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KR19990039203A - 고장력 열연강판의 제조방법 - Google Patents

고장력 열연강판의 제조방법 Download PDF

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KR19990039203A
KR19990039203A KR1019970059209A KR19970059209A KR19990039203A KR 19990039203 A KR19990039203 A KR 19990039203A KR 1019970059209 A KR1019970059209 A KR 1019970059209A KR 19970059209 A KR19970059209 A KR 19970059209A KR 19990039203 A KR19990039203 A KR 19990039203A
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Abstract

본 발명은 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 강성분을 적절히 제어하고, 열간압연시 압하율 및 마무리온도를 제어하고, 적정 권취온도를 설정함으로써, 석출물 입자가 미세하게 석출되어 있는 침상페라이트 조직을 얻어 인장강도 80kg/㎟ 이상의 저온인성이 우수한 고장력 열연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량비로, C:0.03-0.10%, Si:0.01-0.50%, Mn:1.2-2.2%, P:0.015%이하, S:0.005%이하, Al:0.01-0.10%, Mo:0.2-0.7%, Ni:0.1-0.5%, Nb:0.02-0.10%, Ti:0.02-0.10%, N:0.01%이하, Ca:0.001-0.005%를 함유하고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 750-1000℃의 온도에서 총압하율(TRR)에 대하여 60%이상의 압연을 실시하고, 마무리 압연온도(FDT)를 750-850℃의 온도에서 실시하는 열간압연을 행하는데, 이때 상기 마무리압연온도와 총압하율은 "TRR ≥0.13 x FDT - 32"의 관계를 만족하여 열간압연을 행하고, 압연후 급냉하여 500-630℃온도에서 권취하는 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고장력 열연강판의 제조방법
본 발명은 건축, 라인파이프, 해양구조물 등의 용도로 사용하기에 적합한 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 저온인성이 우수한 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
북극해 또는 시베리아 등의 지역에서 사용되는 원유 또는 가스 수송용 강관이나 해양구조물에 사용되는 철강소재는 그 사용되는 환경의 가혹화로 말미암아 우수한 성질이 요구되고 있으며, 특히 저온에서의 파괴방지를 위하여 저온인성이 각별히 요구되고 있다. 이에 따라 우수한 저온인성을 지닌 고강도 강판을 제조하기 위해서 전세계에 걸쳐 많은 시도가 이루어져 왔고, 이에 대한 다수의 연구결과 및 특허가 제안되어 있다.
그중에서 몇가지를 예시하면, 먼저 일본 특개소53-119219호에서는 저합금 고장력강을 퀸칭(quenching) 및 템퍼링(tempering)을 실시하여 미세한 페라이트와 베이나이트로 구성된 미세조직을 형성시키므로써 한랭지용 소재를 제조할 수 있다. 또한 일본 특개소52-14486호에서는 저온인성이 우수한 고장력 강판을 제조하기 위해 권취온도를 250℃까지 낮추는 방법을 제시하고 있으며, 일본 특개평04-325626호에서는 침상 페라이트 조직을 형성시킴으로써 저온인성을 향상시키는 방법을 제시하고 있다. 또한 일본 특개평1-15320호에서는 저온인성을 향상시키기 위한 칼슘, 산소, 황의 제어방법을 제시해 놓고 있다.
이와 같이 저온인성과 동시에 고강도를 얻기 위하여 다양한 방법을 주장하고 있으나, 상기의 방법 들은 그 어느 것도 열간압연 만으로, 인장강도 80kg/㎟이상을 나타내면서 극히 우수한 저온인성을 얻는 방법을 제시하고 있지는 않다. 특히 열처리에 의해 저온인성을 향상시키는 경우에는 열간압연만에 의한 경우보다 제조비용이 높은 단점이 있으며 권취온도를 낮추거나 냉각속도를 제어하는 경우에는 생산공정이 복잡한 문제점 들이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 야기시키지 않기 위해 열간압연만을 행하여 고장력 열연강판을 제조하고자 하는 연구가 행해졌으며, 그들중에서 예를들면, 일본 특허공개공보 소52-107225호, 소52-14486호 및 평04-325626호를 열거할 수 있다.
