KR102389502B1 - Self-assembled carbon coated steel and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 강재의 기존 열처리 공정을 활용하여 형성할 수 있는, 내산화성, 내사워성 및 수소유도균열 저항성을 가지는 자기조립형 탄소피복강재를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기조립형 탄소피복강재는, 강재 기지; 상기 강재 기지 상에 위치한 철-실리사이드층; 및 상기 철-실리사이드층 상에 위치한 탄소층;을 포함한다.The present invention provides a self-assembled carbon-coated steel material having oxidation resistance, sour resistance and hydrogen-induced cracking resistance, which can be formed by utilizing the existing heat treatment process of the steel material. According to an embodiment of the present invention, the self-assembly type carbon-coated steel, a steel base; an iron-silicide layer located on the steel matrix; and a carbon layer positioned on the iron-silicide layer.

Description

자기조립형 탄소피복강재 및 그 제조방법{Self-assembled carbon coated steel and method of manufacturing the same}Self-assembled carbon coated steel and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 철강 재료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기조립형 탄소 피복 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a steel material, and more particularly, to a self-assembled carbon-coated steel material and a manufacturing method thereof.

최근 압력용기용 강재는 설비가 대형화되고 고온, 고압, 극저온 및 사워(Sour) 환경 등 극한 환경에서의 사용이 증가되고 있다. 따라서, 강재는 기본적인 물성 이외에도 수소유도균열(HIC) 저항성, 고온물성, 저온인성 등 요구되는 기능이나 품질이 더욱 엄격해지고 있다. 이와 같은 고기능성 및 내구성과 관련된 복합 물성을 동시에 확보하기 위하여, 합금성분조정, 불순물원소 저감, 및 NACT (Normalizing and Accelerated Cooling 및 Tempering) 등과 같은 새로운 강재의 제조공정이 도입되고 있다. 특히, 내부식성을 향상하기 위하여, 세라믹 코팅, 고분자 코팅, 나노 물질 증착, 자기 조립형 나노 코팅 등과 같은 보호 피복을 형성하는 등의 후처리 공정을 수행하고 있다. Recently, steel materials for pressure vessels are being used in extreme environments such as high temperature, high pressure, cryogenic temperature and sour environment due to the enlargement of facilities. Therefore, in addition to basic physical properties, the required functions and qualities such as hydrogen induced cracking (HIC) resistance, high temperature physical properties, and low temperature toughness are becoming stricter. In order to simultaneously secure such complex properties related to high functionality and durability, new steel manufacturing processes such as alloy composition adjustment, reduction of impurity elements, and NACT (Normalizing and Accelerated Cooling and Tempering) are being introduced. In particular, in order to improve corrosion resistance, a post-treatment process such as forming a protective coating such as ceramic coating, polymer coating, nano material deposition, and self-assembly type nano coating is performed.

최근 다양한 종류의 보호피막용 2차원 나노 재료가 우수한 기계적 특성 및 화학적 특성으로 인해 각광받고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 보호 필름용 재료들은 그라파이트(Graphite), WSe, MoS2, 육방정 질화붕소(hBN) 등이 있으며, 일반적으로 화학기상증착법을 이용하여 모재 표면에 수백 나노미터 크기의 두께로 형성된다. 이러한 나노 사이즈의 보호 필름은 균일성 및 커버리지 확보가 매우 까다로워, 관련 공정의 최적화가 반드시 수반되어야 한다.Recently, various types of two-dimensional nanomaterials for protective films have been in the spotlight due to their excellent mechanical and chemical properties. Materials for protective films currently used mainly include graphite, WSe, MoS 2 , hexagonal boron nitride (hBN), etc., and are generally formed to a thickness of several hundred nanometers on the surface of the base material using chemical vapor deposition. . Since it is very difficult to secure uniformity and coverage for such a nano-sized protective film, optimization of related processes must be accompanied.

