KR20030055539A - Ｔｉ-Ａｌ-Ｚｒ-Ｍｇ계 산화물 미세균일분산 용접 구조용 강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강중에 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물을 미세 분산시켜 용접 열영향부(HAZ)의 조직 조대화를 방지시켜서 양질의 용접특성을 갖는 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물 미세균일분산 용접 구조용 강을 제공하는 것이다.

본 발명은 용강의 성분은 C=0.06-0.30wt.%, Si=0.05-0.50wt.%, Mn=0.5-2.0wt.%, P=0.025wt.%이하, S=0.025wt%이하, Ti=0.005-0.050wt%, Zr=5~500ppm, Mg=5-100ppm, Al=50-300ppm인 구조용 강으로서 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물 미세균일 분산 용접구조용 강이다.

Description

Ｔｉ-Ａｌ-Ｚｒ-Ｍｇ계 산화물 미세균일분산 용접 구조용 강{Steels for Welded Structures With Finely Disperded Oxides of Ti-Al-Zr-Mg}

본 발명은 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물 미세균일분산 용접 구조용 강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강중에 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물을 미세 분산시켜 용접 열영향부(HAZ)의 조직 조대화를 방지시켜서 양질의 용접특성을 갖는 Ti-Al-Zr-Mg계산화물 미세균일분산 용접 구조용 강을 제공하는 것이다.

강재의 용접시 HAZ부 조직의 조대화는 용접부 인성 저하와 직결되므로 이를 해결하기 위해서 열처리, 용접기술 개발 등의 여러 가지 방법이 시도되고 있는데 종래에는 강재 내에 Ti계 산화물을 미세 분산시켜 이들을 기점으로 미세한 페라이트들을 생성하게 하는 Ti oxide강이 개발되었다. 이는 미국특허 4,629,504호에 개시되어있다.

그러나 Ti oxide강의 경우 알루미늄을 70ppm이하로 규제하고 있으며 또한 실제로는 이미 발표된 논문(S. Ogibayashi: Nippon Steel Technical Report(1994), No.61(11), pp.70-76)에 개시된 바와 같이, 강 중 개재물의 조성이 Ti산화물이 주된 개재물이 되기 위해서는 10~20ppm이하로 관리해야 할 필요가 있다.

또한, 본 발명의 출원인에 의해서 공개된 연구보고서(포스코기술연구소: Hipers21과제 보고서(2001.1.31), p.49) 에 개시되고, 도 1에 도시된 바와 같이, 강중 알루미늄을 10ppm이하로 유지할 필요가 있다.

또한, 강 중에 알루미늄을 10~20ppm 범위로 관리하고 강 중 총산소량을 20-40ppm으로 규제하기 위해서는 Si-Mn탈산만으로는 실제 조업상 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 개선점을 달성하기 위해서 안출된 것이다.

본 발명의 목적은, 탈산제로서 Mg, Al을 투입하므로써 강 중 알루미늄 규제를 .완화시켜 제강-연주 조업상의 애로점을 해결하고, 용강내 Zr을 첨가하므로써 연주스라브내 두께방향 개재물의 량 및 크기의 균일성을 높이고, Zr첨가에 의하여 HAZ부 입내 침상 페라이트(acicular ferrite) 생성하는 사이트 수를 증대시키고, 또한 Mg, Zr, Ti를 투입하므로써 개재물 내 MnS 석출을 쉽게하여 HAZ부 입내 침상 페라이트 생성을 보다 용이하게 하기 위한 것이다.

도1은 Ti산화물강의 용강중 알루미늄 농도에 따른 개재물 조성의 변화를 나타내는 그림이다.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예의 주편내 개재물 량 및 크기변화를 나타내는 그림이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예의 용접 HAZ부 조직사진을 나타내는 그림이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예의 용접 HAZ부 충격 실험치를 나타내는 그림이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 용강의 성분계가 C=0.06-0.30wt.%, Si=0.05-0.50wt.%, Mn=0.5-2.0wt.%, P=0.025wt.%이하, S=0.025wt%이하, Ti=0.005-0.050wt%, Zr=5~500ppm, Mg=5-100ppm, Al=50-300ppm인 구조용 강으로서 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물 미세균일 분산 용접구조용 강을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서 제공하는 강의 조성은 다음 표 1과 같다.

본 발명에 의한 용접 구조용 강은 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 기본으로 한다.

이들 중 Si, Mn은 1차 탈산에 기여하며, Al, Zr, Mg, Ti는 잔류 산소 탈산 및 용강 중에 잔류하는 미세 Si-Mn 산화물의 환원에 기여하며, 용강내 최종 개재물 조성은 Ti-Al-Zr-Mg 산화물이 주된 복합 산화물로 된다.

산화물 존재 양상도 Mg및 Ti 산화물이 용강과 접촉 시 계면 에너지가 작아서 미세분산 상태로 있게 되며 Zr산화물의 경우 비중이 크고 계면 에너지가 작아 용강 단계에서 미세분산 상태로 남으며 응고 도중 고액 계면에 포착되기 쉬워서 주편내 미세균일분포를 조장한다.

이들 산화물은 가열 압연시 변화하지 않고 용접시 그대로 존재하여 오스테나이트 -페라이트변태시 페라이트 핵생성 사이트의 역할을 하여 압연재 조직 미세화는 물론 용접 HAZ부 조직 조대화를 방지하게 된다.