상기 소52-107225호의 기술적 요지는, 탄소(C)량:0.03-0.08%, Si<0.6%, Mn:0.7-2.0%, P<0.010%, S<0.008%, Nb:0.01-0.10%, V:0.01-0.15%, Mo<0.50%, Ni<1.0%, Cr<1.0%, 및 Cu<1.0%를 함유한 강을 열간압연하여 850-600℃에서 마무리 압연을 하고 680-500℃에서 권취함을 특징으로 하는 것이다. 그러나 이와 같은 방법은 비교적 다량의 합금원소를 사용함과 동시에 마무리압연온도를 850-600℃정도로 낮추었음에도 불구하고 인장강도 60kg/㎟이상에 불과하여 합금원소 첨가의 최대효과 및 압연공정의 적절화가 다소 미흡하다.
또한, 상기 소52-14486호에서는 C:0.01-0.20%, Si:0.02-2.0%, Mn:0.5-2.5%, Mo:0.1-2.5% 정도를 첨가하여 열간압연을 하고 Ar3온도 이상에서부터 15℃/sec 이상의 속도로 냉각하여 250℃정도에서 권취를 하는 방법으로 합금성분계가 비교적 단순하나 권취온도가 250℃정도로 매우 낮기 때문에 매우 큰 용량의 수냉각 설비를 보유하고 있어야 하며 동시에 권취기의 부하 증가 때문에 열간압연 후 소재를 권취하여야 하는 열연공정에서는 그다지 적합한 방법이 아니다.
또한, 상기 소04-325626호에서는 C:0.03-0.06%, Si<0.5%, Mn:1.3-1.6%, Nb:0.02-0.06%, S<0.002%, Ca:0.0015-0.0050%를 함유한 강을 열간압연 함에 있어 Ar3-990℃정도의 온도 영역에서 적어도 60% 이상의 압하를 실시하고 10℃/sec이상의 냉각속도로 수냉각하여 500-600℃ 온도영역에서 권취함으로써 우수한 저온인성을 발휘시킬 수 있다고 하였다. 하지만, 인장강도 수준이 비교적 낮고, 저온인성 역시 낮으며, 또한 열간압연 조건을 명쾌히 제시하고 있지도 않다. 따라서, 합금원소 첨가와 압연조건을 최적화시킴으로써 효과를 극대화시되어 있지 않아 제조의 경제성이 다소 나쁜 것을 알 수 있다
.
이에, 본 발명은 강성분을 적절히 제어하고, 열간압연시 압하율 및 마무리온도를 제어하고 적정 권취온도를 설정함으로써, 석출물 입자가 미세하게 석출되어 있는 침상페라이트 조직을 얻어 인장강도 80kg/㎟이상의 저온인성이 우수한 고장력 열연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명강의 열간압연조건 변화에 따른 충격인성을 나타낸 그래프
도 2는 본 발명강의 열간압연조건 변화에 따른 DWTT 인성의 변화를 나타낸 그래프
일반적으로 강에 있어서 석출강화는 강도증가 효과는 탁월하지만 상대적으로 강의 인성(특히 저온인성)은 저하시키게 되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 강도증가를 위해서 석출을 시키는 경우 저온인성은 일반적으로 감소하지만, 석출물 형성에 의한 미세조직의 변화와 석출물 자체의 분포 및 크기 등에 의해서 저온인성이 크게 변화될 수 있다. 이에 본 발명자는 동일한 성분으로도 압연 제조공정 변화에 따라 저온인성이 크게 변화되는 현상을 찾아내어, 석출 및 조직 미세화에 의한 강도 증가와 더불어 저온인성 역시 우수한 고장력 열연강판을 얻을 수 있는 방법을 알아내었다.
