KR101505281B1

KR101505281B1 - 형강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101505281B1
Application number: KR1020130048655A
Authority: KR
Inventors: 이철원; 송재창; 윤명석; 정승훈
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2015-03-24
Also published as: KR20140130329A

Abstract

합금 성분 및 공정 조건 제어를 통하여, 강의 결정립 미세화로 고강도와 우수한 저온 충격 인성을 확보할 수 있는 형강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 형강 제조 방법은 탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1120 ~ 1180℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 770 ~ 830℃로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강을 QST(Quenching & Self-Tempering) 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

형강 및 그 제조 방법{SHAPE STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SHAPE STEEL}

본 발명은 형강 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 강의 결정립 미세화로 고강도를 확보할 수 있는 형강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

극해 지방의 해양 플랜트 산업이 발달함에 따라 해양구조물에 사용되는 H 형강에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 부합하여, H 형강의 강도 증가 및 우수한 저온 충격 인성을 요구하고 있는 실정이다.

종래에는 H형강을 제조함에 있어 냉각효과를 강화한 QST(Quenching and self tempering)가 개발되어 강화원소를 최소화하면서도 높은 강도를 갖는 H형강재를 생산할 수 있게 되었다.

하지만 H형강의 형상특성상 QST 적용시, 냉각수를 고압으로 분사해야 하기 때문에 제품 표면부에는 경화층이 생성되며 중심부는 페라이트+펄라이트 조직이 형성된다. 따라서 이러한 표면과 중심부 조직이 갖는 강도의 분율로서 제품의 강도가 결정됨으로써, QST를 적용함에 있어 냉각효과를 정량적으로 나타내지 못하여 반복적인 테스트로 목표하는 물성을 평가하여 조건을 설정한다. 이때, 이러한 반복적인 테스트로 인하여 개발비용 증가, 개발 장기화 및 생산성이 저하되는 문제점이 발생했다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0087235호(2010.08.03. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 인성과 용접성이 우수한 고강도 후강재 및 고강도 극후 H형강과 그 제조 방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 QST를 적용하는 제품에 있어 요구하는 물성에 적합한 최적 조업조건을 설정함으로써, 반복적인 테스트로부터 발생하는 비용을 절감할 수 있는 형강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 경화층 분율 : 20 ~ 30%, 인장강도(TS) : 480 ~ 600 MPa, 항복강도(YS) : 400 MPa 이상, 항복비(YR) : 87% 이하, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -40℃에서의 충격인성 : 180J 이상을 갖는 형강을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 형강 제조 방법은 탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1120 ~ 1180℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 770 ~ 830℃로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강을 QST(Quenching & Self-Tempering) 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 형강은 탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세 조직이 내부는 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직으로 이루어지고, 표면은 템퍼드 마르텐사이트 조직으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 형강 및 그 제조 방법은 QST를 적용하는 H형강 제품을 제조함에 있어서, QST에 의한 표면 경화층의 분율을 나타냄으로써, 냉각효과의 정도를 정량적으로 표현할 수 있으며 이로부터 생산 강종의 물성에 따라 경화층 분율을 설정하여 생산조건을 설정할 수 있다.

이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 형강은 경화층 분율 : 20 ~ 30%, 인장강도(TS) : 480 ~ 600 MPa, 항복강도(YS) : 400 MPa 이상, 항복비(YR) : 87% 이하, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -40℃에서의 충격인성 : 180J 이상을 가짐으로써, 해양 구조물에 적용하기 적합한 형강을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형강 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경화층 분율에 따른 인장강도 및 항복강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경화층 분율에 따른 항복비의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경화층 분율에 따른 연신율의 변화를 나타낸 그래프이다.

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 형강 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

형강

본 발명에 따른 형강은 경화층 분율 : 20 ~ 30%, 인장강도(TS) : 480 ~ 600 MPa, 항복강도(YS) : 400 MPa 이상, 항복비(YR) : 87% 이하, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -40℃에서의 충격인성 : 180J 이상을 갖는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 형강은 탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세 조직이 내부는 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직으로 이루어지고, 표면은 템퍼드 마르텐사이트 조직으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

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

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 강의 강도를 확보하기 위해 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.06 ~ 0.12 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.06 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.12 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 심부경도 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘( Si )

본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 갖는다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.15 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우에는 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 용접성 등을 저하시키는 문제점이 있다.

망간( Mn )

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간(Mn)의 첨가는 탄소(C)의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다. 또한, 망간(Mn)은 강의 담금질성 향상에 기여한다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 1.25 ~ 1.6 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.25 중량% 미만일 경우에는 탄소(C) 함량이 높아도 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.6 중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하는 데 기인하여 용접시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다.

인(P)

인(P)은 강도 향상에 기여하는 원소이다.

상기 인(P)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.025 중량%의 함량비로 제한하는 것이 바람직하다. 인(P)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 인 첨가에 따른 강도 향상 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 인(P)의 함량이 0.025 중량%를 초과할 경우에는 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 용접성을 악화시킬 수 있다.

