KR101070018B1

KR101070018B1 - 딥 드로잉용 후강판 및 그 제조방법과 상기 후강판을 이용한 저온, 고압용기의 제조방법

Info

Publication number: KR101070018B1
Application number: KR1020080128892A
Authority: KR
Inventors: 장성호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2011-10-04
Also published as: KR20100070255A

Abstract

본 발명은 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판 및 그 제조방법과 상기 후강판으로 저온, 고압용기를 제조하는 방법에 관한 것으로써,

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: 0.15~0.8%, Ni: 1.0%이하, P: 0.015%이하, S: 0.015%이하, Ca: 0.0005~0.002%, Ti: 0.005~0.025%, B: 0.0005~0.002%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고 미세조직 중 오스테나이트의 평균입도(AGS, Austenite Grain Size)가 20㎛이하인 것을 특징으로 하는 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판 및 그 제조방법을 제공하고,

상기 후강판을 이용하여 노멀라이징을 생략할 수 있는 저온, 고압용기의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 미세한 결정립을 갖는 후강판을 제공할 수 있고, 이로 인해 노멀라이징을 생략할 수 있는 딥 드로잉용 강판을 제공함으로써, 생산시간 및 비용을 절감하고, 나아가 저온인성이 우수한 저온 고압용기를 제공할 수 있다.

후강판, 딥 드로잉, 노멀라이징, 저온 고압용기, 저온인성

Description

딥 드로잉용 후강판 및 그 제조방법과 상기 후강판을 이용한 저온, 고압용기의 제조방법{THICK STEEL SHEET FOR DEEP DRAWING, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING LOW-TEMPERATURE AND HIGH-PRESSURE VESSEL USING THE THICK STEEL SHEET}

본 발명은 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판 및 그 제조방법과 상기 후강판을 이용한 저온, 고압용기 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 강판의 제조시 재결정 제어압연을 통해 결정립을 미세화시켜 저온 인성을 확보한 후강판 및 그 제조방법과 상기 후강판을 이용함으로써 노멀라이징을 생략할 수 있어 경제성 및 생산성이 우수하게 저온, 고압용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래에는 높은 인장강도를 갖는 저온 고압용기를 제조하기 위해 이음매 없는 파이프(seamless pipe)를 사용하여 스피닝형(spinning type)의 가공법을 통해 압력 용기용 실린더를 제작하는 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 방법으로 제작된 실린더는 이음매가 존재하므로 외관이 미려하지 못하고 이음매 부분의 물성 저하의 문제점이 존재한다.

따라서 이러한 이음매 없는 압력용기용 실린더 제작을 위하여 딥 드로잉(deep drawing) 가공을 통해 두께 감소 없이 이음매 없는 실린더를 제작하는 방법이 적용된다. 그러나 딥 드로잉공정은 종래의 이음매 없는 강관가공 및 스피닝 타입의 가공 방식과는 큰 차이가 있으며, 특히 재료에 극심한 가공이 가해지므로 딥 드로잉전에 적절한 가공성을 부여하기 위하여 구상화 열처리가 수행된다.

이러한 구상화 열처리의 수행시간 단축을 위하여 구상화 열처리 전 노멀라이징(normalizing) 처리를 수행하여 사용한다. 이러한 별도의 노멀라이징 처리를 수행함으로써 생산성 및 경제성이 나빠지는 문제가 있다. 그러나 상기 노멀라이징을 생략할 경우에는 구상화 열처리 수행을 위해 장시간이 소요되어 강재의 생산성 및 생산 비용 면에서 좋지 않다는 단점이 있으며, 나아가 장시간의 구상화 열처리에 의해 발생하는 탈탄 현상으로 인하여 강재의 강도가 저하되는 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 존재한다.

