KR101149184B1

KR101149184B1 - 인장강도 750ＭＰａ급 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재

Info

Publication number: KR101149184B1
Application number: KR1020100084113A
Authority: KR
Inventors: 황병일
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20120020479A

Abstract

본 발명은 인장강도 750ＭＰａ급 고강도 구조용 강재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 강재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계 강재를 압연하는 열간압연 단계 및 강재를 냉각하는 냉각 단계를 포함한다.

Description

인장강도 750ＭＰａ급 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재{METHOD OF MANUFACTURING THE HIGH STRENGTH STRUCTURAL STEEL OF TENSILE STRENGTH OF 750MPa GRADE AND HIGH STRENGTH AND THE STEEL USING THEREOF}

본 발명은 인장강도 750MPa급 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 첨가함으로써 석출강화 효과가 있는 인장강도(TS) 750MPa급의 고강도를 가지는 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재에 관한 것이다.

구조용 강재(structural steel)는 건축, 토목, 조선 등 많은 분야에 활용되고 있다.

이러한 구조용 강재는 고강도를 요구하고 있으며, 강도 강화를 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다.

또한, 구조용 강재는 통상 열간압연 과정을 통하여 제조된다.

통상의 열간압연 과정은 주로 슬라브 재가열 과정, 열간압연 과정, 냉각 과정을 포함하여 진행된다.

슬라브 재가열 과정에서는 반제품 상태인 슬라브 강재를 재가열한다.

열간압연 과정에서는 압연롤을 이용하여 재가열된 강재를 정해진 압하율로 열간 압연한다.

냉각 과정에서는 압연이 마무리된 강재를 냉각한다.

본 발명의 목적은 구조용 강재가 600MPa 이상의 항복강도, 750MPa 이상의 인장강도를 만족할 수 있는 합금성분의 조성비를 제공함과 동시에, 이러한 구조용 강재를 제조할 수 있는 고강도 구조용 강재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기의 제조 방법을 통해 제조된 구조용 강재를 제공하는 것이다.

본 발명의 사상에 따르면, 탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 강재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계; 상기 강재를 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 강재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법를 제공한다.

이러한 구조용 내진 강재는, 니켈(Ni) : 0.1 ~ 0.15 중량%, 크롬(Cr) : 0.07 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu) : 0.15 ~ 0.2 중량% 및 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.02 중량% 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.

상기 슬라브 재가열 단계에서, 슬라브 재가열 온도는, 1150 ~ 1250℃인 것이 바람직하다.

이때, 상기 슬라브 재가열 단계는, 100 ~ 150분 동안 실시하는 것이 바람직하다.

상기 열간압연 단계에서, 마무리 열간압연 온도는, 950 ~ 1050℃인 것이 바람직하다.

상기 냉각 단계는, 공냉 방식으로 실시하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 또 하나의 사상에 따르면, 탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 구조용 강재를 제공한다.

상기 구조용 내진 강재는, 니켈(Ni) : 0.1 ~ 0.15 중량%, 크롬(Cr) : 0.07 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu) : 0.15 ~ 0.2 중량% 및 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.02 중량% 중 하나 이상의 성분을 더 포함한다.

또한, 상기 구조용 내진 강재는, 인장강도(TS) : 750 ~ 820MPa, 항복강도(YS) : 600 ~ 650MPa 및 연신율(EL) : 20 ~ 30%를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 첨가하여 얻어지는 석출강화를 통해 인장강도 750MPa, 항복강도 600MPa 이상을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제어압연 및 가속냉각을 실시하지 않은 공냉재로 압연기의 부하를 최소화시킴으로써 냉각설비를 갖추지 않은 공장에서도 생산이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 구조용 강재의 제조 방법을 설명하기 위해 공정 순서를 개략적으로 도시한 도면임.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 고강도 구조용 강재에 대해 설명하기로 한다.

고강도 구조용 강재

본 발명에 따른 고강도 구조용 강재는, 탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 구성을 가질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 고강도 구조용 강재에 포함되는 각 합금 성분의 역할 및 그 함량 조성비에 대해 설명하기로 한다.

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.

통상의 내진 강재에서 탄소(C)의 함량은 0.1 중량% 이하이나, 본 발명에서는 미량 합금원소를 첨가함에 따라 강도를 강화하기 위하여 탄소(C)를 0.15 중량% 이상 첨가한다.

