KR102236853B1

KR102236853B1 - 강도와 연성이 우수한 강재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102236853B1
Application number: KR1020190169538A
Authority: KR
Inventors: 김상호; 방기현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-04-06

Abstract

본 발명은 고강도 특성을 구비하면서도, 연신율이 우수한 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 보다 상세하게는 본 발명의 일 측면에 따르는 강재는 선박, 해양구조물, 건축구조물 등 구조용 강재로 사용될 수 있다.

Description

강도와 연성이 우수한 강재 및 그 제조방법{STEEL MATERIAL HAVING EXCELLENT STRENGTH AND DUCTILITY AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 강도와 연성이 우수한 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

선박, 해양구조물, 건축구조물 등에 사용되는 구조용 강재는 용도상 고강도 특성이 요구되는 추세이다. 강 구조물에서 요구되는 구조 강도를 만족하면서 구조물을 경량화하기 위해서는 강재의 강도가 높아야 한다.

한편, 강 구조물을 제작하는 과정에서 통상 굽힘 등의 곡가공이 동반되는데, 연성이 부족하면 곡가공 시 강판에 찢어짐이 발생할 수 있다. 이러한 곡가공 등에 의해 강판이 찢어질 경우, 제작 공기가 길어지는 문제가 발생할 수 있다.

더하여, 선박 운항 시 좌초 또는 선박 간의 충돌로 인해 선체 외벽이 찢어질 수 있는데, 이럴 경우 침수 또는 침몰로 이어져 인명 및 재산 상의 피해가 발생할 수 있다. 특히, 선박의 화물이 원유 또는 석유제품인 경우에는 심각한 해양 환경 사고로 이어질 수 있다.

이와 같이, 선박 운항 중 충돌이나 강 구조물 제작 시 곡가공 등에 의해 강판이 찢어지는 것을 막고, 외부 물체와의 충돌 시 선체 외벽이 찢어지는 것을 막기 위해서는 외벽에 적용된 강재의 연성이 충돌 에너지를 흡수할 수 있을 만큼 충분히 우수해야 한다.

그러나, 강도와 연성은 반비례 관계에 있으므로, 강도와 연성이 동시에 우수한 강판을 제작하기는 쉽지 않다. 그럼에도 상기한 문제를 해결하기 위해 많은 노력들이 진행되어 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1은 주 상인 페라이트의 평균 입경을 3~12㎛로 하고, 페라이트 분율을 90% 이상으로 제어하고, 제2상의 평균 원상당 직경을 0.8㎛ 이하로 제어함으로써, 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 15% 이상인 충돌 흡수성이 우수한 강판에 대해 기술하고 있다.

그러나, 특허문헌 1은 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 15% 이상인 강판에 대해 기술하고 있는데, 강판의 파단에는 균일 연신율보다는 총연신율(또는 파단 연신율)이 더 관련이 있는데도 불구하고 상기 발명으로 인해 확보되는 총연신율에 대해서는 명확히 기술되어 있지 않다.

특허문헌 2는 압연 후 냉각 과정에서 전단 냉각, 공냉, 후단 냉각으로 이루어진 제조 조건을 적용함으로써, 조직이 페라이트와 경질 제2상으로 이루어지고, 상기 페라이트의 체적분율이 판 두께 전체에서 75% 이상이며, 경도가 Hv 140 이상 160 이하, 평균 결정 입경이 2㎛ 이상인 강재에 대해 특정하고 있다. 이를 통해 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 20% 이상인 강재를 제공할 수 있다.

그러나, 특허문헌 2는 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 20% 이상으로 매우 우수하나, 균일 연신율이 우수하다고 하여 반드시 총연신율까지 우수하지는 않기 때문에 파단 연신율에 해당하는 총연신율이 어느 정도인지는 불명확하다.

특허문헌 3은 충돌 시의 에너지 흡수능을 증가시키기 위해 조직을 페라이트 주 상과 펄라이트를 주체로 하는 제2상으로 구성하고, 상기 제2상의 경도, 분율, 평균 면적, 평균 주위 길이가 소정의 조건을 만족하면서 페라이트의 평균 전위 밀도를 일정 이하로 낮춘 후강판에 대해 기술하고 있다. 이를 위해 강 소재를 통상적인 재가열 온도보다 높은 고온으로 가열한 후 제어 압연을 수행하고 공냉 또는 약수냉하는 제조방법을 제시하고 있다.

