KR20000058123A - 용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법 - Google Patents

용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 출원의 발명은, 용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 자세히는, 본 출원의 발명은, 고강도이고 고인성이며, 또한, 용접성도 뛰어난 강제 후육재료와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 고강도이고 고인성이며, 또한 용접성에도 뛰어난 봉재, 선재, 이형재 등의 강제 후육재료를 제공함을 과제로 하는 것으로, 그 해결수단으로는, 지름 또는 짧은 변의 길이가 5㎜ 이상이고, 입경 1㎛ 이하의 산화물이 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산하여, 압연방향에 직각인 면 전체에 입경 2㎛ 이하의 균일한 페라이트립이 형성되어 있는 것이다.

Description

용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법{Heavy wall steel material having superior weldability and method for producing the same}
본 출원의 발명은, 용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 자세히는, 본 출원의 발명은, 고강도이고 고인성이며, 또한, 용접성도 뛰어난 강제 후육재료와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
페라이트 결정립경의 미세화는 강의 강도 및 인성을 향상시키는데 유효한 것으로 알려지고 있다. 강제의 봉재, 선재, 이형재 등의 후육재료에 관하여, 조직미세화를 위한 수법으로서, 혈형(穴型)압연에 의한 온간압연 및 재결정처리라는 일련의 공정이 제안되어 있다. 이에 의해, 압연방향에 직각인 면 전체가 공칭으로 입경 2㎛ 이하의 페라이트 주체조직으로 형성되어, 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 강제 후육재료가 제작 가능해졌다.
한편, 강에는 용접될 때 용접열영향부(HAZ)에 조대한 비늘상의 위드맨스텟텐 페라이트(Widmanstatten ferrite)가 생성되어 결정립이 조대화 한다는 현상을 보인다. 결정립의 조대화는 용접열영향부의 인성을 저하시킨다.
본 출원의 발명은, 창조적으로 제작가능하게 된 상기 강제 후육재료의 강도 및 인성을 더욱 향상시킴과 동시에 용접성이 개선된 강제 후육재료와 이를 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 실시예 1의 강제봉재의 조직을 나타내는 도면에 대신하는 주사형 전자현미경 사진이고,
도 2의 <a><b>는, 각각 실시예 1 및 비교예 2의 구성봉재의 재현 HAZ 열처리후의 조직을 나타내는 도면에 대신하는 주사형 전자현미경사진이다.
본 출원의 발명은, 상기의 과제를 해결하는 것으로, 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 강제 후육재료이고, 입경 1㎛ 이하의 산화물이 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산하고, 압연방향에 직각인 면 전체에 입경 2㎛ 이하의 균일한 페라이트립이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용접성에 뛰어난 강제 후육재료(청구항 1)를 제공한다.
또한, 본 출원의 발명은, 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물을 정출시켜 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산시킨 뒤에 400℃이상 Ac3 이하의 온도역에서 혈형(穴型)압연하고, 이어서 재결정처리하여 압연방향에 직각인 면에 입경 2㎛ 이하의 균일한 페라이트립을 형성시켜 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료를 얻는 것을 특징으로 하는 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법(청구항 2)을 제공하는 것이기도 하다.
본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법에서는 용융강을 산화물의 슬래그(slag)중에 배치하여 과냉각하고, 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물을 정출시켜 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산시키는 것(청구항 3) 및 용융강의 화학조성이 C, Si, 및 Mn을 각각,
C : 재료중의 탄화물의 체적율이 20% 이하로 되는 량,
Si : 0.8중량% 이하,
Mn : 0.05∼3.0중량%
함유함과 동시에, 산화물을 형성하는 Ti, Mg, 또는 Al의 1종 또는 2종이상을 단독 또는 혼합체로서 0.3중량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것(청구항 4)을 각각 바람직한 태양으로 하고 있다.
본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료는 문자 그대로 강제의 재료이고, 일련의 혈형압연에 의한 온간압연 및 재결정처리에 의해서 제조되고, 압연방향에 직각인 면 전체에 입경 2㎛ 이하의 균일한 페라이트립이 형성되어 있는 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 후육재료이다. 그 형태는, 봉재, 선재, 이형재 등 각종의 것으로 취할 수 있다.
그리고, 본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료에는 그 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물이 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산하고 있다.