한국특허출원번호 제10-2012-0150130호Korean Patent Application No. 10-2012-0150130

후판 제조의 경우, 압력용기용 강재와 같이 노말라이징이나 템퍼링과 같은 후열처리를 수행하여 제조할 수 있다. 이러한 열처리는 계면 반응을 이용한 다양한 종류의 피복층을 형성하기 위한 조건과 유사한 공정 조건을 가지므로, 기존의 열처리 공정을 이용하여 강재 표면에 피복층을 형성할 수 있다.In the case of manufacturing a thick plate, it can be manufactured by performing post-heat treatment such as normalizing or tempering, like steel for pressure vessels. Since this heat treatment has process conditions similar to the conditions for forming various types of coating layers using an interfacial reaction, the coating layer can be formed on the surface of the steel material using the existing heat treatment process.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 강재의 기존 열처리 공정을 활용하여 제조할 수 있는, 내산화성, 내사워성, 및 수소유도균열 저항성을 가지는 자기조립형 탄소피복강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a self-assembled carbon-coated steel material having oxidation resistance, sour resistance, and hydrogen-induced cracking resistance, which can be manufactured by utilizing the existing heat treatment process of steel, and a method for manufacturing the same will do

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 의하면, 내산화성, 내사워성 및 수소유도균열 저항성을 가지는 자기조립형 탄소피복강재 및 그 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a self-assembled carbon-coated steel material having oxidation resistance, sour resistance and hydrogen-induced cracking resistance, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기조립형 탄소피복강재는, 강재, 상기 강재 상에 위치한 철-실리사이드층, 및 상기 철-실리사이드층 상에 위치한 탄소피복층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the self-assembled carbon-coated steel material may include a steel, an iron-silicide layer positioned on the steel, and a carbon-coated layer positioned on the iron-silicide layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 탄소피복층 상에 위치한 실리콘 산화물층을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it may further include a silicon oxide layer located on the carbon coating layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면,상기 실리콘 산화물층은 실리콘 탄화물을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the silicon oxide layer may further include silicon carbide.

본 발명의 일 관점에 의하면, 내산화성 및 수소유도균열 저항성을 가지는 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material having oxidation resistance and hydrogen-induced cracking resistance.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법은, 강재의 표면에 실리콘 탄화물층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 탄화물층으로부터 탄소피복층을 형성하도록, 상기 강재를 열처리하는 단계; 를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method for manufacturing the self-assembled carbon-coated steel material includes: forming a silicon carbide layer on the surface of the steel material; and heat-treating the steel to form a carbon coating layer from the silicon carbide layer; may include

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열처리하는 단계는, 상기 강재의 노말라이징 처리와 동시에 수행되거나, 또는 상기 강재의 템퍼링 처리와 동시에 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed simultaneously with the normalizing treatment of the steel, or may be performed simultaneously with the tempering treatment of the steel.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열처리하는 단계에서, 상기 강재로부터 확산된 철 원자와 상기 실리콘 탄화물층으로부터 확산된 실리콘 원자가 화학결합하여 철-실리사이드층을 형성하고, 상기 실리콘 탄화물층으로부터 상기 탄소피복층을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the heat treatment step, iron atoms diffused from the steel and silicon atoms diffused from the silicon carbide layer are chemically combined to form an iron-silicide layer, and the carbon from the silicon carbide layer A coating layer can be formed.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재의 표면에 실리콘 탄화물층을 형성하는 단계를 수행하기 전에, 상기 강재를 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연한 강재를 1차 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, before performing the step of forming a silicon carbide layer on the surface of the steel, hot rolling the steel; and primary cooling of the hot-rolled steel material.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재를 열처리하는 단계를 수행한 후에, 상기 열처리된 강재를 2차 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after performing the step of heat-treating the steel material, the step of secondary cooling the heat-treated steel material; may further include.

