KR100825596B1

KR100825596B1 - 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 고강도 극후물 강판의제조방법

Info

Publication number: KR100825596B1
Application number: KR1020060132564A
Authority: KR
Inventors: 김상호; 서인식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-04-25

Abstract

조선, 건축 및 해양구조물 등에 주로 사용되고, 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법이 제공된다.

이 강판은 중량%로, C: 0.06~0.1%, Si: 0.1~0.45%, Mn: 1.4~1.6%, P: 0.012% 이하, S: 0.003% 이하, B: 0.0002~0.0015%, Ti: 0.005~0.03%, Nb: 0.005~0.03%, N: 0.008% 이하를 포함하여 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하고, 표면온도 기준 Ar₃ + 60℃ 온도 이하에서 40% 이상의 압하량으로 마무리압연을 실시한 다음 300~500℃까지 2~6℃/초의 냉각속도로 냉각한다.

본 발명에 따르면, 인장강도 500MPa 이상, -40℃에서의 샤피충격에너지가 100J 이상이면서 두께방향 경도편차가 40Hv 이하로서 두께방향 재질편차가 적은 보론 첨가 고강도 극후물 강판을 제공할 수 있다.

두께방향 재질편차, 보론, 극후물, 고강도, 조선

Description

두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING BORON ADDED HIGH STREGNTH THICK STEEL PLATE HAVING LESS INHOMOGENEITY IN THE THICKNESS DIRECTION}

본 발명은 조선, 건축 및 해양구조물 등의 용도로 사용되는 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고강도를 가지면서 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 극후물 강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 강에 보론을 첨가하게 되면 보론원자가 오스테나이트 입계에 편석하여 페라이트의 생성을 억제하므로 베이나이트, 마르텐사이트와 같은 저온변태조직이 생성된다. 즉, 강중 보론의 첨가는 강의 경화능을 높여 강재의 강도를 크게 향상시킨다. 또한, 구조재료에 필요한 고강도 강판을 얻기 위해서 강판 제조공정 중 압연 후 수냉을 실시하게 되면 보론의 경화능을 더욱 높일 수 있다.

그러나, 강판의 두께가 증가하면 수냉시 두께방향으로의 냉각속도의 차이가 발생하게 되는데, 이로 인해 보론의 경화능이 두께방향으로 차이가 나타나게 된다. 즉, 표층부에서는 냉각속도가 매우 빠르므로 저온변태조직의 분율이 증가하게 되고, 반대로 두께방향 중심부에서는 저온변태조직의 분율이 감소하고 연한 페라이트-펄라이트 조직이 형성될 수 있다. 그 결과, 두께방향 재질편차가 크게 발생하게 되는 것이다.

이와 같은 보론첨가 고강도 극후물 강판에서 발생하는 두께방향 재질편차를 줄이기 위해 주로 직접담금질-소려처리(Direct Quenching & Tempering, DQT)를 이용하는 방법이 있으나, 온라인 공정인 열가공제어법(Thermo-Mechanical Control Process, TMCP)에 비해 오프라인 열처리로 인한 비용 증가와 함께 생산성이 좋지 않다는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 오프라인 열처리없이도 합금원소 및 공정조건의 제어에 의해 인장강도 500MPa 이상, -40℃에서의 샤피충격에너지가 100J 이상이면서 두께방향 경도편차가 40Hv 이하인 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C: 0.06~0.1%, Si: 0.1~0.45%, Mn: 1.4~1.6%, P: 0.012% 이하, S: 0.003% 이하, B: 0.0002~0.0015%, Ti: 0.005~0.03%, Nb: 0.005~0.03%, N: 0.008% 이하를 포함하여 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 표면온도 기준 Ar₃ + 60℃ 온도 이하에서 40% 이상의 압하량으로 마무리압연을 실시하는 단계; 및

상기 마무리압연된 강판을 300~500℃까지 2~6℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하여 이루어지는 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 극후물 강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 보론첨가 고강도 극후물 강판에서 발생하는 두께방향 재질편차를 줄이기 위한 방안을 모색하던 중, 오프라인 열처리없이도 합금원소 및 공정조건의 제어에 의해 고강도를 가지면서 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 극후물 강판을 제조할 수 있다는 연구결과를 기초로 하여 본 발명을 제안하는 것이다.

