KR20240098514A

KR20240098514A - 강도와 인성이 우수한 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20240098514A
Application number: KR1020220180337A
Authority: KR
Inventors: 소태일; 강상덕; 조재영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2024-06-28
Also published as: WO2024136348A1

Abstract

본 발명은 해상 및 육상 풍력발전기 등에 사용될 수 있는 우수한 강도와 인성을 갖는 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

강도와 인성이 우수한 강판 및 그 제조방법{STEEL SHEET HAVING EXCELLENT STRENGTH AND TOUGHNESS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

해상 및 육상용 풍력발전기의 풍력터빈 대형화에 따라, 풍력타위의 하중 저항 능력 향상이 필요하게 되고, 강도가 향상된 후물 강재에 대한 요구가 증대되고 있다. 그러나, 통상 강재가 후물화 되면 강도가 하락하여 요구되는 두께가 추가적으로 부여되는 악순환이 되므로, 후물재에서도 박물재에서 요구하는 항복강도 및 인장강도를 가지게 되면 설계강도 증가에 따른 쉘(shell) 두께 절감이 가능하므로, 많은 이점을 가지게 된다. 또한, 최근에는 극한지에 풍력타워가 설치되어 운용되는 사례가 증가하는 추세이므로, 충격인성 보증도 동시에 요구되고 있다.

강재의 고강도화와 우수한 저온 충격인성을 구현하기 위해서는 결정립 미세화가 필수적이고, 압연 공정은 결정립 미세화의 대표적인 방법 중 하나이다. 재결정이 가능한 온도애서 압연을 실시하면 압하력에 의해 생성된 내부 응력을 구동력으로 새로운 오스테나이트 미세 결정립이 생성된다. 한편, 미재결정역 온도 영역에서의 압연은 결정립이 응력을 받아서 압연방향으로 밴드 구조가 형성되게 되고 내부에 많은 전위가 발생하여 오스테나이트가 상변태될 때, 보다 많은 핵생성점을 제공하여 결정립 미세화 효과를 유발할 수 있다.

그러나, 강재의 두께가 증가할수록 압연으로 가할 수 있는 압하력이 제한되므로, 내부조직 특히 강재 중심부에 가까워질수록 압연을 통해 미세한 결정립을 형성하기 어렵고, 이에 따라 항복강도 및 인장강도가 큰 폭으로 하락하게 되어 목표로 하는 기계적 특성을 만족시키지 어렵게 된다.

한편, 오스테나이트 결정립 미세화가 주로 일어나는 과정인 슬라브 가열 및 압연만을 통해서는 충분히 작은 크기의 결정립을 확보하기 어려운 경우가 많다. 특히, 압연되는 강재가 고온일수록 압연시 변형저항이 감소하므로, 용이한 압연을 위해 슬라브 가열은 주로 Ae3 온도 대비 훨씬 높은 온도에서 실시되는데 그때 오스테나이트 결정립은 크게 성장하게 된다. 압연을 통한 결정립 미세화 효과가 충분치 못할 경우에 재열처리를 통해서 추가적인 오스테나이트 결정립 미세화 효과를 기대할 수 있는데 통상 노멀라이징(Normalizing) 열처리가 이에 해당된다.

풍력타워용 소재는 전통적으로 노멀라이징(Normalizing) 열처리된 강재를 적용해 오고 있으나, 제조공정상 열처리가 적용되는 경우 제조단가가 크게 증가하여 As-rolled 강재 혹은 TMCP(Thermo Mechanical Controlled Process) 강재에 비해 상업적으로 용이하지 않은 측면이 있다.

노멀라이징 열처리를 하지 않고도 노멀라이징 열처리한 강재와 유사한 물성을 갖는 온도 범위에서 열간 압연 후 공냉하는 제조법을 Normalized Rolling(NR)이라고 하는데, 최적 성분설계나 제조조건 정립 등을 통해 노멀라이징 열처리재와 유사한 물성을 얻을 수 있다면 열처리 생략에 따른 제조비용을 절감할 수 있어 상업적으로 유용한 강재를 제공하는 것이 가능하다.