이 입경 1㎛ 이하의 산화물에 의해 압연가공시에 재료내부에 생기는 비뚤어진 량이 증가하고, 재결정시에 생기는 페라이트립을 확실히 입경 2㎛ 이하로 미세화시킬 수 있다. 페라이트입자의 미세화에의해 강제 후육재료가 더욱 고강도이고 고인성이 된다. 예를 들어, 660㎫ 이상의 인장강도를 갖는 강제 후육재료가 실현된다. 산화물의 입경을 입경 1㎛ 이하로 규정한 것은 강제 후육재료의 강도 및 인성을 고려한 결과이다. 산화물이 입경 1㎛을 넘으면 반대로 강제 후육재료의 강도 및 인성에 악영향을 미치게 한다.
또한, 입경 1㎛ 이하의 산화물은 조직중에 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산하고 있기 때문에 용접시 용접열영향부(HAZ)로 분산한 산화물이 핵으로 되어 페라이트의 생성을 촉진하고, 결정립의 조대화를 방지할 수가 있다. 조대한 바늘상의 위드맨스텟텐 페라이트의 생성이 억제되어 용접열영향부(HAZ)에 있어서의인성이 향상한다.
이와 같이, 본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료는 종래품에 비교하여 더욱 고강도이고 또한 고인성이고, 더구나 뛰어난 용접성을 갖고 있다. 그리고, 이러한 특성향상이 종래 잘 행하여지고 있는 Ni(nickel)등의 강화원소의 첨가가 아니라, 소정 입경의 산화물의 소정 분산밀도에서의 균일분산 및 압연방향에 직각인 면 전체에 형성되는 소정 입경의 페라이트립에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 점이다.
본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법은 다음과 같다.
즉, 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물을 정출시켜 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산시킨 후에, 400℃ 이상 Ac3 이하의 온도역에서 혈형압연하고, 이어서 재결정처리하여 압연방향에 직각인 면에 입경 2㎛ 이하의 균일한 페라이트립을 형성시켜 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 용접성에 뛰어난 강제 후육재료를 얻는 것이다.
혈형압연가공을 하는 것은 강재가, 예를 들어 도랑로울가공과 같이 여러 방향에서 가공되어, 요컨대 다축가공(多軸加工)되어, 이것이 조직의 미세화에 유효하고, 또한 조직미세화를 위한 공정이 간략하여지기 때문이다.
혈형압연가공시의 가공온도는 400℃이상 Ac3 이하이다. 그 이유는 400℃ 미만에서는 압연가공에 있어서 조직이 단순한 페라이트조직으로 되어 신장해 버려 등축화되지 않고 강도의 방향성이 커지고, Ac3을 넘으면 압연가공후의 결정립성장이 지나치게 빠르게 되어 조직이 조대화되어 강도 및 인성의 저하를 초래하는 단점이 있다.
이 혈형압연, 그리고 잇따라 하는 재결정에 의해 압연방향에 직각인 면에 입경 2㎛ 이하가 균일한 페라이트립이 형성된다.
본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법에서는, 이들 일련의 혈형압연 및 재결정처리에 앞서서, 상기와 같이, 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물을 정출시켜 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산시킨다. 이를 위한 수법은 몇가지가 고려되지만 그 중에서도 과냉각을 이용한 방법이 바람직한 것으로 예시된다.
즉, 용융강을 산화물의 슬래그중에 배치하여 과냉각한다고 하는 방법이다.
과냉각이란 용융액이 융점이하의 온도로 보지되는 상태이다. 이때의 과냉도는 재료의 융점의 1/5를 최대치로 한다. 과냉각되는 용융강의 응고속도는 급냉응고보다도 더욱 크고, 또한 급냉응고로서는 달성할 수 없는 응고속도로 된다. 그 결과로서, 용융강중에는 존재하지 않고 응고시에 고상부에서 용융강중으로 배출되는 산소에 의해 생기는 2차 탈산생성물, 즉 분산시키고자 하는 산화물의 응집이 방지되어 정출되는 산화물의 입경이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 산화물의 미세화가 촉진되어 더욱더 고밀도 분산이 가능해진다. 과냉각한 경우에 얻어지는 산화물의 분산밀도는 급냉응고법의 경우의 2배 이상으로도 된다.
이러한 과냉각은, 구체적으로는, 용융강을 슬래그로 둘러 싸거나 또는 용융강을 슬래그내에 유입하여 할 수 있다.
