KR20020044652A

KR20020044652A - 용접성과 내피쉬스케일성이 우수한 고강도 법랑용열연강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20020044652A
Application number: KR1020000073645A
Authority: KR
Inventors: 류재화
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-19

Abstract

본 발명은 온수 보일러통이나 액체비료 탱크 등에 사용되는 법랑용 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, C의 함량을 적절히 제어한 열연강판을 적절한 온도범위에서 소둔하여 강중에 흑연입자를 미세하게 석출시킴으로써, 법랑처리후 피쉬스케일 발생을 방지하면서 용접성도 동시에 확보할 수 있는 법랑용 열연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, 0.1~1.0%Si, 0.1~0.5%Mn, 0.01~0.1%Al, 0.001~0.015%N, 0.0005~0.005%B을 함유하고, C는 하기 관계식을 만족하는 범위로 첨가되며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연강판을 600~720℃의 온도범위에서 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 용접성과 내피쉬스케일성이 우수한 고강도 법랑용 열연강판의 제조방법을 그 기술적 요지로 한다.

[관계식]

0.6/(1.5×Si-Mn+2) ≤C ≤0.6-Si/30-Mn/20-5×B

Description

용접성과 내피쉬스케일성이 우수한 고강도 법랑용 열연강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING HIGH STRENGTH HOT-ROLLED STEEL SHEET FOR ENAMEL WITH EXCELLENT WELDABILITY AND FISH SCALE RESISTANCE}

본 발명은 온수 보일러통이나 액체비료 탱크 등에 사용되는 법랑용 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강중 C의 함량을 적절히 제어하여 용접성 및 내피쉬스케일성을 개선한 법랑용 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

온수 보일러통이나 액체비료 탱크 등은 용접 구조물로서, 용접부가 높은 압력에 견딜 수 있도록 균열이나 홀(hole) 없어야 한다. 이로 인해, 상기 용도로 사용되는 법랑용 열연강판에서는 우수한 용접성 및 내피쉬스케일성이 요구되는 실정이다.

상기 피쉬스케일(fish scale)은 법랑처리후 법랑층이 강판표면에서 고기 비늘과 같이 떨어지는 현상으로, 피쉬스케일이 발생하면 외관상으로도 불량할 뿐아니라, 강판 기지가 외부로 노출되기 때문에 내부식성이 치명적으로 나빠진다.

상기 피쉬스케일 결함은 수소에 의해 발생되는 결함으로, 발생원인은 다음과 같다. 즉, 법랑소성처리시에는 강판의 온도가 높아 수소의 고용도가 증가하지만, 소성처리후에는 강판의 온도가 낮아져 고용되었던 수소가 강판 표면으로 확산되어 법랑층을 파괴하고 대기중으로 빠져나감으로 인해 발생하는 것이다.

이와 같은 피쉬스케일 결함을 방지하기 위해서는, 강판중에 수소가 모일 수 있는 위치를 만들어 주어야 하는데, 이 때 주로 개재물이나 석출물을 이용한다.

일례로, 일본특공소56-51553호는 저탄소강이나 극저탄소강에 Ti을 첨가하는 방법을 제안하였다. 그러나, Ti은 산화성이 매우 강한 원소로, 다량 첨가하는 경우에는 연속주조 작업시 산화물을 생성하여 노즐막힘 문제를 자주 유발하므로, 연속주조 작업성을 나쁘게 한다. 또한, Ti탄화물은, 법랑층과 반응하여 법랑처리후 기포결함을 많이 발생시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 대한민국 특허출원 제93-21363호에서는, 고온 석출물인 MnS를 이용하기 위해 S의 함량을 0.05% 이상 첨가하고 있으나, 이와 같이 하면 강중 S의 함량이 많아 연속주조시 또는 열간압연시 열간가공성이 저하하여 균열이 많이 발생하는 문제가 있다.

한편, 최근에는 강중에 흑연을 석출시켜 내피쉬스케일성을 향상시킨 기술도 제안되어 있지만, 이 기술에서는 용접성이 고려되지 않은 문제가 있다.

