KR102181788B1 - High strength medium carbon steel for earthquake-proof and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 명세서에서는 건축을 하거나 기계 등을 설치할 때 콘크리트 바닥에 묻어 건축지지대를 고정시키는 앵커볼트 등에 응용될 수 있는 고강도 내진용 중탄소강 및 그 제조방법을 개시한다.
개시되는 중탄소강의 일 실시예에 따르면 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.5%, P: 0.02% 미만, S: 0.03~0.07%, Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 분순물을 포함하고, 항복선반 길이는 1.0% 이상이다.The present specification discloses a high-strength seismic medium carbon steel that can be applied to an anchor bolt that fixes a construction support by burying it on a concrete floor when building construction or installing machinery, and a method of manufacturing the same.
According to an embodiment of the disclosed medium-carbon steel, by weight %, C: 0.3 to 0.5%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%, P: less than 0.02%, S: 0.03 to 0.07%, Al: It contains 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, the balance Fe and other unavoidable impurities, and the yield shelf length is 1.0% or more.
Description
본 발명은 고강도 내진용 중탄소강 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength seismic medium-carbon steel and a manufacturing method thereof.
2009년에 기상청에서 관측된 한반도 지진 수는 60건으로, 지진 관측을 시작한 이래 나온 최고 수치를 기록하였다. 또한, 최근 2016년 9월에는 리히터 규모 5.8의 지진이 경주 지역에서 발생하였으며, 2017년 11월에는 규모 5.4의 지진이 포항 지역에서 발생하였다. In 2009, the number of earthquakes on the Korean Peninsula observed by the Meteorological Administration was 60, the highest number ever since earthquake observation began. In addition, in September 2016, a Richter scale 5.8 earthquake occurred in Gyeongju, and in November 2017, a 5.4 scale earthquake occurred in Pohang.
지진이 자주 발생하는 일본과 미국에서는 건축구조용 강으로서 내진용 강에 대한 규정을 두어 건축물의 지진에 대한 안전성을 높이고 있다. 일본의 경우에는 내진설계의 강화와 강의 용접성 향상을 목적으로 1994년 SN(Steel New Structure)강 규격(JIS G3136)을 제정하고 일반구조용 강은 건축구조용으로 사용할 수 없도록 법제화 하고 있다. 미국의 경우에도 A992강과 A913강을 내진용 강으로 규정하고 이의 사용을 권장하고 있다.In Japan and the United States, where earthquakes occur frequently, provisions are made for earthquake-resistant steel as structural steel to increase the safety of buildings against earthquakes. In the case of Japan, the SN (Steel New Structure) steel standard (JIS G3136) was enacted in 1994 for the purpose of reinforcing seismic design and improving weldability of steel, and general structural steels are legally prohibited to be used for building structures. In the case of the United States, A992 steel and A913 steel are also specified as seismic steels and their use is recommended.
우리나라에서도 지진에 대한 안정성을 높이기 위하여 내진 설계 등 다양한 내진 기술이 개발되고 있으나, 아직까지는 내진용 강에 대한 연구는 미흡한 실정이다.In Korea, various seismic technologies such as seismic design are being developed in order to increase the stability against earthquakes, but studies on seismic steels are still insufficient.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 고강도 내진용 중탄소강 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a high-strength seismic medium-carbon steel and a manufacturing method thereof in order to solve the above problems.
본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.5%, P: 0.02% 미만, S: 0.03~0.07%, Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 분순물을 포함하고, 항복선반 길이는 1.0% 이상이다.The seismic medium carbon steel according to an example of the present invention is in weight%, C: 0.3 to 0.5%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%, P: less than 0.02%, S: 0.03 to 0.07%, It contains Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, the balance Fe and other inevitable impurities, and the yield shelf length is 1.0% or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 미세조직으로 200x200nm2 당 10nm 이하의 크기를 갖는 석출물 45개 이상을 포함할 수 있다.In addition, the seismic medium carbon steel according to an example of the present invention may include 45 or more precipitates having a size of 10 nm or less per 200x200nm 2 as a microstructure.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 미세조직으로 200x200nm2 당 10~30nm 크기를 갖는 석출물 15개 이상을 포함할 수 있다.In addition, the seismic medium-carbon steel according to an example of the present invention may include 15 or more precipitates having a size of 10 to 30 nm per 200x200nm 2 as a microstructure.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 미세조직으로 200x200nm2 당 30nm 이상의 크기의 석출물 10개 이하를 포함할 수 있다.In addition, the seismic medium-carbon steel according to an example of the present invention may include 10 or less precipitates having a size of 30 nm or more per 200x200nm 2 as a microstructure.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 미세조직으로 페라이트 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율이 50% 이상일 수 있다.In addition, the seismic medium carbon steel according to an example of the present invention may include a ferrite structure as a microstructure, and a fraction of the ferrite may be 50% or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 미세조직으로 페라이트 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 20~30㎛일 수 있다.In addition, the seismic medium carbon steel according to an example of the present invention includes a ferrite structure as a microstructure, and the average grain size of the ferrite may be 20 to 30 μm.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 항복비가 0.75 이하일 수 있다.In addition, the seismic medium carbon steel according to an example of the present invention may have a yield ratio of 0.75 or less.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 인장강도가 700MPa 이상, 항복강도는 490MPa 이상일 수 있다.In addition, the seismic medium carbon steel according to an example of the present invention may have a tensile strength of 700 MPa or more, and a yield strength of 490 MPa or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 내진용 중탄소강은 연신율이 20% 이상일 수 있다.In addition, the seismic medium carbon steel according to an example of the present invention may have an elongation of 20% or more.
