KR20200064511A - High-strength steel sheet having excellent ductility and low-temperature toughness and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to structural steel materials suitable for ships or steel structures, and more specifically, to the high-strength steel materials having excellent ductility and low-temperature toughness and a manufacturing method thereof. The high-strength steel materials comprise: 0.05 to 0.12 wt% of carbon (C); 0.2 to 0.5 wt% of silicon (Si); 1.2 to 1.8 wt% of manganese (Mn); equal to or less than 0.012 wt% of phosphorus (P); equal to or less than 0.005 wt% of sulfur (S); 0.01 to 0.06 wt% of aluminum (Al); 0.005 to 0.02 wt% of titanium (Ti); 0.01 to 0.03 wt% of niobium (Nb); 0.002 to 0.006 wt% of nitrogen (N); equal to or less than 0.5 wt% of nickel (Ni); and the balance Fe and unavoidable impurities.

Description

연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재 및 이의 제조방법 {HIGH-STRENGTH STEEL SHEET HAVING EXCELLENT DUCTILITY AND LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}High-strength steel with excellent ductility and low-temperature toughness and its manufacturing method {HIGH-STRENGTH STEEL SHEET HAVING EXCELLENT DUCTILITY AND LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 선박 또는 강 구조물 등에 적합한 구조용 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a structural steel material suitable for ships or steel structures, and more particularly, to a high-strength steel material having excellent ductility and low-temperature toughness and a method for manufacturing the same.

선박 또는 강 구조물 등은 충돌과 같은 외부 충격에 의해 강판에 파단이 발생할 수 있으며, 이로 인해 침수, 침몰 등의 사고로 이어질 수 있다. 또한, 선박 또는 강 구조물 등의 제작 과정에서 성형 가공 등으로 인한 균열이 발생할 수 있으며, 이 경우 공사기간이 늘어나거나 제작비가 증가하는 등의 문제가 있다.
A ship or a steel structure may break on a steel plate due to an external impact such as a collision, and this may lead to an accident such as flooding or sinking. In addition, cracks may occur due to molding processing in the manufacturing process of ships or steel structures, etc. In this case, there are problems such as an increase in construction period or an increase in manufacturing cost.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 선박 또는 강 구조물 등에 사용되는 강판의 강도를 요구하는 수준으로 유지하면서도 연신율을 높여야 한다. 강의 연신율이 높을수록 외부 충격 등에 의해 강이 변형되더라도 파단에 이르기까지 더 많은 변형을 수용할 수 있으므로, 파단의 발생을 억제할 수 있고, 가공에 의한 균열의 발생 가능성도 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
In order to solve the above problems, it is necessary to increase the elongation while maintaining the required strength of the steel sheet used for ships or steel structures. The higher the elongation of the steel, the more the deformation to the fracture can be accommodated even if the steel is deformed by external impact or the like, so that the occurrence of fracture can be suppressed and the possibility of cracking due to processing can be reduced.

일반적으로, 강의 강도와 연신율은 반비례의 관계를 가지므로, 강도를 유지하면서 연신율을 높이는 것에는 한계가 있음에도 불구하고, 다음과 같은 기술들이 개발되어 왔다.In general, since the strength and elongation of steel have an inverse relationship, the following techniques have been developed despite limitations in increasing the elongation while maintaining strength.

예를들어, 특허문헌 1은 주상인 페라이트의 평균 입경을 3~12㎛ 제어하고, 그러한 페라이트를 90분율% 이상으로 형성하는 한편, 제2상의 평균 원 상당 직경을 0.8㎛ 이하로 미세화함으로써 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 15% 이상인 충돌 흡수성이 우수한 강판을 개시하고 있다.For example, Patent Document 1 controls the average particle diameter of ferrite, which is the main phase, to 3 to 12 μm, and forms such ferrite to 90% or more, while the average circular equivalent diameter of the second phase is reduced to 0.8 μm or less, resulting in tensile strength. Disclosed is a steel sheet excellent in collision absorption with a uniform elongation of 15% or more while 490 MPa or more.

특허문헌 2에서는 압연 후 냉각 과정에서 전단 냉각, 공냉, 후단 냉각으로 이루어진 공정을 적용함으로써, 조직이 페라이트와 경질 제2상으로 이루어지고, 상기 페라이트의 체적 분율이 판 두께 전체에서 75% 이상이며, 경도가 Hv 140 이상 160 이하, 평균 결정 입경이 2㎛ 이상인 강재에 대해 개시하고 있다.In Patent Document 2, by applying a process consisting of shear cooling, air cooling, and rear cooling in the post-rolling cooling process, the tissue is composed of ferrite and a hard second phase, and the volume fraction of the ferrite is 75% or more in the entire plate thickness, Steels having a hardness of Hv 140 or more and 160 or less and an average crystal grain size of 2 µm or more are disclosed.

또한, 특허문헌 3은 충돌 시의 에너지 흡수능을 증가시키기 위하여 조직을 페라이트와 펄라이트를 주체로 하는 이상(dual phase)으로 구성하고, 상기 상의 경도, 분율, 평균 면적, 평균 주위 길이가 소정의 조건을 만족하면서 페라이트가 갖는 평균 전위 밀도를 일정 이하로 낮춘 후강판에 대해 개시하고 있다. 나아가, 상술한 후강판을 얻기 위하여 강 소재를 통상적인 재가열 온도보다 높은 고온으로 가열한 후 제어 압연을 수행하고 공냉 또는 약수냉하는 공정을 개시하고 있다.
In addition, Patent Document 3 is composed of a dual phase mainly composed of ferrite and pearlite to increase the energy absorption capacity at the time of collision, and the hardness, fraction, average area, and average ambient length of the phase are set under predetermined conditions. Disclosed is a thick steel sheet that satisfactorily lowers the average dislocation density of ferrite to a certain level or less. Furthermore, in order to obtain the above-mentioned thick steel sheet, the steel material is heated to a high temperature higher than the normal reheating temperature, and then control rolling is performed and air or water cooling is performed.

그런데, 상술한 기술들은 몇 가지 문제점이 있음을 발견할 수 있다.However, the above-described techniques can be found to have some problems.

구체적으로, 강판의 파단은 균일 연신율보다는 총 연신율(또는 파단 연신율)의 관련성이 더 큼에도 불구하고, 특허문헌 1은 균일 연신율에 대해서만 개시하고 있으므로 실질적으로 외부 충격 등에 의한 파단 등의 결함을 억제하는 효과 등에 대해서는 개시하고 있지 않다. 특허문헌 2 역시 균일 연신율에 대해서만 개시하고 있는 바, 특허문헌 2에 개시된 강판의 총 연신율 등에 대해서는 불명확하다. 한편, 특허문헌 3은 총 연신율에 대해 기술하고 있기는 하나, 구조용 강재의 특성으로서 매우 중요한 인성 확보에 관해서는 어떠한 개시도 없다.
Specifically, despite the greater relationship between the total elongation (or elongation at break) than the elongation at break of the steel sheet, Patent Document 1 discloses only the uniform elongation, thereby substantially suppressing defects such as fracture due to external impact. Effects are not disclosed. Since Patent Document 2 also discloses only the uniform elongation, it is unclear about the total elongation of the steel sheet disclosed in Patent Document 2. On the other hand, although Patent Document 3 describes the total elongation, there is no disclosure about securing very important toughness as a property of structural steel.

