KR20010060766A

KR20010060766A - 항복비가 우수한 건축구조용 ｔｍｃｐ후강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20010060766A
Application number: KR1019990063193A
Authority: KR
Inventors: 김성호; 박길수; 박찬엽
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-07
Also published as: KR100480003B1

Abstract

본 발명은 건축구조용 TMCP 후강판의 제조방법에 관한 것으로, 강중 Cu, Ni, V의 합금 원소를 첨가하고 제어압연을 실시한 후, 열연강판을 급냉시켜 저온조직인 베이나이트조직을 생성함으로써, 강도 및 인성이 높고 항복비가 우수한 YP355급(N/㎟) 후강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로 C: 0.136~0.164%, Si: 0.40~0.50%, Mn: 1.00~1.25%, P: 0.012%이하, Nb: 0.025~0.035%, Ti: 0.015%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.30%이하, V: 0.020%이하, Ceq.: 0.42% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 강 슬라브를, 재가열하여 미재결정역 직상의 온도에서 사상압연하고, Ar₃직상의 온도에서 5~6℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 강판의 최종온도를 600~550℃가 되도록 한 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 항복비가 우수한 TMCP 건축구조용 후강판의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

항복비가 우수한 건축구조용 ＴＭＣＰ후강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING TMCP THICK STEEL SHEET FOR CONSTRUCTION STRUCTURE WITH SUPERIOR YEILD RATIO}

본 발명은 철골구조물에 사용되는 BEAM 제작용 고장력 후강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다상세하게는 강중 Cu, Ni, V의 합금 원소를 첨가하고, 미재결정 영역 압하율을 증가시켜 제어압연을 실시하고, 그 후 열연강판을 급냉시켜 저온조직을 생성함으로써, 고강도 및 우수한 항복비를 동시에 갖는 건축구조용 TMCP 후강판의 제조방법에 관한 것이다.

최근 건축물의 대형화 및 초고층화로 인하여, 구조부재에 있어서도 건축철골용 강판의 사용두께가 확대되고 있고, 이로 인한 강재의 강도, 인성 및 내지진성 확보의 중요성이 대두되고 있다.

종래 건축철골용 후강판의 제조기술에서는, 용접성 확보를 위해서 합금성분에 의한 강화기구를 최소화하고, 제어압연 및 가속냉각을 이용하여 강도향상을 꾀하였다.

그러나, 이와 같은 종래기술로는 강도를 향상시키는데 한계가 있으므로, 초고층 대형구조물의 실현을 위해서는, 강도확보뿐 아니라, 기존의 제어압연 및 가속냉각을 이용한 인성과 용접성향상의 이점을 공유할 수 있는 제조방법이 요구된다.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강중 Cu, Ni, V의 합금 원소를 첨가하고 제어압연을 실시한 후, 열연강판을 급냉시켜 저온조직인 베이나이트조직을 생성함으로써, 강도 및 인성이 높고 항복비가 우수한 YP355급(N/㎟) 후강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명재와 비교재의 조직을 나타내는 사진

본 발명은 중량%로 C: 0.136~0.164%, Si: 0.40~0.50%, Mn: 1.00~1.25%, P: 0.012%이하, Nb: 0.025~0.035%, Ti: 0.015%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.30%이하, V: 0.020%이하, Ceq.: 0.42% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 강 슬라브를, 재가열하여 미재결정역 직상의 온도에서 사상압연하고, Ar₃직상의 온도에서 5~6℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 강판의 최종온도를 600~550℃가 되도록 한 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 항복비가 우수한 건축구조용 TMCP 후강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 강중에 적절한 합금원소를 첨가하고, 미재결정역 압하율을 증가시킴과 동시에 열연강판을 가속냉각함으로써, 강도 및 인성의 향상을 꾀하고 있으나, 이 때 건축용 철골구조물에서는 항복비를 고려해야만 한다.

상기 항복비는 강판의 물성 중 강도 즉, 항복강도(YIELD STRENTH, 이하 YP)와 인장강도(TNESILE STRENGTH, 이하 TS)와의 비율(YP/TS, %)을 말하는 것으로서, 외부에서 어떤 자연적인 혹은 인위적인 외력을 받았을 때 강판 내부에서 외력에 대응하는 능력을 말한다. 통상, 건축용 철골강판에서는 그 한계선이 약 80% 이내인데, 이것은 단순히 항복비가 80%가 아니라, 강판자체가 소정의 강도를 가진 상태에서를 말하는 것이다. 즉, 강재는 강도(TS)가 증가될수록 비례해서 항복강도(YP)가 증가하므로, 이에 따라 강도가 높은 조질 고장력강의 경우 항복비가 일반적으로 80%를 초과하는 경우가 많다.

