한하는 것이 바람직하다.The (Ti + Mg) / O ratio is preferably limited to 3-12.
(Ti+Mg)/O비가 3미만의 경우에는 오스테나이트 결정립 성장억제에 요구되는Ti-Mg복합 산화물 개수가 불충분하여 오스테나이트 결정립내 침상 페라이트 핵생성 자리로서의 기능을 상실하여 용접열영향부의 인성개선에 유효한 침상 페라이트 상분율이 저하된다. 또한, (Ti-Mg)/O비가 12를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립 성장억제 효과는 포화되며 산화물내에 함유하는 Mn성분의 비율이 오히려 작아져서 입내 페라이트의 핵생성 자리로서의 기능을 상실한다.When the (Ti + Mg) / O ratio is less than 3, the number of Ti-Mg complex oxides required for the austenite grain growth inhibition is insufficient, and thus the toughness of the weld heat affected zone is improved by losing its function as a needle ferrite nucleation site in the austenite grain. The effective acicular ferrite phase fraction decreases. In addition, when the (Ti-Mg) / O ratio exceeds 12, the austenite grain growth inhibitory effect is saturated, and the ratio of the Mn component contained in the oxide becomes rather small, thus losing the function of the nucleation site of the ferrite in the mouth.
상기와 같이 조성되는 강재(모재)와 열영영향부의 인성을 보다 개선시키기 위해 V을 추가로 첨가한다.In order to further improve the toughness of the steel material (base material) and the heat-affected portion formed as described above, V is further added.
·바나듐(V)의 함량은 0.01-0.2%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of vanadium (V) is preferably limited to 0.01-0.2%.
V은 N와 결합해 VN을 형성하여 용접열영향부에서 페라이트 형성을 촉진시키는 원소이며, VN는 단독으로 석출하거나 TIN석출물에 석출하여 페라이트 변태를 촉진시킨다. 또한 V은 C과 결합하여 VC를 형성하는데, 이러한 VC탄화물은 페라이트 변태후 페라이트 결정립 성장을 억제하는 역할을 한다. V함유량이 0.01%미만에서는 VN석출량이 작기 때문에 용접열영향부에서 페라이트 변태촉진 효과를 얻기가 힘들다. 한편 0.2%를 초과하면 모재 및 용접열영향부(HAZ)의 인성열화를 초래하고 용접경화성을 향상시켜 용접저온균열 발생위험이 있기 때문에 바람직하지 않다.V is an element that combines with N to form VN to promote ferrite formation in the weld heat affected zone, and VN precipitates alone or precipitates in TIN precipitates to promote ferrite transformation. In addition, V combines with C to form VC, which acts to inhibit ferrite grain growth after ferrite transformation. When the V content is less than 0.01%, it is difficult to obtain the ferrite transformation promoting effect in the weld heat affected zone because the VN deposition amount is small. On the other hand, exceeding 0.2% is not preferable because it causes toughness of the base metal and the weld heat affected zone (HAZ) and improves the weld hardenability, which may cause the low temperature crack of the weld.
또한, V/N의 비는 0.3∼9로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 V/N비가 0.3미만인 경우에는 용접열영향부 인성개선을 위한 Ti-Mg산화물+MnS석출물 경계에 석출하여 분포하는 적정 VN석출물 개수 및 크기를 확보하기 어렵다. V/N비가 9를 초과하는 경우에는 Ti-Mg산화물+MnS석출물 경계에 석출하는 VN석출물의 크기가 조대화되어 오히려 Ti-Mg산화물+MnS복합석출물 경계에 석출되는 VN석출빈도수가 감소하기 때문에 용접열영향부의 인성에 유효한 페라이트 상분율을 감소시킨다.Moreover, it is preferable to make ratio of V / N into 0.3-9. In the present invention, when the V / N ratio is less than 0.3, it is difficult to secure the proper number and size of VN precipitates deposited and distributed at the Ti-Mg oxide + MnS precipitate boundary for improving the toughness of the weld heat affected zone. If the V / N ratio exceeds 9, the weld size is reduced because the VN precipitates deposited on the Ti-Mg oxide + MnS precipitate boundary are coarsened and the number of VN precipitates deposited on the Ti-Mg oxide + MnS complex precipitate decreases. Reduces the ferrite phase fraction effective for the toughness of the heat affected zone.
상기와 같이 조성되는 강에 본 발명에서는 기계적성질을 보다 향상시키기 위해, Ni, Cu, Nb, Mo, Cr의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상을 추가로 첨가한다.In the present invention, in order to further improve the mechanical properties in the steel composition as described above, one or more selected from the group of Ni, Cu, Nb, Mo, Cr is further added.
·니켈(Ni)의 함량은 0.1-3.0%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of nickel (Ni) is preferably limited to 0.1-3.0%.
Ni은 고용강화에 의해 모재의 강도와 인성을 향상시키는 유효한 원소이다.이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni함유량이 0.1%이상 함유되는 것이 바람직하지만, 3.0%를 초과하는 경우에는 소입성을 증가시켜 용접열영향부의 인성을 저하시키고 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.Ni is an effective element that enhances the strength and toughness of the base material by strengthening the solid solution. In order to obtain such an effect, Ni is preferably contained in an amount of 0.1% or more. It is not preferable because it lowers the toughness and there is a possibility of hot cracking in the weld heat affected zone and the weld metal.
·구리(Cu)의 함량은 0.1-1.5%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of copper (Cu) is preferably limited to 0.1-1.5%.
Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 모재강도 및 인성을 확보하기 위해서 유효한 원소이다. 이를 위해서는 Cu함유량이 0.1%이상 함유되어야 하지만, 1.5%를 초과하는 경우에는 용접열영향부에서 소입성을 증가시켜 인성을 저하시키며 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열을 조장시키기 때문에 바람직하지 못하다. 특히, 상기 Cu는 황과 함께 Ti계 산화물 주위에 CuS형태로 석출하여 용접열영향부 인성개선에 유효한 침상형 및 다각형 형상의 페라이트 생성에 영향을 미치는 원소이므로 그 함량을 0.3-1.5%로 하는 것이 바람직하다.Cu is an element which is effective to secure the base material strength and toughness due to solid solution at the base. For this purpose, Cu content should be contained more than 0.1%, but if it exceeds 1.5%, it is not preferable because it increases the hardenability by increasing the hardenability in the weld heat affected zone and promotes high temperature crack in the weld heat affected zone and the weld metal. . In particular, Cu is an element that affects the formation of acicular and polygonal ferrites, which are effective in improving the toughness of the welded heat affected zone by depositing CuS around Ti-based oxides with sulfur, so that the content is 0.3-1.5%. desirable.
또한 Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우 이들의 합계는 3.5%미만으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 3.5%미만의 경우에 소입성이 커져서 용접열영향부 인성 및 용접성에 악영향을 초래하기 때문이다.In addition, in the case of complex addition of Cu and Ni, the total sum thereof is preferably less than 3.5%. The reason is that less than 3.5% of the hardenability increases, which adversely affects the weld heat affected zone toughness and weldability.
·니요븀(Nb)의 함량은 0.01-0.10%로 제한하는 것이 바람직하다.The content of niobium (Nb) is preferably limited to 0.01-0.10%.
Nb는 모재 강도확보의 관점에서 유효한 원소로, 이를 위해 0.01%이상 첨가하나, 0.1%를 초과하는 경우에는 조대한 NbC의 단독석출을 초래하여 모재의 인성에 유해하게 되므로 바람직하지 못하다.Nb is an effective element from the viewpoint of securing the strength of the base material. For this purpose, Nb is added in an amount of 0.01% or more. However, Nb is undesirable because it causes coarse precipitation of coarse NbC, which is detrimental to the toughness of the base material.
·크롬(Cr)은 0.05∼1.0%로 하는 것이 바람직하다.Chromium (Cr) is preferably made 0.05 to 1.0%.
Cr은 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.05%미만에는 강도를 얻을 수 없고 1.0%를 초과하는 경우 모재 및 HAZ인성열화를 초래한다.Cr increases the hardenability and also improves the strength. If the content is less than 0.05%, the strength cannot be obtained and when the content exceeds 1.0%, the base metal and the HAZ toughness deteriorate.
·몰리브덴(Mo)은 0.05-1.0%로 하는 것이 바람직하다.Molybdenum (Mo) is preferably 0.05-1.0%.
Mo도 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는 원소로, 그 함유량이 강도확보를 위하여 0.05%이상으로 하지만, HAZ경화 및 용접저온균열을 억제하기 위해서는 Cr과 마찬가지로 상한을 1.0%로 한다.Mo is also an element that increases the hardenability and improves the strength. The content thereof is 0.05% or more for securing the strength, but the upper limit is set to 1.0% like Cr for suppressing the HAZ hardening and the welding low temperature crack.
또한, 본 발명에서는 가열시에 구오스테나이트의 입성장억제를 위해 Ca, REM의 1종 또는 2종을 추가로 첨가한다.In addition, in the present invention, one or two kinds of Ca and REM are further added to suppress the grain growth of the austenite at the time of heating.
Ca 및 REM은 고온안정성이 우수한 산화물을 형성시켜 모재내에서 가열시 구오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 용접열영향부의 인성을 향상시킨다. 또한, Ca은 제강시 조대한 MnS형상을 제어하는 효과가 있다. 이를 위해, 칼슘(Ca)은 0.0005%이상, REM은 0.005%이상 첨가하는 것이 좋으나, Ca이 0.005% REM이 0.05%를초과하는 경우 대형개재물 및 클러스터(cluster)를 생성시켜 강의 청정도를 해치게 된다. REM으로서는 Ce, La, Y 및 Hf등의 1종 또는 2종이상을 사용하여도 무방하고 어느 것도 상기 효과를 얻을 수 있다.Ca and REM form an oxide having excellent high temperature stability, thereby suppressing the growth of the austenite grains when heated in the base metal and improving the toughness of the weld heat affected zone. In addition, Ca has the effect of controlling the coarse MnS shape during steelmaking. To this end, it is preferable to add more than 0.0005% of calcium (Ca) and more than 0.005% of REM, but if Ca exceeds 0.005% of the REM exceeds 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 강재의 미세조직은 페라이트+펄라이트로 하고, 상기 페라이트 결정립의 크기는 20㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 페라이트의 결정립크기가 20㎛ 보다 클 경우 대입열 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 크기가 80㎛이상으로 되어 용접열영향부 인성에 유해하기 때문이다.In the present invention, the microstructure of the steel is ferrite + pearlite, the size of the ferrite grains is preferably 20㎛ or less. The reason is that when the grain size of the ferrite is larger than 20 μm, the size of the old austenite grains in the weld heat affected zone becomes 80 μm or more during high heat input welding, which is detrimental to the weld heat affected zone toughness.
또한, 페라이트+펄라이트의 복합조직에서 페라이트의 상분율이 높을수록 모재의 인성 및 연신율이 증가되는데, 페라이트는 20%이상 가장 바람직하게는 70%이상으로 하는 것이다.In addition, the higher the percentage of ferrite in the composite structure of ferrite + perlite, the higher the toughness and elongation of the base metal, and the ferrite is 20% or more and most preferably 70% or more.