또한 고강도화를 위한 다량의 함금첨가로 인해 저온인성의 향상을 위하여 소입(quenching)-소둔(annealing) 열처리 공정의 제어가 까다로운 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 강판의 제조시에 재결정 제어압연을 통하여 결정립을 미세화시켜 우수한 저온인성을 갖는 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판 및 그 제조방법을 제공하고, 상기 후강판을 이용하여 저온 고압용기를 제조할 때 노멀라이징을 생략할 수 있어 경제성 및 생산성이 우수하게 저온, 고압용기를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

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: 0.15~0.8%, Ni: 1.0%이하, P: 0.015%이하, S: 0.015%이하, Ca: 0.0005~0.002%, Ti: 0.005~0.025%, B: 0.0005~0.002%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고 미세조직 중 오스테나이트의 평균입도(AGS, Austenite Grain Size)가 20㎛이하인 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1100~1250℃의 온도범위로 재가열하고 Tnr~Tnr+100℃의 온도범위에서 각 압연 패스당 10%이상의 압하율을 가하여 누적압하율 50%이상이 되도록 열간압연한 후 Ar3~Tnr℃의 온도범위에서 압연종료하는 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1100~1250℃의 온도범위 로 재가열하고, Tnr~Tnr+100℃의 온도범위에서 각 압연 패스당 10%이상의 압하율을 가하여 누적압하율 50%이상이 되도록 열간압연한 후 Ar3~Tnr℃의 온도범위에서 압연종료한 다음, Ac1~Ac3의 온도범위에서 30분이상 구상화 열처리한 후 딥 드로잉(deep drawing)하고 850~950℃의 온도범위에서 퀀칭(quenching)하고 500~625℃의 온도범위에서 템퍼링(tempering)하는 저온 고압용기의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 미세한 결정립을 갖는 후강판을 제공할 수 있고, 이로 인해 노멀라이징을 생략할 수 있는 딥 드로잉용 강판 제공함으로써, 생산시간 및 비용을 절감하고, 나아가 저온인성이 우수한 저온 고압용기를 제공할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

이하 본 발명의 조성범위에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%)

탄소(C): 0.25~0.40%

C는 강도를 확보하기 위해 첨가되는 원소로 그 첨가량이 너무 낮으면 강도가 급격히 저하될 수 있고, 그 첨가량이 너무 많으면 용접성이 저하되므로 그 첨가량은 0.25~0.40%로 한정한다.

실리콘(Si): 0.15~0.40%

Si는 제강 공정에서 필요한 탈산제의 역할을 하며 고용강화 원소로서 강도에 도 영향을 미치므로 0.15~0.40%의 범위에서 첨가한다.

망간(Mn): 0.4~1.0%

Mn은 강의 강도 및 인성에 중요한 영향을 미치는 합금원소로서, 그 함량이 0.4% 미만일 경우에는 강도 및 인성의 효과를 기대하기 어렵고, 1.0%를 초과하는 경우에는 가공성이 저하되고 합금 원료의 비용이 상승할 수 있는바, 그 함량은 0.4~1.0%로 한정한다.

알루미늄(Al): 0.001~0.05%

Al은 Si와 마찬가지로 제강 공정에서 강력한 탈산제의 하나이며, 0.001%이상 첨가하지 않으면 그 효과가 미미하다. 그러나 0.05%를 초과하면 더 이상의 상승효과가 나타나지 않으므로 그 함량은 0.001~0.05%로 한정한다.

크롬(Cr): 0.8~1.2%

Cr은 소입성을 부여하기 위한 필수적인 합금원소로써, 그 함량이 0.8%미만일 경우에는 소입성이 저하되어 강도의 확보가 어려우며, 1.2%를 초과하여 첨가되면 제조비의 상승을 초래하므로 그 범위는 0.8~1.2%로 한정한다.

몰리브덴(Mo): 0.15~0.8%

Mo는 소입성에 유효한 합금원소이며, 황화물 크랙을 방지하는 원소로 알려져 있다. 또한 소입-소려 후 미세 탄화물의 석출에 의해 강도의 확보에 유효한 원소이므로 그 함량은 0.15~0.8%로 한정한다.