특허문헌 1에는 노멀라이징 열처리 없이도 충격인성이 우수한 강재를 제조하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 특허문헌 1의 강재는 탄소함량이 낮아 저온 충격인성을 확보하는 측면에서는 유리할수 있으나 충분한 강도를 만족시키기 어려울 뿐만 아니라, 강도 확보를 위한 사상압연 조건에 대한 고려가 없어 강재의 두께가 후물화 될수록 강도가 크게 하락하여 충분한 항복강도를 만족시키기 어렵다.

한국 등록특허공보 제10-1917453호

본 발명의 일측면은 강도와 충격인성이 우수하며, 노멀라이징(Normalizing) 열처리를 생략하더라도 우수한 강도와 충격인성을 갖는 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 아니한다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일태양은 중량%로, 탄소(C): 0.10초과~0.17%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.6%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.045%, 니오븀(Nb): 0.03~0.05%, 바나듐(V): 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0.005~0.017%, 질소(N): 0.002~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하며,

강판의 미세조직은 면적분율로, 60~85%의 페라이트와 나머지는 펄라이트와 불가피한 조직을 포함하는 강판에 관한 것이다.

[관계식 1]

[C] + [Mn]/6 + [V]/5 ≤ 0.43

(상기 [C], [Mn], [V]는 각 성분의 함량(중량%)임)

본 발명의 다른 일태양은 중량%로, 탄소(C): 0.10초과~0.17%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.6%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.045%, 니오븀(Nb): 0.03~0.05%, 바나듐(V): 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0.005~0.017%, 질소(N): 0.002~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계;

상기 강 슬라브를 1150~1200℃의 온도범위에 3시간 이상 가열하는 단계;

상기 가열된 강 슬라브를 조압연하고, 하기 관계식 2를 만족하는 사상압연 개시온도로 사상압연을 하는 열간압연하는 단계; 및

상기 열간압연 후 냉각하는 단계를 포함하는 강판의 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

[C] + [Mn]/6 + [V]/5 ≤ 0.43

(상기 [C], [Mn], [V]는 각 성분의 함량(중량%)임)

[관계식 2]

800℃ ≤ 사상압연 개시온도 ≤ 857℃ + (464×[C]) + (6445×[Nb]) - (644×[Nb]^0.5) + (732×[V]) - (230×[V]^0.5) + (890×[Ti]) + (363×[Al]) - (357×[Si])

(상기 [C], [Nb], [V], [Ti], [Al], [Si]는 각 성분의 함량(중량%)임)

본 발명에 의하면, 해상 및 육상 풍력발전기 등에 사용될 수 있는 강도 및 저온 충격인성이 우수한 강판을 제공할 수 있고, 노멀라이징 열처리를 생략할 수 있어서 경제성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 태양을 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1의 (a) 및 (b)는, 본 발명 실시예에서 각각 발명예 1과 비교예 10의 t/4 지점의 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명 실시예에서 강종 2를 대상으로 열연강판 두께 100mm를 제조하기 위해, 사상압연 개시온도에 따른 항복강도 변화를 나타낸 그래프이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 관련 정의가 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 구성을 구체화하고, 다른 구성의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.

달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지도록 해석된다.

본 발명자들은 육상 및 해상용 풍력타워 등으로 사용되는 풍력구조용강이 대형화되고 경제성이 요구됨에 따라 그 소재에 요구되는 물성을 확보할 수 있는 방안의 개발이 필요함을 인지하였다.

특히, 일정 이상의 두께를 가지는 풍력구조용 강재에 있어서, 고강도와 더불어 저온 충격인성을 확보할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 합금설계에 있어서 성분조성과 일부 성분들 간의 관계를 제어함과 동시에, 제조조건을 최적화함으로써 목표 물성을 가지는 풍력구조용 강재를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 일측면에 따른 강판의 합금조성에 대해 상세히 설명한다. 본 발명에서 특별히 언급하지 않는 한 각 원소의 함량은 중량을 기준으로 하며, 조직의 비율은 면적을 기준으로 한다.

