KR100363188B1 - 인장강도 150kgf/㎟급 초고장력 강판의 제조방법 - Google Patents

인장강도 150kgf/㎟급 초고장력 강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조용 재료에 사용되는 인장강도 150kgf/mm2급 고장력강의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 종래의 140kgf/mm2급 고장력강에 미량의 Ti 및 Nb 첨가와 직접소입 공정의 적용을 통하여 공정의 단순화와 고강도-고인성화를 도모함에 있다.
본 발명은, 중량%로 C:0.15-0.25%, Mn:0.5-1.5%, Si:0.3%이하, Ni:4.0-6.0%, Cr:0.2-1.0%, Mo:1.0-2.0%, V:0.05-0.10%, Ti:0.005-0.02%, Nb:0.01-0.06%, P:0.015%이하, S:0.010%이하와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 1.100-1.300℃의 온도에서 충분히 가열한 후, 각 압연패스당 5-30%의 압하율 및 미재결정 온도구역인 750-950℃에서 누적압하량 25%이상의 조건으로 열간압연하고 30초이내에 냉각을 개시하여 2.5-50℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각한 다음, 500-625℃에서 1시간이상 소려처리하여 이루어지는 인장강도 150kgf/mm2급 초고장력강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

인장강도 150ｋｇｆ/㎟급 초고장력 강판의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING ULTRA HIGH STRENGTH STEEL WITH TENSILE STRENGTH 150kgf/㎟ GRADE}
본 발명은 구조용 재료에 사용되는 인장강도 150kgf/mm2급 고장력강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는, 열간압연직후 직접소입하는 강의 제조방법에 속한다.
일반적으로 장갑판재, 포재료, 로켓트, 모타케이스, 랜등기어, 무기시스템 등의 구조용 재료에는 고강도의 고장력강이 사용되고 있다. 구조용 재료에 많이 이용되고 있는 고장력강으로는, 인장강도 140kgf/mm2급 고장력강이 있으며 그 제조방법은 다음과 같다. 중량%로, C:0.15-0.25%, Mn:0.5-1.5%, Si:0.3%이하, Ni:4.0-6.0%, Cr:0.2-1.0%, Mo:1.0-2.0%, V:0.05-0.10%, P:0.015%이하, S:0.010%이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1.200℃이상에서 충분히 가열한 후 약 950℃부근에서 열간압연을 종료하고 상온까지 공냉후 880-925℃에서 재가열(오스테나이트화 열처리)하여 수냉하고 500-625℃에서 소려처리하여 제조하고 있다.
이와 같은 제조방법은, 재가열과정에 의한 제조비용이 상승되는 문제가 있으며, 계속하여 고강도의 고장력강이 요구되는 현실을 감안할 때 강의 강도수준이 낮은 편이다. 또한, 강도 수준에 비해 비교적 낮은 충격인성을 갖는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 단점을 극복하기 위해 종래의 140kgf/mm2급 고장력강에 미량의 Ti 및 Nb 첨가와 직접소입 공정의 적용을 통하여 공정의 단순화와 고강도-고인성화를 도모하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 발명강과 종래강의 강도를 비교한 그래프.
도 2는 발명강과 종래강의 저온충격인성을 비교한 그래프.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인장강도 150kgf/mm2급 초고장력강판의 제조방법은, 중량%로 C:0.15-0.25%, Mn:0.5-1.5%, Si:0.3%이하, Ni:4.0-6.0%, Cr:0.2-1.0%, Mo:1.0-2.0%, V:0.05-0.10%, Ti:0.005-0.02%, Nb:0.01-0.06%, P:0.015%이하, S:0.010%이하와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 1.100-1.300℃의 온도에서 충분히 가열한 후, 각 압연패스당 5-30%의 압하율 및 미재결정 온도구역인 750-950℃에서 누적압하량 25%이상의 조건으로 열간압연하고 30초이내에 냉각을 개시하여 2.5-50℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각한 다음, 500-625℃에서 1시간이상 소려처리하는 것으로 구성된다.
이하, 상기 성분범위 및 제조조건의 한정이유를 설명한다.
C는 강도와 소입성을 확보하기 위한 가장 기본적인 원소로 이를 위해 0.15%이상 첨가되어야 하며, 0.25%이상 첨가시는 용접성을 해치며 탄화물 형성 이외의 기지조직 내 고용 C에 의해 인성이 열화될 우려가 있으므로 0.15-0.25%의 범위로 제한한다.
Mn은 강도의 증가에 유효한 원소로 이를 위해 0.5%이상 첨가하나 1.5%를 넘으면 MnS의 형성으로 인성이 저하되므로 0.5-1.5%의 범위로 제한한다.