특허문헌 4는 페라이트 면적율이 80~95%, 펄라이트 면적율이 5~20%를 만족하고 페라이트의 결정립 크기, 종횡비, 전위밀도에 대해 규정하고, 표층부와 두께중심부의 경도 차이를 최소화하는 고강도 고연성 강판을 제조하는 방법에 대해 기술하고 있다. 이를 통해 인장강도가 490MPa 이상이면서 연신율이 판 두께에 따라 23~40% 이상인 강판을 제공할 수 있다.

그러나, 특허문헌 3과 4는 인장강도가 490MPa 이상이면서 연성이 우수한 강판을 제조할 수 있으나, S를 0.003% 이하로 제어하기 위해서는 제강 부하를 동반할 수 밖에 없고, 재가열 온도가 통상적인 범위를 벗어나있어 강판 제조 시 어려움이 예상된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0914590호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0104077호 일본 등록특허 제5994819호 일본 등록특허 제6007968호

본 발명의 일 측면은, 고강도 특성을 구비하면서도, 연신율이 우수한 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.13~0.16%, 실리콘(Si): 0.3~0.5%, 망간(Mn): 1.0~1.3%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.007~0.02%, 질소(N): 0.002~0.006%, 칼슘(Ca): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 페라이트, 펄라이트 및 3면적% 이하(0% 포함)의 베이나이트를 포함하고, 상기 페라이트의 평균 입경은 6~20㎛이며, 상기 펄라이트의 이방성 지수가 2.0 이하인 강도와 연성이 우수한 강재를 제공할 수 있다.

상기 펄라이트의 분율은 15~25면적%일 수 있다.

상기 강재는 항복강도가 355MPa 이상, 인장강도가 490MPa 이상이고, 비례 연신율이 32% 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.13~0.16%, 실리콘(Si): 0.3~0.5%, 망간(Mn): 1.0~1.3%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.007~0.02%, 질소(N): 0.002~0.006%, 칼슘(Ca): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬래브를 1,100℃ 초과, 1,200℃ 이하의 온도범위로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬래브를 조압연하는 단계; 상기 조압연된 강 슬래브를 850~950℃의 마무리 압연 종료 온도, 50% 이상의 누적 압하율로 마무리 압연하여 열연강재를 얻는 단계; 및 상기 열연강재를 Ar3 온도 이상에서 개시하여, 670~730℃의 온도범위까지 3~7℃/s의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 포함하는 강도와 연성이 우수한 강재의 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 냉각하는 단계 이후 상온까지 공냉하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고강도 특성을 구비하면서도 연신율이 우수한 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

이하에서는, 본 발명의 강 합금조성에 대해 자세히 설명한다.

본 발명에서 특별히 달리 언급하지 않는 한 각 원소의 함량을 표시하는 %는 중량을 기준으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.13~0.16%, 실리콘(Si): 0.3~0.5%, 망간(Mn): 1.0~1.3%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.007~0.02%, 질소(N): 0.002~0.006%, 칼슘(Ca): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

탄소(C): 0.13~0.16%

탄소(C)는 펄라이트 분율에 영향을 미쳐 인장강도를 좌우하는 원소로, 인장강도 확보를 위해 0.13% 이상의 탄소(C)를 포함할 수 있다. 탄소(C)의 함량이 0.13% 미만이면 공냉 시 연신율은 우수하나, 인장강도 확보가 곤란해진다. 따라서, 인장강도 확보를 위해 공냉 대신 수냉이 필수적이며, 이 때 높은 냉각속도로 인해 미세조직 내에 제2상으로 펄라이트 대신 베이나이트가 형성되어 연신율이 저하될 수 있다. 반면, 그 함량이 0.16%를 초과하면 펄라이트 면적율이 증가하여 인장강도 확보에는 유리하나, 연성 확보는 곤란해진다.

따라서, 탄소(C)의 함량은 0.13~0.16%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.135~0.155%일 수 있다.

실리콘(Si): 0.3~0.5%

실리콘(Si)은 탈산에 필수적인 원소로, 경화능을 높여 강도 향상에 기여하므로 0.3% 이상 첨가되어야 한다. 다만, 그 함량이 0.5%를 초과하면 강도가 지나치게 높아져 연성이 저하되고, 용접성이 떨어지게 된다.

따라서, 실리콘(Si)의 함량은 0.3~0.5%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.35~0.45%일 수 있다.