즉, 선박 또는 강 구조물 등에 사용하기 적합한 구조용 강재에 요구되는 특성은 강도 및 연성(총 연신율)뿐만 아니라, 인성 특히, 저온 인성을 확보하는 것이 중요하며, 이러한 특성들이 모두 확보된 구조용 강재의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
That is, it is important to ensure not only strength and ductility (total elongation), but also toughness, especially low-temperature toughness, which are required for structural steel materials suitable for use in ships or steel structures, etc. This is a demand.

한국공개특허공보 제10-2006-0127762호Korean Patent Publication No. 10-2006-0127762 한국공개특허공보 제10-2016-0104077호Korean Patent Publication No. 10-2016-0104077 일본 등록특허 제5994819호Japanese Registered Patent No. 5994819

본 발명의 일 측면은, 구조용 소재로 적합한 강재를 제공함에 있어서, 고강도를 가지면서 연성이 우수하고, 나아가 저온 인성이 우수한 강재 및 이것을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
In one aspect of the present invention, in providing a steel material suitable as a structural material, it is intended to provide a steel material having high strength and excellent ductility, and further excellent in low-temperature toughness and a method for manufacturing the same.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 어려움이 없을 것이다.
The subject of this invention is not limited to the above-mentioned content. Anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains will have no difficulty in understanding additional problems of the present invention from the contents throughout the present specification.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.12%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.8%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.01~0.03%, 질소(N): 0.002~0.006%, 니켈(Ni): 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,One aspect of the present invention, by weight, carbon (C): 0.05 to 0.12%, silicon (Si): 0.2 to 0.5%, manganese (Mn): 1.2 to 1.8%, phosphorus (P): 0.012% or less, Sulfur (S): 0.005% or less, Aluminum (Al): 0.01 to 0.06%, Titanium (Ti): 0.005 to 0.02%, Niobium (Nb): 0.01 to 0.03%, Nitrogen (N): 0.002 to 0.006%, Nickel (Ni): 0.5% or less, containing residual Fe and unavoidable impurities,

미세조직으로 주상이 평균 결정립 크기(원 상당 직경)가 2~8㎛인 폴리고날 페라이트, 제2상으로 펄라이트와 베이나이트를 포함하며, 두께가 8~15mm인 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재를 제공한다.
Polyorganic ferrite with an average grain size (equivalent to a circle diameter) of 2 to 8 µm as a microstructure, pearlite and bainite as a second phase, and high strength steel with excellent ductility and low-temperature toughness with a thickness of 8 to 15 mm. to provide.

본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 1100~1200℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 조압연 및 마무리 압연하여 열연강판으로 제조하는 단계; 및 상기 열연강판을 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 마무리 압연은 Ar3+70℃~Ar3+170℃의 온도범위에서 행하는 것인 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재의 제조방법을 제공한다.
Another aspect of the present invention, heating the steel slab satisfying the above-described alloy composition in a temperature range of 1100 ~ 1200 ℃; Preparing the hot-rolled steel slab by rough rolling and finish rolling; And comprising the step of cooling the hot-rolled steel sheet, the finish rolling provides a method for producing a high-strength steel material having excellent ductility and low-temperature toughness, which is performed in a temperature range of Ar3+70°C to Ar3+170°C.

본 발명에 의하면, 고강도 및 고연성을 가질 뿐만 아니라, 저온 인성이 우수한 강재를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a steel material having high strength and high ductility and excellent low-temperature toughness.

또한, 본 발명의 강재는 구조용 강재의 소재로서 유리하게 적용가능한 효과가 있다.
In addition, the steel material of the present invention has an advantageously applicable effect as a material for a structural steel material.

일반적으로 강의 강도를 증가시키면 상대적으로 연성이 감소하므로 강도가 높으면서 연신율이 우수한 강을 제조하는 것은 쉽지 않다. 또한, 강의 연신율이 높다고 하여 반드시 저온 인성이 우수하지 아니한 바, 고강도 및 고연성과 함께 저온 인성을 우수하게 확보하는 것은 더욱 어렵다.
In general, increasing the strength of steel decreases ductility relatively, so it is not easy to manufacture steel having high strength and excellent elongation. In addition, the high elongation of the steel is not necessarily excellent in low-temperature toughness, and it is more difficult to secure excellent low-temperature toughness together with high strength and high ductility.

하지만, 본 발명자들은 고강도, 고연성뿐만 아니라 저온 인성을 동시에 확보할 수 있는 강재를 개발하기 위하여 깊이 연구한 결과, 다음과 같이 합금조성 및 제조조건을 규명함으로써 목표로 하는 기계적 물성을 가지는 강재를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
However, the present inventors have conducted a deep study to develop a steel material capable of simultaneously securing high strength and high ductility as well as low-temperature toughness, and as a result, provide a steel material having a targeted mechanical property by identifying alloy composition and manufacturing conditions as follows. It was confirmed that it can be done, and the present invention has been completed.

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

본 발명의 일 측면에 따른 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.12%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.8%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.01~0.03%, 질소(N): 0.002~0.006%, 니켈(Ni): 0.5% 이하를 포함할 수 있다.
The high strength steel material having excellent ductility and low temperature toughness according to an aspect of the present invention is in weight%, carbon (C): 0.05 to 0.12%, silicon (Si): 0.2 to 0.5%, manganese (Mn): 1.2 to 1.8%, Phosphorus (P): 0.012% or less, sulfur (S): 0.005% or less, aluminum (Al): 0.01 to 0.06%, titanium (Ti): 0.005 to 0.02%, niobium (Nb): 0.01 to 0.03%, nitrogen ( N): 0.002 to 0.006%, and nickel (Ni): 0.5% or less.

이하에서는, 본 발명에서 제공하는 강재의 합금조성을 위와 같이 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the reason for limiting the alloy composition of the steel material provided in the present invention as described above will be described in detail.

한편, 본 발명에서 특별히 언급하지 않는 한 각 원소의 함량은 중량을 기준으로 하며, 조직의 비율은 면적을 기준으로 한다.
On the other hand, unless specifically stated in the present invention, the content of each element is based on weight, and the proportion of tissue is based on area.

