KR100276278B1 - 고경도 저온인성을 갖는 100Kg급 초고장력후판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고경도이면서도 저온인성이 우수하여 방탄재로서 적합한 100Kg급 고장력 후판의 제조방법을 제긍하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.10-0.19%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.10-0.40%, P: 0.012%이하, S: 0.005%이하, Ni: 2.75-3.50%, Cr: 1.30-1.80%, Mo: 0.35-0.45%, V: 0.010-0.025%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 주괴(Ingot)를 50-70℃/Hr의 속도로 가열한 다음, 이를 분괴(bloom)로 압연한 후 압연된 분괴를 로냉시키고, 이후 통상의 후판압연을 행하고, 900-920℃의 온도범위에서 소입하고, 이어서 470-580℃의 온도범위에서 소려를 행함을 포함하여 구성되는 고경도 저온인성을 갖는 100kg급 초고장력 후판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고경도 저온인성을 갖는 100Kg급 초고장력 후판의 제조방법

본 발명은 전차외판, 자주포외판 등 방탄성이 요구되는 구조물에 사용되는 초고장력 후판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 고경도이면서 저온인성을 구비한 100Kg급 초고장력 후판 제조방법에 관한 것이다.

통상 강의 경도와 인성은 서로 상반되는 물성으로 경도가 높으면 인성이 저하되고 인성이 높으면 경도가 저하되는데, 방탄성이 요구되는 강의 경우 무엇보다도 경도가 높고 저온인성이 만족되어야 함은 물론 파단시험시 양호한 특성을 지녀야 한다. 그러나, 각종 방탄구조물에 사용되는 후판은 그 두께가 두꺼울수록 제조조건이 까다롭다고 알려져 있다.

현재 가장 많이 사용되는 100Kg급(인장강도 기준으로 약 90-120Kg 수준) 방탄용 강으로는 미국 루켄스사(Lukens Steel)에서 개발된 강올 들 수 았다. 즉, 상기 강은 C:0.25-0.30%, Si:0.25-0.40%, Mn:1.27-1.55%, P:0.007-0.015%, S:0.004-0.015%, B:0.015-0.03%, Mo:0.4-0.53%, Ti:0.030-0.037% 를 함유하고 있는데, 상기 강은 경도 증가를 위해 붕소를 침가하여 열처리시 강의 소입성을 크게 증가시킴에 특징이 있다. 그러나, 상기 강을 이용하여 후판을 제조하는 경우 후판 열처리시 붕소에 의해 온도에 대한 민감성이 커서 실제 제조시 그 재현성이 크게 저하되는 문제가 있다. 특히, 후판두께가 50-70mm 정도인 경우 그러한 현상은 더욱 심화되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 가지고 있는 합금성분인 붕소를 첨가하지 않으면서 각종 성분조성 및 제조조건을 적절히 제어하므로써, 고경도이면서도 저온인성이 우수한 100Kg급 고장력 후판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발밍은 중량%로 C: 0.10-0.19%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.10-0.40%, P: 0.012%이하, S: 0.005%이하, Ni: 2.75-3.50%, Cr: 1.30-1.80%, Mo: 0.35-0.45%, V: 0.010-0.025%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 주괴(Ingot)를 50-70℃/Hr의 속도로 가열한 다음, 이를 분괴(bloom)로 압연한 후 로냉시키고, 이후 통상의 후판압연을 행하고, 900-920℃의 온도범위에서 소입을 행하고, 이어서 470-580℃의 온도범위에서 소려하는 것을 포함하여 구성되는 고경도 및 저온인성이 우수한 100kg급 초고장력후판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 성분조성에 대하여 설명한다.

상기 탄소(C)는 강의 열처리시 소입성을 증가시켜 경도 및 강도를 증가시키는데, 그 함량이 0.19중량%이상의 과량이면 강인성 및 용접성에 유해하며, 0.10중량%이하로 소량이면 소입성이 낮아 경도를 보증할 수 없어 바람직하지 못하다.