니켈(Ni): 1.0%이하(0은 제외)

Ni는 저온 인성의 향상에 매우 효과적인 원소이긴 하지만 Ni자체는 고가의 원소이므로 본 발명에서는 1.0%이하로 한정한다.

인(P): 0.015%이하(0은 제외)

P는 저온인성을 해치는 원소이나 제강 공정에서 P를 제거하는 공정은 상당한 비용이 소요되므로, 본 발명에서는 P의 양을 0.015% 이하의 범위 내에서 관리한다.

황(S): 0.015%이하(0은 제외)

S 역시 P와 더불어 저온인성을 해치는 원소이지만 제강 공정에서 제거하는데 많은 비용이 소요되므로 0.015% 이하의 범위에서 관리한다.

칼슘(Ca): 0.0005~0.002%

Ca는 MnS와 같이 압연방향으로 길게 연신되는 개재물을 구상화시켜 압연 후 압연방향에 따른 재질 이방성을 감소시키는 역할을 한다. 그러나 그 함유량이 0.0005%미만에서는 개재물의 구상화 효과를 크게 기대할 수 없고, 그 함량이 0.002%를 초과하면 오히려 개재물의 증가를 초래하므로 Ca의 함량은 0.0005~0.002% 로 한정한다.

보론(B): 0.0005~0.002%

B는 본 발명에 있어 핵심적인 합금원소로서 소입성을 높여 고강도화를 이룰 수 있는 원소이다. 그 함량이 0.0005% 미만이면 소입성 향상효과를 크게 기대할 수 없고 0.002%를 초과하며 첨가하면 그 효과가 더 이상 증대되지 않으므로 그 범위를 0.0005~0.002%로 한정한다.

티탄늄(Ti): 0.005~0.025%

Ti는 B의 효과를 극대화시키는 역할을 하는 원소로 작용하므로 0.005% 이상 첨가한다. 그러나 0.025%를 초과하여 첨가하는 경우에는 제조비용을 상승시키므로 0.005~0.025%로 한정한다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하 본 발명인 후강판의 미세조직에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명 후강판의 미세조직 중 오스테나이트의 평균입도(AGS, Austenite Grain Size)는 20㎛이하가 된다. 오스테나이트의 평균입도가 20㎛이상일 경우에는 -50℃, 50J 이상의 저온충격인성을 안정적으로 확보할 수 없으며, 저온 변태상을 충분히 미세화시킬 수 없으므로, 노멀라이징 공정을 생략할 수 없다. 따라서 오스 테나이트의 평균입도를 20㎛이하로 제어하는 것이 중요하다.

이하 본 발명인 후강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 상기 조성범위를 만족하는 강슬라브를 1100~1250℃의 온도범위로 재가열한다. 재가열 온도가 1100℃보다 낮을 경우에는 용질 원자의 고용이 어려워지며, 반면 가열온도가 1250℃를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립 크기가 너무 조대하게 되어 강판의 물성의 저하를 초래하기 때문이다.

상기 재가열 처리 후, 우수한 저온인성을 가지며 노멀라이징(normalizing)을 생략하고도 구상화 열처리 시간을 단축하기 위해서는 재결정 제어 압연이 요구된다. 본 발명에서는 상기와 같이 재가열된 슬라브를 미재결정역 온도(Tnr)~Tnr+100℃의 온도범위에서 각 압연 패스당 10%이상의 압하율을 가하여 누적압하율 50%이상이 되도록 열간압연하여 후강판을 제조한다.

압연 종료 후 오스테나이트 평균입도(Austenite Grain Size, AGS)가 20㎛이하로 나오기 위해서는 재결정 제어 압연이 가장 중요한 변수이며, 제결정 제어압연은 Tnr~Tnr+100℃의 온도범위 구간에서 각 압연 패스당 10% 이상의 압하율을 가하여 누적 압하량 50% 이상을 부여하는 것이 필수적이다. 만일 누적 압하량이 50% 미만인 경우에는 AGS가 20㎛이하로 형성되는 것을 기대할 수 없다.

