KR101830581B1 - 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

강도 및 연성이 우수한 구조용 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축구조물, 압력용기, 선박구조물 등의 소재로 사용되는 구조용 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도뿐만 아니라 연성이 우수한 구조용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

강도 및 연성이 우수한 구조용 강재 및 그 제조방법 {STEEL PLATE HAVING EXCELLENT STRENGTH AND DUCTILITY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 건축구조물, 압력용기, 선박구조물 등의 소재로 사용되는 구조용 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도뿐만 아니라 연성이 우수한 구조용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
빌딩, 교량 등과 같은 건축구조물은 큰 하중으로 인하여 높은 강도를 필요로 하는 경우가 많으며, 이러한 구조물의 건설에 투입되는 원가감소에 대한 지속적인 요구 등으로 인해 강재의 총중량은 지속적으로 감소하는 추세이기 때문에, 이들 구조물 등에 사용되는 소재 자체의 강도 증가에 대한 요구가 점점 더 증가하고 있다.
한편, 압력용기, 선박구조물 등과 같은 구조물들은 점차적으로 사용환경이 극한 지역으로 이동함에 따라, 일반 구조물용 강재보다 강도와 더불어 충격인성 및 용접성을 우수하게 확보하고자 하는 요구가 증가하고 있다.
이에, (열간)압연 후 냉각(공냉)에 의해 생산되는 강재가 일반 압연재를 대체해 가고 있다.
상기 압연 후 냉각에 의해 강재를 생산하는 경우, 조직의 미세화를 달성함으로써 충격인성은 향상되는 반면에, 과도한 냉각으로 인하여 강재 표층부로부터 두께방향으로 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 경한 상(phase) 즉, 상대적으로 연신율이 열위한 조직이 형성되어 강재 전체의 연성이 저하되는 경향이 있다 (일 예로, 특허문헌 1 참조).
이러한 강재는 인장시험(폭 50mm, 게이지 길이 200mm의 판상 시편을 이용)을 행할 경우 구조용 강재에서 통상 요구 되어지는 연신율(대략 21%)을 확보하기 어렵다.
따라서, 압연 후 냉각 공정으로부터 고강도, 충격인성 및 용접성이 우수한 강재를 제조함에 있어서, 상술한 물성과 더불어 연성을 우수하게 확보할 수 있는 강재의 개발이 요구되는 실정이다.
일본 공개특허공보 특개2014-095146호
본 발명의 일 측면은, 강 성분조성 및 제조조건의 최적화로부터 고강도, 저온인성 및 용접성뿐만 아니라, 연성이 우수한 구조용 강재 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.18%, 망간(Mn): 1.0~1.5%, 실리콘(Si): 0.5% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.08% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 질소(N): 100ppm 이하, 칼슘(Ca): 60ppm이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
표층부 영역(표면으로부터 두께방향으로 1/4t(여기서, t는 강재 두께(mm)를 의미) 지점까지의 영역)의 미세조직이 면적분율 80% 이상(100% 포함)의 세립 페라이트 및 잔부 펄라이트로 이루어지고, 상기 세립 페라이트의 평균 결정립 크기는 10㎛ 이하이며,
상기 표층부 영역을 제외한 나머지 영역의 미세조직이 페라이트 및 펄라이트 혼합조직이고, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 25㎛ 이상이고, 18~23mm의 두께를 가지는 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 성분조성을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계; 상기 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위로 재가열한 후 조압연하는 단계; 상기 조압연 후 Ar3+50℃ 이상의 온도에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 상기 열연강판을 30℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하여 Ar3~Ar3+30℃ 온도범위에서 냉각을 정지하는 단계를 포함하며, 18~23mm의 두께를 가지는 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 고강도를 가지면서, 충격인성 및 용접성이 우수할 뿐만 아니라, 연성이 우수하여 건축구조물, 압력용기, 해양구조물 등의 구조용 강재로서 적합하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존 구조용 강재와 본 발명에 의한 구조용 강재의 두께별 미세조직을 관찰하고, 이를 비교하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각종료온도에 따른 강판 표층부 영역 내 세립 페라이트의 깊이 비율(t1/t0)과 인장강도의 변화를 그래프로 나타낸 것이다 (도 2에서 ΔT는 (냉각종료온도-Ar3) 이다).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각종료온도에 따른 강판 표층부 영역 내 베이나이트 또는 마르텐사이트의 분율이 50% 이상이 되는 깊이의 비율(t2/t0)과 연신율의 변화를 그래프로 나타낸 것이다 (도 3에서 ΔT는 (Ar3-냉각종료온도 이다).