Si는 Mn과 같이 강도향상에는 어느 정도 효과가 있지만 SiO2등의 산화물을 형성하여 인성을 해칠 우려가 있으므로 0.3%이하로 제한한다.
Ni은 저온인성의 확보를 위해서는 필수적인 합금원소로 저온인성의 확보를 위해4.0%이상 첨가하는 것이 필요하지만 고가인 관계로 4.0-6.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr은 M2C 탄화물에 직접 관계하는 합금원소로 0.2%이상 첨가하나 1.0%이상 첨가되면 용접성을 해치므로 0.2-1.0%의 범위로 제한한다.
Mo은 Cr과 같이 M2C 탄화물의 석출에 직접 관련된 합금원소이고 또한 소려취성을 방지하는데 가장 효과적인 원소로 이를 위해 1.0%이상 첨가되어야 하나 고가인 관계로 2.0%이하로 제한한다.
V은 Cr, Mo등과 함께 소입성의 증대 및 M2C 탄화물의 석출에 직접 관련된 합금원소로 0.05%이상 첨가되어야 하나 고가인 관계로 0.1%이하로 제한한다.
P는 충격인성을 해치고 소려취성을 유발시키는 원소이므로 그 함량은 0.015%이하로 제한하는 것이 유효하다.
S은 충격인성과 용접성을 해치는 원소이므로 0.01%이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Ti은 본 발명의 핵심원소로서 미세한 TiC의 석출을 일으켜 강도를 증가시키고 용접부 인성의 저하를 방지할 수 있는 합금원소이다. 그 함유량이 0.005%이하면 그 효과를 극대화할 수 없고, 0.02%이상 첨가되면 TiO2등과 같은 불필요한 개재물의 형성을 조장시키므로 0.005-0.02%로 한정한다.
Nb은 Ti과 더불어 본 발명의 핵심원소로서 재결정온도를 증가시켜 압연시 제어압연효과를 증대시켜 많은 전위의 도입으로 강도의 상승에 기여하는 원소이다. 그 함유량이 0.01%이하로 되면 재결정온도의 상승효과를 기대할 수 없고 0.06%이상의 첨가는 과도한 NbC 등의 불필요한 탄화물을 조장시키므로 0.01-0.06%의 범위로 제한한다. 본 발명의 목표강도인 150kgf/mm2급을 위해서는 상기 Ti와 Nb를 첨가하면서 직접소입을 적용하는 것이 필수적이다.
상기와 같이 조성되는 슬라브를 가열하는데, 이때의 가열온도는 1.100-1.300℃가 바람직하다. 가열온도가 1.100℃이하의 경우 압연종료온도를 맞추기 어렵고, 1.300℃이상으로 가열하는 경우 결정립의 이상성장을 초래하여 강의 인성이 저하되기 때문이다.
상기와 같이 가열한 후 열간압연하는데, 이때는 압하율과 미재결정온도역에서 압연종료온도를 적절히 선정하는 것이 중요하다. 강도와 인성을 개선하기 위해 각 압연패스당 압하율을 5%이상으로 하나, 30%이상으로 압하하는 경우 저온구역에서 압연설비의 과부하를 초래하므로 각 압연패스당 압하율은 5-30%로 압연종료시까지 연속압연하는 것이 바람직하다.
그리고, 압연종료온도는 750-950℃로 하는데, 이는 750℃이하인 경우 압연설비의 과부하를 초래할 수 있고, 950℃ 이상의 경우 재결정 압연구역이어서 강도를 저하시킬 우려가 있기 때문이다. 이 온도구역에서 누적압하율은 가공효과를 주기 위해 25%이상으로 확보하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 열간압연을 종료한 후 냉각을 개시하는데, 이때 냉각개시전 까지 유지시간이 짧을수록 미재결정 압하효과를 크게 할 수 있으며 반면 시간이 너무 길어지면 미재결정 압하효과가 줄어들므로 상기 압연종료후 유지시간은 30초 이내로 한정하는 것이 효과적이다.
이어 냉각(직접소입)하는데, 이것은 본 발명에 있어서 Ti와 Nb의 첨가와 함께 150kgf/mm2급 강의 제조에 필수적인 과정이다. 이때의 냉각속도는 빠를수록 강도의 확보측면에서는 유리하지만 후판냉각의 최대범위인 50℃/sec를 그 상한으로 하여야 하며, 2.5℃/sec이하의 속도로 냉각하면 두께50mmm를 초과할 경우 100% 마르텐사이트가 아닌 강판 중심부의 강도확보에 불리한 베이나이트와 같은 조직의 생성이 우려되므로 냉각속도는 2.5-50℃/sec로 제한하는 것이 바람직하다.