본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 기존의 열처리 공정을 활용하여 강재의 표면 상에 자기조립형 탄소피복층 또는 탄소/실리콘 산화물 복합층이 형성된 탄소피복강재를 제조할 수 있다. 상기 자기조립형 탄소피복층이 형성된 강재는 우수한 내산화성, 내사워성, 및 수소유도균열 저항성을 가질 수 있다.According to the technical idea of the present invention, it is possible to manufacture a carbon-coated steel material in which a self-assembled carbon coating layer or a carbon/silicon oxide composite layer is formed on the surface of the steel material by using an existing heat treatment process. The self-assembled carbon coating layer formed of the steel material may have excellent oxidation resistance, sour resistance, and hydrogen-induced cracking resistance.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2 및 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법을 도시하는 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재를 도시하는 단면도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a self-assembled carbon-coated steel material according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a self-assembled carbon-coated steel material according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In this specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

일반적으로, 강재가 내부식성 및 수소유도균열(hydrogen induced crack, HIC) 저항성을 확보하기 위하여, 강재의 청정도 확보 방식 이나 미세 조직 또는 석출물 제어방식 등이 적용되어 왔다. 이러한 방식은 합금 설계의 최적화, 제강/연주/압연/열처리 등, 전공정의 엄격한 관리가 필요하므로, 일반재 조업 대비 생산량이 낮고, 생산 원가가 증가될 수 있다. 다른 방법으로서, 도장 및 보호피막 형성을 통한 방식으로는, 별도의 후처리 생산 공정이 추가되어야 하는 한계가 있다.In general, in order to secure the corrosion resistance and hydrogen induced cracking (HIC) resistance of steel materials, a method of securing cleanliness of steel materials or a method of controlling microstructure or precipitates has been applied. This method requires strict management of all processes, such as optimization of alloy design, steelmaking/casting/rolling/heat treatment, etc., so the production volume is lower than that of general materials and the production cost can be increased. As another method, there is a limitation in that a separate post-processing production process must be added in a method through painting and formation of a protective film.

본 발명의 기술적 사상은 내부식성 및 내사워성을 가지는 자기조립형 탄소피복강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 열처리를 기반하여 자기조립형 탄소피복을 형성하는 것이다. 구체적으로, 미리 형성한 실리콘 탄화물과 강재 사이에서 열처리 공정을 통하여 깁스 자유에너지에 기반한 계면반응 속도제어와 선택적 계면반응을 유도함으로써, 강재의 표면에 탄소층 또는 탄소/실리콘 산화물 복합층을 형성하여 내산화성, 내사워성, 및 수소유도균열 저항성을 가지는 강재를 제조할 수 있다.The technical idea of the present invention relates to a self-assembled carbon-coated steel material having corrosion resistance and sour resistance and a method for manufacturing the same, and to form a self-assembled carbon-coated steel material based on heat treatment. Specifically, by inducing an interfacial reaction rate control and selective interfacial reaction based on Gibbs free energy through a heat treatment process between pre-formed silicon carbide and steel, a carbon layer or a carbon/silicon oxide composite layer is formed on the surface of the steel material. It is possible to manufacture a steel material having oxidation resistance, sour resistance, and hydrogen-induced cracking resistance.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법을 도시하는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법은, 강재를 열간압연하는 단계(S110); 상기 열간압연한 강재를 1차 냉각하는 단계(S120); 상기 강재의 표면에 실리콘 탄화물층을 형성하는 단계(S130); 상기 실리콘 탄화물층으로부터 탄소피복층이 형성되도록, 상기 강재를 열처리하는 단계(S140); 및 상기 열처리된 강재를 2차 냉각하는 단계(S150);를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the method of manufacturing the self-assembled carbon-coated steel material, the step of hot rolling the steel (S110); First cooling the hot-rolled steel material (S120); forming a silicon carbide layer on the surface of the steel (S130); heat-treating the steel material so that a carbon coating layer is formed from the silicon carbide layer (S140); and secondary cooling of the heat-treated steel material (S150).