상기 강판은 중량%로, 탄소(C): 0.10초과~0.17%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.6%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.045%, 니오븀(Nb): 0.03~0.05%, 바나듐(V): 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0.005~0.017%, 질소(N): 0.002~0.01% 를 포함할 수 있다.

탄소(C): 0.10초과~0.17%

상기 C는 강의 강도를 향상 시키는데에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.10% 초과로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 0.17%를 초과하게 되면 강도를 확보하는데는 유리할 수 있으나, 밴드 형태의 펄라이트 분율이 크게 증가되어 저온 충격인성을 크게 저해하는 문제가 있고, 그 함량이 0.10% 미만인 경우 강도를 확보하는데 있어 충분하지 않을 수 있다.

실리콘(Si): 0.2~0.5%

상기 Si은 탈산제로 사용될 뿐만 아니라, 강의 강도 향상에 유리한 원소이다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 Si을 0.2% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 도상 마르텐사이트(MA)를 과다하게 형성시켜서 저온 충격인성이 열위해질 우려가 있다.

망간(Mn): 1.2~1.6%

상기 Mn은 고용강화 효과로 강의 강도를 향상시키는데 유리한 원소이다. 그 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 Mn을 1.2% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 1.6%를 초과하게 되면 강 중 황(S)과 결합하여 MnS를 형성함으로써 저온 충격인성을 크게 저해하는 문제가 있다. 따라서, 상기 Mn은 1.2~1.6%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 1.45~1.6%로 포함할 수 있다.

인(P): 0.012% 이하

상기 P은 강의 강도 향상 및 내식성 확보에 유리한 원소이지만, 강의 충격인성을 크게 저해할 수 있으므로, 가능한 낮은 함량으로 제한함이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 P을 최대 0.012%로 함유하더라도 목표로 하는 물성 확보에 무리가 없으므로, 그 함량을 0.012% 이하로 할 수 있다. 다만, 불가피하게 첨가되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.

황(S): 0.003% 이하

상기 S은 강 중 Mn과 결합하여 MnS 등을 형성함으로써 저온 충격인성을 크게 저해하는 원소이다. 따라서, 상기 S은 가능한 낮은 함량으로 제한함이 유리하다. 본 발명에서는 상기 S을 최대 0.003%로 함유하더라도 목표로 하는 물성 확보에 무리가 없으므로, 그 함량을 0.003% 이하로 할 수 있다. 다만, 불가피하게 첨가되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.

알루미늄(Al): 0.015~0.045%

상기 Al은 용강을 저렴하게 탈산할 수 있는 원소로서, 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 Al을 0.015% 이상으로 포함할 수 있으나, 그 함량이 과다하여 0.045%를 초과하게 되면 연속주조시 노즐 막힘을 유발할 뿐만 아니라 산화성 개재물의 형성으로 충격인성이 큰 폭으로 저하될 수 있으므로 바람직하지 못하다.

니오븀(Nb): 0.03~0.05%

상기 Nb은 NbC 또는 Nb(C,N)의 형태로 석출하여 모재의 강도를 크게 향상시키며, 고온으로 재가열시 고용된 Nb이 오스테나이트의 재결정 및 페라이트 또는 베이나이트의 변태를 억제함으로써 조직 미세화 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 그 함량이 과다하게 되면 미용해된 Nb이 TiNb(C,N) 형태로 형성되어 저온 충격인성을 저해하는 요인이 되므로 상기 Nb의 상한을 0.05%로 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Nb을 0.03~0.05%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 0.035~0.045%로 포함할 수 있다.

바나듐(V): 0.06% 이하 (0% 포함)

상기 V은 다른 합금원소들에 비해 고용되는 온도가 낮으며, 열간압연 후 공냉 과정에서 VC를 형성하여 강도 증가에 크게 기여하는 효과가 있어 상기 V을 0.01% 이상으로 첨가함으로써 강도 향상 효과를 얻을 수 있다. 다만, 그 함량이 0.06%를 초과하게 되면 폴리고날 페라이트의 경도가 지나치게 높아지고 MA와 같은 경질상의 분율이 높아져 저온 충격인성이 큰 폭으로 저하되는 문제가 있다.

