KR101797367B1 - 강관 제조용 고탄소 열연강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

강관 제조용 고탄소 열연강판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn, 인(P), 황(S), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 알루미늄(Al), 질소(N) 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금조성의 슬라브를 1200℃ 내지 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 800℃ 내지 900℃의 마무리 압연온도로 열간압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 제조하는 단계 이후, 압연재를 50℃/sec 내지 100℃/sec로 공냉 또는 수냉하여 냉각하는 단계; 및 상기 냉각하는 단계 이후, 냉각된 압연재를 580℃ 내지 800℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법에 관한 것이다. 이를 통해, 본 발명은 연성이 높고, 항복비가 낮으면서도, 강판 표면에 스케일의 형성을 제어하는 효과가 우수한 강관 제조용 고탄소 열연강판을 제공할 수 있다.

Description

강관 제조용 고탄소 열연강판 및 이의 제조 방법{HIGH CARBON HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강관 제조용 고탄소 열연강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차용 부품 제조 기술 분야에서 기계 구조용 강관은 부싱, 실린더 등의 다양한 용도로 이용되고 있다. 일반적으로 자동차 부품용 강관은 열연강판을 파이프로 조관한 후, 이를 인발 가공하여 최종 제품으로 제조한다. 또한, 이러한 자동차 부품용 강관으로는 우수한 내구성 및 강도를 구현하기 위해 고탄소 열연강판이 사용되는 경우가 있다.
종래의 고탄소 열연강판은 강도 향상을 위해 탄소함량을 증가시킨 것으로, 강도가 높은 반면 연성이 낮아 높은 조관성을 구현하기 어렵다. 이에 따라, 고탄소 열연 강판의 연성을 증대시키기 위해 조압연 및 마무리 압연 온도를 상승시키는 연구들이 이루어져 왔으나, 압연 온도의 상승은 표면의 스케일을 야기하는 단점이 있어 적용이 쉽지 않다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2014-0041279호가 있다.
본 발명의 하나의 목적은 연성이 높고, 항복비가 낮으면서도, 강판 표면에 스케일의 형성을 제어하는 효과가 우수한 강관 제조용 고탄소 열연강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예는 탄소(C) 0.23 중량% 내지 0.27 중량%, 실리콘(Si) 0.2 중량% 내지 0.3 중량%, 망간(Mn) 1.2 중량% 내지 1.4 중량%, 인(P) 0.001 중량% 내지 0.015 중량%, 황(S) 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%, 크롬(Cr) 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 중량% 내지 0.04 중량%, 니오븀(Nb) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 바나듐(V) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 구리(Cu) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 주석(Sn) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 니켈(Ni) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 보론(B) 0.0025 중량% 내지 0.0045 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 질소(N) 10 ppm 내지 60 ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금조성의 슬라브를 1200℃ 내지 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 800℃ 내지 900℃의 마무리 압연온도로 열간압연 하는 단계; 상기 열간압연하는 단계 이후, 압연재를 50℃/sec 내지 100℃/sec로 공냉 또는 수냉하여 냉각하는 단계; 및 상기 냉각하는 단계 이후, 냉각된 압연재를 580℃ 내지 800℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예는 탄소(C) 0.23 중량% 내지 0.27 중량%, 실리콘(Si) 0.2 중량% 내지 0.3 중량%, 망간(Mn) 1.2 중량% 내지 1.4 중량%, 인(P) 0.001 중량% 내지 0.015 중량%, 황(S) 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%, 크롬(Cr) 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 중량% 내지 0.04 중량%, 니오븀(Nb) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 바나듐(V) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 구리(Cu) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 주석(Sn) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 니켈(Ni) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 보론(B) 0.0025 중량% 내지 0.0045 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 질소(N) 10 ppm 내지 60 ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금조성으로 이루어지고, 인장강도(TS): 500 MPa 내지 700 MPa, 항복강도(YP): 350 MPa 내지 400 MPa, 연신율(EL): 20% 내지 30% 및 항복률(YR) 60% 내지 70%를 만족하는 강관 제조용 고탄소 열연강판에 관한 것이다.
상기 합금조성은 하기 식 1 내지 3을 모두 만족할 수 있다.
[식 1]
0.001 중량% ≤ 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 함량 합 ≤ 0.01 중량%;
[식 2]
0.01 중량% ≤ 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%;
[식 3]
0.01 중량% ≤ 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%.