상기 강재는 다양한 강재를 포함할 수 있고, 강판, 환봉, 형강 등 다양한 형상을 가질 수 있다.The steel material may include various steel materials, and may have various shapes such as a steel plate, a round bar, and a section steel.

상기 강재를 열간압연하는 단계(S110)는, 연속주조공정에서 형성된 슬라브 등의 주조강재를 고온에서 압연하는 단계이며, 예를 들어 폭압연, 조압연, 및 사상압연으로 구성될 수 있다.The step (S110) of hot rolling the steel is a step of rolling a cast steel material such as a slab formed in a continuous casting process at a high temperature, for example, wide rolling, rough rolling, and finishing rolling may be configured.

상기 열간압연한 강재를 상기 1차 냉각하는 단계(S120)는, 압연종료온도에서 상온(약 25℃)까지 냉각하는 단계이며, 공냉, 압축공기 냉각, 수냉, 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.The step (S120) of the primary cooling of the hot-rolled steel material is a step of cooling from the rolling end temperature to room temperature (about 25° C.), and may be made in various ways, such as air cooling, compressed air cooling, water cooling, and the like.

상기 강재의 표면에 실리콘 탄화물(SiC)층을 형성하는 단계(S130)는, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 직류 마그네트론 스퍼터링, RF 스퍼터링, 화학기상증착법, 또는 플라즈마 강화 화학기상증착법 등의 증착 방법을 이용하여 수행되거나, 페이스트 도포 또는 스프레이 분사 등과 같은 도포 방법을 이용하여 수행되거나, 또는 실리콘 탄화물 필름, 실리콘 필름, 또는 탄소 필름 등을 적절하게 부착하여 수행할 수 있다. 상기 실리콘 탄화물층의 두께는 원하는 목적에 따라 다양할 수 있으며, 예를 들어 1 nm ~ 1 mm 의 범위일 수 있다.Forming a silicon carbide (SiC) layer on the surface of the steel (S130) may be performed in various ways. For example, DC magnetron sputtering, RF sputtering, chemical vapor deposition, or a deposition method such as plasma enhanced chemical vapor deposition is performed, or is performed using a coating method such as paste application or spray spraying, or silicon carbide film , a silicone film, or a carbon film may be appropriately attached. The thickness of the silicon carbide layer may vary depending on a desired purpose, for example, may be in the range of 1 nm to 1 mm.

상기 실리콘 탄화물층으로부터 탄소피복층이 형성되도록, 상기 강재를 열처리하는 단계(S140)는, 다양한 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 탄화물층을 구성하는 실리콘이 강재로의 확산이 가능한 온도 범위에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 강재를 열처리하는 단계(S140)는, 상기 강재의 노말라이징 처리와 동시에 수행될 수 있고, 예를 들어 Ac3 온도 이상에서, 예를 들어 700℃ ~ 1,000℃, 예를 들어 850℃ ~ 950℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또는, 상기 강재를 열처리하는 단계(S140)는, 상기 강재의 템퍼링 처리와 동시에 수행될 수 있고, 예를 들어 Ac3 온도 미만에서, 예를 들어 400℃ ~ 700℃의 온도에서, 예를 들어 550℃ ~ 700℃의 온도에서 수행될 수 있다.To form a carbon coating layer from the silicon carbide layer, the step of heat-treating the steel (S140) may be performed at various temperatures. Specifically, the silicon constituting the silicon carbide layer may be carried out in a temperature range at which diffusion into the steel is possible. For example, the step of heat-treating the steel (S140) may be performed simultaneously with the normalizing treatment of the steel, for example, at an Ac3 temperature or higher, for example, 700 ℃ ~ 1,000 ℃, for example 850 ℃ It can be carried out at a temperature of ~ 950 °C. Alternatively, the step (S140) of heat-treating the steel material may be performed simultaneously with the tempering treatment of the steel material, for example, below the Ac3 temperature, for example, at a temperature of 400°C to 700°C, for example, 550°C. It can be carried out at a temperature of ~ 700 °C.