본 발명자들은 기존 압연 및 냉각에 의해 제조되는 구조용 강재와 동등 이상의 강도, 인성 및 용접성을 가지면서, 기존의 구조용 강재에서는 확보하기 어려운 연성을 우수하게 갖는 강재를 제공하기 위하여 깊이 연구하였다.
그 결과, 강 성분조성 및 제조조건의 최적화로부터 강재 표층부를 연성 확보에 유리한 조직으로 확보하는 경우, 목표로 하는 구조용 강재를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
특별히, 기존의 공정으로 제조된 구조용 강재는 그 표층부 조직이 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 경한 상(phase)으로 구성되나, 본 발명에서는 표층부 내 조직으로 세립 페라이트를 형성함에 기술적 특징이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재는 그 성분조성으로서 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.18%, 망간(Mn): 1.0~1.5%, 실리콘(Si): 0.5% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.08% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 질소(N): 100ppm 이하, 칼슘(Ca): 60ppm 이하를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 의한 구조용 강재의 성분조성을 위와 같이 제어하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 특별한 언급이 없는 한 각 성분들의 함량은 중량%를 의미한다.
C: 0.04~0.18%
탄소(C)는 슬라브 응고 거동에 가장 큰 영향을 미치는 원소이므로, 적절한 범위 내로 강 중에 함유될 필요가 있다.
보다 구체적으로, 상기 C의 함량이 0.04% 미만이면 강의 경화능이 낮아져 최종 강재의 강도가 낮아지며, 이러할 경우 목표로 하는 강도의 확보가 어려운 문제가 있다. 반면, 그 함량이 0.18%를 초과하게 되면 탄소당량이 너무 커져 용접부의 경화능이 증대하게 되어 용접부 인성을 열화시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서 C의 함량은 0.04~0.18%로 제한함이 바람직하다.
Mn: 1.0~1.5%
망간(Mn)은 강의 경화능을 높여 강재의 강도를 확보하는데에 유용한 원소이다. 그러나, 용접열영향부 인성 확보를 고려하여 그 첨가량을 적절히 제한하는 것이 바람직하다.
일반적으로, Mn은 용접열영향부 인성을 비교적 덜 해치는 원소이나, 강재 두께 중심부에 편석(segrigation)되는 경향이 있고, 상기 Mn이 편석된 부위는 Mn의 함량이 평균 함량에 비해 매우 높아 용접열영향부 인성을 크게 해치는 취성 조직을 쉽게 생성시킨다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 Mn의 상한을 1.5%로 제한함이 바람직하며, 다만 너무 낮으면 강의 강도 확보가 곤란해지므로 그 하한을 1.0%로 제한함이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서 Mn의 함량은 1.0~1.5%로 제한함이 바람직하다.
Si: 0.5% 이하(0%는 제외)
실리콘(Si)은 강의 강도를 높이고 용강의 탈산에 유용한 원소이나, 불안정한 오스테나이트가 분해될 때 세멘타이트가 형성되는 것을 억제하여 MA(오스테나이트 마르텐사이트 혼합조직) 조직의 형성을 촉진시킨다. 이와 같이 MA 조직이 형성되면 용접열영향부의 인성이 크게 저하되는 문제가 있다.
또한, Si을 다량 첨가하게 되면 조대한 Si 산화물이 형성되어 개재물에서 시작된 취성 파괴가 발생하기 쉬워진다.
이를 고려하여, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.5% 이하로 제한함이 바람직하며, 제강공정 중 불가피하게 첨가되는 경우를 고려하여 0%는 제외한다.
Al: 0.005~0.5%
알루미늄(Al)은 용강을 저렴하게 탈산할 수 있는 원소로서, 0.005% 이상 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 연속주조시 노즐막힘을 야기하는 문제가 있다.
또한, 고용된 Al은 용접부에 도상 마르텐사이트를 형성시킬 우려가 있으며, 이는 용접부 인정 저하의 결과를 초래하므로 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 Al의 함량을 0.005~0.5%로 제한함이 바람직하다.