탄소(C): 0.05~0.12%Carbon (C): 0.05~0.12%

탄소(C)는 강 조직 중 펄라이트의 분율에 영향을 미치며, 강도 확보에 유리한 원소이다. 본 발명에서 목표로 하는 수준의 강도를 확보하기 위해서는 0.05% 이상으로 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 강재를 제조하기 위한 일련의 공정(압연 및 냉각 공정)에서는 상기 C를 0.05% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.12%를 초과하게 되면 강 조직 중 펄라이트의 분율이 과도해져 저온 인성이 열위하게 된다.Carbon (C) affects the fraction of pearlite in the steel structure and is an element that is advantageous for securing strength. In order to ensure the strength of the target level in the present invention may be included in 0.05% or more. In particular, in the series of processes (rolling and cooling processes) for manufacturing the steel material of the present invention, it is preferable to include the above C in 0.05% or more. However, if the content exceeds 0.12%, the fraction of pearlite in the steel structure becomes excessive and the low-temperature toughness becomes inferior.

따라서, 본 발명에서는 상기 C를 0.05~0.12%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 0.06~0.10%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the C may be included as 0.05 to 0.12%, and more advantageously as 0.06 to 0.10%.

실리콘(Si): 0.2~0.5%Silicon (Si): 0.2~0.5%

실리콘(Si)은 강의 탈산을 돕고, 경화능을 높이는 원소로서, 목표로 하는 수준의 강도를 확보하기 위해서는 0.2% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 강도가 지나치게 증가하여 총 연신율과 저온 충격인성을 저해하는 문제가 있다.Silicon (Si) is an element that helps the deoxidation of the steel and increases the hardenability, and may be included in 0.2% or more to secure a target level of strength. However, when the content exceeds 0.5%, the strength is excessively increased, thereby inhibiting the total elongation and low-temperature impact toughness.

따라서, 본 발명에서는 상기 Si을 0.2~0.5%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the Si may be included at 0.2 to 0.5%.

망간(Mn): 1.2~1.8%Manganese (Mn): 1.2~1.8%

망간(Mn)은 강의 연신율을 크게 감소시키지 않으면서 강도를 높이는데에 유용한 원소이다. 본 발명에서 목표로 하는 수준의 강도를 확보하게 위해서는 1.2% 이상으로 Mn을 포함할 수 있으나, 그 함량이 1.8%를 초과하게 되면 강의 강도가 크게 증가하여 연성의 확보가 곤란해진다.Manganese (Mn) is a useful element for increasing strength without significantly reducing the elongation of the steel. In order to secure the strength of the target level in the present invention, Mn may be included in more than 1.2%, but when the content exceeds 1.8%, the strength of the steel increases significantly, making it difficult to secure ductility.

따라서, 본 발명에서는 상기 Mn을 1.2~1.8%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 1.4~1.7%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the Mn may be included at 1.2 to 1.8%, and more advantageously at 1.4 to 1.7%.

인(P): 0.012% 이하Phosphorus (P): 0.012% or less

인(P)은 강 중 불가피하게 혼입되는 불순물로서, 강의 연성과 저온 충격인성을 감소시키므로 최소화할 필요가 있다. 본 발명에서는 상기 P을 0.012% 이하로 함유하더라도 의도하는 물성 확보에 큰 무리가 없으므로, 상기 P의 상한을 0.012%로 제한할 수 있다. 다만, 제강공정시 부하를 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
Phosphorus (P) is an imperatively incorporated impurity in steel, and it is necessary to minimize it because it reduces the ductility and low-temperature impact toughness of steel. In the present invention, even if the P is contained in an amount of 0.012% or less, there is no great difficulty in securing the intended physical properties, so the upper limit of the P can be limited to 0.012%. However, 0% can be excluded considering the load during the steelmaking process.

황(S): 0.005% 이하Sulfur (S): 0.005% or less

황(S)은 상기 P과 같이 강 중에 불가피하게 혼입되는 불순물로서, 황화물을 형성하여 연성을 크게 감소시키므로 그 함량을 최소화할 필요가 있다. 본 발명에서는 상기 S을 0.005% 이하로 함유하더라도 의도하는 물성 확보에는 큰 무리가 없으므로, 상기 S의 상한을 0.005%로 제한할 수 있다. 다만, 제강공정시 부하를 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
Sulfur (S) is an impurity that is inevitably incorporated into the steel, such as P, and it is necessary to minimize its content because it greatly reduces ductility by forming sulfides. In the present invention, even if the S is contained in an amount of 0.005% or less, there is no great difficulty in securing the intended physical properties, so the upper limit of the S can be limited to 0.005%. However, 0% can be excluded considering the load during the steelmaking process.

알루미늄(Al): 0.01~0.06%Aluminum (Al): 0.01~0.06%

알루미늄(Al)은 강의 탈산에 필수적인 원소로서, 강의 청정성을 확보하기 위해서는 0.01% 이상으로 함유할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도할 경우 용접부의 인성을 저해할 우려가 있으므로, 이를 고려하여 0.06% 이하로 제한할 수 있다.
Aluminum (Al) is an essential element for deoxidation of steel, and may be contained in an amount of 0.01% or more in order to secure the cleanliness of steel. However, if the content is excessive, there is a possibility of inhibiting the toughness of the weld, it can be limited to 0.06% or less in consideration of this.

티타늄(Ti): 0.005~0.02%Titanium (Ti): 0.005~0.02%

티타늄(Ti)은 강 제조 공정 중 가열 과정에서 오스테나이트가 과도하게 성장하는 것을 억제하여, 오스테나이트-페라이트 변태시 페라이트의 결정립을 미세화하는데 유용한 원소이다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.005% 이상으로 Ti을 포함할 수 있으나, 그 함량이 0.02%를 초과하게 되면 조대한 질화물을 형성하여 결정립 미세화 효과가 감소하고, 충격인성도 열화된다.Titanium (Ti) is an element useful for minimizing grain growth of ferrite during austenite-ferrite transformation by suppressing excessive growth of austenite during heating during the steel manufacturing process. In order to sufficiently obtain the above-described effect, Ti may be included in an amount of 0.005% or more, but when the content exceeds 0.02%, a coarse nitride is formed, thereby reducing the effect of grain refinement and impact toughness.

따라서, 본 발명에서는 상기 Ti을 0.005~0.02%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the Ti may be included as 0.005 to 0.02%.

니오븀(Nb): 0.01~0.03%Niobium (Nb): 0.01~0.03%

니오븀(Nb)은 강 제조 공정 중 압연 과정에서 탄질화물로 석출하여 오스테나이트의 결정립을 미세화시키는데에 유효하며, 강도 향상에도 기여한다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.01% 이상으로 Nb을 첨가할 수 있으나, 그 함량이 0.03%를 초과하게 되면 강도가 지나치게 상승하여 연성의 확보가 곤란해지고, 용접부 인성도 저해할 우려가 있다.Niobium (Nb) is effective in minimizing grains of austenite by depositing with carbonitride during rolling in the steel manufacturing process, and also contributes to strength improvement. In order to sufficiently acquire such an effect, Nb may be added at 0.01% or more, but when the content exceeds 0.03%, the strength is excessively increased, making it difficult to secure ductility and possibly inhibiting the toughness of the weld.