상기 열처리된 강재를 상기 2차 냉각하는 단계(S150)는, 상기 열처리 온도에서 상온(약 25℃)까지 냉각하는 단계이며, 공냉, 압축공기 냉각, 수냉, 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.The secondary cooling of the heat-treated steel material (S150) is a step of cooling from the heat treatment temperature to room temperature (about 25° C.), and may be made in various ways, such as air cooling, compressed air cooling, water cooling, and the like.

그러나, 도 1의 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 열처리하는 단계가 상기 강재의 노말라이징 처리 또는 템퍼링 처리와는 별도로 수행될 수 있다.However, the manufacturing method of the self-assembled carbon-coated steel material of FIG. 1 is exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. For example, the heat treatment may be performed separately from the normalizing treatment or tempering treatment of the steel material.

도 2 및 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법을 도시하는 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 강재(110)의 표면에 실리콘 탄화물층(120)을 형성한다.Referring to FIG. 2 , a silicon carbide layer 120 is formed on the surface of the steel material 110 .

도 3을 참조하면, 강재(110) 및 실리콘 탄화물층(120)을 열처리한다. 상기 열처리는 500℃ ~ 1,000℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리에 의하여, 강재(110)로부터 철(Fe) 원자가 실리콘 탄화물층(120) 방향으로 확산되고, 실리콘 탄화물층(120)으로부터 실리콘(Si) 원자가 강재(110) 방향으로 확산된다. 탄소(C) 원자는 실리콘 탄화물층(120)의 상측으로 확산된다.Referring to FIG. 3 , the steel material 110 and the silicon carbide layer 120 are heat-treated. The heat treatment may be performed at a temperature of 500 ℃ ~ 1,000 ℃. By the heat treatment, iron (Fe) atoms are diffused from the steel material 110 in the direction of the silicon carbide layer 120 , and silicon (Si) atoms are diffused from the silicon carbide layer 120 in the direction of the steel material 110 . Carbon (C) atoms diffuse to the upper side of the silicon carbide layer 120 .

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재(100)를 도시하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a self-assembled carbon-coated steel material 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 탄소피복강재(100)는, 강재(110), 강재(110) 상에 위치한 철-실리사이드층(130), 및 철-실리사이드층(130) 상에 위치한 탄소피복층(140)을 포함한다.Referring to FIG. 4 , the carbon-coated steel material 100 is a steel material 110 , an iron-silicide layer 130 located on the steel material 110 , and an iron-carbon-coated steel layer 140 located on the iron-silicide layer 130 ). includes

도 3에 도시된 열처리의 결과로서, 상기 실리콘(Si) 원자의 확산에 의하여, 실리콘 탄화물층(120)으로부터 탄소피복층(140)을 형성할 수 있다. 또한, 강재(110)와 탄소피복층(140) 사이에 철-실리사이드(Fe-Si)층(130)을 형성할 수 있다. 철-실리사이드층(130)은 강재(110)로부터 확산된 철(Fe) 원자와 실리콘 탄화물층(120)으로부터 확산된 실리콘(Si) 원자가 화학결합함으로써 형성할 수 있다.As a result of the heat treatment shown in FIG. 3 , the carbon coating layer 140 may be formed from the silicon carbide layer 120 by diffusion of the silicon (Si) atoms. In addition, an iron-silicide (Fe-Si) layer 130 may be formed between the steel material 110 and the carbon coating layer 140 . The iron-silicide layer 130 may be formed by chemical bonding between iron (Fe) atoms diffused from the steel material 110 and silicon (Si) atoms diffused from the silicon carbide layer 120 .

철-실리사이드층(130)을 형성은 하기의 반응을 통하여 형성될 수 있다.The iron-silicide layer 130 may be formed through the following reaction.