상기한 바와같은 관점으로 부터 출발한 본 발명은 중량비로, C:0.03-0.10%, Si:0.01-0.50%, Mn:1.2-2.2%, P:0.015%이하, S:0.005%이하, Al:0.01-0.10%, Mo:0.2-0.7%, Ni:0.1-0.5%, Nb:0.02-0.10%, Ti:0.02-0.10%, N:0.01%이하, Ca:0.001-0.005%를 함유하고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 750-1000℃의 온도에서 총압하율(TRR)에 대하여 60% 이상의 압연을 실시하고, 마무리 압연온도(FDT)를 750-850℃의 온도에서 실시하는 열간압연을 행하는데, 이때 상기 마무리압연온도와 총압하율은 "TRR ≥0.13 x FDT - 32"의 관계를 만족하여 열간압연을 행하고, 압연후 급냉하여 500-630℃온도에서 권취하는 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
다음에서, 본 발명의 강 성분조성에 대한 수치한정이유를 설명한다.
상기 C는 강을 강화시키는데 가정 경제적이며 효과적인 원소이나 너무 많이 첨가되면 용접성, 성형성 및 인성이 저하되기 때문에 본 발명에서는 0.03-0.10%로 한정하였다. 즉, 첨가량이 0.03% 미만이 되면 동일한 강도를 발휘시키기 위하여 다른 합금원소를 상대적으로 다량 첨가하여야 하기 때문에 경제적이지 못하며, 0.10%를 초과하여 첨가하면 용접성, 성형성 및 인성 저하 뿐만 아니라, 후술하는 본 발명과 같은 압연조건에서는 기지조직이 침상 페라이트로 조직으로부터 페라이트-펄라이트 조직이 형성되어 강도가 크게 저하되거나 상부 베이나이트 조직이 형성되어 인성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.
상기 Si은 용강을 탈산시키기 위해서도 필요하고 고용강화원소로도 효과를 나타내므로 0.01-0.50%범위의 첨가가 필요하다. 즉, 첨가량이 0.01%미만에서는 용강의 탈산 역할을 충분히 하지 않기 때문에 청정한 강을 얻기 어려우며, 0.5%를 초과하여 첨가하면 열간압연시 Si에 의한 붉은형 스케일이 형성되어 강판표면 형상이 매우 나쁘게 되며 연성도 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
상기 Mn은 강을 고용강화시키는데 효과적인 원소로서 1.2%이상 첨가되어야 소입성 증가효과와 더불어 고강도를 발휘할 수 있다. 그러나 2.2%를 초과하여 첨가시키면 제강공정에서 슬라브로 주조시 두께 중신부에서 편석부가 크게 발달되고 최종제품의 용접성을 해치기 때문에 바람직하지 않다.
상기 P는 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 강 내부에 중심 편석 및 미소편석이 크게 일어나게 하여 강의 인성을 저하시키기 때문에 없으면 없을수록 바람직하지만 0.015% 이하로 제어하면 이러한 P의 악영향은 상쇄될 수 있기 때문에 그 상한을 0.015%로 한다.
상기 S도 역시 강중에 존재하는 불순물 원소로서 Mn 등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 인성 및 강도를 크게 손상시키기 때문에 가능한한 감소시키는 것이 바람직하다. 특히 본 발명에서는 후술되는 Ca을 동시에 첨가하여 비금속 개재물을 감소시킴과 동시에 개재물의 형상도 구상화시켜 줌으로써 S의 악영향을 극소화시키고자 하였으며, S 첨가의 한계량을 0.002%로 정하였다.
상기 Al은 탈산원소로서 강의 불순물을 저감시키는 역할을 하고 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하는데 유효하기 때문에 0.01% 이상의 첨가가 필요하나, 0.1% 를 초과하여 과도하게 첨가하면 개재물을 다량으로 형성시켜 인성이 저하되기 때문에 상한을 0.1%로 제한하여 강의 청정성을 향상시키도록 하였다.
상기 Mo는 소입성 향상효과가 매우 크며 동시에 고용강화 정도로 매우 크기 때문에 많이 첨가될수록 강도는 증가되나 0.5%를 초과하면 용접 열영향부의 인성이 저하되고 경제성이 상실되므로 상한을 0.5%로 정하였으며, 0.2%미만을 첨가하는 경우에는 저온인성이 우수한 미세조직인 침상페라이트 조직을 본 발명 조건하에서 형성시키기 어렵고, 강도도 낮기 때문에 적어도 0.2% 이상을 첨가한다.