티타늄(Ti): 0.005~0.017%

상기 Ti은 N과 함께 첨가되면 TiN을 형성함으로써, AlN 석출물의 형성에 의한 표면크랙의 발생을 저감하는 역할을 하므로 0.005% 이상 첨가하는 것이 효과적이다. 다만, 그 함량이 0.017%를 초과하게 되면 강 슬라브의 재가열 중에 조대한 TiN이 형성되어 저온 충격인성을 저해하는 요인으로 작용한다. 따라서, 상기 Ti은 0.005~0.017%인 것이 효과적이며, 보다 바람직하게는 0.01~0.015%이다.

질소(N): 0.002~0.01%

상기 N는 Ti와 함께 첨가시, TiN을 형성하여 용접시 열영향에 의한 결정립 성장을 억제하는데에 유리한 원소이다. 상기 Ti의 첨가시 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 N를 0.002% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 0.01%를 초과하게 되면 조대한 TiN이 형성되어 저온 충격인성이 저해되므로 바람직하지 못하다.

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.

상기 강판은 하기 관계식 1을 충족할 수 있다.

[관계식 1]

[C] + [Mn]/6 + [V]/5 ≤ 0.43

(상기 [C], [Mn], [V]는 각 성분의 함량(중량%)임)

본 발명은 목표 수준의 강도와 더불어 저온 충격인성을 확보하기 위하여 이러한 물성 향상에 유리한 원소들을 일정량 첨가함에 있어서, 그들의 함량을 적절히 관리할 필요가 있다. 상기 관계식 1이 0.43 초과이면 강도 확보에는 유리할 수 있으나 용접 후 물성을 크게 저해할 우려가 있다. 뿐만 아니라, 다량의 합금원소가 포함되면 원가 상승으로 인해 경제성을 해치게 되므로 0.43이하인 것이 효과적이다.

상기 강판의 미세조직은 면적%로,60~85%의 페라이트와 나머지는 펄라이트와 불가피한 조직을 포함할 수 있다.

이때, 상기 페라이트 평균 결정립 크기는 50㎛ 이하일 수 있다.

상기 페라이트 분율이 60% 미만이면 강도가 지나치게 높아짐과 동시에 저온 충격인성을 저하시킬 수 있고, 85%를 초과 시에는 강도 확보가 어려울 수 있다. 상기 페라이트의 평균 결정립 크기가 50㎛ 미만일 경우, 본 발명에 제시하는 항복강도와 저온 충격인성 확보가 용이하지 않다.

또한, 본 발명의 강재는 두께 방향 t/4지점 (여기서, t는 강재 두께(mm)를 의미함)에서 압연방향의 수직으로 평가한 항복강도가 355MPa 이상, 인장강도가 470MPa 이상, -20℃에서의 샤르피 충격흡수에너지(CVN) 값이 평균 100J 이상으로 적절한 강도와 더불어 우수한 저온 충격인성을 가질 수 있다.

한편, 본 발명 강재는 노멀라이징(normalizing) 열처리를 생략하더라도 우수한 강도와 충격인성을 확보할 수 있다. 종래에는 항복강도와 저온 충격인성 향상효과를 위해, 노멀라이징 열처리를 행하였다. 노멀라이징 열처리를 행하게 되면, 오스테나이트에서 페라이트로의 변태 과정에서 결정립의 추가적인 미세화 효과를 통해 항복강도와 저온 충격인성 향상 효과를 도모한다. 본 발명 강재는 상기 노멀라이징 열처리를 행하지 않더라도, 충분한 항복강도와 저온 충격인성을 확보할 수 있다.

다음으로, 본 발명 다른 일측면인 강판의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 상기 제조방법은 전술한 합금성분과 관계식 1을 모두 만족하는 강 슬라브를 준비하고, 강 슬라브를 가열 - 열간압연 - 냉각을 거쳐 제조할 수 있다.

각각의 공정 조건에 대하여 상세히 설명한다.

강 슬라브 가열

상기 강 슬라브를 가열하여 균질화 처리하는 공정을 거치는 것이 바람직하며, 이때 1150~1200℃의 온도 범위에서 3시간 이상 가열 공정을 행할 수 있다.

