KR102110686B1 - 형강 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 형강은 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 항복강도가 355MPa 이상이며, 인장강도가 490MPa 이상이며, 연신율이 20% 이상이며, 충격인성이 0℃에서 100J 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

형강 및 그 제조 방법{SHAPE STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 형강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 및 고인성의 형강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
형강은 일반적으로 단면 형상이 다각적으로 변화를 가지는 강재를 의미한다. 최근에 형강은 대형 건축물의 기둥과 같은 구조용 강재로 적용되고 있으며, 지하철, 교량 등의 토목용 가설재와 기초용 말뚝으로도 적용되고 있다. 형강은 연속 주조로 제조된 블룸(Bloom), 빌렛(Billet), 빔블랭크(Beam blank) 등의 주편을 열간압연함으로써 제조될 수 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0056765호(2014.05.12 공개, 발명의 명칭 : 형강 및 그 제조 방법)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고강도 및 고인성의 형강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 형강은 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 항복강도가 355MPa 이상이며, 인장강도가 490MPa 이상이며, 연신율이 20% 이상이며, 충격인성이 0℃에서 100J 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 형강에서, 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 함량비는 3.6 : 1 내지 5 : 1일 수 있다.
상기 형강은 니오븀(Nb): 0.001 ~ 0.050중량%, 티타늄(Ti): 0.001 ~ 0.025중량%, 인(P): 0.001 ~ 0.025중량% 및 황(S): 0.001 ~ 0.025중량% 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 1200 ~ 1250℃로 재가열하는 단계; (b) 상기 강재를 압연시작온도 1030 ~ 1070℃ 및 압연종료온도 800 ~ 900℃가 되도록 압연하는 단계; 및 (c) 상기 압연된 강재를 냉각종료온도 650 ~ 750℃가 되도록 냉각하는 단계;를 포함한다.
상기 형강의 제조 방법에서, 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 함량비는 3.6 : 1 내지 5 : 1일 수 있다.
상기 형강의 제조 방법에서, 상기 강재는 니오븀(Nb): 0.001 ~ 0.050중량%, 티타늄(Ti): 0.001 ~ 0.025중량%, 인(P): 0.001 ~ 0.025중량% 및 황(S): 0.001 ~ 0.025중량% 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 형강의 제조 방법에서, 상기 (c) 단계는 이송속도: 1.0 ~ 1.9m/s 및 냉각수량: 1000 ~ 1500m3/h인 조건으로 수냉하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고강도 및 고인성의 형강 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형강의 제조 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 실험예의 일부 시편에서 미세조직 및 석출물 관찰 사진을 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
최근 건축 구조물이 초고층화 및 대형화됨에 따라 항복강도 355MPa 이상의 강도를 갖는 고강도 철강소재가 요구되고 있다. 또한 지진이나 강한 바람에 의한 외력을 극복하기 위하여 저온 충격인성도 요구되고 있다.
고강도의 철강소재를 제조하기 위하여 일반적으로 탄소나 망간 등의 화학성분을 첨가하거나, 미세첨가원소인 바나듐이나 니오븀 등을 첨가하여 열가공제어(TMCP)공정을 적용하여 제조하고 있다.
또한, 건축물이 초고층화 및 대형화됨에 따라 철강소재의 후물화가 요구되고 있다. 하지만 후물 철강재를 제조함에 있어서 상기의 방법으로는 두께 중심부까지 균일한 물성을 확보할 수 없다. 이는 총 압하량 및 압연온도제어의 한계 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 질소를 첨가하여 석출강화효과를 증대하고 결정립을 미세화하여 항복강도 355MPa 이상을 갖는 고강도 및 고인성의 형강의 제조방법을 개시한다.
