KR101185348B1 - 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재에 관한 것으로, 탄소(C) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.3 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 중량%, 질소(N) : 0.015 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 강재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계와, 강재를 압연하는 열간압연 단계 및 열간 압연된 강재를 냉각하는 냉각 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강재의 내진 특성을 향상시키기 위해, 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 니오븀(Nb)을 첨가하지 않은 합금설계안을 제시한다. 이를 통해, 제어압연을 실시하지 않고 냉각만으로 SM570급의 강도 및 충격치 등의 물성을 만족하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재에 관한 것이다.
건물이 고층화가 됨에 따라 구조용 강재의 고강도화가 요구되고, 또한 내진특성이 요구된다. 이러한 구조용 강재의 내진 특성은 기계적 물성 중 항복비(降伏比 즉, 항복강도/인장강도 비)와 가장 관련이 깊다.
이때, 구조용 강재는 0.85 미만의 저항복비, 비교적 높은 충격치를 보증할 것이 요구된다.
이러한 고강도, 저항복비는 물론 충격보증을 동시에 만족할 수 있는 구조용 강재에 대한 개발에 관심이 고조되고 있는 실정이다.
본 발명은 구조용 강재가 0.85 미만의 항복비, 500MPa 이상의 항복강도, 650MPa 이상의 인장강도 확보는 물론 고강도 충격보증을 만족할 수 있는 올바른 합금성분의 조성비를 제공함과 동시에, 이러한 구조용 강재를 제조할 수 있는 고강도 구조용 강재의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 제조 방법을 통해 제조된 구조용 강재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따르면, 탄소(C) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.3 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 중량%, 질소(N) : 0.015 중량% 이하를 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 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법을 제공한다.
상기 슬라브 강재는, 니켈(Ni) : 0.15 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0.15 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 슬라브 재가열 단계에서, 슬라브 재가열 온도는, 1150 ~ 1250℃인 것이 바람직하다.
이때, 상기 슬라브 재가열 단계는, 100 ~ 120분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
상기 열간압연 단계에서, 마무리 열간압연 온도는, 950 ~ 1050℃인 것이 바람직하다.
상기 냉각 단계는, 상기 열간압연 단계 후 650 ~ 700℃까지 9~11℃/sec의 속도로 냉각한다.
한편, 본 발명의 또 하나의 사상에 따르면, 탄소(C) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.3 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 중량%, 질소(N) : 0.015 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 구조용 강재를 제공한다.
이러한 구조용 강재는, 니켈(Ni) : 0.15 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0.15 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 구조용 강재는, 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS) 650MPa 이상 및 연신율(EL) 20% 이상을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구조용 강재는, 항복비(YS/TS) 0.85 미만을 갖는 것이 바람직하며, -5℃에서 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 고강도 구조용 강재의 제조 방법에 따르면, 구조용 강재가 0.85 미만의 항복비, 500MPa 이상의 항복강도, 650MPa 이상의 인장강도 및 충격시험 온도 -5℃에서 70J 이상의 샤르피 흡수 에너지를 확보할 수 있음은 물론, 고강도 충격보증을 만족할 수 있는 올바른 합금성분 및 제조 방법을 제시함으로써, 내진에 강하며, 고강도 특성을 갖는 구조용 강재를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명은 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 니오븀(Nb)을 첨가하지 않고, 냉각만을 통해 SM570급의 고강도, 저항복비, 고충격치 기준을 모두 만족하는 고강도 구조용 강재를 제공할 수 있어, 강재 제조 비용을 절감할 수 있는 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.
고강도 구조용 강재
본 발명에 따른 고강도 구조용 강재는, 탄소(C) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.3 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 중량%, 질소(N) : 0.015 중량% 이하를 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 바나듐(V)의 함량을 감소시키고, 니오븀(Nb)을 미첨가함으로써 강도를 보상하기 위하여 탄소(C)를 0.14 중량% 이상 첨가한다.
다만, 탄소(C)의 함량이 0.16 중량%를 초과할 경우 강의 강도 상승에는 유효하나 인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 내진 강재에서 탄소(C)의 함량은 0.14 ~ 0.16 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 1.25 ~ 1.35 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn)이 1.25 중량% 미만으로 첨가될 경우 망간(Mn) 첨가에 따른 고용강화 효과 및 경화능 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)이 1.35 중량%를 초과할 경우 용접성을 크게 떨어뜨리는 문제점이 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, 황의 함량은 본 발명에 따른 내진 강재 전체 중량의 0.015 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 인성의 개선과 강도의 상승에 유효한 원소이다.
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 0.3 중량%를 초과하여 첨가될 경우 표면결함을 유발시킬 수 있으므로, 본 발명에서는 구리(Cu)의 함량을 0.3 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.