Ti: 0.005~0.02%
티타늄(Ti)은 질소(N)와 결합하여 미세한 질화물을 형성하여 용접 용융선 근처에서 발생할 수 있는 결정립 조대화를 완화하여 인성의 저하를 막는데 유용하다.
이러한 Ti의 함량이 너무 미미하면 형성되는 Ti 질화물의 수가 부족하여 결정립 조대화 억제 효과가 충분치 않으므로, 이를 고려하여 0.005% 이상으로 Ti을 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.02%를 초과하게 되면 오히려 조대한 Ti 질화물이 생성되어 결정립계 고착 효과가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서 Ti의 함량은 0.005~0.02%로 제한함이 바람직하다.
Nb: 0.08% 이하(0%는 제외)
니오븀(Nb)은 강의 강도를 높이는데 효과적인 원소이나, 용접열영향부의 인성을 크게 저해할 수 있으므로, 그 함량을 적절히 제어하여야 한다.
특히, 용접 용융선 부근에서는 1400℃ 이상의 고온으로 가열되어 결정립 조대화 영역이 형성됨으로써 인성을 저해할 우려가 있으며, 이는 그 함량이 0.08%를 초과하는 경우 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 Nb의 함량을 0.08% 이하로 제한함이 바람직하며, 0%는 제외한다.
P: 0.02% 이하
인(P)은 강의 강도 향상 및 내식성 확보에 유리한 원소이지만, 강의 충격인성을 크게 저해하는 원소이므로, 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 P의 상한을 0.02%로 제한하며, 제강공정 중에 불가피하게 첨가되는 경우를 고려하여 0%는 제외한다.
S: 0.01% 이하
황(S)은 MnS 등의 개재물을 형성함으로써 충격인성을 크게 저해하는 원소이므로, 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 S의 상한을 0.01%로 제한하며, 제강공정 중에 불가피하게 첨가되는 경우를 고려하여 0%는 제외한다.
N: 100ppm 이하
질소(N)는 Ti과 결합하여 미세한 질화물을 형성함으로써 용접 용융선 근처에서 발생할 수 있는 결정립 조대화를 완화시켜 인성의 저하를 억제하는 효과가 있다.
다만, 이러한 N의 함량이 과도하면 오히려 인성을 크게 감소시키는 문제가 있으므로, 이를 고려하여 100ppm 이하로 제어함이 바람직하며, 0%는 제외한다.
Ca: 60ppm 이하
칼슘(Ca)은 CaS 등을 형성하여 MnS의 조대화를 방지함으로써 중심부 인성 향상에 유리하나, 너무 과다하게 첨가되는 경우 조대한 CaS의 형성으로 인성을 해치는 문제가 있으므로, 그 함량을 60ppm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 구조용 강재는 상술한 성분조성 이외에, 본 발명에서 목표로 하는 물성을 더욱 향상시킬 목적에서 아래의 성분들을 추가적으로 더 포함할 수 있다. 이때, 하기 성분들은 1종만을 선택하여 첨가될 수 있으며, 2종 이상으로 복합되어 첨가될 수도 있다.
Ni: 2.0% 이하
니켈(Ni)은 모재의 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 거의 유일한 원소이다. 하지만, 고가의 원소이므로, 이러한 Ni의 첨가시 그 함량을 2.0% 이하로 제한함이 바람직하다.
Cu: 1.0% 이하
구리(Cu)는 모재의 인성 저하를 최소한으로 하면서, 동시에 강도를 높일 수 있는 원소이다. 하지만, 과도하게 첨가할 경우 강재의 표면품질을 크게 저해하므로, 이러한 Cu의 첨가시 그 함량을 1.0% 이하로 제한함이 바람직하다.
Cr: 1.0% 이하
크롬(Cr)은 강의 경화능을 증가시켜 강도 향상에 큰 효과가 있다. 하지만, 과도하게 첨가할 경우 용접성을 크게 저해하는 문제가 있으므로, 이러한 Cr의 첨가시 그 함량을 1.0% 이하로 제한함이 바람직하다.