상기 강 슬라브의 가열 온도가 1150℃ 미만이면 슬라브 내에 형성된 석출물(탄질화물)이 충분히 재고용되지 못하여 열간압연 이후의 공정에서 석출물의 형성이 감소하게 되고, 최종적으로는 본 발명에서 제시한 항복강도 및 인장강도를 만족하기 어렵게 된다. 반면, 그 온도가 1200℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강의 물성을 저해할 우려가 있다. 또한, 강 슬라브의 가열 시간이 3시간 이하이면 중심부까지 목표로 하는 온도 도달이 안되어 석출물(탄, 질화물)의 재고용이 어려울 수 있다.

열간압연

상기에 따라 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판으로 제조할 수 있다. 이때, 상기 가열된 강 슬라브를 900~1100℃의 온도 범위에서 조압연한 후 관계식 2에 나타낸 온도 범위에서 사상압연을 개시하고, Ar3 이상에서 마무리 열간압연할 수 있다.

[관계식 2]

(상기 [C], [Nb], [V], [Ti], [Al], [Si]는 각 성분의 함량(중량%)임)

상기 조압연시 온도가 900℃ 미만이면 후속 사상압연 개시 온도가 너무 낮아지는 문제가 있다. 사상압연 개시 온도가 800℃ 미만이면 후속 마무리 압연온도가 너무 낮아지는 문제가 있고, 관계식 2보다 높은 온도에서 사상압연이 개시될 경우 미재결정역에서 충분한 압하력이 전달되지 않아 폴리고날 페라이트의 크기가 충분히 작아지지 않고, 결과적으로 본 발명에서 제시하고자 하는 항복강도 및 충격인성을 확보하기 어렵다.

또한, 상기 마무리 열간압연 온도가 Ar3 미만이면 압연 부하가 커져 표면크랙 등의 품질 불량이 발생할 우려가 있다.

본 발명에서 Ar3는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Ar3 = 910 - 310C - 80Mn - 20Cu - 55Ni - 80Mo + 119V + 124Ti - 18Nb + 179Al (여기서, 각 원소는 중량함량을 의미한다.)

상기 사상압연 시 누적압하율은 45% 이상, 압연 패스수는 8회 이하로 할 수 있다. 상기 누적압하율이 45% 미만이면 압연 중 오스테나이트가 충분히 압착되지 않아 최종 페라이트 조직이 조대화되어 강도 및 충격인성의 하락을 야기할 수 있고, 압연패스 수가 8회 초과이면 패스당 압하량이 감소하여 이 역시 페라이트의 조대화를 야기할 수 있다.

냉각

상기 열간압연 후 냉각을 행하며, 냉각은 본 발명에서 특별히 제한되지 않는다. 일예로 상온까지 공냉을 행할 수 있다.

노멀라이징 열처리

상기 강판에 대해, 노멀라이징(normalizing) 열처리를 필요에 따라 할 수 있다. 이때, 열처리 온도와 시간은 830~930^oC 사이에서 1.3t+30분(t: 강재두께, mm)이상으로 행할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 하기 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

(실시예)

하기 표 1의 조성(중량%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 갖는 용강을 연속 주조하여 두께 300mm의 강 슬라브를 제조하고, 상기 강 슬라브를 표 2의 조건으로 가열한 후, 900℃ 이상에서 조압한 다음 표 2의 조건으로 사상압연을 행하여, 열연강판을 제조하였다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	V	Ti	N	관계식 1
강종 1	0.160	0.45	1.55	0.01	0.003	0.040	0.040	0.000	0.012	0.0035	0.418
강종 2	0.150	0.45	1.53	0.01	0.003	0.035	0.040	0.040	0.013	0.0035	0.413
강종 3	0.155	0.40	1.55	0.01	0.002	0.035	0.040	0.025	0.012	0.0037	0.418
강종 4	0.150	0.40	1.50	0.01	0.003	0.035	0.025	0.000	0.012	0.0036	0.400
강종 5	0.180	0.40	1.55	0.01	0.003	0.040	0.040	0.010	0.015	0.0034	0.440
강종 6	0.150	0.40	1.55	0.01	0.002	0.035	0.040	0.030	0.013	0.0035	0.414
강종 7	0.155	0.45	1.50	0.01	0.002	0.040	0.035	0.035	0.012	0.0035	0.412

관계식 1은 다음과 같이 계산된다.

