JP7297096B2 - 形鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施例による形鋼は、炭素(C):0.08~0.17重量%、マンガン(Mn):0.50~1.60重量%、シリコン(Si):0.10~0.50重量%、クロム(Cr):0.10~0.70重量%、銅(Cu):0超過0.5重量%以下、モリブデン(Mo):0.30~0.70重量%、リン(P):0超過0.02重量%以下、硫黄(S):0超過0.01重量%以下、窒素(N):0超過0.012重量%以下、ホウ素(B):0超過0.003重量%以下、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくともいずれか1つ以上の合計:0.01~0.5重量%および残部鉄(Fe)とその他の不可避不純物からなる。
炭素(C)は、強度を確保するために添加され、溶接性に最も大きな影響を及ぼす元素である。また、炭素は、Nb、Tiなどと反応して微細な炭化物の生成を促進させることにより、析出強化による強度の向上に効果的に寄与する一方、高温で電位移動を妨げることにより高温強度を向上させて耐火性能の確保に効果的である。前記炭素(C)は、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0.08~0.17重量%の含有量比で添加される。炭素の含有量が全重量の0.08重量%未満の場合には、十分な強度を確保するのに困難が伴うことがある。逆に、炭素の含有量が全重量の0.17重量%を超える場合には、粗大な炭化物が生成されて衝撃特性を低下させるだけでなく、不連続降伏挙動を発生させることにより降伏比を高めて耐震性能を低下させ、母材の衝撃靭性を低下させることがあり、電気抵抗溶接(ERW)時の溶接性の低下をもたらす問題点がありうる。
マンガン(Mn)は、固溶強化元素として強度の確保に寄与するだけでなく、鋼の硬化能を向上させてベイナイト組織の生成に効果的な元素である。マンガンは、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0.50~1.60重量%の含有量比で添加される。マンガンの含有量が0.50重量%より小さい場合、固溶強化の効果を十分に発揮することができない。また、マンガンの含有量が1.60重量%を超える場合、Sと結合してMnS介在物を生成させたり、またはインゴットに中心偏析を発生させることができ、これにより、形鋼の延性が低下し、耐腐食性が低下しうる。
シリコン(Si)は、アルミニウムと共に製鋼工程で鋼中の酸素を除去するための脱酸剤として添加される。また、シリコンは、固溶強化の効果も有することができる。前記シリコンは、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0.10~0.50重量%の含有量比で添加される。シリコンの含有量が全重量の0.10重量%未満の場合には、シリコン添加効果をまともに発揮することができない。逆に、シリコンの含有量が全重量の0.50重量%超過で多量添加時、鋼の溶接性を低下させ、再加熱および熱間圧延時に赤スケール(red scale)を生成させることにより、表面品質に問題をきたすことがある。
クロム(Cr)は、鋼の硬化能を向上させてベイナイト微細組織の確保に寄与する元素であり、フェライト安定化元素としてC-Mn鋼に添加時、溶質妨害効果で炭素の拡散を遅延して粒度の微細化に影響を及ぼす。前記クロムは、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0.10~0.70重量%の含有量比で添加される。クロムの含有量が全重量の0.10重量%未満の場合には、クロム添加効果をまともに発揮することができない。逆に、クロムの含有量が全重量の0.70重量%超過で多量添加時、鋼の製造単価を上昇させ、粒界に粗大な炭化物を形成させて鋼の延性を低下させることがあり、靭性および硬化性の観点から鋼の特性が低下する問題をきたすことがある。
銅(Cu)は、フェライトに固溶して固溶強化の効果を示す元素である。また、ベイナイト変態において析出せずに過飽和した銅が常温では組織中に固溶し、耐火鋼としての使用温度600℃の加熱時にベイナイト変態によって導入された電位上に銅相を析出し、その析出硬化によって母材の耐力を増加させる。前記銅は、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0超過0.5重量%以下の含有量比で添加される。銅の含有量が全重量の0.5重量%超過で多量添加時、熱間加工が難しく、析出強化は飽和し、靭性を低下させ、赤熱脆性の原因になる問題点が発生する。
モリブデン(Mo)は、鋼の硬化能を向上させてベイナイト微細組織の確保に寄与することができ、高温強度の確保に非常に効果的な元素であり、母材強度および高温強度の確保に有効な元素である。前記モリブデンは、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0.30~0.70重量%以下の含有量比で添加される。モリブデンの含有量が全重量の0.30重量%未満であれば、上述した効果を実現することができず、モリブデンの含有量が全重量の0.70重量%超過で多量添加時、鋼の製造単価を上昇させ、粒界炭化物の生成を促進させて鋼の延性を低下させることがあり、クエンチング性が過度に上昇して母材および溶接熱影響部の靭性が劣化する問題点が発生する。
リン(P)は、固溶強化によって鋼の強度を高め、炭化物の形成を抑制する機能を行うことができる。前記リンは、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0超過0.020重量%以下の含有量比で添加される。リンの含有量が0.020重量%を超える場合には、トランプ元素(Tramp element)として介在物などを生成して鋼の延性を低下させることがあり、析出挙動によって低温衝撃値が低下する問題がある。