따라서, 본 발명에서는 상기 Nb을 0.01~0.03%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the Nb may be included in an amount of 0.01 to 0.03%.

질소(N): 0.002~0.006%Nitrogen (N): 0.002~0.006%

질소(N)는 상기 Ti, Nb 등과 결합하여 강 가열 중에 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 압연 중에 미세한 탄질화물을 형성함으로써 결정립 미세화 효과를 얻는데에 유리하다. 이를 위해서는 0.002% 이상으로 N을 첨가할 수 있으나, 그 함량이 0.006%를 초과하게 되면 주편과 강재의 표면 품질을 해칠 수 있다.Nitrogen (N) is advantageous in obtaining the grain refining effect by combining aforesaid Ti, Nb and the like to suppress the growth of austenite grains during steel heating and form fine carbonitrides during rolling. To this end, N can be added at 0.002% or more, but if the content exceeds 0.006%, the surface quality of the cast steel and steel may be impaired.

따라서, 본 발명에서는 상기 N를 0.002~0.006%로 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the N may be included as 0.002 to 0.006%.

니켈(Ni): 0.5% 이하(0% 포함)Nickel (Ni): 0.5% or less (including 0%)

니켈(Ni)은 상기 Mn과 유사하게 페라이트 결정립을 미세화하여 강도를 높이면서, 연신율은 크게 저해하지 않는 원소이다. 이러한 Ni을 일정 함량으로 추가 첨가함으로써, 본 발명에서 목표로 하는 강도, 연성 및 저온 인성을 보다 유리하게 확보할 수 있다. 하지만, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 연신율의 저하가 발생하고, 제조비용이 증가하게 되므로, 상기 Ni은 0.5% 이하로 포함할 수 있다.Nickel (Ni) is an element that does not greatly inhibit elongation while increasing strength by miniaturizing ferrite grains similar to Mn. By further adding such Ni in a certain content, the strength, ductility and low-temperature toughness targeted in the present invention can be more advantageously secured. However, when the content exceeds 0.5%, the elongation decreases and the manufacturing cost increases, so the Ni may be included at 0.5% or less.

본 발명에서는 상기 Ni을 첨가하지 않더라도 물성 확보에는 무리가 없는 바, 0% 이어도 무방하다.
In the present invention, even if Ni is not added, there is no difficulty in securing the physical properties, and 0% may be used.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
The remaining component of the invention is iron (Fe). However, in the normal manufacturing process, impurities that are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably mixed, and therefore cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, they are not specifically mentioned in this specification.

상술한 합금조성을 가지는 본 발명의 강재는 미세조직으로 폴리고날 페라이트를 주상으로 포함하고, 제2상으로 펄라이트와 베이나이트를 포함할 수 있다.
The steel material of the present invention having the above-mentioned alloy composition may include polygonal ferrite as a microstructure as a main phase, and pearlite and bainite as a second phase.

본 발명과 같은 강재의 미세조직이 페라이트 단상인 경우, 본 발명에서 목표로 하는 수준의 강도를 확보하기 위해서는 상기 페라이트의 평균 결정립 크기(입경)가 매우 작아야 하며, 이러할 경우 강의 균일 연신율이 크게 감소하여 목표로 하는 총 연신율의 달성이 불가능하게 된다. 또한, 미세조직이 애시큘러 페라이트 또는 베이나이트 단상으로 이루어지는 경우에도 강도는 우수하나, 고연성의 확보가 어렵다.When the microstructure of the steel material of the present invention is a ferrite single phase, the average grain size (particle size) of the ferrite must be very small in order to secure the level of strength targeted in the present invention, and in this case, the uniform elongation of the steel is greatly reduced. It is impossible to achieve the target total elongation. Further, even when the microstructure is composed of a single phase of a ferrite or bainite, the strength is excellent, but it is difficult to secure high ductility.

게다가, 페라이트를 주상으로 하고, 제2상이 경질상(베이나이트 또는 마르텐사이트)인 경우에도 균일 연신율은 우수한 반면, 네킹(necking) 이후의 연성을 나타내는 포스트 연신율이 열위해져 총 연신율의 확보가 어려워진다.
In addition, when the ferrite is used as the main phase, and the second phase is a hard phase (bainite or martensite), the uniform elongation is excellent, while the post elongation showing ductility after necking is deteriorated, making it difficult to secure the total elongation. .

따라서, 본 발명은 강재의 강도와 연성의 균형을 확보하기 위하여 상기 강재의 미세조직으로 페라이트-펄라이트 복합조직을 형성하며, 이러한 강재의 제조공정 중 일부 포함될 수 있는 베이나이트의 분율을 최소화함으로써, 의도하는 물성을 확보할 수 있다.Therefore, the present invention forms a ferrite-pearlite composite structure as a microstructure of the steel material in order to secure a balance of strength and ductility of the steel material, and minimizes the fraction of bainite that may be partially included in the manufacturing process of the steel material. The physical properties to be secured can be secured.

특히, 상기 제2상 중 펄라이트는 면적분율 5~25%로 포함하고, 상기 베이나이트는 면적분율 2% 이하(0% 포함)인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 펄라이트의 분율이 5% 미만이면 목표 수준의 강도를 확보하기 어려우며, 그 분율이 25%를 초과하게 되면 연신율이 저하되고 목표로 하는 인성을 달성할 수 없다. 한편, 상기 베이나이트의 분율이 2%를 초과하게 되면 포스트 연신율이 저하되어 본 발명에서 목표로 하는 총 연신율의 확보가 곤란해진다.
Particularly, in the second phase, pearlite is included in an area fraction of 5 to 25%, and the bainite preferably has an area fraction of 2% or less (including 0%). Specifically, when the fraction of the pearlite is less than 5%, it is difficult to secure a target level of strength, and when the fraction exceeds 25%, the elongation decreases and the target toughness cannot be achieved. On the other hand, when the fraction of bainite exceeds 2%, the post elongation decreases, making it difficult to secure the total elongation targeted in the present invention.

한편, 상기 폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기(원 상당 직경)가 작을수록 강의 강도와 저온 인성을 향상시킴에는 유리한 반면, 연신율은 감소하므로 상기 폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기를 적절히 제어할 필요가 있다.On the other hand, the smaller the average grain size (circular equivalent diameter) of the polygonal ferrite is, the more advantageous it is to improve the strength and low-temperature toughness of the steel, whereas the elongation decreases, so it is necessary to appropriately control the average grain size of the polygonal ferrite.

폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기와 연신율의 관계는 선형적이지 않으며, 상기 폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기가 2㎛ 보다 작아질 경우 연신율이 급격히 감소하는 경향을 보인다.The relationship between the average grain size of the polygonal ferrite and the elongation is not linear, and when the average grain size of the polygonal ferrite becomes smaller than 2 μm, the elongation tends to decrease rapidly.

