KR100951248B1

KR100951248B1 - 인장강도 1100㎫급 심가공용 고장력강 및 이를 이용한저온고압용기의 제조방법

Info

Publication number: KR100951248B1
Application number: KR1020020077645A
Authority: KR
Inventors: 홍순택
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2010-04-05
Also published as: KR20040050005A

Abstract

본 발명은 저온 및 고압용 압력용기, 자동차용 CNG저장용기 등에 주로 사용되는 인장강도 1100MPa급 심가공용 고장력강에 관한 것이다.

이 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%, Ni: 1.0% 이하(0%는 제외), P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Ca: 0.0005~0.002%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 그 미세조직이 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트의 3상 복합조직임을 포함하여 이루어진다.

또한, 이 강을 이용한 저온고압용기의 제조방법 역시 제공된다.

이 강은 미량의 Ca을 첨가함에 의해 압연방향으로 길게 연신되는 개재물을 구상화 함으로써, 압연방향에 따른 재질의 이방성을 줄여주어 열간압연 공정에서 폭출비에 관계없이 심가공 후 크랙이 발생되지 않는 인장강도 1100MPa급의 저온고압용기를 제공하는 효과가 있다.

고장력강, 인장강도, 심가공용, Ca, 구상화 열처리, 저온고압용기

Description

인장강도 1100㎫급 심가공용 고장력강 및 이를 이용한 저온고압용기의 제조방법{High tensile-strength steels with 1100MPa grade for deep drawing and method for manufacturing low-temperature and high-pressure vessel using the same}

본 발명은 저온 및 고압용 압력용기, 자동차용 CNG저장용기 등에 주로 사용되는 인장강도 1100MPa급 심가공용 고장력강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ca을 첨가하므로써 개재물의 압연방향성을 제거하여 압연 폭출비의 제한을 받지 않는 인장강도 1100MPa급 심가공용 고장력강 및 이를 이용한 저온고압용기의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 선행하는 기술로는 본 발명자가 출원한 대한민국 특허 출원번호 2001-85552호가 있다. 상기 선행기술은 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(0%는 제외), P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 그 미세조직이 페라이트+퍼얼라이트+베이나이트로 이루어진 3상 복합조직강에 관한 것이다. 상기 선행기술의 인장강도 1100MPa급 저온고압용기의 제조방법에서는 제조된 강판의 압연방향에 따른 이방성을 최소화하여 딥드로잉(Deep drawing)성을 부여하기 위해 압연 폭출비(폭출비 = 압연 후 강판의 폭 / 압연 전 슬라브의 폭)를 1.4 이상으로 제한하고 있다. 이러한 제약 때문에 상기 선행기술은 초기 슬라브의 두께 및 폭에 따라 다소 차이는 있지만 가장 보편적인 슬라브 크기(두께:220mm, 폭:2150mm)를 기준으로 할 때, 압연 초기 폭내기압연(슬라브의 길이 방향이 폭방향이 되도록 압연하는 것)의 횟수를 최소한 4회 이상 실시하여야 하므로, 압연생산성 및 생산제품의 치수에 제한이 발생하게 되어 전반적으로 생산성의 저하를 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압연 폭출비의 제한없이 압연 생산성과 제품의 치수제한을 완화하기 위하여 Ca을 첨가함으로써 개재물의 압연방향성을 제거한 심가공용 고장력강 및 이를 이용한 저온고압용기의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 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(0%는 제외), P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Ca: 0.0005~0.002%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 그 미세조직이 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트의 3상 복합조직임을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 조성되는 강을 1000~1250℃로 재가열한 다음 800~980℃에서 마무리 압연한 후, 노말라이징 열처리한 후, A_c1~A_c3에서 1~5시간 동안 구상화 열처리한 후, 심가공한 다음 850~950℃에서 소입 및 550℃~ A_c1에서 소려하는 것을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 미량의 Ca을 첨가하여 개재물을 구상화 시킴으로써 강판의 압연 이방성을 완화시킬 수 있어 기존의 압연 폭출비 제한을 해제하는데 특징이 있는 것으로, 강 성분과 저온고압용기의 제조방법을 나누어서 설명한다.

