KR101181246B1 - 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법은 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)의 중량% 합을 1.0 이하로 최소화한 화학조성과 함께 제어압연과 가속냉각 공정조건의 정밀한 제어를 통해 15% 이하의 미세한 페라이트와 다양한 저온변태조직의 혼합조직을 구성함으로써 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하이므로, 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판으로 유용하게 사용할 수 있다.

Description

저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법{High strength and high toughness steel plates with low yield ratio and high uniform elongation and the method for preparation of the same}
본 발명은 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현재 조선용, 건축용, 해양구조용, 압력용기용, 강관용이나 산업 기계용으로 사용되는 강판의 경우 고강도와 함께 저온인성, 고변형능, 용접성, 내부식성 등의 다양한 성질이 요구되고 있다. 특히 최근 동토지대나 심해저, 지진대 등의 가혹한 환경에서 일어나는 지반의 움직임이나 구조물 자체의 하중, 폭풍우, 지진 등에 의해 수반되는 점진적인 또는 급격한 변형에 대한 구조물의 파괴 저항성을 증가시키기 위하여 우수한 변형능에 대한 요구가 증가하고 있다. 이들 구조물에서 요구되는 변형 이상의 충분한 변형능을 갖는 강재는 변형에 대한 파손확률이 낮기 때문에 구조적 안정성 측면에서 유리하다. 이러한 변형능은 균일 연신율이 높을수록, 항복비가 낮을수록 우수한 것으로 평가된다.
강판은 일반적으로 결정립 미세화와 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 저온변태조직을 이용하여 그 강도를 증가시킨다. 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)과 같은 고가의 합금원소를 많이 사용하지 않는 한 저온변태조직의 확보가 어려울 뿐만 아니라 강도가 증가할수록 균일연신율이나 인성이 저하되는 단점이 있다. 따라서 고가의 합금원소를 최소화한 화학조성과 함께 제어압연과 가속냉각 공정조건의 정밀한 설계를 통해 고강도, 고인성, 고변형능 등을 동시에 만족시킬 필요가 있다. 현재 미국공개특허 제2007/0193666호, 미국공개특허 제2003/0217795호 등에는 페라이트와 다양한 저온변태조직으로 구성된 2상 조직을 통해 저항복비나 고변형능을 갖는 고강도 고인성 강판을 개발한 것으로 보고되어 있다. 그러나 항복강도가 700 MPa 이하인 경우에서는 균일연신율이 7.0% 이상으로 변형능이 우수한 강이 개발되었으나, 700 MPa 이상에서는 균일연신율이 7.0% 이하, 항복비가 0.75 이상으로서 충분한 변형능을 갖지 못하는 문제가 있다.
이에, 본 발명자들을 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 연구하던 중 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)의 중량% 합을 1.0 이하로 최소화한 화학조성과 함께 제어압연과 가속냉각 공정조건의 정밀한 제어를 통해 미세한 페라이트와 다양한 저온변태조직의 혼합조직을 구성함으로써, 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하인 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제공한다.
또한, 본 발명은 탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100 - 1200 ℃에서 가열시키는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 가열된 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이상에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트 재결정온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 열간압연된 강판을 550 - 700 ℃의 온도까지 공랭시키는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 공랭된 강판을 5 - 20 ℃/초의 냉각속도로 450 ℃ 이하까지 가속냉각시키는 단계(단계 4)를 포함하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법은 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)의 중량% 합을 1.0 이하로 최소화한 화학조성과 함께 제어압연과 가속냉각 공정조건의 정밀한 제어를 통해 15% 이하의 미세한 페라이트와 다양한 저온변태조직의 혼합조직을 구성함으로써 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하이므로, 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판으로 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정흐름도이고;
도 2는 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조공정을 시간과 온도에 따라 나타낸 그래프이며; 및
도 3은 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 후방산란 전자회절(EBSD) 결과를 나타낸 사진이다.
본 발명은
탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제공한다.
또한, 본 발명은
탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하인 것을 특징으로 하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제공한다.