형강
본 발명의 일 실시예에 따르는 형강은 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 형강에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가되며, 용접성에 가장 큰 영향을 미치는 원소이다. 상기 탄소(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.08 ~ 0.16중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 탄소의 함량이 전체 중량의 0.08중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 함량이 전체 중량의 0.16중량%를 초과할 경우에는 모재의 충격 인성을 저하시킬 수 있으며, 전기저항용접(ERW)시 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있을 수 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 알루미늄과 함께 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘은 고용강화 효과도 가질 수 있다. 상기 실리콘은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.15 ~ 0.40중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 실리콘의 함량이 전체 중량의 0.15중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘의 함량이 전체 중량의 0.40중량%를 초과하여 다량 첨가 시 강의 용접성을 저하시키며, 재가열 및 열간압연 시에 적 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 고용 강화에 효과적이다. 또한, 망간(Mn)은 강의 경화능을 증가시킬 수 있다. 망간은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 1.0 ~ 1.5중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 망간의 함량이 1.0중량% 보다 작을 경우, 고용 강화의 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 망간의 함량이 1.5중량%를 초과할 경우, 용접성이 저하되고, MnS 개재물 및 중심 편석(center segregation)이 발생하여 형강의 연성이 저하되고 내부식성이 저하될 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 제강 공정에 첨가된다. 또한, AlN으로 강 중에 석출하여 결정립 미세화에 기여할 수 있다. 상기 알루미늄은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강 중량의 0.001 ~ 0.055중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.001중량% 미만이면 탈산효과가 미흡하고, 0.055중량%를 초과하면 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리며, 비금속개재물인 알루미나(Al2O3)를 형성하여 연성 및 인성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 결정립계에 피닝(pinning)으로 작용하여 강도 향상에 기여하는 원소이다. 바나듐의 탄화물 형성능은 크롬보다 강하며 결정립을 미세화 시키기 때문에 스테인리스강이나 절삭공구강의 개량에도 이용된다. 또한 타 금속원소과도 화합물을 형성하여 석출경화 효과가 현저하기 때문에 석출경화형강이나 영구자석 등에 이용된다. 상기 바나듐은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.03 ~ 0.10중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 바나듐의 함량이 형강의 전체 중량의 0.03중량% 미만인 경우 상술한 효과를 구현하기 어려우며, 바나듐의 함량이 형강의 전체 중량의 0.10중량%를 초과하여 다량 첨가 시 상기 강도 향상 효과와 대비하여 강의 제조 비용이 과도하게 상승시키는 문제가 있다.
질소(N)
질소(N)는 AlN 등의 질화물계 석출물을 형성하여 결정립 미세화에 기여하고, 고온 강도를 확보하는 데 기여할 수 있다. 상기 질소는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.01 ~ 0.02중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 상기 질소의 함량이 0.01중량% 미만인 경우 상술한 효과를 구현하기 어려우며, 0.02중량%를 초과하면 용접부 인성이 저하되고, 충격치가 저하될 수 있다.
한편, 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 성분 함량비는 3.6 : 1 내지 5 : 1일 수 있다. 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 성분 함량비(V:N)가 3.6 : 1 보다 작은 경우에는 양론비를 초과한 자유 질소(Free N) 및 바나듐 나이트라이드(VN) 석출물이 과도하게 형성되어 충격인성을 저해할 수 있다. 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 성분 함량비(V:N)가 5 : 1 보다 큰 경우 질소 첨가량이 V/N 화학양론비에 부족하기 때문에 압연/냉각중 석출되는 V(C,N)에 의한 충분한 결정립미세화 효과를 얻을 수 없다.
한편, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 형강은 상술한 조성범위를 가지는 원소들 외에 니오븀(Nb): 0.001 ~ 0.050중량%, 티타늄(Ti): 0.001 ~ 0.025중량%, 인(P): 0.001 ~ 0.025중량% 및 황(S): 0.001 ~ 0.025중량% 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 더 포함할 수도 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 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.050중량%의 함량비로 첨가된다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.001중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.050 중량%를 초과할 경우에는 강의 용접성을 저하시킨다. 또한, 니오븀의 함량이 0.050 중량%를 초과할 경우에는 니오븀 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.
티타늄(Ti)
티타늄(Ti)은 재가열시 탄화물을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여, 강의 조직을 미세화하는 역할을 한다. 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 형강 전체 중량의 0.001 ~ 0.025중량%의 함량비로 첨가된다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 티타늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.025 중량%를 초과할 경우에는 탄화계 석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하된다.