황(S)

황(S)은 가공성 향상에 일부 기여하는 원소이다.

상기 황(S)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.025 중량%의 함량비로 제한하는 것이 바람직하다. 황(S)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 황에 의한 가공성 향상이 어렵고, 아울러 황의 함량을 극소로 제어해야 하므로, 강 제조 비용이 상승하는 문제가 있다. 반대로, 황(S)의 함량이 0.025 중량%를 초과하는 경우에는 용접성을 크게 저해하는 문제가 있다.

알루미늄( Al )

알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.055 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.001 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 탈산 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.055 중량%를 초과할 경우에는 Al₂O₃를 형성하여 인성을 저하시키는 문제점이 있다.

니오븀( Nb )

니오븀(Nb)은 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 이는 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시키므로 강도와 저온인성을 향상시킨다.

다만, 상기 니오븀(Nb)이 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.001 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 니오븀(Nb) 첨가효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.05 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우 강판의 용접성을 저하하며, 또한 니오븀(Nb) 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 결정립계에 피닝(pinning)으로 작용하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.

다만, 상기 바나듐(V)이 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.1 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 바나듐(V)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 바나듐(V)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.

티타늄( Ti )

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시켜 강의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.

티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.025 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.025 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

질소(N)

질소(N)는 TiN, AlN, BN, (Ti-Nb)N, (Ti-V)N등을 형성하는데 반드시 필요한 원소로 질소(N)의 양이 증가할수록 상기 석출물들의 양을 증가시켜 용접 열영향부의 오스테나이트 결정립 성장을 억제시킨다. 특히 TiN 석출물의 크기 및 간격, 분포, 석출물 자체의 고온 안정성 등에 현저한 영향을 미친다.

질소(N)는 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.0001 ~ 0.012 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 질소(N)의 함량이 전체 중량의 0.0001 중량% 미만의 함량비로 첨가되면 그 양이 너무 미미해서 질소(N)를 첨가하는 효과를 보기 힘들다. 반대로, 질소(N)의 함량이 전체 중량의 0.012 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 석출물 형성에 의한 효과는 포화되며, 오히려 용접 열영향부에 분포하는 고용질소량이 증가하여 인성을 저하시킬 수 있다.

형강 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형강 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 형강 제조 방법은 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120) 및 냉각/권취 단계(S130)를 포함한다. 이때, 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 재가열 단계(S110)를 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 형강 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브는 탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

재가열

재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브를 SRT (Slab Reheating Temperature) : 1120 ~ 1180℃로 재가열한다. 상기 조성을 갖는 슬라브는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 이러한 슬라브의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용할 수 있다.

만일, 재가열 온도가 1120℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다. 반대로, 재가열 온도가 1180℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간 압연

열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브를 열간압연한다.

이때, 압연 단계(S120)에서는, 유니버셜 압연이 이용될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 재가열된 슬라브는 유니버셜 압연에 의하여 ‘H’, ‘Ι’ 등의 특정 형상으로 압연될 수 있다. 이때, 유니버셜 압연은 슬라브의 웨브(web)와 플렌지(flange)를 상하 및 좌우 방향에서 가압하는 방식으로 압연이 진행될 수 있다.

즉, 유니버셜 압연은 슬라브의 웨브를 가압하는 수평 롤과 슬라브의 플렌지를 가압하는 수직 롤을 구비하는 유니버셜 스탠드를 따라 일정 속도로 가압하는 방식으로 실시될 수 있다.

상기 열간압연 단계(S120)에서, FDT(Finishing Delivery Temperature) : 770 ~ 830℃로 실시하는 것이 바람직하다. 마무리 압연온도(FDT)가 770℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 연성을 저하시킬 수 있다. 반대로, 마무리 압연온도(FDT)가 830℃를 초과할 경우에는 제조되는 강의 강도가 급격히 저하되는 문제점이 있다.

냉각/ 권취

냉각/권취 단계(S130)에서는 마무리 열간압연된 강을 퀀칭 및 자기템퍼링(Quenching & Self-Tempering : QST) 냉각한다. QST 냉각은 마무리 열간압연직후 단시간 균일 냉각으로 퀀칭한 후 내부의 보유열에 의해 자기템퍼링될 수 있다.

이때, QST 냉각시, 퀀칭 구간에서는 1000 ~ 2100㎥/hr의 냉각수량으로 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각수량이 1000㎥/h 미만으로 실시될 경우에는 냉각이 불충분하여 목표로 하는 강의 강도와 충격인성을 확보하는 데 어려움이 따른다. 반대로, 냉각수량이 2100㎥/h를 초과할 경우에는 과냉각에 의하여 연신율이 급격히 저하되는 문제가 있다.

QST 냉각 종료 후, 슬라브의 내부는 조밀한 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖는다. 한편, 상기 슬라브의 표면은 내부와 표면의 온도 차이에 따른 복열 효과에 의해 표면의 온도가 상승하게 되어 템퍼링된 마르텐사이트 조직을 갖는다.

