KR101482343B1 - High strength austenitic steel having excellent toughness of heat affected zone and method for manufacturing the same - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.8~1.5%, Mn: 15~22%, Cr: 5%이하(0은 제외), Ti: 0.01~0.3%, N: 0.003~0.1%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 용접열영향부의 미세조직이 체적 분율로 90%이상의 오스테나이트를 포함하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 합금성분 및 조성범위를 효과적으로 제어함으로써, 용접 부의 오스테나이트 결정립 크기를 제어하고 이를 통해 용접 후 열영향부의 탄화물 생성을 분산시켜 네트워크 형태의 탄화물 형성이 억제된 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재를 제공할 수 있다.
또한, 상기 오스테나이트계 강재는 Cr 첨가를 통해 내식성을 향상시킴으로써 부식환경에서도 장시간 사용이 가능하다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high strength austenitic steel having excellent toughness at the weld heat affected zone and a method for producing the same. An embodiment of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 0.8 to 1.5% of C, 15 to 22% of Mn, 5% or less of Cr (0 is excluded), 0.01 to 0.3% of Ti, 0.003 to 0.1% High strength austenitic steels containing a remainder Fe and other unavoidable impurities and having a 90% or more austenite content in a volume fraction of microstructure of the weld heat affected zone, and a method of producing the same.
According to the present invention, by effectively controlling the alloy composition and the composition range, it is possible to control the size of the austenite grains in the weld portion and to disperse the generation of carbides in the heat affected portion after welding, An excellent high strength austenitic steel can be provided.
In addition, the austenitic steels can be used for a long time in a corrosive environment by improving the corrosion resistance through addition of Cr.

Description

용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AUSTENITIC STEEL HAVING EXCELLENT TOUGHNESS OF HEAT AFFECTED ZONE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a high strength austenitic steal material having excellent toughness at a weld heat affected zone, and a method of manufacturing the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high strength austenitic steel having excellent toughness at the weld heat affected zone and a method for producing the same.

오스테나이트계 강재는 그 자체가 가지고 있는 가공경화능, 비자성 등의 성질로 인하여 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히, 기존에 주로 사용되던 페라이트 혹은 마르텐사이트를 주조직으로 하는 탄소강이 그 특성에 한계를 나타냄에 따라 이들의 단점을 극복하는 대체재로 그 적용이 증가하고 있는 추세이다.
The austenitic steels are used for various purposes because of their inherent properties such as work hardenability and non-magnetic properties. Particularly, since carbon steels mainly composed of ferrite or martensite, which are mainly used in the prior art, are limited in their characteristics, the application of the carbon steels as a substitute material to overcome these drawbacks is increasing.

오스테나이트계 강재의 적용분야로서는 리니어 모터카 궤도, 핵융합로 등의 초전도 응용 기기 및 일반 전기기기의 비자성 구조용 재료, 광산 산업의 채굴, 수송 등 강재의 연성 및 내마모성이 중요시 되는 산업 기계 분야, 확관용 파이프용 강재, 슬러리 파이프용 강재, 내 사우어(sour) 강재 등 연성, 내마모성 및 내수소 취성 등이 필요한 오일 및 가스 산업(Oil and Gas Industries)에서 채굴, 수송, 저장 분야 등이 있으며, 이러한 산업분야에서 오스테나이트계 강재의 수요가 꾸준히 증가하고 있다.
Application fields of austenitic steels include linear motorcar tracks, superconducting applications such as nuclear fusion reactors, non-magnetic structural materials of general electric equipment, industrial machinery fields where ductility and abrasion resistance of steel are important, such as mining and transportation of mining industry There are mining, transportation and storage fields in oil and gas industries that require ductility, abrasion resistance and hydrogen embrittlement, such as steel for pipes, steel for slurry pipes, and sour steels. The demand for austenitic steels is steadily increasing.

종래의 대표적인 오스테나이트계 강재로는 오스테나이트계 스테인레스강인 AISI304(18Cr-8Ni계)가 있다. 그러나, 상기 강재는 항복강도가 낮아 구조 재료로 적용하기에는 문제점이 있으며 고가의 원소인 Cr, Ni을 다량 함유하여 비경제적이기 때문에 그 용도 및 적용에 한계가 존재한다.
A typical austenitic steel material is austenitic stainless steel AISI 304 (18Cr-8Ni alloy). However, since the steel has low yield strength, it has a problem to be applied as a structural material and contains a large amount of expensive elements such as Cr and Ni, which is uneconomical.