·석출물Precipitate
용접열영향부의 구오스테나이트 결정립은 모재의 오스테나이트 결정립 크기가 일정할 경우 모재에 분포하는 산화물 또는 질화물의 크기 및 그 개수 그리고, 분포에 크게 영향을 받게 된다. 또한, 대입열 이상 용접시(가열온도 1400℃이상) 모재에 분포하는 질화물의 경우 30-40%가 모재로 재고용되어 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 성장 억제효과가 감소하기 때문에, 가열시 모재에 재고용되는질화물들을 고려한 그 이상의 질화물들의 균일한 분포가 필요하다. 용접열영향부에서 구오스테나이트의 성장을 억제하기 위해서는, 미세한 TiN 석출물을 균일하게 분포시켜 일부 석출물이 조대해지는 오스왈드 라이프닝(Ostwald ripening)현상을 억제하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 TiN석출물의 간격을 0.5㎛이하로 제어하여 TiN의 분포를 균일하게 하는 것이 바람직하다.The former austenite grains of the weld heat affected zone are greatly influenced by the size, number and distribution of oxides or nitrides distributed in the base material when the austenite grain size of the base material is constant. In addition, since 30-40% of the nitrides distributed in the base material are welded to the base material at the time of high heat input welding (above the heating temperature of 1400 ℃ or more), the effect of inhibiting the growth of the austenite grains in the weld heat affected zone is reduced. There is a need for a uniform distribution of further nitrides taking into account reusable nitrides. In order to suppress the growth of the old austenite in the weld heat affected zone, it is important to uniformly distribute the fine TiN precipitate to suppress the Ostwald ripening phenomenon in which some precipitates are coarsened. For this purpose, it is preferable to make the distribution of TiN uniform by controlling the space | interval of TiN precipitate to 0.5 micrometer or less.
또한, TiN의 입경 및 임계 갯수를 0.01-0.1㎛ 및 1mm2당 1.0x107개 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 0.01㎛미만에서는 대입열 용접시 대부분 모재에 쉽게 재고용되어 구오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 효과가 미흡해지며, 0.1㎛을 초과하는 경우에는 구오스테나이트 결정립에 대한 피닝(pinning, 결정립 성장억제)효과가 적어지고 조대한 비금속개재물과 같은 거동을 하여 기계적 성질에 유해한 영향을 미치기 때문이다. 또한, 석출물의 갯수가 1mm2당 1.0x107개 미만에서는 대입열이상의 용접시 용접열영향부의 구오스테나이트 결정립 크기를 임계치인인 80㎛이하로 제어하기가 어렵다.In addition, it is preferable to limit the particle diameter and the critical number of TiN to 0.01-0.1 μm and 1.0 × 10 7 or more per 1 mm 2 . The reason for this is that less than 0.01 μm is easily re-used to the base metal during high heat input welding, and the effect of inhibiting the growth of the old austenite grains is insufficient. If the thickness exceeds 0.1 μm, pinning of the old austenite grains occurs. This is because the growth inhibition effect is reduced and the same behavior as coarse nonmetallic inclusions has a detrimental effect on the mechanical properties. In addition, when the number of precipitates is less than 1.0 × 10 7 per 1 mm 2 , it is difficult to control the size of the old austenite grains of the weld heat affected zone at the time of welding higher than the heat input to be 80 μm or less, which is a threshold value.
·산화물·oxide
본 발명에서는 Ti-Mg산화물의 입경 및 임계개수를 0.5-2.0㎛ 및 1mm2당 1.0x102-1.0x103개의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 산화물의 크기가 0.5㎛미만의 경우에는 용접열영향부 결정립내에서 침상 페라이트 핵생성 촉진 효과가 미흡하며, 2.0㎛ 초과의 경우에는 용접열영향부 결정립 성장억제 효과가 미흡하고 또한 핵생성 되는 침상 페라이트의 변태량이 감소하기 때문이다.In the present invention, the particle diameter and the critical number of the Ti-Mg oxide are preferably in the range of 0.5-2.0 μm and 1.0 × 10 2 -1.0 × 10 3 per 1 mm 2 . The reason for this is that when the oxide size is less than 0.5 µm, the needle ferrite nucleation promoting effect is insufficient in the weld heat-affected grains. This is because the amount of transformation of the acicular ferrite is reduced.
산화물 개수가 1mm2당 1.0x102개 미만에서는 용접열영향부내에서 침상 페라이트를 핵생성시키는 산화물의 개수가 적어 침상페라이트의 양이 적기 때문에 인성에 나쁜 영향을 미치고 또한 1mm2당 1.0x103초과의 경우에는 Ti-Mg복합산화물수가 많아 산화물에서 핵생성하는 1차 침상페라이트가 서로 성장하다가 부딪쳐서 2차 침상페라이트의 형성을 제한하기 때문에 결정립내에 침상페라이트 양이 감소한다.If the number of oxides is less than 1.0 × 10 2 per 1 mm 2 , the number of oxides nucleating the needle ferrite in the weld heat affected zone is small and the amount of needle ferrite is low, which adversely affects the toughness and exceeds 1.0 × 10 3 per 1 mm 2 . In this case, since the number of Ti-Mg complex oxides increases, the needle-like ferrites nucleating in the oxides grow and collide with each other to limit the formation of the secondary needle-like ferrites.
[용접 구조용 강의 제조방법][Method of manufacturing welded structural steel]
·정련(탈산, 탈가스)공정Refining (Deoxidation, Degassing) Process
일반적으로 강의 정련공정은 정련로(전로, 전기로)에서 1차정련한 다음, 정련로의 용강을 래들(L.F)로 출강하여 2차정련(노외정련)하는데, 용접구조용 강재와 같이 후물재에서는 노외정련 다음에 탈가스(RH공정)를 행한다. 보통 탈산은 1차정련과 2차정련에서 이루어진다.In general, the steel refining process is first refined in the refining furnace (electric furnace, electric furnace), and then the molten steel of the refining furnace is pulled out by the ladle (LF) to the secondary refining (external refining). After out-refining, degassing (RH process) is performed. Normal deoxidation takes place in primary and secondary refining.
본 발명자들은 이러한 탈산공정에서 용존산소량이 산화물의 생성거동에 크게 영향을 미친다는 사실에 착안한 연구과정에서 Ti을 적량의 Ti-Mg 복합산화물과 다량의 미세한 TiN석출물로 다량으로 균일하게 분포시키기 위한 다음의 사실을 밝혀낼 수 있었다.The present inventors focused on the fact that the amount of dissolved oxygen in the deoxidation process greatly affects the formation behavior of the oxide to uniformly distribute a large amount of Ti into an appropriate amount of Ti-Mg composite oxide and a large amount of fine TiN precipitate. The following facts could be found.