본 발명은 낮은 항복비, 높은 연신율을 가지고, 합금조성 중 질소 함량을 높게 하여 적정 길이의 항복선반을 확보함으로써, 내진 특성이 우수한 고강도 내진용 중탄소강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention has a low yield ratio, high elongation, and by increasing the nitrogen content in the alloy composition to secure a yield shelf of an appropriate length, it is possible to provide a high strength seismic medium carbon steel having excellent seismic properties and a manufacturing method thereof.
도 1은 발명예 1의 미세조직 사진이다.1 is a microstructure photograph of Inventive Example 1.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific examples. So, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly has to be singular. In addition, terms such as "include" or "include" used in the present application are used to clearly refer to the existence of features, steps, functions, components or combinations thereof described in the specification, but other features It should be noted that it is not used to preliminarily exclude the presence of elements, steps, functions, components, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be viewed as having the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Therefore, unless clearly defined in the specification, specific terms should not be interpreted in an excessively ideal or formal sense. For example, in the present specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly has exceptions.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.In addition, "about", "substantially" and the like in the present specification are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and are accurate to aid understanding of the present invention. Or absolute figures are used to prevent unfair use of the stated disclosure by unconscionable infringers.
또한, 본 명세서의 "항복선반"은 항복점 신장(Yield Point Elongation)되는 구간을 의미하며, "항복선반"은 탄성영역을 지난 다음 상부 항복 후 하부 항복에서 불균일한 변형이 일어나는 구간으로, 불균일한 변형의 시작과 끝에서의 연신율 차이(%)를 의미한다.In addition, "yield shelf" in the present specification means a section in which yield point elongation is performed, and "yield shelf" is a section in which non-uniform deformation occurs in the lower yield after passing through the elastic region, and non-uniform deformation It means the difference (%) of elongation at the beginning and end of
지진이 자주 발생하는 일본과 미국에서는 건축구조용 강으로서 내진용 강에 대한 규정을 두어 건축물의 지진에 대한 안전성을 높이고 있다. 일본의 경우에는 내진설계의 강화와 강의 용접성 향상을 목적으로 1994년 SN(Steel New Structure)강 규격(JIS G3136)을 제정하고 일반구조용 강은 건축구조용으로 사용할 수 없도록 법제화 하고 있다. 미국의 경우에도 A992강과 A913강을 내진용 강으로 규정하고 이의 사용을 권장하고 있다.In Japan and the United States, where earthquakes occur frequently, provisions are made for earthquake-resistant steel as structural steel to increase the safety of buildings against earthquakes. In the case of Japan, the SN (Steel New Structure) steel standard (JIS G3136) was enacted in 1994 for the purpose of reinforcing seismic design and improving weldability of steel, and general structural steels are legally prohibited to be used for building structures. In the case of the United States, A992 steel and A913 steel are also specified as seismic steels and their use is recommended.
우리나라에서도 지진에 대한 안정성을 높이기 위하여 내진 설계 등 다양한 내진 기술이 개발되고 있으나, 아직까지는 내진용 강에 대한 연구는 미흡한 실정이다.In Korea, various seismic technologies such as seismic design are being developed in order to increase the stability against earthquakes, but studies on seismic steels are still insufficient.
내진 특성을 확보하기 위해서는 인장강도, 항복강도, 항복비, 연신율 기준을 만족하여야 한다. 항복비는 지진 발생 시 건축물이 좌우로 움직이게 되고, 이때 건축물을 이루는 강은 소성변형을 하기 때문에 낮을수록 유리하다. 그러나, 항복비가 낮게 되면 볼트의 경우 체결력 자체가 약해지기 때문에 체결력을 향상시키기 위해 제품의 길이 및 두께가 증가되고, 지반의 깊이 또한 깊어지는 문제점이 있다.Tensile strength, yield strength, yield ratio, and elongation criteria must be satisfied to secure seismic properties. As for the yield ratio, the building moves from side to side when an earthquake occurs, and the lower the yield, the more advantageous because the steel forming the building undergoes plastic deformation. However, when the yield ratio is lowered, the bolt itself weakens the fastening force, so the length and thickness of the product increases to improve the fastening force, and the depth of the ground also increases.