다시 말해, 본 발명의 따른 구조용 강재의 강도를 상승시키는 역할을 하는 원소이다.
다만, 이러한 바나듐(V)은 그 함량이 증가될수록, 강도의 상승에는 기여하나 충격치 특성을 급격히 저하시킨다.
이러한 이유로, 본 발명에서의 바나듐(V)의 함량은 0.04 ~ 0.06 중량%로 첨가될 수 있다.
만일, 상기 바나듐(V)의 함량이 0.04 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 제조 비용을 상승시키며, 특히 항복비가 증가되어 목표로 하는 내진 특성을 발휘할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서의 상기 바나듐(V) 함량은 0.04 ~ 0.06 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 일반적으로 강의 탈산에 기여하며, 아울러 탄화물을 형성하여 강의 미세구조의 조질화에 유효한 원소이다.
또한, 본 발명에서의 알루미늄(Al)은 결정립 미세화를 통한 강도 및 충격치 상승에 기여하는 역할을 한다.
이러한 알루미늄(Al)은 강 중의 후술될 질소(N)와 결합하여 질화알루미늄을 형성시켜 조직을 미세화하여 강 중의 산소를 제거함으로써, 슬라브의 제조 시 균열을 방지하는 기능을 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 고강도 충격보증 구조용 강재는 강도를 보상하기 위하여 0.15 ~ 0.17 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
질소(N)
질소(N)는 불가피한 불순물로서, 다량 첨가 시 고용 질소가 증가하여 제조되는 내진 강재의 성형성 등을 저하시킨다.
따라서, 질소의 함량은 본 발명에 따른 내진 강재 전체 중량의 0.015 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 내진 강재는 상기의 합금 성분들 외에, 니켈(Ni) : 0.15 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0.15 중량% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
니켈(Ni)
니켈(Ni)은 결정립을 미세화하여 강도 및 저온인성을 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 0.15 중량% 이하로 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 내진 강재 전체 중량의 0.15 중량%를 초과할 경우 강도와 연성의 균형이 깨질 수 있다. 따라서, 크롬(Cr)의 함량은 0.15 중량% 이하로 제한 첨가되는 것이 바람직하다.
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) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.015 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.3 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 중량%를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 강재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계이다.
상기 슬라브 강재는 니켈(Ni) : 0.15 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0.15 중량% 이하, 질소(N) : 0.015 중량% 이하 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 제조 비용 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 ~ 120분 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 120분을 초과할 경우에는, 변태 집합조직이 강하게 발달하여 항복강도 이방성이 증가되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 슬라브 재가열 단계(S100)에서의 재가열 시간은 100 ~ 120분으로 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)
본 냉각 단계(S300)는 본 발명에 있어서 중요한 제조 특성에 따른 것으로, 앞서 설명된 열간압연 단계(S200)에서 열간압연된 강재를 일정 시간 홀딩한 후, 냉각을 하는 단계이다.
본 냉각 단계(S300)는, 이전 열간압연 단계(S200)를 거친 강재를 650 ~ 700℃까지 9 ~ 11℃/sec의 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
본 발명은 니오븀(Nb)을 첨가하지 않은 합금설계안을 통해, 제어압연을 실시하지 않고 이러한 냉각만으로 SM570급의 강도 및 충격치 등의 물성을 확보할 수 있다.
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) : 650MPa 이상, 항복강도(YS) : 500MPa 이상, 연신율(EL) : 20% 이상의 기계적 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 고강도 구조용 강재의 경우, 항복비(YS/TS) : 0.85 미만을 나타내고, 충격시험 온도 -5℃에서 70J 이상의 샤르피 흡수 에너지를 나타낼 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 고강도 구조용 강재는, 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 니오븀(Nb)을 첨가하지 않고, 냉각만을 통해 SM570급의 고강도, 저항복비, 고충격치 기준을 모두 만족하는 구조용 강재를 제공할 수 있어, 강재 제조 비용을 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 ~ 2에 따른 구조용 강재에 적용되는 합금 조성은 다음의 표 1과 같다.
| 구 분 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Ni | Cr | Nb | V | Al | N |
| 실시예 | 0.15 | 0.3 | 1.3 | 0.015 | 0.01 | 0.17 | 0.1 | 0.1 | 0 | 0.05 | 0.015 | 0.01 |
| 비교예 1 | 0.15 | 0.3 | 1.3 | 0.015 | 0.01 | 0.17 | 0.1 | 0.1 | 0.04 | 0.03 | 0.015 | 0.01 |
| 비교예 2 | 0.15 | 0.3 | 1.3 | 0.015 | 0.01 | 0.17 | 0.1 | 0.1 | 0.04 | 0.05 | 0.015 | 0.01 |
상기 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 및 비교예 1 ~ 2에 따른 조성을 갖는 구조용 강재를 1200℃에서 120분동안 가열하고, 가열로에서 구조용 강재를 추출 후 바로 열간압연을 실시하여 열간압연된 구조용 강재를 제조하였으며, 마무리 열간압연 온도는 950℃였다. 이후, 별도로 냉각을 수행하지 않고, 열간압연된 구조용 강재를 650 ~ 700℃ 가 되도록 10℃/sec 의 속도로 냉각시켰다.
