KR20120011259A

KR20120011259A - 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120011259A
Application number: KR1020100073014A
Authority: KR
Inventors: 윤정봉; 이병호; 김종화
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-07
Also published as: KR101304637B1

Abstract

본 발명은 내식성 특히, 황산 또는 황산-염산에 대한 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 중량%로, C: 0.06~0.08%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.3~0.6%, S: 0.02%이하, P: 0.02%이하, Al: 0.01~0.1%, Mo: 0.05~0.2%, Nb: 0.04~0.08%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AND HIGH DUCTILITY HOT-ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 내식성이 우수한 열연강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화력 발전소 탈황, 탈질설비, 예열기 및 이들의 부품 또는 보일러 배관 및 주변부품 등의 소재로 사용되는 황산 및 황산-염산 복합 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

황산 또는 황산-염산 복합 내식강은 석탄 또는 석유 등 화석 연료를 연소하면서 생성되는 아황산가스 및 염소가스가 함유된 배기가스가 수분과 반응을 하여 황산 및 염산을 생성하여 황산 또는 황산-염산 복합 부식이 심각한 화력발전소 탈황 및 탈질설비 또는 복합 발전소의 배관 및 GGH(Gas Gas Heater)의 비교적 두꺼운 두께의 강판을 사용해야 하는 열소자(heat element)소재 등으로 이용된다.

일반적으로 황산-염산 복합 내식강은 황산 및 염산분위기에서 일반강 보다 부식속도를 지연시키기 위하여 강중에 Cu를 다량 첨가하는 것으로 알려져 왔다. Cu는 다른 첨가 원소에 비해 황산 부식속도를 크게 지연시키는 효과가 월등하지만 많이 첨가할 경우 열간압연시 크랙발생등의 이유로 Cu를 적당량 첨가하고 다른 원소를 복합 첨가하는 강(일본 특개평9-25536호, 특개평10-110237호, 한국공개특허 제2007-0138183호 등)이 개발되었다.

그러나, 상기 Cu첨가강은 비교적 낮은 융점을 가지는 Cu이 편석되거나 농도가 높은 부위에서는 약간의 변형에 의해서도 크랙이 발생하기 쉽다. 따라서 연속 주조 과정에서 가공을 많이 받는 슬라브의 코너 등에 크랙이 발생하여 열간압연후에는 표면결함으로 잔존하여 다른 부위보다 먼저 부식하는 문제점이 있다.

상기 Cu첨가강이 갖는 문제점을 해결하기 위해 Ni를 첨가하지만 근본적인 해결책이 되지는 못할 뿐만 아니라 Ni는 고가의 합금원소로 제조원가를 크게 상승시키는 문제가 있다.

실제 현장에서는 부식환경이 매우 심각한 부분에는 높은 황산 내식강이 필요하지만 탈황 및 탈질설비를 통과한 배연가스는 부식 분위기가 많이 완화되어 있어, 이 부위에는 굳이 값비싼 고내식 강판을 사용할 필요가 없다. 그렇지만 이 부위에 일반강을 사용할 경우에는 심각하지는 않지만 황산 또는 황산-염산 복합 부식분위기이므로 수명이 너무 짧아 교환주기가 빨라지는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 설비를 경량화함으로써, 설비건설 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 수명도 증가시키기 위해서 강판의 강도를 높이기 위한 노력을 해오고 있다. 따라서, 황산 또는 황산-염산 복합 내식강에서도 마찬가지로 구조부재로 사용하기 위해 고강도화를 요구하고 있어, 이에 부응할 필요가 있다.