본 연구자들은 상술한 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 항복선반에서의 변형을 활용하면 지진 입력 에너지를 효율적으로 흡수시킬 수 있으므로, 내진 특성을 더욱 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 또한, 항복선반에서의 변형을 활용하면, 항복비를 낮게 제어한 결과 볼트의 체결력을 향상시키기 위해 제품의 길이 및 두께가 증가되는 문제점을 해결할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다.As a result of repeated research to solve the above-described problems, the present researchers found that the seismic input energy can be efficiently absorbed by utilizing the deformation in the yielding shelf, thereby further improving the seismic resistance. In addition, if the deformation in the yield shelf is utilized, the problem of increasing the length and thickness of the product in order to improve the fastening force of the bolt as a result of lowering the yield ratio can be solved, thereby reducing cost.
이에 따라, 본 발명에서는 합금성분 제어를 통해 높은 인장 및 항복강도를 포함하여 낮은 항복비를 만족하면서도, 연신율, 적정 길이의 항복선반을 확보할 수 있는 고강도 내진용 중탄소강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide a high-strength seismic medium-carbon steel capable of securing an elongation and a yield shelf of an appropriate length while satisfying a low yield ratio including high tensile and yield strength through alloy component control, and a manufacturing method thereof. do.
항복비를 낮게 제어하기 위해서는 변형을 할 수 있는 연한 조직 상인 페라이트 조직 분율이 높아야 하므로, C 등의 합금성분 함량을 적절히 제어할 필요가 있다.In order to control the yield ratio to be low, the ferrite structure fraction, which is a soft structure capable of deformation, must be high, and thus the content of alloy components such as C needs to be properly controlled.
항복선반은 탄성영역을 지난 다음 상부 항복 후 하부 항복에서 불균일한 변형이 일어나는 구간에 해당하며, N,C 등의 침입형 원소가 결정립 내 형성된 전위에 고착되기 때문에 발생하는 구간에 해당한다. 따라서, 적정 길이의 항복선반을 확보하기 위해서는 첨가되는 N,C 등의 합금성분 함량을 적절히 제어할 필요가 있다.The yield shelf corresponds to a section in which non-uniform deformation occurs in the lower yield after passing through the elastic region and after the upper yield, and corresponds to the section that occurs because interstitial elements such as N and C are fixed to the dislocation formed in the grain. Therefore, in order to secure a yield shelf of an appropriate length, it is necessary to appropriately control the content of alloy components such as N and C added.
본 발명의 일 측면에 따른 내진용 중탄소강은 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.03~ 0.07%, Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 분순물을 포함한다.The seismic medium-carbon steel according to an aspect of the present invention is by weight %, C: 0.3 to 0.5%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%, P: 0.02% or less, S: 0.03 to 0.07%, Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, balance Fe and other inevitable impurities are included.
이하, 상기 강의 성분조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 하기 성분조성은 특별한 기재가 없는 한 모두 중량%를 의미한다.Hereinafter, the reason for limiting the component composition of the steel will be described in detail. All of the following component compositions mean weight percent unless otherwise specified.
C(탄소): 0.3~0.5중량%C (carbon): 0.3 to 0.5% by weight
C는 강도를 확보하기 위한 주요 원소이다. C는 펄라이트를 형성하는 주요 원소이며, 세멘타이트로 존재한다. C 함량 0.1% 증가할 때 강도는 약 100MPa 증가한다. C가 0.3% 미만일 때는 페라이트 분율 확보로 항복선반을 가질 수 있지만, 목표 강도를 확보할 수 없고, C가 0.5% 초과하는 경우에는 펄라이트 분율 증가로 항복선반이 나타나지 않기 때문에 그 이하가 바람직하다.C is a major element for securing strength. C is a major element that forms pearlite and exists as cementite. When the C content is increased by 0.1%, the strength increases by about 100 MPa. When C is less than 0.3%, it is possible to have a yield shelf by securing a ferrite fraction, but a target strength cannot be secured, and when C exceeds 0.5%, a yield shelf does not appear due to an increase in the pearlite fraction.
Si(규소): 0.5~1.0중량%Si (silicon): 0.5 to 1.0% by weight
Si는 페라이트 고용강화 원소로, 페라이트 내에 고용되지만, 페라이트/세멘타이트 입계에도 편석되는 원소이다. Si 함량 0.1% 증가할 때 항복강도는 약 14~16MPa 증가한다. Si이 0.5% 미만인 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보가 어렵고, Si이 1.0% 초과하는 경우에는 연성을 저하시키기 때문에, 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다. Si is a ferrite solid solution strengthening element, which is dissolved in ferrite, but is also segregated at the ferrite/cementite grain boundary. When the Si content is increased by 0.1%, the yield strength increases by about 14 to 16 MPa. When Si is less than 0.5%, it is difficult to secure the strength target in the present invention, and when Si exceeds 1.0%, the ductility is lowered, so it is preferable to control to less than that.