2. 물성 평가
실시예 및 비교예 1 ~ 2에 따른 구조용 강재의 기계적 물성은 다음의 표 2와 같다. 이러한 표 2에는 구조용 강재의 항복강도(MPa), 인장강도(MPa), 연신율(%), 항복비(YS/TS) 및 샤르피 흡수 에너지(J)를 나타낸 것이다.
| 구 분 | YS [ MPa ] | TS [MPa] | EL [%] | 항복비(YS/TS) |
샤르피 흡수 에너지[J]
충격시험 온도(-5℃) |
| 실시예 | 507 | 657 | 27 | 0.77 | 77 |
| 비교예 1 | 481 | 669 | 24 | 0.72 | 45 |
| 비교예 2 | 497 | 673 | 24 | 0.74 | 45 |
표 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 경우 항복강도(YS : Yield Strength)는 507MPa이며, 인장강도(TS : Tensile Strength)는 657MPa이며, 연신율(EL : Elongation)은 27%이며, 항복비는 0.77이며, 샤르피 흡수 에너지는 77J(-5℃)의 기계적 물성치를 만족하는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 본 실시예의 경우, 본 발명이 목표로 하는 500MPa 이상의 항복강도(YS)와, 650MPa 이상의 인장강도(TS), 그리고 0.85 미만의 항복비 및 충격시험 온도 -5℃에서 샤르피 에너지가 70J 이상인 충격치 보증과 관련한 기계적 물성을 모두 만족하고 있음을 확인할 수 있다.
이와 달리, 비교예 1과 비교예 2는 항복강도의 물성에서 500MPa 미만으로 기준치가 미달되어, 결국 평균 충격치에서 본 발명의 목표에 따른 70J보다 훨씬 못 미치는 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 본 실시예와 달리 비교예 1 및 비교예 2에 니오븀(Nb)의 함량을 첨가한 이유에 기인하는데, 이로 인하여 인장강도는 대폭 상승하였으나, 평균 충격치가 매우 나빠진 것임을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 고강도 구조용 강재의 제조 방법에 따르면, 구조용 강재가 0.85 미만의 항복비, 500MPa 이상의 항복강도, 650MPa 이상의 인장강도 및 충격시험 온도 -5℃에서 70J 이상의 샤르피 흡수 에너지를 확보할 수 있음은 물론, 고강도 충격보증을 만족할 수 있는 올바른 합금성분 및 제조 방법을 제시함으로써, 내진에 강하며, 고강도 특성을 갖는 구조용 강재를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명은 탄소(C) 함량을 높게 가져가며, 니오븀(Nb)을 첨가하지 않고, 냉각만을 통해 SM570급의 고강도, 저항복비, 고충격치 기준을 모두 만족하는 구조용 강재를 제공할 수 있어, 강재 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 니오븀(Nb)을 첨가하지 않은 합금설계안을 통해, 제어압연을 실시하지 않고 냉각만으로 SM570급의 강도 및 충격치 등의 물성을 만족하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법 및 그 구조용 강재의 바람직한 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
S200 : 열간압연 단계
S300 : 냉각 단계
Claims (11)
- 탄소(C) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 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 포함하며,
상기 냉각 단계는, 상기 열간압연 단계 후 650 ~ 700℃까지 9~11℃/sec의 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
- 삭제
- 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 ~ 120분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열간압연 단계에서, 마무리 열간압연 온도는,
950 ~ 1050℃인 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재의 제조 방법.
- 삭제
- 탄소(C) : 0.14 ~ 0.16 중량%, 실리콘(Si) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.35 중량%, 바나듐(V) : 0.04 ~ 0.06 중량%, 알루미늄(Al) : 0.15 ~ 0.17 중량%를 포함하고 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
-5℃에서 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 구조용 강재는,
항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS) 650MPa 이상 및 연신율(EL) 20% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재.
- 제 9 항에 있어서,
상기 구조용 강재는,
항복비(YS/TS) 0.85 미만을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 구조용 강재.
- 삭제
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