상기 Ni은 강의 인성을 향상시키는 역할을 하며 연주시의 균열 발생을 방지하는 작용이 있기 때문에 Ni 첨가량이 0.1% 보다 작으면 열간취성 억제가 미흡하고 0.5% 를 초과하여 첨가하면 고가의 원소첨가에 의한 경제성을 잃어버리기 때문에 Ni 첨가량의 범위를 0.1-0.5%로 하였다.
상기 Nb은 결정립을 미세화시키는데 아주 유용한 원소이며 동시에 강의 강도도 크게 향상시키는 역할을 하기 때문에 적어도 0.02%이상을 첨가하여야 하며 0.10%를 초과하는 경우에는 과도한 Nb 탄질화물의 석출에 기인되어 저온인성이 나빠지기 때문에 0.01-0.10%를 첨가범위로 하였다.
상기 Ti도 결정립을 미세화시키는데 아주 유용한 원소로써 강중에 TiN으로 존재하여 열간압연을 위한 가열과정에서 결정립의 성장을 억제하는 효과가 있으며 또한 질소와 반응하고 남은 Ti은 강 중에 고용되어 있는 탄소와 결합하여 TiC의 석출물이 형성되고 TiC의 형성은 매우 미세하여 강의 강도를 대폭적으로 향상시킨다. 따라서, TiN 석출에 의한 오스테나이트 결정립 성장 억제 효과 및 TiC 형성에 의한 강도 증가를 얻기 위해서는 적어도 0.02%이상의 Ti이 첨가되어야 하며, 0.1%를 초과하여 첨가되면 강판을 용접하여 강관등으로 제조시 용융점까지 급열됨에 의해서 TiN이 재고용됨에 따라 용접 열영향부의 인성이 열화되기 때문에 Ti 첨가의 상한은 0.1%로 한다.
상기 N의 성분 한정 사유는 상기의 Ti 첨가에 기인한 것이다. 일반적으로 N 은 강 중에 고용되었다가 석출되어 강의 강도를 증가시키는 역할을 하며 이러한 능력은 탄소보다도 훨씬 크다. 그러나 한편으로 강중에 질소가 존재하면 할수록 강의 인성은 크게 저하하는 것으로 알려져 있어 가능한한 질소 함유량을 감소시키려는 것이 일반적인 경향이다. 그러나 본 발명에서는 적정량의 질소를 존재케 하여 Ti과 반응시켜 TiN을 형성, 재가열 과정에서의 결정립 성장을 억제시키는 역할을 부여하였다. 그러나 Ti의 일부는 N과 반응하지 않고 남아 이후의 공정에서 탄소와 반응하여야 하기 때문에 그 상한을 0.01% 이하로 하였다.
상기 Ca은 개재물 형성제어 원소이며 저온인성의 개선 및 연성을 향상시킨다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 적어도 0.001% 이상의 첨가가 필요하나, 0.005%를 초과하여 첨가하여도 그 효과가 향상되지 않는다.
다음에서, 상기한 바와같은 강을 이용하여 열연강판을 제조하는 방법을 상세히 설명한다.
일반적으로 총압하율은 700-1150℃에서 70-99%로 실시되는데, 본 발명에서는 상기와 같은 성분계의 강을 열간압연함에 있어 750-1000℃의 온도영역에서 총 압하율(TRR : total reduction ratio) 60% 이상의 압연을 실시하고 열간압연 마무리 온도(FDT : finish delivery temperature)를 750-850범위로 하는데, 이때 열간압연 마무리 온도와 총 압하율의 관계가 "TRR ≥ 0.13 x FDT-32"의 관계를 만족하도록 열간 압연한다.
일반적으로, 열간압연 공정은 크게 두가지로 구분되어 상업 생산되고 있는데, 본 발명이 적용되는 공정과 같이 코일(coil)을 제조하는 열연공정과 플레이트(plate)를 제조하는 후판공정이 있다. 코일을 제조하는 열연공정에서는 마무리압연기가 6-7대 연속적으로 설치되어있으며, 따라서 열간압연 마무리 온도와 마무리 압연개시온도와의 차이는 통상적으로 최대 200℃를 벗어나지 않는다. 따라서 열간압연 마무리 온도를 본 발명의 최대온도인 850℃로 하여도 마무리 압연 개시온도는 1050℃로 나타난다.