본 발명의 일측면은 황산 또는 황산-염산 복합 분위기에서 일반강에 비하여 우수한 내식성을 가지고, 합금원소 첨가량이 낮아 제조원가를 절감하고, 우수한 강도와 연성을 갖는 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.06~0.08%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.3~0.6%, S: 0.02%이하, P: 0.02%이하, Al: 0.01~0.1%, Mo: 0.05~0.2%, Nb: 0.04~0.08%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 열연강판은 황산 내식성 뿐만 아니라, 황산-염산 복합 내식성이 우수하여, 황산 노점 부식 또는 황산-염산 복합 부식이 발생하는 발전소 예열기 등의 비교적 두께를 요구하는 소재 및 탈질, 탈황설비, 보일러 배관 및 주변 장치 소재의 수명을 크게 연장하는 효과가 있고, 강도의 향상을 통해 설비의 경량화를 도모하여 비용을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 강판의 조성에 Mo를 첨가하여 적당한 Mo 산화물을 생성함으로써, 황산 또는 황산-염산에 대한 내식성을 개선하고, Nb를 첨가함으로써, Nb 탄화물의 석출로 강도를 증가시킬 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.

이하, 본 발명 열연강판의 조성범위에 대하여 상세히 설명한다(중량%).

탄소(C): 0.06~0.08%

탄소는 강도를 향상시키는 원소이다. 탄소의 첨가량을 0.06% 미만으로 하더라도 다른 원소로 목표 강도를 확보할 수 있지만, 다른 물성 및 원가를 고려한 가장 효율적으로 목표 강도를 확보하기가 어렵기 때문에 그 하한은 0.06%로 하는 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.08%를 초과하는 경우에는 용접을 할 때, 용접성이 크게 저하되어 용접시 결함발생 가능성이 높고, 내식성도 크게 저하시키기 때문에 그 함량을 0.08%이하로 하는 것이 바람직하다.

규소(Si): 0.3~0.8%

규소는 주로 강도를 향상하기 위해 첨가하는 원소로 0.3% 미만에서는 강도 증가량이 낮아 효율적인 목표 강도 확보가 곤란하므로 그 하한은 0.3%로 하는 것이 바람직하다. 규소의 함량이 0.8%를 초과하게 되면 열간압연 중 규소 산화물의 생성에 의한 표면 결함 발생율이 높아질 수 있으므로, 그 상한을 0.8%로 하는 것이 바람직하다.

망간(Mn): 0.3~0.6%

망간은 통상 강중 고용 황을 망간황화물로 석출하여 고용 황에 의한 적열취성(hot shortness)을 방지하기 위해 첨가한다. Mn의 함량이 0.3% 미만에서는 적열취성 발생 확률이 높으므로 그 하한을 0.3%로 하다 것이 바람직하다. Mn은 고용 강화 효과가 낮은 원소로 그 함량이 0.6%를 초과하는 경우에는 강도 향상율이 낮으므로 그 상한은 0.6%로 하는 것이 바람직하다.

인(P): 0.02%이하(0은 제외)

인은 강중 불가피하게 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.02%를 초과하는 경우에는 황산-염산 복합 내식성이 크게 저하되므로 그 상한을 0.02%로 하는 것이 바람직하다.

황(S): 0.02%이하(0은 제외)

황은 가능한 낮게 첨가하는 것이 바람직하며, 0.02%를 초과하여 첨가될 경우에 열간취성에 의한 결함발생 가능성이 높기 때문에 그 상한을 0.03%로 하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al): 0.01~0.1%

알루미늄은 통상 탈산제의 역할을 하는데, Al-killed 강 제조시 첨가되는 0.01%를 하한으로 하고, 0.1%를 초과하게 되면 표면결함 발생 확률이 높고 연신율이 저하되므로 그 상한을 0.1%로 하는 것이 바람직하다.

몰리브덴(Mo): 0.05~0.2%

몰리브덴은 황산 내식성 및 황산-염산 복합 내식성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로 적어도 0.05% 이상 첨가되어야만 내식성 향상 효과를 얻을 수 있으므로, 그 하한을 0.05%로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 몰리브덴의 첨가량이 증가할수록 내식성은 증가하나 0.2%를 초과하는 범위에서는 첨가량이 증가할수록 내식성 증가율이 낮아져 점차 효율이 크게 떨어지므로, 그 하한을 0.2%로 하는 것이 바람직하다.

