KR101546132B1 - 극후 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
몰리브덴(Mo)을 첨가하여 항복강도를 향상시킴과 동시에, 칼슘(Ca)을 이용하여 중심편석을 저감시키고, 제어압연시 누적압하율을 강화함으로써, 슬라브 판재의 중심부까지 치밀한 미세조직을 가지게 할 수 있는 극후 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 극후 강판 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량% 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열 온도 : 1100℃ 이하로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리압연온도(FRT) : 750 ~ 850℃ 조건으로 열간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간 압연된 판재를 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 극후 강판 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량% 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열 온도 : 1100℃ 이하로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리압연온도(FRT) : 750 ~ 850℃ 조건으로 열간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간 압연된 판재를 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 극후 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항복강도를 향상시킴과 동시에 중심 편석을 저감시키고, 제어 압연 시 2단 누적 압하율을 강화하여 중심부까지 치밀한 미세조직을 가지게 할 수 있는 극후 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전 세계적인 유가 상승과 더불어 전 세계적인 에너지난으로 인해 향후에는 현재보다 더욱 극한 상황에서의 에너지 자원의 채굴을 요구하고 있다.
이를 위해, 기존의 인장강도 60kg급 고강도 해양구조용 강재 대비 탄소당량의 증가를 최소한으로 유지하면서도 높은 강도와 중심부 저온인성을 확보할 수 있는 해양구조물용 제조용 극후 강판이 요구된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0074704호(2012.07.06. 공개)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 중심부 물성이 우수한 압력용기용 극후물 강판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 몰리브덴(Mo)을 첨가하여 항복강도를 향상시킴과 동시에, 칼슘(Ca)을 이용하여 중심편석을 저감시키고, 제어압연 시 2단 누적 압하율을 강화함으로써, 슬라브 판재의 중심부까지 치밀한 미세조직을 가지게 할 수 있는 극후 강판 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 극후 강판 제조 방법은, 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량% 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열 온도 : 1100℃ 이하로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리압연온도(FRT) : 750 ~ 850℃ 조건으로 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 슬라브 판재를 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 극후 강판은 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량% 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 침상형 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지며, 상기 침상형 페라이트는 단위 면적률로 70% 이상을 갖고, 인장강도(TS) : 600 ~ 700MPa, 항복강도(YP) : 500 ~ 600MPa, 연신율(EL) : 22% 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용접부 인성이 강조되는 최근의 해양구조용 후물재의 요구에 맞추어 고용강화 원소인 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)들을 첨가하고, 2단 압연 누적 압하율을 증가시킴으로써, 중심부까지 치밀한 미세조직을 가지게 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 슬라브 판재의 재가열 온도(SRT)를 1100℃ 이하에서 실시함으로써, 초기 오스테나이트 결정립을 미세하게 유지할 수 있으며, 칼슘(Ca) 첨가로 슬라브 판재의 중심부에 대한 저온 충격인성을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 극후 강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 의해 제조된 시편의 결정립도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 2에 의해 제조된 시편의 결정립도를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에 의해 제조된 시편의 미세조직 사이즈별로 형성된 미세조직 갯수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2에 의해 제조된 시편의 미세조직 사이즈별로 형성된 미세조직 갯수를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1에 의해 제조된 시편의 결정립도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 2에 의해 제조된 시편의 결정립도를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에 의해 제조된 시편의 미세조직 사이즈별로 형성된 미세조직 갯수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2에 의해 제조된 시편의 미세조직 사이즈별로 형성된 미세조직 갯수를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 극후 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
극후
강판
본 발명에 따른 극후 강판은, 65kg급 극후 강판을 말하는 것으로, 인장강도(TS) : 600 ~ 700MPa, 항복강도(YP) : 500 ~ 600MPa, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -60℃에서의 충격인성 : 300J 이상을 갖는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명에 따른 극후 강판은 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량% 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, Ceq(탄소당량) : 0.44 이하 및 Pcm(용접균열감수성지수) : 0.23 이하를 만족한다.
또한, 본 발명에 따른 극후 강판은 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.15 중량%, 주석(Sn) : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하, 칼슘(Ca) : 0.0005 ~ 0.0035 중량%, 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량% 이하 및 수소(H) : 0 중량% 초과 ~ 0.0003 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 극후 강판은 미세한 침상형 페라이트와 베이나이트의 혼합조직을 최종 미세조직으로 갖는다.
이하, 본 발명의 극후 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
본 발명에서 탄소(C)는 강판의 강도를 확보하기 위해 첨가된다.
