KR100431870B1

KR100431870B1 - 용접구조용 강의 제조방법

Info

Publication number: KR100431870B1
Application number: KR10-2000-0079241A
Authority: KR
Inventors: 오경식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2004-05-20
Also published as: KR20020049916A

Abstract

본 발명은 용접구조용 강에 관한 것으로, LF 또는 RH공정에서 Zr를 첨가한 다음 Ti을 첨가하여 연속주조후 강 슬라브내에 Zr-Ti계 복합 미세개재물을 균일 분포시킴으로써, 용접시 열영향부 조직의 조대화를 방지할 수 있는 용접구조용 강을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C: 0.06~0.30%, Si: 0.05~0.50%, Mn: 0.5~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.025이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 용강을 1차 탈산한 다음 LF 또는 RH에서 2차 탈산하고 연속주조하여 강 슬라브를 만든 후 열간압연하는 것을 포함하여 이루어지는 용접구조용 강의 제조방법에 있어서,

상기 LF 또는 RH에서의 2차 탈산시에는, 먼저 50~150ppm의 Zr을 투입하여 Zr-Mn-Si산화물을 형성하고, 상기 Zr투입으로부터 3~5분경과 후 150~500ppm의 Ti을 투입하여 연속주조후 강 슬라브에 Zr-Ti복합 산화물이 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 용접구조용 강의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

용접구조용 강의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING STEEL FOR WELDING STRUCTURE}

본 발명은 용접구조용 강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강중에 Zr-Ti계 산화물을 미세 분산시켜 용접 열영향부(HAZ)의 조직 조대화를 방지한 용접구조용 강에 관한 것이다.

강재를 용접하는 경우, HAZ부의 조직이 조대화되면 용접부의 인성이 저하되므로, 이를 해결하기 위한 열처리 및 용접기술 등에 대한 연구가 진행되고 있다.

관련된 기술로서, US특허 4629504호에서는 강재 내에 Ti계 산화물을 미세 분산시켜이들을 기점으로 미세한 페라이트를 생성하는 Ti산화물 강이 개시되어 있다. 그러나, 상기 Ti산화물 강의 경우 알루미늄을 70ppm이하로 규제하고 있으며 또한 강중 개재물의 조성이 Ti산화물이 주된 개재물이 되기 위해서는 알루미늄을 10~20ppm이하로 관리해야 하고, 또한, 강중 총산소량을 10~100ppm으로 규제하고 있지만 총 산소량이 높으면 개재물 평균크기도 커지기 때문에 실제로는 20~40ppm으로 관리해야 하는데, 상기한 바와 같이, 강중 알루미늄의 함량을 10~20ppm 범위로 관리하고 강 중 총산소량을 20-40ppm으로 규제하기 위해서는, Si-Mn탈산만으로는 실제 조업상 어려운 점이 많다.

상기한 Ti산화물 강의 문제점을 개선하기 위한 기술로서, 일본 특개평6-299286호에서는 Zr-Ti계 산화물을 이용하는 기술을 개시한 바 있다. 그러나, 이 기술은 Ti첨가 용강에 Zr을 턴디쉬 스토파를 통해 침지노즐내부로 투입하는 기술로서, Zr의 함량을 120ppm이하로 하여 Ti-Mn-Si산화물을 Zr을 포함하는 복합산화물로 균일 분산시키기 때문에, Si-Mn탈산용 강내에 Zr을 먼저 첨가한 다음 이 용강에 Ti을 첨가하는 본 발명의 기술과는 차이가 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래 방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 LF 또는 RH공정에서 Zr를 첨가한 다음 Ti을 첨가하여 연속주조후 강 슬라브내에 Zr-Ti계 복합 미세개재물을 균일 분포시킴으로써, 용접시 열영향부 조직의 조대화를 방지할 수 있는 용접구조용 강을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 Zr 및 Ti함량에 따른 주편내 비금속개재물의 평균크기를 나타낸 그래프

