KR102250324B1

KR102250324B1 - 강재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102250324B1
Application number: KR1020190070640A
Authority: KR
Inventors: 김종철
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2021-05-10
Also published as: KR20200142969A

Abstract

본 발명은 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공한다.

Description

강재 및 그 제조방법{STEEL MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FCAW 용접부의 용접균열 저항성이 우수한 강재 및 그 제조방법과 이를 이용하여 제조된 후강판에 관한 것이다.

추운환경에서 운항되는 대형선박 및 다양한 피로환경에서 운용되는 해양구조물 등에 적용될 수 있는 강재에 대한 요구가 증대되고 있다. 기존의 강재는 높은 탄소당량으로 인해 용접 열영향부(HAZ)에서의 취성이 큰 베이니틱 페라이트 및 입상 베이나이트의 분율을 증가시킬 수 있어 저입열 용접균열 저항성이 요구되는 극지방에서 운용되는 선박 및 해양구조물에의 사용에 적합하지 않은 문제점이 있다. 또한, 기존의 강재는 내진특성을 향상시키기 위한 항복비 저감에 초점이 맞춰져 있어 다양한 합금원소가 FCAW 용접부의 용접균열 저항성에 미치는 영향이 고려되지 않은 문제점이 있다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제1019887680000호가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저입열 용접균열 저항성이 우수한 강재 및 그 제조방법으로서, 구체적으로는 추운환경에서 운항되는 대형선박 및 다양한 피로환경에서 운용되는 해양구조물 등에 적용될 수 있는 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강재는 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지되, 항복강도(YS): 500MPa 이상 및 인장강도(TS): 610MPa 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 강재에서, 티타늄(Ti)과 질소(N)의 비는 2.4 내지 3.0일 수 있다.

상기 강재는 탄소당량(Ceq)가 0.4 이하이며 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 0.18 이하일 수 있다.

상기 강재는 용접열영향부의 미세조직으로서 베이니틱 페라이트(Bainitic Ferrite), 입상형 페라이트(Granular Ferrite) 및 침상형 페라이트(Acicular Ferrite)를 포함할 수 있다.

상기 강재는 용접열영향부의 경도가 예열을 적용하지 않은 상온에서 280HV 이하일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계; (b) 상기 강재를 900 ~ 1200℃로 열간압연 전 가열하는 단계; (c) 상기 강재를 열간압연 종료온도가 750 ~ 900℃인 조건으로 열간압연 하는 단계; 및 (d) 상기 열간압연된 강재를 냉각종료온도가 400 ~ 600℃인 조건으로 냉각하는 단계; 를 포함한다.

상기 강재의 제조방법에서, 상기 (d) 단계는 냉각시작온도가 750℃ 이상이고 냉각속도가 10 ~ 25℃/sec일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 추운환경에서 운항되는 대형선박 및 다양한 피로환경에서 운용되는 해양구조물 등에 적용될 수 있는 강재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 강재의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 강재의 용접열영향부의 최고경도시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 강재의 최고열영향부 시험재의 미세조직을 촬영한 사진들이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 강재의 용접균열저항성 시험 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강재 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.

종래기술의 문제점인 높은 탄소당량(Ceq)으로 인한 용접부의 취약조직이 형성되는 단점을 보완하기 위해 본 특허에서는 탄소의 함유량을 제한하여 베이니틱 페라이트 및 입상 베이나이트의 분율을 저감하고자 하였으며 그 구체적인 화학조성 범위는 아래 내용과 같다.

강재

본 발명의 일 실시예에 따르는 강재는 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다. 상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.03 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는, 강재 전체 중량의 0.03 ~ 0.06 중량%의 함량비로 첨가될 수도 있다. 탄소(C)의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강 중 탈산제로 작용하며, 강도 확보에 기여한다. 상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.05 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는, 강재 전체 중량의 0.05 ~ 0.02 중량%의 함량비로 첨가될 수도 있다. 실리콘(Si)의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.40 중량%를 초과할 경우에는 강재의 인성 및 용접성이 열화되는 문제가 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 인성을 열화시키지 않고 강도를 향상시키는데 유용한 원소이다. 상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 1.10 ~ 1.70 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.10 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.70 중량%를 초과할 경우에는 템퍼 취화(Temper Embrittlement) 감수성을 증대시키는 문제점이 있다.