본 발명에서는 상기 폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기를 2~8㎛로 제어함으로써 적절한 미세화로부터 강도와 연성의 균형을 확보할 수 있다. 만일, 상기 폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기가 2㎛ 미만이면 균일 연신율이 크게 감소하여 총 연신율의 확보가 어려워지며, 반면 그 크기가 8㎛를 초과하게 되면 목표 수준의 강도를 확보하기 위하여 펄라이트의 분율을 높여야 하나, 저온 충격인성이 열위하게 된다.
In the present invention, by controlling the average grain size of the polygonal ferrite to 2 to 8㎛, it is possible to secure a balance of strength and ductility from appropriate miniaturization. If the average grain size of the polygonal ferrite is less than 2 μm, the uniform elongation is greatly reduced, making it difficult to secure the total elongation, whereas when the size exceeds 8 μm, the fraction of pearlite to secure the target level of strength However, the low temperature impact toughness is inferior.

보다 구체적으로, 상술한 바와 같은 미세조직을 가지는 본 발명의 강재는 인장강도가 490MPa 이상, 연신율이 30% 이상, -40℃에서 충격인성이 100J 이상으로 강도 및 연성뿐만 아니라 저온 인성을 동시에 우수하게 확보할 수 있다.
More specifically, the steel of the present invention having a microstructure as described above has a tensile strength of 490 MPa or more, an elongation of 30% or more, and an impact toughness of 100 J or more at -40°C, which is excellent in strength and ductility as well as low-temperature toughness. Can be secured.

이하, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a high strength steel material having excellent ductility and low temperature toughness according to another aspect of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 고강도 강재는 본 발명에서 제안하는 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 [가열 - 열간압연 - 냉각]의 일련의 공정을 거쳐 제조할 수 있다.The high-strength steel according to the present invention can be manufactured through a series of processes of [heating-hot rolling-cooling] a steel slab satisfying the alloy composition proposed in the present invention.

이하에서는 상기 각각의 공정 조건에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, each of the process conditions will be described in detail.

강 슬라브 가열Steel slab heating

본 발명에서는 열간압연을 행하기에 앞서 강 슬라브를 가열하여 균질화 처리하는 공정을 거치는 것이 바람직하며, 이때 1100~1200℃에서 가열 공정을 행함이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to go through the process of heating and homogenizing the steel slab before performing hot rolling, and it is preferable to perform the heating process at 1100 to 1200°C.

만일, 가열 온도가 1100℃ 미만이면 충분히 균일화되지 못하고, 강 슬라브의 두께 중심부에 존재하는 Nb 탄질화물 등이 충분히 용해되지 못하여 목표 수준의 강도를 확보하기 어려워진다. 반면, 그 온도가 1200℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립의 이상입성장(abnormal grain growth)에 의해 연신율과 저온 인성이 저하되므로 바람직하지 못하다.If the heating temperature is less than 1100°C, it is not sufficiently homogenized, and Nb carbonitride or the like present in the center of the thickness of the steel slab is not sufficiently dissolved, making it difficult to secure a target level of strength. On the other hand, if the temperature exceeds 1200°C, elongation and low-temperature toughness are unfavorable because of abnormal grain growth of austenite grains.

상술한 온도범위에서 가열을 행함에 있어서, 가열 시간은 강 슬라브의 두께에 따라 다르게 설정할 수 있으며, 강 슬라브의 표면부로부터 두께 중심부까지 충분히 균일화될 수 있도록 설정함이 바람직하다. 통상, 강 슬라브의 두께 1mm당 1분 이상 가열을 행할 수 있다.
In heating in the above-described temperature range, the heating time can be set differently according to the thickness of the steel slab, and it is preferable to set it so that it can be sufficiently uniform from the surface portion of the steel slab to the center of the thickness. Normally, heating can be performed for 1 minute or more per 1 mm of the thickness of the steel slab.

열간압연Hot rolled

상기에 따라 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조할 수 있으며, 이때 2단계의 압연을 거칠 수 있다.The hot-rolled steel slab can be hot-rolled according to the above to produce a hot-rolled steel sheet, where it can be subjected to two stages of rolling.

구체적으로, 첫 번째 압연으로 조압연을 행하며, 이는 가열된 강 슬라브를 가열로에서 추출한 직후 바로 행할 수 있다. 상기 조압연은 최종 강판의 폭을 확보하기 위한 폭내기 압연을 포함하여, 후속하는 두 번째 압연인 마무리 압연을 개시하는 두께까지 압연을 행할 수 있다.Specifically, rough rolling is performed by the first rolling, which can be performed immediately after extracting the heated steel slab from the heating furnace. The rough rolling can be rolled up to a thickness that starts finish rolling, which is the subsequent second rolling, including an interpolation rolling to ensure the width of the final steel sheet.

앞서 언급한 바와 같이, 두 번째 압연으로 마무리 압연을 행하며, 의도하는 두께를 가지도록 압연을 행할 수 있다. 본 발명에서는 상기 마무리 압연시 Ar3+70℃~Ar3+170℃의 온도범위에서 행하는 것이 바람직하다.
As mentioned above, finish rolling is performed by the second rolling, and rolling can be performed to have an intended thickness. In the present invention, it is preferable to perform in the temperature range of Ar3+70°C to Ar3+170°C during the finish rolling.

일반적으로 마무리 압연시 온도가 낮을수록 최종 조직의 페라이트 결정립 크기가 감소하므로 강도와 저온 인성을 향상시킬 수 있는 반면, 연신율은 감소하게 된다.In general, the lower the temperature during finish rolling, the smaller the size of the ferrite grains in the final structure, so that strength and low-temperature toughness can be improved, while elongation decreases.

따라서, 본 발명에서 목표로 하는 강도, 연성과 더불어 저온 인성을 동시에 향상시키기 위해서는 적정한 온도범위에서 마무리 압연을 행하여야 하나, 그 온도범위가 매우 협소할 수 있으며, 그러할 경우 공업적으로 강재의 제조가 어려워지는 문제가 있다.
Therefore, in order to simultaneously improve the strength, ductility and low-temperature toughness targeted in the present invention, it is necessary to perform finish rolling in an appropriate temperature range, but the temperature range may be very narrow. There is a difficult problem.

이에, 본 발명자들은 합금조성과 제조공정 사이의 관계를 깊이 연구한 끝에, 합금조성 중 Mn 또는 Mn과 Ni을 적절히 첨가하는 것으로부터 마무리 압연시 의도하는 물성 확보에 유리한 온도범위를 확대할 수 있음을 발견하였다.Accordingly, the present inventors have studied the relationship between the alloy composition and the manufacturing process, and then, from the proper addition of Mn or Mn and Ni in the alloy composition, it is possible to expand the temperature range advantageous for securing the intended physical properties during finish rolling. Found.