탄소(C)의 함량이 0.16 중량%를 초과할 경우 강의 강도 상승에는 유효하므로, 본 발명에 따른 고강도 구조용 강재에서 탄소(C)의 함량은 0.15 ~ 0.19 중량%인 것이 바람직하다.

실리콘(Si)

본 발명에서 실리콘(Si)은 강의 강도를 증가시키는 역할을 하며, 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다.

특히, 본 발명에서의 실리콘(Si)는 후술될 망간(Mn)과 구리(Cu)와 함께 일정범위 내의 함량비 조합을 통해 강재의 고용강화(solid solution strengthening)효과에 기여하는 역할을 담당한다.

이러한 고용강화의 효과에 따라 구조용 강재는 고강도에 적합한 기계적인 물성을 확보할 수 있게 된다.

따라서, 상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 내진 강재 전체 중량의 0.25 ~ 0.35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

실리콘(Si)의 함량이 0.25 중량% 미만일 경우 실리콘(Si) 첨가에 따른 탈산 효과가 불충분하며, 실리콘(Si)의 함량이 0.35 중량%를 초과할 경우 강재의 용접성을 떨어뜨리고 재가열 및 열간압연 시에 적 스케일을 생성시킴으로써 표면 품질이 저하되는 문제점이 있다.

망간(Mn)

본 발명에서 망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도확보에 효과적인 원소이다.

특히, 본 발명에서의 망간(Mn)은 상술된 실리콘(Si)과 후술될 구리(Cu)와 함께 일정 범위 내의 함량비 조합을 통해 강재의 고용강화 효과에 기여하는 역할을 담당한다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 내진 강재 전체 중량의 1.05 ~ 1.15 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)이 1.05 중량% 미만으로 첨가될 경우 망간(Mn) 첨가에 따른 고용강화 효과 및 경화능 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)이 1.15 중량%를 초과할 경우 용접성을 크게 떨어뜨리는 문제점이 있을 수 있다.

인(P)

인(P)은 제조되는 내진 강재의 강도를 증가시키기 위해 첨가되지만, 본 발명에 따른 고강도 구조용 강재 전체 중량의 0.03 중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 악화되는 문제가 있으므로, 인(P)의 첨가량을 0.03 중량% 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S)

황(S)은 가공성을 증대시키기 위하여 첨가될 수 있으나, 0.015 중량%를 초과하여 첨가되면 강의 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 내진 강재 전체 중량의 0.015 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.

다시 말해, 본 발명에 따른 구조용 강재의 강도를 상승시키는 역할을 하는 원소이다.

이러한 이유로, 본 발명에서의 바나듐(V)의 함량은 0.27 ~ 0.32 중량%로 첨가될 수 있다.

만일, 상기 바나듐(V)의 함량이 0.27 중량% 미만으로 첨가되면, 상기와 같은 강도 상승의 효과를 확보하기 어려우며, 이와 반대로, 상기 바나듐(V)의 함량이 0.06 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 탄화물의 석출이 과다하게 발생하여 강도는 상승하나, 강재의 충격치 특성이 급격히 나빠지는 악영향을 유발할 뿐만 아니라, 강재 제조비용을 상승시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서의 상기 바나듐(V) 함량은 0.27 ~ 0.32 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 석출물 형성원소로서 강도 향상에 기여하고, 용접부 인성 확보에 기여한다.

상기 티타늄(Ti)는 본 발명에 따른 구조용 강재 전체 중량의 0.06 ~ 0.08 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

이러한 티타늄(Ti)은 0.06 중량% 이상 첨가될 때 그 효과를 충분히 발휘한다. 다만, 본 발명에서 티타늄(Ti)이 0.08 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 제조되는 구조용 강재의 표면 결함을 유발하는 문제점이 있다.

니오븀( Nb )

니오븀(Nb)은 강 중에 Nb(C, N), (Ti, Nb)(C, N), (Nb, V)(C, N) 형태의 석출 또는 Fe 내 고용 강화를 통하여 제조되는 구조용 강재의 강도를 향상시킨다.

특히, 니오븀(Nb)계 석출물들은 슬라브 재가열이 이루어지는 1150℃ 이상의 가열로에서 고용된 후 열간압연 과정에서 미세하게 석출되어 강의 강도를 효과적으로 증가시킨다.

