KR20010017276A

KR20010017276A - 냉연 내후성강

Info

Publication number: KR20010017276A
Application number: KR1019990032706A
Authority: KR
Inventors: 윤원규; 강석은; 박재성
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2001-03-05
Also published as: KR100431839B1

Abstract

본 발명은 산업용 보일러 및 열교환기용 소재로 사용되는 내후성 강재에 관한 것으로, 그 목적은 인장강도 45kgf/㎟이상, 항복강도 32kgf/㎟이상, 연신율 22이상, 대기부식 저항성 55이상으로 주편에서 면세로 크랙지수가 2이하의 특성을 갖는 냉연 내후성강을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량로, C:0.06∼0.08, Si:0.17∼0.24, Mn:0.90∼1.10, P:0.020이하, S:0.010이하, Cu:0.20∼0.30, Ni:0.20∼0.30, H:2.5ppm이하, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 냉연 내후성강에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

냉연 내후성강{ATMOSPERIC CORROSION RESISTING COLD ROLLED STEEL SHEET}

본 발명은 산업용 보일러 및 열교환기용 소재로 사용되는 내후성 강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면세로 크랙의 발생이 적어 표면품질이 우수한 냉연 내후성강에 관한 것이다.

내후성강은 보통강에 비하여 대기부식 저항성이 우수한 강재로, 구조물에 무도장으로 사용될 수 있다. 내후성강이 대기 부식저항성을 갖는 이유는, 대기에 노출된 초기기간은 보통강과 유사하게 녹이 발생하지만, 기간이 경과함에 따라 그 녹의 일부가 서서히 모재에 밀착된 치밀한 녹층을 형성하여 환경에 대한 보호막으로 작용하여 부식진행을 억제시키기 때문이다.

내후성강의 대기부식 저항성(Atmospher Corrosion Resistance Index)은 화학조성에 거의 의존하며, ASTM G101에 아래의 식1과 같이 규정되어 있다.

[관계식]

대기부식저항지수

=26.01(u) + 3.88(-1074127663) + 1.20(r) + 1.49(i) + 17.28(P)-7.29(u)(9892364) - 9.1(-1074127663)(P)-33.39(u)²

위 식에서 보는 바와 같이, 대기부식저항지수에 가장 크게 영향을 미치는 원소는, P, Cu, Ni, Cr, Si의 순으로, 내후성강에는 이들 원소와 함께 기계구조에 필요한 용접성, 강도확보를 위해 다량의 유가원소(C, Si, Mn, P, S)가 함유된다.

한편, 산업용 보일러 및 열교환기용 소재로 사용되는 냉연 내후성강에는 인장강도 45kgf/㎟이상, 항복강도 32kgf/㎟이상, 연신율 22이상, 대기부식 저항성 55이상의 특성이 요구된다.

이러한 내후성강으로는 C 0.12이하, Si 0.25-0.75, Mn 0.20-0.50, P 0.070-0.150, S 0.040이하, Cu 0.25-0.60, Cr 0.30-1.25Ni 0.65이하를 포함하여 이루어지는 JS-SPA-C(JIS G 3125)가 있다. 그런데, 이 강은 주편에서 면세로 크랙지수가 높아 냉연판의 표면품질이 열악한 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 주편에서 면세로 크랙지수가 낮은 냉연 내후성강을 제공하는데, 그 목적이 있다. 이러한 본 발명의 냉연 내후성강은 인장강도 45kgf/㎟이상, 항복강도 32kgf/㎟이상, 연신율 22이상, 대기부식 저항성 55이상으로 주편에서 면세로 크랙지수가 2이하의 특성을 갖는다.

도 1은 Fe-C계 평형상태도를 나타낸 그래프

도 2는 탄소농도와 오스테나이트 입자크기와의 관계를 나타낸 그래프

도 3은 냉간 가공도에 따른 수소확산속도를 나타낸 그래프

도 4는 진공탈가스 처리시간에 따른 수소농도 추이를 나타낸 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연 내후성강은, 중량로, C:0.06∼0.08, Si:0.17∼0.24, Mn:0.90∼1.10, P:0.020이하, S:0.010이하, Cu:0.20∼0.30, Ni:0.20∼0.30, H:2.5ppm이하, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 소재의 기본물성을 확보하면서 주편에서의 면세로크랙의 발생을 최대한 억제하기 위하여 내후성강을 아래와 같은 관점에서 조성한다는데, 그 특징이 있다.

(1) 내후성강에서 대기부식저항성 확보를 위해 필연적으로 첨가되지만 크랙의 유발에 영향을 미치는 Cu, Ni를 감안하여 수소의 혼입을 최대한 제한한다.

수소는 응고과정에서는 용강이 응고 냉각될때 용해도가 급격히 감소하기 때문에 과잉의 수소는 결함부위 또는 비금속개재물 주변에 있는 공극에 석출후 수소분자를 형성하고 점차 공극의 내부 압력증대로 크랙을 유발하게 된다. 따라서, 수소를 최대한 억제하여 Cu, Ni의 첨가 되더라도 면세로 크랙의 발생을 최대한 막을 수 있다.

(2) Cr를 첨가하지 않으면서 대기부식저항성과 요구강도를 확보한다.