Mo: 1.0% 이하
몰리브덴(Mo)은 소량 첨가만으로도 강의 경화능을 크게 향상시키고, 페라이트의 생성을 억제함으로써 강도를 크게 향상시킬 수 있는 원소이다. 하지만, 과도하게 첨가할 경우 용접부의 경도를 과다하게 증가시키고, 오히려 인성을 저해하므로, 이러한 Mo의 첨가시 그 함량을 1.0% 이하로 제한함이 바람직하다.
V: 0.3% 이하
바나듐(V)은 기타 합금원소에 비해 고용되는 온도가 낮으며, 용접열영향부에 석출하여 강도의 하락을 방지하는 효과가 있다. 하지만, 과도하게 첨가하는 경우에는 인성을 저해하는 문제가 있으므로, 이러한 V의 첨가시 그 함량을 0.3% 이하로 제한함이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
상술한 성분조성을 갖는 본 발명의 구조용 강재는 표층부 영역의 미세조직이 면적분율 80% 이상(100% 포함)의 세립 페라이트 및 잔부 펄라이트로 이루어지고, 상기 세립 페라이트의 평균 결정립 크기는 원상당 직경을 기준으로 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 구조용 강재는 기존의 구조용 강재와는 달리 연성을 우수하게 확보한 강재로서, 이는 상술한 바와 같이 강재 표층부 영역 내 미세조직으로 세립 페라이트를 확보함에 기인한다 (도 1 참조).
따라서, 상기 표층부 영역 내 10㎛ 이하의 결정립 크기를 갖는 세립 페라이트의 분율이 80% 이상으로 형성되어야만 강도의 저하가 적으면서 연성이 우수한 강재를 제공할 수 있다. 반면, 그 분율이 80% 미만이면, 목표로 하는 수준의 연성을 확보할 수 없게 된다.
본 발명에서 표층부 영역이라 하면 표면으로부터 두께방향으로 1/4t(여기서, t는 강재 두께(mm)를 의미) 지점까지의 영역을 의미하며, 반대편도 동일한 영역을 갖는다.
또한, 세립 페라이트만을 포함하는 영역의 깊이의 비율, 다시 말해서 전체 두께(t0, mm) 대비 상기 세립 페라이트의 깊이(t1, mm)의 비율(t1/t0)이 0.05 이상인 것이 바람직하다. 만일, 상기 비율(t1/t0)이 0.05 미만이면 상기 세립 페라이트의 형성으로부터 얻고자 하는 연성 향상의 효과를 충분히 확보할 수 없게 되며, 또한 충분한 강도를 확보할 수 없게 되므로, 바람직하지 못하다.
상기 세립 페라이트를 면적분율 80% 이상으로 포함하는 영역에 대해 표층부 영역으로 한정하고 있으므로, 상기 비율의 상한에 대해서는 특별히 한정하지 아니한다.
한편, 본 발명의 구조용 강재는 상술한 표층부 영역을 제외한 나머지 영역의 미세조직으로 페라이트 및 펄라이트 복합조직을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 페라이트와 펄라이트 조직은 통상의 C 함량에 의해 결정되어지는 레버 룰(Lever rule)에 도출되는 분율에 준한다. 상기 레버 룰에 의한 페라이트 분율은 (0.77wt%-C)/0.75wt% 로 계산될 수 있으며, 여기서 C는 중량함량을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 본 발명의 구조용 강재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 구조용 강재를 제조하는 방법은 개략적으로 상술한 성분조성을 만족하는 강 슬라브를 준비한 다음, 이를 재가열, 열간압연(조압연 및 마무리 압연) 및 냉각 공정을 거쳐 열연강판으로 제조하는 방법을 제공한다. 이하, 각 단계별 상세한 조건에 대하여 설명한다.
슬라브 재가열 온도: 1050~1250℃
먼저, 상술한 성분조성을 만족하는 강 슬라브를 준비한 후, 상기 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 재가열하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 재가열은 1050℃ 이상에서 실시함이 바람직한데, 이는 주조 중에 형성된 Ti 및/또는 Nb 탄·질화물을 고용시키기 위함이다. 즉, 주조 중에 형성된 Ti 및/또는 Nb 탄·질화물을 충분히 고용시키기 위해서는 1050℃ 이상에서 재가열할 필요가 있다. 다만, 너무 과다하게 높은 온도로 재가열할 경우에는 오스테나이트가 조대화될 수 있으므로, 이를 고려하여 상기 재가열 온도를 1250℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상술한 온도범위로 재가열된 강 슬라브는 그 형상의 조정을 위해 그 온도범위에서 조압연을 행하는 것이 바람직하다.