니오븀(Nb): 0.04~0.08%

니오븀은 NbC 석출물의 석출에 의해 강화하기 위한 원소로 그 첨가량이 증가할수록 강도는 증가한다. 그 함량이 0.04% 미만에서는 목표 강도를 확보하지 못하므로 그 하한을 0.04%로 하는 것이 바람직하다. Nb의 함량이 증가할수록 강도는 증가하나, 연신율이 낮아져 가공성이 저하되므로 그 상한을 0.08%로 하는 것이 바람직하다.

상기 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 다만, 상기 조성이외에 다른 조성이 포함될 수 없음을 배제하는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 열연강판을 제조하는 방법은 통상의 열연강판을 제조하는 방법으로 제조되며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 이하 본 발명에 적용될 수 있는 제조방법에 대한 일예를 설명한다.

먼저, 상기 조성을 만족하는 강괴를 1200℃이상의 온도범위로 가열한다. 상기 가열은 용해되지 않은 NbC 석출물이 잔존하여 미세한 NbC 석출에 의한 강화 효과를 저하시키기 때문이다. 따라서, 상기 강화 효과를 저하시키지 않기 위해서는 1200℃이상의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 상기 가열온도는 가열 경제성을 고려하면 1300℃이하고 행하는 것이 바람직하다.

상기 가열된 강괴를 열간압연하고, 850℃ 이상의 온도범위로 마무리 압연하여 열연강판을 제조한다. 상기 마무리 압연온도가 850℃ 미만에서는 페라이트 구간에서 압연되어 연신립이 발생하여 연성을 저하시킬 수 있으므로, 그 온도를 850℃이상의 온도에서 마무리 압연하는 것이 바람직하다. 이때, 마무리 압연온도는 950℃이하에서 행하는 것이 바람직하다.

상기 열간압연된 열연강판을 650℃이상의 온도범위에서 권취한다. 상기 권취온도가 650℃미만이면 NbC 석출물의 석출이 충분하지 못하여 목표 강도 확보가 곤란하기 때문에 650℃ 이상의 온도에서 권취하고, 바람직하게는 700℃이하에서 행한다.

본 발명의 열연강판은 황산 50부피%용액에 대한 부식 감량이 110㎎/㎠/hr 이하를 만족하는 것이 바람직하고, 황산 16.9부피% + 염산 0.35부피%용액에 대한 부식 감량이 30㎎/㎠/hr 이하를 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 열연강판은 500MPa 이상의 인장강도 및 27% 이상의 연신율을 갖는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

하기 표 1의 조성(표 1의 조성에서 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 만족하도록 용해하여 제조된 강괴를 1250℃의 가열로에서 1시간 유지한 후 열간압연을 실시하였다. 이때 열간 마무리 압연 온도는 900℃로, 권취온도는 650℃로 하여 최종 두께 4.5㎜의 열연강판을 제조하였다.

상기 열연강판 시편에 대하여, 황산 내식성 및 황산-염산 복합 내식성을 평가하였다. 황산 내식성은 황산 50부피% 용액에 70℃에서 상기 시편을 30분간 침적하여 부식감량을 측정하였고, 황산-염산 복합 내식성은 황산 16.9부피%+염산0.35부피% 용액에 상기 시편을 60℃에서 6시간 동안 침적하여 각 시편의 부식감량을 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 열연강판 시편의 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하여 그 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

구분(중량%)	C	Si	Mn	P	S	Al	Mo	Nb
발명예1	0.068	0.48	0.51	0.011	0.011	0.038	0.12	0.062
발명예2	0.057	0.62	0.52	0.009	0.013	0.043	0.11	0.058
발명예3	0.065	0.63	0.53	0.014	0.015	0.053	0.14	0.067
발명예4	0.071	0.72	0.45	0.011	0.013	0.041	0.09	0.074
비교예1	0.068	0.35	0.52	0.014	0.009	0.033	0	0.058
비교예2	0.072	0.43	0.48	0.013	0.013	0.041	0.12	0.12
비교예3	0.033	0.22	0.55	0.009	0.012	0.032	0.03	0.062
비교예4	0.067	0.92	0.52	0.13	0.013	0.039	0.14	0