인(P)
인(P)은 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 인은 강 중에 균일하게 분포되어 있으면 별 문제가 되지 않지만 보통 Fe3P의 해로운 화합물을 형성한다. 이 Fe3P는 극히 취약하고 편석되어 있어서 풀림처리를 해도 균질화되지 않고 단조, 압연 등 가공 시 길게 늘어난다. 충격저항을 저하시키고 뜨임취성을 촉진하며 쾌삭강에서는 피삭성을 개선시키지만 일반적으로 강에 해로운 원소로 취급된다. 상기 인은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.001 ~ 0.025중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 인의 함량이 0.001중량% 미만인 경우 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 효과를 기대할 수 없으며, 인의 함량이 0.025중량%를 초과하는 경우에는 상술한 석출거동에 의해 저온 충격치가 저하되는 문제가 있다.
황(S)
황(S)은 망간, 몰리브데늄 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시키며 망간과 결합하여 MnS 개재물을 형성한다. 강 중에 망간의 양이 충분하지 못할 경우 철과 결합하여 FeS를 형성한다. 이 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간 가공시에 균열을 일으킨다. 이러한 FeS 개재물 형성을 피하기 위해 망간과 황의 비는 5대 1로 할 수도 있다. 상기 황은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.001 ~ 0.025중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.001중량% 미만인 경우 망간, 몰리브데늄 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선하는 효과를 구현할 수 없으며, 황의 함량이 0.025중량%를 초과할 경우, 인성 및 용접성을 저해하고, 저온 충격치를 저하시킬 수 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강은 상온에서의 항복강도가 355MPa 이상이며, 인장강도가 490MPa 이상이며, 연신율이 20% 이상이며, 충격인성이 0℃에서 100J 이상일 수 있다.
이하에서는 상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 제조 방법을 설명한다.
형강의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 형강의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 우수한 내화 특성을 가지는 형강의 제조 방법은 재가열 단계(S100), 압연 단계(S200) 및 냉각 단계(S300)를 포함한다.
먼저, 재가열 단계(S100)에서는, 상술한 소정의 조성의 강재를 재가열한다. 상기 강재는 제강 공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 강재는 일 예로서, 빌렛(Billet) 또는 빔 블랭크(Beam Blank)일 수 있다.
상기 강재는 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 강재는 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 인(P) 및 황(S) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 조성은 니오븀(Nb): 0.001 ~ 0.050중량%, 티타늄(Ti): 0.001 ~ 0.025중량%, 인(P): 0.001 ~ 0.025중량%, 황(S): 0.001 ~ 0.025중량%일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 강재는 1200 ~ 1250℃의 온도에서 재가열될 수 있다. 상기 강재는 상술한 온도에서 재가열될 때, 연속주조 공정 시에 편석된 성분이 재고용될 수 있다. 재가열온도가 1200℃보다 낮을 경우, 각종 탄화물의 고용이 충분하지 않을 수 있으며, 연속주조공정시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제가 있을 수 있다. 재가열온도가 1250℃를 초과할 경우, 매우 조대한 오스테나이트 결정립이 형성되어 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한, 1250℃를 초과할 경우 가열 비용이 증가하고 공정 시간이 추가되어, 제조 비용 상승 및 생산성 저하를 가져올 수 있다.
압연 단계(S200)에서, 재가열된 상기 강재를 압연한다. 상기 압연은 압연시작온도 1030 ~ 1070℃ 및 압연종료온도 800 ~ 900℃가 되도록 제어될 수 있다. 또한, 상기 압연은 압연속도 3.0 ~ 4.4m/s가 되도록 제어될 수 있다.
압연종료온도가 900℃ 보다 크면 고온에 의한 결정립성장이 발생하여 충격인성이 저하되고, 압연종료온도가 800℃ 보다 작으면 강재의 표면에 조대한 초석 페라이트가 생성되어 강도하락이 발생한다. 압연종료온도 800 ~ 900℃에서 압연 시, 압연변형에 의한 변형유기석출효과가 발생하여 석출물 분율이 증가하여 결정립미세화 및 석출강화 효과를 증대시킬 수 있다. 그러므로 압연종료온도는 800 ~ 900℃로 제어되어야 한다.