상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 페라이트 및 펄라이트로 이루어진 미세조직을 포함하는 이상조직강일 수 있다.
상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 S45C, SAE1541 및 26MnB5 중 어느 하나의 규격을 만족하는 것일 수 있다.
본 발명은 연성이 높고, 항복비가 낮으면서도, 강판 표면에 스케일의 형성을 제어하는 효과가 우수한 강관 제조용 고탄소 열연강판 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명 실시예 1에서 제조된 강관 제조용 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명 실시예 3에서 제조된 강관 제조용 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명 실시예 4에서 제조된 강관 제조용 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명 비교예 1에서 제조된 강관 제조용 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명 비교예 6에서 제조된 강관 제조용 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명 비교예 10에서 제조된 강관 제조용 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타낸 것이다.
열연강판
본 발명의 일 구현예는 탄소(C) 0.23 중량% 내지 0.27 중량%, 실리콘(Si) 0.2 중량% 내지 0.3 중량%, 망간(Mn) 1.2 중량% 내지 1.4 중량%, 인(P) 0.001 중량% 내지 0.015 중량%, 황(S) 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%, 크롬(Cr) 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 중량% 내지 0.04 중량%, 니오븀(Nb) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 바나듐(V) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 구리(Cu) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 주석(Sn) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 니켈(Ni) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 보론(B) 0.0025 중량% 내지 0.0045 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 질소(N) 10 ppm 내지 60 ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금조성의 슬라브를 1200℃ 내지 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 800℃ 내지 900℃의 마무리 압연온도로 열간압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 제조하는 단계 이후, 압연재를 50℃/sec 내지 100℃/sec로 공냉 또는 수냉하여 냉각하는 단계; 및 상기 냉각하는 단계 이후, 냉각된 압연재를 580℃ 내지 800℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법에 관한 것이다. 이를 통해, 본 발명은 연성이 높고, 항복비가 낮으면서도, 강판 표면에 스케일의 형성을 제어하는 효과가 우수한 강관 제조용 고탄소 열연강판을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 전술한 합금조성으로 이루어지고, 인장강도(TS): 500 MPa 내지 700 MPa, 항복강도(YP): 350 MPa 내지 400 MPa, 연신율(EL): 20% 내지 30% 및 항복률(YR) 60% 내지 70%를 만족하는 강관 제조용 고탄소 열연강판에 관한 것이다. 이러한 강관 제조용 고탄소 열연강판은 전술한 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법에 의해 달성된다.
이하, 본 발명에 따른 고탄소 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
본 발명에서 탄소(C)는 강의 강도 및 경도를 확보하기 위해 첨가된다.
상기 탄소(C)는 전체 중량의 0.23 중량% 내지 0.27 중량%의 함량으로 첨가된다. 탄소의 함량이 0.23 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도 확보가 어렵다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.27 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 심부경도가 저하되고, 충분한 연신율을 확보하기 어려우며, 미세조직 중 펄라이트 상의 분율이 높아져 원하는 가공성을 확보하기 어렵다.
실리콘( Si )
본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과를 갖는 페라이트 안정화 원소로서 페라이트 형성을 유도하여 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다.
상기 실리콘(Si)은 전체 중량의 0.2 중량% 내지 0.3 중량%의 함량으로 첨가된다. 실리콘(Si)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 연성, 조관성 등을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 철과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키면서도, 탄소(C)의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다. 또한, 망간(Mn)은 고용강화에 매우 효과적인 원소로 강의 담금질성 향상에 기여하고, 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.
상기 망간(Mn)은 전체 중량의 1.2 중량% 내지 1.4 중량%의 함량으로 첨가된다. 망간(Mn)의 함량이 1.2 중량% 미만일 경우에는 탄소(C) 함량이 높아도 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.4 중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하는 데 기인하여 조관 시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있고, 경화능이 과도하게 향상되어 최종 조직에 저온 미세조직이 발현될 가능성이 높아진다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하는 원소이나, 과도하게 포함될 경우 강의 연성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 된다.
상기 인(P)은 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.015 중량%의 함량으로 제한된다. 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 0.015 중량%를 초과할 경우에는 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 연성 및 조관성을 악화시킬 수 있다.
황(S)
황(S)은 가공성 향상에 일부 기여하는 원소이나, 과도하게 포함될 경우 강의 인성 및 연성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시킨다.