인(P)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 그러나, 인(P)은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 강재 전체 중량의 0.012 중량% 이하의 함량비로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해한다. 특히, 상기 황(S)은 망간(Mn)과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 강재 전체 중량의 0.006 중량% 이하의 함량비로 제한하였다.

가용성 알루미늄(S_Al)

가용성 알루미늄(S_Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 상기 가용성 알루미늄(S_Al)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.015 ~ 0.055 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.015 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 탈산 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.055 중량%를 초과할 경우에는 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨릴 수 있다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 고용강화에 기여하여 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.10 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.40 중량%를 초과할 경우에는 강재의 열간가공성을 저하시키고, 용접후 재열균열(Stress Relief Cracking) 감수성을 높이는 문제점이 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 소입성을 향상시키면서 인성개선에 유효하다. 상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.3 ~ 1.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는, 강재 전체 중량의 0.4 ~ 0.8 중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 니켈(Ni)의 함량이 0.3 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 1.0 중량%를 초과할 경우에는 강재의 냉간가공성을 저하시킨다. 또한 과다한 니켈(Ni)의 첨가는 강재의 제조 비용을 크게 상승시킨다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로 강도 향상에 기여한다. 또한 크롬(Cr)은 δ페라이트영역을 확대하고, 아포정(hypo-peritectic)역을 고탄소 측으로 이행시켜 슬라브 표면품질을 개선하는 역할을 한다. 다만, 크롬(Cr)의 함량이 0.1 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 용접 열영향부(HAZ)의 인성 열화를 초래하는 문제점이 있다. 따라서, 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.1 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴은 소재의 강도를 상승시키는데 매우 유효하며, 저온변태 조직인 침상형(acicular) 페라이트 생성을 조장함에 의해 고강도와 고인성을 동시에 확보하는 원소이다. 이를 위해 상기 몰리브덴을 0.01 중량% 이상을 첨가하여야 하나 고가의 원소이며 0.15 중량%를 초과하는 경우 용접성이 저하되므로 상기 Mo의 함량은 0.01 ~ 0.15 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

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 강재의 강도와 저온인성을 향상시킨다. 니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.01 ~ 0.04 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.04 중량%를 초과할 경우에는 강재의 용접성을 저하시키며, 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시킴으로써 열연 강재의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.007 ~ 0.025 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.007 중량% 미만일 경우에는 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.025 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

붕소(B)

붕소(B)는 강중에 고용되어 강의 경화능을 향상시켜 강도를 증가시키는 원소이며, 또한, 용접 후 냉각시 오스테나이트 입계에 고용되어 입계 페라이트 형성을 억제하며, N와 결합하여 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여 용접열영향부(HAZ)의 인성을 향상시키는 역할을 수행한다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 B의 함량이 0.0005 중량% 이상으로, 더욱 구체적으로는 0.001 중량% 이상으로 첨가될 필요가 있으나, 너무 과도하게 첨가될 경우에는 경화능이 크게 증가하여 용접열영향부(HAZ)의 베이니틱 페라이트 분율을 증가시키게 되며 용접성을 저하시키며 오히려 용접열영향부(HAZ)의 인성이 열화되므로, 그 상한을 0.002 중량%로 제한함이 바람직하다.

질소(N)

질소(N)는 제강과정에서 함유되는 성분으로서, Ti, B, Al, V 등의 원소들과 반응하여 질화물을 형성하는 중요한 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서는 N의 함량이 0.006 중량% 이상으로 첨가될 필요가 있다. 그러나, N 함량이 너무 과도하면 오히려 용접열영향부의 인성을 저해할 수 있으며, 연주공정 중 표면에 크랙(crack)을 유발할 수 있으므로, 그 상한을 0.010 중량%로 제한함이 바람직하다.