(1) 용존 산소량은 산화물의 생성거동에 크게 영향을 미치며 다량의 산화물을 생성시키기 위해서는 적정한 용존산소량이 존재하는데, 그 수치는 50-200ppm 정도라는 점과,(1) The amount of dissolved oxygen greatly affects the formation behavior of oxides, and in order to generate a large amount of oxides, an appropriate amount of dissolved oxygen exists, which is about 50-200 ppm,
(2) 이러한 용존산소량을 갖는 용강에 Mg을 먼저 투입한 다음 Ti을 투입하면, Mg산화물은 기존의 다른 산화물보다 산소와의 친화력이 상당히 커서 좀더 미세한 산화물 분포를 얻을 수 있다는 점, 그리고, Ti의 일부는 Ti-Mg복합산화물을 형성하여 산화물의 개수를 증가시키고 또한, 이러한 Ti-Mg복합산화물은 TiN, MnS, CuS, VN 등의 석출물의 석출빈도수를 증가시키며, 첨가된 Ti중의 나머지는 용강중에 고용되어 응고시 미세한 Ti석출물을 형성한다는 점인데, 이를 자세히 설명한다.(2) When Mg is first introduced into molten steel having such dissolved oxygen, and then Ti is added, Mg oxide has a significantly higher affinity with oxygen than other oxides, and thus a finer oxide distribution can be obtained. Some form Ti-Mg complex oxides to increase the number of oxides, and these Ti-Mg complex oxides increase the precipitation frequency of precipitates such as TiN, MnS, CuS, VN, and the rest of the added Ti in molten steel. The solid solution forms a fine Ti precipitate upon solidification, which will be described in detail.
본 발명에서는 Mg, Ti의 투입전에 Ti 보다 탈산력이 큰 원소를 용강에 투입하여 용존산소량을 50-200ppm으로 조정한다. 탈산제의 탈산력은 아래와 같다.In the present invention, before the addition of Mg and Ti, an element having a higher deoxidation power than Ti is added to molten steel to adjust the dissolved oxygen amount to 50-200 ppm. The deoxidizing power of the deoxidizer is as follows.
Cr < Mn < Si < Ti < Al < REM < Zr < Ca ≒ MgCr <Mn <Si <Ti <Al <REM <Zr <Ca ≒ Mg
산소와의 친화력이 큰 탈산제 일수록 용강중 산소와 결합하는 속도가 빠르고 결합력도 강하다. 따라서, Mg, Ti의 첨가전에 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산제를 투입하여 적정 용존산소(50-200ppm)을 확보하여야 탈산공정의 진행시간을 단축하면서목적하는 TiO산화물로 형성하면서 Ti을 TiN석출물로 만들 수 있다. 즉, Ti 보다 탈산력이 큰 탈산제를 사전에 투입하기 때문에 Ti가 용강중에서 조대한 1차산화물로 생성되기 보다는 고용Ti로 잔존하는 비율이 상당히 높아져서 응고시 미세한 다량의 Ti산화물 및 TiN질화물을 확보할 수 있는 것이다.The deoxidizer with greater affinity with oxygen has a higher rate of binding to oxygen in molten steel and a stronger binding force. Therefore, before adding Mg and Ti, a deoxidizer having a higher deoxidizing power than Ti must be added to secure an appropriate dissolved oxygen (50-200 ppm) to form TiN as a TiN precipitate while forming a target TiO oxide while reducing the progress time of the deoxidation process. Can be. That is, since the deoxidizer with greater deoxidizing power than Ti is pre-injected, the ratio of Ti remaining in solid solution rather than coarse primary oxide in molten steel increases considerably, thus securing fine amounts of Ti oxide and TiN nitride during solidification. It can be.
본 발명에서는 Ti 보다 탈산력이 큰 원소(Al, REM, Zr, Ca, Mg)를 투입하기 전에, Mn, Si 등의 원소를 투입하여 탈산하고, 이어서 Al 등과 같은 Ti 보다 탈산력이 큰 탈산제를 투입하는 것도 바람직하다. 이 방법은 탈산력이 약한 Si, Mn등을 이용하여 조정하고 또한 Al을 첨가시켜 조대한 1차 산화물을 부상분리를 통하여 용강의 산소량을 조정하는 것이 유리하다는 장점이 있다.In the present invention, before adding an element having a higher deoxidizing power than Ti (Al, REM, Zr, Ca, Mg), by deoxidizing by adding elements such as Mn, Si, and then deoxidizer having a higher deoxidizing power than Ti such as Al It is also preferable to inject. This method has the advantage of adjusting the amount of oxygen of molten steel through the separation of coarse primary oxide by adjusting Al and adding Al and adding Al by adding weak Al.
본 발명에서 탈산 조업패턴의 일례로서, 1차정련에서 Mn, Si, Al의 순으로 투입한 다음 2차정련에서 Mg을 투입하고 최종적으로 Ti를 첨가하는 것이다. 본 발명에서는 Al 최종함유량을 0.005-0.1%범위로 한정하는데, 그 이유는 상기한 함량범위일 때 1차 탈산후에 투입하는 Al의 투입에 의해서 용강중의 산소와 반응하여 부상분리에 의하여 용강중의 산소량을 제어하는데 효과적이기 때문이다. Al의 적정범위를 도출하기 위해 실험한 결과, Al이 0.005%보다도 작으면 적정 용존산소량 제어 등에 미치는 영향도가 충분하지 않고 0.1%를 초과하게 되면 용강중의 산소량이 부족하여 Ti-Mg복합산화물의 형성량이 감소하기 때문이다.As an example of the deoxidation operation pattern in the present invention, Mn, Si, Al are added in the order of primary refining, followed by Mg in the secondary refining, and finally Ti is added. In the present invention, the final Al content is limited to the range of 0.005-0.1%, because the amount of oxygen in the molten steel is reacted with the oxygen in the molten steel by the addition of Al to be added after the first deoxidation in the above-described content range. Because it is effective to control. As a result of experiment to derive the proper range of Al, when Al is less than 0.005%, the influence on the control of the proper dissolved oxygen amount is not sufficient, and when it exceeds 0.1%, the amount of oxygen in the molten steel is insufficient to form Ti-Mg complex oxide. This is because the amount decreases.