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판은 15% 이하의 미세한 페라이트와 다양한 저온변태조직이 혼합된 것을 특징으로 한다. 상기 저온변태조직은 입상 베이나이트(GB, graunlar bainite), 변질 상부 베이나이트(DUB, degenerate upper bainite), 하부 베이나이트(LB, lower bainite), 래스 마르텐사이트(LM, lath martensite) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 입상 베이나이트는 도상 마르텐사이트(MA, martensite-austenite constituent) 상을 포함할 수 있고, 등축 형태의 베이나이트 결정립으로 이루어질 수 있다. 상기 변질 상부 베이나이트는 통상의 상부 베이나이트와 달리 래스 형태의 베이나이트 결정립 사이에 탄소가 농축된 잔류 오스테나이트나 마르텐사이트 또는 도상 마르텐사이트와 같은 금속상들이 존재할 수 있다. 또한, 상기 하부 베이나이트는 통상적으로 알려진 래스 형태의 베이나이트 결정립 내부에 탄화물이 미세하게 분산되어 있는 조직이다. 상기 마르텐사이트는 전위밀도가 높은 조직으로 탄소 범위가 0.04 - 0.08중량% 범위에서는 래스 마르텐사이트로 생성된다.
이하, 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 조성과 각각의 조성에 따른 수치한정 이유에 대해 상세히 설명한다.
<강의 조성>
(1) 탄소(C): 0.04 - 0.08중량%
탄소의 함량이 0.04 중량% 미만인 경우에는 베이나이트와 마르텐사이트로 구성된 다양한 저온변태조직을 얻기 어려워 700 MPa 이상의 항복강도를 나타낼 수 없는 문제가 있고, 0.08 중량%를 초과하는 경우에는 인성이 크게 저하되는 문제가 있다.
(2) 실리콘(Si): 0.01 - 0.5 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 실리콘은 탈산 및 강도향상을 위해 첨가되며, 0.01 중량% 미만인 경우에는 탈산효과가 불충분하게 나타나는 문제가 있고, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되는 문제가 있다.
(3) 망간(Mn) : 1.5 - 2.5 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 망간은 고용강화를 위해 첨가되며, 낮은 탄소(C) 함량에 의해 감소된 경화능을 보상하여 베이나이트와 마르텐사이트 조직의 형성을 촉진한다. 만약, 1.5 중량% 미만인 경우에는 강판의 강도가 저하되어 고강도 강판을 제조할 수 없는 문제가 있고, 2.5 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성의 저하 및 편석이 발생하는 문제가 있다.
(4) 니켈(Ni) : 0.3 - 0.6 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 니켈은 강도와 인성 향상에 효과적인 원소이며, 0.3 중량% 미만인 경우에는 강도와 인성이 저하되는 문제가 있고, 0.6 중량%를 초과하는 경우에는 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
(5) 구리(Cu) : 0.5 중량% 이하
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 구리는 기지를 강화시키는 원소이며, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되며, 열간 압연 중에 균열이 발생하기 쉬운 문제가 있다.
(6) 크롬(Cr) : 0.1 - 0.5 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 크롬은 망간(Mn)과 같이 낮은 탄소(C) 함량에서도 냉각 시 충분한 경화능을 확보하기 위해 0.1 중량% 이상 첨가되며, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되므로 0.5 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
(7) 몰리브덴(Mo) : 0.1 - 0.5 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 몰리브덴은 크롬(Cr)과 같이 경화능을 증가시키는 원소로서 붕소(B)와 함께 첨가할 경우 경화능 향상효과가 매우 크게 나타난다. 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 제조비용이 증가하고, 인성과 용접성이 저하되기 때문에 0.5 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
(8) 니오븀(Nb) : 0.01 - 0.05 중량%
본 발명에 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 니오븀은 열간압연 중 탄질화물로 석출되어 재결정을 억제시키고, 결정립 성장을 방해하여 오스테나이트 결정립을 미세화시킴으로써 강도와 인성을 동시에 향상시킨다. 0.01 중량% 미만인 경우에는 상기 효과를 구현할 수 없으며, 0.05 중량%를 초과하는 경우에는 인성이 저하되는 문제가 있다.