Mn(망간): 0.5~1.5중량% Mn (manganese): 0.5 to 1.5% by weight
Mn은 오스테나이트 안정화 원소로 탈산 효과가 있는 원소이다. Mn은 강 내에 존재하는 S와 결합하여 MnS를 형성시켜 황에 의한 적열취성을 방지하는 역할을 하는 원소이다. 또한, 강도도 소폭 증가시키지만, 안정적인 소입 확보를 위해 첨가한다. Mn이 0.5% 미만인 경우에는 강도 증가 효과가 없고, Mn이 1.5% 초과하는 경우에는 저온조직이 형성되기 때문에, 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다. Mn is an austenite stabilizing element and is an element that has a deoxidizing effect. Mn is an element that serves to prevent red heat embrittlement by sulfur by combining with S present in steel to form MnS. In addition, although the strength is slightly increased, it is added to ensure stable quenching. When Mn is less than 0.5%, there is no effect of increasing the strength, and when Mn exceeds 1.5%, a low-temperature structure is formed.
P(인): 0.02% 미만P (phosphorus): less than 0.02%
P는 불순물로 작을수록 좋으나, 너무 극한으로 제한할 경우 제강 공정에서 불순물 제거에 대한 비용이 증가한다. 이에 따라, P의 함량은 0.02% 미만으로 관리한다.The smaller P is an impurity, the better, but limiting it to an extreme limit increases the cost of removing impurities in the steelmaking process. Accordingly, the content of P is managed to be less than 0.02%.
S(황): 0.03~0.07%S (sulfur): 0.03~0.07%
S는 불순물이나, Mn과 결합하여 연신계 MnS를 형성한다. MnS가 강 내에 존재할 경우 결함으로 작용할 수도 있지만, 압연 중 연신된 MnS는 절삭성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. S이 0.03% 미만인 경우에는 절삭이 바람직하게 되지 않고, S이 0.07% 초과하는 경우에는 절삭효과가 크지 않기 때문에 그 이하로 관리하는 것이 바람직하다.S is an impurity, but combines with Mn to form an elongated MnS. When MnS is present in steel, it may act as a defect, but MnS stretched during rolling is an element that improves machinability. When S is less than 0.03%, cutting is not preferable, and when S is more than 0.07%, the cutting effect is not large, so it is preferable to manage below that.
Al(알루미늄): 0.02~0.08%Al (aluminum): 0.02~0.08%
Al은 강 중 존재하는 N과 결합하여 AlN을 형성시키며, 오스테나이트 입계에 존재하기 때문에 결정립 성장을 억제시키는 역할을 하는 원소이다. Al이 0.02% 미만인 경우에는 결정립 미세화 효과가 적고, Al이 0.08% 초과하는 경우에는 조대한 AlN 형성 등에 따른 불균일한 결정립이 유발될 가능성이 크기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. Al combines with N present in steel to form AlN, and is an element that plays a role of inhibiting grain growth because it exists at the austenite grain boundary. When Al is less than 0.02%, the grain refining effect is small, and when Al is more than 0.08%, it is preferable to add less than that because there is a high possibility that uneven grains may be caused due to formation of coarse AlN.
V(바나듐): 0.05~0.2%V (vanadium): 0.05~0.2%
V는 강 중 존재하는 C, N과 결합하여 VC, VN 미세 석출물을 형성시킨다. V이 0.05% 미만인 경우에는 미세 석출물에 의한 강도 증가 효과가 나타나지 않고, V이 0.2% 초과하는 경우에는 조대 석출물 형성에 의한 연성 저하, 그리고 제조원가가 크게 증가하기 때문에 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다. V combines with C and N present in the steel to form VC and VN fine precipitates. When V is less than 0.05%, the effect of increasing the strength due to fine precipitates does not appear, and when V exceeds 0.2%, the ductility decreases due to formation of coarse precipitates, and the manufacturing cost is greatly increased.
Ti(타이타늄): 0.01~0.08%Ti (titanium): 0.01 to 0.08%
Ti는 강 중 존재하는 C와 N 결합하여 TiC, TiN 석출물을 형성하며, 이를 통해 강도를 증가시키는 역할을 하는 원소이다. Ti이 0.01% 미만인 경우에는 강도 증가 효과가 적어 목표 강도를 확보할 수 없고, Ti이 0.08% 초과하는 경우에는 조대 TiN이 형성되어 연성을 약화시키기 때문에 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다. Ti is an element that plays a role of increasing strength by combining C and N present in steel to form TiC and TiN precipitates. When Ti is less than 0.01%, the strength increase effect is small and the target strength cannot be secured. When Ti exceeds 0.08%, coarse TiN is formed to weaken the ductility, and thus the control is preferable to be less than that.