망간(Mn): 1.0~1.3%

망간(Mn)은 S와 결합하여 압연 중 연신되는 MnS를 형성하고, 제강 연주 과정에서 미소편석을 유발하여 펄라이트의 이방성을 조장하므로, 망간(Mn)의 함량이 1.3%를 초과하지 않아야 한다. 반면, 그 함량이 1.0% 미만일 경우, 경화능이 부족해져 인장강도 확보가 곤란해지는 문제점이 있다.

따라서, 망간(Mn)의 함량은 1.0~1.3%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.1~1.3%일 수 있다.

인(P): 0.02% 이하

인(P)은 강재의 제조 과정 중 불가피하게 포함되는 불순물로서, 연성을 저해하므로 최소화할 필요가 있으나, 인(P)의 함량을 낮추기 위해서는 제강 공정상 부하가 증가하게 되므로 그 상한을 0.02%로 한다.

따라서, 인(P)의 함량은 0.02% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.012%일 수 있다.

황(S): 0.005% 이하

황(S)는 강재의 제조 과정 중 불가피하게 포함되는 불순물로서, MnS를 형성하여 연성을 크게 저하시키므로 최소화할 필요가 있다. 다만, 황(S)의 함량을 낮추기 위해서는 제강 공정상 부하가 증가하게 되므로 그 상한을 0.005%로 한다.

따라서, 황(S)의 함량은 0.005% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.003%일 수 있다.

알루미늄(Al): 0.01~0.05%

알루미늄(Al)은 탈산에 효과적인 원소로서, 탈산을 위해 0.01% 이상 포함되어야 한다. 다만, 그 함량이 0.05%를 초과하면 용접부 인성을 저하시킬 수 있다.

따라서, 알루미늄(Al)의 함량은 0.01~0.05%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.02~0.04%일 수 있다.

티타늄(Ti): 0.005~0.02%

티타늄(Ti)은 N과 결합하여 TiN을 형성시켜 재가열 시 오스테나이트가 조대하게 성장하는 것을 억제하므로, 0.005% 이상 첨가되어야 한다. 다만, 그 함량이 0.02%를 초과하면 TiN이 조대하게 석출되어 재가열 시 오스테나이트의 성장을 효과적으로 막을 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 티타늄(Ti)의 함량은 0.005~0.02%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.007~0.017%일 수 있다.

니오븀(Nb): 0.007~0.02%

니오븀(Nb)은 오스테나이트의 미재결정역을 확장하여 최종 조직에서 페라이트의 결정립 크기를 미세화하는데 기여하므로, 0.007% 이상 첨가되어야 한다. 다만, 그 함량이 0.02%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 강의 용접성을 크게 저하시킬 수 있다.

따라서, 니오븀(Nb)의 함량은 0.007~0.02%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.007~0.017%일 수 있다.

질소(N): 0.002~0.006%

질소(N)는 Ti과 TiN 입자를 형성하여 재가열 시 오스테나이트가 조대하게 형성되는 것을 막아 연성 향상에 기여하므로, 0.002% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 0.006%를 초과하면 강판의 표면 품질을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

따라서, 질소(N)의 함량은 0.002~0.006%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.003~0.005%일 수 있다.

칼슘(Ca): 0.001~0.003%

칼슘(Ca)은 압연 중 연신되어 강판의 연성을 크게 저하시키는 MnS 대신 구형의 경한 CaS를 형성하여, MnS 형성에 의한 연성 저하를 완화시키므로, 0.001% 첨가되어야 한다. 다만, 그 함량이 0.003%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 제강 공정상 부하도 크게 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 칼슘(Ca)의 함량은 0.001~0.003%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.0015~0.0025%일 수 있다.

본 발명의 강재는, 상술한 조성 이외에 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물은 통상의 제조공정에서 의도되지 않게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이러한 불순물들은 통상의 철강제조분야의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

이하에서는, 본 발명 강의 미세조직에 대해 자세히 설명한다.

본 발명에서 특별히 달리 언급하지 않는 한 미세조직의 분율을 표시하는 %는 면적을 기준으로 한다.

상술한 합금조성을 만족하는 본 발명의 강재는 미세조직으로 15~25%의 펄라이트, 3% 이하(0% 포함)의 베이나이트 및 잔부 페라이트를 포함하며, 상기 페라이트의 평균 입경은 6~20㎛이며, 상기 펄라이트의 이방성 지수가 2.0 이하일 수 있다.