Cr은 대기부식저항성 확보원소로서 강도를 높이는데 유효하게 작용하지만, 냉간압연시 에릭센지수(Erichsen test:변형능 검사 시험방법)를 떨어뜨리고, 단면수축율, 연신율을 저하시켜 요구하는 기계적성질 및 품질을 확보하기 어려운 문제가 있다. 따라서, Cr을 미첨가한 상태에서 Ni과 Mn을 상향 조정하여 대기부식저항성과 요구물성을 확보한다.

이러한 관점에서 설계된 본 발명의 강성분의 조성범위 한정이유를 설명한다.

C는 0.06-0.08로 하는 이유는 C는 소량 첨가하여도 높은 강도보상효과를 얻을 수 있기에 소재의 강도보상측면에서 필수적인 원소이지만 과다하게 첨가시 연속주조기에서 주조시 주편크랙을 유발시키는 직접적인 원인이 되기 때문에 적정량을 첨가하는 것이 중요하다. 도 1의 Fe-C계 평형상태도에서 보는 바와 같이, 용강이 응고되면서 고온의 페라이트상으로부터 온도가 하강하면서 오스테나이트상으로 상변태를 하게 되는데, 이때 입자크기가 조대해지면서 주편의 크랙을 유발시키게 된다. 본 발명에서 이러한 문제점을 없애는 범위내에서 강도를 최대한 보상하기 위해 탄소를 0.06-0.08범위로 첨가한다. 도 2는 탄소함량에 따른 오스테나이트의 입자크기가 나타나 있다.

Mn은 담금질성, 강도, 용접성등의 기계적성질 향상을 목적으로 첨가되는 원소로서, 본 발명에서는 Cr을 미첨가하고 P을 하향조정하는 것을 고려하여 0.90-1.10로 상향 조정한다.

Si은 페라이트상에 고용하여 탄성계수, 인성 등을 증대시키고 용강상태에서는 용강중의 산소를 제거하는 역할을 하지만 과다함유시 입자의 크기를 증대시켜 용접성을 저하시키기 때문에 탈산정도 및 소재특성을 고려하여 소재중 실리콘 성분을 0.17-0.24로 하는 것이 바람직하다.

수소는 전술한 바와 같이, 크랙의 유발에 미치는 영향을 고려하여 2.5ppm이하로 제한한다. 이를 위해 용강정련과정중 진공탈가스 설비에서 탈수소처리를 한다. 수소에 의한 주편홀 발생의 이론 임계점은 6.7ppm이지만 주편내에는 수소이외에 질소, 이산화탄소 등의 핀홀발생 유발가스가 존재하기 때문에 이러한 기타 가스의 영향을 감안하면 핀홀발생 저감을 위한 적정 수소농도는 2.5ppm이하로 관리하는 것이 바람직하다. 도 4에서 보는 바와 같이, 수소는 냉간압연의 진행함에 따라 수소의 확산속도는 저하하기 때문에 냉간압연 전단계인 슬래브 단계에서부터 수소를 저감시킬 필요가 있다.

P은 대기부식저항성과 강도에 유효한 원소이나 가공성을 고려하여 0.020이하로 제한하며, S은 불순물로서 기계적성질에 미치는 영향을 고려하여 0.010이하로 제한한다.

본 발명에서 Ni, Cu은 대기부식저항지수 5.5이상을 확보측면과 가공성 측면에서 Ni 0.20-0.30로, Cu 0.20-0.30로 첨가한다.

한편, 본 발명의 강재는 전로→진공탈가스(RH)→연속주조의 공정을 거쳐 주편으로 제조되고, 통상의 방법에 따라 열간압연, 냉간압연을 거쳐 소정의 두께를 갖는 냉연 내후성강으로 제조될 수 있다. 본 발명의 정련방법은, 종래의 SPA-H강재가 전로→버블링→연속주조의 공정을 거치던 것과는 달리, 버블링 대신 진공탈가스정련을 행한다. 이는 강재에서의 수소함량을 2.5ppm이하로 제한하기 위한 것으로, 도 4에서 보는 바와 같이, 진공탈가스 처리는 15분 이상 행하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

아래 표 1과 같이 조성되는 내후성 주편을 제조하고 이 주편에 대한 면세로 크랙지수를 조사하여 표 2에 나타내었다.

구분	면세로 크랙지수
종래강	18
발명강	2
면세로 크랙시수= (크랙발생주편/검사주편)×100

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명강의 경우에는 종래강 보다 면세로 크랙지수가 대폭 감소함을 알 수 있었다.

구분	인장강도(kgf/㎟)	항복강도(kgf/㎟)	연신율()	대기부식저항지수¹⁾
목표값	45이상	32이상	22이상	5.5이상
발명강a	50.4	34.0	31.0	5.7
발명강b	49.5	36.0	31.5	5.7
발명강c	50.1	34.5	31.8	5.6
1)ASTM G101-94의 대기부식 예측기준

표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 강은 목표로 하는 제품품질실적을 만족하고 있었으며, 또한, 주편표질을 안정적으로 확보함으로써 냉간압연후 양호한 표면품질실적을 확보할 수가 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 인장강도 45kgf/㎟이상, 항복강도 32kgf/㎟이상, 연신율 22이상, 대기부식 저항성 55이상으로 주편에서 면세로 크랙지수가 2이하의 특성을 갖는 내후성강을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

중량로, C:0.06∼0.08, Si:0.17∼0.24, Mn:0.90∼1.10, P:0.020이하,0 S:0.010이하, Cu:0.20∼0.30, Ni:0.20∼0.30, H:2.5ppm이하, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 냉연 내후성강.