KR101246456B1

KR101246456B1 - 고강도 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101246456B1
Application number: KR1020110016562A
Authority: KR
Inventors: 문준오; 박철봉; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2013-03-21
Also published as: KR20120097159A

Abstract

석유나 가스의 시추시 사용되는 유정용 강판 등으로 활용할 수 있는 고강도 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하 및 질소(N) : 0.01% 이하를 포함하고, 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 750℃로 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 650 ~ 550℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE HIGH STRENGTH STEEL SHEET}

본 발명은 석유나 가스의 시추시 사용되는 유정용 강판 등으로 활용할 수 있는 고강도 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 및 압연공정 조건의 조절을 통하여 종래강에 비하여 인장강도가 우수하거나 또는 낮은 항복비를 갖는 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 전 세계적인 자원고갈의 문제점이 대두됨에 따라 심해저 혹은 극지방에서의 석유나 가스의 시추가 증가하고 있다.

석유나 가스의 시추시 사용되는 강판을 유정용 강판이라 한다. 유정용 강판은 주로 열연강판으로 제조된다.

일반적으로, 열연강판은 슬라브 재가열(slab reheating) 과정, 열간압연(hot-rolling) 과정 및 냉각/권취(cooling/coiling) 과정을 통하여 제조된다.

슬라브 재가열 과정에서는 반제품 상태인 슬라브(slab) 판재를 재가열한다.

열간압연 과정에서는 압연롤을 이용하여 고온에서 슬라브 판재를 최종 두께로 압연한다.

냉각/권취 과정에서는 압연이 마무리된 판재를 특정한 권취 온도(Coiling Temperature : CT)까지 냉각(cooling)하여 권취한다.

본 발명의 목적은 탄소(C) 등의 합금 성분의 조절을 통하여 종래강에 비하여 인장강도가 우수하거나 또는 낮은 항복비를 갖는 고강도 강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 합금 성분 및 열연공정 조건 조절을 통하여 종래강에 비하여 인장강도가 우수하거나 또는 낮은 항복비를 갖는 고강도 강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하 및 질소(N) : 0.01% 이하를 포함하고, 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 강판은 2 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하는 범위에서 칼슘(Ca) : 0.004중량% 이하를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 강판은 중량%로, 티타늄(Ti) : 0.03% 이하, 크롬(Cr) : 0.5% 이하, 니켈(Ni) : 0.2% 이하 및 구리(Cu) : 0.3% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하 및 질소(N) : 0.01% 이하를 포함하고, 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 750℃로 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 650 ~ 550℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법에 의하면, 탄소 등의 합금 성분의 함량 조절, 저온 권취 등을 통하여 유정용으로 사용되는 종래강에 비하여 우수한 인장강도 또는 저항복비를 갖는 고강도 강판을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법에 의하면, 탄소 첨가량을 0.25중량% 이상으로 높이고 권취온도를 낮춤으로써, 종래강 대비 인장강도를 상승시키면서 항복강도는 동등하게 유지함으로써, API 5CT K55 규격인 인장강도 655MPa 이상 및 항복강도(YS) 379~552MPa를 충족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.

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 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고강도 강판

본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하 및 질소(N) : 0.01% 이하를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 칼슘(Ca) : 0.004중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0.03% 이하, 크롬(Cr) : 0.5% 이하, 니켈(Ni) : 0.2% 이하 및 구리(Cu) : 0.3% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.

상기의 합금 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.

탄소는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.25~0.3 중량%를 제시할 수 있다. 탄소의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우 강도 보충을 위하여 첨가되는 다른 합금원소에도 불구하고 충분한 인장강도를 확보하기 어려우며, 열처리 특성의 향상이 어렵다. 반대로, 탄소의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우 인성이 상대적으로 크게 저하되는 문제점이 있다.

특히, 본 발명에서 탄소의 함량을 0.25 중량% 이상 첨가한 결과, 항복강도 대비 인장강도 상승이 두드러져 고강도 및 저항복비를 달성할 수 있었다. 따라서, 이 경우 티타늄, 크롬, 니켈, 구리 등 다른 합금 원소를 첨가하지 않더라도 API 5CT K55 규격(인장강도 655MPa 이상, 항복강도 379~552MPa)까지 만족할 수 있었다.