탄소(C)는 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.06 ~ 0.08 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.06 중량% 미만일 경우에는 제2상 조직의 분율이 저하되어 강도가 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.08 중량%를 초과할 경우에는 강판의 강도는 증가하나 저온 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(
Si
)
본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘은 고용강화 효과를 갖는다.
실리콘(Si)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.15 ~ 0.25 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 실리콘(Si) 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.25 중량%를 초과할 경우에는 강판 표면에 비금속 개재물을 과다 형성하여 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(
Mn
)
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로서, Ar3점을 낮추어 제어압연 온도 영역을 확대시킴으로써 압연에 의한 결정립을 미세화시켜 강도 및 인성을 향상시키는 역할을 한다.
망간(Mn)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 1.40 ~ 1.60 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.40 중량% 미만일 경우에는 제2상 조직의 분율이 저하되어 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.60 중량%를 초과할 경우에는 강에 고용된 황을 MnS로 석출하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.
인(P), 황(S)
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 저온 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 극후 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하로 제한하였다.
황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS를 형성하여 저온 충격인성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 극후 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하로 제한하였다.
크롬(
Cr
)
크롬(Cr)은 강도를 확보하기 위해 첨가되는 유효한 원소이다. 또한, 크롬(Cr)은 담금질성을 증가시키는 역할을 한다.
크롬(Cr)은 본 발명에 따른 후판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.15 중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
알루미늄(
Al
)
알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 알루미늄(Al)의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 비금속 개재물인 Al2O3를 형성하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.
구리(
Cu
)
구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강의 경화능 및 저온 충격인성을 향상시키는 역할을 한다.
구리(Cu)는 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.20 ~ 0.30 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 0.20 중량% 미만일 경우에는 구리의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.30 중량%를 초과할 경우에는 고용 한도를 초과하기 때문에 더 이상의 강도 증가에 기여하지 못하며, 적열취성을 유발하는 문제가 있다.
니오븀(
Nb
)
니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연 시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다.
니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.020 ~ 0.035 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.020 중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.035 중량%를 초과할 경우에는 강판의 용접성을 저하시킨다.
니켈(
Ni
)
본 발명에서 니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.
상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.60 ~ 0.85 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.60 중량% 미만일 경우에는 니켈 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.85 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 적열취성을 유발하는 문제가 있다.
티타늄(
Ti
)
티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시킴으로써 강판의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.
티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.02 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강판의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.
몰리브덴(
Mo
)
몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.
몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.15 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 몰리브덴 첨가 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.15 중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.
주석(
Sn
)
주석(Sn)은 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하여 결정립 성장을 억제하는 억제제로 작용한다.
주석(Sn)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 주석(Sn)의 함량이 0.015 중량%를 초과할 경우 결정립 입계 편석원소의 과잉편석으로 인해 취성이 증가하여 제조과정 중, 파단을 야기할 수 있다.
칼슘(
Ca
)
칼슘(Ca)은 CaS를 형성시켜 강중의 황의 함량을 낮추고, 아울러 MnS 편석을 감소시켜 강의 청정도 및 황의 입계편석을 감소시켜 재가열 균열에 대한 저항성을 증가시키는 역할을 한다.
칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0.0005 ~ 0.0035 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 칼슘(Ca)의 함량이 0.0005 중량% 미만일 경우, 칼슘(Ca)의 첨가 효과를 제대로 보기 힘들다. 반대로, 칼슘(Ca)의 함량이 0.0035 중량%를 초과할 경우 CaO와 같은 개재물을 형성시키는 문제점이 있다.
보론(B)
보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 소량 첨가에 의하여도 마르텐사이트 생성에 크게 기여할 수 있다.
보론(B)이 첨가될 경우, 그 첨가량은 본 발명에 따른 극후 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량% 이하인 것이 바람직하다. 보론(B)의 첨가량이 0.0005 중량%를 초과하는 경우, 강의 인성 및 연성을 저해하는 문제점이 있다.
수소(H)
수소(H)는 불가피한 불순물로써, 슬라브 재가열전에 실시되는 진공탈가스 처리를 통하여 그 첨가량을 0 중량% 초과 ~ 0.0003 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 이때, 수소(H)의 함량이 0.0003 중량%를 초과하여 다량 함유될 경우에는 황과의 반응으로 H2S를 다량 생성하여 수소유기균열(hydrogen induced crack : HIC)을 일으켜 강재를 파단시키는 문제가 있다.
극후
강판 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 극후 강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 극후 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110)과, 열간 압연 단계(S120)와, 냉각 단계(S130)를 포함한다.
이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 실시하는 것이 더 바람직하다.
본 발명에 따른 극후 강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량% 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, Ceq(탄소당량) : 0.44 이하 및 Pcm(용접균열감수성지수) : 0.23 이하를 만족한다.