구체적으로, 상기 Mn과 Ni은 페라이트 변태 온도를 낮춰 페라이트 결정립 미세화를 유도하며, 이로부터 강도와 저온 인성 향상을 도모하는 한편, 연신율을 크게 저해하지 않는다.Specifically, the Mn and Ni lower ferrite transformation temperature to induce refinement of ferrite grains, thereby improving strength and low-temperature toughness, while not significantly inhibiting elongation.

이로부터, 본 발명에서 제안하는 Mn, Ni의 함량 범위에서 마무리 압연을 Ar3+70℃~Ar3+170℃의 온도범위에서 행함으로써 강도 및 연성과 더불어 저온 인성이 우수한 강재를 얻을 수 있다.From this, it is possible to obtain a steel material having excellent strength and ductility and low-temperature toughness by performing finish rolling in the temperature range of Ar3+70°C to Ar3+170°C in the content range of Mn and Ni proposed in the present invention.

상기 마무리 압연시 온도가 Ar3+70℃ 미만이면 강의 강도가 급격히 증가하여 연신율이 크게 감소하게 되며, 반면 그 온도가 Ar3+170℃를 초과하게 되면 오스테나이트가 조대화되어 최종 조직인 페라이트의 결정립이 조대화되므로 강도와 저온 인성이 열위하는 문제가 있다.When the temperature is less than Ar3+70°C during the finish rolling, the strength of the steel increases rapidly, and the elongation decreases significantly. On the other hand, when the temperature exceeds Ar3+170°C, the austenite becomes coarse and the final grains of ferrite are coarse. There is a problem in that the strength and low-temperature toughness are inferior because of conversation.

여기서, Ar3는 하기와 같은 성분식으로 나타낼 수 있다.Here, Ar3 can be represented by the following component formula.

[Ar3 = 910 - 310C - 80Mn - 20Cu - 55Ni - 15Cr - 80Mo (각 원소는 중량함량을 의미한다)]
[Ar3 = 910-310C-80Mn-20Cu-55Ni-15Cr-80Mo (each element means weight content)]

또한, 상술한 온도범위에서 마무리 압연시 누적 압하율이 60~90%가 되도록 행하는 것이 바람직하다. 만일, 마무리 압연시 누적 압하율이 60% 미만이면 페라이트 평균 결정립 크기가 조대해져 목표 수준의 강도를 확보하기 어렵고, 반면 90%를 초과하게 되면 페라이트 평균 결정립 크기가 너무 미세해져 강도 확보에는 유리한 반면, 연신율이 열위하게 된다.
In addition, it is preferable to carry out such that the cumulative rolling reduction during finishing rolling in the above-described temperature range is 60 to 90%. If the cumulative rolling reduction during finishing rolling is less than 60%, the average grain size of ferrite becomes coarse, making it difficult to secure a target level of strength, while when it exceeds 90%, the average grain size of ferrite becomes too fine, which is advantageous for securing strength. Elongation becomes inferior.

냉각Cooling

상술한 바에 따라 열간압연을 행하여 제조된 열연강판을 냉각할 수 있으며, 이때 공냉을 통해 상온까지 냉각하는 것이 바람직하며, 대기 중에 냉각하는 것을 의미한다.It is possible to cool the hot-rolled steel sheet manufactured by performing hot rolling in accordance with the above, wherein it is preferable to cool to room temperature through air cooling, which means cooling in the air.

상기 냉각시 수냉을 적용할 경우, 페라이트가 과도하게 미세화되거나 제2상으로 베이나이트와 같은 경질상의 분율이 증가하게 되어 냉각 불균일의 확률이 높아지고, 포스트 연신율의 확보가 어려워 결국 총 연신율의 확보가 곤란해지는 문제가 있다.
When water cooling is applied during the cooling, the ferrite becomes excessively fine or the fraction of the hard phase such as bainite increases in the second phase, thereby increasing the probability of uneven cooling, and it is difficult to secure the post elongation, and thus it is difficult to secure the total elongation. There is a problem.

상술한 일련의 제조공정을 거쳐 제조된 본 발명의 강재는 8~15mm의 두께를 가지며, 상기 두께 범위 내에서 어떠한 두께를 가지던지 관계없이 본 발명에서 의도하는 미세조직을 균일하게 형성할 수 있다.
The steel material of the present invention manufactured through the above-described series of manufacturing processes has a thickness of 8 to 15 mm, and can uniformly form the microstructure intended in the present invention regardless of any thickness within the thickness range.

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 is necessary to note that the following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail 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 reasonably inferred therefrom.

(( 실시예Example ))

하기 표 1에 나타낸 합금조성을 가지는 용강을 제조한 다음, 연속주조법으로 250mm 두께의 강 슬라브를 얻었다. 이후, 하기 표 2에 나타낸 조건으로 가열, 압연, 냉각을 거쳐 최종 8~15mm의 두께를 가지는 강판을 제조하였다. 이때, 상기 냉각은 공냉과 수냉으로 나누어 적용하였으며, 수냉의 경우 약 20℃/s의 냉각속도로 행하고, 650℃에서 수냉을 종료한 다음 상온까지 공냉하였다.
After the molten steel having the alloy composition shown in Table 1 was prepared, a steel slab having a thickness of 250 mm was obtained by a continuous casting method. Thereafter, heating, rolling, and cooling were performed under the conditions shown in Table 2 to prepare steel sheets having a final thickness of 8 to 15 mm. At this time, the cooling was applied by dividing into air cooling and water cooling. In the case of water cooling, the cooling was performed at a cooling rate of about 20° C./s, and the water cooling was terminated at 650° C., followed by air cooling to room temperature.

강번River Burn 합금조성 (중량%)Alloy composition (% by weight) Ar3Ar3 CC SiSi MnMn PP SS AlAl TiTi NbNb NN NiNi 1One 0.110.11 0.230.23 1.341.34 0.0080.008 0.0030.003 0.0350.035 0.0140.014 0.0220.022 0.0030.003 00 769769 22 0.090.09 0.280.28 1.471.47 0.0110.011 0.0020.002 0.0230.023 0.0120.012 0.0260.026 0.0040.004 00 765765 33 0.080.08 0.340.34 1.531.53 0.0070.007 0.0040.004 0.0190.019 0.0130.013 0.0210.021 0.0030.003 0.130.13 756756 44 0.080.08 0.250.25 1.341.34 0.0070.007 0.0030.003 0.0410.041 0.0160.016 0.0140.014 0.0050.005 0.450.45 753753 55 0.070.07 0.420.42 1.631.63 0.0090.009 0.0040.004 0.0310.031 0.0080.008 0.0260.026 0.0030.003 00 758758 66 0.050.05 0.390.39 1.741.74 0.0080.008 0.0020.002 0.0330.033 0.0090.009 0.0260.026 0.0030.003 00 755755 77 0.140.14 0.250.25 1.351.35 0.0070.007 0.0030.003 0.0380.038 0.0120.012 0.0210.021 0.0040.004 00 759759 88 0.040.04 0.360.36 1.651.65 0.0090.009 0.0030.003 0.0250.025 0.0130.013 0.0270.027 0.0030.003 00 766766 99 0.080.08 0.410.41 1.581.58 0.0090.009 0.0040.004 0.0480.048 0.0020.002 0.0180.018 0.0050.005 00 759759 1010 0.090.09 0.290.29 1.451.45 0.0110.011 0.0030.003 0.0360.036 0.0120.012 0.0030.003 0.0040.004 00 766766