[관계식 1]

[C] + [Mn]/6 + [V]/5 ≤ 0.43

(상기 [C], [Mn], [V]는 각 성분의 함량(중량%)임)

강종	강 슬라브 가열온도 (℃)	강 슬라브 가열시간 (min.)	사상압연개시온도 (℃)	누적 압하율 (%)	사상압연 패스수	압연종료온도 (℃)	관계식 2	관계식 2 만족여부	강판두께 (mm)	비고
강종 1	1162	242	890	55	8	860	925	O	50	발명예 1
	1160	241	875	50	7	850		O	75	발명예 2
	1161	240	830	50	6	825		O	100	발명예 3
강종 2	1160	240	900	55	8	870	903	O	50	발명예 4
	1158	241	900	50	7	875		O	75	발명예 5
	1155	242	880	50	6	870		O	100	발명예 6
강종 3	1164	240	915	55	8	885	920	O	50	발명예 7
	1161	240	910	50	7	895		O	75	발명예 8
	1158	242	890	50	6	880		O	100	발명예 9
강종 4	1162	240	910	55	8	880	866	X	50	비교예 1
	1161	240	900	50	7	875		X	75	비교예 2
	1158	240	880	50	6	870		X	100	비교예 3
강종 5	1164	241	910	55	8	880	939	O	50	비교예 4
	1162	242	900	50	7	875		O	75	비교예 5
	1160	240	880	50	6	870		O	100	비교예 6
강종 6	1164	241	910	55	11	870	919	O	50	비교예 7
	1160	241	900	50	10	865		O	75	비교예 8
	1156	240	880	50	9	860		O	100	비교예 9
강종 7	1160	242	910	40	8	880	881	X	50	비교예 10
	1158	240	900	35	7	875		X	75	비교예 11
	1156	241	890	30	6	870		X	100	비교예 12

여기서 관계식 2는 다음과 같이 계산된 값이다.

[관계식 2]

(상기 [C], [Nb], [V], [Ti], [Al], [Si]는 각 성분의 함량(중량%)임)

상기 표 1 및 2와 같이 제조된 강판에 대한 미세조직을 관찰하고, 기계적 물성을 평가하였다. 미세조직은 광학현미경으로 관찰한 다음, 분석 프로그램으로 이용하여 페라이트의 분율과 직경을 측정하였다. 이때, 상기 미세조직은 각 강재의 두께 방향 t/4(t: 강판 두께, 단위 mm) 지점에서 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

그리고, 각 강재의 두께 방향 t/4 지점에서 기계적 물성을 평가하였으며, 이때 인장시편은 압연방향에 수직한 방향으로 각 두께 방향 지점에서 채취하여 인장강도(TS), 항복강도(YS) 및 연신율(El)을 측정하였으며, 충격시편은 JIS 4호 규격 시험편을 압연 방향으로 두께 방향 t/4 지점에서 채취하여 -20℃에서의 평균 충격인성(CVN)을 측정하여 표 4에 나타내었다.

한편, 발명예 및 비교예를 노멀라이징(Normalizing) 열처리 전후 기계적 특성의 변화를 조사하기 위해 열연강판을 890℃에서 1.3t+30분(t: 강판 두께, mm)간 노멀라이징 열처리한 후 상온까지 공냉하였으며, 열처리 전/후 기계적 특성 평가 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

구분	강판두께 (mm)	페라이트 (%)	펄라이트 (%)	페라이트 직경 (㎛)
발명예 1	50	70	30	22
발명예 2	75	70	30	28
발명예 3	100	65	35	36
발명예 4	50	75	25	25
발명예 5	75	75	25	31
발명예 6	100	70	30	39
발명예 7	50	75	25	25
발명예 8	75	75	25	30
발명예 9	100	70	30	37
비교예 1	50	80	20	51
비교예 2	75	75	25	56
비교예 3	100	75	25	62
비교예 4	50	55	45	24
비교예 5	75	55	45	32
비교예 6	100	55	45	36
비교예 7	50	75	25	52
비교예 8	75	75	25	54
비교예 9	100	70	30	57
비교예 10	50	75	25	51
비교예 11	75	75	25	60
비교예 12	100	70	30	67