(9) 바나듐(V) : 0.01 - 0.1 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 바나듐은 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도 증가에 기여한다. 0.01 중량% 미만인 경우에는 상기 효과를 구현할 수 없으며, 0.10 중량%를 초과하는 경우에는 인성과 용접성이 저하되는 문제가 있다.
(10) 티타늄(Ti) : 0.01 - 0.03 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 티타늄의 함량이 0.01 중량% 이상 첨가되면 석출물을 형성하여 강도를 향상시키지만, 0.03 중량%를 초과하는 경우에는 석출물이 조대화되어 인성이 저하되는 문제가 있다.
(11) 붕소(B) : 0.0005 - 0.0020 중량%
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 0.0005 - 0.0020 중량% 붕소의 극미량 첨가는 강의 경화능을 효과적으로 향상시키기 때문에 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)과 같은 경화능 원소를 줄이더라도 5 - 20 ℃/초(s) 이상의 속도로 가속냉각시 다양한 저온변태조직을 충분히 확보할 수 있다. 그러나, 0.0020 중량%를 초과하는 경우에는 Fe23(C,B)6와 같은 취약한 입자의 형성으로 인해 오히려 경화능이 감소되는 문제가 있다.
(12) 알루미늄(Al) : 0.05 중량% 이하
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판에 있어서, 알루미늄은 실리콘(Si)과 같이 탈산제로 첨가되며, 0.05 중량%를 초과하는 경우에는 비금속산화물인 Al2O3를 형성하여 모재와 용접부의 인성을 저하시키는 문제가 있다.
(13) 기타 불가피하게 첨가되는 불순물인 인(P), 황(S), 질소(N) 등은 최소화되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 변형능과 저온인성이 우수한 기가급 초고강도 강판에 있어서, 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)의 중량% 합을 1.0 중량% 이하로 최소화되는 것이 경제적이다.
또한, 본 발명은
탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100 - 1200 ℃에서 가열시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 가열된 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이상에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트 재결정온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 열간압연된 강판을 550 - 700 ℃의 온도까지 공랭시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 공랭된 강판을 5 - 20 ℃/초의 냉각속도로 450 ℃ 이하까지 가속냉각시키는 단계(단계 4)를 포함하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법을 도 1을 참고하여 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법에 있어서, 단계 1은 재가열 단계로, 구체적으로는 탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 알루미늄(Al) 0.05 중량% 이하, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100 - 1200 ℃에서 가열시키는 단계이다.
상기 단계 1인 재가열 단계에서는 강 슬라브 내에 있는 (Nb, V)(C, N) 등의 모든 탄화물 및 탄질화물 등이 완전히 용해되도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법에 있어서, 단계 2는 제어압연 단계로, 구체적으로는 상기 단계 1에서 가열된 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이상에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트 재결정온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하는 단계이다.
상기 단계 2인 제어압연 단계에서는 재가열된 강 슬라브를 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이상과 그 이하에서 각각 40% 이상과 70% 이상의 압하율을 가하여 열간압연하는 것이 바람직하다. 상기 단계 2는 가속냉각 전 오스테나이트 결정립을 미세화시키고, 오스테나이트 내부에 전위나 변형띠와 같은 결함들을 생성시켜 오스테나이트에서 페라이트로의 변태를 촉진함으로써, 최종적인 미세조직의 결정학적 크기를 감소시켜 강도와 인성을 향상시킨다. 이때, 상기 단계 2의 열간압연은 오스테나이트에서 페라이트로 전환되는 온도(Ar3) 이상에서 수행되며, 압연된 오스테나이트의 두께는 10 ㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법에 있어서, 단계 3은 2상역 공랭 단계로, 구체적으로는 상기 단계 2에서 열간압연된 강판을 550 - 700 ℃의 온도까지 공랭시키는 단계이다.