상기 압연종료 온도는 Ar3~Tnr 온도로 한정한다. 압연종료 온도가 Ar3보다 낮으면 이상역 압연의 진행으로 재질의 이방성이 발생하여 딥 드로잉성이 저하되며, 압연 종료 온도가 Tnr을 초과하면 결정립이 조대화되어 강재의 물성을 해칠 수 있기 때문이다.

상기 조건으로 압연된 강판에 대해 노멀라이징 열처리를 생략할 수 있다. 일반적으로 노멀라이징 처리는 구상화 열처리 시간의 단축을 위해 수행된다. 마르텐사이트, 베이나이트, 펄라이트 등과 같은 저온변태조직에서 구상화 열처리 시간은 카바이드(carbide)가 미세할수록 구상화 속도가 빨라지는데, 상기 조건으로 제조된 강판의 경우 재결정 제어 압연을 통한 미세한 AGS 형성으로 저온 변태상의 생성 사이트(site)가 증가되어 노멀라이징을 생략하여도 충분히 미세한 카바이드 형성으로 구상화 시간의 단축 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명 저온 고압용기의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기의 조건으로 제조된 강판에 딥 드로잉을 수행하기 이전에 적절한 가공성이 주어지도록 구상화 열처리가 이루어진다. 이 경우 Ac1~Ac3 의 온도에서 30분이상, 바람직하게는 30~40분으로 유지함으로써 딥 드로잉 전에 700MPa 이하의 인장강도를 가지게 한다. 이는 종래의 노멀라이징 처리된 딥 드로잉용 강판에 필요한 구상화 열처리 시간과 유사하거나 더욱이 단축된 점을 감안할 때, 노멀라이징 생략된 강판 제조법은 에너지 및 비용의 절감과 생산성 측면에서 매우 중요하다.

상기 딥 드로잉을 수행한 이후에 내부 조직을 오스테나이트 조직으로 변태시키기 위해서 850~950℃에서 적정시간 유지한 후 퀀칭(quenching)한다. 이는 딥 드로잉을 수행한 이후에 1200MPa의 인장강도를 확보하는 것이 요구되기 때문이다. 만일 850℃보다 낮으면 고용용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어렵고, 950℃보다 높으면 결정립 성장이 일어나 저온인성을 해치기 때문이다.

상기 퀀칭 후에 550~625℃의 온도에서 템퍼링(tempering)을 실시하는데 템퍼링 온도가 550℃보다 낮으면 인성의 확보가 어렵고 625℃보다 높게되면 강도의 확보가 어렵기 때문이다.

이하, 본 발명의 저온 고압용기에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 저온 고압용기는 1200MPa급의 인장강도를 보유할 수 있을 뿐만 아니라, 압연 후 미세한 결정립 형성으로 50J 이상의 -50℃의 저온충격인성을 나타내므로 그 활용도가 넓고 매우 우수한 물성을 가진다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1의 조성(중량%)을 가지는 강 슬라브를 하기 표 2의 제조조건으로 제조하고, 그 물성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Ca	Ti	Al	B
0.35	0.85	0.25	0.011	0.002	0.51	0.92	0.44	0.0016	0.015	0.0033	0.0010

구분	재가열온도(℃)	누적압하량(%)	AGS (㎛)	노멀라이징온도(℃)	구상화온도(℃)	구상화시간(분)	퀀칭온도(℃)	템퍼링온도(℃)
발명강1	1200	60	18	-	750	40	885	550
발명강2	1180	75	12	-	760	38	890	575
발명강3	1190	70	14	-	780	30	895	600
발명강4	1160	55	20	-	740	40	890	550
발명강5	1150	65	17	-	760	35	885	575
발명강6	1150	60	19	-	780	36	900	600
비교강1	1200	20	45	890	780	39	885	550
비교강2	1180	20	43	880	760	42	890	575
비교강3	1150	20	46	900	740	48	895	600
비교강4	1200	20	44	-	780	105	885	550
비교강5	1180	20	43	-	760	110	890	575
비교강6	1150	20	41	-	740	122	895	600