도 2는 Zr 및 Ti함량에 따른 주편내 비금속개재물의 양을 나타내는 그래프

도 3(a),(b)는 발명예(1)과 비교예(2)의 용접 HAZ부 조직을 나타내는 사진

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

상기 LF 또는 RH에서의 2차 탈산시에는, 먼저 50~150ppm의 Zr을 투입하여 Zr-Mn-Si산화물을 형성하고, 상기 Zr투입으로부터 3~5분경과 후 150~500ppm의 Ti을 투입하여 연속주조후 강 슬라브에 Zr-Ti복합 산화물이 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 용접구조용 강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 발명자는, 강한 탈산력을 지니며 산화물 비중이 크고 응고도중 고액계면에 포착되기 쉬워서 주편 내에서 미세분산이 가능한 원소 Zr을 이용하면, 기존의 Ti 산화물 강의 제조시 문제가 되는 강중 알루미늄의 관리, 산소의 관리 등을 보다 용이하게 할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, Zr을 단독으로 이용하는 것 보다 Zr-Ti계 복합 미세개재물을 주편내 균일 분포시키켠, 용접시 열 영향부의조직이 조대화되는 것을 방지하는데, 한층 더 큰 효과를 얻을 수 있다는 점에 착안하여, 본 발명을 완성시킨 것이다.

이하, 강 성분에 대하여 설명한다.

본 발명의 용강중에는, C, Si, Mn, P, S, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물이 함유되는데, 상기 C는 강재에 강도를 부여하는 역할을 하는 성분으로서, 강도 확보를 위해서는 0.06% 이상 함유되어야 하지만, 과잉첨가되면 HAZ부의 경화를 초래하기 때문에, 그 함량의 상한은 0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 1차 탈산 및 강재의 강도 부여에 기여하는 성분으로서, 그 함량이 0.5%미만인 경우에는 그 첨가 효과가 미약하고, 2.0%이상 함유하는 경우에는 HAZ부의 경화를 초래하므로, 그 함량은 0.5~2.0%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 상기 Mn과 같이 1차 탈산을 위해 첨가되는 성분으로서, 탈산제로서의 효과를 얻기 위해서는 0.05%이상 첨가되어야 하지만, 과잉 첨가되는 경우에는 용강내 Si산화물이 과잉으로 존재하여 기계적 성질에 악영향을 미치며, HAZ부 인성향상에도 도움을 주지 못하므로, 그 함량의 상한은 0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 P및 S는 불순물로서 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 각각 0.025%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성된 용강은, Mn 및 Si를 이용하는 1차 탈산을 실시한 후 LF 또는 RH공정에서 2차 탈산된다. 이 때, 본 발명에서는 상기 LF 또는 RH공정에서 적정한 용존산소가 존재하는 용강에 먼저 Zr을 투입하고 3~5분후 Ti을 첨가하는 것을 특징으로 한다. 그 이유는, 상기 LF 또는 RH공정에서 먼저 Zr을 투입하고 교반하면, Al보다 탈산력이 높은 Zr은 용존산소 및 Si산화물(MnO·SiO₂,)과 같은 저급 산화물과 반응하여 Zr을 주성분으로 하는 미세한 산화물 및 Zr-Ti계를 주성분으로 하는 복합산화물로 변환되어 비중이 커져서, 부상분리가 감소되는 것이다. 또한, MnO·SiO₂는 미세화되고 산화물들은 응고도중 고액계면에 포착되기 쉬워서 균일하게 분포되며, 용존산소를 10~20ppm으로 관리하는 것도 용이하게 된다.

다음, 상기 Zr을 투입한 후 Ti을 첨가하면 상기 산화물을 기점으로 응고중 Ti산화물이 추가로 생성되어 Zr-Ti가 주가 되는 산화물로서 되고, 이들이 미세 분산하여 이후 HAZ부 IGF를 용이하게 생성시키는 것이다. 즉, HAZ부(용접 열영향부)의 조직을 미세 페라이트로 하는 경우, Zr단독 산화물의 경우 보다 Zr-Ti 복합 산화물을 이용하면, 용존산소 및 Al을 제어하기가 용이하고 주편내 보다 많은 량의 개재물을 미세 분산시킬 수 있어서, 결과적으로 HAZ 미세 페라이트 조직을 확보하여 이후 용접부 인성도 더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 Ti의 투입시기는 상기한 Zr의 작용을 고려하여 Zr투입후 3~5분으로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 Zr은 강 탈산제로서, 그 함량은 50~200ppm으로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 Zr이 50ppm미만일 경우 용존 산소함량을 충분히 낮추는 것이 곤란하고 200ppm이상일 경우 Zr을 주성분으로 하는 복합 산화물로만 존재하여 입내 페라이트 형성효과가 미약하기 때문이다.