상기 황(S)은 전체 중량의 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%의 함량으로 제한된다. 황(S)의 함량이 0.0001 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 0.01 중량%를 초과하는 경우에는 연성을 크게 저해하고 MnS 비금속 개재물을 과도하게 발생시키는 문제가 있다.
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 강도를 확보하기 위해 첨가되는 유효한 원소로, 강의 경화능을 향상시키고 탄소와 결합하여 탄화물을 형성시켜 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 크롬(Cr)은 판재의 표면에 균질한 산화막을 형성시켜 판재의 표층부의 탈탄부를 저감시킬 수 있다.
크롬(Cr)은 전체 중량의 0.1 중량% 내지 0.2 중량%의 함량으로 첨가된다. 크롬(Cr)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 탄소(C) 함량이 높아도 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.2 중량%를 초과할 경우에는 연성이나 열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
티타늄( Ti )
본 발명에서 티타늄(Ti)은 재가열시 탄화물을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여, 강의 조직을 미세화하고 강도를 증가시키는 역할을 한다.
상기 티타늄(Ti)은 전체 중량의 0.03 중량% 내지 0.04 중량%의 함량으로 첨가된다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우에는 티타늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.04 중량%를 초과할 경우에는 탄화계 석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 연성 확보에 어려움이 있다.
니오븀( Nb )
니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강의 강도와 저온인성을 향상시킨다.
상기 니오븀(Nb)은 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 함량으로 첨가된다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.01 중량%를 초과할 경우에는 강의 연성을 저하시키며, 니오븀 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 또한, 바나듐(V)은 석출물 형성에 의한 석출강화 효과를 통하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 바나듐은 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 함량으로 첨가된다. 바나듐의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 바나듐 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 바나듐의 첨가량이 0.01 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 저온 충격인성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
상기 합금조성 중 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 함량 합은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
0.001 중량% ≤ 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 함량 합 ≤ 0.01 중량%
이러한 경우, 니오븀계 탄화물 또는 질화물과 바나듐(V)계 탄화물 또는 질화물의 생성 정도를 제어하는 효과가 우수하며, 이를 통해 가공성이 더욱 향상될 수 있다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 강의 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리(Cu)는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강의 고용강화 효과에 기여한다.
상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.1 중량%로 첨가된다. 구리(Cu)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 구리(Cu) 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 열간압연 시 강판 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시킬 수 있다.
주석( Sn )
주석(Sn)은 강의 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리(Cu)는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강의 고용강화 효과에 기여한다.
상기 주석(Sn)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.1 중량%로 첨가된다. 주석(Sn)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 주석(Sn) 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 주석(Sn)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 열간압연 시 강판 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시킬 수 있다.
상기 합금조성 중 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 함량 합은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
0.01 중량% ≤ 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%;
이러한 경우, 구리(Cu) 및 주석(Sn)이 열간압연시 강판의 표면의 결정입계에 용융되어 견고한 스케일이 생성되는 것을 제어할 수 있고, 이를 통해 강판의 디스케일링성을 더욱 향상시킬 수 있다.
니켈(Ni)
니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시키고, 경화능을 향상시킨다. 특히, 니켈(Ni)은 저온상 미세조직의 형성을 촉진시켜 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.
상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.1 중량%의 함량으로 첨가된다. 니켈(Ni)의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우 니켈(Ni) 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.1 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 적열취성을 유발할 수 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강의 강도와 인성의 향상 및 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.
상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.1 중량%의 함량으로 첨가된다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우 몰리브덴(Mo) 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 연성을 저하시킬 수 있다.
상기 합금조성 중 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량 합은 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
0.01 중량% ≤ 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%.
이러한 경우, 강판의 미세조직 중 페라이트 및 펄라이트 조직을 형성시켜 가공성을 확보하기에 더욱 유리하다.
보론(B)
보론(B)은 강의 강도와 인성의 향상 및 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.
상기 보론(B)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.0025 중량% 내지 0.0045 중량%의 함량으로 첨가된다. 보론(B)의 함량이 0.0025 중량% 미만인 경우 보론(B)첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 보론(B)의 함량이 0.0045 중량%를 초과할 경우에 는저온 조직을 과도하게 형성하여 연성을 저하시킬 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 알루미늄(Al)은 전체 중량의 0.01 중량% 내지 0.05 중량%의 함량으로 첨가된다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 탈산 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 Al2O3를 형성하여 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
질소(N)
질소(N)는 불가피한 불순물로, AlN, TiN 등의 개재물을 형성시켜 강 내부 품질을 저하시키는 문제가 있다. 질소는 10ppm 내지 60ppm의 함량으로 첨가된다.