미세조직으로 15~25%의 펄라이트, 3% 이하(0% 포함)의 베이나이트 및 잔부 페라이트를 포함할 수 있다.

강도와 연성을 동시에 확보하기 위해 페라이트를 주 상으로 하며, 면적분율로 15~25%의 펄라이트를 포함한다. 펄라이트 면적율이 15% 미만이면 본 발명에서 목표로 하는 인장강도 확보가 곤란하며, 펄라이트 면적율이 25%를 초과하면 연성 확보가 곤란해진다.

미세조직으로 베이나이트를 일부 포함할 수 있으나, 그 면적율은 3% 이하여야 한다. 베이나이트의 면적율이 3%를 초과하면 인장시험에서 균일 연신율이 증가하나, 총연신율 확보가 곤란하기 때문이다.

상기 페라이트 평균 입경은 6~20㎛ 범위가 바람직하다.

페라이트의 평균 입경이 6㎛ 미만이면 강도가 지나치게 높아져 연성 확보가 어렵고, 20㎛를 초과하면 강도 확보가 곤란하다.

상기 펄라이트의 이방성 지수가 2.0 이하인 것이 바람직하다.

강재의 미세조직이 페라이트와 펄라이트로 구성되더라도 제2상인 펄라이트의 이방성이 낮을수록 연성이 우수하다. 펄라이트의 이방성 지수가 낮을수록 펄라이트를 둘러싸고 있는 페라이트가 균일하게 변형되고, 이로 인해 인장시험 중 네킹 이후의 국부 연신율이 증가하므로 총연신율이 증가하게 된다.

인장시험 시 외부 하중이 시편의 미세조직에 균일하게 가해져야 우수한 연성을 확보할 수 있으며, 이런 관점에서 펄라이트 이방성은 매우 중요한 측면이다.

페라이트-펄라이트 조직에서 펄라이트는 페라이트 사이에 밴드 형태로 존재하는 경우가 많은데, 펄라이트가 밴드 형태로 존재하는 경우 외부에서 가해진 응력에 대해 페라이트가 불균일하게 변형되므로 높은 연성을 확보하는 것이 곤란하다. 따라서, 펄라이트가 밴드 형태가 아닌, 독립된 섬 형태로 존재할 필요가 있으며, 펄라이트가 밴드 형태로 존재하는지, 또는 독립된 섬 형태로 존재하는지를 이방성 지수로 평가할 수 있다.

본 발명에서의 이방성 지수는 ASTM E1268에 정의되어 있으며, ASTM E1268에 정의된 조직 교차법에 따라 펄라이트의 이방성 지수를 구하였을 때, 펄라이트의 이방성 지수가 2.0 이하일 때, 본 발명의 요구하는 연성 확보가 가능하다. 펄라이트 이방성 지수가 2.0을 초과하면 펄라이트 밴드화가 증가하여 연성확보가 곤란해진다.

이하에서는, 본 발명의 강 제조방법에 대해 자세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 강재는 상술한 합금조성을 만족하는 강 슬래브를 재가열, 열간압연 및 냉각하여 제조될 수 있다.

재가열

상술한 합금조성을 만족하는 강 슬래브를 1,100℃ 초과, 1,200℃ 이하의 온도 범위로 재가열할 수 있다.

재가열 온도가 1,200℃를 초과하면, TiN 석출물이 형성되어있더라도 고온으로 인해 오스테나이트 결정립 조대화되는 문제점이 있다. 이 경우, 최종 조직에서 페라이트 결정립 크기가 충분히 미세화되지 않으므로 충분한 연성 확보가 불가하다. 다만, 그 온도가 1,100℃ 이하이면 강판의 최종 두께가 얇을 경우 안정적으로 압연 온도 확보가 어렵게 되는 문제점이 있다.

열간압연

열간압연은 조압연과 마무리 압연으로 나누어 진행된다.

조압연

재가열된 강 슬래브를 조압연할 수 있다.

조압연은 마무리 압연의 온도와 누적 압하율 조건을 달성할 수 있도록 보조적인 역할을 수행하는 것으로, 조건에 제한을 둘 필요가 없다.

마무리 압연

조압연된 강재를 850~950℃의 마무리 압연 종료 온도로 마무리 압연할 수 있다.