냉각 단계(S300)에서, 냉각종료온도 650 ~ 750℃가 되도록 냉각한다. 상기 냉각 공정은 이송속도: 1.0 ~ 1.9m/s 및 냉각수량: 1000 ~ 1500m3/h인 조건으로 수냉하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각종료온도가 750℃를 초과하면 냉각에 의한 결정립미세화 효과가 떨어지고, 또한 V(C,N) 석출속도가 저하되어 저온변태조직이 미발생되어 요구되는 강도를 확보할 수 없다. 또한 냉각종료온도가 650℃ 미만인 경우 강재에 저온조직(마르텐사이트, 베이나이트)이 과도하게 형성되어 연신율 및 충격인성을 감소시킨다. 따라서 냉각종료온도는 650 ~ 750℃ 범위에서 관리되어야 한다.
본 발명의 실시예에서는, 바나듐(V)을 필수적으로 첨가하는 강재에 질소를 첨가하여 355 MPa이상의 항복강도와 100J(@0℃)의 충격인성을 갖는 고강도 충격보증용 H형강 및 그 제조방법을 개시하였다. 기존의 H형강의 제조방법은 C, Mn, V, Nb 등을 첨가하여 고강도를 확보하였으나, 고가합금철 첨가에 따른 원가상승의 부담이 있었다. 본 실시예에서는 상기 합금철을 더 이상 추가하지 않고 상대적으로 저렴한 질소(N)를 첨가함으로써 결정립미세화/석출강화 효과를 극대화 하였다. 또한 석출물 과다생성에 의한 충격인성이 저하되는 부분을 제한하기 위하여 그 범위를 제시하였다. 이에 따르면, 고성능 강재를 저원가로 제조함으로써 원가절감을 할 수 있으며, 탄소당량의 저감으로 보다 좋은 용접성능을 확보할 수 있다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 시편의 제조
표 1의 주요 합금 원소 조성(단위: 중량비%) 및 표 2의 공정 조건을 적용하여 비교예 1 ~ 5 및 실시예 1 ~ 3의 시편을 제조하였다.
C Si Mn Al Ti V N
(ppm)		 V:N
비교예1 0.09 0.19 1.42 0.020 - 0.044 149 2.9
비교예2 0.10 0.18 1.40 0.017 - 0.046 181 2.5
비교예3 0.10 0.20 1.45 0.011 - 0.051 71 7.2
비교예4 0.09 0.19 1.40 0.040 - 0.048 63 7.6
비교예5 0.10 0.20 1.44 0.025 - 0.033 95 3.6
실시예1 0.09 0.19 1.30 0.014 - 0.050 102 4.9
실시예2 0.10 0.19 1.35 0.021 - 0.051 106 4.8
실시예3 0.11 0.24 1.33 0.013 0.014 0.056 147 3.8
Figure 112018105368006-pat00001
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예1 내지 실시예2는 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)로 이루어지며, 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 함량비는 3.6 : 1 내지 5 : 1인 강재를 1200 ~ 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 강재를 압연시작온도 1030 ~ 1070℃ 및 압연종료온도 800 ~ 900℃가 되도록 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 이송속도: 1.0 ~ 1.9m/s 및 냉각수량: 1000 ~ 1500m3/h인 조건으로 수냉하되 냉각종료온도 650 ~ 750℃가 되도록 냉각하는 단계;를 수행하여 구현한 시편이다.
실시예3은 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 티타늄(Ti): 0.001 ~ 0.025중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)로 이루어지며, 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 함량비는 3.6 : 1 내지 5 : 1인 강재를 1200 ~ 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 강재를 압연시작온도 1030 ~ 1070℃ 및 압연종료온도 800 ~ 900℃가 되도록 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 이송속도: 1.0 ~ 1.9m/s 및 냉각수량: 1000 ~ 1500m3/h인 조건으로 수냉하되 냉각종료온도 650 ~ 750℃가 되도록 냉각하는 단계;를 수행하여 구현한 시편이다.
이에 반하여, 비교예1 내지 비교예4는 상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 함량비는 3.6 : 1 내지 5 : 1인 범위를 벗어나며, 비교예3 내지 비교예5는 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량%의 범위를 벗어나며, 비교예5는 압연된 강재를 이송속도: 1.0 ~ 1.9m/s 및 냉각수량: 1000 ~ 1500m3/h인 조건과 냉각종료온도 650 ~ 750℃가 되도록 냉각하는 공정조건을 적용하지 않고 구현한 시편이다.