본 발명에서는 Nb, Ti가 복합첨가되어 있으며 이와 같은 석출원소는 마무리 열간압연 온도역에서 석출하여 오스테나이트의 재결정을 억제하므로써 결정립을 미세화시킴과 동시에 석출강화에 의한 강도 증대 효과가 크기 때문에 저온인성을 향상시키기 위해서는 열간압연 온도를 가능한한 낮게 함에 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 오스테나이트의 미재결정 영역에서 압연을 하기 위하여 마무리 열간압연 개시온도와 종료온도의 범위를 750-1000℃로 하였으며 열간압연 마무리온도를 750-850℃의 범위로 정하였다. 열간압연 마무리온도가 750℃보다 낮으면, 열간압연 도중에 소재가 오스테나이트/페라이트 변태온도(Ar3) 이하로 떨어지게 되는 경우가 발생되며 이 경우 소재의 미세조직은 소위 '혼립'이 형성되어 저온인성을 급격히 저하시키기 때문에 그 하한을 750℃로 하였다. 한편 열간압연 마무리 온도를 850℃보다 높게 설정하면 마무리 압연 개시온도가 높게 되어 오스테나이트의 재결정이 유발되며 오스테나이트의 재결정은 직후의 급속한 결정립 성장을 일으키고 이 역시 저온인성을 해치는 작용을 한다.
따라서, 강의 인성을 향상시키기 위해서는 열간압연 마무리온도를 낮출수록 바람직하나 압연온도의 저하에 따라 압연기에 부가되는 부하가 크게 증가하기 때문에, 본 발명에서는 마무리 열간압연 역에서의 총 압하율과 마무리 압연온도와의 관계를 해석하여, "TRR ≥ 0.13xFDT-32"의 관계를 밝혀 내고 마무리압연온도의 변화에 따라 적절한 총압하율을 설정할 수 있도록 하였다.
예를들어, 강관용 고장력강판은 일반적으로 두께 7-22mm 정도로 열연공정에서는 가장 두꺼운 제품에 속하기 때문에 총압하율이 60%이하가 될 가능성이 있으나, 마무리압연에 인입되는 슬라브의 두께를 조절하여 적어도 60% 이상의 총압하율을 유지하여야 저온인성이 우수한 강판을 제조할 수 있다.
그러나, 무작정의 총압하율 증가는 전술한 바와같이 압연기에 부가되는 부하의 급속한 증가로 불가능하기 때문에 압연온도와 총압하율의 관계를 면밀히 분석하여 최적화시켜주는 것은 반드시 필요하다.
본 발명에서는 열간압연을 마무리한 후, 런-아웃 테이블 상에서 수냉각 등에 의한 급냉을 실시하므로써 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하고 동시에 페라이트의 조대화를 방지하므로써 인성저하를 억제한다. 또한 권취온도는 500-630온도범위가 적정한데, 630℃보다 높으면 미세조직이 침상의 페라이트로 형성되지 않고 페라이트-펄라이트 조직으로 변화되고 석출물도 조대해져 소재의 강도가 크게 저하되며 500℃보다 낮으면 베이나이트 변태가 일어나 강도는 증가하나 소재의 인성이 크게 저하하고 석출도 불충분하기 때문이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예1
하기 표1에 나타낸 바와같은 화학성분을 지닌 발명강과 비교강을 용해하여 슬라브로 제조하였다.
강종 화 학 성 분(wt%)
C Si Mn Mo Ni Nb Ti N Ca
비교강A 0.02 0.24 1.55 0.30 0.18 0.097 0.001 0.0007 0.0022
비교강B 0.06 0.23 1.53 0.32 0.21 0.098 0.001 0.0040 0.0028
비교강C 0.07 0.28 1.60 0.01 0.79 0.044 0.025 0.0060 0.0023
발명강D 0.08 0.23 1.53 0.39 0.22 0.052 0.055 0.0045 0.0021
발명강E 0.07 0.25 1.55 0.33 0.20 0.079 0.033 0.0034 0.0022
상기 표1의 비교강 A는 탄소량이 0.02%로 작고 Ti도 0.001%로 매우 작으며, 비교강 B는 Ti첨가량이 0.001%로 매우 작으며, 비교강 C는 Mo첨가량이 0.01%로 매우 작기 때문에, 비교강으로 선정된 것이다.