한편, 상기와 같이 오스테나이트계 강재의 조직을 오스테나이트로 유지하기 위해서는 망간 함량과 탄소 함량이 높아지게 되며, 특히 고강도를 유지하기 위해서는 탄소의 함량과 더불어 Cr이 매우 높아지게 된다. 이 경우 오스테나이트 입계를 따라 네트워크 형태의 탄화물이 고온에서 형성되어 강재의 물성, 특히 연성을 급격히 저하시킨다. 뿐만 아니라, 상기 탄화물은 모재에서 뿐만 아니라, 고온으로 가열되었다가 냉각되는 열영향부에서도 더욱 심하게 형성되어 용접부의 인성을 현저히 떨어뜨리게 된다.
On the other hand, in order to maintain the austenitic steel structure with austenite as described above, the manganese content and the carbon content become high. In order to maintain the high strength, the content of carbon and the Cr become very high. In this case, network type carbides are formed at a high temperature along the austenite grain boundaries, and the properties of steel, particularly ductility, are rapidly lowered. In addition, the carbide is formed not only in the base material but also in the heat-affected portion which is heated to a high temperature and is cooled, thereby significantly reducing the toughness of the welded portion.

이러한 네트워크 형태의 탄화물 석출을 억제하기 위해, 고온에서 용체화 처리를 하거나 혹은 열간가공 후 상온으로 급냉시켜 고망간강을 제조하는 방법 등이 제시되었다. 그러나 강재의 두께가 두꺼운 경우에는 급냉에 의한 탄화물 억제의 효과가 충분하지 않을 뿐만 아니라, 새로운 열이력을 받는 용접 열영향부에서의 탄화물 석출을 방지할 수는 없다는 단점이 있다.
In order to suppress the precipitation of carbide in this network form, a solution treatment at a high temperature or a method of producing a high manganese steel by quenching at a room temperature after hot working have been proposed. However, when the thickness of the steel is too thick, the effect of suppressing carbide by quenching is not sufficient and there is a disadvantage that carbide precipitation in a weld heat affected zone which receives new heat history can not be prevented.

본 발명은 용접 열영향부에서 발생하는 인성 저하의 문제가 해소되고, 뿐만 아니라 내식성 또한 향상된 고강도 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
The present invention is intended to provide a high strength austenitic steel material in which the problem of toughness deterioration occurring in the weld heat affected zone is solved, as well as corrosion resistance is improved, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.8~1.5%, Mn: 15~22%, Cr: 5%이하(0은 제외), Ti: 0.01~0.3%, N: 0.003~0.1%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 용접열영향부의 미세조직이 체적 분율로 90%이상의 오스테나이트를 포함하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재를 제공한다.
An embodiment of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 0.8 to 1.5% of C, 15 to 22% of Mn, 5% or less of Cr (0 is excluded), 0.01 to 0.3% of Ti, 0.003 to 0.1% And a balance of Fe and other unavoidable impurities, wherein the microstructure of the weld heat affected zone contains austenite having a volume fraction of 90% or more, and is excellent in weld heat affected zone toughness.

본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.8~1.5%, Mn: 15~22%, Cr: 5%이하(0은 제외), Ti: 0.01~0.3%, N: 0.003~0.1%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1050~1120℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 950℃이상에서 열간 마무리압연하여 열연강재를 얻는 단계; 및 상기 열연강재를 10℃/s이상의 속도로 500℃이하까지 냉각하는 단계를 포함하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재의 제조방법을 제공한다.
Another embodiment of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 0.8 to 1.5% of C, 15 to 22% of Mn, 5% or less of Cr (excluding 0), 0.01 to 0.3% of Ti, 0.003 to 0.1% of N, Reheating the steel slab containing residual Fe and other unavoidable impurities at 1050 to 1120 占 폚; Hot-rolling the reheated steel slab at 950 ° C or higher to obtain a hot-rolled steel; And cooling the hot-rolled steel to a temperature of 500 ° C or lower at a rate of 10 ° C / s or higher. The present invention also provides a method of manufacturing a high-strength austenitic-grade steel excellent in weld heat-affected portion toughness.

본 발명에 따르면, 합금성분 및 조성범위를 효과적으로 제어함으로써, 용접 부의 오스테나이트 결정립 크기를 제어하고 이를 통해 용접열영향부의 탄화물 생성을 분산시켜 네트워크 형태의 탄화물 형성이 억제된 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재를 제공할 수 있다.According to the present invention, by effectively controlling the alloy component and the composition range, it is possible to control the austenite grain size of the weld portion and to disperse the carbide formation of the weld heat affected portion through the weld portion, A high strength austenitic steel material can be provided.