마무리 열간압연: Ar3+50℃ 이상
상기에 따라 재가열 및 조압연을 행한 후, 오스테나이트 조직에 불균일 미세조직을 도입하기 위하여 마무리 열간압연을 실시하는 것이 바람직하다
이때, 마무리 열간압연 온도는 Ar3+50℃ 이상인 것이 바람직하며, 만일 그 온도 미만이면 열간압연 후 가속냉각기로 진입하기 전에 조직의 변태가 발생하여, 본 발명에서 목표로 하는 미세조직을 확보하기 어려울 수 있다.
냉각: 30℃/s 이상의 냉각속도로, Ar3~Ar3+30℃ 범위에서 냉각종료
본 발명에서 목표로 하는 표층부 영역의 미세조직 즉, 세립 페라이트의 형성을 위해서는 냉각시 30℃/s 이상의 냉각속도로 수냉을 개시하여 페라이트 변태 개시온도(Ar3)~Ar3+30℃ 범위에서 냉각을 종료하는 것이 바람직하다.
상기 냉각속도가 30℃/s 미만이면 냉각종료 후 강재 표층부 영역 내 미세조직이 세립 페라이트로 변태되는데에 필요한 구동력이 충분치 못하게 되어 미세한 페라이트를 얻기 어려워진다. 이때, 냉각속도의 상한은 특별히 한정하지 아니하며, 다만 냉각설비 내 허용범위에 한할 수 있다.
또한, 상기 냉각종료온도가 Ar3+30℃를 초과하게 되면 표층부 영역 내 세립 페라이트 비율(t1/t0)이 0.05 미만으로 낮아지게 되며, 목표로 하는 520MPa 이상의 인장강도의 확보가 어려워진다. 반면, 냉각종료온도가 Ar3 미만이면 표층부 영역 내 미세조직으로 베이나이트 또는 마르텐사이트가 형성되면서, 그 분율이 50% 이상이 됨에 따라 연성이 저하되는 문제가 있다.
상술한 바에 따라 제조된 본 발명의 구조용 강재는 표층부 영역 내 미세조직으로 80% 이상의 세립 페라이트가 형성됨에 따라, 고강도와 더불어 충격인성 및 용접성뿐만 아니라 연성을 우수하게 확보할 수 있다.
구체적으로, 연신율이 25% 이상이면서 인장강도가 520MPa 이상인 구조용 강재의 제공이 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 강 슬라브를 하기 표 2에 나타낸 각각의 조건을 적용하여 열연강판을 제조하였다.
이후, 제조된 각각의 열연강판에 대해 항복강도, 인장강도와 연성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 각 열연강판의 미세조직을 관찰하여, 세립 페라이트가 형성된 깊이의 비율(t1/t0)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 함께 나타내었다.
이때, 상기 기계적 물성을 측정하기 위한 시편은 폭 50mm, 게이지 길이 20mm인 판상 시편을 이용하였으며, 파단시까지의 연신율을 측정하였다.
또한, 각각의 열연강판의 미세조직은 광학현미경을 이용하여 표면으로부터 두께방향으로 관찰하였으며, 미세조직 분율과 깊이를 측정하였다.
강종
 성분조성(중량%) Ar3
(℃)
C Si Mn P S Al Ti Nb Ni Cu Cr Mo V N*
발명강1 0.05 0.15 1.3 0.013 0.002 0.035 0.017 0.017 0.4 0 0.2 0 0 35 744
발명강2 0.10 0.25 1.45 0.012 0.002 0.013 0.020 0.004 0.3 0.1 0 0.15 0.03 40 723
발명강3 0.12 0.30 1.2 0.013 0.002 0.013 0.018 0.015 0.21 0 0.3 0 0 30 731
발명강4 0.16 0.28 1.3 0.013 0.002 0.013 0.019 0.013 0 0.22 0 0 0 40 718
비교강1 0.03 0.15 1.4 0.013 0.005 0.032 0.016 0.002 0.3 0.15 0.3 0.05 0.04 45 743
비교강2 0.14 0.30 0.8 0.013 0.005 0.024 0.015 0.004 0 0 0.5 0 0 70 726
(상기 표 1에서 N*의 함량 단위는 'ppm'이다. 또한, 상기 표 1의 모든 강종들은 Ca을 불순물 수준으로 포함하였으며, 그 함량은 모두 60ppm 이하이다.)