따라서, 본 발명에서는 하기 표1에 나타난 바와 같이, 다량의 화학성분 증가없이 저탄소당량으로 하여 용접성을 향상시키면서도, 항복비를 80% 이하로 규제하여 우수한 내지진성을 가질수 있는, YP355급(N/㎟) 건축 철골구조용 TMCP 후강판이 된다.

구분	품질특성	두께	기계적성질
구분	품질특성	두께	항복강도	인장강도	인성(0℃)	Z-RA
건축철골구조물	-고항복강도 요구-항복비 80%내-저탄소당량(용접성)	6~80mm	≥36kg/㎟	53~65kg/㎟	≥2.8kg·m	≥25%

이하, 본 발명의 강성분 및 제조조건에 대하여 설명한다.

상기 C는 강의 열처리시 소입성을 증가시켜 경도 및 강도를 증가시키는 원소이지만, 그 함량이 지나치게 많으면 인성 및 용접성에 유해하고, 그 함량이 소량 이면 소입성이 낮아 경도를 보증할 수 없으므로, 그 성분범위를 0.136~0.164%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 탄화물을 형성하며 Fe중에 고용되어 탄성한계인장력을 높이는 원소이지만, 그 함량이 0.5%보다 많으면 페라이트 조직저하 및 비금속 개재물(SILICATE)을 형성하여 인성을 해치므로, 그 함량을 0.40~0.50%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 소입성 향상원소로 열처리시 경도를 향상시킬 수 있으나, 과다 첨가시 용접성을 해치고, 소량 첨가시 소입성 저하로 경도확보가 불안정하기 때문에, 그 함량은 1.00~1.25%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 P은 강판의 저온충격인성을 저해시키는 가장 큰 불순물로서, 내부 품질을 열화시키므로 그 함량은 0.012%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 S은 P과 동일한 유해원소로서, 후판제품에 있어서 저온충격 인성열화의 원인이 되고 용접성을 해치므로, 그 함량은 0.003%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Nb은 강조직상 오스테나이트내에 고용되어 오스테나이트의 경화능을 증대시켜 페라이트 변태온도를 낮춤으로써, 페라이트 입도를 미세하게 하는 효과를 갖는다. 또한, 석출강화에 의해 인장강도 및 항복강도를 증가시킬 뿐 아니라, 항복강도증가의 효과도 지닌다. 그러나, 그 함량이 과다한 경우에는 소려취성을 유발할 수 있고, 용접부인성의 열화에 유해하므로, 그 함량은 0.025~0.035%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Ti은 슬라브 재가열공정 및 용접부 등 고온에서, TiN 석출물로서 입계에 미세하게 분산되어 초기 오스테나이트 결정립성장을 억제함으로써 강도의 부분적인 증가와 함께 인성을 개선시킨다. 그러나, 그 함량이 과다하면 산화물계 개재물을 형성하거나 조대 석출물을 형성시켜 인성을 저하시키므로, 그 함량은 0.015%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Cu는 강판내 석출물의 형성으로 인한 강화효과와, 강의 내식성을 향상시키는 효과가 있지만, 그 함량이 0.30%를 초과하는 경우에는 강판표면에 산화피막이 심하게 형성되므로, 그 상한은 0.30%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Ni은 Cu첨가시 문제가 되는 강판표면의 산화막을 억제하는 원소로, 강도 및 인성 향상에 좋은 효과가 있으나, 고가의 원소이며 다량첨가하면 소입성을 증가시켜 강도가 규격치를 초과할 수 있으므로, 그 함량은 0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 V은 탄화물형성능이 커서 미립 탄화물을 만들어 강조직을 미세화시키는 원소로, 고온강도도 대폭 향상시키지만 산화물인 오산화바나듐(V₂0₅)은 고온 증발 경향이 있으므로, 0.020%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성된 용강에 있어서, 불순물인 S은 그 함량을 최소화하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용강내에는 Ca-Si를 투입하여, 비금속 개재물을 구상화한다.

이렇게 얻어진 주괴를 미재결정온도 영역 직상의 온도인 800~900℃에서 40~50%의 압하율로 사상압연하여, 강판재질의 이방성을 향상시킴과 동시에 조직 미세화를 조장시켜 인성을 확보한다. 만일, 상기 사상압연온도가 부분재결정역영역인900℃보다 높으면, 혼립조직이 생성되어 충격인성이 저하되고, 800℃ 미만이면 이상역 압연(2 PHASE ROLLED)시 조직상에 밴드구조(BANDED SRTUCTURE)가 생성되어 부분 재결정 압연에서처럼 충격치가 낮아지고 두께 방향 물성치가 불량하게 된다. 또한, 상기 압하율이 낮으면 압연후 생성되는 오스테나이트 재결정립이 커지게 되므로 물성확보가 어려워 바람직하지 않게 된다.