상기 단계 3인 2상역 공랭 단계에서는 상기 단계 2에서 제어압연된 강을 상기 온도범위에서 공랭시킴으로써 2상 영역(오스테나이트 + 페라이트)을 통과하는 동안 변형되지 않은 미세한 페라이트가 더 형성되도록 하고, 최종 미세조직에서 페라이트가 15% 이하로 형성되게 한다. 만약, 페라이트가 15%를 초과하여 형성되면 나머지 오스테나이트에서 저온변태조직이 충분히 형성되더라도 강의 강도가 저하되어 항복강도가 700 MPa 이상으로 얻을 수 없는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조방법에 있어서, 단계 4는 가속냉각 단계로, 상기 단계 3에서 공랭된 강판을 5 - 20 ℃/초의 냉각속도로 450 ℃ 이하까지 가속냉각시키는 단계이다.
이때, 상기 단계 3의 가속냉각은 물 또는 유류에 의해 수행될 수 있다.
상기 단계 4인 가속냉각 단계에서는 잔류하고 있는 오스테나이트로부터 입상 베이나이트와 변질 상부 베이나이트가 주로 형성되며, 가속냉각이 종료되는 온도에 따라 하부 베이나이트와 래스 마르텐사이트가 일부 형성되기도 한다.
도 2는 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 제조공정을 시간과 온도에 따라 나타낸 그래프이며, 도 2에서 a는 페라이트, b는 입상 베이나이트, c는 펄라이트, d는 변질 상부 베이나이트, e는 하부 베이나이트 및 f는 래스 마르텐사이트를 나타낸다. 도 2는 구체적으로 열간압연된 강판을 550 - 700 ℃의 온도까지 공랭시킴으로써 2상 영역(오스테나이트+페라이트)을 통과하는 동안 변형되지 않는 미세한 페라이트가 형성되도록 하는 제조공정과 450 ℃ 이하까지 가속냉각시킨 후 공랭되는 제조과정을 시간과 온도에 따라 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판 및 이의 제조방법은 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)의 중량% 합을 1.0 이하로 최소화한 화학조성과 함께 제어압연과 가속냉각 공정조건의 정밀한 제어를 통해 15% 이하의 미세한 페라이트와 다양한 저온변태조직의 혼합조직을 구성함으로써 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하이므로, 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판으로 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
탄소(C) 0.051 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.89 중량%, 니켈(Ni) 0.49 중량%, 크롬(Cr) 0.20 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.041 중량%, 바나듐(V) 0.044 중량%, 티타늄(Ti) 0.016 중량%, 붕소(B) 11 중량 ppm, 질소(N) 34 중량 ppm, 인(P) 58 중량 ppm 및 황(S) 12 중량 ppm을 포함하는 100 ㎜ 두께의 강재를 1150 ℃에서 2 시간 동안 재가열한 후 오스테나이트가 재결정화되는 온도에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하여 12 ㎜의 강재를 제조하였다. 상기에서 압연된 강판을 600 ℃에서 공랭시킨 후 16.7 ℃/초의 냉각속도로 25 ℃까지 가속냉각시켜 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제조하였다.
<실시예 2>
탄소(C) 0.073 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.92 중량%, 니켈(Ni) 0.50 중량%, 크롬(Cr) 0.20 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.044 중량%, 바나듐(V) 0.045 중량%, 티타늄(Ti) 0.016 중량%, 붕소(B) 11 중량 ppm, 질소(N) 31 중량 ppm, 인(P) 61 중량 ppm 및 황(S) 15 중량 ppm을 포함하는 100 ㎜ 두께의 강재를 1150 ℃에서 2 시간 동안 재가열한 후 오스테나이트가 재결정화되는 온도에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하여 12 ㎜의 강재를 제조하였다. 상기에서 압연된 강판을 600 ℃에서 공랭시킨 후 10.3 ℃/초의 냉각속도로 25 ℃까지 가속냉각시켜 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제조하였다.