또한, 상기 오스테나이트계 강재는 Cr 첨가를 통해 내식성을 향상시킴으로써 부식환경에서도 장시간 사용이 가능하다.
In addition, the austenitic steels can be used for a long time in a corrosive environment by improving the corrosion resistance through addition of Cr.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발명예 1의 용접열영향부를 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 플럭스코어드아크용접(FCAW)을 이용하여 강재를 용접한 경우의 HAZ부의 열 사이클에 대하여 모사한 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a photograph of a welding heat affected zone of Inventive Example 1 observed by an optical microscope according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 2 is a simulation of the thermal cycle of the HAZ part when welding a steel material using flux cored arc welding (FCAW).

본 발명의 발명자들은 강재의 조직을 오스테나이트계로 제어하기 위하여 망간, 탄소 및 크롬 등을 다량 첨가하더라도 네트워크 형태의 탄화물에 의한 용접부 인성 저하의 문제를 일으키지 않기 위해서는 강재의 성분을 적절히 제어할 필요가 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
The inventors of the present invention have to appropriately control the components of the steel so as not to cause the problem of reduction in the toughness of the welded portion due to the network type carbide even when a large amount of manganese, carbon and chromium is added to control the texture of the steel to the austenitic system And reached the present invention.

즉, 본 발명은 오스테나이트 조직을 확보하기 위하여, 망간, 탄소 및 크롬을 첨가하고, 이 때, 강재가 용접과 같은 열싸이클을 받을 때 탄소에 의해 탄화물이 형성되는 것을 최소화하기 위하여, 망간의 함량에 따른 탄소 함량을 조절함으로써 용접열영향부를 포함하는 용접부의 인성을 충분히 확보할 수 있음을 확인하였다. 또한, 추가적인 원소 첨가에 의하여 용접부의 오스테나이트 결정립 크기를 제어하여 탄화물 형성을 적극적으로 억제할 수 있다는 식견에 근거하여 본 발명을 완성하게 되었다.
That is, in order to secure the austenite structure, manganese, carbon and chromium are added and at this time, in order to minimize the formation of carbide by carbon when the steel material receives a thermal cycle such as welding, It was confirmed that the toughness of the welded portion including the weld heat affected portion can be sufficiently secured. Further, the present invention has been accomplished based on the observation that the addition of additional elements can actively suppress formation of carbides by controlling the size of austenite grains in the welded portion.

이하, 본 발명을 설명한다. 먼저, 본 발명 강재의 합금조성에 대하여 설명한다. 단, 이하 %는 특별히 언급되지 않은 한 중량%임에 유의할 필요가 있다.
Hereinafter, the present invention will be described. First, the alloy composition of the steel of the present invention will be described. However, it should be noted that the following percentages are by weight unless otherwise specified.

탄소(C): 0.8~1.5%Carbon (C): 0.8 to 1.5%

탄소는 오스테나이트를 안정화시켜 상온에서 오스테나이트 조직을 얻을 수 있도록 하는 원소로서, 강재의 항복강도를 증가시키며, 특히 오스테나이트 내부에 고용되어 가공 경화를 증가시켜 높은 인장강도를 확보하거나 오스테나이트 상에 기인하는 비자성을 확보하기 위한 중요한 원소이다. 이러한 효과를 확보하기 위해서는 상기 탄소의 함량이 0.8% 이상인 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.8%미만일 경우에는 오스테나이트의 안정성이 감소하고 고용 탄소의 부족으로 높은 강도를 얻기 어렵다. 반대로 탄소의 함량이 과다할 경우에는 특히 용접 열영향부에 탄화물이 형성되는 것을 억제하기 어려우며 낮은 융점으로 인해 생산성이 저하되는 단점이 있으므로, 상기 탄소의 함량은 1.5%이하로 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 탄소의 함량이 0.8~1.5%의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 고강도를 위해서는 1.0~1.5%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
Carbon is an element that stabilizes austenite to obtain an austenite structure at room temperature. It increases the yield strength of steel and is particularly employed in austenite to increase work hardening to ensure high tensile strength, It is an important element for securing the non - In order to secure such effect, the carbon content is preferably 0.8% or more. When the content of carbon is less than 0.8%, the stability of the austenite decreases, and it is difficult to obtain a high strength because of lack of the employment carbon. On the contrary, when the content of carbon is excessive, it is difficult to suppress the formation of carbide in the weld heat affected zone and the productivity is lowered due to the low melting point. Therefore, the carbon content is preferably controlled to 1.5% or less. Therefore, in the present invention, the carbon content is preferably in the range of 0.8 to 1.5%, and more preferably 1.0 to 1.5% in terms of high strength.

