KR100544745B1

KR100544745B1 - 심가공용 인장강도 1100ＭＰａ급 저온-고압용기용 후강판및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100544745B1
Application number: KR1020010085552A
Authority: KR
Inventors: 홍순택
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-01-24
Also published as: KR20030055537A

Abstract

본 발명은 저온 및 고압용 압력용기, 자동차용 CNG저장용기 등에 주로 사용되는 기존에 이음매 없는 파이프를 사용하여 제조하던 강을 대체 가능한 새로운 개념의 합금설계 및 구상화 열처리 방법을 제공하여 딥 드로잉으로 제조 가능한 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 후강판은 중량%로 C : 0.25~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, Ni : 1.0%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성되고, 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직이다.

심가공, 인장강도, 후강판, 압연종료, 노말라이징 열처리, 구상화 열처리

Description

심가공용 인장강도 1100ＭＰａ급 저온-고압용기용 후강판 및 그 제조방법 { Deep Drawing Steel Plate with TS 1100MPa for Application at Low-temperature and High-pressure Vessel and Manufacturing Method thereof }

본 발명은 심가공(Deep Drawing)용 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 저온 및 고압용 압력용기, 자동차용 CNG저장용기 등에 주로 사용되는 기존에 이음매 없는 파이프를 사용하여 제조하던 강을 대체 가능한 새로운 개념의 합금설계 및 구상화 열처리 방법을 제공하여 딥 드로잉으로 제조 가능한 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에는 인장강도 1100MPa급 저온고압용 용기강의 제조를 위해 이음매없는 파이프(Seamless Pipe)를 사용하여 스피닝형(Spinning type)의 가공법을 통해 압력 용기용 실린더를 제작하였다.

이음매 없는 파이프로 제작된 인장강도 1100Mpa를 갖는 종래의 강은 중량%로 C : 0.25~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, V : 0.10%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 및 나머지 불가피한 불순물로 구성되고, 스피닝가공 후 적정 소입-소려 열처리를 행하여 인장강도 1100MPa를 갖도록 하였다.

이러한 방법으로 제작된 실린더는 외관이 미려하지 못하고 이음매가 있다는 문제점을 가지고 있다.

또한 종래기술에 의한 강은 이음매 없는 파이프용으로 제작하는 강이므로 소입-소려 후 강력한 탄화물 석출 원소인 V이 약 0.07% 정도 함유되어 있어 딥 드로잉(Deep Drawing) 공정 전에 구상화 열처리 후 그 강도가 너무 높아 딥 드로잉으로는 직접 대체 사용될 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고 개선점을 달성하기 위해 안출한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 인장강도 1100MPa급의 강으로 심가공 용으로 적합한 합금설계를 통한 강재와 심가공에 필요한 적정 열처리 방법을 제공하여 외관이 미려하고 이음부가 없는 저온고압용기용 강 및 그것을 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 심가공용 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판은, 중량%로 C : 0.25~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, Ni : 1.0%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성되고, 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직 강이다.

또한, 본 발명에 따른 심가공용 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판의 열간압연 후강판의 제조 방법은, 중량%로 C : 0.25~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, Ni : 1.0%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성되는 강괴를 1000~ 1250℃에서 가열 후, 압연 폭출비(폭출비 = 압연 후 강판의 폭 / 압연 전 슬라브의 폭)를 1.4이상 유지하도록 압연하여 800℃~ 980℃에서 압연종료하고, 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직 형태로 구성하기 위하여 노말라이징 열처리하고, 심가공 전 적절한 가공성을 부여하기 위해 구상화 열처리하고, 구상화율이 80% 이상되도록 Ac₁이상 및 Ac₃이하의 온도에서 1 ~ 5시간 유지한 후, 850℃~ 950℃에서 오스테나이트 조직으로 변태를 위해 적정시간 유지 후 퀀칭을 실시하고 550℃ 이상에서 템퍼링을 실시하는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 심가공용 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판은, 중량%로 C : 0.25~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, Ni : 1.0%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성된다.