N(질소): 0.008~0.02%N (nitrogen): 0.008~0.02%
N은 C 처럼 강도를 크게 증가시키는 원소이며, 0.1% 첨가 시 강도는 100 MPa 증가한다. 또한, N은 결정립 내에 형성된 전위에 고착될 수 있고 이때 항복 저하를 유발시키므로, N은 본 발명에서 확보하고자 하는 항복선반을 형성하는 원소이다. N이 0.008% 이하인 경우에는 항복선반 길이를 충분하게 확보할 수 없고, N이 0.02%를 초과하는 경우에는 현장 제어가 힘들고 관리가 되지 않기 때문에 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.N is an element that greatly increases the strength like C, and when 0.1% is added, the strength increases by 100 MPa. In addition, since N may be fixed to the dislocation formed in the crystal grains and causes a decrease in yield at this time, N is an element forming the yield shelf to be secured in the present invention. If N is less than 0.008%, the length of the yield shelf cannot be sufficiently secured. If N is more than 0.02%, on-site control is difficult and management is not possible, so it is desirable to control it below that.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, in a typical manufacturing process, unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed, and this cannot be excluded. Since the impurities are known to anyone of ordinary skill in the manufacturing process, all the contents are not specifically mentioned in the present specification.
이하에서는 상기 성분조성을 가진 본 발명의 중탄소강의 미세조직에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the microstructure of the medium carbon steel of the present invention having the above component composition will be described in detail.
미세조직Microstructure
본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 페라이트 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 20~30㎛일 수 있으며, 상기 페라이트의 분율이 50% 이상일 수 있다.The medium carbon steel according to an example of the present invention may include a ferrite structure, and the average grain size of the ferrite may be 20 to 30 μm, and the fraction of ferrite may be 50% or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 석출물 종류에 상관없이 200x200nm2 당 10nm 이하의 크기를 갖는 석출물이 45개 이상, 10~30nm 크기를 갖는 석출물이 15개 이상, 30nm 이상의 크기를 갖는 석출물이 10개 이하일 수 있다. 이때, 석출물은 VC, VN, TiC, TiN 등을 포함할 수 있다. In addition, the medium carbon steel according to an example of the present invention has 45 or more precipitates having a size of 10 nm or less per 200x200 nm 2 , and 15 or more precipitates having a size of 10 to 30 nm, and a precipitate having a size of 30 nm or more, regardless of the type of precipitate. These may be 10 or less. At this time, the precipitate may include VC, VN, TiC, TiN, and the like.
상술한 성분조성과 미세조직을 갖는 본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 인장강도는 700MPa 이상일 수 있으며, 항복강도는 490MPa 이상일 수 있다.The medium carbon steel according to an example of the present invention having the above-described component composition and microstructure may have a tensile strength of 700 MPa or more, and a yield strength of 490 MPa or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 항복비가 0.75 이하일 수 있다.In addition, the medium carbon steel according to an example of the present invention may have a yield ratio of 0.75 or less.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 연신율이 20% 이상일 수 있다.In addition, the medium carbon steel according to an example of the present invention may have an elongation of 20% or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 항복선반 길이가 1.0% 이상일 수 있다.In addition, the medium carbon steel according to an example of the present invention may have a yield shelf length of 1.0% or more.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 중탄소강은 인장시험편 크기로 가공하여 변형율 1~10%로 정진폭 반복 가력 시 에너지 흡수량이 70kN·mm 이상일 수 있다.In addition, the medium carbon steel according to an example of the present invention may have an energy absorption amount of 70 kN·mm or more when repeatedly applied with a constant amplitude of 1 to 10% by processing to the size of a tensile test piece.
이하, 본 발명의 중탄소강의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the medium carbon steel of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 예에 따른 중탄소강의 제조방법은 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.5%, P: 0.02% 미만, S: 0.03~0.07%, Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 분순물을 포함하는 강을 열처리하는 단계, 상기 열처리된 강을 열간 압연하는 단계, 상기 열간 압연된 강을 냉각하는 단계를 포함한다. The method of manufacturing a medium carbon steel according to an embodiment of the present invention is by weight %, C: 0.3 to 0.5%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%, P: less than 0.02%, S: 0.03 to 0.07% , Al: 0.02 to 0.08%, V: 0.05 to 0.2%, Ti: 0.01 to 0.08%, N: 0.008 to 0.02%, the balance of Fe and other inevitable impurities of the steel containing the heat treatment step, the heat-treated steel Hot-rolling, and cooling the hot-rolled steel.
일 예에 따르면, 상기 조성성분을 포함하는 강을 열처리하는 단계는 1000~1200℃의 온도 범위에서 90~120분동안 열처리할 수 있다.According to an example, the step of heat-treating the steel containing the composition may be heat-treated for 90 to 120 minutes at a temperature range of 1000 to 1200°C.
일 예에 따르면, 상기 열처리된 강을 열간 압연하는 단계는 900~1000℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.According to an example, the step of hot rolling the heat-treated steel may be performed in a temperature range of 900 to 1000°C.
일 예에 따르면, 상기 냉각하는 단계는 공냉대에서 5℃/s 이하로 강을 냉각할 수 있다.According to an example, in the cooling step, the steel may be cooled to 5° C./s or less in an air cooling zone.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it should be noted that the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.