한편, 본 실시예에서는 티타늄(Ti) 분율을 0.007 ~ 0.025 중량%, 질소(N) 분율을 0.006 ~ 0.010 중량%를 첨가하여 HAZ부의 미세한 TiN 석출을 유도하고, 그 결과 HAZ부 결정립 미세화를 기대할 수 있다. 보다 구체적으로는 Ti/N의 화학양론적(stoichiometry) 결합비를 2.4 ~ 3.0으로 하도록 Ti와 N의 첨가량을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재는 탄소당량(Ceq)가 0.4 이하이며 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 0.18 이하일 수 있다. 탄소당량(Ceq) 및 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 높은 경우 모재의 강도향상에는 효과가 있으나 본 발명에서 제안하는 용접균열 저항성을 저하시키므로 그 상한을 각 0.40 이하 및 0.18 이하로 각각 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재는 항복강도(YS): 500MPa 이상 및 인장강도(TS): 610MPa 이상일 수 있다. 본 발명에서 제안하는 화학조성은 통상의 항복강도 500MPa급의 선박 및 해양구조용 강재의 화학조성에 비해 탄소당량(Ceq)이 크게 낮아 모재의 강도저하가 우려될 수 있으므로 붕소(B)를 0.0005 ~ 0.002 중량%로 첨가할 수 있다. 붕소가 0.002 중량% 이상 첨가할 경우에는 경화능이 크게 증가하여 HAZ부의 베이니틱 페라이트 분율을 증가시키므로 과도하게 첨가하지 않도록 한다.

한편, 상기 강재는 용접열영향부의 경도가 예열을 적용하지 않은 상온에서 280HV 이하일 수 있다. 상기 강재는 용접열영향부의 미세조직으로서 베이니틱 페라이트(Bainitic Ferrite), 입상형 페라이트(Granular Ferrite) 및 침상형 페라이트(Acicular Ferrite)를 포함할 수 있다.

이하에서는 상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 제조 방법을 설명한다.

강재의 제조 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 강재의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 강재의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계(S100); (b) 상기 강재를 900 ~ 1200℃로 열간압연 전 가열하는 단계(S200); (c) 상기 강재를 열간압연 종료온도가 750 ~ 900℃인 조건으로 열간압연 하는 단계(S300); 및 (d) 상기 열간압연된 강재를 냉각종료온도가 400 ~ 600℃인 조건으로 냉각하는 단계(S400); 를 포함한다. 상기 강재의 제조방법에서, 상기 (d) 단계는 냉각시작온도가 750℃ 이상이고 냉각속도가 10 ~ 25℃/sec일 수 있다.

본 특허에서 제안하는 강재 및 이를 이용한 후강판 제조를 위해서 열간압연 전 가열온도 900 ~ 1200℃, 열간압연 종료온도 750 ~ 900℃, 열간압연 종료 후 냉각시작온도 750℃ 이상, 냉각속도 10 ~ 25℃, 냉각종료온도 400 ~ 600℃를 적용할 수 있다. 열간압연 종료온도가 900℃를 초과하는 경우 오스테나이트 결정립이 재결정한 후 성장하는 속도가 빨라 최종 미세조직이 베이나이트계 조직으로 변화될 가능성이 있어 그 상한은 900℃로 한다. 한편, 열간압연 종료온도가 750℃ 미만일 경우에는 오스테나이트와 초석 페라이트의 이상역에서 압연이 종료되고 냉각되어 최종 미세조직이 불균일을 초래하게 되고 이는 모재의 충격인성을 악화시키는 원인을 제공한다. 따라서 단상영역에서 냉각을 시작하며 그 하한은 750℃로 정한다. 열간압연 종료 후 냉각시작온도도 마찬가지로 이상역에서 냉각을 시작할 경우 조대한 초석 페라이트 및 베이나이트 혼합조직을 초래하여 결과적으로는 모재의 충격인성을 열화시키므로 그 하한을 750℃로 한다. 냉각속도는 10 ~ 25℃로 제한하여 최종 미세조직이 미세한 침상형 페라이트의 분율을 20% 이상으로 확보할 수 있도록 한다. 냉각종료온도가 600℃를 초과하는 경우, 베이나이트 분율이 불충분하여 본 발명에서 목표로 하는 항복강도 500MPa 및 인장강도 610MPa 이상을 확보할 수 없다. 따라서 그 상한을 600℃로 한다. 한편 냉각종료온도가 400℃ 미만일 경우, 표면 및 1/4t 부위의 베이나이트 및 MA상(마르텐사이트상 및 오스테나이트상)의 분율이 높아져 모재의 충격인성을 열화시킬 수 있으므로 그 하한을 400℃로 한다.

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 화학조성 및 제조조건

본 실험예에서는 표 1의 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 가지는 시편들을 제공한다. 표 2는 본 실험예에서 열간압연 및 냉각 조건을 나타낸 것이다.