마무리 압연 종료 온도가 950℃를 초과하면 페라이트 결정립이 충분히 미세화되지 못해 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보가 곤란하다. 반면, 마무리 압연 종료 온도가 850℃ 미만이면 페라이트 결정립이 지나치게 작아져 강도가 지나치게 증가하므로 연성 확보가 곤란해진다.

마무리 압연 누적 압하율은 50% 이상인 것이 바람직하다.

마무리 압연 누적 압하율이 50% 미만이면 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 못해 강재의 강도와 연성을 동시에 확보하기 어렵다.

냉각

압연된 강재를 Ar3 온도 이상에서 개시하여 670~730℃ 온도 범위까지 3~7℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다.

Ar3 온도는 아래의 [식 1]로 나타낼 수 있다.

[식 1]

Ar3 = 910 - 310*[C] - 80*[Mn] - 20*[Cu] - 55*[Ni] - 15*[Cr] - 80*[Mo]

(식 1에서 [C], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr] 및 [Mo]는 각 합금조성의 중량%를 의미한다.)

냉각 개시 온도가 Ar3 온도 미만이면 미세조직 내에 조대한 공냉 페라이트와 펄라이트 밴드가 출현하여 강도 및 연성 확보가 곤란하다. 냉각 종료 온도가 670℃ 미만이면 베이나이트 변태가 증가하여 연성 확보가 곤란하고, 730℃를 초과하면 펄라이트 이방성 지수가 2.0을 초과하여 본 발명에서 목표로 하는 연성 확보가 어렵다.

냉각속도는 3~7℃/s인 것이 바람직하다.

본 발명에서 목표로 하는 연성을 확보하기 위해서는 제2상인 펄라이트의 이방성 지수가 2.0 이하가 되어야 한다. 압연 후 공냉을 적용할 경우, 펄라이트의 이방성 지수를 2.0 이하를 만족하기 어려우므로, 적절한 냉각속도로 수냉하여 이방성 지수를 낮출 수 있다. 이를 통해 공냉 대비 강도를 증가시키면서도 연성이 우수한 강재를 확보할 수 있다. 냉각 속도가 3℃/s 미만에서는 이방성 지수가 2.0을 초과하여, 본 발명에서 목표로 하는 연성 확보가 어렵다. 반면, 냉각 속도가 7℃/s를 초과하면 펄라이트 뿐만 아니라 베이나이트가 일부 형성되어, 강도는 증가하나 연성 확보가 불가하다.

냉각 종료 온도까지 냉각한 후, 최종적으로 공기 중에서 상온까지 자연 냉각시킬 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 강재는 항복강도가 355MPa 이상, 인장강도가 490MPa 이상이며, 비례 연신율이 32% 이상으로, 고강도 특성을 구비하면서 우수한 연성을 구비할 수 있다.

여기서, 비례 연신율 32%는 미국 선급인 ABS의 고연성강 관련 가이드에서 인용한 수치로서, ABS 가이드 기준으로 HD50급 고연성에 해당하는 값을 의미한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

(실시예)

전로 및 2차 정련을 통해 표 1에 나타낸 합금 성분을 갖는 용강을 제조한 다음, 연속주조법을 통해 강 주편을 제조하였다. 제조된 강 주편을 표 2에 나타낸 조건으로 재가열, 압연 및 냉각을 통해 강판을 제조하였다. 냉각 종료 온도로 냉각 후 상온까지는 공냉하였다.

강종	합금조성(중량%)										Ar3 (℃)
강종	C	Si	Mn	P	S	Al	Ti	Nb	N	Ca	Ar3 (℃)
A	0.135	0.47	1.28	0.015	0.003	0.021	0.014	0.010	0.0035	0.0018	766
B	0.143	0.36	1.24	0.012	0.004	0.045	0.013	0.009	0.0041	0.0015	766
C	0.147	0.44	1.22	0.018	0.003	0.033	0.016	0.014	0.0032	0.0024	767
D	0.153	0.32	1.18	0.011	0.002	0.036	0.008	0.012	0.0051	0.0017	768
E	0.159	0.41	1.13	0.013	0.004	0.041	0.011	0.013	0.0039	0.0021	770
F	0.173	0.43	1.15	0.010	0.004	0.031	0.008	0.009	0.0031	0.0018	764
G	0.121	0.31	1.21	0.012	0.003	0.027	0.016	0.017	0.0038	0.0015	776
H	0.155	0.47	1.16	0.015	0.003	0.043	0.014	0.002	0.0041	0.0024	769
I	0.151	0.45	1.21	0.013	0.004	0.034	0.012	0.014	0.0035	0.0005	766