[강 성분]

C: 0.25~0.40중량%

상기 C는 목표로 하는 소정의 강도를 확보하기 위해 첨가되는 성분으로, 0.25중량% 미만 첨가되면 강도가 급속하게 저하되고, 0.40중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 크게 저하되므로, 그 함량을 0.25~0.40중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.15~0.40중량%

상기 Si는 제강 공정에서 중요한 탈산제로 작용할 뿐만 아니라 고용강화 원소로서 강도에 영향을 미치는 성분으로, 0.15중량% 미만 첨가되면 강도의 확보가 어렵고, 0.40중량%를 초과하여 첨가되면 인성의 저하를 초래하므로, 그 함량을 0.15~0.40중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.4~1.0중량%

상기 Mn은 강의 강도 및 인성에 중요한 영향을 미치는 성분으로, 0.4중량%미만 첨가되면 첨가 효과를 기대하기 어렵고, 1.0중량%를 초과하여 첨가되면 가공성이 저하될 뿐만 아니라 제조비의 상승을 초래하므로, 그 함량을 0.4~1.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 0.001~0.05중량%

상기 Al은 Si와 더불어 제강 공정에서 강력한 탈산제로 작용하는 성분으로, 0.001중량% 미만 첨가되면 탈산효과가 미미하고, 0.05중량%를 초과하여 첨가되면 탈산효과가 포화되므로, 그 함량을 0.001~0.05중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Cr: 0.8~1.2중량%

상기 Cr은 소입성을 부여하기 위한 필수적인 성분으로, 0.8중량% 미만 첨가되면 소입성의 부족으로 강도확보가 어려우며, 1.2중량%를 초과하여 첨가되면 제조비의 상 승을 초래하므로, 그 함량을 0.8~1.2중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.15~0.35중량%

상기 Mo는 Cr과 마찬가지로 소입성에 유효하고 황화물 크랙을 방지할 뿐만 아니라 소입-소려 후 미세 탄화물의 석출에 의해 강도의 확보에 유효한 성분이다. 상기 Mo의 함량이 0.15중량% 미만이면 강도의 확보가 어렵고, 0.35중량%를 초과하면 제조비용이 상승하므로, 그 함량을 0.15~0.35중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ni: 1.0중량% 이하(0%는 제외)

상기 Ni은 저온 인성의 향상에 가장 효과적인 성분으로, 1.0중량%를 초과하여 첨가되면 고가의 Ni첨가에 따른 제조비 상승을 초래하므로, 그 함량을 1.0중량% 이하(0%는 제외)로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.015중량% 이하

상기 P는 불순물로서, 함량이 0.015중량%를 초과하면 저온인성을 해치므로, 그 함량을 0.015중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

S: 0.010중량% 이하

상기 S는 P와 더불어 저온인성에 악영향을 미치는 성분으로, 함량이 0.010중량%를 초과하면 저온인성을 해치므로, 그 함량을 0.010중량% 이하로 제한하는 것이 바람 직하다.

Ca: 0.0005~0.002중량%

상기 Ca는 MnS와 같이 압연방향으로 길게 연신되는 개재물을 구상화시켜 압연 후 압연방향에 따른 재질 이방성을 줄여줄 수 있는 핵심적인 성분으로, 0.0005중량% 미만 첨가되면 개재물의 구상화 효과를 기대할 수 없고, 0.002중량%를 초과하여 첨가되면 오히려 개재물의 증가를 초래하므로, 그 함량을 0.0005~0.002중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

상기한 조성을 갖는 강은 그 미세조직이 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트의 3상 복합조직을 갖도록 하여야 하며, 미세조직 내에 마르텐사이트의 조직이 존재하면 심가공 공정 전에 실시하는 구상화 열처리 후, 강도의 상승원인으로 작용하게 된다. 따라서, 미세조직 내에 마르텐사이트 조직이 존재하지 않도록 각별히 주의해야 한다.