구분	C	Si	Mn	P	S	S_Al	Cu	Ni
실시예1	0.056	0.124	1.463	0.0087	0.002	0.054	0.194	0.59
비교예1	0.0821	0.204	1.58	0.0087	0.0014	0.043	0.19	0.69
구분	Cr	Mo	Nb	Ti	B	N	Ceq	Pcm
실시예1	0.03	0.04	0.03	0.019	0.0013	0.0071	0.366	0.163
비교예1	0.07	0.05	0.032	0.018	-	0.0047	0.428	0.196

구분	열간압연 전가열온도	총 압하율	미재결정역총 압하율	열간압연 종료온도	열간압연 후 냉각종료 온도	냉각속도
실시예1	1025℃	84%	60%	850℃	497℃	17℃/s
비교예1	1147℃	87%	48%	754℃	446℃	14℃/s

표 1을 참조하면, 본 실험예의 실시예1의 조성은 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)인 조성범위를 만족하며, 탄소당량(Ceq)가 0.4 이하이며 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 0.18 이하인 범위를 만족한다. 이에 반하여, 본 실험예의 비교예1의 조성은 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%의 범위를 만족하지 못하고, 탄소당량(Ceq)가 0.4 이하이며 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 0.18 이하인 범위를 만족하지 못한다.

2. 물성 평가

표 3은 표 1 및 표 2에 개시된 조성과 공정조건을 적용한 시편들에 대하여 모재의 기계적 성질을 평가한 결과를 나타낸 것이다.

구 분	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	총 연신율 (%)	충격흡수에너지 (-40℃)
실시예1	589	661	16	249 / 253 / 276
비교예1	585	696	20	320 / 285 / 260

표 3을 참조하면, 항복강도 및 인장강도는 실시예1과 비교예1 모두 본 발명에서 목표하는 정도(항복강도(YS): 500MPa 이상 및 인장강도(TS): 610MPa 이상)를 크게 상회하여 안정적으로 확보됨을 확인할 수 있다. 연신율의 경우 실시예1의 B 첨가로 인한 경화능 상승으로 인해 비교예1과 비교하여 약간 낮은 수치이지만 본 발명의 연신율 목표인 14% 이상은 충분히 만족하는 것을 알 수 있다. 충격인성의 경우 실시예1의 강재는 비교예1의 강재와 비교하여 Uppershelf Energy는 비교적 낮지만 그 편차가 적어 비교예1에 비해 전체적으로 균일한 조직을 가지고 있음을 추측할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실험예에 따른 강재의 용접열영향부의 최고경도시험 결과를 나타낸 도면이다. 최고열영향부 경도시험은 KS B 0893의 규격을 따라 시행하였다.

도 2를 참조하면, 최고열영향부 경도시험 결과에서 알 수 있듯이 실시예1의 강재는 예열을 적용하지 않은 상온에서도 280HV 이하의 낮은 최고경도를 보이고 있으나 비교예1의 강재는 100℃의 예열을 적용하였을 때 경도가 280HV이하로 떨어져 실시예1의 강재의 HAZ부 취화정도가 더 낮다는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 실험예에 따른 강재의 최고열영향부 시험재의 미세조직을 촬영한 사진들이다. 구체적으로, 실시예1과 비교에1의 최고열영향부 경도시험 후 그 단면의 주사전자현미경 관찰결과를 나타내고 있다. 표 4는 본 발명의 실험예에 따른 강재의 최고열영향부 시험재의 FL(Fusion LIne) 영역에서의 미세조직을 나타낸 것이고, 표 5는 본 발명의 실험예에 따른 강재의 최고열영향부 시험재의 FL+5mm 영역에서의 미세조직을 나타낸 것이다. FL+5mm 영역은 Fusion Line으로부터 5mm 이내의 영역을 의미할 수 있다. 표 4 및 표 5에서 BF 항목은 베이니틱 페라이트(Bainitic Ferrite)를 의미하며, GB 항목은 입상형 페라이트(Granular Ferrite)를 의미하며, AF는 침상형 페라이트(Acicular Ferrite)를 의미하며, PAGS 항목은 PAGS 구 오스테나이트 결정립 사이즈(Prior Austenite Grain Size)를 의미한다.