이하, 본 발명의 강성분의 조성범위를 설명한다.

C의 함량은 0.06~0.1중량%가 바람직하다.(이하, 단지 '%'로 기재함)

상기 C는 극후물 강판의 강도를 확보하기 위해 필수적인 원소로서, 그 함량이 0.06% 미만인 경우에는 본 발명에서 요구하는 인장강도 확보가 어렵고, 0.1%를 초과하여 첨가할 경우에는 충격인성 확보가 어렵고 용접특성이 매우 저하되어 용접구조용으로 사용이 곤란할 수 있다. 따라서 상기 C의 함량은 0.06~0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si의 함량은 0.1~0.45%가 바람직하다.

상기 Si는 용강의 탈산을 위해 필요한 원소이므로 0.1% 이상 투입할 필요가 있다. 그러나, 0.45%를 초과하여 투입할 경우에는 인성이 크게 저하되므로, 상기 Si의 함량은 0.1~0.45%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn의 함량은 1.45~1.6%가 바람직하다.

상기 Mn은 강도 확보를 위해 필요한 원소로서, 1.4% 미만이면 극후물 강판의 강도 확보가 어려울 수 있고, 1.6%를 초과하면 용접부 인성을 저하시키므로 용접구조용 강판으로 사용이 어려울 수 있다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 1.4~1.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

P의 함량 0.012% 이하, S의 함량은 0.003% 이하가 바람직하다.,

상기 P와 S는 강의 인성을 크게 저하시키는 원소로서 최대한 낮추는 것이 필요하나, 제강공정상의 부하를 고려하여 적정수준으로 관리하는 것이 필요하다. 상기 P와 S는 각각 0.012%, 0.003% 이하에서는 물성상의 큰 문제를 야기하지 않으므로, 그 상한을 각각 0.012%와 0.003%로 제한한다.

B의 함량은 0.0002~0.0015%가 바람직하다.

상기 B은 오스테나이트 입계에 편석하여 페라이트 형성을 억제하므로 강의 경화능을 높이는 원소이다. 소량의 첨가만으로 강도 향상에 기여하나, 0.0002% 미만에서는 강도 향상 효과가 미미하므로 B의 하한은 0.0002%으로 한다. 반대로 B를 0.0015%를 초과하여 투입할 경우에는 표층부 부근에 높은 경도의 베이니틱 페라이트가 형성되어 두께방향 재질편차를 크게 하므로, 그 상한을 0.0015%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti의 함량은 0.005~0.03%가 바람직하다.

상기 Ti는 오스테나이트 결정립을 미세화시켜 인성을 높이는 것과 함께, B의 경화능을 조절할 수 있는 원소이다. B의 강도향상 효과를 이용하기 위해서는 압연 후에 B이 원자상태로 존재하여야 한다. 재가열 또는 압연 중에 고용 N이 존재하면 B와 결합하여 BN을 형성하므로, N에 대한 친화력이 더 큰 Ti를 첨가하여 BN이 형성되는 것을 억제해야 한다. 따라서, Ti는 0.005% 이상 첨가하여야 하나, 0.03%를 초과하여 투입할 경우에 그 효과가 포화되고 조대한 개재물을 형성하여 인성을 낮추므로 그 상한을 0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.

Nb의 함량은 0.005~0.03%가 바람직하다.

상기 Nb는 경화능을 높이는 원소이며, 특히, Nb와 B의 상승작용으로 B의 경화능을 높이는 역할을 하므로 강도를 크게 향상시킨다. 또한, 강을 미세화시켜 인성을 향상시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.005% 이상을 첨가하여야 하나, 0.03%를 초과하는 경우에는 지나친 강도상승에 따라 강의 인성을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 상기 Nb의 함량은 0.005~0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.