Fe + SiC -> Fe3Si + Fe2Si + CFe + SiC -> Fe 3 Si + Fe 2 Si + C

Fe3C+Fe(Si) -> Fe3Si + Fe2Si + CFe 3 C+Fe(Si) -> Fe 3 Si + Fe 2 Si + C

또한, 실리콘 탄화물층(120)은, 실리콘이 확산에 의하여 제거되고, 탄소는 잔존하여 자기조립(self-assembled)함으로써, 탄소피복층(140)을 형성할 수 있다. 탄소피복층(140)은 다양한 형태의 탄소를 포함할 수 있고, 예를 들어 그라파이트(graphite)를 포함할 수 있다.In addition, the silicon carbide layer 120, silicon is removed by diffusion, carbon remains and self-assembled (self-assembled), the carbon coating layer 140 can be formed. The carbon coating layer 140 may include various types of carbon, for example, graphite.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 자기조립형 탄소피복강재(100a)를 도시하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a self-assembled carbon-coated steel material 100a according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 탄소피복강재(100a)는, 강재(110), 강재(110) 상에 위치한 철-실리사이드층(130), 철-실리사이드층(130) 상에 위치한 탄소피복층(140), 및 탄소피복층(140) 상에 위치한 실리콘 산화물(SiO2)층(150)을 더 포함할 수 있다. 즉, 탄소피복층(140)과 실리콘 산화물층(150)을 포함하는 복합층을 포함할 수 있다. 또한, 실리콘 산화물층(150)은 그 내부에 실리콘 탄화물을 더 포함할 수 있다.5, the carbon-coated steel material 100a is, the steel 110, the iron-silicide layer 130 located on the steel 110, the iron-carbon-coated steel layer 140 located on the silicide layer 130, and a silicon oxide (SiO 2 ) layer 150 positioned on the carbon coating layer 140 . That is, it may include a composite layer including the carbon coating layer 140 and the silicon oxide layer 150 . In addition, the silicon oxide layer 150 may further include silicon carbide therein.

실리콘 산화물층(150)은 철-실리사이드층(130)에서 확산된 실리콘이 공기 중의 산소와 결합하여 형성될 수 있다. 또한, 실리콘 산화물층(150) 내에 개재된 상기 실리콘 탄화물은 실리콘 탄화물층(120)으로부터 잔존한 물질일 수 있다.The silicon oxide layer 150 may be formed by combining silicon diffused in the iron-silicide layer 130 with oxygen in the air. In addition, the silicon carbide interposed in the silicon oxide layer 150 may be a material remaining from the silicon carbide layer 120 .

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 노말라이징 처리 또는 템퍼링 처리와 같은 열처리 공정을 이용하여, 실리콘 탄화물층에서 실리콘의 선택적 계면확산반응을 이용하여 탄소피복층 또는 탄소층/실리콘산화물층의 복합층을 강재의 표면에 형성할 수 있다. 상기 탄소피복층은 박막 형상을 가지며, 상기 탄소피복층이 형성된 강재는 우수한 내산화성, 내사워성, 및 수소유도균열 저항성을 제공할 수 있다. 이러한 제조 방법은 강재의 물리적 특성의 변화를 최소화할 수 있다. 상기 강재는 특정한 강재에 국한되지 않으며, 노말라이징 처리 또는 템퍼링 처리가 적용되는 모든 강종을 포함할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, using a heat treatment process such as normalizing treatment or tempering treatment, a carbon coating layer or a composite layer of a carbon layer/silicon oxide layer of a steel material using a selective interfacial diffusion reaction of silicon in a silicon carbide layer It can be formed on the surface. The carbon coating layer has a thin film shape, and the steel material on which the carbon coating layer is formed may provide excellent oxidation resistance, sour resistance, and hydrogen-induced cracking resistance. This manufacturing method can minimize the change in the physical properties of the steel. The steel material is not limited to a specific steel material, and may include all steel types to which normalizing treatment or tempering treatment is applied.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

100a, 100: 탄소피복강재,
110: 강재, 120: 실리콘 탄화물층
130: 철-실리사이드층, 140: 탄소피복층
150: 실리콘 산화물층
100a, 100: carbon coated steel,
110: steel, 120: silicon carbide layer
130: iron-silicide layer, 140: carbon coating layer
150: silicon oxide layer