<실시예 3>
탄소(C) 0.070 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.89 중량%, 니켈(Ni) 0.49 중량%, 크롬(Cr) 0.20 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.043 중량%, 바나듐(V) 0.045 중량%, 티타늄(Ti) 0.016 중량%, 붕소(B) 10 중량 ppm, 질소(N) 29 중량 ppm, 인(P) 58 중량 ppm 및 황(S) 15 중량 ppm을 포함하는 100 ㎜ 두께의 강재를 1150 ℃에서 2 시간 동안 재가열한 후 오스테나이트가 재결정화되는 온도에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하여 12 ㎜의 강재를 제조하였다. 상기에서 압연된 강판을 605 ℃에서 공랭시킨 후 8.2 ℃/초의 냉각속도로 400 ℃까지 가속냉각시켜 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제조하였다.
<비교예 1>
탄소(C) 0.032 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.91 중량%, 니켈(Ni) 0.49 중량%, 크롬(Cr) 0.20 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.045 중량%, 바나듐(V) 0.045 중량%, 티타늄(Ti) 0.016 중량%, 붕소(B) 11 중량 ppm, 질소(N) 34 중량 ppm, 인(P) 64 중량 ppm 및 황(S) 20 중량 ppm을 포함하는 100 ㎜ 두께의 강재를 1150 ℃에서 2 시간 동안 재가열한 후 오스테나이트가 재결정화되는 온도에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하여 12 ㎜의 강재를 제조하였다. 상기에서 압연된 강판을 610 ℃에서 공랭시킨 후 13.8 ℃/초의 냉각속도로 25 ℃까지 가속냉각시켜 강판을 제조하였다.
<비교예 2>
탄소(C) 0.031 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.89 중량%, 니켈(Ni) 0.49 중량%, 크롬(Cr) 0.20 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.043 중량%, 바나듐(V) 0.045 중량%, 티타늄(Ti) 0.016 중량%, 붕소(B) 10 중량 ppm, 질소(N) 35 중량 ppm, 인(P) 57 중량 ppm 및 황(S) 13 중량 ppm을 포함하는 100 ㎜ 두께의 강재를 1150 ℃에서 2 시간 동안 재가열한 후 오스테나이트가 재결정화되는 온도에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하여 12 ㎜의 강재를 제조하였다. 상기에서 압연된 강판을 605 ℃에서 공랭시킨 후 7.6 ℃/초의 냉각속도로 370 ℃까지 가속냉각시켜 강판을 제조하였다.
<비교예 3>
탄소(C) 0.050 중량%, 규소(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.90 중량%, 니켈(Ni) 0.49 중량%, 크롬(Cr) 0.20 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.25 중량%, 니오븀(Nb) 0.042 중량%, 바나듐(V) 0.045 중량%, 티타늄(Ti) 0.016 중량%, 붕소(B) 11 중량 ppm, 질소(N) 37 중량 ppm, 인(P) 60 중량 ppm 및 황(S) 10 중량 ppm을 포함하는 100 ㎜ 두께의 강재를 1150 ℃에서 2 시간 동안 재가열한 후 오스테나이트가 재결정화되는 온도에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트가 재결정화되는 온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하여 12 ㎜의 강재를 제조하였다. 상기에서 압연된 강판을 605 ℃에서 공랭시킨 후 8.2 ℃/초의 냉각속도로 450 ℃까지 가속냉각시켜 강판을 제조하였다.
상기 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7의 공정조건을 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112010025152123-pat00001
(단, 상기 표 1에서 * 표시된 원소의 함량 단위는 중량 ppm이며, 나머지 원소의 함량 단위는 중량%이다.)
<실험예 1> 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 미세조직 분석
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 미세조직을 알아보기 위해 후방산란 전자회절분석기(EBSD, JEOL, JSM-7001F)로 분석하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 오스테나이트의 평균 두께는 10 ㎛ 이하이며, 입상 베이나이트, 변질 상부 베이나이트, 하부 베이나이트, 마르텐사이트 등의 다양한 저온변태조직이 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 페라이트(화살표)는 전위밀도가 낮고, 10 °이상의 방위차를 가진 등축형의 조직으로 2 ㎛ 이하로 미세하게 독립적으로 형성되어 있으며, 그 분율이 15% 이하인 것을 알 수 있다.