[저온고압용기의 제조방법]

상기와 같이 조성되는 강을 1000~1250℃로 재가열한 다음, 800~980℃에서 마무리 압연한다. 상기 재가열 온도가 1000℃ 미만이면 용질원자의 고용이 어렵고, 1250℃ 를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기가 너무 조대해져 강판의 품질을 저하시키므로, 상기 재가열 온도는 1000~1250℃로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마무리 압연온도가 800℃ 미만이면 미재결정역 압연량이 과다해져 재질의 이방성을 초래하므로써 심가공성을 해치며, 980℃를 초과하면 결정립이 조대해져 강재의 물성을 해치므로, 상기 마무리 압연온도는 800~980℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 마무리 압연 후, 통상의 조건에서 노말라이징 열처리한다. 본 발명은 상기 노말라이징 열처리를 통하여 그 미세조직이 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트의 3상 복합조직을 갖게 되며, 이때 마르텐사이트 조직이 발생되면 구상화 열처리 후의 강도가 너무 높아져 성형성을 해치게 된다.

상기 노말라이징 열처리 후, A_c1~A_c3에서 1~5시간 동안 구상화 열처리하여, 탄화물 구상화율이 80% 이상이 되도록 한다. 상기 구상화 열처리 온도가 A_c1 미만이면 구상화가 어렵고, A_c3를 초과하면 구상화된 탄화물 및 조직이 오스테나이트로 변태되므로, 상기 구상화 열처리 온도는 A_c1~A_c3으로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 구상화 열처리 시간이 1시간 미만이면 구상화율의 확보가 어렵고, 5시간을 초과하면 열처리 비용이 증가될 뿐만 아니라 생산성을 저하시키므로, 상기 구상화 열처리 시간은 1~5시간으로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄화물 구상화율이 80% 미만이면 심가공성이 확보될 수 없으므로, 상기 탄화물 구상화율은 80% 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 구상화 열처리 후, 심가공한 다음 850~950℃에서 소입 및 550℃~A_c1에서 소려한다. 상기 소입온도가 850℃ 미만이면 고용용질 원소들의 재고용이 어려워 강도를 확보하기 어렵고, 950℃를 초과하면 결정립 성장이 일어나 저온인성을 해치므로, 상기 소입온도는 850~950℃로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소려온도가 550℃ 미만이면 인성의 확보가 어렵고, A_c1을 초과하면 강도의 확보가 어려우므로, 상기 소려온도는 550℃~ A_c1으로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 조성되는 강을 1000~1250℃로 재가열한 다음, 하기 표 2와 같은 조건으로 마무리 압연한 후, 890℃에서 노말라이징 열처리하여 강판을 제조하였다. 상기 강판을 하기 표 2의 조건으로 구상화 열처리한 다음 심가공 후, 하기 표 2의 조건으로 소입 및 소려 처리하였다.

상기 표 2에서 나타난 바와 같이, Ca를 미량 첨가한 발명재(1~6)는 열간압연 시 폭출비에 관계없이 심가공 후 크랙을 유발 하지 않음을 알 수 있다. 이에 반해 Ca를 첨가하지 않은 종래재(1~3)은 열간압연 시 폭출비 1.4 이상의 조건에서는 크랙이 발생되지 않지만, 1.4 미만에서는 크랙이 발생함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 미량의 Ca을 첨가함에 의해 압연방향으로 길게 연신되는 개재물을 구상화 함으로써, 압연방향에 따른 재질의 이방성을 줄여주어 열간 압연 공정에서 폭출비에 관계없이 심가공 후 크랙이 발생되지 않는 인장강도 1100MPa급의 저온고압용기를 제공하는 효과가 있다.

Claims

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(0%는 제외), P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Ca: 0.0005~0.002%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 그 미세조직이 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트의 3상 복합조직임을 포함하여 이루어지는 인장강도 1100MPa급 심가공용 고장력강.
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(0%는 제외), P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Ca: 0.0005~0.002%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 1000~1250℃로 재가열한 다음 800~980℃에서 마무리 압연한 후, 노말라이징 열처리한 후, A_c1~A_c3에서 1~5시간 동안 구상화 열처리한 후, 심가공한 다음 850~950℃에서 소입 및 550℃~A_c1에서 소려하는 것을 포함하여 이루어지는 인장강도 1100Mpa급 저온고압용기의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 구상화 열처리 후에 구상화율이 80% 이상임을 특징으로 하는 인장강도 1100MPa급 저온고압용기의 제조방법.