소려처리는 직접소입에 의해 얻어진 강판의 인성확보 및 탄화물형성에 의한 강도확보를 위해 중요한 공정중의 하나이다. 500℃이하에서는 소려취성 및 템퍼마르텐사이트 취성의 유발로 인성의 확보가 어렵고 625℃이상에서는 강도의 급격한 저하가 우려되므로 500-625℃에서 1시간이상 소려처리를 실시한다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
[실시예]
아래 표 1에 나타난 종래강 및 발명강을 아래 표 2에 나타나 있는 제조조건으로 제조한 다음, 기계적 특성을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
강종 화학성분(중량%)
C Mn Si P S Ni Cr Mo V Nb Ti
종래강1 0.19 1.0 0.25 0.010 0.005 5.00 0.50 1.50 0.08 - -
발명강A 0.20 1.2 0.20 0.010 0.004 5.15 0.50 1.20 0.09 0.025 0.008
발명강B 0.21 1.1 0.25 0.012 0.005 4.75 0.40 1.70 0.07 0.040 0.015
시편번호 제조조건 기계적물성
소입조건 열간압연종료온도(℃) 압연종료후 유지시간(sec) 냉각속도(℃/sec) 소려온도(℃) 항복강도(kgf/mm2) 인장강도(kgf/mm2) -40℃충격에너지(J)
발명강A 1 직접소입 850 20 10 500 132.5 153.8 39.6
2 600 131.0 152.1 48.5
3 900 10 30 550 132.4 152.0 50.8
발명강B 1 800 30 30 550 136.4 156.7 45.3
2 850 10 10 500 135.2 154.0 43.5
3 900 20 10 550 137.0 158.0 44.4
4 600 133.1 154.3 50.5
종래강 1 재가열소입 900 - 공냉 500 119.5 144.0 31.5
2 550 121.8 140.8 31.0
3 600 123.0 139.5 32.5
상기표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 종래강의 경우 항복강도 120kgf/mm2급 및 인장강도 140kgf/mm2급 고장력강을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 이때의 -40℃ 충격인성은 약 30Joules를 나타내고 있다.
이에 반해, 미량의 Ti와 Nb을 첨가하고 직접소입공정을 적용시킨 발명강(A,B)의 경우 종래강에 비해 항복강도 및 인장강도 모두 약 10kgf/mm2정도의 증가를 가져오며, 동시에 -40℃ 충격인성도 약 10-20Joules정도의 향상된 값으로 종래대비 약 30-50%의 대폭적으로 향상된 것을 알 수 있다. 도 1 및 도 2에는 본 발명강의 강도와 충격인성을 종래강과 비교하여 그래프로 나타태었다.
이와 같이 발명강의 경우 직접소입에 의해 재가열공정을 생략할 수 있으므로 제조공정의 단순화는 물론 강도 및 저온인성의 동반향상을 가져올 수 있는 제조방법임을 알 수 있다.
통상적으로 강의 강도와 인성의 관계는 서로 반비례의 관계를 갖지만 본 발명의 경우 우수한 강도와 인성을 동시에 갖는 이유는 2가지로 요약할 수 있다.
첫째, 직접소입에 의해 합금원소의 고용도 증대와 열간압연후 곧바로 소입처리함에 의해 전위밀도 및 공공의 증가로 강도의 상승을 초래하였으며 또한, 미재결정 압하에 의한 유효결정립의 미세화로 인성이 확보되어 강도-인성이 동시에 증가되는 관계를 갖게 된다.
둘째, 소려처리과정에서 미세한 M2C 및 Ti(Nb)C의 복합탄화물의 석출이 강도의 확보를 가능하게 한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명강은 미량의 Ti 및 Nb첨가와 직접소입법 적용에 의해 강도와 인성을 각각 약 10kgf/mm2및 10-20Joules정도 증가시키면서도 경제적인 방법으로 고장력강을 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 중량%로 C:0.15-0.25%, Mn:0.5-1.5%, Si:0.3%이하, Ni:4.0-6.0%, Cr:0.2-1.0%, Mo:1.0-2.0%, V:0.05-0.10%, Ti:0.005-0.02%, Nb:0.01-0.06%, P:0.015%이하, S:0.010%이하와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 1.100-1.300℃의 온도에서 충분히 가열한 후, 각 압연패스당 5-30%의 압하율 및 미재결정 온도구역인 750-950℃에서 누적압하량 25%이상의 조건으로 열간압연하고 30초이내에 냉각을 개시하여 2.5-50℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각한 다음, 500-625℃에서 1시간이상 소려처리하여 이루어지는 인장강도 150kgf/mm2급 초고장력강판의 제조방법.
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