[식 1]

Ar3 = 910 - 310*[C] - 80*[Mn] - 20*[Cu] - 55*[Ni] - 15*[Cr] - 80*[Mo]

시편 번호	강종	강판 두께 (mm)	재가열	마무리압연		냉각
시편 번호	강종	강판 두께 (mm)	온도 (℃)	종료 온도 (℃)	누적 압하율 (%)	개시 온도 (℃)	종료 온도 (℃)	속도 (℃/s)
1	A	21	1125	923	64	802	714	6.5
2	B	30	1157	894	53	807	704	3.9
3	C	18	1139	936	68	811	727	6.3
4	D	21	1165	918	65	803	715	6.1
5	E	25	1142	914	58	806	685	5.5
6	B	35	1118	876	50	810	679	4.7
7	C	20	1146	922	67	795	713	3.7
8	D	30	1138	888	55	808	706	4.9
9	E	35	1108	865	51	811	701	6.5
10	F	27	1137	909	55	810	691	4.1
11	G	32	1135	895	51	803	694	4.9
12	H	25	1146	920	58	795	707	5.4
13	I	20	1179	923	65	812	710	6.8
14	A	38	1236	863	52	815	721	4.9
15	A	18	1124	823	62	799	727	6.4
16	B	23	1131	968	65	848	718	5.5
17	C	29	1146	894	38	809	688	4.9
18	C	24	1129	905	63	750	691	3.4
19	B	35	1112	867	53	815	651	4.5
20	E	27	1128	876	63	818	759	3.9
21	C	30	1106	891	55	807	712	2.4
22	D	25	1135	892	58	804	679	9.8

제조된 강판의 미세조직을 분석하기 위해 강판 두께의 1/4t 지점(여기서 t는 강판 두께(mm)를 의미함)에서 시편을 채취하여 시편을 연마하고 나이탈 부식 용액으로 에칭한 후, 광학 현미경으로 관찰하였다. 광학 현미경에 연결된 이미지 분석기를 이용해 페라이트의 평균 입경 및 제2상인 펄라이트, 베이나이트 분율을 측정하였다. 이 때, 펄라이트 및 베이나이트 분율은 면적을 기준으로 한다.

아울러, ASTM E1268 시험법에 따라 강판 별로 100배로 촬영된 5장의 이미지에 대해 조직 교차법을 이용하여 펄라이트의 이방성 지수를 구하였다. 이렇게 구해진 페라이트 평균 입경, 펄라이트 면적율, 베이나이트 면적율 및 펄라이트 이방성 지수 값을 표 3에 나타내었다.

또한, 제조된 강판으로부터 강판 폭의 1/4t 지점에서 인장시편을 채취하였다. 인장시편은 시편의 길이가 강판의 폭 방향과 평행이 되도록 가공하고, 한국선급(KR)에 등재된 비례 시편인 R14B 시편 규칙에 따라 시편 폭을 25mm, 시편 두께는 강판 두께로 하여 표점 길이를 5.65×√(시편 폭×시편 두께)로 하는 비례 시편으로 가공하였다. 가공된 인장시편을 상온에서 인장시험하여 항복강도, 인장강도 및 비례 연신율을 구하여 표 3에 나타내었다.

시편 번호	강 종	미세조직				기계적 물성			구분
시편 번호	강 종	페라이트 평균 입경 (㎛)	펄라이트 면적율 (%)	베이나이트 면적율 (%)	이방성 지수	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	비례 연신율 (%)	구분
1	A	13.9	16.1	0.0	1.5	359	514	34.5	발명예1
2	B	14.6	18.3	0.0	1.6	367	520	33.9	발명예2
3	C	12.5	19.9	0.0	1.5	376	523	32.5	발명예3
4	D	14.1	22.4	0.0	1.6	383	523	33.8	발명예4
5	E	16.0	24.1	1.4	1.7	398	538	32.4	발명예5
6	B	11.5	19.0	2.2	1.8	392	531	32.7	발명예6
7	C	13.5	20.8	0.0	1.7	371	527	33.1	발명예7
8	D	15.9	23.2	0.0	1.6	387	533	32.5	발명예8
9	E	13.2	23.9	0.0	1.5	402	537	32.9	발명예9
10	F	14.7	28.8	0.0	1.9	407	532	30.6	비교예1
11	G	15.3	13.4	0.0	1.5	351	482	34.1	비교예2
12	H	22.5	23.4	0.0	1.6	359	502	30.3	비교예3
13	I	13.6	21.9	0.0	1.9	384	528	30.9	비교예4
14	A	21.8	17.4	0.0	1.6	369	483	32.5	비교예5
15	A	5.3	16.2	0.0	1.8	424	536	31.0	비교예6
16	B	22.6	18.4	0.0	1.7	353	492	33.8	비교예7
17	C	24.5	19.1	1.6	1.6	349	487	31.7	비교예8
18	C	19.3	18.5	0.0	2.4	376	512	29.5	비교예9
19	B	14.2	18.0	4.8	1.5	423	541	28.3	비교예10
20	E	16.9	22.8	0.0	2.2	377	509	31.2	비교예11
21	C	14.4	20.9	0.0	2.3	348	483	30.2	비교예12
22	D	11.2	21.6	3.9	1.7	434	547	28.1	비교예13