도 3 및 표 4와 표 5를 참조하면, 실시예1의 강재는 비교예1의 강재와 비교하여 FL(Fusion LIne) 및 FL+5mm 영역의 베이니틱 페라이트의 분율이 낮고 PASGS(구 오스테나이트 결정립 사이즈)의 크기가 더 미세한 것을 볼 수 있다.

	BF (%)	GB (%)	PAGS (μm)
비교예1	80	20	110
실시예1	60	40	70

	BF (%)	GB (%)	AF (%)	PAGS (μm)
비교예1	75	25	-	50
실시예1	20	75	5	25

도 4는 본 발명의 실험예에 따른 강재의 용접균열저항성 시험 결과를 나타낸 도면이다. 표 6은 용접균열저항성 시험 조건을 나타낸 것이다.

Process	Consumable	Current (A)	Voltage (V)	Speed (cm/min.)	Heat Input (kJ/cm)	Note
FCAW	SC-81K2 (1.4Φ, HYUNDAI)	200	24	28	10.3	DIFFUSABLE [H] :3.74㎖/100g (Just after open, '18.12)

도 4를 참조하면, 실시예1의 강재의 Y-Groove 시험법을 통한 용접균열 저항성 결과를 나타내고 있으며, 균열발생율 0%로 충분히 상온에서도 예열없이 용접을 진행할 수 있음을 기대할 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

탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지되,
항복강도(YS): 500MPa 이상 및 인장강도(TS): 610MPa 이상이고,
용접열영향부의 미세조직으로서 베이니틱 페라이트(Bainitic Ferrite), 입상형 페라이트(Granular Ferrite) 및 침상형 페라이트(Acicular Ferrite)를 포함하며,
강재의 최고열영향부 시험재의 FL 영역에서의 미세조직은 베이니틱 페라이트의 분율이 60면적%이며, 입상형 페라이트의 분율이 40면적%이고, 구 오스테나이트 결정립의 사이즈가 70 ㎛이고,
상기 강재는 용접열영향부의 경도가 예열을 적용하지 않은 상온에서 280HV 이하이며, 용접점에서 용접열영향부로 외측으로 갈수록 경도가 220HV까지 감소되는 특징으로 하는,
강재.
제 1 항에 있어서,
티타늄(Ti)과 질소(N)의 비는 2.4 내지 3.0인 것을 특징으로 하는,
강재.
제 1 항에 있어서,
상기 강재는 탄소당량(Ceq)이 0.4 이하이며 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 0.18 이하인 것을 특징으로 하는,
강재.
삭제
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(a) 탄소(C): 0.03 ~ 0.10 중량%, 실리콘(Si): 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.70 중량%, 인(P): 0 초과 0.012 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.015 ~ 0.055 중량%, 구리(Cu): 0.10 ~ 0.40 중량%, 니켈(Ni): 0.3 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr): 0 초과 0.1 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.01 ~ 0.15 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti): 0.007 ~ 0.025 중량%, 붕소(B): 0.0005 ~ 0.002 중량%, 질소(N): 0.006 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계;
(b) 상기 강재를 900 ~ 1200℃로 열간압연 전 가열하는 단계;
(c) 상기 강재를 열간압연 종료온도가 750 ~ 900℃인 조건으로 열간압연 하는 단계;
(d) 상기 열간압연된 강재를 냉각종료온도가 400 ~ 600℃인 조건으로 냉각하는 단계; 를 포함하고,
최종 산물인 강재는 용접열영향부의 미세조직으로서 베이니틱 페라이트(Bainitic Ferrite), 입상형 페라이트(Granular Ferrite) 및 침상형 페라이트(Acicular Ferrite)를 포함하며,
상기 강재의 최고열영향부 시험재의 FL 영역에서의 미세조직은 베이니틱 페라이트의 분율이 60면적%이며, 입상형 페라이트의 분율이 40면적%이고, 구 오스테나이트 결정립의 사이즈가 70 ㎛이고,
상기 강재는 용접열영향부의 경도가 예열을 적용하지 않은 상온에서 280HV 이하이며, 용접점에서 용접열영향부로 외측으로 갈수록 경도가 220HV까지 감소되는 특징으로 하는,
강재의 제조방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (d) 단계는 냉각시작온도가 750℃ 이상이고 냉각속도가 10 ~ 25℃/sec인 것을 특징으로 하는,
강재의 제조방법.