N의 함량은 0.008% 이하가 바람직하다.

상기 N은 제강공정에서 피할 수 없는 원소이나, 강중에 고용된 상태로 있을 경우 모재의 인성을 떨어뜨리고, 일부는 B와 결합하여 BN을 형성함으로써 B의 강도 향상 효과를 저하시키므로, 그 함량을 0.008% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

이하, 상기와 같이 조성되는 강을 강판의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열한 다음 조압연한 후 표면온도 기준으로 Ar₃(변태개시온도)+60℃ 온도 이하에서 40% 이상의 압하율로 마무리 압연을 실시한다.

두께방향으로 경도분포를 균일화하기 위해서는 강판의 경화능이 지나치게 상승하는 것을 막아야 한다. 표면온도 기준으로 마무리압연 개시온도가 Ar₃(변태개시 온도)+60℃를 초과하면 표층부의 경화능이 지나치게 상승하여 마르텐사이트 등의 저온조직이 다량 형성되어 표층부와 강판 내부의 경도 차이가 커질 수 있다. 따라서, 표층부와 두께중심부의 경도 차이를 줄이기 위해서는 마무리압연 개시온도를 Ar₃(변태개시온도)+60℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 마무리압연 압하율이 클수록 강판의 결정립 크기가 두께방향으로 균일하게 미세화되므로 두께방향으로 동일한 미세조직을 형성할 가능성이 높아진다. 따라서, 본 발명에서 목표로 하는 두께방향 경도편차를 40Hv 이하로 가져가기 위해서는 마무리압연 압하율을 40% 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 마무리압연된 강판을 300~500℃까지 2~6℃/초의 냉각속도로 냉각한다.

강재의 냉각 종료온도가 500℃를 초과하는 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 50~100mm의 강판에서 모재의 강도 확보가 어려울 수 있고, 냉각 종료온도가 300℃ 미만일 경우에는 모재의 강도 확보에는 유리하나, 표층부에 저온변태조직이 과다 생성되어 두께방향 재질편차를 크게 하며 충격인성을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 상기 냉각종료온도는 300~500℃로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각속도가 2℃/s 미만이면 모재의 강도확보가 어려울 수 있고, 반대로 상기 냉각속도가 6℃/s를 초과하면 두께방향 재질편차가 커지므로 강판의 냉각속도는 2~6℃/s 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 보론첨가 고강도 극후물 강판의 두께는 50~100mm의 범위를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 강판은 인장강도 500MPa 이상, -40℃에서의 샤피충격에너지 100J 이상 및 두께방향 경도편차 40Hv 이하를 가질 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 성분 조성을 갖는 강 슬라브를 1100℃로 재가열한 후 조압연하고, 하기 표 2에 제시된 조건으로 마무리 압연 및 가속냉각을 실시하였다. 강판의 최종두께는 80mm 이다. 마무리 압연온도는 모두 표면온도 기준이고, 강판의 Ar₃ 온도(변태개시온도)는 783℃이다.

강판두께의 1/4 지점에서 채취된 시편으로부터 측정된 항복강도, 인장강도, 충격인성과 함께, 비커스 경도기준로 강판의 표층와 두께중심부의 경도값의 차이를 나타내는 △Hv를 하기 표 3에 나타내었다. 여기서, 충격인성은 -40℃에서 시험한 3개의 샤피충격에너지의 평균값을 나타낸다.