상기와 같이 본 발명에서는 Ti의 투입전에 용존산소량을 50-200ppm으로 탈산하는 것이 바람직하다. 용존산소량이 50ppm미만의 경우에 용강중의 산소량이 너무 적어 본 발명의 효과를 보이기 위한 적정 Ti-Mg계 산화물의 형성량이 불충분하며, 200ppm 초과의 경우에는 그 효과가 포화되며 목표로 하는 원소뿐만 아니라 타합금 첨가원소를 산화시켜 정확한 화학성분들로 구성된 합금성분계를 얻는 문제점이 있다.As described above, in the present invention, it is preferable to deoxidize the dissolved oxygen amount to 50-200 ppm before the addition of Ti. If the dissolved oxygen amount is less than 50 ppm, the amount of oxygen in molten steel is too small to form an appropriate amount of Ti-Mg oxide in order to show the effect of the present invention. There is a problem of oxidizing the alloying element to obtain an alloy component system composed of accurate chemical components.
상기와 같이 Si, Mn, Al의 원소를 이용하여 용존산소량을 제어한 다음에, 탈산원소로 Mg 및 Ti를 첨가하는데 그 이유는 다음과 같다. Mg는 용강중 산소와의 친화력이 크기 때문에 용강중에 존재하는 산소와 반응하여 Mg산화물을 형성한다. 또한 이러한 Mg산화물은 Ti와 친화력이 커서 Ti-Mg복합산화물 형성에 직접적인 영향을 미쳐 응고시 강중에 분포하는 Ti계 산화물의 개수 증가에 상당히 효과적인 영향을 미친다. Ti와 Mg을 동시에 첨가하는 경우에는 Mg이 Ti보다 산소와의 친화력이 커서 우선적으로 용강중의 산소와 결합하여 Ti계 산화물보다는 Mg계 산화물을 형성한다. 따라서, 다각형 또는 침상의 페라이트 변태핵으로 작용하는 Ti산화물의 개수를 크게 감소시키는 문제점이 있기 때문에 먼저 Mg에 의한 탈산공정으로 Mg산화물을 분포시킨 후 Ti에 의한 탈산공정을 진행함으로서 페라이트 핵생성에 영향을 미치는 Ti산화물의 개수를 증가시키는 것이 유리하다.As described above, the amount of dissolved oxygen is controlled using elements of Si, Mn, and Al, and then Mg and Ti are added as deoxidation elements. Since Mg has a high affinity with oxygen in molten steel, Mg reacts with oxygen present in molten steel to form Mg oxide. In addition, the Mg oxide has a high affinity with Ti, which has a direct effect on the formation of Ti-Mg composite oxide, which has a significant effect on increasing the number of Ti-based oxides distributed in the steel during solidification. When Ti and Mg are added at the same time, Mg has a greater affinity for oxygen than Ti and preferentially combines with oxygen in molten steel to form Mg oxides rather than Ti oxides. Therefore, since there is a problem of greatly reducing the number of Ti oxides acting as a polygonal or needle-like ferrite transformation nucleus, the ferrite nucleation is influenced by first distributing the Mg oxide in the deoxidation process by Mg and then deoxidizing by Ti. It is advantageous to increase the number of Ti oxides which affect the
본 발명에서 3차탈산원소로 Mg을 0.001-0.005%범위로 첨가하는데, 그 이유는Mg의 함량이 0.001%이하에서는 용강중에 형성되는 Mg산화물 개수가 너무 적어 Ti-Mg복합산화물의 형성이 부족하기 때문이며, 0.005%이상에서는 Mg과 산소와의 친화력이 Ti산화물보다 큰 이유로 Ti와 결합할 수 있는 산소량이 부족해져 본 발명의 효과를 보이기 위한 Ti-Mg복합산화물 뿐만아니라 TiO산화물의 개수도 감소하기 때문이다.In the present invention, Mg is added in the range of 0.001-0.005% as the tertiary deoxidation element, because the Mg content is less than 0.001%, the number of Mg oxides formed in molten steel is too small to form Ti-Mg complex oxides. This is because if the affinity between Mg and oxygen is greater than Ti oxide, the amount of oxygen that can be combined with Ti is insufficient at 0.005% or more, so that the number of TiO oxides as well as Ti-Mg composite oxides for showing the effect of the present invention is reduced. .
상기와 같이, Mg탈산원소 첨가후 용강상태에서 Ti를 0.005-0.2% 첨가한다. 용강상태에서 Ti산화물을 형성하는 것 보다 오히려 대부분 용강에 고용시키고 응고시 Ti산화물을 형성하게 되면 Ti산화물이 좀더 미세하고 개수 또한 증가되는 효과가 있다. 따라서, Mg탈산원소 첨가후 Ti를 첨가하게 되면 산화물로 생성되는 것 보다는 고용Ti로 잔존하는 비율이 상당히 높아 응고시 미세하면서 다량의 Ti산화물 및 TiN석출물을 확보할 수 있다. 이때 바람직한 Ti첨가량은 0.005-0.2%범위인데, 이는 본 발명의 효과를 보이기 위한 적정 Ti산화물 및 TiN석출물의 분포 뿐만 아니라 용접열영향부 인성개선에 유효한 MnS, CuS, BN, VN석출거동을 함께 고려한 범위이다.As described above, after the addition of the Mg deoxidation element, 0.005-0.2% Ti is added in the molten steel state. Rather than forming Ti oxide in the molten steel state, the solid solution in most molten steel and forming Ti oxide during solidification has an effect of increasing the number and finer Ti oxide. Therefore, when Ti is added after the addition of Mg deoxidation element, the ratio of remaining as solid solution Ti is rather high than that of oxides, thereby securing a fine amount of Ti oxide and TiN precipitates during solidification. At this time, the preferred amount of Ti is in the range of 0.005-0.2%, which considers the effective distribution of Ti oxide and TiN precipitates to show the effects of the present invention, as well as MnS, CuS, BN, and VN precipitation behaviors effective for improving the toughness of the weld heat affected zone. Range.