사용되는 용강으로는 C, Si, 및 Mn을 각각,
C : 재료중의 탄화물의 체적율이 20% 이하로 되는 량,
Si : 0.8중량% 이하,
Mn : 0.05∼3.0중량%
함유하고, 산화물을 형성하는 Ti, Mg, 또는 Al의 1종 또는 2종이상을 단독 또는 혼합체로서 0.3중량% 이하 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학조성을 예시할 수가 있다. 이상에 있어 각 성분원소의 함유량의 규정은 이하의 사실에 기한 것이다.
즉, C(탄소)에 있어서는 세멘타이트(cementite)등의 탄화물이 재료중에 20체적%를 넘으면 인성의 저하가 일어나기 때문이다. 따라서, 재료중의 탄화물의 체적율이 20% 이하로 되는 량이 바람직하다.
Si(규소)는 함유량이 0.8중량%을 넘으면 강의 현저한 취화를 가져온다.
Mn(망간)은 강도를 확보하기 위해서는 0.05중량% 이상은 필요하지만, 3.0중량%을 넘으면 용접성이 꽤 열화한다. 따라서, 0.05∼3.0중량%가 바람직하다.
또한, 산화물을 생성하는 Ti(titanium), Mg(magnesium), 또는 Al(aluminium)에 관한 0.3중량% 이하의 함유량은 산화물이 입경 1㎛에서 분산밀도 100000개/㎟에서 조직중에 분산하는 경우에 대응하는 량이다.
물론, 용융강에는 각종의 특성을 발현시키는 것을 목적으로 상기 이외의 성분원소를 첨가할 수가 있다. 다만, 그 첨가는 산화물의 입경 및 분산밀도, 또는 압연가공성 등을 악화시키지 않는 것을 전제로서 할 필요는 있다.
실제로, 산화물 생성원소로서 Ti를 포함하는 용융강을 복수의 산화물로 이루어지는 슬래그로 둘러 싸, 90K의 과냉온도로 하는 것에 의해 용융강 표면부터의 핵생성이 억제되어 2차 탈산생성물의 일종인 Ti 산화물이 입경 1㎛ 이하에서 50000개/㎟이상의 분산밀도로 분산했다.
이하, 실시예를 게시하여 본 출원 발명의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법에 관해서 보다 자세히 설명한다.
<실시예>
표 1
화학조성(중량%)
C Si Mn P S Ti
0.15 0.19 1.51 0.019 0.02 0.08
상기 표 1에 나타난 화학조성을 갖는 강철을, SiO2, Al2O3,및 Na2O로 이루어지는 혼합산화물 분말 또는 과립내에 매설하고, 무산화 분위기속에서 유도로(誘導爐) 또는 저항가열에 의해서 용해하고, 이 용융강을 그라스(glass)상 혼합산화물의 슬래그로 감싸 액상선온도 이상인 50K로 가열했다. 그리고, 1차 탈산생성물이 슬래그에 흡착될 때까지 정치했다.
이어서, 정치한 용융강을 과냉각하고, 고상선온도 이하인 60K에서 응고를 시작시켜, 40ψ×60㎜의 주물편을 제작했다.
이 주물편을 1200℃로 재가열한 후에 단조에 의해 30×30×85㎜로 가공하여 수냉후에 로중에 넣어 640℃로 300초 유지하여 재결정을 했다. 그 다음에, 혈형압연으로서 1패스(pass) 감면율 약 l0%의 도랑로울압연을 하고, 이어서 로중에서 640℃로 300초 유지하고, 재결정처리했다. 이 혈형압연 및 이것에 잇따라 하는 재결정처리를 전감면율 90%로 될 때까지 되풀이하고, 그 후 수냉했다.
그리고, 지름 5㎜의 강제 봉재를 얻었다 (실시예 1).
도 1은 이렇게 하여 얻어진 실시예 1의 강제 봉재의 조직을 나타내는 도면에 대신하는 주사형 전자현미경사진이다.
이 도 1의 사진은 압연방향에 수직한 단면, 즉 C단면의 상이고, 산화물은 백색으로, 페라이트+탄화물조직은 흑색으로 찍혀 나타나고 있다. 산화물은 Ti-Mn-Si의 복합산화물이고 그 분산밀도는 54000개/㎟이다. 또한, 도 l의 사진으로부터 페라이트+탄화물조직은 평균입경 0.75㎛에서 표층으로부터 중심까지 거의 균일히 분포하고 있는 것이 확인된다.