상기 질소(N)는 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.006 중량%(10ppm 내지 60ppm)의 함량비로 제한된다. 질소(N)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 질소의 함량을 극소량으로 제어해야 하는 데 따른 제조 비용의 증가와 더불어, 관리의 어려움이 있다. 반대로, 질소(N)의 함량이 0.006 중량%를 초과할 경우 고용 질소가 증가하여 강의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
전술한 합금조성의 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
본 발명의 다른 구현예는 전술한 합금조성으로 이루어지고, 인장강도(TS): 500 MPa 내지 700 MPa, 항복강도(YP): 350 MPa 내지 400 MPa, 연신율(EL): 20% 내지 30% 및 항복률(YR) 60% 내지 70%를 만족하는 강관 제조용 고탄소 열연강판에 관한 것이다. 또한, 상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 페라이트 및 펄라이트로 이루어진 미세조직을 포함하는 이상조직강일 수 있다.
이러한 고탄소 열연강판은 연성이 높고, 항복비가 낮으면서도, 강판 표면에 스케일의 형성을 제어하는 효과가 우수하여 강관 제조용 고탄소 열연강판으로 사용되기에 유리한 특성을 갖는다.
상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 S45C, SAE1541 및 26MnB5 중 어느 하나의 규격을 만족하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법 및 이로부터 제조된 열연강판은 종래의 S45C, SAE1541 및 26MnB5이 갖는 낮은 연성을 보완할 수 있어 성형 시 공정의 부하를 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 본 발명의 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법 및 이로부터 제조된 열연강판은 종래의 S45C, SAE1541 및 26MnB5 등의 규격 강재에 수행되던 불림 또는 풀림 처리를 생략하면서도 우수한 연성 및 낮은 항복비를 구현할 수 있다.
고탄소 열연강판의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 구현예 따른 강관 제조용 고탄소 열연강판의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 상기 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조 방법은 재가열 단계(S100), 열간압연 단계(S200), 냉각 단계(S300) 및 권취단계(S400)를 포함한다. 이때, 재가열 단계(S100)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 실시된다.
본 발명에 따른 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 강은 전술한 합금조성을 갖는다. 상기 반제품 상태의 강은 예를 들면 슬라브일 수 있다.
재가열
재가열 단계(S100)에서는 전술한 합금조성의 슬라브를 1200℃ 내지 1250℃로 재가열한다. 상기 합금조성을 갖는 강은 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 이러한 강의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용할 수 있다.
재가열 단계(S100)에서, 재가열 온도가 1200℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하며, 열간압연 시 압연 부하가 야기되는 문제점이 있다. 또한, 합금성분 중 티타늄이 충분히 재고용 되지 못하여, 석출물의 조대화가 발생하고, 충분한 강도 확보가 어렵다. 반대로, 재가열 온도가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연
열간압연 단계(S200)에서는 재가열된 강을 800℃ 내지 900℃의 마무리 압연온도로 열간압연한다. 본 발명에서는 마무리 열간압연 종료온도를 상대적으로 낮은 800℃ 내지 900℃로 실시하게 되며, 이와 같이 마무리 열간압연 종료온도를 낮추면 압연 중 회복 및 재결정의 반복으로 인하여 결정립이 미세화될 수 있다.
마무리 압연온도(FRT)가 800℃ 미만일 경우에는 이상영역의 압연에 의해 혼립조직이 발생하여 강판의 가공성을 확보하기 어려우며, 압연 공정에 부하를 야기할 수 있다. 반대로, 마무리 압연온도(FRT)가 900℃ 초과일 경우에는 강판의 표면 스케일 발생으로 인한 강판의 품질이 저하되고, 고온 압연으로 인한 결정립의 크기가 증가 되어 강도 확보가 불가능해 진다.
냉각
냉각 단계(S300)에서는 열간압연된 압연재를 압연재를 50℃/sec 내지 100℃/sec로 공냉 또는 수냉하여 냉각한다. 냉각속도가 50℃/sec 미만인 경우 충분히 냉각이 이루어지지 않아 고온에서 생성되는 스케일을 야기할 가능성이 있으며, 냉각속도가 100℃/sec를 초과하는 경우 저온 조직을 생성시켜 연성을 저하시킬 수 있다.
상기 냉각 속도 범위에서 조대한 결정립 성장을 최대한 억제하는 효과가 우수하다.