상기와 같이, Mg을 첨가하고 이어 Ti을 첨가한 다음에 후속하여 정련 예를 들어 탈가스처리하는데, 이때 연속주조전까지 용강의 유지시간은 0.5-20분 이내로 하는 것이 바람직하다. 용강의 유지시간이 0.5분미만의 경우에서는 조대한 1차 산화물이 부상분리 될 시간적 여유가 없어 응고후 잔존하여 Ti계 산화물의 평균크기가 증가하게 되며, 20분 초과의 경우에서는 산화물끼리 결합하여 조대화되고 부상될 가능성이 매우 높다. 따라서 Mg원소 첨가후 0.5-20분 시간범위에서 Ti원소를 첨가하면 응고시 미세한 Ti-Mg복합 산화물을 얻을 수 있다.As described above, Mg is added followed by Ti, followed by refining, for example, degassing, wherein the holding time of the molten steel until continuous casting is preferably within 0.5-20 minutes. If the retention time of molten steel is less than 0.5 minutes, there is no time for coarse primary oxides to separate and float, and after solidification, the average size of Ti-based oxides is increased. It is very likely to be talked about and injured. Therefore, when Ti element is added within 0.5-20 minutes after Mg element is added, a fine Ti-Mg composite oxide can be obtained during solidification.
·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 저속인 1.2m/min이하 보다 바람직하게는 약 0.9∼1.2m/min으로 하는 것이다. 그 이유는 주조속도가 0.9m/min미만의 경우에 주편표면크랙에는 유리하나 생산성이 떨어지며, 1.2m/min 보다 빠르면 주편표면크랙 발생가능성이 높다.According to the study of the present invention, the continuous casting speed is less than 1.2 m / min at low speed, more preferably about 0.9 to 1.2 m / min. The reason is that when the casting speed is less than 0.9m / min, it is advantageous for cast surface cracks, but productivity is lowered. When it is faster than 1.2m / min, cast surface cracks are more likely to occur.
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 작은 문제가 있으며, 1250℃를 초과할 경우에는 Ti계 석출물 등이 조대화되거나 분해되어, 석출물들의 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. Below 1100 ° C., the number of TiN precipitates is small because the rate of diffusion of solute atoms is small. When it exceeds 1250 ° C., Ti-based precipitates are coarsened or decomposed, and thus the number of precipitates is reduced. I can't. On the other hand, if the heating time is less than 60 minutes, it is not preferable because there is no segregation reduction effect of the solute atoms and there is not enough time for the solute atoms to diffuse to form precipitates. In addition, when the heating time exceeds 180 minutes, coarsening of austenite grain size occurs, which is not preferable in terms of work productivity.
상기와 같이 가열한 다음, 오스테나이트 재결정역 온도에서 40% 이상의 압연비로 열간압연하는 것이 바람직하다. 오스테나이트 재결정역온도는 강조성과 그 이전의 압하량 등에 영향을 받는데, 본 발명의 강조성에 통상의 압하량을 고려할 때 오스테나이트 재결정역 온도는 약 1050∼850℃구간이다. 이 구간에서 적어도 40%이상의 압연비를 부여하여야 하는데, 만일 압연비가 40%미만인 경우에는 오스테나이트 입내의 페라이트 핵생성 자리가 부족하여 오스테나이트 재결정에 의한 페라이트 결정립 미세화 효과가 미흡하고, 용접시 용접열영향부의 인성에 유효한 영향을 미치는 석출물 거동에 영향을 미치게 된다.After heating as above, it is preferable to hot-roll at a rolling ratio of 40% or more at the austenite recrystallization zone temperature. The austenite recrystallization zone temperature is affected by the emphasis and the previous reduction amount, and the austenite recrystallization zone temperature is in the range of about 1050 to 850 ° C. in consideration of the usual reduction amount in the emphasis of the present invention. In this section, a rolling ratio of at least 40% should be given. If the rolling ratio is less than 40%, the ferrite nucleation site in the austenite grain is insufficient and the effect of refining the ferrite grains due to austenite recrystallization is insufficient. It affects the precipitate behavior which effectively affects the toughness of the affected zone.
상기와 같이 압연한 다음, 페라이트 결정립성장을 방지하기 위해서 페라이트 변태종료온도±10℃까지 1℃/min 이상의 속도로 냉각한다. 바람직하게는 페라이트 변태 종료온도까지 1℃/min이상의 속도로 냉각하고 그 이후에는 공냉하는 것이다. 몰론, 페라이트 변태 종료온도 이하 즉, 상온까지 1℃/min이상으로 냉각하는 것도 가능하나 비경제적이다. 냉각속도가 1℃/min 미만의 경우에는 재결정된 미세 페라이트의 결정립 성장을 초래하여 강재의 페라이트 결정립 크기를 20㎛이하를 확보하기 어렵다.After rolling as described above, in order to prevent ferrite grain growth, it is cooled at a rate of 1 ° C / min or more to the ferrite transformation end temperature ± 10 ° C. Preferably, it is cooled at a rate of 1 ° C./min or more to the ferrite transformation end temperature and thereafter air-cooled. Of course, it is possible to cool the ferrite transformation temperature below the end temperature, that is, above 1 ° C / min to room temperature, but it is uneconomical. If the cooling rate is less than 1 ° C / min, it leads to grain growth of the recrystallized fine ferrite, it is difficult to secure the ferrite grain size of the steel material 20㎛ or less.