硫黄(S)は、微細MnSの析出物を形成して加工性を向上させることができる。前記硫黄は、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0超過0.01重量%以下の含有量比で添加される。硫黄の含有量が0.01重量%を超える場合、トランプ元素(Tramp element)として介在物などを生成して鋼の延性を低下させることがあり、靭性および溶接性を阻害し、低温衝撃値を低下させることがある。
窒素(N)は、AlNなどの窒化物系析出物を形成して結晶粒の微細化に寄与し、高温強度を確保するのに寄与することができる。前記窒素は、本発明の一実施例による形鋼の全重量の0超過0.012重量%以下の含有量比で添加される。前記窒素の含有量が0.012重量%を超えると、溶接部の靭性が低下し、衝撃値が低下しうる。
ホウ素(B)は、強力な焼入性元素として鋼の強度の向上に寄与する。本発明の一実施例による形鋼において、ホウ素は、選択的に0超過0.003重量%以下で添加することができる。万一、ホウ素の含有量が本発明の一実施例による形鋼の全重量の0.003重量%を超える場合には、粒界偏析による材質偏差を発生させる問題点がある。
ニッケル(Ni)は、硬化能を増大させ、靭性を向上させる元素であり、バナジウム(V)は、圧延中に析出物を形成して強度を増加させる効果があり、特に、窒素の添加量に応じて析出量を制御できる元素であり、ニオブ(Nb)は、NbCまたはNb(C、N)の形態で析出して母材および溶接部の強度を向上させる元素であり、チタン(Ti)は、高温TiNの形成によりAlNの形成を抑制し、Ti(C、N)などの形成により結晶粒の大きさの微細化効果を有する元素である。本発明の一実施例による形鋼は、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくとも1種以上を含有し、その含有量の合計が形鋼の全重量の0.01~0.5重量%の含有量比で添加される。本発明の一実施例による形鋼に含有されたニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくとも1種以上の含有量の合計が0.01重量%より低い場合、上述した添加効果を期待することができず、0.5重量%より高い場合、部品の製造コストが高くなり、脆性クラックが発生し、母相中の炭素含有量が減少して鋼の特性が低下する問題が発生しうる。
図1は、本発明の一実施例による形鋼の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図1を参照すれば、本発明の一実施例による優れた耐火特性を有する形鋼の製造方法は、再加熱ステップS100と、熱間圧延ステップS200と、QST(Quenching&Self-Tempering)ステップS300とを含む。形鋼圧延工程は、再加熱過程、熱間変形工程、冷却工程により製造される。再加熱過程では、半製品状態であるビームブランクを1200~1250℃まで再加熱する。次に、熱間圧延工程は、各圧延ロール(RM、IM、FM)を経て、910~950℃で最終仕上げ圧延を圧延完了後、表面加速冷却装置であるQST(Quenching and Self Tempering)設備によりSTT765~800℃を確保することを特徴とする。
以下、本発明の理解のために好ましい実験例を提示する。ただし、下記の実験例は本発明の理解のためのものに過ぎず、本発明が下記の実験例によって限定されるものではない。
Claims (4)
- 炭素(C):0.08~0.17重量%、マンガン(Mn):0.50~1.60重量%、シリコン(Si):0.10~0.50重量%、クロム(Cr):0.10~0.70重量%、銅(Cu):0超過0.5重量%以下、モリブデン(Mo):0.30~0.70重量%、リン(P):0超過0.02重量%以下、硫黄(S):0超過0.01重量%以下、窒素(N):0超過0.012重量%以下、ホウ素(B):0超過0.003重量%以下、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくともいずれか1つ以上の合計:0.01~0.5重量%および残部鉄(Fe)とその他の不可避不純物からなり、
常温における引張強度が490~620MPaであり、降伏強度が355MPa以上であり、降伏比が0.8以下であり、600℃の高温降伏強度が273MPa以上であることを特徴とする、
形鋼。 - 0℃の衝撃吸収エネルギーが200J以上であることを特徴とする、
請求項1に記載の形鋼。 - 最終微細組織は、ベイナイトを含むことを特徴とする、
請求項1に記載の形鋼。 - (a)炭素(C):0.08~0.17重量%、マンガン(Mn):0.50~1.60重量%、シリコン(Si):0.10~0.50重量%、クロム(Cr):0.10~0.70重量%、銅(Cu):0超過0.5重量%以下、モリブデン(Mo):0.30~0.70重量%、リン(P):0超過0.02重量%以下、硫黄(S):0超過0.01重量%以下、窒素(N):0超過0.012重量%以下、ホウ素(B):0超過0.003重量%以下、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくともいずれか1つ以上の合計:0.01~0.5重量%および残部鉄(Fe)とその他の不可避不純物からなる鋼材を1200~1250℃に再加熱するステップと、
(b)前記鋼材を、圧延開始温度1050~1100℃且つ圧延終了温度910~950℃となるように熱間圧延するステップと、
(c)前記熱間圧延された鋼材をQST(Quenching&Self-Tempering)処理するステップであって、水冷冷却終了温度およびセルフテンパリング温度が765~800℃であるステップと、を含み、
前記(c)ステップを行った形鋼の常温における引張強度は490~620MPaであり、降伏強度が355MPa以上であり、降伏比が0.8以下であり、600℃の高温降伏強度は273MPa以上である、
形鋼の製造方法。
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