상기 규소(Si)는 탄화물을 형성하며 Fe중에 고용되어 탄성한계 인장력을 높이는 원소로서 그 함량이 0.15중량%이하에서는 상기 효과가 미흡하고 0.35중량% 이상이면 페라이트조직 저하 및 비금속개재물(silicate)힝성으로 인성을 해치므로 바람직하지 못하다.

상기 망간(Mn)은 소입성 향상원소로 열처리시 경도를 향상시킬 수 있는 원소로서, 그 함량이 0.40중량%이상의 과다 첨가시 용접성을 해치고, 0.10중량%이하의 소량 첨가시 소입성 저하로 경도확보가 불안정하여 바람직하지 못하다.

상기 인(P)은 강판의 저온 충격인성을 저해시키는 가장 큰 불순물로서 내부품질을 열화시키므로 그 함량은 0.012중량%이하로 제한한다.

상기 유황(S)은 인(P) 성분과 동일한 유해원소로서 후판 제품에 있어서 저온충격인성 열화의 원인 및 용접성을 해치므로 0.005중량%이하로 제한한다.

상기 니켈(Ni)은 저온인성올 증가시키고 소입성을 향상시키는 합금원소이지만 고가이기 때문에 경제적인 측면에서 불리하며 소량 첨가시 그 효과가 적으므로 그 함량은 2.75-3.50중량%로 제한한다.

상기 크롬(Cr)은 소입성에 유효한 원소로 경도 및 강도 증가에 널리 사용되는 원소로 다량 첨가시 용접성에 유해하며, 소량 첨가시 경도확보에 불리하여 그 함량은 1.30-1.80중량%로 제한한다.

상기 몰리브덴(Mo)은 강 조직상 오스테나이트 상태의 크리프(creep) 파단강도의 향상에 기여하며, 소입성을 향상시켜 강도를 향상시키나 다량 첨가시 소려취성을 유발할 수도 있고 용접부 인성열화에 유해하므로 그 함량은 0.35-0.45중량%로 제한한다.

상기 바나듐(V)은 소입성에 유효하지만 용접성을 해치는 합금원소이므로 그 함량은 0.010-0.025중량%로 제한한다.

상기와 같은 조성범위를 갖는 강을 기초로 하는 본 발명의 제조방법은 연속주조보다는 일반적인 조괴-분괴과정을 이용한다. 즉, 일반적인 연주법은 제강정련후 연주조업시 불순물 및 기타 성분이 중심부에 몰리는 경향이 있어 최종 강의 내부품질검사를 위한 판단시험시 판단면의 중심에 균열, 성분, 불순물, 및 편석 등에 의한 연속적인 결함띠가 발생하여 50mm 이상되는 후판에는 적합하지 못한 반면 조괴-분괴공정을 통해 제조된 후판의 경우 우수한 내부품질이 유지될 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 제강공정에서 출강완료된 강을 주괴→분괴 공정을 거쳐 분산에 의한 성분 및 불순물의 편석을 최소화하여 제품의 내부품질을 확보하는데, 특히 상기 분괴공정에서의 압연전 주괴의 가열속도는 50-70℃/Hr의 완만한 속도로 실시하여 고합금강에서 생길 수 있는 열응력에 의한 표면균열발생을 최대한 역제함이 중요하다. 바람직하게는 분괴공정의 압연 종료후 일정형상의 분괴를 곧바로 밀폐된 공간에서 서냉시켜 분괴내에 잔존하는 불순물가스 특히, 수소가스를 외부로 방출시켜 내부품질 열화를 방지하는 것이다.