구분	As-rolled				Normalized (890℃)
구분	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	충격인성 (J@-20℃)	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	충격인성 (J@-20℃)
발명예 1	410	557	30	180	404	554	32	221
발명예 2	401	545	29	173	398	540	32	209
발명예 3	374	541	30	162	369	541	31	178
발명예 4	388	552	32	252	383	550	34	286
발명예 5	367	540	32	239	371	536	32	272
발명예 6	360	525	30	223	372	525	33	244
발명예 7	395	554	33	200	375	550	34	204
발명예 8	370	542	33	194	367	543	34	200
발명예 9	366	540	31	188	368	542	32	190
비교예 1	354	536	31	94	343	533	33	122
비교예 2	350	528	30	88	340	522	31	108
비교예 3	327	511	30	85	325	510	32	92
비교예 4	432	572	28	76	415	565	29	99
비교예 5	417	560	27	60	409	555	30	78
비교예 6	409	544	27	54	402	540	30	67
비교예 7	367	540	31	91	354	538	33	102
비교예 8	354	532	30	82	356	530	32	99
비교예 9	339	517	31	50	332	519	32	88
비교예 10	342	529	32	92	335	524	33	111
비교예 11	333	520	31	86	334	519	33	100
비교예 12	317	508	31	69	315	509	32	85

표 4에는 노멀라이징 전/후의 인장물성 및 저온 충격인성을 나타내었다. 발명예 1 내지 9의 경우 본 발명에서 제시한 성분 범위, 관계식 1과 2 및 미세조직 특성을 만족하여 인장특성 및 저온 충격인성을 모두 만족하고 있고, 특히 두께가 증가함에도 본 발명에서 제시한 항복강도 355MPa 이상을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

구체적으로 발명예 1 내지 9의 경우 As-rolled 및 노멀라이징 열처리 후의 결과를 비교해보면, 열처리 이후 충격인성이 소폭 증가되어 열처리 전 물성과 차이가 있지만 여전히 본 발명에서 제시한 충격인성을 만족하고 있어, 추가 노멀라이징 열처리를 하지 않더라도, 본 발명의 방법(Normalized Rolling 방식)으로 충분히 물성을 확보할 수 있음을 나타내었다. Normalized Rolling은 노멀라이징에 의해 얻어지는 효과와 동일 유사한 효과를 얻을 수 있도록, 압연 조건을 관리하여 수행하는 압연공정이다(Rolling process in which the final deformation is carried out at a certain temperature range leading to material condition equal to values obtained by normalizing).

반면, 비교예 1 내지 3의 경우, Nb의 함량과 관계식 2가 본 발명에서 제시한 값을 벗어난 조건으로써, 조대화된 페라이트 결정립과 Nb의 함량이 낮아 NbC 석출물이 충분히 석출되지 못하여 본 발명에서 제시한 항복강도 및 인장강도, 그리고 충격인성을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 비교예 4 내지 6의 경우, C의 함량과 관계식 1이 본 발명에서 제안한 범위를 벗어난 성분계로서, C 함량 과다 첨가로 인해 항복/인장강도는 충분할 수 있으나, 충격인성은 열위해지는 것을 확인할 수 있다.

비교예 7 내지 9는 본 발명에서 제시한 성분 범위를 모두 만족하고 있으나 사상압연 시 총 압연패스수가 과다한 경우로서, 페라이트 및 펄라이트의 분율은 본 발명에서 제시한 값을 만족한다고 하더라도 페라이트 결정립 크기가 커서 항복강도와 충격인성을 만족시키지 못한 것을 알 수 있다. 비교예 10 내지 12의 경우, 성분 범위는 만족하고 있으나 관계식 2 및 사상압연 시 누적압하율이 본 발명에서 제시한 값을 벗어났으며, 페라이트 결정립 크기 조대화로 인해 항복강도 및 충격인성을 만족시키지 못하는 것을 확인할 수 있다.