이하, 본 발명의 강의 성분에 대하여 설명한다.

C는 목표로 하는 소정의 강도를 확보하기 위한 가장 중요한 원소로 그 첨가량이 너무 낮으면 강도가 급히 저하되고 첨가량이 증가되면 용접성이 크게 해쳐지므로 0.25~0.38% 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

Si는 제강 공정에서 중요한 탈산제의 역할뿐만 아니라 고용강화 원소로서 강도에 영향을 미치므로 0.15~0.40%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

Mn은 강의 강도 및 인성에 중요한 영향을 미치는 기본적인 합금원소이며, 0.4%미만에서는 그 효과를 기대하기 어렵고 1.0%를 초과해서 첨가하면 가공성이 저하되고 합금원료비의 상승이 유발되므로 0.4~1.0%로 한정함이 바람직하다.

Al은 Si와 더불어 제강 공정에서 강력한 탈산제의 하나이며, 0.001% 미만에서는 그 효과가 미미하고 0.05% 이상의 첨가 시에는 그 효과의 증대효과가 없으므로 0.001~0.05%로 한정한다.

Cr은 소입성을 부여하기 위한 필수적인 합금원소이다. 0.8% 미만의 첨가시 소입성의 부족으로 강도의 확보가 어려우며, 1.2% 이상의 과다 첨가는 제조비의 상승을 초래하므로 0.8~1.2%로 한정한다.

Mo역시 Cr과 같이 소입성에 유효한 합금원소인 반면 황화물 크랙을 방지하는 원소로 알려져 있고, 소입-소려 후 미세 탄화물의 석출에 의해 강도의 확보에 유효한 원소이므로 0.15~0.35%의 범위에서 첨가함이 바람직하다

Ni은 저온 인성의 향상에 가장 효과적인 원소이긴 하지만 고가이므로 1.0%이하의 범위내에서 첨가함이 바람직하다.

P 는 저온인성을 해치는 원소이나 제강 공정에서 제거하는데 과대한 비용이 소요되므로 0.015%이하의 범위 내에서 관리한다.

S 역시 P와 더불어 저온인성에 악 영향을 주는 원소이지만 제강 공정에서 제거하는데 과대한 비용이 들므로 0.015%이하의 범위 내에서 관리함이 적절하다.

상기와 같은 조성을 갖는 강을 노말라이징 처리를 하면 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직으로 구성되도록 함이 필요하며, 마르텐사이트의 조직이 존재하면 심가공 공정 전에 실시하는 구상화 후 강도의 상승원인으로 작용하므로 각별한 주의를 요한다.

본 발명의 제조방법에 의해서 제조된 강판은 용기제조 후 인장강도 1100MPa 및 TL방향 -50℃ 저온충격인성 60Joules 이상이 확보되어야 하는 것이 요구된다.

이하에서는, 상기의 조건을 만족하는 본 발명에 따른 심가공용 저온-고압용기용 후강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 제조방법은 중량%로 C : 0.25~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, Ni : 1.0%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성되는 강괴를 1000~ 1250℃에서 재가열하는 것이 바람직하다. 그 이유는 재가열 온도가 1000℃보다 낮을 경우 용질원자의 고용이 어렵고, 가열온도가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기가 너무 조대하게 되어 강판의 성질을 해치기 때문이다.

심가공용 강판의 균일한 성형성을 위해서는 열간압연시 압연 폭출비(폭출비 = 압연 후 강판의 폭 / 압연 전 슬라브의 폭)를 1.4이상 유지하여 압연방향과 압연수 직 방향의 재질 이방성을 개선하는 것이 필요하다.

또한, 본 발명에 의한 강의 제조를 위해 800℃~ 980℃에서 압연종료하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 압연종료 온도가 800℃보다 낮으면 미재결정역 압연량이 과다하여 재질의 이방성이 초래하여 심가공성을 해치며, 압연종료온도가 980℃이상으로 되면 결정립이 조대하여 강재의 물성을 해치기 때문이다.

