KR101412327B1 - 각관용 열연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

보론, 티타늄 및 니오븀을 첨가하여, 충격 특성을 향상 시킬 수 있는 강도가 우수한 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.10~0.20 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0 중량%, 인(P) :　0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하, 질소(N) :　0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 820~860℃의 마무리 압연 온도(FDT)로 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 판재를 냉각하여, 권취 온도(CT) 600~650℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

각관용 열연강판 및 그 제조 방법 {HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE HOT-ROLLED STEEL SHEET}
본 발명은 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 제어를 통하여, 충격 특성을 향상 시킬 수 있는 강도가 우수한 각관용 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
건축 구조용 열연 강판은 산업의 고도화에 따른 건물의 고층화 또한 지진, 해일 등과 같은 자연 재해에 발생 빈도 증가로 인한 건축물의 안정성으로 인한 관심을 받고 있다.
특히 내지진 강관의 경우 내진 성능이 우수해야 하며 용접 성능 또한 요구 되는 강종이며 주로 냉간 성형 제작으로 인해 큰 소성 변형에 의한 강도 상승과 연신율 및 인성의 저하, 이에 따른 충격 특성의 저하로 다른 열연 강판에 비해 높은 가공성 및 저항복비, 우수한 충격 특성이 요구 된다.
따라서, 각관 제조시 강판 내의 고용 탄소 나 고용 질소는 전위 주위로 확산 하여 전위 이동를 방해 가공 경화에 의한 항복 강도 상승 및 취성-연성 천이 온도를 낮은 온도로 이동 시켜 열연 상태에서 보다 각관 제조 후 충격 특성이 저하 되는 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0001010호(2012.01.04. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 복합조직을 갖는 고강도 열연강판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 티타늄, 니오븀 등의 합금성분 및 공정 제어를 통하여, 충격 특성이 우수한 각관용 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.10~0.20 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0 중량%, 인(P) :　0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하, 질소(N) :　0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 820~860℃의 마무리 압연 온도(FDT) 조건으로 열간 압연하는 단계; 및
상기 열간 압연된 판재를 냉각하여, 권취 온도(CT) 600~650℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.10~0.20 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0 중량%, 인(P) :　0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하, 질소(N) :　0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 티타늄 및 니오븀등의 합금성분 조절을 첨가하여, 충격 특성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 각관 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
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 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
열연강판
본 발명에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.10~0.20 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0 중량%, 인(P) :　0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하, 질소(N) :　0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하를 포함한다.
상기 성분들 이외에 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 첨가량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가되며, 용접성에 가장 큰 영향을 미치는 원소이다.
상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.1~0.2 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 탄소(C)의 첨가량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 첨가량이 0.2 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있다.
실리콘( Si )
실리콘(Si)은 강도 확보에 기여하며, 또한 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 실리콘은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.25중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.25 중량%를 초과할 경우 용접성 및 도금성이 저하되는 문제점이 있다.
망간( Mn )
망간(Mn)은 강속에 고용되어 있는 황(S)과 결합하여, 제조 공정 중에 불가피하게 형성되어 적열 취성을 유발하는 FeS 형성을 방지하며, MnS를 형성하여 고용 강화 효과 및 강의 강도를 증가시키는 역할을 한다.
상기 망간은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.5~1.0 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간이 첨가량이 0.5중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.0중량%를 초과하는 경우, MnS를 과다하게 생성하여, 강의 가공성에 악영향을 미친다.
인(P)
인(P)은 강의 제조시 편석되어 기계적 성질에 악영향을 미치며, 성형후 일정 시간이 지나면 파괴가 일어나는 지연파괴의 원인이 된다.
이에, 본 발명에서는 인의 함량을 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하로 제한하였다.
황(S)
황(S)은 망간과 결합하여 MnS와 같은 비금속 개재물을 형성한다. MnS 개재물이 다량 형성될 경우, 조관시 후크 크랙과 같은 용접부 결함을 발생할 수 있으며, 본 발명의 경우 망간 함량이 높기 때문에 가공성 확보 및 용접 결함을 방지하기 위해 황의 함량을 최소화할 필요가 있다.
이에, 본 발명에서는 황의 함량을 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하로 제한하였다.
질소(N)
질소(N)는 불가피한 불순물로써, 0.006 중량%를 초과하여 다량 함유될 경우 고용 질소가 증가하여 열연강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하로 제한하였다.
니오븀( Nb )
니오븀(Nb)은 석출물 형성원소로서 강도 확보에 유효하게 작용한다.