또한, 본 발명에 따른 극후 강판은 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.15 중량%, 주석(Sn) : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하, 칼슘(Ca) : 0.0005 ~ 0.0035 중량%, 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량% 이하 및 수소(H) : 0 중량% 초과 ~ 0.0003 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이에 따라 제조된 극후 강판은 70% 이상의 미세한 침상형 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지어, 저온 인성이 우수한 것을 특징으로 한다.
또한, 하기의 수학식 1로 정의되는 탄소당량(Ceq, carbon equivalent)은 Ceq : 0.44 이하를 만족하는 것이 바람직하다.
수학식 1 : Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cu] + [Ni])/15 + ([Cr] + [Mo])/5
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S110)에서는, 슬라브 판재를 재가열 온도 : 1100℃ 이하로 재가열한다.
여기서, 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)에서는 연속주조공정을 통해 확보한 슬라브 판재를 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용한다.
본 단계에서, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1100℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되어 제조되는 강판의 강도 및 저온인성 확보가 어려운 문제점이 있다.
압연 단계
열간 압연 단계(S120)는 1차 압연 및 2차 압연으로 이루어진다.
1차 압연 단계에서 누적 압하율 : 50% 이상으로 압연을 실시한 후, 2차 압연 단계에서는 2단 누적 압하율 : 35 ~ 40% 조건으로 마무리압연온도(Finish Rolling Temperature : FRT) : 750 ~ 850℃로 압연을 실시하여 고온에서 중심부까지 안정적인 압하를 가능하게 하여 두께범위에 걸쳐 조직을 미세하고 치밀하게 하는 것이 바람직하다.
본 단계에서, 마무리압연온도(FRT)가 750℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 균일하지 못한 조직이 형성됨으로써 저온 충격인성을 크게 저하시킬 수 있다. 반대로, 마무리압연온도(FRT)가 850℃를 초과할 경우에는 연성 및 인성은 우수하나, 강도가 급격히 저하되는 문제가 있다.
열간 압연 시, 2단 누적 압하율이 35% 미만인 경우 균일하면서도 미세한 조직을 확보하는 것이 어려워 강도 및 충격인성의 편차가 심하게 발생할 수 있다. 반대로, 2단 누적 압하율이 40%를 초과하는 경우에는 압연 공정 시간이 길어져 생산성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 열간 압연 단계(S120)에서 1차 및 2차로 실시되는 다단 제어 압연을 적용할 경우, 오스테나이트 결정립 내에 변형대가 형성되며, 그로 인해 오스테나이트 결정립 내에 페라이트 핵생성 사이트를 다량 형성시켜 압연종료 후 미세한 결정립을 확보할 수 있게 된다.
또한, 압연이 완료된 이후에 수소(H)에 의한 내부 크랙의 발생을 예방하기 위해 제강 시, 탈수소 공정을 15분 이상 유지하여 극후 강판의 내부 품질을 향상시키는 것이 보다 바람직하다.
냉각
냉각 단계(S130)에서는, 열간 압연된 판재를 냉각한다.
냉각 단계(S130)에서, 열간 압연된 판재를 냉각속도 : 3 ~ 50℃/sec 및 냉각시작온도(SCT) : 750 ~ 800℃에서 냉각종료온도(FCT) : 400 ~ 450℃ 조건으로 냉각한다.
본 단계에서, 최종 미세조직이 70% 이상의 분율의 침상형 페라이트 및 베이나이트 상을 포함하는 복합 조직을 가질 수 있도록 3 ~ 50℃/sec의 빠른 냉각 속도와 400 ~ 450℃의 낮은 냉각종료온도를 엄격히 제어하여 냉각하는 것이 바람직하다.
냉각종료온도가 400℃ 미만일 경우에는 저온변태조직이 다량 형성되어 저온 인성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 냉각종료온도가 450℃를 초과할 경우에는 조대한 결정립이 형성되는 문제점이 있다.
또한, 냉각 속도가 3℃/sec 미만일 경우에는 결정립 성장이 촉진되어 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 냉각 속도가 50℃/sec를 초과할 경우에는 베이나이트 분율이 증가하여 강도는 상승하나, 저온 인성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
상기의 과정(S110~S130)을 통해 제조되는 극후 강판은 침상형 페라이트 분률 : 70% 이상 및 베이나이트 상을 포함하는 복합 조직을 가지는 극후 강판이 생성된다. 또한, 상기 방법으로 제조되는 극후 강판은 인장강도(TS) : 600 ~ 700MPa, 항복강도(YP) : 500 ~ 600MPa, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -60℃에서의 충격인성 : 300J 이상을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 하기의 수학식 1로 정의되는 탄소당량(Ceq, carbon equivalent)은 Ceq : 0.44 이하를 만족하는 것이 바람직하다.