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 합금조성, 제조조건 및 미세조직을 모두 만족하는 발명예 1 내지 9는 본 발명에서 목표로 하는 항복강도, 인장강도, 비례 연신율을 모두 만족하였다.

반면, 합금조성 또는 제조조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 13은 본 발명에서 목표로 하는 강도 및 비례 연신율을 확보하지 못하였다.

비교예 1 및 2는 C 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로, 비교예 1은 비례 연신율이 확보되지 못하였고, 비교예 2는 강도가 충분하지 않았다.

비교예 3은 Nb 함량이 낮아 페라이트 평균 입경이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 비례 연신율이 미달되었다.

비교예 4는 Ca 함량이 낮아 본 발명에서 목표로 하는 비례 연신율을 확보하지 못하였다.

비교예 5는 재가열 온도가 본 발명의 범위보다 높아 페라이트 평균 입경이 조대해져 강도가 열위해졌다.

비교예 6 및 7은 마무리 압연 종료 온도가 본 발명의 범위에서 벗어난 것으로, 비교예 6은 비례 연신율이 미달되었고, 비교예 7은 항복강도가 미달되었다.

비교예 8은 마무리 압연 누적 압하율이 낮아 페라이트 평균 입경이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 강도와 비례 연신율 모두 확보하지 못하였다.

비교예 9는 냉각 개시 온도가 Ar3 온도 미만인 것으로, 펄라이트 이방성 지수가 2.0을 초과하여 비례 연신율이 미달되었다.

비교예 10 내지 13은 냉각 조건이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 베이나이트 면적율이 3%를 초과하거나, 펄라이트 이방성 지수가 2.0을 초과하여 강도 또는 비례 연신율을 만족하지 못하였다.

이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.13~0.16%, 실리콘(Si): 0.3~0.5%, 망간(Mn): 1.0~1.3%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.007~0.02%, 질소(N): 0.002~0.006%, 칼슘(Ca): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직으로 페라이트, 펄라이트 및 3면적% 이하(0% 포함)의 베이나이트를 포함하고,
상기 페라이트의 평균 입경은 6~20㎛이며,
상기 펄라이트의 이방성 지수가 2.0 이하인 강도와 연성이 우수한 강재.
제1항에 있어서,
상기 펄라이트의 분율은 15~25면적%인 강도와 연성이 우수한 강재.
제1항에 있어서,
상기 강재는 항복강도가 355MPa 이상, 인장강도가 490MPa 이상이고, 비례 연신율이 32% 이상인 강도와 연성이 우수한 강재.
중량%로, 탄소(C): 0.13~0.16%, 실리콘(Si): 0.3~0.5%, 망간(Mn): 1.0~1.3%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 니오븀(Nb): 0.007~0.02%, 질소(N): 0.002~0.006%, 칼슘(Ca): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬래브를 1,100℃ 초과, 1,200℃ 이하의 온도범위로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬래브를 조압연하는 단계;
상기 조압연된 강 슬래브를 850~950℃의 마무리 압연 종료 온도, 50% 이상의 누적 압하율로 마무리 압연하여 열연강재를 얻는 단계; 및
상기 열연강재를 Ar3 온도 이상에서 개시하여, 670~730℃의 온도범위까지 3~7℃/s의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 포함하는 강도와 연성이 우수한 강재의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 냉각하는 단계 이후 상온까지 공냉하는 단계를 더 포함하는 강도와 연성이 우수한 강재의 제조방법.