강번River Burn 두께
(mm)thickness
(mm) 가열온도
(℃)Heating temperature
(℃) 마무리 압연
온도(℃)Finish rolling
Temperature (℃) 마무리 압연
누적 압하율(%)Finish rolling
Cumulative rolling reduction (%) 냉각Cooling 구분division 1One 1515 11241124 893893 7070 공냉Air cooling 발명예 1Inventive Example 1 22 1515 11351135 903903 8080 공냉Air cooling 발명예 2Inventive Example 2 33 1515 11081108 881881 8080 공냉Air cooling 발명예 3Inventive Example 3 44 1515 11231123 854854 8585 공냉Air cooling 발명예 4Inventive Example 4 55 1515 11431143 884884 8080 공냉Air cooling 발명예 5Inventive Example 5 66 1515 11551155 843843 7575 공냉Air cooling 발명예 6Inventive Example 6 22 1111 11721172 881881 8080 공냉Air cooling 발명예 7Inventive Example 7 33 1111 11491149 865865 8080 공냉Air cooling 발명예 8Inventive Example 8 44 1111 11551155 853853 7070 공냉Air cooling 발명예 9Inventive Example 9 55 88 11891189 892892 7070 공냉Air cooling 발명예 10Inventive Example 10 66 88 11941194 913913 8080 공냉Air cooling 발명예 11Inventive Example 11 77 1515 12431243 909909 8080 공냉Air cooling 비교예 1Comparative Example 1 88 1515 11331133 892892 7575 공냉Air cooling 비교예 2Comparative Example 2 99 1515 11191119 845845 8585 수냉Water cooling 비교예 3Comparative Example 3 1010 1515 11291129 841841 5050 수냉Water cooling 비교예 4Comparative Example 4 55 1515 11341134 852852 8080 수냉Water cooling 비교예 5Comparative Example 5 66 2323 11321132 867867 8585 공냉Air cooling 비교예 6Comparative Example 6

상술한 바에 따라 제조된 각각의 강판의 미세조직을 관찰하기 위하여, 각각의 강판 두께의 t/4 지점(여기서 t는 강판 두께(mm)를 의미함)에서 시편을 채취하여 연마하고, 나이탈 부식 용액으로 에칭한 다음 광학현미경으로 관찰하였다. 이후, 광학현미경에 연결된 이미지 분석기(image analyzer)를 이용하여 폴리고날 페라이트의 평균 결정립 크기(원 상당 직경), 펄라이트 분율 및 베이나이트 분율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 펄라이트와 베이나이트 분율은 면적을 기준으로 측정하였다.
In order to observe the microstructure of each steel sheet manufactured according to the above, a specimen is polished at a t/4 point of each steel sheet thickness (where t means steel sheet thickness (mm)), polished, and corroded nitrile After etching with a solution, it was observed with an optical microscope. Thereafter, the average grain size (circle equivalent diameter), pearlite fraction and bainite fraction of polygonal ferrite were measured using an image analyzer connected to an optical microscope, and the results are shown in Table 3 below. At this time, the pearlite and bainite fractions were measured based on the area.

또한, 각각의 강판의 폭의 1/4 지점에서 인장시편과 충격시편을 채취하여 기계적 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In addition, the tensile and impact specimens were collected at a quarter of the width of each steel sheet to evaluate the mechanical properties, and the results are shown in Table 3 below.

이때, 인장시편은 시편의 길이가 강판의 폭 방향이 되도록 시편 폭 25mm, 시편 두께는 강판 두께로 하여 표점길이를 5.65×√(시편 폭×시편 두께)로 하는 비례시편으로 가공하였으며, 상온 인장 시험을 통해 항복강도(YS), 인장강도(TS), 총 연신율(El) 값을 측정하였다.At this time, the tensile specimens were processed into proportional specimens with a specimen length of 25 mm and a specimen thickness of 5.65 × √ (specimen width × specimen thickness) so that the specimen length is in the width direction of the steel plate, and at room temperature tensile test. Through yield strength (YS), tensile strength (TS), total elongation (El) values were measured.

그리고, 충격시편은 시편의 길이가 강판의 폭 방향이 되도록 하여 ASTM E 23 Type A 표준시편으로 가공(단, 두께가 8mm인 강판은 서브사이즈(subsize) 시편(10mm×7.5mm)으로 가공)한 후 -40℃에서 충격시험을 실시하였으며, 3개의 시편으로부터 흡수된 에너지의 평균으로 나타내었다.
In addition, impact specimens were processed into ASTM E 23 Type A standard specimens with the specimen length in the width direction of the steel plate (however, steel plates with a thickness of 8 mm were processed into subsize specimens (10 mm × 7.5 mm)). After that, an impact test was conducted at -40°C, and it was expressed as the average of the energy absorbed from the three specimens.

구분division 미세조직Microstructure 기계적 물성Mechanical properties 페라이트 평균 결정립 크기
(㎛)Ferrite average grain size
(㎛) 펄라이트 분율
(면적%)Pearlite fraction
(area%) 베이나이트 분율
(면적%)Bainite fraction
(area%) 항복강도
(MPa)Yield strength
(MPa) 인장강도
(MPa)The tensile strength
(MPa) 총 연신율
(%)Total elongation
(%) 충격인성
(-40℃, J)Impact toughness
(-40℃, J) 발명예 1Inventive Example 1 7.27.2 2222 1One 374374 537537 3333 211211 발명예 2Inventive Example 2 7.87.8 1717 1One 367367 521521 3535 179179 발명예 3Inventive Example 3 5.55.5 1515 00 398398 523523 3737 311311 발명예 4Inventive Example 4 4.74.7 1414 00 382382 518518 3535 327327 발명예 5Inventive Example 5 6.16.1 1010 1One 375375 519519 3636 336336 발명예 6Inventive Example 6 4.44.4 66 00 402402 511511 3838 385385 발명예 7Inventive Example 7 3.83.8 1818 00 385385 521521 3333 299299 발명예 8Inventive Example 8 2.62.6 1616 00 419419 520520 3636 312312 발명예 9Inventive Example 9 2.82.8 1414 00 423423 528528 3535 325325 발명예 10Inventive Example 10 2.12.1 1919 1One 432432 526526 3535 124124 발명예 11Inventive Example 11 2.32.3 1616 22 416416 531531 3434 132132 비교예 1Comparative Example 1 10.210.2 2929 1One 391391 569569 2828 7575 비교예 2Comparative Example 2 7.27.2 44 00 367367 481481 3434 259259 비교예 3Comparative Example 3 6.36.3 66 1414 425425 563563 2828 277277 비교예 4Comparative Example 4 8.88.8 77 1818 413413 565565 2727 8484 비교예 5Comparative Example 5 4.74.7 33 2121 444444 552552 2929 247247 비교예 6Comparative Example 6 9.59.5 1414 1One 352352 486486 3434 192192

(상기 표 3에서 펄라이트와 베이나이트 분율을 제외한 나머지는 폴리고날 페라이트이다.)
(In Table 3, the remainder except for the pearlite and bainite fractions is polygonal ferrite.)