상기 분괴공정후 통상의 압연에 의해 원하는 두께의 후판을 얻는다. 본 발명에서는 약 6.35-70mm 두께의 후판에서도 내부품질이 우수한 특징이 있다. 압연후 소입-소려열처리를 실시한다. 열처리 조건은 두께와 원하는 물성치, 즉 경도와 저온인성 등을 고려하여 적용온도를 정하게 되는데, 본 발명에서는 약 900-920℃ 범위에서 소입을 행하고, 바로 470-580℃ 범위에서 소려를 행함이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 4종류의 주괴를 주조하고, 상기 주괴들을 각각 압연하여 분괴로 제조한 다음, 얻어진 분괴들을 각각 약 50℃/hr로 승온하면서 최종적으로 30mm 두께의 후판을 제조하였다. 제조된 후판은 각각 하기 표 2와 같은 조건으로 열처리를 하고 열처리된 후판에서 시편을 채취하고 채취된 시편에 대하여 기계적 시험들을 행하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

한편, 종래재는 C:0.27%, Si:0.30%, Mn:1.40%, P:0.008%, S:0.004%, B:0.020%, Mo:0.45%, Ti:0.035%를 함유한 강종을 대상으로 하였다.

또한, 기계적 특성에 대한 평가는 미해군군수규격에 제시된 MILL-A-12560H를 기준으로 하였는데, 두께 32mm이하의 후판의 경우 인장강도는 90-120Kg/㎟, 경도는 321-375HB, 저온인성(-40℃)은 3.9Kg.m 이상을 만족하면 바람직한 특성을 갖는 것으로 평가하였다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성범위를 만족하는 A 내지 D강을 사용하고 본 발명에 따른 적절한 열처리를 행한 발명재(1-7)의 경우 상기 규격에 해당하는 만족한 값을 지니고 있고 상대적으로 종래재보다 방탄특성도 우수하다고 평가되었다.

반면에 본 발명의 조성범위를 만족하는 A 내지 D강을 사용하였지만 본 발명의 열처리조건에 부합되지 않은 비교재(1-3)의 경우 상대적으로 저온인성이 저하되고 또한 경도가 매우 높아 방탄재로서는 적당치 못함을 알 수 있었다.

[실시예 2]

분괴의 가열속도를 70℃/hr, 후판 두께를 65mm로 하고 열처리조건을 하기 표 3과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 채취하고 채취된 시편에 대하여 기계적 시험들을 행하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

한편, 기계적 특성에 대한 평가는 미해군군수규격에 제시된 MILL-A-12560H를 기준으로 하였는데, 두께 32mm이상의 후판의 경우 인장강도는 90-120Kg/㎟, 경도는 269-311HB, 저온인성(-40℃)은 7.1Kg.m 이상을 만족하면 바람직한 특성을 갖는 것으로 평가하였다.

[표 3]

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성범위를 만촉하는 A 내지 D강을 사용하고 본 발명에 따른 적절한 열처리를 행한 발명재(8-14)의 경우 상기 규격에 해당하는 만족한 값을 지니고 있고 상대적으로 방탄특성도 우수하다고 평가되었다.

반면에 본 발명의 조성범위를 만족하는 A 내지 D강을 사용하였지만 본 발명의 열처리조건에 부합되지 않은 비교재(4-6)의 경우 경도 및 저온인성은 우수하지만 상대적으로 인장강도가 저하되어 방탄재로서는 적당치 못함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강성분조성 및 열처리조건을 적절히 제어하는 한편 특히 내부품질이 우수하도록 분괴압연전 적절히 가열하므로써, 경도 및 저온인성이 우수한 100Kg급 초고장력 후판이 제조되며, 제조된 후판은 방탄특성이 우수하여 방탄용 구조재로서 널리 이용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (정정) 중량%로, C: 0.10-0.19%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.10-0.40%, P: 0.012%이하, S: 0.005%이하, Ni: 2.75-3.50%, Cr: 1.30-1.80%, Mo: 0.35-0.45%, V: O.010-0.025%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 주괴(Ingot)를 50-70℃/Hr의 속도로 가열한 다음, 이를 분괴(bloom)로 압연한 후 압연된 분괴를 로냉시키고, 이후 통상의 후판압연을 행하고, 900-920℃의 온도범위에서 소입하고, 이어서 470-580℃의 온도범위에서 소려하는 것을 포함하여 구성되는 고경도 저온인성을 갖는 100kg급 초고장력후판의 제조방법.