망간(Mn): 15~22%Manganese (Mn): 15 to 22%

망간은 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소로서, 본 발명과 같은 고망간강에 첨가되는 가장 중요한 원소이다. 본 발명은 주조직으로 오스테나이트를 얻고자 하며, 이를 위해서는 상기 망간이 15%이상 포함되는 것이 바람직하다. 상기 망간의 함량이 15%미만인 경우에는 오스테나이트의 안정성이 감소하여 충분한 저온인성을 확보할 수 없다. 한편, 망간의 함량이 22%를 초과하는 경우에는 망간 첨가로 인한 내식성 저하, 제조 공정상의 어려움, 제조단가 상승 등의 문제점이 있으며 가공 경화를 감소시켜 인장 강도가 감소되는 단점이 있다.
Manganese is an element that stabilizes austenite and is the most important element added to the high manganese steel as in the present invention. In the present invention, it is desired to obtain austenite as a main structure, and it is preferable that the manganese is contained in an amount of 15% or more. When the content of manganese is less than 15%, the stability of austenite is decreased, and sufficient low temperature toughness can not be secured. On the other hand, when the content of manganese exceeds 22%, there is a problem such as a decrease in corrosion resistance due to the addition of manganese, a difficulty in a manufacturing process, an increase in manufacturing cost, and a decrease in tensile strength due to reduced work hardening.

크롬(Cr): 5%이하(0% 제외)Chrome (Cr): 5% or less (excluding 0%)

크롬은 내식성과 강도를 향상시키는데 효과적인 원소이다. 본 발명에서는 오스테나이트를 안정화시키기 위하여, 전술한 범위의 망간을 포함하는데, 일반적으로 망간은 강재의 내식성을 저하시키고, 특히 상기 범위의 망간 함량에서는 일반 탄소강에 비해서도 내식성이 낮다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 5%이하의 크롬을 첨가함으로써 내식성과 강도를 모두 향상시킨다. 다만, 상기 크롬 함량이 5중량%를 초과하는 경우 제조원가의 상승을 가져올 뿐 아니라 재료 내 고용된 탄소와 함께 입계를 따라 탄화물을 형성하여 연성, 특히 유화물 응력유기 균열 저항성을 감소시키게 되며, 페라이트가 생성되어 오스테나이트를 주조직으로 확보하기 곤란하므로, 상기 크롬의 함량은 5중량%이하로 제어하는 것이 바람직하다. 특히, 내식성 향상 효과를 극대화하기 위해서는 상기 크롬을 2중량%이상 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 크롬의 첨가로 내식성을 향상시킴으로써, 내부식성이 필요한 분야 등에도 널리 적용할 수 있다.
Chromium is an effective element for improving corrosion resistance and strength. In the present invention, in order to stabilize austenite, manganese is included in the above-mentioned range. In general, manganese lowers the corrosion resistance of the steel. Particularly, in the manganese content in the above range, corrosion resistance is lower than that of ordinary carbon steel. To solve this problem, in the present invention, by adding chromium of 5% or less, corrosion resistance and strength are improved. However, if the chromium content exceeds 5 wt%, not only the production cost is increased but also the carbide is formed along the grain boundaries together with the carbon dissolved in the material, so that the softness, especially the emulsion stress organic crack resistance is reduced, And it is difficult to secure austenite as the main structure. Therefore, the content of chromium is preferably controlled to 5 wt% or less. Particularly, in order to maximize the effect of improving the corrosion resistance, it is more preferable to add the chromium in an amount of 2 wt% or more. Thus, by improving the corrosion resistance by the addition of chromium, it can be widely applied to fields requiring corrosion resistance and the like.