{실시예}{Example}
이하의 실시예에서는 표 1과 같은 성분계를 가진 각 발명예 및 비교예의 강을 연속 주조하여 400x500㎜2 블룸을 제조하였으며, 가열로 1200~1250℃, 300~400분 유지 하에서 강편압연하여 400x500㎜2 빌렛을 제조하였다. 해당 빌렛은 가열로 1020℃에서 105분 동안 유지된 후 열간압연되었으며, 사상압연 시 온도를 800~850℃로, 냉각대에서 5℃/s의 냉각속도로 제어하여 냉각하였다. In the following Examples by continuous casting of each invention example and the comparative example steel having a component shown in Table 1 were prepared 400x500㎜ 2 bloom, to keep a heating furnace under the 1200 ~ 1250 ℃, 300 ~ 400 bun billet rolling 400x500㎜ 2 Billets were prepared. The billet was kept at 1020°C for 105 minutes with a heating furnace, and then hot-rolled, and cooled by controlling the temperature at 800 to 850°C during finishing rolling and at a cooling rate of 5°C/s in a cooling table.
또한, 표 1의 성분조성을 가진 각 발명예 및 비교예 강의 미세조직을 관찰한 결과를 표 2에 나타내었다.In addition, the results of observing the microstructure of the steels of each invention example and comparative example having the component composition of Table 1 are shown in Table 2.
또한, 표 1 및 표 2를 참조하여, 각 발명예 및 비교예 강의 기계적 특성을 이하의 표 3에 나타내었다. 표 3에서의 피삭성은 최종 압연한 강의 양끝단부를 절삭했을 때의 피삭성을 측정한 값이며, 에너지 흡수량은 각 발명예 및 비교예 강을 인장시험편 크기로 가공하여 변형률 1~10%로 정진폭 반복 가력 시의 에너지 흡수량을 측정한 값이다.In addition, with reference to Tables 1 and 2, the mechanical properties of each of the inventive and comparative steels are shown in Table 3 below. The machinability in Table 3 is a measure of the machinability when both ends of the final rolled steel are cut, and the energy absorption is a constant amplitude of 1 to 10% by processing each invention and comparative steel into a tensile test piece size. This is the measured value of energy absorption during repeated pressing.
분율 (%)ferrite
Fraction (%)
(MPa)The tensile strength
(MPa)
(MPa)Yield strength
(MPa)
(%)Elongation
(%)
길이
(%)Yield shelf
Length
(%)
(우수/불량)Machinability
(Excellent/poor)
흡수량
(kN·mm)energy
Absorption
(kNmm)
이하에서는, 표 1 내지 표 3을 참조하여 각 발명예 및 비교예를 평가한다.Hereinafter, each invention example and a comparative example are evaluated with reference to Tables 1 to 3.
표 1을 참조하면, 발명예 1 내지 8의 강은 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.5%, P: 0.02% 미만, S: 0.03~0.07%, Al: 0.02~0.08%, V: 0.05~0.2%, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 분순물을 포함함을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the steel of Inventive Examples 1 to 8 is by weight %, C: 0.3 to 0.5%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%, P: less than 0.02%, S: 0.03 to 0.07 %, Al: 0.02 to 0.08%, V: 0.05 to 0.2%, Ti: 0.01 to 0.08%, N: 0.008 to 0.02%, the balance Fe and other inevitable impurities can be confirmed.
또한, 표 2 및 도 1을 참조하면, 발명예 1 내지 8의 강은 미세조직으로 페라이트 조직을 포함하고, 페라이트의 평균 결정립의 크기는 20~30㎛이며, 페라이트의 분율이 50% 이상임을 알 수 있고, 200x200nm2 당 10nm 이하의 크기를 갖는 석출물 45개 이상, 10~30nm 크기를 갖는 석출물 15개 이상, 30nm 이상의 크기의 석출물 10개 이하를 포함함을 확인할 수 있다.In addition, referring to Table 2 and FIG. 1, it can be seen that the steel of Inventive Examples 1 to 8 includes a ferrite structure as a microstructure, and the average grain size of ferrite is 20 to 30 μm, and the fraction of ferrite is 50% or more. It can be confirmed that per 200x200nm 2 , 45 or more precipitates having a size of 10 nm or less, 15 or more precipitates having a size of 10 to 30 nm, and 10 or less precipitates having a size of 30 nm or more are included.
또한, 표 3을 참조하면, 발명예 1 내지 8의 강은 인장강도는 700MPa 이상, 항복강도는 490MPa 이상, 항복비는 0.75 이하, 연신율 20% 이상, 항복선반 길이 1.0% 이상, 피삭성이 우수, 에너지 흡수량이 70kNmm 이상임을 확인할 수 있다.In addition, referring to Table 3, the steel of Inventive Examples 1 to 8 has a tensile strength of 700 MPa or more, a yield strength of 490 MPa or more, a yield ratio of 0.75 or less, an elongation of 20% or more, a yield shelf length of 1.0% or more, and excellent machinability. , It can be seen that the energy absorption amount is 70kNmm or more.
반면, 비교예 1의 강은 Ti, V이 첨가되지 않았으며, N 함유량이 낮아 인장 및 항복강도가 낮았으며, 항복비는 높으며, 항복선반 길이는 0.2%로 작아, 에너지 흡수량이 12kNmm로 작게 측정되고 내진 특성이 좋지 않았다. On the other hand, the steel of Comparative Example 1 did not contain Ti and V, and the N content was low, so the tensile and yield strength were low, the yield ratio was high, the yield shelf length was as small as 0.2%, and the energy absorption was measured as small as 12 kNmm. And the seismic resistance was not good.