강종
 재가열 및 조압연 마무리 열간압연 냉각 구분
슬라브 두께(mm) 재가열추출
온도(℃)		 조압연종료
온도(℃)		 개시온도
(℃)		 종료온도
(℃)		 냉각속도
(℃/s)		 냉각종료
온도(℃)
발명강
1		 245 1175 1095 980 840 35 744 발명예1
245 1180 1100 1010 870 15 755 비교예1
245 1176 1096 1011 871 39 784 비교예2
발명강
2		 251 1130 1050 980 840 40 733 발명예2
245 1120 1085 1005 865 45 773 비교예3
245 1155 1085 1005 865 38 703 비교예4
발명강
3		 250 1105 1025 920 785 42 751 발명예3
248 1185 1105 1010 870 45 790 비교예5
247 1170 1090 1011 871 43 691 비교예6
발명강
4		 256 1150 1070 950 810 38 748 발명예4
255 1190 1110 1065 925 14 745 비교예7
250 1170 1090 1096 956 39 763 비교예8
비교강1 254 1150 1070 970 830 47 770 비교예9
비교강2 250 1155 1075 930 790 45 750 비교예10
구분 제품두께
(t0, mm)		 미세조직 기계적 물성
t1/t0 t2/t0 표층부 영역
페라이트
평균 결정립 크기(㎛)		 나머지 영역
페라이트
평균 결정립 크기(㎛)		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)
발명예1 18 0.070 0 6.5 28 142 548 26
비교예1 21 0.015 0 8.5 39 144 515 28
비교예2 22 0.025 0 9.0 46 154 505 31
발명예2 17 0.065 0 7.0 35 146 540 27
비교예3 19 0.010 0 7.5 41 157 495 32
비교예4 21 0 0.10 15 25 132 561 24
발명예3 23 0.060 0 5.5 25 150 530 28
비교예5 21 0.035 0 15 42 157 481 33
비교예6 20 0 0.13 12 23 125 570 22
발명예4 21 0.050 0 7.5 30 153 521 29
비교예7 22 0.013 0 9.0 37 153 495 31
비교예8 19 0.020 0 21 43 156 501 31
비교예9 21 0.051 0 8.0 45 141 485 29
비교예10 22 0.055 0 7.0 47 140 490 29
(상기 표 3에서 t0은 열연강판 전체 두께(mm)를 의미하며, t1은 표층부 영역 내 세립 페라이트의 깊이(두께방향, mm)를 의미하며, t2는 표층부 영역 내 베이나이트 또는 마르텐사이트 분율이 50% 이상인 깊이(두께방향, mm)를 의미한다.)
(상기 표 3에서 t1/t0 값이 '0'인 것은 통상 수냉시 형성되는 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직이 형성된 것이다.)
상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 강 성분조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 4의 경우에는 표층부 영역 내 세립 페라이트의 깊이 비율(t1/t0)이 0.05 이상이었으며, 강도 및 연성이 모두 우수하였다.
반면, 강 성분조성은 본 발명을 만족하나, 제조공정 중 냉각속도가 본 발명을 만족하지 못하는 비교예 1 및 비교예 7의 경우에는 냉각 종료 후 표층부 영역 내 미세조직이 세립 페라이트로 변태되는 데에 필요한 구동력이 충분치 않게 되어, 미세한 페라이트가 충분히 형성되지 못하였다. 이로 인해, 인장강도가 520MPa에 달하지 못하였다.
또한, 비교예 2, 3, 5 및 8의 경우에는 Ar3+30℃를 초과하는 온도에서 냉각이 종료된 경우로서, 이 경우 역시 표층부 영역 내에 세립 페라이트가 충분히 형성되지 못하게 되어 강도가 열위하였다.