구분	인장강도(MPa)	연신율(%)	-50℃충격인성(J)
발명강1	1219	15	86
발명강2	1211	14	81
발명강3	1208	17	83
발명강4	1212	16	79
발명강5	1209	15	84
발명강6	1206	18	82
비교강1	1203	16	61
비교강2	1205	15	65
비교강3	1212	14	61
비교강4	1222	12	16
비교강5	1218	14	22
비교강6	1214	15	24

상기 표 3에 나타나 있는 바와 같이 발명강들의 경우에는 노멀라이징 생략에도 불구하고, 구상화 열처리 시간의 단축으로 우수한 인장강도를 나타내며 결정립 미세화로 인하여 저온충격인성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

비교강의 경우 누적압하율 50%이하로 작업한 결과를 나타내고 있다. 비교강 1 내지 3과 같이 누적압하율 50% 이하로 작업하였을 경우 노멀라이징 처리를 통해 목표물성을 확보할 수 있으나 노멀라이징 실시로 인하여 발명강과 비교하면 생산성이 좋지 않다.

또한, 비교강 4 내지 6과 같이 누적압하율을 50% 이하로 작업 후 노멀라이징을 생략한 경우 연신율이 감소하며 저온인성을 확보할 수 없는 것을 알 수 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: 0.15~0.8%, Ni: 1.0%이하, P: 0.015%이하, S: 0.015%이하, Ca: 0.0005~0.002%, Ti: 0.005~0.025%, B: 0.0005~0.002%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고 미세조직 중 오스테나이트의 평균입도(AGS, Austenite Grain Size)가 20㎛이하인 것을 특징으로 하는 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판.
제 1 항에 있어서, 상기 후강판은 1200MPa이상의 인장강도를 갖고 -50℃에서 50J이상의 저온충격인성을 갖는 것을 특징으로 하는 딥 드로잉(deep drawing)용 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: 0.15~0.8%, Ni: 1.0%이하, P: 0.015%이하, S: 0.015%이하, Ca: 0.0005~0.002%, Ti: 0.005~0.025%, B: 0.0005~0.002%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1100~1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계; 및

상기와 같이 재가열된 슬라브를 미재결정역 온도(Tnr)~Tnr+100℃의 온도범위에서 각 압연 패스당 10%이상의 압하율을 가하여 누적압하율 50%이상이 되도록 열간압연하고, Ar3~Tnr℃의 온도범위에서 압연종료하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥 드로잉(deep drawing)용 후강판의 제조방법.
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: 0.15~0.8%, Ni: 1.0%이하, P: 0.015%이하, S: 0.015%이하, Ca: 0.0005~0.002%, Ti: 0.005~0.025%, B: 0.0005~0.002%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1100~1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계;

상기와 같이 재가열된 슬라브를 미재결정역 온도(Tnr)~Tnr+100℃의 온도범위에서 각 압연 패스당 10%이상의 압하율을 가하여 누적압하율 50%이상이 되도록 열간압연하고 Ar3~Tnr℃의 온도범위에서 압연종료하여 후강판을 제조하는 단계;

상기와 같이 제조된 후강판을 Ac1~Ac3의 온도범위에서 30분이상 구상화 열처리하는 단계;

상기 구상화 열처리 후 후강판을 딥 드로잉(deep drawing)하여 용기를 제조하는 단계; 및

상기 용기를 850~950℃의 온도범위에서 퀀칭(quenching)하고, 500~625℃의 온도범위에서 템퍼링(tempering)하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온, 고압용기의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 구상화 열처리는 30~40분간 행하는 것을 특징으로 하는 저온, 고압용기의 제조방법.