타이타늄(Ti): 0.01~0.3% 및 질소(N): 0.003~0.1%0.01 to 0.3% of titanium (Ti) and 0.003 to 0.1% of nitrogen (N)

타이타늄 및 질소는 고온에서 TiN을 형성하는 원소로써, 오스테나이트 결정립이 성장시 결정립 이동을 막아주는 역할을 한다. 일반적으로 Ti:N 의 비율이 3:1 보다 작을 경우 조대한 TiN 이 정출됨으로써 결정립 미세화에 악영향을 주게 되므로 Ti:N 비율을 3:1 에서 N 의 양을 늘리는 방향으로 첨가하는 것이 바람직하다. Ti을 0.01%미만으로 첨가할 경우 TiN의 양이 감소함으로써 결정립 성장 방해에 큰 영향을 미치지 못하므로 0.01%이상 첨가하는 것이 바람직하며, 0.3%를 초과할 경우 제강시 산화물을 형성함으로써 생산성을 떨어뜨리게 되므로 그 함량을 0.3%이하로 제어하는 것이 바람직하다. 이와 더불어 N의 경우 0.003%미만으로 첨가할 경우 TiN 의 양이 감소함으로써 결정립 성장 방해에 큰 영향을 미치지 못하므로 0.003%이상 첨가하는 것이 바람직하며, 0.1%를 초과하여 첨가할 경우 강도는 상승하게 되나 모재의 연성이 저하되는 단점이 있으므로 0.1% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
Titanium and nitrogen are elements that form TiN at high temperatures, and austenite grains play a role in preventing grain migration during growth. In general, when the ratio of Ti: N is less than 3: 1, coarse TiN is crystallized, which adversely affects grain refinement. Therefore, it is preferable to add Ti: N ratio in the direction of increasing the amount of N at 3: 1. If Ti is added in an amount of less than 0.01%, the amount of TiN is decreased and the effect of grain growth is not greatly deteriorated. Therefore, it is preferable to add at least 0.01%, and if it exceeds 0.3% It is preferable to control the content to 0.3% or less. In addition, when N is less than 0.003%, addition of 0.003% or more is preferable, since the amount of TiN does not greatly affect the inhibition of grain growth by decreasing amount of TiN. There is a disadvantage in that the ductility of the base material is deteriorated. Therefore, it is preferable to add it to 0.1% or less.

본 발명 강재의 나머지 성분은 Fe이며, 제조공정상 불가피한 혼입되는 불순물을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명 강재는 전술한 바와 같은 합금조성을 가짐으로써 우수한 강도와 저온인성을 확보할 수 있으나, 탄화물의 형성을 보다 억제함으로써 상기 효과를 보다 향상시키기 위해서, 2%이상의 Cu를 추가적으로 포함할 수 있다.
The remainder of the steel of the present invention is Fe and may include impurities that are inevitably incorporated into the manufacturing process. On the other hand, the steel of the present invention has the above-mentioned alloy composition to ensure excellent strength and low-temperature toughness. However, in order to further improve the above-mentioned effect by further suppressing the formation of carbide, .

구리(Cu): 2%이하Copper (Cu): 2% or less

구리는 탄화물 내 고용도가 매우 낮고 오스테나이트 내 확산이 느려서 탄화물을 억제하는 효과가 있다. 하지만 2%를 초과하여 첨가될 경우 제조원가의 상승을 가져올 뿐 아니라 제조 시 판재의 균열을 발생시키는 원인(hot shortness)이 될 수 있으므로, 그 함량을 2%이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Copper has a very low solubility in carbide and slow diffusion in austenite, so it has the effect of suppressing carbide. However, if it is added in an amount of more than 2%, it may cause a rise in the cost of production, and it may cause a cause of cracking of the plate material during production, and therefore, it is preferable to control the content to 2% or less.

본 발명의 강재는 모재의 미세조직이 오스테나이트로 이루어지는 강재로서, 용접열영향부 또한 오스테나이트가 체적 분율로 90%이상 포함되는 강재이다. 상기 용접열영향부에 오스테나이트 분율이 90체적%미만으로 형성되는 경우에는 내마모성과 충격인성이 저하될 수 있다. 한편, 상기 오스테나이트 함량은 탄화물을 미세조직의 한 종류로 포함시켰을 때를 의미한다. 즉, 탄화물을 미세조직의 함량 범위에 포함시키지 않는 경우에는 본 발명 강재는 오스테나이트 단상조직을 갖는다. 한편, 본 발명의 강재는 단순히 강재 그 자체의 재료만을 의미하는 것이 아니라, 용접된 상태로 최종제품에 적용된 강재까지도 포함한다.
The steel material of the present invention is a steel material in which the microstructure of the base material is made of austenite, and the weld heat affected zone is also a steel material containing austenite in a volume fraction of 90% or more. If the austenite fraction is less than 90% by volume in the weld heat affected zone, abrasion resistance and impact toughness may be reduced. On the other hand, the austenite content means that carbide is included as one kind of microstructure. That is, when the carbide is not included in the content range of the microstructure, the steel of the present invention has a single-phase austenite structure. Meanwhile, the steel material of the present invention does not simply mean the material of the steel material itself, but also includes the steel material applied to the final product in a welded state.

