KR102010080B1

KR102010080B1 - 강판의 용접부의 열처리방법

Info

Publication number: KR102010080B1
Application number: KR1020170179164A
Authority: KR
Inventors: 이선종; 이세웅; 송우림
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-10-21
Also published as: KR20190077732A

Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 강판의 용접부의 열처리방법은, 연속압연 생산라인의 입측에서 강판을 레이저 용접 후 연속적으로 통판하는데 있어서, 레이저 용접된 용접부을 공랭을 통해 냉각시키는 제1 냉각 단계; 상기 냉각된 용접부의 온도(Tw1)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)와 비교하는 제1 온도 비교 단계; 상기 제1 온도 비교에 따른 결과를 기초로 상기 용접부에 대한 수랭 또는 공랭 중 어느 하나의 냉각 방법을 선택하여 냉각시키는 제2 냉각 단계; 상기 제2 냉각 단계 이후의 상기 용접부의 온도(Tw2)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)와 비교하는 제2 온도 비교 단계; 및 상기 제2 온도 비교에 따른 결과를 기초로 상기 용접부에 대한 템퍼링 수행 여부를 판단하는 결정 단계;를 포함할 수 있다. 상기 Ms는 Ms = (547.58-596.914*C - 28.389*Mn - 13.073*Si + 8.827*Al - 17.7*Cr) + 273.15를 만족할 수 있다.

Description

강판의 용접부의 열처리방법{HEAT TREATING METHOD FOR WELDING PART OF STEEL PLATE}

본 발명은 강판의 용접부의 열처리방법에 관한 것이다.

자동차 경량화 및 강화되는 안전규제 만족을 위해 철강 산업은 고강도, 고연성을 모두 충족시키는 제품 개발에 박차를 가하고 있다. 최근 인장강도 1200MPa, 연신률 35% 이상을 보이는 3세대 기가스틸의 경우 탄소(C)와 망간(Mn)의 함량이 많아서 용접 후 냉각 중 마르텐사이트(martensite)가 100% 형성되게 된다.

냉연공장은 연속압연 생산라인의 입측에서 용접을 하고 연속적으로 통판하게 되는데, 3세대 기가스틸의 경우 레이저 용접시 경질한 마르텐사이트가 형성되어 라인 통판 도중 파단이 발생하여 상업적인 생산이 불가하였다. 마르텐사이트의 형성은 냉각 시간이 아닌 냉각 온도에만 영향을 받게 된다. 따라서, 기존에 레이저 용접 후 후열처리로는 냉각 시간을 길게 할 뿐 마르텐사이트 형성을 억제할 수 없게 된다.

본 발명은 3세대 기가스틸의 레이저 용접 후 경질한 마르텐사이트 형성으로 인한 라인 통판성 확보 불가로 산업생산이 어려운 점을 해결하고자 연질한 마르텐사이트 용접부를 형성시킬 수 있는 강판의 용접부의 열처리방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 강판의 용접부의 열처리방법은, 연속압연 생산라인의 입측에서 강판을 레이저 용접 후 연속적으로 통판하는데 있어서, 레이저 용접된 용접부을 공랭을 통해 냉각시키는 제1 냉각 단계; 상기 냉각된 용접부의 온도(Tw1)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)와 비교하는 제1 온도 비교 단계; 상기 제1 온도 비교에 따른 결과를 기초로 상기 용접부에 대한 수랭 또는 공랭 중 어느 하나의 냉각 방법을 선택하여 냉각시키는 제2 냉각 단계; 상기 제2 냉각 단계 이후의 상기 용접부의 온도(Tw2)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)와 비교하는 제2 온도 비교 단계; 및 상기 제2 온도 비교에 따른 결과를 기초로 상기 용접부에 대한 템퍼링 수행 여부를 판단하는 결정 단계;를 포함하고, 상기 Ms는 Ms = (547.58-596.914*C - 28.389*Mn - 13.073*Si + 8.827*Al - 17.7*Cr) + 273.15를 만족할 수 있다.

상기 제2 냉각 단계는, Tw1 > Ms + 100℃인 경우 물분무(water mist)를 통한 수랭을 실시하고, Ms < Tw1 < Ms + 100℃인 경우 공랭을 실시하여 냉각시킬 수 있다.