[용접구조물][Welding Structure]
상기 본 발명에 따라 제공되는 용접구조용 강재는, 페라이트(70%이상)+펄라이트의 복합조직으로, 페라이트 결정립의 크기가 20㎛이하이다. 또한, TiN의 석출물이 0.01-0.1㎛의 크기로 1mm2당 1.0x107개 이상이며, 그 간격은 0.5㎛이하이며, 이와 함께 Ti-Mg산화물이 0.5-2.0㎛의 크기로 1mm2당 1.0x102-1.0x103개의 범위로 미세하게 분포되어 있다.The welded steel material provided according to the present invention is a composite structure of ferrite (70% or more) + pearlite, and the size of the ferrite grains is 20 µm or less. In addition, TiN precipitates are 1.0 × 10 7 or more per 1 mm 2 with a size of 0.01-0.1 μm, and the interval is 0.5 μm or less, and Ti-Mg oxide is 1.0 × 10 per 1 mm 2 with a size of 0.5-2.0 μm. It is finely distributed in the range of 2 -1.0x10 3 .
이러한 강재에 대입열 용접을 적용하면 구오스테나이트 결정립크기가 80㎛이하가 된다. 구오스테나이트 결정립크기가 80㎛ 초과의 경우에는 소입성증가에 따른 저온조직(마르텐사이트 또는 업퍼(upper) 베이나이트)의 생성이 용이하여 용접열영향부 인성에 유해하다. 또한, 구오스테나이트 결정입계에서 상이한 핵생성자리를갖는 페라이트가 생성된다하더라도 페라이트가 입성장시 합체되어 인성에 유해한 영향을 미친다. 따라서, 본 발명의 효과를 보이기 위한 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 임계크기는 80㎛이하이다.When the high heat input welding is applied to such steels, the old austenite grain size is 80 μm or less. If the austenite grain size is greater than 80 µm, low-temperature structure (martensite or upper bainite) is easily formed due to the increase in hardenability, which is detrimental to the weld heat affected zone toughness. In addition, even if ferrites having different nucleation sites are produced at the old austenite grain boundaries, ferrite coalesces during grain growth, which adversely affects toughness. Therefore, the austenite grain size of the weld heat affected zone for showing the effect of the present invention is 80 μm or less.
상기와 같이 대입열용접이 적용되어 급냉되면, 열영향부의 미세조직 크기가 약 20㎛이하의 페라이트가 약 70%이상의 상분율을 갖게 된다. 만일 상기 페라이트의 결정립크기가 20㎛ 보다 클 경우에는 용접열영향부 인성에 유해한 사이트 플래이트형(side plate, 또는 allotriomorphs)의 페라이트 분율이 증가한다. 본 발명의 페라이트는 다각형페라이트와 침상형페라이트의 특성을 가질때, 인성에 보다 유리한데, 이는 본 발명에 따라 Ti-Mg계 복합산화물이 주요한 작용을 한다.When the high heat input welding is applied and quenched as described above, the ferrite having the microstructure size of the heat-affected portion of about 20 μm or less has a phase fraction of about 70% or more. If 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. When the ferrite of the present invention has the characteristics of polygonal ferrite and acicular ferrite, it is more advantageous for toughness, which is a Ti-Mg based composite oxide according to the present invention.
본 발명에서 강의 주조는 연속주조 또는 금형주조에 의해 슬라브를 제조할 수 있다. 이때 냉각속도가 빠르면 석출물을 미세분산시키기 유리하므로 냉각속도가 빠른 연속주조가 바람직하다. 또한 같은 이유로 슬라브는 두께가 얇은편이 유리하다. 그리고, 이 슬라브를 열간압연공정에서 사용자 용도에 따라 핫챠지(hot charge)압연 및 직접(direct)압연을 적용할 수도 있고, 공지된 제어압연, 제어냉각 등의 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, slabs are advantageously thinner. The slab may be subjected to hot charge rolling and direct rolling according to the user's use in the hot rolling process, and various known techniques 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.
이하, 본발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
[실시예]EXAMPLE
표 1과 같은 성분 조성을 갖는 강종들을 시료로 하여 전로에서 용해하여 연속주조법에 의해 슬라브로 제조하였으며, 이때 본 발명의 효과를 보이기 위한 강종별 합금성분 원소간의 구성비를 표 3에 나타내었다. 강종별 슬라브의 응고속도, 슬라브 가열온도, 가열시간, 압연개시온도 및 종료온도, 압하량, 압연공정에서 두께 25∼40mm로 제조된 압연재의 냉각속도는 표 2, 4에 나타내었다. 이때, 전 강종의 압연시 압하비는 60%이상으로 하였다.Steel grades having the composition as shown in Table 1 were prepared in the slab by the continuous casting method by dissolving them in a converter, and the composition ratio between alloying elements by steel type to show the effect of the present invention is shown in Table 3. The solidification rate, slab heating temperature, heating time, rolling start temperature and end temperature, rolling reduction, and cooling rate of the rolled material having a thickness of 25 to 40 mm in the rolling process are shown in Tables 2 and 4. At this time, the rolling reduction ratio of all the steel grades was 60% or more.
상기와 같이 열간압연된 판재들로부터 모재의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 압연재의 판두께 중앙부에서 채취하였으며 인장시험편은 압연방향, 그리고 샤피(Charpy)충격시편은 압연방향과 수직한 방향에서 채취하였다.The test pieces for evaluating the mechanical properties of the base metal from the hot rolled plates as described above were taken at the center of the plate thickness of the rolled material, the tensile test piece was taken in the rolling direction, and the Charpy impact specimen was taken in the direction perpendicular to the rolling direction. It was.