2. 기계적 물성 평가
표 3은 비교예 1 ~ 5 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시편의 기계적 물성 평가 결과 를 나타낸 것이며, 도 2는 실험예의 일부 시편(비교예4, 실시예2, 비교예5, 비교예1)에서 미세조직 및 석출물 관찰 사진을 나타낸 것이다.
인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)		 충격인성
(J @ 0℃)
비교예1 537 410 28 51
비교예2 532 402 29 87
비교예3 490 346 26.8 192
비교예4 473 340 27.6 194
비교예5 530 393 19 17
실시예1 515 365 27.6 215
실시예2 508 378 26.8 240
실시예3 545 386 26 209
표 3을 참조하면, 실시예1 내지 실시예3의 시편은 항복강도가 355MPa 이상이며, 인장강도가 490MPa 이상이며, 연신율이 20% 이상이며, 충격인성이 0℃에서 100J 이상인 물성을 구현함에 반하여, 비교예1 내지 비교예2의 시편은 질소 함량의 과다로 인하여 충격인성이 0℃에서 100J 보다 낮으며, 비교예3의 시편은 질소 함량의 부족으로 인하여 항복강도가 355MPa 보다 낮으며, 비교예4의 시편은 질소 함량의 부족으로 인하여 인장강도가 490MPa 보다 낮고 항복강도가 355MPa 보다 낮으며, 비교예5의 시편은 냉각 과다로 인하여 연신율이 20% 보다 낮고, 충격인성이 0℃에서 100J 보다 낮음을 확인할 수 있다.
표 3 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 바나듐을 필수적으로 첨가하는 강재에 질소를 첨가하여 항복강도 355 MPa 이상 및 충격인성 100J(@0℃) 이상인 고강도 충격보증용 H형강을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 비교예에서는 C, Mn, V, Nb등을 첨가하여 고강도를 확보하였으나, 고가합금철 첨가에 따른 원가상승의 부담이 있으나, 실시예에서는 상기 합금철을 더 이상 추가하지 않고 상대적으로 저렴한 N을 첨가함으로써 결정립미세화와 석출강화 효과를 극대화 하였다. 또한 석출물 과다생성에 의한 충격인성이 저하되는 부분을 제한하기 위하여 질소 함량에 대한 바람직한 범위를 확인하였다. 이러한 실시예에서는 고성능 강재를 저원가로 제조함으로써 원가절감을 할 수 있으며, 탄소당량의 저감으로 보다 좋은 용접성능을 확보할 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.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (a) 탄소(C): 0.08 ~ 0.16중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.40중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.5중량%, 알루미늄(Al): 0.001 ~ 0.055중량%, 바나듐(V): 0.03 ~ 0.10중량%, 질소(N): 0.01 ~ 0.02중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 1200 ~ 1250℃로 재가열하는 단계;
    (b) 상기 강재를 압연시작온도 1030 ~ 1070℃ 및 압연종료온도 800 ~ 900℃가 되도록 압연하는 단계; 및
    (c) 상기 압연된 강재를 냉각종료온도 650 ~ 750℃가 되도록 냉각하는 단계;를 포함하고,
    상기 바나듐(V)과 상기 질소(N)의 함량비는 3.8 : 1 내지 4.9 : 1로 조절되어 결정립미세화 및 석출강화 효과를 증가시키며, 석출물 과다생성에 의한 충격인성이 저하되는 부분을 제한하는 것을 특징으로 하는
    형강의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 강재는 니오븀(Nb): 0.001 ~ 0.050중량%, 티타늄(Ti): 0.001 ~ 0.025중량%, 인(P): 0.001 ~ 0.025중량% 및 황(S): 0.001 ~ 0.025중량% 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는,
    형강의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 이송속도: 1.0 ~ 1.9m/s 및 냉각수량: 1000 ~ 1500m3/h인 조건으로 수냉하는 단계를 포함하는,
    형강의 제조 방법.
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