상기 결정 단계는, Tw2 < Mf인 경우 템퍼링을 수행하고, Mf < Tw2 < Ms인 경우 상기 강판의 통판 속도를 낮추어 Tw2 < Mf를 만족할때 까지 템퍼링 수행을 보류할 수 있다.

상기 템퍼링은 상기 용접부의 온도를 400℃~500℃까지 재가열하여 수행될 수 있다.

상기 강판은 Mn 함량이 4~10%인 AHSS강일 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 템퍼링을 통해 탄소(C)가 과다 고용되어 있는 경질한 마르텐사이트 내의 탄소(C)를 석출하여 연질한 마르텐사이트 용접부을 형성시킬 수 있는 강판의 용접부의 열처리방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연속압연 생산라인을 개략적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 강판의 용접부의 열처리방법을 도시한 순서도.
도 3a 및 도 3b는 일반 고장력강 후열처리 그래프 및 레이저 용접-후열처리를 수행한 경우에서의 용접부를 나타내는 사진.
도 4a 및 도 4b는 3세대 기가스틸 후열처리 그래프 및 본 발명에 따른 레이저 용접-급냉-후열처리를 수행한 경우에서의 용접부를 나타내는 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 강판의 용접부의 열처리방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연속압연 생산라인을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 강판의 용접부의 열처리방법을 도시한 순서도이다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 강판의 용접부의 열처리방법(10)은 연속압연 생산라인의 입측에서 강판(P)을 레이저 용접장치(1)로 용접하고 통판하는데 있어서, 먼저 레이저 용접된 용접부를 공랭을 통해 냉각시킨다(제1 냉각 단계).

본 실시예에 따른 냉간 압연에 사용되는 강판(P)은, 예를 들어, 망간(Mn) 함량이 4~10%인 AHSS강일 수 있다.

다음으로, 온도계(2)를 사용해서 냉각된 용접부의 온도(Tw1)를 측정하고, 이를 기 설정된 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)와 비교한다(제1 온도 비교 단계).

여기서, Ms는 Ms = (547.58-596.914*C - 28.389*Mn - 13.073*Si + 8.827*Al - 17.7*Cr) + 273.15를 만족할 수 있다.

다음으로, 제1 온도 비교에 따른 결과를 기초로 용접부에 대한 수랭 또는 공랭 중 어느 하나의 냉각 방법을 선택하여 냉각시킨다(제2 냉각 단계).

구체적으로, 제1 냉각 단계 후 측정된 용접부의 온도(Tw1)가 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)와 비교하여 100℃ 이상 높은 경우, 즉 "Tw1 > Ms + 100℃"인 경우 물분무(water mist)를 통한 수랭을 실시한다. 이러한 물분무는 레이저 용접장치(1)에 인접하여 설치되는 물분무 냉각(water mist cooling)장치(3)를 통해 수행될 수 있다.

또한, 측정된 용접부의 온도(Tw1)가 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)와 비교하여 다음의 조건을 만족하는 경우, 즉 "Ms < Tw1 < Ms + 100℃"인 경우 공랭을 실시하여 냉각시킬 수 있다. 이러한 공랭은 제1 냉각 단계에서의 공랭을 연속하여 수행하는 것에 해당할 수 있다.

다음으로, 온도계(4)를 사용해 제2 냉각 단계 이후의 용접부의 온도(Tw2)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)와 비교한다(제2 온도 비교 단계).

그리고, 제2 온도 비교에 따른 결과를 기초로 용접부에 대한 템퍼링(tempering) 수행 여부를 판단한다(결정 단계).

구체적으로, 제2 냉각 단계 후 측정된 용접부의 온도(Tw2)가 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)보다 낮은 경우, 즉 "Tw2 < Mf"인 경우 템퍼링을 수행한다.

또한, 측정된 용접부의 온도(Tw2)가 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)보다 높고 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)보다 낮은 경우, 즉 "Mf < Tw2 < Ms"인 경우 강판의 통판 속도를 낮추어 "Tw2 < Mf"를 만족할때 까지 템퍼링 수행을 보류한다.

이와 같이 강판의 통판 속도를 낮춤으로써 강판에 대한 공랭을 수행하게 되며, 용접부의 온도(Tw2)를 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)보다 낮추는 것이 가능하다. 그리고, "Tw2 < Mf"를 만족하게 되면 템퍼링을 수행할 수 있다.