상기 니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 구조용 강재 전체 중량의 0.015 ~ 0.025 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.015 중량% 미만일 경우, 상기의 니오븀(Nb) 첨가에 따른 강도 향상 효과가 불충분하며, 반대로 니오븀(Nb)의 함량이 0.025 중량%를 초과할 경우 제조비용의 상승을 초래하며, 저온 충격 특성이 열화되는 문제점이 있다.

질소(N)

본 발명에서 질소(N)는 상술된 바나듐(V), 티타늄(Ti)늄과 같이 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.

이때, 질산화바나듐(VN)과 질산화티타늄(TiN)을 생성시킴으로 인해 석출 강화에 효과가 생기게 된다.

다만, 질소(N)가 0.008 중량% 미만으로 첨가될 경우 질소(N) 첨가에 따른 석출강화 효과가 불충분하다.

반대로, 질소(N)가 0.013 중량%를 초과할 경우 고용 질소(N)가 증가하여 제조되는 구조용 강재의 성형성 등을 저하시킨다.

따라서, 질소의 함량은 본 발명에 따른 구조용 강재 전체 중량의 0.008 ~ 0.013 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 구조용 강재는 상기의 합금 성분들 외에, 강도 향상, 탈산 효과 향상 등의 목적에 따라 니켈(Ni) : 0.1 ~ 0.15 중량%, 크롬(Cr) : 0.07 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu) : 0.15 ~ 0.2 중량% 및 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.02 중량% 중 하나 이상의 합금 성분을 더 포함할 수 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 결정립을 미세화하여 제조되는 구조용 강재의 강도 및 인성을 향상시키는 역할을 한다.

다만, 니켈(Ni)의 함량이 본 발명에 따른 구조용 강재 전체 중량의 0.15 중량%를 초과할 경우 적열취성 유발 등의 문제점이 있다. 따라서, 니켈(Ni)의 함량은 0.1 ~ 0.15 중량%로 제한 첨가되는 것이 바람직하다.

크롬( Cr )

크롬(Cr)은 페라이트를 안정화하여 연신율을 향상시키며, 강도 향상에 기여하는 원소이다. 다만, 크롬(Cr)의 함량이 본 발명에 따른 고강도 구조용 강재 전체 중량의 0.15 중량%를 초과할 경우 강도와 연성의 균형이 깨질 수 있다.

따라서, 크롬(Cr)의 함량은 0.07 ~ 0.15 중량% 이하로 제한 첨가되는 것이 바람직하다.

구리( Cu )

구리(Cu)는 인성의 개선과 강도의 상승에 유효할 뿐만 아니라, 미세 석출물을 조장하여 강도 상승에 기여한다.

이러한 구리(Cu)는 상술한 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강재의 고용강화 효과에 기여하는 역할을 담당하고 구조용 강재에 고강도의 기계적 물성을 확보하는 데 도움을 준다.

다만, 구리(Cu)의 함량이 0.2 중량%를 초과하여 첨가될 경우 표면결함을 유발시킬 수 있으므로, 본 발명에서는 구리(Cu)의 함량을 0.15 ~ 0.2 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

알루미늄( Al )

본 발명에서 알루미늄(Al)은 실리콘(Si)이나 망간(Mn)에 비해 우수한 탈산능을 가짐으로써 강 중 산소 제거에 효과적인 원소이다.

다만, 본 발명에서 알루미늄(Al)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우 제조되는 구조용 강재의 절삭성, 충격 인성을 저해할 수 있으므로, 알루미늄(Al)의 함량은 본 발명에 따른 구조용 강재 전체 중량의 0.01 ~ 0.02 중량%인 것이 바람직하다.

다음으로, 고강도 구조용 강재의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.

고강도 구조용 강재의 제조 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 구조용 강재의 제조 방법을 설명하기 위해 공정 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 도시된 고강도 구조용 강재의 제조 방법은 크게 슬라브 재가열 단계(S100), 열간압연 단계(S200), 냉각 단계(S300)를 포함한다.

슬라브 재가열 단계( S100 )

본 슬라브 재가열 단계(S100)는, 탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 강재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계이다.

상기 슬라브 강재는 니켈(Ni) : 0.1 ~ 0.15 중량%, 크롬(Cr) : 0.07 ~ 0.15 중량%, 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량% 및 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.02 중량% 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기와 같이 조성되는 슬라브 강재를 1150 ~ 1250℃의 온도에서 재가열한다.