실리콘(Si)

실리콘은 상대적으로 저가의 원소이면서도 강도 확보에 기여한다. 또한, 실리콘은 페라이트 안정화 원소로서 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다.

상기 실리콘은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.4 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우 상기 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우 강의 용접후 도금성을 저해할 수 있으며, 열간압연 시에 적 스케일(red scales)을 생성시킴으로써 표면 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 철(Fe)과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화 에 매우 효과적인 원소이다. 또한 망간은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 망간은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 1.0 ~ 1.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우 망간 첨가에 따른 고용강화 효과나 경화능 향상 효과가 불충분하다. 반대로 망간의 첨가량이 1.5 중량%를 초과하면 항복비 상승과 함께 용접성을 크게 저하시킨다.

한편, 상기 망간과 실리콘은 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하는 범위에서 첨가량이 더욱 조절되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량 대비, 망간의 함량 비율이 6 ~ 9일 때 가장 우수한 용접성을 나타낸다. 반면, 실리콘의 함량 대비, 망간의 함량 비율이 6 미만일 경우 혹은 9를 초과할 경우 고온에서 안정한 MnO, SiO₂ 산화물을 다량 생성시킴으로써 전기저항용접(ERW)시 훅 크랙(Hook crack)을 유발하여 용접부 품질을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

인(P)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.

그러나, 인은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 되므로, 상기 인(P)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하의 범위 내에서 제한적으로 첨가되는 것이 바람직하다.

황(S)

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.

따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.003 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 제강시 탈산 등을 위하여 첨가한다.

상기 알루미늄은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.05 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우, 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.05 중량%를 초과하면, 용접성을 저해하는 문제점이 있다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 석출물 형성원소로서 강의 강도에 가장 큰 영향을 주는 원소 중 하나이며, 강 중에 탄질화물을 석출하거나 Fe 내 고용강화를 통하여 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 특히, 니오븀계 석출물들은 1200℃ 정도의 슬라브 재가열 과정에서 고용된 후 열간압연 중 미세하게 석출하여 강의 강도를 효과적으로 증가시킨다.

다만, 니오븀이 0.02 중량%를 초과하여 첨가되면 과다한 석출물 형성에 의하여 롤포스(Roll Force)가 증가되어 압연성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 니오븀은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

질소(N)

질소(N)는 니오븀(Nb) 등과 결합하여 탄질화물을 형성함으로써 결정립을 미세화하는데 기여할 수 있다. 다만, 질소가 0.01 중량%를 초과하는 경우, 고용 질소가 증가하여 강의 충격특성 및 연신율을 저해시키고, 아울러 용접부 인성을 크게 저해할 수 있다.

따라서, 질소의 함량은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 중량% 이하로 제한되는 것이 바람직하다.

칼슘(Ca)

칼슘(Ca)은 CaS를 형성시켜 강중의 황의 함량을 낮추고, 압연중에 연신되어 전기저항용접시 훅 크랙(Hook Crack) 등의 결함을 유발하는 MnS 개재물의 생성을 방해한다. 이는 칼슘이 망간에 비하여 황과의 친화도가 높기 때문이다. 따라서, 칼슘의 첨가는 제조되는 강의 전기저항용접 특성 및 충격 특성 향상에 기여한다.

다만, 칼슘이 0.004 중량%를 초과하여 첨가되는 경우 과도한 CaS가 생성되거나, 또는 원하지 않는 CaO가 생성되는 문제점이 있다.

따라서, 칼슘은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.004 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

한편, 칼슘(Ca)과 황(S)은 2 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하는 범위로 함량이 더욱 조절되는 것이 바람직하다.

황(S)의 함량 대비, 칼슘(Ca)의 함량 비율이 2.0 미만일 경우 CaS 형성이 불충분하여 MnS 생성 억제 효과가 불충분하다.

반대로, 황의 함량 대비 칼슘의 함량비가 2.5를 초과할 경우 칼슘의 과다 첨가로 인하여 CaO와 같은 개재물이 형성되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 이 경우, 황의 함량을 극소로 제어해야 하는 문제가 발생할 수 있다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직을 미세화시킨다. 따라서, 티타늄의 첨가를 통하여 용접부 특성을 향상시킬 수 있다.