권취
권취하는 단계(S400)에서는 냉각된 압연재를 580℃ 내지 800℃에서 권취한다. 상기 권취온도 범위에서 페라이트와 펄라이트가 적절히 포함된 미세조직을 확보할 수 있다. 권취온도가 580℃ 미만일 경우 결정립 미세화에 인해 강도 상승 및 연성 저하로 인한 가공성을 확보하기 어렵고, 베이나이트와 같은 저온 조직이 형성되어 연성확보가 어렵다. 반대로, 권취온도가 800℃를 초과하는 경우 연성은 확보 되나 강도가 저하되는 단점이 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. 시편의 제조
하기 표 1 내지 표 3에 표시된 합금조성 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 준비하였다.
상기 슬라브를 1200℃에서 2시간 동안 재가열하고, 하기 표 4에 표시된 공정조건에 따라 열간압연하고, 50℃/sec의 평균냉각속도로 냉각한 후 권취하여 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6의 시편을 제조하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
C 0.25 0.25 0.25 0.24
Si 0.25 0.25 0.26 0.24
Mn 1.25 1.25 1.3 1.29
P 0.012 0.012 0.011 0.015
S 0.001 0.001 0.001 0.001
Cr 0.14 0.14 0.15 0.16
Ti 0.035 0.035 0.03 0.038
Nb 0.001 0.001 0.002 0.001
V 0.001 0.001 0.001 0.001
Cu+Sn 0.012 0.012 0.011 0.013
Ni+Mo 0.01 0.01 0.01 0.01
B 0.0035 0.0035 0.0035 0.004
Al 0.031 0.031 0.034 0.032
N 0.002 0.002 0.0033 0.0018
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
C 0.24 0.24 0.25 0.25 0.24
Si 0.24 0.24 0.25 0.25 0.24
Mn 1.29 1.29 1.25 1.25 1.29
P 0.015 0.015 0.012 0.012 0.015
S 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Cr 0.16 0.16 0.14 0.14 0.16
Ti 0.038 0.038 0.035 0.035 0.038
Nb 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
V 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Cu+Sn 0.013 0.013 0.012 0.012 0.013
Ni+Mo 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
B 0.004 0.004 0.0035 0.0035 0.004
Al 0.032 0.032 0.031 0.031 0.032
N 0.002 0.0018 0.002 0.002 0.0018
비교예6 비교예7 비교예8 비교예9 비교예10
C 0.25 0.24 0.23 0.38 0.35
Si 0.25 0.19 0.23 0.25 0.19
Mn 1.25 1.3 1.17 1.36 0.7
P 0.015 0.011 0.012 0.005 0.015
S 0.001 0.002 0.003 0.001 0.003
Cr 0.14 0.01 0.19 0.1 0.1
Ti 0.035 0.02 0.02 0.001 0.002
Nb 0.001 0.002 0.001 0.002 0.001
V 0.001 0.001 0.002 0.001 0.002
Cu+Sn 0.012 0.014 0.011 0.012 0.013
Ni+Mo 0.01 0.02 0.01 0.012 0.05
B 0.0035 0.0018 0.0028 0.001 0.001
Al 0.031 0.03 0.02 0.04 0.02
N 0.0018 0.003 0.002 0.0035 0.0028
구분 재가열 온도
(℃)
재가열 시간
(h)
마무리 압연 온도
(℃)
냉각 속도
(℃/sec)
권취 온도
(℃)
실시예1 1200 2 806 50 740
실시예2 1200 2 872 50 720
실시예3 1200 2 900 50 800
실시예4 1200 2 802 50 690
비교예1 1200 2 805 50 585
비교예2 1200 2 870 50 598
비교예3 1200 2 856 50 576
비교예4 1200 2 736 50 508
비교예5 1200 2 866 50 532
비교예6 1200 2 868 50 411
비교예7 1200 2 873 50 653
비교예8 1200 2 886 50 727
비교예9 1200 2 897 50 579
비교예10 1200 2 869 50 644
2. 물성평가
표 5는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 10에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
물성평가는 인장강도(TS), 항복강도(YP), 연신율(EL) 및 항복률(YR) 측정하여 나타내고, 도 2 내지 7에 미세조직 단면을 촬영하여 나타내었다.