만일, 재가열 온도가 1150℃ 미만일 경우, 주조 시 편석된 성분이 재고용되지 못하며, 열간압연 시 압연 부하가 커지는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 재가열 온도를 1150℃ 이상으로 유지함으로써, 석출물의 재고용을 제어하고 소재의 강도 향상은 물론 소재의 길이방향으로 균일 미세조직을 확보할 수 있게 된다.

이와 반대로, 재가열 온도가 1250℃를 초과하거나 재가열 시간이 120분을 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 증가하여 강도가 감소하며, 또한 과도한 가열공정으로 인하여 고강도 강재 제조비용 상승의 요인이 될 수 있다.

따라서 본 슬라브 재가열 단계(S100)의 재가열 온도는 1150 ~ 1250℃로 제한하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 슬라브 재가열 단계(S100)에서는 상기의 재가열 온도로 100 ~ 150분 동안 슬라브 강재를 재가열한다.

만일, 이러한 재가열 시간이 100분 미만인 경우에는, 슬라브 강재가 고르게 가열되지 못할 뿐만 아니라 석출물이 충분히 고용될 수 있는 시간을 확보하지 못하여 재질이 고르지 못하게 될 수 있다.

반면에, 이러한 재가열 시간이 150분을 초과할 경우에는, 변태 집합조직이 강하게 발달하여 항복강도 이방성이 증가되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 본 슬라브 재가열 단계(S100)에서의 재가열 시간은 100 ~ 150분으로 제한하는 것이 바람직하다.

열간압연 단계( S200 )

본 열간압연 단계(S200)는, 이전 슬라브 재가열 단계(S100)에서 재가열된 슬라브 강재를 열간압연하여 구조용 강재를 형성하는 단계이다.

이러한 열간압연은 950 ~ 1050℃의 마무리 압연온도에서 실시될 수 있다.

만일, 상기 열간압연의 마무리 압연온도가 950℃ 미만일 경우에는, 지나친 미재결정역 압연량에 따른 강의 소입성 저하 등의 문제가 발생될 수 있는데, 이 경우, 구조용 강재에서 요구하는 강도 기준치를 확보하기에 어려움이 따를 수 있으며, 이와 동시에 구조용 강재의 항복비가 증가될 우려가 따를 수 있다.

반면에, 상기 열간압연의 마무리 압연온도가 1050℃를 초과할 경우에는 항복비는 낮출 수 있으나 오스테나이트 결정립이 조대해져 항복강도가 기준치 이하로 낮아질 수 있으며, 더 큰 문제점으로는 구조용 강재의 충격인성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 본 열간압연 단계(S200)에서의 마무리 압연온도는 950 ~ 1050℃로 제한하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시예로서, 이러한 열간 압연 단계(S200)에서는, 이전 슬라브 재가열 단계(S100)에서 재가열된 슬라브 강재가 1130℃일 때 압연을 시작하여 1020℃의 마무리 압연온도로 압연을 종료할 수 있다.

냉각 단계( S300 )

냉각 단계(S300)에서는 열간 압연된 강을 냉각한다.

이때, 본 발명에서 냉각은 공냉 방식으로 실시하는 것이 바람직하다.

열간압연 종료 후 급냉 방식의 냉각의 경우, 강의 강도 확보에는 용이하나 냉각 속도 등의 조절을 위하여 많은 비용이 소요되며, 성형성 및 충격 특성이 저해될 수 있다.

그러나, 본 발명에서와 같은 공냉 방식의 경우, 수냉에 따른 방식과 같이 급속냉각의 절차 없이 공냉 방식을 이용하여 페라이트 결정립으로 유지된다.

이러한 슬라브 재가열 단계(S100), 열간압연 단계(S200) 및 냉각 단계(S300)을 통하여 제조되는 본 발명에 따른 고강도 구조용 강재는 주된 조직이 페라이트이고, 약간의 과냉조직을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 구조용 강재의 경우, 인장강도(TS) : 750 ~ 820MPa 이상, 항복강도(YS) : 600 ~ 650MPa 이상, 연신율(EL) : 20 ~ 30% 이상의 기계적 특성을 나타낼 수 있다.