또한, 슬라브의 이동속도는 1.0 ~ 4.5m/s가 바람직하다. 이동속도가 1.0m/s 미만일 경우, 템퍼트 마르텐 사이트의 분율이 과도하게 많아져 충분한 인성을 확보할 수 없다. 반대로, 이동속도가 4.5m/s를 초과할 경우, 표면에 형성되는 템퍼드 마르텐 사이트의 적정 분율을 확보하기 어렵다.

여기서, 냉각수량 및 이동속도가 상기의 범위 내에서 수행되어야 강의 표면부에 생성되는 템퍼드 마르텐사이트의 적정 분율 및 균일한 경화 깊이를 확보하는 데 유리하다. 이와 같이, 소정의 범위 내에서 냉각조건을 조절함으로써 내부와 표면의 경도 및 경화층의 분율을 제어할 수 있고, 이로부터 요구하는 물성을 확보할 수 있다.

마지막으로, QST 냉각과정을 거친 형강은 500 ~ 700℃의 온도까지 상온에서 공랭을 실시한 후, 권취한다.

이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 형강은 경화층 분율 : 20 ~ 30%, 인장강도(TS) : 480 ~ 600 MPa, 항복강도(YS) : 400 MPa 이상, 항복비(YR) : 87% 이하, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -40℃에서의 충격인성 : 180J 이상을 가짐으로써, 해양 구조물에 적용하기에 적합한 형강을 제공할 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. 시편 제조

표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다.

[표 1](단위 : 중량%)

[표 2]

2. 기계적 물성 평가

표 3은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 3]

표 1 ~ 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시편들은 목표값에 해당하는 경화층 분율 : 20 ~ 30%, 인장강도(TS) : 480 ~ 600 MPa, 항복강도(YS) : 400 MPa 이상, 항복비(YR) : 87% 이하, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -40℃에서의 충격인성 : 180J 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.

반면, 실시예 1과 비교하여 탄소(C) 및 실리콘(Si)이 다량으로 첨가되고, QST 냉각을 실시하지 않은 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 연신율(EL) 및 항복비(YR)는 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 항복강도(YS) 및 -40℃에서의 충격인성이 목표값에 미달하며 경화층 분율이 0%로 경화층이 전혀 형성되지 않은 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 탄소(C)가 다량으로 첨가되고, 냉각수량 및 이동속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 초과하여 실시된 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우도 인장강도(TS), 항복비(YR) 및 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 항복강도(YS), 경화층 분율 및 -40℃에서의 충격인성이 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 인(P) 및 황(S)이 다량으로 첨가되며, 냉각수량이 본 발명에서 제시하는 범위를 초과하여 실시된 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우, 항복강도(YR)는 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 항복비(YR), 연신율(EL) , 경화층 분율 및 -40℃에서의 충격인성이 목표값을 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경화층 분율에 따른 인장강도 및 항복강도의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경화층 분율에 따른 항복비의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경화층 분율에 따른 연신율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 경화층 분율에 따른 인장강도(TS), 항복강도(YS), 항복비(YR) 및 연신율(EL)을 그래프로 정량적으로 표현할 수 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 생산 강종의 물성에 따라 경화층 분율을 설정하여 원하는 기계적 특정을 갖는 형강을 용이하게 제조할 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.

S110 : 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계

Claims

(a) 탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1120 ~ 1180℃에서 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 슬라브를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 770 ~ 830℃로 열간압연하는 단계; 및
(c) 상기 열간압연된 강을 QST(Quenching & Self-Tempering) 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계에서, 상기 QST 냉각을 마친 상기 슬라브의 내부는 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖고, 상기 슬라브의 표면은 내부와 표면의 온도 차이에 따른 복열에 의해 템퍼드 마르텐사이트 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 형강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 QST 냉각은
1000 ~ 2100㎥/h의 냉각수량으로 실시하는 것을 특징으로 하는 형강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 QST 냉각은
1.0 ~ 4.5m/s의 이동속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 형강 제조 방법.
삭제
탄소(C) : 0.06 ~ 0.12 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.25 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 황(S) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 알루미늄(Al) : 0.001 ~ 0.055 중량%, 니오븀(Nb) : 0.001 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.001 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.025 중량%, 질소(N) : 0.0001 ~ 0.012 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
최종 미세 조직이 내부는 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직으로 이루어지고, 표면은 템퍼드 마르텐사이트 조직으로 이루어진 것을 특징으로 하는 형강.
제5항에 있어서,
상기 형강은
인장강도(TS) : 480 ~ 600 MPa, 항복강도(YS) : 400 MPa 이상 및 항복비(YR) : 87%를 갖는 것을 특징으로 하는 형강.
제5항에 있어서,
상기 형강은
연신율(EL) : 22% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 형강.
제5항에 있어서,
상기 형강은
경화층 분율 : 20 ~ 30% 및 -40℃에서의 충격인성 : 180J 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 형강.