여기서, 템퍼링은 용접부의 온도를 400℃~500℃까지 재가열하는 것으로 수행될 수 있다.

이러한 템퍼링을 통해서 경질한 마르텐사이트 내의 탄소(C)가 석출되어 연질한 마르텐사이트로 바뀌게 되며, 따라서 연질한 마르텐사이트 용접부를 형성할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 일반 고장력강 후열처리 그래프 및레이저 용접-후열처리를 수행한 경우에서의 용접부를 나타내는 사진이다.

그리고, 도 4a 및 도 4b는 3세대 기가스틸 후열처리 그래프 및 본 발명에 따른 레이저 용접-급냉-후열처리를 수행한 경우에서의 용접부를 나타내는 사진이다.

도 3b에서와 같이 레이저 용접 후 단순히 후열처리를 수행한 경우의 용접부는 용접성이 불량인 것을 확인할 수 있다. 이는 경질한 마르텐사이트가 형성되어 용접부의 강도가 올라가서 판파단이 발생함을 보여준다.

반면, 도 4b에서와 같이 본 발명에 따른 레이저 용접-급냉-후열처리를 수행한 경우에는 경질한 마르텐사이트 내의 탄소(C)가 석출됨에 따라 연질한 마르텐사이트로 바뀌어서 용접성이 향상된 것을 확인할 수 있다.

정리하면, 본 발명은 3세대 기가스틸 레이저 용접 후 상온수준 까지 급랭시키고, 냉각된 용접부의 온도를 다시 400℃~500℃까지 재가열하여 템퍼링함으로써, 경질한 마르텐사이트 내의 탄소를 석출하여 연질한 마르텐사이트를 확보하여 용접성을 향상시킬 수 있다. 특히, 후열처리를 마르텐사이트 형성 억제 용도가 아닌 템퍼링 용도(마르텐사이트 내 탄소 석출)로 활용하여 연질한 마르텐사이트를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 용접부의 온도 검출을 통해서 물분무를 통한 급랭이 필요한 경우와, 통판의 이동 속도를 제어할 필요가 있는 경우를 선별하여 제어함으로써 효율적으로 연질한 마르텐사이트를 형성할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1... 레이저 용접장치
2, 4... 온도계
3... 물분무 냉각장치

Claims

연속압연 생산라인의 입측에서 강판을 레이저 용접 후 연속적으로 통판하는데 있어서,
레이저 용접된 용접부를 공랭을 통해 냉각시키는 제1 냉각 단계;
상기 냉각된 용접부의 온도(Tw1)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 시작 온도(Ms)와 비교하는 제1 온도 비교 단계;
상기 제1 온도 비교에 따른 결과를 기초로 상기 용접부에 대한 수랭 또는 공랭 중 어느 하나의 냉각 방법을 선택하여 냉각시키는 제2 냉각 단계;
상기 제2 냉각 단계 이후의 상기 용접부의 온도(Tw2)를 측정하여 기 설정된 마르텐사이트 형성 종료 온도(Mf)와 비교하는 제2 온도 비교 단계; 및
상기 제2 온도 비교에 따른 결과를 기초로 상기 용접부에 대한 템퍼링 수행 여부를 판단하는 결정 단계;
를 포함하고,
상기 Ms는 Ms = (547.58-596.914*C - 28.389*Mn - 13.073*Si + 8.827*Al - 17.7*Cr) + 273.15
를 만족하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부의 열처리방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 냉각 단계는,
Tw1 > Ms + 100℃인 경우 물분무(water mist)를 통한 수랭을 실시하고,
Ms < Tw1 < Ms + 100℃인 경우 공랭을 실시하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부의 열처리방법.
제1항에 있어서,
상기 결정 단계는,
Tw2 < Mf인 경우 템퍼링을 수행하고,
Mf < Tw2 < Ms인 경우 상기 강판의 통판 속도를 낮추어 Tw2 < Mf를 만족할때 까지 템퍼링 수행을 보류하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부의 열처리방법.
제1항에 있어서,
상기 템퍼링은 상기 용접부의 온도를 400℃~500℃까지 재가열하여 수행되는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부의 열처리방법.
제1항에 있어서,
상기 강판은 Mn 함량이 4~10%인 AHSS강인 것을 특징으로 하는 강판의 용접부의 열처리방법.