비교예 2, 3의 강은 탄소 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다.The steels of Comparative Examples 2 and 3 correspond to the comparative steel in which the carbon content was controlled differently from the composition range of the present invention.
비교예 2의 강은 고탄소강으로서, 인장강도는 발명예에 비해 높지만 항복비가 높고, 항복선반이 존재하지 않기 때문에 에너지 흡수량이 8kNmm로 작게 측정되고 내진 특성이 좋지 않았다. 비교예 3의 강은 저탄소강으로서, 인장 및 항복강도가 충분히 확보되지 않아, 내진 특성이 좋지 않았다.The steel of Comparative Example 2 is a high carbon steel, and the tensile strength is higher than that of the invention example, but the yield ratio is high, and since there is no yield shelf, the energy absorption amount is measured as small as 8 kNmm, and the seismic resistance is not good. The steel of Comparative Example 3 was a low-carbon steel, and the tensile and yield strength were not sufficiently secured, and the seismic resistance was not good.
비교예 4, 5의 강은 규소 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다.The steels of Comparative Examples 4 and 5 correspond to the comparative steel in which the silicon content was controlled differently from the composition range of the present invention.
비교예 4의 강은 규소 함량이 낮은 강으로서, 연신율 및 피삭성을 만족하였으나, 인장강도가 본 발명 대비 낮았다. 비교예 5의 강은 규소 함량이 높은 강으로서, 강도 및 기타 특성은 우수하나, 연신율이 본 발명에 비해 현저하게 작으므로 가공성이 좋지 않다.The steel of Comparative Example 4 was a steel having a low silicon content and satisfies the elongation and machinability, but the tensile strength was lower than that of the present invention. The steel of Comparative Example 5 is a steel having a high silicon content, and has excellent strength and other properties, but its elongation is remarkably smaller than that of the present invention, so its workability is not good.
비교예 6,7의 강은 망간 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다.The steel of Comparative Examples 6 and 7 corresponds to the comparative steel in which the manganese content was controlled differently from the composition range of the present invention.
비교예 6의 강은 망간 함량이 낮은 강으로서, 인장 및 항복강도가 낮으며, 항복선반 길이가 작아, 내진 특성이 좋지 않았다. 비교예 7의 강은 망간 함량이 높은 강으로서, 항복비가 높으며, 연신율이 낮아, 내진 특성이 좋지 않았다.The steel of Comparative Example 6 has a low manganese content, has low tensile and yield strength, has a small yield shelf length, and has poor seismic resistance. The steel of Comparative Example 7 has a high manganese content, has a high yield ratio, a low elongation, and has poor seismic properties.
비교예 8, 9의 강은 황 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다. 비교예 8은 황 함량이 낮은 강이며, 비교예 9는 황 함량이 높은 강으로서, 피삭성이 불량으로 좋지 않았다. The steels of Comparative Examples 8 and 9 correspond to the comparative steels in which the sulfur content was controlled differently from the composition range of the present invention. Comparative Example 8 was a steel having a low sulfur content, and Comparative Example 9 was a steel having a high sulfur content, and the machinability was poor.
비교예 10, 11의 강은 바나늄 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다. 비교예 10의 강은 바나듐 함량이 낮은 강으로서, 인장강도가 낮으며, 항복비가 높아, 내진 특성이 좋지 않았다. 비교예 11의 강은 바나듐 함량이 높은 강으로서, 표 2를 참조하면 바나듐을 다량으로 첨가한 결과 30nm 이상의 크기를 갖는 조대한 석출물이 다수 형성됨에 따라 취성 파괴되었음을 알 수 있다.The steels of Comparative Examples 10 and 11 correspond to the comparative steels in which the vananium content was controlled differently from the composition range of the present invention. The steel of Comparative Example 10 has a low vanadium content, has low tensile strength, high yield ratio, and poor seismic properties. The steel of Comparative Example 11 is a steel having a high vanadium content, and referring to Table 2, it can be seen that as a result of adding a large amount of vanadium, a large number of coarse precipitates having a size of 30 nm or more were formed, resulting in brittle fracture.
비교예 12, 13의 강은 티타늄 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다. 비교예 12의 강은 티타늄 함량이 낮은 강으로서, 인장강도가 낮으며, 항복비가 높아, 내진 특성이 좋지 않았다. 비교예 13의 강은 티타늄 함량이 높은 강으로서, 표 2를 참조하면 티타늄을 다량으로 첨가한 결과 30nm 이상의 크기를 갖는 조대한 석출물이 다수 형성됨에 따라 취성 파괴되었음을 알 수 있다.The steels of Comparative Examples 12 and 13 correspond to the comparative steels in which the titanium content was controlled differently from the composition range of the present invention. The steel of Comparative Example 12 is a steel having a low titanium content, has a low tensile strength, a high yield ratio, and has poor seismic properties. The steel of Comparative Example 13 is a steel having a high titanium content, and referring to Table 2, it can be seen that as a result of adding a large amount of titanium, a large number of coarse precipitates having a size of 30 nm or more were formed, resulting in brittle fracture.