따라서, 상기 사상압연온도는 900~800℃로 , 잔압하율은 45~50%로 행하는 것이 바람직하다.

그 후, 80% 이내의 항복비를 위해, Ar₃직상의 온도인 750~850℃에서 5~6℃/sec의 냉각속도로 냉각하여, 강판의 최종온도가 600~550℃가 되도록 하고, 공냉한다.

이 때, 그 냉각속도가 늦으면 생성되는 페라이트 입도가 조대해져 제2차상의 생성이 적어 적정강도 확보가 어려워지고, 반대로 냉각속도가 빠르면 제2차상의 양이 많아져 강도를 급격히 증가시키는데, 이것은 항복비 상승으로 이어져 소성변형능력 을 저하시킴으로써, 건축철골구조물에 사용되기 위한 소정의 물성치, 즉 항복비가 80%를 초과하게 된다.

한편, 냉각종료후의 강판온도가 550℃미만인 경우에는, 강판내외부의 열전달 계수차이에 의해 내부응력이 과다하게 발생하여 강판형상이 불량하게 된다. 또한, 강판온도가 600℃보다 높으면 조직이 연한조직인 펄라이트로 변태되어 강도가 물성치를 만족하지 못한다.

따라서, 상기 강판의 최종온도는 600~550℃의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 제조된 후강판의 최종조직에는 저온조직인 베이나이트가 생성되어, 고강도 및 고인성 특성을 제공할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표2와 같이 조성되는 강 슬라브에 대하여, 하기 표3의 압연 및 냉각 조건을 적용하여 작업하였다.

그 후, 각 시편들에 대하여 기계적 성질을 측정하고, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Nb	Cu	Ni	V	Ceq
비교강1	0.150	0.41	1.20	0.014	0.002	0.015	0.03	0.01	0.001	0.3674
비교강2	0.145	0.45	1.22	0.018	0.002	0.013	0.01	0.01	0.007	0.3678
발명강1	0.160	0.45	1.19	0.009	0.002	0.026	0.23	0.23	0.014	0.3838
발명강2	0.158	0.46	1.21	0.009	0.001	0.033	0.25	0.23	0.015	0.3857
*Ceq.= C + Mn/6 + Si/24 + Cr/5 + V/14 + Ni/40 + Mo/4

구분	사상압연온도(℃)	잔압하율(%)	냉각종료온도(℃)	냉각속도(℃/s)	YP(kg/㎟)	TS(kg/㎟)	YR[%]	충격인성(0℃, kg·m)
비교재1	870	30	607	5.0	34.7	52.5	68	19.8
비교재2	890	30	647	3.6	33.6	50.9	66	13.5
발명재1	812	45	572	5.1	38.4	57.9	66	24.7
발명재2	804	45	578	5.4	41.1	59.3	69	18.8

상기 표3에 나타난 바와 같이, 발명재(1),(2)는 Cu, Ni, V 성분을 첨가하고, 압연온도, 압하율, 냉각조건을 좀더 엄격하게 관리하여 충격인성의 감소없이도 강도를 향상시킬 수 있었다.

한편, 도1에는 발명재(1)과 비교재(1)의 조직사진을 나타내었는데, 본 발명재(1)은 비교재(1)에 비해 베이나이트 변태조직이 상당 부분 관찰되는 것을 알 수 있는데, 이것이 강도를 증가시키는 요인이 되는 것이다.

상술한 바와같이, 본 발명은 강성분, 압연조건 및 그후 냉각조건을 적절히 제어하여, 용접성의 변화없이도 강도, 인성 및 내지진성을 향상시킴으로써, 최근 건축물의 초고층 및 대형화 추세에 부합하는 구조재로서 사용할 수 있고, 또한 종래재 대비 고강도 확보용이로 그 사용량을 10% 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로 C: 0.136~0.164%, Si: 0.40~0.50%, Mn: 1.00~1.25%, P: 0.012%이하, Nb: 0.025~0.035%, Ti: 0.015%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.30%이하, V: 0.020%이하, Ceq.: 0.42% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 강 슬라브를, 재가열하여 미재결정역 직상의 온도에서 사상압연하고, Ar₃직상의 온도에서 5~6℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 강판의 최종온도를 600~550℃가 되도록 한 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 항복비가 우수한 건축구조용 TMCP 후강판의 제조방법.