다만, 티타늄의 함량이 0.03중량%를 초과하는 경우, 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 충격 특성을 저해할 수 있다. 따라서, 상기 티타늄은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.03 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 타 원소에 비해 상대적으로 낮은 가격으로 경화능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 원소로써 많이 사용된다.

다만, 크롬의 첨가량이 0.5중량%를 초과하는 경우, 열간압연 및 용접 공정 중에 오스테나이트 결정립계에 조대한 Cr-탄화물을 생성시킴으로써 강의 연성을 저해할 수 있다. 따라서, 크롬은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.5중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히 니켈은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.

다만, 니켈의 함량이 0.2 중량%를 초과하면 적열취성을 유발하며, 강의 제조 비용이 과다하게 상승할 수 있다. 따라서, 상기 니켈은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.2 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 상기 니켈과 함께 강의 경화능 및 내식성을 향상시키는 원소로 첨가된다.

다만, 구리의 함량이 0.3중량%를 초과하는 경우, 제조비용 상승과 함께 강의 표면을 저하시키는 문제점이 발생한다. 따라서, 구리는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.3 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

상기 조성을 갖는 본 발명에 따른 고강도 강판은 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세복합조직을 가질 수 있다. 이는 상기 조성과 함께 후술하는 압연공정 조건 제어를 통하여 이루어질 수 있다.

고강도 강판 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110) 및 냉각/권취 단계(S120)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 상기 열간압연 단계(S110) 이전에 슬라브 재가열 단계(S105)를 더 포함할 수 있다.

이하, 슬라브 재가열 단계(S105)가 포함되는 것을 전제로 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법을 설명하기로 한다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S105)에서는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열한다.

슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.

본 발명에서, 슬라브 판재는 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하 및 질소(N) : 0.01% 이하를 포함하고, 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 슬라브 판재는 상기 탄소(C)를 0.25~0.3 중량% 포함하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 상기 슬라브 판재는 2 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하는 범위에서 칼슘(Ca) : 0.004중량% 이하를 더 포함할 수 있다 .

또한, 상기 슬라브 판재는 중량%로, 티타늄(Ti) : 0.03% 이하, 크롬(Cr) : 0.5% 이하, 니켈(Ni) : 0.2% 이하 및 구리(Cu) : 0.3% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.

슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.

슬라브 판재의 재가열 온도(SRT)는 1150 ~ 1250 ℃인 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1150℃ 미만이면 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하고, 니오븀(Nb) 등의 석출물 용해가 충분히 이루어지지 않는 문제점이 있다. 반대로 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직의 페라이트가 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간압연

열간압연 단계(S110)에서는 연속주조되거나 재가열된 슬라브 판재를 열간압연한다.

이때, 열간압연의 마무리 압연온도(Finishing Delivery Temperature; FDT)는 850 ~ 750 ℃인 것이 바람직하다.

마무리 압연 온도(FDT)가 850℃를 초과할 경우 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 마무리 압연 온도(FDT)가 750℃ 미만일 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.

냉각/권취

냉각/권취 단계(S120)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 650℃ ~ 550℃까지 냉각하여 권취한다.

본 발명에서 냉각 과정은 압연된 판재를 수냉 등의 방식을 통하여 650℃ ~ 550℃까지 냉각함으로써, 강판의 결정립 성장을 억제하여 미세한 페라이트 결정립을 가지는 기지 조직을 형성시키고, 또한 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 조직을 형성시켜 고강도 및 고인성을 확보하기 위하여 실시된다. 냉각 속도는 대략 1~100℃/sec 정도가 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 권취 온도(CT)는 650 ~ 550℃인 것이 바람직하다. 권취 온도(CT)가 650℃를 초과할 경우, 결정립이 조대하게 생성되고 또한 상변태시 고온상이 생성되어, 강도가 불충분하다. 반대로, 권취 온도(CT)가 550℃ 미만일 경우 충분한 강도를 확보할 수 있으나, 고인성 확보가 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서 제시된 합금 성분 및 상기의 압연공정 조건 제어에 따라, 권취 이후 제조되는 강판의 최종 미세조직은 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직일 수 있다.