그리고, 이 봉재에 관해서, 인장강도(TS), 하(下)항복점(LYS), 균일신장(U.EL), 및 전신장(T.EL)을 측정했다. 비교를 위해 산화물 분산밀도 : 수백개/㎟, 페라이트+탄화물 조직의 평균입경 : 0.79㎛의 강제 봉재(비교예 1)에 관해서도 같은 측정을 했다.
그 결과를 나타낸 것이 표 2이다.
표 2
산화물분산밀도(개/㎟) 산화물입경(㎛) 가공도(%) 페라이트입경(㎛) TS(㎫) LYS(㎫) U.EL(%) T.EL(%)
실시예 1 54000 ≤1 90 0.75 775 754 3.58 13.44
비교예 1 수백 ≥5 90 0.79 724 685 7.30 14.10
이 표 2로부터 명백한 바와같이, 실시예 l의 강제 봉재는 인장강도(TS),하항복점(LYS)이 함께 700㎫ 이상이고, 산화물의 분산이 적은 비교예 1의 강제 봉재에 비하여 강도가 보다 높은 것이 확인된다. 또한, 실시예 1의 강제 봉재는 균일신장(U.EL)은 2% 이상, 전신장(T.EL)은 10% 이상이고, 충분한 인성도 갖는 것이 확인된다.
이들 실시예 1 및 비교예 1의 2개의 강제 봉재에 있어서, 그 용접성의 비교도 행했다.
봉재를 각각 1400℃에 100K/s의 속도로 가열한 후에, 900℃까지 50K/s, 그 위에 300℃까지 10K/s의 속도로 냉각하고, 용접시에 생기는 열영향부(HAZ)를 재현했다. 그 결과를 나타낸 것이 도 2 <a><b>의 주사형 전자현미경사진이다.
실시예 1의 강제 봉재에서는, 도 2 <a> 그림중에 화살표로 도시한 바와 같이, 인성이 뛰어난 다각형 페라이트가 생성되어 있다. 또한, 분산산화물에 의해 오스테나이트 입자내에 페라이트가 생성되어 있는 것도 확인된다. 그리고, 인성을 나타내는 취성파면 천이온도는 -40℃이고 인성이 충분히 확보되어 있다.
한편, 비교예 1의 강제 봉재로서는 도 2<b> 그림중에 화살표로 도시한 바와 같이, 조대한 바늘상의 위드맨스텟텐 페라이트가 생성되어 있다. 이 위드맨스텟텐 페라이트는 용접열영향부(HAZ)의 인성을 저하하는 인자로서 확인되어 있는 것이다.
물론 본 출원 발명은, 이상의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니다. 강제 후육재료의 형태, 제조조건 등의 세부에 있어서는 여러 가지 태양이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
이상 자세히 설명한 바와 같이, 본 출원 발명에 의해서 미세한 산화물이 고밀도로 균일히 분산한 보다 강도 및 인성이 높고, 또한 용접성에도 뛰어난 봉재, 선재, 이형재 등의 각종 형태를 갖는 강제 후육재료가 제공된다.

Claims (4)

  1. 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 강제 후육재료이고, 입경 1㎛ 이하의 산화물이 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산하고, 압연방향에 직각인 면전체에 입경 2㎛ 이하가 균일한 페라이트립이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용접성이 뛰어난 강제 후육재료.
  2. 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물을 정출시켜 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산시킨 후에, 400℃ 이상 Ac3 이하의 온도역에서 혈형압연하고, 이어서 재결정처리하여 압연방향에 직각인 면에 입경 2㎛ 이하의 균일한 페라이트립을 형성시켜 지름 또는 짧은 변 길이가 5㎜ 이상의 용접성이 뛰어난 강제 후육재료를 얻는 것을 특징으로 하는 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 용융강을 산화물의 슬래그중에 배치하여 과냉각하고, 조직중에 입경 1㎛ 이하의 산화물을 정출시켜 분산밀도 10000∼100000개/㎟로 균일히 분산시키는 것을 특징으로 하는 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 용융강의 화학조성이 C, Si, 및 Mn을 각각,
    C : 재료중의 탄화물의 체적율이 20% 이하로 되는 량,
    Si : 0.8중량% 이하,
    Mn : 0.05∼3.0중량%
    함유하고, 산화물을 형성하는 Ti, Mg, 또는 Al의 1종 또는 2종이상을 단독 또는 혼합체로서 0.3중량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접성이 뛰어난 강제 후육재료의 제조방법.
KR1020000008188A 1999-02-25 2000-02-21 용접성이 뛰어난 강제 후육재료와 그 제조방법 KR100628795B1 (ko)

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