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 11은 강도, 연성 및 저온 인성이 모두 목표 수준 이상으로 확보됨을 확인할 수 있다.
As shown in Tables 1 to 3, the invention examples 1 to 11 satisfying both the alloy composition and the manufacturing conditions proposed in the present invention can be confirmed that both the strength, ductility and low-temperature toughness are secured above the target level.

반면, 합금조성 중 C 함량이 과다하고, 슬라브 가열시 온도가 너무 높은 비교예 1은 펄라이트 분율이 높고, 페라이트 평균 결정립의 크기가 조대하여 연신율과 충격 에너지 값이 열위하였다. 또한, 합금조성 중 C 함량이 미비한 비교예 2는 펄라이트 분율이 낮아 목표 수준의 강도를 확보할 수 없었다.On the other hand, in the alloy composition, the C content was excessive, and when the slab was heated, the comparative example 1 had a high pearlite fraction and a large ferrite average grain size, resulting in inferior elongation and impact energy values. In addition, Comparative Example 2 in which the C content in the alloy composition was insufficient was low in the pearlite fraction and could not secure the target level of strength.

한편, 열간압연 후 냉각시 수냉을 적용한 비교예 3 내지 5는 베이나이트 상이 과도하게 형성되어 강도는 높은 반면, 연신율이 30% 미만으로 열위하였다. 이 중, 마무리 압연시 누적 압하율이 불충분한 비교예 4의 경우에는 저온 인성도 열위한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in Comparative Examples 3 to 5 in which water cooling was applied during cooling after hot rolling, the bainite phase was excessively formed, and the strength was high, while the elongation was inferior to less than 30%. Among them, in Comparative Example 4 in which the cumulative rolling reduction was insufficient during the finish rolling, it was confirmed that the low-temperature toughness was also poor.

비교예 6은 최종 강판의 두께가 23mm인 것으로서, 열간압연 후 공냉을 적용하였으나 상대적으로 공냉 속도가 느려 목표 수준의 강도를 확보할 수 없었다.
In Comparative Example 6, the final steel sheet had a thickness of 23 mm, and air cooling was applied after hot rolling, but the air cooling rate was relatively slow, so that the target level of strength could not be secured.

Claims (6)

중량%로, 탄소(C): 0.05~0.12%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.8%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.01~0.03%, 질소(N): 0.002~0.006%, 니켈(Ni): 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직으로 주상이 평균 결정립 크기(원 상당 직경)가 2~8㎛인 폴리고날 페라이트, 제2상으로 펄라이트와 베이나이트를 포함하며, 두께가 8~15mm인 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재.
In weight percent, carbon (C): 0.05 to 0.12%, silicon (Si): 0.2 to 0.5%, manganese (Mn): 1.2 to 1.8%, phosphorus (P): 0.012% or less, sulfur (S): 0.005% Hereinafter, aluminum (Al): 0.01 to 0.06%, titanium (Ti): 0.005 to 0.02%, niobium (Nb): 0.01 to 0.03%, nitrogen (N): 0.002 to 0.006%, nickel (Ni): 0.5% or less , The balance contains Fe and unavoidable impurities,
It is a high-strength steel with excellent microstructure and low-temperature toughness with a thickness of 8 to 15 mm, including polygonal ferrite with an average grain size (circular equivalent diameter) of 2 to 8 µm as a microstructure, pearlite and bainite as a second phase.
제 1항에 있어서,
상기 제2상 중 펄라이트는 면적분율 5~25%로 포함하고, 상기 베이나이트는 면적분율 2% 이하(0% 포함)로 포함하는 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재.
According to claim 1,
Among the second phases, pearlite contains an area fraction of 5 to 25%, and bainite comprises an area fraction of 2% or less (including 0%).
제 1항에 있어서,
상기 강재는 인장강도가 490MPa 이상, 연신율이 30% 이상, -40℃에서 충격인성이 100J 이상인 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재.
According to claim 1,
The steel material is a high-strength steel material having excellent tensile strength and low-temperature toughness at a tensile strength of 490 MPa or more, an elongation of 30% or more, and an impact toughness of 100 J or more at -40°C.
중량%로, 탄소(C): 0.05~0.12%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.8%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.01~0.03%, 질소(N): 0.002~0.006%, 니켈(Ni): 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100~1200℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 조압연 및 마무리 압연하여 열연강판으로 제조하는 단계; 및
상기 열연강판을 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 마무리 압연은 Ar3+70℃~Ar3+170℃의 온도범위에서 행하며, 8~15mm의 두께를 가지는 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
In weight percent, carbon (C): 0.05 to 0.12%, silicon (Si): 0.2 to 0.5%, manganese (Mn): 1.2 to 1.8%, phosphorus (P): 0.012% or less, sulfur (S): 0.005% Hereinafter, aluminum (Al): 0.01 to 0.06%, titanium (Ti): 0.005 to 0.02%, niobium (Nb): 0.01 to 0.03%, nitrogen (N): 0.002 to 0.006%, nickel (Ni): 0.5% or less , Heating the steel slab containing the residual Fe and unavoidable impurities in a temperature range of 1100 to 1200°C;
Preparing the hot-rolled steel slab by rough rolling and finish rolling; And
Cooling the hot-rolled steel sheet,
The finish rolling is performed in a temperature range of Ar3+70°C to Ar3+170°C, and a method of manufacturing a high strength steel material having excellent ductility and low temperature toughness having a thickness of 8 to 15 mm.
제 1항에 있어서,
상기 마무리 압연은 누적 압하율 60~90%가 되도록 행하는 것인 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
The finish rolling is a method of manufacturing a high strength steel material having excellent ductility and low temperature toughness, which is performed so that the cumulative reduction ratio is 60 to 90%.
제 1항에 있어서,
상기 냉각은 상온까지 공냉하는 것인 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재의 제조방법.
According to claim 1,
The cooling is a method of manufacturing a high-strength steel material having excellent ductility and low-temperature toughness that is air-cooled to room temperature.
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