이하 본 발명의 구조용 강을 구성하는 강 성분에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 용강중에는 C, Si, Mn, Al, Mg, Zr, Ti, O, P, S, 잔부 Fe및 기타 불가피한 불순물이 함유 되는데 상기 C는 강재의 강도를 부여하는 역할을 하는 성분으로서 강도 확보를 위해서는 0.06%이상 함유되어야 하지만 과잉 첨가되면 HAZ부의 경화를 초래하기 때문에 그 함량의 상한은 0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 1차 탈산 및 강재의 강도 부여에 기여하는 성분으로서 그 함량이 0.5%미만인 경우에는 그 첨가효과가 미약하고 2.0%이상 함유하는 경우에는 HAZ부의 경화를 초래하므로, 그 함량은 0.5~2.0%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 상기 Mn과 같이 1차 탈산을 위해 첨가되는 성분으로서 탈산제로서의 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상 첨가 되어야 하지만, 과잉 첨가되는 경우에는 용강내 Si 산화물이 과잉으로 존재하여 기계적 성질에 악 영향을 미치며 HAZ부 인성향상에도 도움을 주지 못하므로 그 함량의 상한은 0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 Mn, Si, Mg, Ti보다 강 탈산제여서 0.03%를 초과하면 산화물 조성이 거의 Al-Zr-O로 되기 때문에 부적절하며 0.005%미만이면 HAZ부 입내 침상 페라이트 생성이 저조하기 때문에 하한을 0.005%로 하였다.

상기 Mg는 고융점 고알루미나 산화물 조성을 저융점 고유황용해도Al-Mg 산화물 조성의 개재물 형성에 기여하며 0.0005%미만이면 저융점의 Al-Mg 산화물을 얻을 수가 없으며 0.01%를 초과하면 조대한 Mg함유 산화물을 생성하여 기계적 성질을 저하시킨다.

Zr은 Al보다 더 강한 탈산제여서 0.05%를 초과하면 산화물 조성이 거의 고융점의 Zr-O인 산화물로 되어서 부적절하며 0.0005%미만일 경우는 산화물 균일분산 효과가 거의 없다.

Ti는 0.05%를 초과하면 조대한 TiN을 생성하기 때문에 인성을 저하시키고 0.005%미만일 경우는 산화물 조성에 Ti성분이 거의 존재하지 않고 Al-Zr-Mg계 산화물이 존재하여 HAZ부 입내 침상 페라이트 생성이 저조하다.

상기 O는 산화물 생성에 중요한 역할을 하는데 0.001%미만이면 충분한 산화물 량을 확보 할 수가 없으며 0.01%를 초과하면 조대한 산화물이 다량 발생하여 기계적성질을 저하시킨다.

상기 P및 S는 불순물로서 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직한데 본 발명에서는 각각 0.025%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물 미세균일분산 용접 구조용 강의바람직한 실시예 및 비교예를 표2를 참조하여 설명한다.

도 2은 표 2에 따른 조성으로 제조한 주편내 두께위치별 개재물의 평균크기와 면적률을 도시하고 있다.

Zr, Mg가 첨가된 본 발명의 바람직한 실시예 1, 2, 3의 경우 평균크기 및 면적률이 두께 위치에 관계없이 거의 일정하였으며 비교예에 비해서 면적률이 훨씬 크게 나타났다. 즉 본 발명의 실시예는 비교예에 비해서 미세개재물이 다량 균일 분포하고 있음을 알 수가 있다.

표 2에서와 같은 조성으로 제조한 시편의 용접 HAZ부 조직을 도3 에 도시하였다. 도시된 바와 같이. 본 발명의 바람직한 실시예의 대부분의 조직이 미세한 페라이트 조직으로 이루어져 있음을 알 수가 있다.

또한, 이때 HAZ부 충격인성 시험 결과는 도4에 도시된 바와 같이, 조직에서 예측할 수 있듯이 본 발명의 바람직한 실시예의 경우에는 충격인성도 크게 향상된다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 중탄소 구조용강에 Al, Zr, Mg., Ti 성분을 첨가하므로써 강중에 존재하는 개재물 조성을 망간-실리케이트 또는 알루미늄 산화물 대신 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물이 주된 복합 산화물로 만들고 이들 중 Ti, Zr, Mg는 유황 흡수능력이 뛰어나 냉각도중 MnS 석출을 용이하게 하는 효과가 있다.

또한 이들 복합 산화물은 용접후 냉각시 오스테나이트 입내에서 침상 페라이트(acicular ferrite) 상변태의 강력한 sites로서 작용하여 HAZ부위에 미세 페라이트 조직을 형성시켜 용접부 인성을 높임으로써 구조용강의 강도 향상은 물론 용접성 및 안전성을 향상시키는 효과를 가져다 준다.

그리고 Zr은 상기 첨가 성분중 가장 확실하게 주편 두께 부위간 개재물 크기 및 량의 편차를 줄여주는데 기여할 뿐만 아니라 개재물 량도 증대시켜 주는 역할을 한다. 따라서 Zr 첨가에 의하여 후판재의 두께방향 기계적 성질 편차를 최소화시켜 줄 뿐만 아니라 HAZ부 입내 침상 페라이트 상변태 sites수를 증대 시켜주는 효과를 가져다 준다.

Claims (1)

1. 용강의 성분계가 C=0.06-0.30wt.%, Si=0.05-0.50wt.%, Mn=0.5-2.0wt.%, P=0.025wt.%이하, S=0.025wt%이하, Ti=0.005-0.050wt%, Zr=5~500ppm, Mg=5-100ppm, Al=50-300ppm인 구조용 강으로서 Ti-Al-Zr-Mg계 산화물 미세균일 분산 용접구조용 강