비교예 4 및 6의 경우에는 Ar3 미만의 온도에서 냉각이 종료된 경우로서, 강판 표층으로부터 두께방향으로 냉각이 과하게 되어 베이나이트 또는 마르텐사이트가 형성되었다. 이로 인해, 연성이 열위하였다.
한편, 제조공정은 본 발명을 만족하지만, 강 성분조성 중 C의 함량이 불충분한 비교예 9와 Mn의 함량이 불충분한 비교예 10의 경우에는 경화능을 충분하게 확보하기 어려워 강도가 낮았다.
도 2는 냉각종료온도에 따른 강판 표층부 영역 내 세립 페라이트의 깊이 비율(t1/t0)과 인장강도의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, ΔT(냉각종료온도-Ar3)가 30℃ 이하인 경우(발명예 1 내지 4)에는 인장강도가 520MPa 이상이고, t1/t0 값이 0.05 이상을 만족하는 반면, ΔT(냉각종료온도-Ar3)가 30℃ 미만인 경우(비교예 2 및 3)에는 인장강도가 하락하고, t1/t0 값도 0.05 미만이었다.
도 3은 냉각종료온도에 따른 강판 표층부 영역 내 베이나이트 또는 마르텐사이트의 분율이 50% 이상이 되는 깊이의 비율(t2/t0)과 연신율의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각종료온도가 Ar3℃ 미만인 경우(비교예 4 및 6), 표층부 영역 내에 베이나이트 또는 마르텐사이트 상의 분율이 점차적으로 증가함을 확인할 수 있으며, 이에 따라 연신율이 저하한다.
단, ΔT(Ar3-냉각종료온도) 값이 60 이상인 경우에 대해서는 상기 표 1 내지 3에 나타내지 아니하였다.

Claims (6)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.18%, 망간(Mn): 1.0~1.5%, 실리콘(Si): 0.5% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.08% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 질소(N): 100ppm 이하, 칼슘(Ca): 60ppm이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    표층부 영역(표면으로부터 두께방향으로 1/4t(여기서, t는 강재 두께(mm)를 의미) 지점까지의 영역)의 미세조직이 면적분율 80% 이상(100% 포함)의 세립 페라이트 및 잔부 펄라이트로 이루어지고, 상기 세립 페라이트의 평균 결정립 크기는 10㎛ 이하이며,
    상기 표층부 영역을 제외한 나머지 영역의 미세조직이 페라이트 및 펄라이트 혼합조직이고, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 25㎛ 이상이고,
    18~23mm의 두께를 가지는 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강재는 전체 두께(t0) 대비 상기 세립 페라이트의 깊이(t1)의 비율(t1/t0)이 0.05 이상인 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 강재는 중량%로, 니켈(Ni): 2.0% 이하, 구리(Cu): 1.0% 이하, 크롬(Cr): 1.0% 이하, 몰리브덴(Mo): 1.0% 이하 및 바나듐(V): 0.3% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것인 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재.
  4. 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.18%, 망간(Mn): 1.0~1.5%, 실리콘(Si): 0.5% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.08% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 질소(N): 100ppm 이하, 칼슘(Ca): 60ppm이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위로 재가열한 후 조압연하는 단계;
    상기 조압연 후 Ar3+50℃ 이상의 온도에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
    상기 열연강판을 30℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하여 Ar3~Ar3+30℃ 온도범위에서 냉각을 정지하는 단계를 포함하여,
    표층부 영역(표면으로부터 두께방향으로 1/4t(여기서, t는 강재 두께(mm)를 의미) 지점까지의 영역)의 미세조직이 면적분율 80% 이상(100% 포함)의 세립 페라이트 및 잔부 펄라이트로 이루어지고, 상기 세립 페라이트의 평균 결정립 크기는 10㎛ 이하이며,
    상기 표층부 영역을 제외한 나머지 영역의 미세조직이 페라이트 및 펄라이트 혼합조직이고, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 25㎛ 이상이고,
    18~23mm의 두께를 가지는 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 강 슬라브는 중량%로, 니켈(Ni): 2.0% 이하, 구리(Cu): 1.0% 이하, 크롬(Cr): 1.0% 이하, 몰리브덴(Mo): 1.0% 이하 및 바나듐(V): 0.3% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것인 강도 및 연성이 우수한 구조용 강재의 제조방법.
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