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 발명이 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. 열연 시편의 제조

표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1~3 및 비교예 1에 따른 열연시편을 제조하였다.

이때, 비교예는 현재 유정용 강관에 사용되고 있는 것으로 선정하였다.

실시예 1~3 및 비교예 1에 따른 열연시편의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열, 압연, 냉각(수냉) 등의 열연공정을 모사하고, 권취로에 장입하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

SRT : 슬라브 재가열 온도, FDT : 마무리 압연 온도, CT : 권취온도

TS : 인장강도, YS : 항복강도

2. 기계적 특성 평가

실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 제조된 열연 시편의 재질을 평가하기 위하여 인장 시험을 실시하였다.

표 2를 참조하면, 실시예 1의 경우, 비교예에 비하여 인장강도가 유사한 수준이며, 항복비가 다소 낮은 특징이 있었다. 또한, 실시예 2의 경우, 항복비가 약간 상승하였으나, 인장강도가 현저히 상승하였다. 또한, 실시예 3의 경우, 비교예에 비하여 인장강도가 상승함에도, 비교예에 비하여 낮은 항복비를 나타내었다.

특히, 실시예 3의 경우, 탄소 함량을 0.25중량% 이상 첨가하고, 권취온도(CT)를 상대적으로 낮게 설정한 결과, 티타늄, 크롬, 니켈, 구리 등의 합금 원소를 첨가하지 않았음에도 종래강보다 높은 670MPa의 인장강도(TS)와 함께 520MPa의 항복강도(YS)를 나타내었다. 이는 API 5CT K55 규격인 인장강도 655MPa 이상 및 항복강도(YS) 379~552MPa를 만족하는 기계적 물성에 해당한다.

따라서, 유정용 강판을 제조함에 있어, 인장강도 상승시 항복강도를 동시에 크게 상승시키는 Cr, Ni, Cu 등을 첨가하는 방법보다, 탄소 함량을 0.25중량% 이상 첨가하는 것이 더 바람직하다고 볼 수 있다.

3. 미세조직

도 2는 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이고, 도 3은 실시예 2에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이며, 도 4는 실시예 3에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 합금 성분 및 열간압연공정 조건을 만족하는 실시예 1~3에 따른 열연시편의 경우, 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직을 가지고 있음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 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 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S105 : 슬라브 재가열 단계
S110 : 열간압연 단계
S120 : 냉각/권취 단계

Claims

중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0% 초과~0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과~0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0% 초과~0.02% 이하 및 질소(N) : 0% 초과~0.01% 이하를 포함하고, 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
제1항에 있어서,
상기 강판은
2 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하는 범위에서 칼슘(Ca) : 0중량% 초과~0.004중량% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
제1항에 있어서,
상기 강판은
중량%로, 티타늄(Ti) : 0% 초과~0.03% 이하, 크롬(Cr) : 0% 초과~0.5% 이하, 니켈(Ni) : 0% 초과~0.2% 이하 및 구리(Cu) : 0% 초과~0.3% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
제1항에 있어서,
상기 강판은
상기 탄소(C)를 0.25~0.3 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.05~0.4%, 망간(Mn) : 1.0~1.5%, 인(P) : 0% 초과~0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과~0.003% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 니오븀(Nb) : 0% 초과~0.02% 이하 및 질소(N) : 0% 초과~0.01% 이하를 포함하고, 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 750℃로 압연하는 열간압연 단계; 및
상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 650 ~ 550℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 열간압연 단계 이전에, 상기 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 슬라브 재가열 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
2 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)를 만족하는 범위에서 칼슘(Ca) : 0중량% 초과~0.004중량% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
중량%로, 티타늄(Ti) : 0% 초과~0.03% 이하, 크롬(Cr) : 0% 초과~0.5% 이하, 니켈(Ni) : 0% 초과~0.2% 이하 및 구리(Cu) : 0% 초과~0.3% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
상기 탄소(C)를 0.25~0.3 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제조되는 강판의 최종 미세조직은
페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직인 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.