<실험예 2> 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 인장성질 및 충격성질 분석
본 발명에 따른 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판의 인장성질 및 충격성질을 분석하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
예 인장성질 충격성질
항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 균일연신율
(%)		 항복비 상온
충격에너지(J)		 저온
충격에너지(J)
실시예 1 707 899 7.1 0.74 198 186
2 731 972 7.3 0.70 143 120
3 702 868 7.2 0.73 203 166
비교예 1 624 801 7.9 0.75 269 269
2 603 761 7.9 0.75 250 265
3 646 798 7.9 0.72 270 264
(단, 상기 표 2에서 항복강도와 인장강도는 압연방향에 직각인 방향에서 측정한 값이고, 균일연신율과 항복비는 압연방향에서 측정한 값이다. 또한, 저온 충격에너지는 -20 ℃에서 실시한 충격에너지 값이다.)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 - 3은 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비는 0.75 이하이고, 상온과 저온의 충격에너지는 100 J 이상으로 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 탄소(C) 함량범위를 벗어난 비교예 1과 비교예 2의 경우에는 상온 및 저온에서의 충격에너지는 우수하지만, 항복강도가 700 MPa 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3은 본 발명에 따른 조성범위에는 부합하지만, 탄소의 함량이 낮으면서 냉각 종료온도가 높기 때문에 다양한 저온변태조직이 형성되지 못하여 항복강도가 700 MPa 이하인 것을 알 수 있다.
따라서, 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하인 본 발명에 따른 저항복비와 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판을 제조하기 위해서는 적절한 화학조성과 압연 및 냉각 공정의 정밀한 제어를 통해 15% 이하의 페라이트와 다양한 저온변태조직으로 구성된 혼합조직을 형성시켜야 하는 것을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 탄소(C) 0.04 - 0.08 중량%, 규소(Si) 0.01 - 0.5 중량%, 망간(Mn) 1.5 - 2.5 중량%, 니켈(Ni) 0.3 - 0.6 중량%, 크롬(Cr) 0.1 - 0.5 중량%, 몰리브데늄(Mo) 0.1 - 0.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 - 0.05 중량%, 바나듐(V) 0.01 - 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 - 0.03 중량%, 붕소(B) 0.0005 - 0.0020 중량%, 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100 - 1200 ℃에서 가열시키는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 가열된 슬라브를 오스테나이트 재결정온도 이상에서 40% 이상의 압하율로 열간압연하고, 오스테나이트 재결정온도 이하에서 70% 이상의 압하율로 열간압연하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 열간압연된 강판을 550 - 700 ℃의 온도까지 공랭시키는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 공랭된 강판을 5 - 20 ℃/초의 냉각속도로 450 ℃ 이하까지 가속냉각시키는 단계(단계 4)를 포함하는 제조방법으로 제조되는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강판은 항복강도가 700 MPa 이상이고, 균일연신율이 7.0% 이상이며, 항복비가 0.75 이하인 것을 특징으로 하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강판은 15% 이하의 미세한 페라이트와 입상 베이나이트(granular bainite), 변질 상부 베이나이트(degenerate upper bainite), 하부 베이나이트(lower bainite) 및 래스 마르텐사이트(lath martensite)로 이루어진 저온변태조직이 혼합된 것을 특징으로 하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 강판은 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 몰리브데늄(Mo)의 중량% 합이 1.0 이하인 것을 특징으로 하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 2에서 오스테나이트가 재결정화되는 온도와 그 이하에서 각각 40% 이상과 70% 이상의 압하율을 가하여 열간압연된 오스테나이트 두께가 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 저항복비와 높은 균일연신율을 갖는 고강도 고인성 강판.

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