비교예 14, 15의 강은 질소 함량을 본 발명의 조성 범위와 다르게 제어한 비교강에 해당한다. 비교예 14의 강은 질소 함량이 낮은 강으로서, 항복선반 길이가 0.4%로서 작아, 내진 특성이 좋지 않았다. 비교예 15의 강은 질소 함량이 높은 강으로서, 연주 시 파괴가 발생하였다.The steels of Comparative Examples 14 and 15 correspond to the comparative steels in which the nitrogen content was controlled differently from the composition range of the present invention. The steel of Comparative Example 14 was a steel having a low nitrogen content and had a small yield shelf length of 0.4%, and had poor seismic resistance. The steel of Comparative Example 15 was a steel having a high nitrogen content, and fracture occurred during playing.
상술한 바와 같이, 본 발명은 낮은 항복비, 높은 연신율을 가지고, 합금조성 중 질소 함량을 높게 하여 적정 길이의 항복선반을 확보함으로써, 내진 특성이 우수한 고강도 내진용 중탄소강 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.As described above, the present invention has a low yield ratio, high elongation, and by increasing the nitrogen content in the alloy composition to secure a yield shelf of an appropriate length, to provide a high-strength seismic medium-carbon steel excellent in seismic properties and a manufacturing method thereof. I can.
또한, 본 발명은 적정 길이의 항복선반을 확보함으로써, 볼트의 체결력을 향상시키기 위해 제품의 길이 및 두께가 증가되는 문제점을 해결할 수 있으므로 경제성 측면에서 장점이 있다. 본 발명은 특히, 건축을 하거나 기계 등을 설치할 때 콘크리트 바닥에 묻어 건축지지대를 고정시키는 앵커볼트의 길이 및 중량을 감소시킬 수 있으므로, 앵커볼트 등 건축재의 생산 비용을 저감할 수 있다.In addition, the present invention has an advantage in terms of economical efficiency since it is possible to solve the problem of increasing the length and thickness of the product in order to improve the fastening force of the bolt by securing the yield shelf of an appropriate length. In particular, the present invention can reduce the length and weight of anchor bolts that fix the construction support by burying it on a concrete floor when building or installing machinery, etc., thereby reducing the production cost of building materials such as anchor bolts.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although exemplary embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art are within the scope not departing from the concept and scope of the following claims. It will be appreciated that various modifications and variations are possible.
Claims (9)
미세조직으로, 페라이트 분율 50% 이상을 포함하고, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 20~30㎛이며, 10nm 이하의 크기를 갖는 VC, VN, TiC, TiN 석출물을 200x200nm2 당 45개 이상 포함하며,
항복선반 길이는 1.0% 이상인 내진용 중탄소강.In% by weight, C: 0.3 to 0.5%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%, P: less than 0.02%, S: 0.03 to 0.07%, Al: 0.02 to 0.08%, V: 0.05 to 0.2 %, Ti: 0.01~0.08%, N: 0.008~0.02%, balance Fe and other inevitable impurities,
In a microstructure, it contains a ferrite fraction of 50% or more, and the average grain size of the ferrite is 20 to 30 μm, and contains 45 or more precipitates of VC, VN, TiC, and TiN having a size of 10 nm or less per 200x200 nm 2 ,
Seismic medium carbon steel with a yield shelf length of 1.0% or more.
미세조직으로, 10~30nm 크기를 갖는 상기 석출물을 200x200nm2 당 15개 이상 포함하는 내진용 중탄소강.The method of claim 1,
In a microstructure, the seismic medium carbon steel containing 15 or more per 200x200nm 2 of the precipitate having a size of 10 ~ 30nm.
미세조직으로, 30nm 이상의 크기의 상기 석출물을 200x200nm2 당 10개 이하 포함하는 내진용 중탄소강.The method of claim 1,
In a microstructure, the seismic medium carbon steel containing 10 or less per 200x200nm 2 of the precipitate of a size of 30nm or more.
미세조직으로 페라이트 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율이 50% 이상인 내진용 중탄소강.The method of claim 1,
A seismic medium carbon steel containing a ferrite structure as a microstructure, and having a ferrite fraction of 50% or more.
항복비는 0.75 이하인 내진용 중탄소강.The method of claim 1,
Seismic medium carbon steel with a yield ratio of 0.75 or less.
인장강도는 700MPa 이상, 항복강도는 490MPa 이상인 내진용 중탄소강.The method of claim 1,
Seismic medium carbon steel with a tensile strength of 700 MPa or more and a yield strength of 490 MPa or more.
연신율은 20% 이상인 내진용 중탄소강.
The method of claim 1,
Seismic medium carbon steel with an elongation of 20% or more.
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Patent Citations (1)
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