상기와 같은 조성의 슬라브를 열간압연하여 판재로 제조하였다. 이때 열간압연 마무리온도는 750-900℃의 범위에서 변화시켰으며, 열간압연 후의 런아웃 테이블(run-out table)에서의 수냉각속도는 통상의 현장생산공정에서의 냉각유량을 사용하였는데 약 5℃/s 이상으로 측정되었다. 권취온도는 강종에 따라 다르게 적용하였으며 500-690℃의 범위에서 제어하였다. 즉, 하기 표2와 같은 마무리압연온도(FDT), 총압하율(TRR) 및 권취온도(CT)조건으로 열연강판을 제조하였다.
강종 FDT(℃) 총압하율(TRR), % CT(℃) 비고
비교예1 비교강A 820 75 550 비교강-발명압연
비교예2 비교강B 800 74 580 비교강-발명압연
비교예3 비교강C 810 76 510 비교강-발명압연
비교예4 발명강D 900 85 580 발명강-비교압연
비교예5 발명강D 850 65 570 발명강-비교압연
비교예6 발명강D 830 76 660 발명강-비교압연
발명예7 발명강D 820 80 575 발명강-발명압연
발명예8 발명강D 780 72 600 발명강-발명압연
비교예9 발명강E 900 85 560 발명강-비교압연
비교예10 발명강E 800 60 530 발명강-비교압연
비교예11 발명강E 850 80 690 발명강-비교압연
발명예12 발명강E 850 80 600 발명강-발명압연
발명예13 발명강E 800 73 560 발명강-발명압연
상기 표2에 나타낸 바와같이, 비교예(1)-비교예(3)은 비교강을 사용하여 본 발명조건으로 열간압연한 것이고, 그외의 비교예 및 발명예는 발명강을 사용하여 열간압연조건을 변화시킨 것이다. 즉, 비교예(4) 및 (9)는 발명강D 및 발명강 E을 열간압연함에 있어 열간압연 마무리온도가 본 발명조건 보다 높은 경우이며, 비교예(5) 및 비교예(10)은 마무리 압연역에서의 총압하율이 본 발명범위보다 작은 경우이고, 비교예(6) 및 (11)은 본 발명 범위의 권취온도보다 높은 것이다.
상기에서 얻어진 열연강판의 인장성질, 충격인성 및 미세조직 등을 측정 및 관찰하여 그 결과를 하기 표3에 나타내었다. 이때, 인장시험은 표점거리 50mm의 표준시험이고, 충격시험은 샤피 서브 사이즈를 7.5mmt로 하였다.
항복강도(YS)(kg/㎟) 인장강도(TS)(kgf/㎟) 총연신율(t.E1)(%) 충격인성(vE-60℃)(Joules) 충격천이온도(℃) 미세조직
비교예1 64.8 70.7 25.9 95 -70 침상 페라이트
비교예2 72.5 77.5 24.8 25 -25 침상 페라이트
비교예3 67.3 74.2 24.5 65 -40 페라이트 + 베이나이트
비교예4 67.3 88.5 19.4 55 -55 침상 페라이트
비교예5 69.5 86.2 20.9 55 -65 침상 페라이트
비교예6 63.2 78.4 24.9 70 -50 페라이트 + 펄라이트
발명예7 74.2 92.0 19.1 94 -75 침상 페라이트
발명예8 70.3 86.9 22.3 108 -100 침상 페라이트
비교예9 68.4 87.7 23.2 50 -50 침상 페라이트
비교예10 71.9 91.2 18.4 75 -60 침상 페라이트
비교예11 62.9 77.2 25.7 65 -55 페라이트 + 펄라이트
발명예12 71.5 84.5 20.7 101 -85 침상 페라이트
발명예13 73.4 85.8 21.2 105 -95 침상 페라이트
상기 표 3에 나타난 바와같은 내용을 분석해 봄으로써, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
비교예(1)에 있어서는 다른 화학조성은 본 발명강과 유사하나 C 및 Ti이 첨가량이 작기 때문에 압연 및 냉각조건을 발명범위 내로 하더라도 본 발명강에 비해 인장강도가 작게 나타나고 있어 C 첨가에 의한 변태조직 강화효과가 소재의 강도를 비약적으로 향상시키고 있음을 알 수 있다.