수학식 1 : Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cu] + [Ni])/15 + ([Cr] + [Mo])/5
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 강판의 제조
표 1 ~ 2에 나타난 합금 성분과 표 3에 나타난 실험 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~2에 따른 강재를 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
[표 2] (단위 : 중량%)
[표 3] (단위 : 중량%)
2. 기계적 물성 평가
표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 기계적 물성에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 4]
표 1 ~ 4를 참조하면, 실시예 1~3에 따라 제조된 시편들은 목표값에 해당하는 인장강도(TS) : 600 ~ 700MPa, 항복강도(YP) : 500 ~ 600MPa, 연신율(EL) : 22% 이상, -60℃에서의 충격인성 : 300J 이상 및 Ceq(탄소당량) : 0.44 이하를 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
한편, 실시예 1과 비교하여 탄소(C)가 다량 첨가되고 칼슘(Ca)이 소량 첨가되었으며, 압하율 및 냉각속도가 본 발명에서 제시하는 범위에 미달하는 비교예 1에 의해 제조된 시편은 MnS를 충분히 구상화시키지 못하여 저온 충격 인성을 확보하지 못하여 항복강도(YP) 및 -60℃에서의 충격인성은 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 연신율(EL) 및 Ceq는 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 비교하여 망간(Mn)이 다량 첨가되고 니켈(Ni)이 소량 첨가되었으며, 압하율이 본 발명에서 제시하는 범위에 미달하는 비교예 2에 의해 제조된 시편은 중심부 충격인성을 확보하지 못하여 항복강도(YP)는 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 연신율(EL), Ceq 및 -60℃에서의 충격인성은 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.
도 2는 실시예 1에 의해 제조된 시편의 결정립도를 나타낸 것이고, 도 3은 실시예 2에 의해 제조된 시편의 결정립도를 나타낸 것이고, 도 4는 실시예 1에 의해 제조된 시편의 미세조직 사이즈별로 형성된 미세조직 갯수를 나타낸 그래프이고, 도 5는 실시예 2에 의해 제조된 시편의 미세조직 사이즈별로 형성된 미세조직 갯수를 나타낸 그래프이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 시편은 본 발명에서 제시하는 탄소(C)와 망간(Mn)의 함량을 줄이고 소량의 고용강화 원소인 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo) 등을 첨가한 후, 2단 누적 압하율을 35 ~ 40%를 부여함으로써 중심부 재질을 향상시켰다.
따라서, 미세조직의 결정립 사이즈가 적어도 12㎛이하의 크기로 형성되어 강판의 중심부까지 미세한 결정립으로 이루어져 있는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간 압연 단계
S130 : 냉각 단계
S120 : 열간 압연 단계
S130 : 냉각 단계
Claims (7)
- (a) 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.15 중량%, 주석(Sn) : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하, 칼슘(Ca) : 0.0005 ~ 0.0035 중량%, 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량% 이하, 수소(H) : 0 중량% 초과 ~ 0.0003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열 온도 : 1100℃ 이하로 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리압연온도(FRT) : 750 ~ 850℃ 조건으로 열간 압연하는 단계; 및
(c) 상기 열간 압연된 판재를 냉각시작온도(SCT) : 750 ~ 800℃에서 개시하여, 3 ~ 50℃/sec의 속도로 냉각종료온도(FCT) : 400 ~ 450℃까지 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계 이후, 상기 판재는 침상형 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지며, 상기 침상형 페라이트는 단위 면적률로 70% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 극후 강판 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서
상기 열간 압연은
1단 누적 압하율 : 50% 이상 및 2단 누적 압하율 : 35 ~ 40% 조건으로 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 극후 강판의 제조 방법.
- 삭제
- 탄소(C) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 망간(Mn) : 1.40 ~ 1.60 중량%, 인(P) : 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.20 ~ 0.30 중량%, 니오븀(Nb) : 0.020 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni) : 0.60 ~ 0.85 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.15 중량%, 주석(Sn) : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하, 칼슘(Ca) : 0.0005 ~ 0.0035 중량%, 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량% 이하, 수소(H) : 0 중량% 초과 ~ 0.0003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
침상형 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지며,
상기 침상형 페라이트는 단위 면적률로 70% 이상을 갖고
인장강도(TS) : 600 ~ 700MPa, 항복강도(YP) : 500 ~ 600MPa, 연신율(EL) : 22% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 극후 강판.
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 극후강판은
-60℃에서의 충격인성 : 300J 이상 및 Ceq(탄소당량) : 0.44 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 극후 강판.
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