또한, 본 발명의 강재는 상기 오스테나이트 결정립의 크기가 100㎛이하(0은 제외)인 것이 바람직하다. 상기와 같이 오스테나이트 결정립의 크기를 미세화함으로써 탄화물의 석출이 될 수 있는 장소를 다량으로 제공하여 네트워크 형태의 탄화물이 아닌 분산된 탄화물을 형성시킬 수 있고, 이를 통해 인성을 향상시킬 수 있다. 상기 오스테나이트 결정립 크기는 미세할수록 본 발명 효과 확보에 유리하므로, 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
In the steel material of the present invention, it is preferable that the size of the austenite grains is 100 mu m or less (excluding 0). As described above, by miniaturizing the size of the austenite grains, it is possible to form a dispersed carbide rather than a network type carbide by providing a large amount of places where the carbide can be precipitated, thereby improving the toughness. The smaller the size of the austenite grains is, the more advantageous the effect of the present invention is, and therefore the lower limit is not particularly limited.

또한, 본 발명이 제공하는 강재는 용접열영향부에 형성되는 탄화물이 10체적%이하로 제어되는 것이 바람직하다. 상기 탄화물의 분율이 10체적%를 초과하는 경우에는 탄화물에 의해 용접열영향부 인성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.
Further, it is preferable that the steel material of the present invention is controlled so that the carbide formed in the weld heat affected zone is 10 volume% or less. If the fraction of the carbide exceeds 10% by volume, the problem may arise that the toughness of the weld heat affected zone is deteriorated by the carbide.

전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 강재는 -40℃에서 용접 열영향부의 샤르피 충격값이 50J이상이며, 항복강도가 450MPa이상으로서, 우수한 용접열영향부 인성과 고강도를 갖는다.
The steel material of the present invention provided as described above has a Charpy impact value of not less than 50 J at a weld heat affected zone at -40 캜 and a yield strength of not less than 450 MPa, and has excellent weld heat-affected portion toughness and high strength.

이하, 본 발명 오스테나이트계 강재 제조방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
Hereinafter, one embodiment of the austenitic steel manufacturing method of the present invention will be described.

우선, 전술한 바와 같은 합금조성을 갖는 강 슬라브를 1050~1120℃에서 재가열한다. 상기 재가열온도가 1120℃를 초과하는 경우에는 강재가 부분적으로 용융될 수 있으며, 1050℃미만일 경우에는 카바이드가 융해되지 않아 충격인성이 저하될 수 있다.
First, the steel slab having the above-described alloy composition is reheated at 1050 to 1120 占 폚. If the reheating temperature is higher than 1120 DEG C, the steel material may be partially melted. If the reheating temperature is lower than 1050 DEG C, the carbide may not melt and the impact toughness may be lowered.

상기와 같이 재가열된 강 슬라브를 950℃이상에서 열간 마무리압연하여 열연강재를 얻는다. 상기 열간 마무리압연온도가 950℃미만인 경우에는 부분재결정이 일어나 비균질한 결정립이 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 강재는 오스테나이트계 강재로서 상기 열간 마무리압연이 재가열온도 범위 내에서도 이루어지더라도 목표로 하는 조직이나 물성 확보에는 큰 문제가 없다. 따라서, 상기 열간 마무리압연온도의 상한에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 결국, 상기 열간 마무리압연은 950~1120℃의 범위에서 이루어질 수 있다.
The reheated steel slab is subjected to hot rolling at 950 DEG C or higher to obtain a hot-rolled steel material. If the hot rolling temperature is lower than 950 캜, partial recrystallization may occur and inhomogeneous crystal grains may be formed. On the other hand, even if the steel material of the present invention is an austenitic steel and the hot rolling is performed within the reheating temperature range, there is no great problem in securing the target structure and properties. Therefore, the upper limit of the hot finish rolling temperature is not particularly limited, and the hot finish rolling may be performed in the range of 950 to 1120 占 폚.