상기 조건으로 압연된 강판은 통상의 노말라이징 열처리를 통해 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직 형태로 구성되도록 하여야 하며 마르텐사이트 조직이 존재하면 구상화 열처리 후 강도가 너무 높아 성형성을 해치게 된다.

심가공 전 적절한 가공성을 부여하기 위해 구상화 열처리가 필요하며, 심가공을 위해 구상화 후의 강도가 인장강도 650MPa 이하를 부여하기 위해 Ac₁이상 및 Ac₃이하의 온도에서 1 ~ 5시간 유지한 후 구상화율 80% 이상이 되도록 한다. 그 이하의 구상화율에 의해서는 심가공성이 확보될 수 없기 때문이다.

심가공 후 인장강도 1100MPa및 -50℃ 충격인성 60Joules 이상을 확보할 수 있는 소입-소려 열처리 방법은 850℃~ 950℃에서 퀀칭 후 550℃ 이상에서 템퍼링을 실시한다. 퀀칭온도가 850℃ 보다 낮으면 고용용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어렵고 퀀칭온도가 950℃보다 높아지면 결정립 성장이 일어나 저온인성을 해치기 때문이다. 그리고 템퍼링의 경우 그 온도가 550℃보다 낮으면 인성의 확보가 어렵게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 표1은 본 발명의 바람직한 실시예의 강재A, B 및 종래기술의 강재C 의 화학성분을 나타낸다.

다음의 표2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제조조건에 따른 제조방법 및 종래기술에 의한 제조조건 및 물성을 비교한다.

상기 표2에서 열간압연 시 폭출비 1.4 이상의 확보가 심가공 후 crack를 발생시키지 않는 필수 조건임을 알 수 있다. 그리고 종래의 이음매없는 파이프 용 강으로 합금설계된 강은 구상화 후 강도가 650MPa를 초과하여 가공이 힘들고 심가공 후 크랙이 존재하여 심가공용 강으로의 사용은 불가능함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 새로운 개념의 합금선정, 적정 압연조건, 구상화열처리조건, 열처리 조건의 적용에 의해 외관이 미려하고 이음부가 없는 저온고압용기용 강을 심가공에 의해 제조가 가능하는 효과를 제공한다.

Claims

중량%로 C : 0.251~0.40%, Si : 0.15~0.40%, Mn : 0.4~1.0%, Al : 0.001~0.05%, Cr : 0.8~1.2%, Mo : 0.15~0.35%, Ni : 1.0%이하, P : 0.015%이하, S : 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성되고, 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직인 심가공용 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판.
중량%로 C: 0.25~0.40%, Si: 0.15~0.40%, Mn: 0.4~1.0%, Al: 0.001~0.05%, Cr: 0.8~1.2%, Mo: 0.15~0.35%, Ni: 1.0%이하, P: 0.015%이하, S: 0.010%이하 나머지 불가피한 불순물로 구성되는 강괴를 1000~ 1250℃에서 가열 후, 압연 폭출비(폭출비 = 압연 후 강판의 폭 / 압연 전 슬라브의 폭)를 1.4이상 유지하도록 압연하여 800℃~ 980℃에서 압연종료하고, 그 미세조직이 페라이트 + 퍼얼라이트 + 베이나이트로 3상 복합조직 형태로 구성하기 위하여 노말라이징 열처리하고, 심가공 전 적절한 가공성을 부여하기 위해 구상화 열처리하고, 구상화율이 80% 이상되도록 Ac₁이상 및 Ac₃이하의 온도에서 1 ~ 5시간 유지한 후, 850℃~ 950℃에서 오스테나이트 조직으로 변태를 위해 적정시간 유지 후 퀀칭을 실시하고, 550℃ 이상에서 템퍼링을 실시하는 심가공용 인장강도 1100MPa급 저온-고압용기용 후강판의 열간압연 후강판의 제조 방법.