상기 니오븀(Nb)은 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.1 중량%를 초과하는 경우, 니오븀(Nb) 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고, 용접성이 저하될 수 있다.
티타늄( Ti )
티타늄(Ti)은 강력한 탄질화물 형성 원소로서, 고용탄소와 고용질소를 석출시켜 비시효성과 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 특히, 티타늄(Ti)은 보론(B)이 질화 석출물로 석출되는 것을 방해하여 강 중에 보론이 고용 상태로 존재하게 함으로써, 보론이 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.
상기 티타늄(Ti)이 첨가될 경우, 그 함량은 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 오스테나이트 고온역에서 석출하여 재가열된 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하므로 오스테나이트의 결정립 미세화를 도모하나 NbC 이외에 TiC를 추가로 석출시켜 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.
보론(B)
보론(B)은 니오븀 석출물 형성을 저하하여 석출물의 입계 내부에 형성을 유도한다. 따라서, 보론을 첨가함으로써, 가공 경화 및 적정량 이상의 니오븀 석출물에 의한 충격 특성을 저하시키는 역할을 한다.
상기 보론(B)은 강재 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 보론(B)의 함량이 0.1 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 보론 산화물의 형성으로 강재의 표면 품질을 저해하며, 고온강도 확보가 어려워지는 문제점이 있다.
열연강판 제조 방법
이하, 본 발명에 따른 열연강판 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110) 및 냉각/권취 단계(S120)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 상기 열간압연 단계(S110) 이전에 슬라브 재가열 단계(S105)를 더 포함할 수 있다.
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S105)는 반제품 상태의 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조시 편석된 성분 및 석출물을 재고용한다.
슬라브 재가열은 1150~1300℃의 온도에서 대략 1~3시간동안 실시되는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만이면 슬라브 판재의 온도가 낮아 압연 부하가 커지는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1300℃를 초과하면 오스테나이트 결정립이 조대화되어, 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.
열간압연
열간압연 단계(S110)에서는 슬라브 판재를 열간압연한다.
열간압연 단계(S110)에서 마무리 압연 온도(FDT)는 820~880℃인 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 880℃를 초과하는 경우, 권취 온도와의 편차가 증가하여 온도 제어가 어려운 문제점이 있다. 반대로, 마무리 압연 온도가 820℃ 미만인 경우, 열간압연시 압연 부하가 증가될 수 있다.
냉각/ 권취
냉각/권취 단계(S120)에서는 열간압연된 판재를 냉각하여 권취한다.
본 발명에서, 권취 온도(Coiling Temperature :CT)는 600~650℃인 것이 바람직하다. 권취 온도가 650℃를 초과할 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 권취 온도(CT)가 600℃ 미만일 경우에는 열연강판의 경도가 과다하게 높아질 수 있으며, 연신율이 감소할 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. 열연시편의 제조
표 1에 기재된 조성으로 진공 용해로에서 용해하여 잉곳을 제조한 후, 표 1에 기재된 조건을 바탕으로 열간 압연하여 실시예 1~3 및 비교예 1에 따른 시편을 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure 112012051929777-pat00001
2. 기계적 특성 평가
표 2 및 3은 실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과 및 충격 시험 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure 112012051929777-pat00002
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 각관 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
굽힘시험은 굽힘시험기를 이용하여 굽힘반경이 40mm일 경우, 곡률부에는 19.6% 하중이 인가되었다. 또한, 각관 시뮬레이션은 변형율을 5%에서 20%까지 5%씩 증가 시키면서 충격 시험을 하였다. 이때, 하중은 곡률부에서부터 54mm지점에 인가하였다.
[표 3]
Figure 112012051929777-pat00003
표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 시편의 경우, 충격에너지(CVN)가 240J 이상으로 충격 특성이 매우 우수하였다.
반면, 비교예 1의 경우, 보론, 티타늄 및 니오븀이 첨가되지 않은 결과, 충격 에너지(CVN)이 150J 정도에 불과하였다.
따라서, 위의 실험 결과를 토대로, 실시예 1~3에 따라 제조된 시편들은 보론, 티타늄 및 니오븀을 첨가하여, 충격특성이 우수한 것을 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 (4)

  1. 탄소(C) : 0.10~0.20 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0 중량%, 인(P) :　0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하, 질소(N) :　0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 820~860℃의 마무리 압연 온도(FDT)로 열간 압연하는 단계; 및
    상기 열간 압연된 판재를 냉각하여, 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각관용 열연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열연 강판 제조 방법은
    상기 열간 압연 전에, 상기 슬라브 판재를 1150~1300℃의 온도에서 재가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각관용 열연강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 권취는 600~650℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 각관용 열연강판 제조 방법.
  4. 탄소(C) : 0.10~0.20 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0 중량%, 인(P) :　0 중량% 초과 ~ 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 초과 ~ 0.005 중량% 이하, 질소(N) :　0 중량% 초과 ~ 0.006 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
    0℃ 충격에너지 240J 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 각관용 열연강판.
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