비교예(2)는 Ti 첨가량이 적은 비교강B를 본 발명 범위로 압연한 경우로써, 인장강도가 증가되어 77.5kg/㎟을 나타내고 있다. 그러나 아직 본 발명에서 목적하는 인장강도 값인 80kg/㎟에는 미달하고 있으며, 또한 Nb 단독 역할에 의한 과도한 석출경화로 항복비(=항복강도/인장강도)가 0.94로 매우 높고 충격인성 역시 저하되어 충격천이온도가 -25℃에 불과한 것을 알 수 있다. 이로부터 Nb 와 Ti의 적절한 조합에 의한 석출경화가 충격인성의 저하를 유발치 않으면서 강도를 극대화시킬 수 있음을 보여준다.
비교예(3)은 Mo 첨가량이 작은 비교강C 를 본 발명 범위로 압연한 경우로써, 미세조직이 페라이트와 베이나이트로 혼재되어 있으며, 이에 따라 인장강도가 낮고 저온충격인성 값이 매우 작으며 충격천이온도로 높게 나타나고 있다. Mo 가 첨가되지 않으면 오스테나이트/페라이트 변태온도가 높게 되고 강의 소입성이 저하되어 소재의 강도는 변태강화에 의존되기 때문에 고온권취의 경우 페라이트+펄라이트 조직이 형성되어 강도가 낮으며 저온권취의 경우에는 강도는 증가되더라도 저온충격인성이 매우 나쁜 것이다.
비교예(4) 및 비교예(9)는 본 발명조성강을 사용하여 제조조건을 변경한 경우이다. 발명강D에 있어 다른 압연 조건은 모두 본 발명범위로 하고 마무리 압연온도만을 900℃로 높인 비교예(4)와, 발명강E에 있어 마무리 압연온도 만을 900℃로 높인 비교예(9)의 경우에는 높은 마무리온도로 인하여 페라이트의 결정립 크기가 조대해지기 때문에 강도는 높으나 충격인성이 저하되어 충격천이온도가 불과 -50∼-55℃로 나타나고 있다.
비교예(5) 및 비교예(10)은 마무리 압연온도 및 권취온도는 본 발명범위로 하고, 총압하율을 발명조건보다 작게 한 경우로써, 인강장도 및 항복강도는 본발명 조건과 유사한 값을 나타내고 있으나, 미재결정 영역에서의 누적압하율이 작기 때문에 침상 페라이트의 크기가 상대적으로 조대하여 -60℃에서의 충격흡수에너지가 각각 55, 75joules에 불과하며 충격 천이온도 역시-60∼-65℃에 불과한 것으로 나타나고 있다.
비교예(6) 및 비교예(11)은 권취온도 만을 본 발명조건의 범위 외로 제조한 경우로써, 권취온도가 높기 때문에 미세조직이 침상 페라이트가 아닌 페라이트+펄라이트로 구성되어 있으며 이에 따라 항복강도 및 인장강도가 본 발명의 청구범위보다 낮고 동시에 충격인성도 낮게 나타나고 있다.
이에 반하여, 발명강을 이용하고, 본 발명의 제조조건으로 제조한 발명예(7)(8)(12) 및 (13)의 경우에는 항복강도:70.3-74.2kg/㎟, 인장강도:84.5-92.0kg/㎟으로 강도도 우수하며 -60℃에서의 충격흡수 에너지:94-108joules, 충격천이온도: -75∼-100℃로 충격인성도 매우 우수하게 나타나고 있다. 이와 같은 경향은 본 발명강 조성에서는 모두 동일하게 나타나고 있다.
결론적으로, 압연조건의 변화에 따른 소재의 기계적성질의 변화는 미세조직의 변화와 석출물의 변화에 기인된다고 볼 수 있다. 먼저 미세조직은 베이나이트, 침상 페라이트, 페라이트-펄라이트 등으로 변화되며 이러한 미세조직의 변화는 강도의 저하와 충격인성의 향상을 유발한다. 따라서 소재의 강도와 충격인성을 최대한 향상시키기 위해서는 미세조직을 미세화시킴과 동시에 석출물의 크기가 적절한 경우 이루어질 수 있다.