이후, 상기 열연강재를 10℃/s이상의 속도로 500℃이하까지 냉각한다. 상기 냉각 속도가 10℃/s미만이거나 500℃를 초과하는 경우에는 카바이드의 석출로 인해 충격인성이 저하될 수 있다. 상기 냉각 속도는 10℃/s이상이기만 하면 본 발명이 목표하는 조직 및 물성 확보에 문제가 없으므로, 그 상한에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 설비의 문제로 인해 100℃/s를 초과하기는 곤란한다. 냉각정지 또한 500℃이하의 온도범위에서 이루어지게 되면 본 발명이 목표로 하는 조직이나 물성을 용이하게 확보할 수 있으므로, 그 하한에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 상온까지 냉각이 정지되어도 무방하다.
Thereafter, the hot-rolled steel is cooled to a temperature of 500 ° C or lower at a rate of 10 ° C / s or higher. If the cooling rate is less than 10 ° C / s or exceeds 500 ° C, impact toughness may be deteriorated due to precipitation of carbide. As long as the cooling rate is 10 ° C / s or more, there is no problem in securing the target structure and physical properties of the present invention. Therefore, the upper limit is not particularly limited, but it is difficult to exceed 100 ° C / s due to problems in equipment. When the cooling stop is also carried out in a temperature range of 500 DEG C or lower, the desired structure and physical properties of the present invention can be easily ensured. Therefore, the lower limit is not particularly limited, and cooling may be stopped, for example, .

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention in more detail and do not limit the scope of the present invention.

(실시예)(Example)

하기 표 1에 기재된 화학조성을 갖는 강 슬라브를 1120℃에서 재가열한 후, 1100℃에서 조압연을 시작하였고, 950℃에서 마무리압연한 뒤, 20℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하여 열연강판을 제조하였다. 이와 같이 제조된 열연강판에 대하여 도 2에 나타난 바와 같은 조건으로 용접을 모사하였다. 도 2는 플럭스코어드아크용접(FCAW)을 이용하여 20KJ/cm의 입열량으로 40mm의 두께를 가지는 강재를 용접할 경우의 CG(Coarse Grain) HAZ부의 열 사이클에 대하여 모사한 것이다. 상기와 같이 얻어진 용접 열영향부(HAZ)에 대하여 미세조직과 결정립 크기, 기계적 물성 등을 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
The steel slabs having the chemical compositions shown in the following Table 1 were reheated at 1120 ° C., followed by rough rolling at 1100 ° C., finishing rolling at 950 ° C., cooling to room temperature at a cooling rate of 20 ° C./s, . The hot-rolled steel sheet thus produced was welded under the conditions shown in Fig. FIG. 2 is a simulation of a thermal cycle of a CG (Coarse Grain) HAZ portion when a steel material having a thickness of 40 mm is welded with an input heat amount of 20 KJ / cm 2 using flux cored arc welding (FCAW). The microstructure, grain size, mechanical properties and the like of the weld heat affected zone (HAZ) obtained as described above were measured, and the results are shown in Table 2 below.

구분division 화학조성(중량%)Chemical composition (% by weight) CC MnMn CrCr TiTi NN CuCu 발명예1Inventory 1 0.870.87 19.319.3 2.32.3 0.050.05 0.0090.009 -- 발명예2Inventory 2 1.231.23 20.520.5 3.53.5 0.120.12 0.030.03 -- 발명예3Inventory 3 1.351.35 18.718.7 1.61.6 0.210.21 0.060.06 0.50.5 발명예4Honorable 4 0.990.99 17.617.6 4.24.2 0.180.18 0.040.04 -- 발명예5Inventory 5 1.121.12 21.121.1 3.13.1 0.090.09 0.020.02 -- 비교예1Comparative Example 1 1.331.33 20.320.3 1.81.8 0.0020.002 0.060.06 -- 비교예2Comparative Example 2 1.021.02 18.218.2 3.63.6 0.230.23 0.0010.001 --

구분division 모재
항복강도
(MPa)Base material
Yield strength
(MPa) 모재
인장강도
(MPa)Base material
The tensile strength
(MPa) HAZ
오스테나이트
분율
(체적%)HAZ
Austenite
Fraction
(volume%) 오스테나이트
결정립
크기
(㎛)Austenite
Crystal grain
size
(탆) HAZ
탄화물
분율
(체적%)HAZ
Carbide
Fraction
(volume%) HAZ
충격인성
(J, @-40℃)HAZ
Impact toughness
(J, @ -40 C) 발명예1Inventory 1 458458 923923 97.197.1 8282 2.92.9 133133 발명예2Inventory 2 533533 10671067 93.593.5 7171 6.56.5 147147 발명예3Inventory 3 562562 11031103 95.595.5 6262 4.54.5 165165 발명예4Honorable 4 488488 10551055 93.793.7 6868 6.36.3 174174 발명예5Inventory 5 502502 10441044 96.796.7 8282 3.33.3 121121 비교예1Comparative Example 1 544544 10701070 85.485.4 207207 14.614.6 3333 비교예2Comparative Example 2 496496 10081008 83.183.1 175175 16.916.9 4242