따라서, 용접성 및 내피쉬스케일성이 동시에 우수한 법랑용 열연강판의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 C의 함량을 적절히 제어한 열연강판을 적절한 온도범위에서 소둔하여 강중에 흑연입자를 미세하게 석출시킴으로써, 법랑처리후 피쉬스케일 발생을 방지하면서 용접성도 동시에 확보할 수 있는 법랑용 열연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, 0.1~1.0%Si, 0.1~0.5%Mn, 0.01~0.1%Al, 0.001~0.015%N, 0.0005~0.005%B을 함유하고, C는 하기 관계식을 만족하는 범위로 첨가되며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연강판을 600~720℃의 온도범위에서 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 용접성과 내피쉬스케일성이 우수한 고강도 법랑용 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

[관계식]

0.6/(1.5×Si-Mn+2) ≤C ≤0.6-Si/30-Mn/20-5×B

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 발명자는 열연강판의 흑연화에 영향을 미치는 강중 C, Si, B, Mn 의 작용과 열간압연 및 소둔 등의 제조조건을 종합적으로 연구한 결과, 합금원소와 제조조건을 적절히 조절함으로써 내피쉬스케일성이 우수한 강을 제조할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 발명자는 용접성과 흑연화에 동시에 영향을 미치는 C의 함량을 적절히 제어하고, 흑연화 촉진원소인 Si을 첨가하고, 흑연화 핵생성 위치로 작용하는 극소량의 B을 첨가함과 아울러, 흑연화 억제원소인 Mn의 함량도 적절히 제어하였다. 또한, 열연판소둔조건을 조절하여, 강중 흑연입자를 미세하게 석출시키고, 법랑소성처리중 흑연입자에 모여있던 탄소가 기지로 확산되면서 흑연입자가 공공이 되게 하여 수소가 저장될 수 있는 공간을 제공함으로써, 법랑처리후 피쉬스케일 발생을 방지하면서도 동시에 용접성도 확보하였다.

이하, 강성분 및 제조공정에 대하여 설명한다.

본 발명에서C는 특징적인 성분으로서, 용접성 및 흑연화를 모두 고려하여 그 함량을 설정하는 것이 바람직하다. 상기 C는 많이 첨가될수록 흑연화를 촉진시켜 내피쉬스케일성은 향상시키지만 용접성은 저하시키기 때문에, 흑연이 석출되는 범위내에서 가능한 한 적게 첨가되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 상기한 내피쉬스케일성 및 용접성의 향상 측면에서 상기 C의 함량을 Si, Mn, 및 B의 함량과의 관계식(1)을 통해 설정하였는데, 그 관계식은 다음과 같다.

[관계식 1]

0.6/(1.5×Si-Mn+2) ≤C ≤0.6-Si/30-Mn/20-5×B

즉, C는 세멘타이트의 흑연화에 가장 중요한 원소로서 그 함량이 적으면 흑연화에 장시간을 요하고 내피쉬스케일성의 확보가 어려우므로, 최소 0.6/(1.5×Si-Mn+2) 이상은 첨가되어야 하는 것이다. 그러나, C함량이 많아지면 용접성은 저하되기 때문에, 용접성에 미치는 C, Si, Mn, B 등 합금원소의 영향을 고려하여 작성된 용접 균열 감수성지수를 이용하여 용접성 확보가 가능한 C의 함량을 분석 한 결과, 0.6-Si/30-Mn/20-5×B 이하로 첨가하는 것이 바람직함을 발견하였다.

Si는 흑연화를 촉진하는 원소로서, 그 함량이 너무 적으면 흑연화에 장시간이 소요되기 때문에 0.1%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 너무 많으면 흑연화는 상당히 촉진되지만 적스케일이 많이 발생하여 강판의 표면품질이 저하되고, 또한 용접성에도 영향을 미치기 때문에 상한은 1.0%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn은 흑연화를 억제하는 원소이기 때문에, 그 함량이 적을수록 흑연화에는 유리하고 또한 용접성에도 유리하므로 상한을 0.5%로 제한하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 너무 적으면 강도가 낮고 열간가공성이 나빠지므로, 하한을 0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

Al은 탈산제이면서 흑연화를 촉진하는 원소이지만, 그 함량이 0.01% 미만이면 흑연화 촉진효과가 거의 없기 때문에, 0.01% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 0.1%를 초과하면 흑연화 촉진효과는 거의 포화되고, 강중 개재물이 증가하여 강판의 가공성이 저하되기 때문에, 상한은 0.1%로 설정하는 것이 바람직하다.