C	Si	Mn	P	S	Sol.Al	Nb	Ti	B	N
0.082%	0.21%	1.58%	0.009%	0.003%	0.028%	0.019%	0.013%	0.0008%	0.004%

구분	마무리압연 개시온도(℃)	마무리압연 종료온도(℃)	마무리압연 압하율(%)	냉각 개시온도(℃)	냉각 종료온도(℃)	냉각속도 (℃/sec)
발명재1	834	825	45	819	328	4.5
발명재2	774	765	45	752	305	5.2
발명재3	821	813	45	804	463	3.1
발명재4	814	802	45	793	344	5.9
발명재5	818	810	40	792	388	4.3
발명재6	839	823	45	817	313	5.5
발명재7	802	788	40	786	489	2.6
비교재1	863	845	45	832	389	3.6
비교재2	894	870	45	856	375	3.4
비교재3	809	801	30	794	432	5.4
비교재4	825	811	45	802	354	6.8
비교재5	832	824	45	815	487	1.2
비교재6	828	816	45	804	575	3.3
비교재7	826	807	40	799	276	4.2

구분	항복강도(MPa)	인장강도(MPa)	충격인성(-40℃,J)	ΔHv
발명재1	471	595	230	34
발명재2	469	576	216	35
발명재3	425	532	316	26
발명재4	462	587	272	36
발명재5	456	568	251	30
발명재6	489	618	179	36
발명재7	427	525	319	23
비교재1	503	624	145	67
비교재2	532	667	32	94
비교재3	469	578	167	56
비교재4	504	643	189	87
비교재5	387	479	297	23
비교재6	376	485	286	28
비교재7	494	632	42	57

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재 1~7의 경우, 본 발명에서 목표로 하는 인장강도와 충격인성을 만족하면서 표층부와 두께중심부의 경도 차이가 40 이하로서 우수한 특성을 나타내었다.

그러나, 비교재 1과 2는 본 발명에서 요구하는 마무리압연 개시온도를 초과하는 경우로 강도상승효과는 크나, 두께방향 경도차이가 67, 94로서 매우 큰 것을 알 수 있으며, 특히 마무리압연 개시온도가 매우 높은 비교재 2에서는 매우 큰 두께방향 재질편차가 발생하는 것을 알 수 있다.

또한, 비교재 3은 마무리압연 압하율이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우로 두께방향 재질편차에 있어서 열위한 특성을 나타내었다. 그리고 비교재 4는 냉각속도가 지나치게 높은 경우로 강도상승효과가 크나 두께방향 재질편차 측면에서 본 발명에서 요구하는 성능 범위를 크게 초과하는 것을 알 수 있다.

반대로, 비교재 5는 두께방향 재질편차는 매우 낮으나, 냉각속도가 너무 낮아 강도 특성을 만족하지 못하고 있다. 또한, 비교재 6과 7은 냉각종료온도가 본 발명의 범위에서 벗어난 경우로, 비교재 6과 같이 냉각종료온도가 지나치게 높으면 강도 확보가 어렵고, 반대로 비교재 7과 같이 냉각종료온도가 매우 낮으면 충격인성 확보의 어려움과 함께, 두께방향 재질편차 측면에서 본 발명의 목표를 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인장강도 500MPa 이상, -40℃에서의 샤피충격에너지가 100J 이상이면서 두께방향 경도편차가 40Hv 이하로서 두께방향 재질편차가 적은 보론 첨가 고강도 극후물 강판을 제공할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.06~0.1%, Si: 0.1~0.45%, Mn: 1.4~1.6%, P: 0.012% 이하, S: 0.003% 이하, B: 0.0002~0.0015%, Ti: 0.005~0.03%, Nb: 0.005~0.03%, N: 0.008% 이하를 포함하여 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 표면온도 기준 Ar₃ + 60℃ 이하 765℃ 이상에서 40% 이상의 압하량으로 마무리 압연을 실시하는 단계; 및

상기 마무리압연된 강판을 300~500℃까지 2~6℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하여 이루어지는 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 강판의 두께는 50~100mm인 것을 특징으로 하는 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강판은 인장강도 500MPa 이상, -40℃에서의 샤피충격에너지 100J 이상 및 두께방향 경도편차 40Hv 이하인 것을 특징으로 하는 두께방향 재질편차가 적은 보론첨가 고강도 극후물 강판의 제조방법.