인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며 인장시험은 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 5mm/mim에서 시험하였다. 충격시험편은 KS(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 제조하였으며 이때 노치방향은 모재의 경우 압연방향의 측면 (L-T)에서 가공하였으며 용접재의 경우 용접선 방향으로 가공하였다. 또한 용접열영향부의 최고가열온도에 따른 오스테나이트 결정립 크기를 조사하기 위하여 재현용접 모사시험장치(simulator)를 사용하여 최고가열온도(1200∼1400℃)까지 140℃/sec조건으로 가열시킨후 1초간 유지한 다음, He 가스를 이용하여 급냉시켰다. 급냉시킨 시험편을 연마하고 부식하여 최고가열온도조건에서의 오스테나이트 결정입도를 KS구격 (KS D 0205)에 의해 측정하였다.Tensile test piece was used KS standard (KS B 0801) No. 4 test piece and the tensile test was tested at the cross head speed (5mm / mim). The impact test piece was manufactured according to KS (KS B 0809) No. 3 test piece, and the notch direction was processed on the side of the rolling direction (L-T) in the case of the base material and in the welding line direction on the welding material. In addition, in order to investigate the austenite grain size according to the maximum heating temperature of the welding heat affected zone, it is heated to 140 ℃ / sec condition for 1 second after the heating up to the maximum heating temperature (1200 ~ 1400 ℃) by using the simulation welding simulator (simulator). After holding, it was quenched with He gas. The quenched specimens were ground and corroded to determine the austenite grain size at the highest heating temperature condition by KS (KS D 0205).
냉각후 미세조직의 분석 및 용접영향부의 인성에 중요한 영향을 미치는 석출물과 산화물의 크기와 갯수 그리고 간격은 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 이때, 피검면은 100mm2을 기준으로 하여 평가하였다.The size, number, and spacing of precipitates and oxides, which have a significant effect on the microstructure analysis and the toughness of the weld affected zone after cooling, were measured by the point counting method using an image analyzer and an electron microscope. At this time, the test surface was evaluated based on 100 mm 2 .
용접열영향부의 충격인성 평가는 실제 용접입열량에 상당하는 약 80kJ/cm, 150kJ/cm, 250kJ/cm에 상당하는 용접조건, 즉 최고가열온도를 1400℃로 가열한후 800-500℃의 냉각시간이 각각 60초, 120초, 180초인 용접 열사이클을 부여한 다음, 시험편 표면을 연마하고 충격시험편으로 가공하여 -40℃에서 샤피충격시험을 통하여 평가하였다.Impact toughness evaluation of the welding heat affected zone is 800-500 ℃ cooling after heating the welding conditions corresponding to about 80 kJ / cm, 150 kJ / cm, 250 kJ / cm, that is, the maximum heating temperature to 1400 ℃ After the welding heat cycles of 60 seconds, 120 seconds, and 180 seconds were applied, the surface of the test piece was polished, processed into an impact test piece, and evaluated through a Charpy impact test at -40 ° C.
표 5 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 열간압연재의의 석출물(Ti계 질화물)의 개수는 2.4X108개/mm2이상의 범위를 가지고 있는데 반해, 종래강의 경우는 4.07 X106개/mm2이하의 범위를 보이고 있어 종래재 대비 발명재가 상당히 균일하면서도 미세한 석출물 크기를 갖으면서 그 개수 또한 현저히 증가되었음을 잘 알 수 있다. 또한, 본 발명재는 Ti-Mg의 산화물 개수도 약 1.7x102∼3.2x103개 범위를 보이고 있으며 평균크기도 약 1.2-1.8㎛의 범위를 보이고 있다. 한편 본 발명강의 모재조직구성에 있어서 본 발명강의 경우 페라이트 결정립크기(FGS)가 약 9-12㎛범위로 비교재 대비 매우 미세함을 알 수 있으며 본 발명강의 모재 페라이트 상분율도 모두 70%이상의 높은 페라이트 분율로 구성되어 있다.As shown in Table 5, the number of precipitates (Ti-based nitride) of the hot rolled material produced by the present invention has a range of 2.4X10 8 / mm 2 or more, whereas in the case of conventional steel 4.07 X10 6 / mm 2 Since the following ranges show that the invention material has a fairly uniform and fine precipitate size compared to the conventional material, the number is also significantly increased. In addition, the present invention has a number of oxides of Ti-Mg is also about 1.7x10 2 ~ 3.2x10 3 ranges and the average size is about 1.2-1.8㎛. On the other hand, in the structure of the base steel of the present invention, in the case of the present invention, the ferrite grain size (FGS) is in the range of about 9-12 μm, which is very fine compared to that of the comparative material. It consists of fractions.
표 6에서는 본 발명강 및 종래강의 용접열영향부 물성을 나타낸 것이다. 용접열영향부와 같은 최고가열온도 1400℃조건에서의 오스테나이트 결정립 크기를 보면 본 발명의 경우 52-64㎛의 범위를 갖는 반면, 종래재의 경우 약 180㎛이상의 매우 조대한 범위를 가자는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명강에서는 용접시 용접열영향부의 오스테나이트 결정립 억제 효과가 매우 우수한 것임을 잘 알 수 있다. 또한, 100kJ/cm의 용접입열량에서 본 발명강의 페라이트 상분율은 약 70%이상으로 구성되어 있다.Table 6 shows the properties of the weld heat affected zone of the present invention steel and conventional steel. The austenitic grain size at the maximum heating temperature of 1400 ° C. such as the welding heat affected zone shows that the present invention has a range of 52-64 μm, while the conventional material has a very coarse range of about 180 μm or more. Can be. Therefore, in the present invention, it can be seen that the austenite grain suppression effect of the weld heat affected zone during welding is very excellent. In addition, the ferrite phase fraction of the steel of the present invention at a heat input of 100 kJ / cm is about 70% or more.
상술한 바와 같이, 본 발명은 우수한 모재물성을 가지면서 동시에 우수한 용접열영향부 물성의 확보가 가능한 용접 구조용 강소재를 개발함에 있어 TiN석출물과 함께 Ti-Mg복합산화물을 이용함으로써 대입열 용접열영향부 오스테나이트 결정립을 제어하고 결정립내에서 침상 페라이트 변태를 촉진시켜 우수한 대입열 용접열영향부 인성을 동시에 확보할 수 있는 용접용 구조용강을 제공할 수 있는 것이다.As described above, the present invention uses a Ti-Mg composite oxide together with TiN precipitates to develop a welded structural steel material having excellent base material properties and at the same time securing excellent weld heat affected zone properties. By controlling secondary austenite grains and promoting needle-like ferrite transformation within the grains, it is possible to provide a structural structural steel for welding that can simultaneously secure excellent heat input heat-affected zone toughness.
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