구분	부식감량(㎎/㎠/hr)			기계적 성질
구분	황산부식	황산-염산 복합부식	표면상태	항복강도(MPa)	인장강도(MPa)	연신율(%)
발명예1	93	23.5	양호	413	509	34.2
발명예2	95	24.2	양호	459	521	33.9
발명예3	82	21.3	양호	473	558	28.4
발명예4	103	25.3	양호	502	578	27.3
비교예1	1132	249	불량	429	509	33.2
비교예2	93	23.7	양호	519	609	18.1
비교예3	629	133.3	불량	359	444	32.8
비교예4	472	120.4	불량	427	582	26.2

상기 표 2의 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 발명예에서는 황산부식 감량이 110㎎/㎠/hr 이하로, 매우 우수한 황산 내식성을 나타내며, 황산-염산 복합 부식 감량은 30㎎/㎠/hr 이하로, 역시 매우 우수한 내식성을 나타내어 표면 결함이 발생하지 않아 매우 양호한 것을 확인할 수 있다. 또한 발명예는 모두 500MPa 이상의 인장강도를 가지며, 연신율도 27% 이상을 만족하고 있으므로, 우수한 연성을 갖는 것을 알 수 있다.

이에 비해, 비교예 1은 Mo가 첨가되지 않은 일반강으로 황산부식감량 1132㎎/㎠/hr, 황산-염산 복합 부식감량은 249㎎/㎠/hr로 발명강에 비해 매우 낮은 내식을 갖는 것을 확인할 수 있다. 비교예 2는 Nb함량이 0.12%로 본 발명의 범위를 벗어난 것으로서, 연신율이 매우 낮아 단순한 절곡 가공할 경우에도 크랙이 발생할 수 있는 문제가 있다. 비교예 3은 C의 함량과 Mo의 함량이 본 발명 범위를 벗어난 것으로서, 강도가 낮고, 황산 및 황산-염산 복합 부식 감량이 매우 높아 내식성이 열위한 것을 알 수 있다. 비교예 4는 Si의 함량이 너무 높아 Si 산화물에 의한 표면결함이 발생하고, Mo 함량이 본 발명의 범위에 속하나, P의 과다 첨가에 의한 고용 강화를 이용하여 강도 및 연성은 만족하나, 황산 부식 감량이 471㎎/㎠/hr, 황산-염산 복합 부식 감량이 120.4㎎/㎠/hr로 내식성이 매우 낮을 것을 알 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.06~0.08%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.3~0.6%, S: 0.02%이하, P: 0.02%이하, Al: 0.01~0.1%, Mo: 0.05~0.2%, Nb: 0.04~0.08%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 열연강판은 황산 50부피%용액에 대한 부식 감량이 110㎎/㎠/hr 이하인 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 열연강판은 황산 16.9부피% + 염산 0.35부피%용액에 대한 황산-염산 복합 부식 감량이 30㎎/㎠/hr 이하인 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 열연강판은 500MPa 이상의 인장강도와 27% 이상의 연신율을 갖는 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판.
중량%로, C: 0.06~0.08%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.3~0.6%, S: 0.02%이하, P: 0.02%이하, Al: 0.01~0.1%, Mo: 0.05~0.2%, Nb: 0.04~0.08%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강괴를
1200℃이상의 온도범위로 가열하는 단계;
상기 가열된 강괴를 열간압연하고, 850℃이상의 온도범위로 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
상기 열연강판을 650℃이상의 온도로 권취하여 열연강판을 제조하는 단계
를 포함하는 내식성이 우수한 고강도 고연성 열연강판의 제조방법.