또한, 상기 Ti는 Zr을 주성분으로 하는 미세한 산화물을 핵으로 하여 미세 조정된 용존산소와 반응해 Zr-Ti계를 주성분으로 하는 미세한 산화물을 형성시켜 HAZ부 입내 페라이트(IGF) 형성에 기여하여 인성을 향상시키는 원소로서, 그 함량이 너무 적으면 Zr을 주성분으로 하는 복합산화물로만 존재하여 입내 페라이트 형성효과가 미약하고, 그 함량이 너무 많으면 과잉의 Ti 산화물이 형성되어 오히려 HAZ부 인성을 저하시키기 때문에, 150~500ppm으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 1차 및 2차 탈산이 종료되면, 연속주조하여 강 슬라브를 제조한 다음 통상의 방법에 따라 열연후판으로 제조하고, 이를 용접구조용으로 사용하는 것이다. 이 때, 상기 연속주조후 강 슬라브중에는 본 발명의 Zr-Ti복합 산화물이 존재하게 되고, 이것은 이후 용접도중 오스테나이트-페라이트 상 변태시 미세 페라이트가 생성되도록 하는 역할을 하는 것이다.

한편, 상기 강 슬라브내에 존재하는 Zr-Ti복합 산화물의 평균크기 및 분포량은 Zr 및 Ti의 함량과 관계가 있는데, 이것은 도 1 및 도 2를 통해 확인할 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, Zr의 함량을 50~200ppm, Ti의 함량을 150~500ppm으로 설정하면, 이후 강 슬라브중 존재하는 Zr-Ti개재물(Zr-Ti복합 산화물)은 평균크기가 1.7㎛ 이하이고, 그 면적분율이 10^-3이하로 분포하는 것을 알 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1와 같이 조성되는 강 슬라브에 대하여, 개재물의 조성 및 평균크기를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이 때, 개재물의 함량은 모두 10^-3이하를 만족하였다. 한편, 하기 표 1에서 발명예의 경우에는 모두, 본 발명의 방법에 따라, 2차 탈산시 먼저 Zr을 첨가한 다음 Ti을 첨가하였다.

구분	강성분(중량%)	개재물	HAZ충격인성
구분	C	Si	Mn	Zr(ppm)	Ti(ppm)	크기(㎛)	조성	0℃(Joule)	-20℃(Joule)
발명예1	0.085	0.05	1.19	150	150	1.53	Zr-Ti-Mn-O-MnS	278	240
발명예2	0.081	0.05	1.19	50	150	1.6	Ti-Zr-Mn-O-MnS	230	207
비교예1	0.084	0.05	1.18	150	50	1.8	Zr-Al-Si-O	184	31
비교예2	0.079	0.10	1.49	0	150	1.59	Ti-Mn-Al-Si-O	220	25

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 발명예(1),(2)에서는 강중 Zr-Ti계 복합산화물이 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 개재물의 평균크기도 1.7㎛이하이어서, 0℃ 및 -20℃ 충격인성이 모두 200J 이상으로 우수하였다.

한편, 발명예(1)과 비교예(2)를 이용해 용접구조용 강으로 제조한 시편의 HAZ부 조직을 도 3(a),(b)에 나타내었다. 도 3(a),(b)에 나타난 바와 같이, 발명예(1)의 경우에는 대부분의 조직이 미세한 페라이트 조직으로 이루어져 있음을 알 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, Zr-Ti복합산화물을 주편내 미세 분산시킴으로써, 강재용접시 HAZ부에 미세 페라이트 조직을 갖게하여 용접부 인성을 높여서, 구조용 강의 용접성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.06~0.30%, Si: 0.05~0.50%, Mn: 0.5~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.025이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 용강을 1차 탈산한 다음 LF 또는 RH에서 2차 탈산하고 연속주조하여 강 슬라브를 만든 후 열간압연하는 것을 포함하여 이루어지는 용접구조용 강의 제조방법에 있어서,

상기 LF 또는 RH에서의 2차 탈산시에는, 먼저 50~150ppm의 Zr을 투입하여 Zr-Mn-Si산화물을 형성하고, 상기 Zr투입으로부터 3~5분경과 후 150~500ppm의 Ti을 투입하여 연속주조후 강 슬라브에 Zr-Ti복합 산화물이 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 용접구조용 강의 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 강 슬라브중 Zr-Ti복합 산화물은 평균크기가 1.7㎛ 이하이고 강중 면적분율이 10^-3이하인 것을 특징으로 하는 용접구조용 강의 제조방법