N는 보론과 반응해 BN을 형성하여 흑연의 핵생성 위치로서 가장 효과적으로 작용하는 원소로서, 그 함량이 지나치게 적으면 BN의 형성이 어렵기 때문에, 0.001% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 너무 많으면 강판의 연성이 저하되기 때문에, 상한을 0.015%로 제한하는 것이 바람직하다

B은 흑연의 핵생성 위치로 작용하여 흑연화 속도를 높이고 흑연을 미세하게 분포시키는데 중요한 원소로서, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.0005% 이상 첨가한다. 그러나, 그 함량이 지나치게 많으면 그 효과가 포화되고, 또한 슬라브 제조시 균열발생의 우려가 있기 때문에, 그 상한을 0.005%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성된 슬라브를 재가열한 다음, 열연공정을 통해 조직을 미세화시키기 위해, 통상의 열간압연조건인 800~950℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리한 후, 500~700℃에서 권취하였다.

그 후, 상기와 같이 하여 얻어진 열연강판을 소둔하는데, 이 때 소둔온도는 피쉬스케일 발생을 억제하는데 필요한 충분한 흑연입자를 확보할 수 있는 조건으로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 600~720℃의 온도범위로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 소둔온도가 600℃ 미만이면 C의 확산속도가 느려 흑연화 진행속도가 느리게 되고, 720℃보다 높으면 C가 오스테나이트에 고용되어 흑연화가 일어나지 않기 때문이다. 즉, 상기와 같이, 600~720℃에서 소둔을 행하면, 세멘타이트가 흑연입자로 변화되기 때문에, 이 강판을 이용하여 용접을 행한 후 법랑처리를 행하면, 소성처리중에 흑연입자중의 탄소가 오스테나이트에 재고용되어 이전에 흑연입자가 존재하던 자리는 공공으로 되고, 소성처리후에는 수소가 공공에 저장되어 내피쉬스케일성이 매우 우수해진다.

이상과 같이 제조된 강판을 이용하여 법랑부품을 가공한 후, 통상의 법랑소성처리온도인 800~850℃에서 소성처리하면, 피쉬스케일 발생을 억제하는데 필요한 충분한 공공(vacancy)을 확보할 수 있기 때문에, 피쉬스케일 발생이 없는 고강도 제품을 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 1200℃로 가열하여 2시간동안 유지한 후 압연마무리 온도를 900℃, 권취온도를 600℃로 하여 두께 3.2mm의 열간압연강판을 제조하였다. 이와 같이 제조된 열연강판을 비산화성분위기하 680℃에서 20시간동안 흑연화 소둔을 행하였다. 한편, 종래예(1)은 냉연법랑용강, 종래예(2)는 저탄소강에 Ti를 첨가한 강으로서, 소둔을 행하여도 흑연이 생성되지 않기 때문에 소둔은 행하지 않았다.

이상과 같이 제조된 열연강판을 절단하여 흑연량 및 피쉬스케일 발생정도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 피쉬스케일 발생정도를 살펴보기 위해, 열간압연된 시편을 염산으로 산세하여 표면의 산화철을 완전하게 제거한 후 70℃, 10% 황산용액에서 5분간 침적하여 산세를 실시하고, 온수로 세척한 후 85℃, 3.6g/l 탄산소다 + 1.2g/l 붕사수용액에 5분간 침적하여 중화처리 하였다. 전처리를 완료한 시편은 유약을 강판의 양면에 도포한 후 200℃에서 10분간 건조하였고, 뒤이어 830℃에서 5분간 소성처리를 실시한 후 공냉하여 법랑처리를 완료하였다. 이 때 소성로 분위기의 노점은 30℃로 피쉬스케일이 발생하기 쉬운 가혹한 조건이다. 법랑처리가 끝난 시편은 200℃ 유지로에서 20시간동안 유지하여 피쉬스케일 가속처리후 폭 70mm, 길이 150mm에서 발생한 피쉬스케일 결함수를 육안으로 조사하였다.