실시예2
상기 실시예 1에 나타낸 발명강D를 이용하고, 열간압연조건을 다음의 (a)(b)(c)와 같이 변화시켜가면서 열연강판을 얻었다. (a)는 FDT:780℃, TRR:72%, CT:600℃, (b)는 FDT:820℃, TRR:80%, CT:575℃, (c)는 FDT:900℃, TRR:85%, CT:580℃이었다.
얻어진 열연강판을 시험온도를 변화시켜가면서 충격인성시험을 하였다. 측정결과, -60℃에서의 샤피 V노치 충격흡수에너지(vE)는 (a)가 108J, (b)가 94J, (c)가 55J이었고, V노치 충격천이온도는 (a)가 -100℃, (b)가 -75℃, (c)가 -55℃이었다. 또한, 시험온도에 따른 충격흡수에너지를 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와같이 발명강의 열간압연조건 변화에 따른 충격인성의 차이를 보면, 열간압연 마무리온도와 총 압하율의 관계가 "TRR≥0.13xFDT-32"의 관계를 만족할 때 가장 우수한 저온 충격인성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 2는 상기와 같이 발명강D를 이용하여 충격인성을 나타내는 또 다른 형태의 시험법인 DWTT(Drop Weight Tear Test)에 의해서 소재의 크랙 전파 정도를 비교한 것이다. (e)는 TRR이 75%이고, FDT가 785℃, CT가 570℃로서, 본 발명조건 TRR≥0.13xFDT-32을 만족하여 압연하는 경우로써, 85%의 연성파면율(85% S.A ; Shear area)을 나타내는 온도가 -75℃였다. 이에, 반하여 (f)는 TRR이 65%이고, FDT가 825℃, CT가 580℃로서, 본 발명조건 TRR≥0.13xFDT-32을 만족하지 않는 경우로써, 85%의 연성파면율을 나타내는 온도가 불과 -45℃의 온도를 나타내고 있다.
이와 같이 본 발명조건으로 압연하는 경우, 인장강도 80kg/㎟이상, 충격천이온도 -75℃이하의 매우 우수한 저온인성을 지닌 고장력강을 제조할 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 강의 화학성분을 조절하고 열간압연 및 권취조건을 제어하므로써, 미세한 석출물이 기지조직에 분포된 침상 페라이트의 조직을 형성시킬 수 있고, 압연조건을 조절하므로써, 미세한 결정립의 형성과 석출에 의한 높은 강도를 쉬이 얻을 수 있으며 동시에 극히 우수한 저온인성을 발휘하는 특성을 나타내는 고장력 열연강판을 얻을 수 있는 효과가 제공된다. 또한, 강판으로의 제조함에 있어 비교적 정확한 열간압연 조건을 사용함으로써 압연 생산성을 향상시킬 수 있으며, 용접성이 매우 우수하므로 부품 제조시의 실수율 및 생산성을 향상시킬 수 있기 때문에, 제조원가 절감 등의 효과도 제공된다.

Claims (1)

  1. 중량비로, C:0.03-0.10%, Si:0.01-0.50%, Mn:1.2-2.2%, P:0.015%이하, S:0.005%이하, Al:0.01-0.10%, Mo:0.2-0.7%, Ni:0.1-0.5%, Nb:0.02-0.10%, Ti:0.02-0.10%, N:0.01%이하, Ca:0.001-0.005%를 함유하고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 750-1000℃의 온도에서 총압하율(TRR)에 대하여 60%이상의 압연을 실시하고, 마무리 압연온도(FDT)를 750-850℃의 온도에서 실시하는 열간압연을 행하는데, 이때 상기 마무리압연온도와 총압하율은 "TRR ≥0.13 x FDT - 32"의 관계를 만족하여 열간압연을 행하고, 압연후 급냉하여 500-630℃온도에서 권취함을 특징으로 하는 고장력 열연강판의 제조방법.
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