구분 TS YP EL YR 결과 미세조직
실시예1 558 363 27 65% 도 2 페라이트+펄라이트
실시예2 574 382 24 67% - 페라이트+펄라이트
실시예3 622 375 23 60% 도 3 페라이트+펄라이트
실시예4 674 486 21 72% 도 4 페라이트+펄라이트
비교예1 666 530 21 80% 도 5 페라이트+베이나이트
비교예2 666 504 21 76% - 페라이트+베이나이트
비교예3 699 578 18 83% - 페라이트+베이나이트
비교예4 750 634 18 85 - 베이나이트
비교예5 753 627 16 83 - 베이나이트
비교예6 998 933 14 93 도 6 베이나이트+마르텐사이트
비교예7 548 310 24 57 - 페라이트+펄라이트
비교예8 541 307 27 57 - 페라이트+펄라이트
비교예9 807 539 18 67 - 페라이트+베이나이트
비교예10 827 583 19 70 도 7 페라이트+펄라이트
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.
S100: 재가열하는 단계
S200: 열간압연하는 단계
S300: 냉각하는 단계
S400: 권취하는 단계

Claims (8)

  1. 탄소(C) 0.23 중량% 내지 0.27 중량%, 실리콘(Si) 0.2 중량% 내지 0.3 중량%, 망간(Mn) 1.2 중량% 내지 1.4 중량%, 인(P) 0.001 중량% 내지 0.015 중량%, 황(S) 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%, 크롬(Cr) 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 중량% 내지 0.04 중량%, 니오븀(Nb) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 바나듐(V) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 구리(Cu) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 주석(Sn) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 니켈(Ni) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 보론(B) 0.0025 중량% 내지 0.0045 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 질소(N) 10 ppm 내지 60 ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금조성의 슬라브를 1200℃ 내지 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 800℃ 내지 900℃의 마무리 압연온도로 열간압연하는 단계; 상기 열간압연하는 단계 이후, 압연재를 50℃/sec 내지 100℃/sec로 공냉 또는 수냉하여 냉각하는 단계; 및 상기 냉각하는 단계 이후, 냉각된 압연재를 580℃ 내지 800℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법이고,
    상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 페라이트 및 펄라이트로 이루어진 미세조직을 포함하는 이상조직강이고, 인장강도(TS): 500 MPa 내지 700 MPa, 항복강도(YP): 350 MPa 내지 400 MPa, 연신율(EL): 20% 내지 30% 및 항복률(YR) 60% 내지 70%를 만족하며,
    상기 합금조성이 하기 식 1 내지 3을 모두 만족하는 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법:
    [식 1]
    0.001 중량% ≤ 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 함량 합 ≤ 0.01 중량%;
    [식 2]
    0.01 중량% ≤ 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%;
    [식 3]
    0.01 중량% ≤ 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 S45C, SAE1541 및 26MnB5 중 어느 하나의 규격을 만족하는 것인 강관 제조용 고탄소 열연강판 제조방법.
  5. 탄소(C) 0.23 중량% 내지 0.27 중량%, 실리콘(Si) 0.2 중량% 내지 0.3 중량%, 망간(Mn) 1.2 중량% 내지 1.4 중량%, 인(P) 0.001 중량% 내지 0.015 중량%, 황(S) 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%, 크롬(Cr) 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 중량% 내지 0.04 중량%, 니오븀(Nb) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 바나듐(V) 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 구리(Cu) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 주석(Sn) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 니켈(Ni) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 보론(B) 0.0025 중량% 내지 0.0045 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 질소(N) 10 ppm 내지 60 ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금조성으로 이루어지고,
    인장강도(TS): 500 MPa 내지 700 MPa, 항복강도(YP): 350 MPa 내지 400 MPa, 연신율(EL): 20% 내지 30% 및 항복률(YR) 60% 내지 70%를 만족하며,
    상기 합금조성이 하기 식 1 내지 3을 모두 만족하는 강관 제조용 고탄소 열연강판:
    [식 1]
    0.001 중량% ≤ 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 함량 합 ≤ 0.01 중량%;
    [식 2]
    0.01 중량% ≤ 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%;
    [식 3]
    0.01 중량% ≤ 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량 합 ≤ 0.1 중량%.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 페라이트 및 펄라이트로 이루어진 미세조직을 포함하는 이상조직강인 강관 제조용 고탄소 열연강판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 강관 제조용 고탄소 열연강판은 S45C, SAE1541 및 26MnB5 중 어느 하나의 규격을 만족하는 것인 강관 제조용 고탄소 열연강판.
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