상기 표 1 및 2에서 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성을 만족하는 발명예 1 내지 5의 경우에는 용접열영향부의 오스테나이트의 분율을 90%이상 확보함으로써 100㎛이하의 미세한 결정립을 가지고 있음을 알 수 있고, 이를 통해 -40℃에서 100J이상의 우수한 충격인성을 확보하고 있음을 알 수 있다.
As can be seen from Tables 1 and 2, in the case of Inventive Examples 1 to 5, which satisfy the alloy composition proposed by the present invention, they have a fine grain size of 100 탆 or less by securing at least 90% of the austenite fraction in the weld heat affected zone And it can be seen that excellent shock toughness of 100 J or more is secured at -40 ° C.

도 1은 발명예 1을 광학현미경으로 관찰한 사진인데, 도 1에 나타난 바와 같이, 발명예 1의 용접 열영향부는 90% 이상의 오스테나이트를 포함하고 있음을 확인할 수 있다.
Fig. 1 is a photograph of the inventive example 1 observed with an optical microscope. As shown in Fig. 1, it can be confirmed that the weld heat affected zone of the inventive example 1 contains 90% or more of austenite.

그러나, 본 발명이 제안하는 합금조성을 만족하지 못하는 비교예 1 및 2의 경우에는 본 발명이 제안하는 오스테나이트 분율을 확보하지 못하였고, 또한 오스테나이트 결정립이 100㎛를 초과하여 성장함에 따라, 결정립계에 10%이상의 탄화물이 석출됨에 따라, 충격인성이 50J미만으로 저하됨을 알 수 있다.However, in the case of Comparative Examples 1 and 2, which do not satisfy the alloy composition proposed by the present invention, the austenite fraction proposed by the present invention can not be ensured, and as the austenite grains grow to exceed 100 탆, As 10% or more carbides are precipitated, the impact toughness is reduced to less than 50J.

Claims (7)

중량%로, C: 0.8~1.5%, Mn: 15~22%, Cr: 5%이하(0은 제외), Ti: 0.01~0.3%, N: 0.003~0.1%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
용접열영향부의 미세조직이 체적 분율로 90%이상의 오스테나이트를 포함하고 탄화물이 체적 분율로 10%이하로 형성된 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재.And the balance Fe and other unavoidable impurities are contained in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the steel sheet, 0.8 to 1.5% of C, 15 to 22% of Mn, 5% Including,
A high strength austenitic steel excellent in weld heat affected zone toughness where the microstructure of the welded heat affected zone contains 90% or more of austenite in volume fraction and the carbide is formed in a volume fraction of 10% or less. 청구항 1에 있어서,
상기 강재는 Cu: 2%이하를 추가로 포함하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재.The method according to claim 1,
Wherein the steel material further comprises not more than 2% of Cu: a high strength austenitic steel material excellent in weld heat affected zone toughness. 청구항 1에 있어서,
상기 오스테나이트는 결정립의 크기가 100㎛이하인 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재.The method according to claim 1,
The austenitic steels according to claim 1, wherein the austenite has a grain size of 100 mu m or less and is excellent in weld heat resistance. 삭제delete 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접열영향부는 -40℃에서의 샤르피 충격값이 50J이상인 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the weld heat affected zone is a high strength austenitic steel having a Charpy impact value of 50 J or more at -40 캜 and excellent in weld heat affected zone toughness. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강재는 항복강도가 450MPa이상인 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A high strength austenitic steels excellent in toughness of weld heat affected zone having a yield strength of 450 MPa or higher. 중량%로, C: 0.8~1.5%, Mn: 15~22%, Cr: 5%이하(0은 제외), Ti: 0.01~0.3%, N: 0.003~0.1%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1050~1120℃에서 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 950℃이상에서 열간 마무리압연하여 열연강재를 얻는 단계; 및
상기 열연강재를 10℃/s이상의 속도로 500℃이하까지 냉각하는 단계를 포함하는 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 오스테나이트계 강재의 제조방법.And the balance Fe and other unavoidable impurities are contained in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the steel sheet, 0.8 to 1.5% of C, 15 to 22% of Mn, 5% Reheating the steel slab containing the steel slab at 1050 to 1120 占 폚;
Hot-rolling the reheated steel slab at 950 ° C or higher to obtain a hot-rolled steel; And
And cooling the hot-rolled steel at a rate of 10 ° C / s or higher to 500 ° C or lower.

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