비교예 1 내지 12의 경우, 노멀라이징 열처리 후 충격인성이 개선되는 측면이 있으나, 항복강도나 충격인성을 만족시키지 못하는 결과가 나타났다.

도 1의 (a) 및 (b)는 각각 발명예 1과 비교예 10의 두께 t/4 지점에서의 광학 미세조직을 나타낸 사진으로서, 사상압연 개시온도가 관계식 2를 만족하지 못하는 경우에는 압연 중 오스테나이트 성장에 의해 페라이트 결정립이 크게 조대화되어 본 발명에서 제시하고자 하는 항복강도와 충격인성을 확보하기 어려울 것으로 예측할 수 있는 반면, 관계식 2를 만족하는 발명예 1의 경우에는 매우 미세한 형태의 페라이트를 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 2는 본 발명에서 제시한 성분범위를 만족하는 강종 2을 활용하여 열연강판 두께 100mm에 대해 사상압연 개시온도에 따른 항복강도의 변화를 나타내는 그래프로서, 관계식 2를 만족하는 온도범위에서는 본 발명에서 제시한 항복강도를 만족하는 결과를 나타내는 반면 온도가 너무 높은 경우 항복강도의 하락이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.10초과~0.17%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.6%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.045%, 니오븀(Nb): 0.03~0.05%, 바나듐(V): 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0.005~0.017%, 질소(N): 0.002~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하며,
강판의 미세조직은 면적분율로, 60~85%의 페라이트와 나머지는 펄라이트와 불가피한 조직을 포함하는 강판.
[관계식 1]
[C] + [Mn]/6 + [V]/5 ≤ 0.43
(상기 [C], [Mn], [V]는 각 성분의 함량(중량%)임)
청구항 1에 있어서,
상기 강판의 두께는 100mm 이하인 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 페라이트의 평균 결정립은 크기는 50㎛ 이하인 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 t/4(t: 강판두께, mm)지점에서, 압연방향에서 수직으로 평가한 항복강도가 355MPa이상, 인장강도가 470MPa 이상인 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 t/4(t: 강판두께, mm)지점에서, 압연방향으로 평가한 -20℃ 샤르피 충격흡수에너지가 100J 이상인 강판.
중량%로, 탄소(C): 0.10초과~0.17%, 실리콘(Si): 0.2~0.5%, 망간(Mn): 1.2~1.6%, 인(P): 0.012% 이하, 황(S): 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.045%, 니오븀(Nb): 0.03~0.05%, 바나듐(V): 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0.005~0.017%, 질소(N): 0.002~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계;
상기 강 슬라브를 1150~1200℃의 온도범위에 3시간 이상 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 조압연하고, 하기 관계식 2를 만족하는 사상압연 개시온도로 사상압연을 하는 열간압연하는 단계; 및
상기 열간압연 후 냉각하는 단계
를 포함하는 강판의 제조방법.
[관계식 1]
[C] + [Mn]/6 + [V]/5 ≤ 0.43
(상기 [C], [Mn], [V]는 각 성분의 함량(중량%)임)
[관계식 2]
800℃ ≤ 사상압연 개시온도 ≤ 857℃ + (464×[C]) + (6445×[Nb]) - (644×[Nb]^0.5) + (732×[V]) - (230×[V]^0.5) + (890×[Ti]) + (363×[Al]) - (357×[Si])
(상기 [C], [Nb], [V], [Ti], [Al], [Si]는 각 성분의 함량(중량%)임)
청구항 6에 있어서,
상기 열간압연은 누적압하율로 45% 이상, 압연 패스수는 8회 이하로 행하는 강판의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 사상압연의 종료온도는 Ar3 이상인 강판의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 냉각은 공냉인 강판의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 냉각 후 830~930℃ 온도범위에서 1.3t+30분(t: 강재두께, mm)이상 열처리하는 단계를 더 포함하는 강판의 제조방법.