한편, 법랑처리후 소지강판의 강도를 측정하기 위해, 소둔강판을 830℃에서 5분간 유지하는 소성처리 조건에 해당되는 열처리를 실시한 후 ASTM 서브싸이즈(sub size) 시편을 가공하여 항복강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	강판특성	법랑특성	법랑후 특성
구분	흑연량(%)	피쉬스케일 발생수	항복강도(kg/㎡)
발명예1	1.5	0	32
발명예2	0.9	0	31
발명예3	2.0	0	35
비교예1	0	140	25
비교예2	2.5	0	37
비교예3	3.0	0	38
종래예1	－	350	10
종래예2	－	230	18

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명예(1)~(3) 은 강판상태에서 석출된 흑연량이 많아 소성처리후 충분한 공공을 확보할 수 있어 피쉬스케일이 전혀 발생되지 않았고, 또한 법랑처리후 높은 항복강도를 얻을 수 있었다. 그러나, 비교예(1)은 흑연입자가 전혀 생성되지 않아서 소성처리동안 수소를 흡수할 공공이 거의 없기 때문에 피쉬스케일이 많이 발생하였다.

비교예(2),(3)은 C의 함량이 본 발명 범위를 벗어나 많이 첨가되었으나, 강판특성 및 법랑특성 모두 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 내피쉬스케일성의 확보 측면에서는 C이 다량 함유되어도 그 효과는 우수한 것을 알 수 있다,

한편, 종래예(1)은 냉연용 극저법랑강판으로서, 냉연상태에서는 피쉬스케일 발생이 없었으나 열간압연판에서는 상당히 많은 피쉬스케일이 발생하였다. 그리고, 종래예(2)는 피쉬스케일이 많이 발생하였다.

(실시예 2)

C의 함량이 용접성에 미치는 영향을 살펴보기 위해, 실시예(1)에서 제조된 열연강판에 대하여 용접시험을 행하였다.

용접방법은, 플럭스 코어더 아크 용접봉을 이용하여 맞대기 용접을 행하였으며, 사용한 용접봉의 성분은 0.04C-0.4Si-1.3Mn-0.015P-0.012S이며, 용접조건은 전류를 200A, 전압을 30V로 하였다. 용접을 마친 후 용접부위를 살짝 연마한 후 액체 침투시험법을 통해 기공이나 균열의 발생유무를 관찰하여 소재의 용접성을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 3과 같다.

구분	강판특성	용접특성
구분	C량(중량%)	용접부 양호여부
발명예1	0.4	양호
발명예2	0.3	양호
발명예3	0.5	양호
비교예1	0.1	앵허
비교예2	0.6	불량
비교예3	0.7	불량
종래예1	0.0039	양호
종래예2	0.02	양호

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예(1)에서 법랑특성 및 강판특성이 우수했던 비교예(2),(3)은, C함량이 높기 때문에 용접불량이 많이 발생한 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서 얻고자 하는 용접성 및 내피쉬스케일성을 동시에 확보하기 위해서는, C함량이 적정 범위로 조정되어야 함을 알 수 있다.

(실시예 3)

열연판소둔온도가 흑연량과 내피쉬스케일성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 실시예(1)의 발명예(1)의 성분을 갖는 강 슬라브를 이용해 실시예(1)의 방법으로 열연강판으로 제조하였다. 그 후, 열연판소둔온도를 하기 표 4와 같이 변화시켜서 20시간동안 소둔하고, 이와 같이 제조된 강판을 실시예(1)과 같이 전처리 및 법랑처리한 다음, 내피쉬스케일 발생정도를 조사하였다.

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 소둔온도가 600℃ 미만인 비교예(A),(B)의 경우에는, 석출되는 흑연량이 적기 때문에 피쉬스케일이 발생하였고, 소둔온도가 720℃이상인 비교예(C)의 경우에는 C가 오스테나이트에 고용되어 흑연이 석출되지 않기 때문에 피쉬스케일이 많이 발생한 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 내피쉬스케일성을 확보하면서 용접성도 개선할 수 있기 때문에, 온수보일러 통이나 액체비료 탱크 등의 안전성을 크게 향상시킬 뿐 아니라 열연법랑 강판의 수요확대에도 크게 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, 0.1~1.0%Si, 0.1~0.5%Mn, 0.01~0.1%Al, 0.001~0.015%N, 0.0005~0.005%B을 함유하고, C는 하기 관계식을 만족하는 범위로 첨가되며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연강판을 600~720℃의 온도범위에서 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 용접성과 내피쉬스케일성이 우수한 고강도 법랑용 열연강판의 제조방법

[관계식]

0.6/(1.5×Si-Mn+2) ≤C ≤0.6-Si/30-Mn/20-5×B