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 강재를 열간압연하는 단계;
상기 열간압연한 강재를 1차 냉각하는 단계;
상기 강재의 표면에 실리콘 탄화물층을 형성하는 단계;
상기 실리콘 탄화물층으로부터 탄소피복층을 형성하도록, 상기 강재를 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 강재를 2차 냉각하는 단계;를 포함하는, 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법으로서,
상기 열처리하는 단계는, 700℃ ~ 950℃ 온도에서의 상기 강재의 노말라이징 처리와 동시에 수행되고,
상기 열처리하는 단계에서, 상기 강재로부터 확산된 철 원자와 상기 실리콘 탄화물층으로부터 확산된 실리콘 원자가 화학결합하여 철-실리사이드층을 형성하고, 상기 실리콘 탄화물층으로부터 상기 탄소피복층을 형성하고,
상기 자기조립형 탄소피복강재는,
강재;
상기 강재 상에 위치한 철-실리사이드층; 및
상기 철-실리사이드층 상에 위치한 탄소피복층;을 포함하는,
자기조립형 탄소피복강재의 제조방법.
hot rolling the steel;
first cooling the hot-rolled steel;
forming a silicon carbide layer on the surface of the steel;
heat-treating the steel to form a carbon coating layer from the silicon carbide layer; and
A method of manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material comprising a; secondary cooling of the heat-treated steel material,
The heat treatment is performed at the same time as the normalizing treatment of the steel at a temperature of 700 ℃ ~ 950 ℃,
In the heat treatment step, iron atoms diffused from the steel and silicon atoms diffused from the silicon carbide layer are chemically bonded to form an iron-silicide layer, and the carbon coating layer is formed from the silicon carbide layer,
The self-assembled carbon-coated steel material,
steel;
an iron-silicide layer located on the steel; and
Including; a carbon coating layer located on the iron-silicide layer;
A method for manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material.
강재를 열간압연하는 단계;
상기 열간압연한 강재를 1차 냉각하는 단계;
상기 강재의 표면에 실리콘 탄화물층을 형성하는 단계;
상기 실리콘 탄화물층으로부터 탄소피복층을 형성하도록, 상기 강재를 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 강재를 2차 냉각하는 단계;를 포함하는, 자기조립형 탄소피복강재의 제조방법으로서,
상기 열처리하는 단계는, 400℃ ~ 700℃ 온도에서의 상기 강재의 템퍼링 처리와 동시에 수행되고,
상기 열처리하는 단계에서, 상기 강재로부터 확산된 철 원자와 상기 실리콘 탄화물층으로부터 확산된 실리콘 원자가 화학결합하여 철-실리사이드층을 형성하고, 상기 실리콘 탄화물층으로부터 상기 탄소피복층을 형성하고,
상기 자기조립형 탄소피복강재는,
강재;
상기 강재 상에 위치한 철-실리사이드층; 및
상기 철-실리사이드층 상에 위치한 탄소피복층;을 포함하는,
자기조립형 탄소피복강재의 제조방법.
hot rolling the steel;
first cooling the hot-rolled steel;
forming a silicon carbide layer on the surface of the steel;
heat-treating the steel material to form a carbon coating layer from the silicon carbide layer; and
A method of manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material comprising a; secondary cooling of the heat-treated steel material,
The heat treatment is performed at the same time as the tempering treatment of the steel at a temperature of 400 ℃ ~ 700 ℃,
In the heat treatment step, iron atoms diffused from the steel and silicon atoms diffused from the silicon carbide layer are chemically bonded to form an iron-silicide layer, and the carbon coating layer is formed from the silicon carbide layer,
The self-assembled carbon-coated steel material,
steel;
an iron-silicide layer located on the steel; and
Including; a carbon coating layer located on the iron-silicide layer;
A method for manufacturing a self-assembled carbon-coated steel material.
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