즉, 본 발명은 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 질소(N)의 첨가로 인한 석출강화 효과를 통해 인장강도 750MPa, 항복강도 600MPa 이상의 고강도, 고충격치 기준을 모두 만족하는 구조용 강재를 제공할 수 있어, 강재 제조비용을 절감할 수 있으면서도, 내진 특성이 요구되는 구조용 강재에 이용될 수 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명에 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 구조용 강재의 제조

실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 구조용 강재에 적용되는 합금 조성은 다음의 표 1과 같다.

상기 표 1에 기재된 바와 같은 실시예 및 비교예 1~3에 따른 조성을 갖는 구조용 강재를 1200℃에서 120분 동안 가열하고, 가열로에서 구조용 강재를 추출 후 바로 열간압연을 실시하여 열간압연된 구조용 강재 제조하였으며, 마무리 열간압연 온도는 950℃였다. 이후, 별도로 냉각을 수행하지 않고, 열간압연된 구조용 강재를 공냉시켰다.

이때, 상기 재결정정지온도(RST, ℃)와 상변태온도(Ar3, ℃)는 조성물의 함유량에 따라 달라짐을 확인할 수 있다.

2. 물성 평가

실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 구조용 강재의 기계적 물성은 다음의 표 2와 같다.

이러한 표 2에는 구조용 강재의 항복강도(MPa), 인장강도(MPa), 연신율(%)을 나타낸 것이다.

표 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 경우 항복강도(YS : Yield Strength)는 620MPa이며, 인장강도(TS : Tensile Strength)는 755MPa이며, 연신율(EL : Elongation)은 25%의 기계적 물성치를 만족하는 것을 확인할 수 있다.

다시 말해, 본 실시예의 경우, 본 발명이 목표로 하는 600MPa 이상의 항복강도(YS)와, 750MPa 이상의 인장강도(TS)의 기계적 물성을 모두 만족하고 있음을 확인할 수 있다.

이와 달리, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3은 항복강도의 물성에서 600MPa 미만으로, 인장강도의 물성에서도 750MPa 미만으로 결국 기준치가 미달됨을 확인할 수 있다.

이러한 결과는 본 실시예와 달리 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3에 바나듐(V)의 함량 첨가 및 티타늄(Ti)의 첨가 여부에 기인하는데, 이로 인하여 인장강도 및 항복강도가 차이가 남을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 고강도 구조용 강재의 제조 방법에 따르면, 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 첨가하여 얻어지는 석출강화를 통해 인장강도 750MPa, 항복강도 600MPa 이상을 확보할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 구조용 강재가 600MPa 이상의 항복강도, 750MPa 이상의 인장강도를 만족할 수 있는 올바른 합금성분의 조성비를 통해 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재의 실시예에 대하여 설명하였다.

이러한 본 발명은 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S100 : 슬라브 재가열 단계
S200 : 열간압연 단계
S300 : 냉각 단계

Claims

탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 강재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계;
상기 강재를 압연하는 열간압연 단계; 및
상기 강재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 구조용 강재는,
니켈(Ni) : 0.1 ~ 0.15 중량%, 크롬(Cr) : 0.07 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu) : 0.15 ~ 0.2 중량% 및 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.02 중량% 중 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 슬라브 재가열 단계에서, 슬라브 재가열 온도는,
1150 ~ 1250℃인 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 슬라브 재가열 단계는,
100 ~ 150분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 열간압연 단계에서, 마무리 열간압연 온도는,
950 ~ 1050℃인 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉각 단계는,
공냉 방식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
탄소(C) : 0.15 ~ 0.19 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.05 ~ 1.15 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.27 ~ 0.32 중량%, 티타늄(Ti) : 0.06 ~ 0.08 중량%, 니오븀(Nb) : 0.015 ~ 0.025 중량% 및 질소(N) : 0.008 ~ 0.013 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 구조용 강재.
제 7 항에 있어서,
상기 구조용 강재는,
니켈(Ni) : 0.1 ~ 0.15 중량%, 크롬(Cr) : 0.07 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu) : 0.15 ~ 0.2 중량% 및 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.02 중량% 중 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 구조용 강재는,
인장강도(TS) : 750 ~ 820MPa, 항복강도(YS) : 600 ~ 650MPa 및 연신율(EL) : 20 ~ 30%를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재.