KR20120132786A - 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20120132786A
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Abstract

본 발명은 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 강재의 화학성분을 조절하고 압연 조건의 제어를 통해 강재의 원가를 절감하면서 500MPa 이상의 인장강도, 80% 미만의 항복비 및 -5℃에서 90J 이상의 충격치를 가지는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재를 제공할 수 있다.

Description

저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법{Steel having enhanced strength and Charpy impact characteristic and method for manufacturing the same}
본 발명은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도, 저항복비, 높은 저온 충격치를 갖는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
주택, 플랜트 등의 시설물이 고층화됨에 따라 강재에 고강도 특성이 요구되고 있다. 또한, 시설물 건설 시 강재의 총중량은 지속적으로 감소되고 있는 추세이고, 이에 따라 구조물을 이루는 강재 자체의 강도 증가가 보다 크게 요구되고 있다. 그런데, 강재의 강도가 증가할수록 인성 특성이 저하될 수 있어 저온 충격에 대해 취약할 수 있다. 따라서, 저온에서 취성 파괴에 저항할 수 있도록 저온 충격치를 확보할 수 있는 고강도 저온 충격보증용 강재가 요구되고 있다.
또한, 최근 전 세계적으로 지진이 자주 발생하고 있는데, 이러한 지진에 견딜 수 있는 내진 강재에 대한 수요가 증가하고 있다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 고강도, 저항복비 및 높은 저온 충격치를 갖는 강재 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 합금원소 저감을 통해 저비용의 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면은 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재에 관한 것이다.상기 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재는 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함한다.
상기 강재는 500MPa 이상의 인장강도, 항복비 80% 미만 및 -5℃에서 90J 이상의 충격치를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 강재는 탄소 0.15 중량%, 실리콘 0.35 중량%, 망간 1.30 중량%, 인 0.02 중량%, 황 0.01 중량%, 구리 0.17 중량%, 니켈 0.10 중량%, 크롬 0.10 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법에 관한 것이다. 상기 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법은 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 소재를 1,150℃ 내지 1,250℃에서 재가열하는 단계; 상기 소재를 가열로에서 추출한 후 압연하는 단계; 및 상기 소재를 공냉하는 단계를 포함한다.
상기 소재를 1,150℃ 내지 1,250℃에서 재가열하는 단계에서, 가열시간은 1시간 내지 3시간일 수 있다.
상기 소재를 가열로에서 추출한 후 압연하는 단계에서, 압연시작 온도는 1,140℃ 내지 1,170℃이며, 압연 종료온도는 1,020℃ 내지 1,070℃일 수 있다.
상기 소재를 가열로에서 추출한 후 압연하는 단계에서, 총 압하율은 65% 내지 80%일 수 있다.
본 발명에 따르면 강재의 화학성분을 조절하고 압연 조건의 제어를 통해 강재의 원가를 절감하면서 500MPa 이상의 인장강도, 80% 미만의 항복비 및 -5℃에서 90J 이상의 충격치를 가지는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열연장치의 사시도이다.
이하 본 발명에 따른 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 강재의 화학성분을 조절하고 압연 조건의 제어를 통해, 500MPa 이상의 인장강도(TS: Tensile Strength)와 -5℃에서 90J 이상의 충격치를 가지는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재를 제공할 수 있다. 또한, 80% 미만의 항복비(YR: Yield Ratio)를 보이는 저항복비 강재를 구현함으로써 취성파괴를 방지하여 지진 등에 의한 건축물 등의 붕괴를 방지할 수 있다.
또한, 합금원소인 티타늄과 니오븀을 제거하여 강재의 생산비를 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재를 구성하는 화학성분의 비율 및 그 비율로 한정한 이유에 대해서 설명한다.
(1) 탄소(C) : 0.14 중량% 내지 0.17 중량%
탄소는 전체 조성물에 대해 0.14 중량% 내지 0.17 중량% 포함된다. 탄소는 구조용 강재의 강도와 인성을 확보하기 위해 첨가될 수 있다. 탄소 함량이 증가하면 A1, A3 변태온도가 낮아져 소입성이 증가하여 담금질(Quenching) 경도를 향상시키지만 담금질 시 변형유발 가능성을 크게 한다. 탄소는 철, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성함으로써 강도 및 경도를 향상시킨다. 탄소의 함량이 0.14 중량% 미만일 경우에는 강도 및 경도 향상 효과가 미미하고, 탄소의 함량이 0.17 중량%를 초과하면 인성이 나빠지고 담금질 시 변형유발 가능성이 커지므로 상기 함량 범위가 바람직하다. 따라서, 0.14 중량% 내지 0.17 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.15 중량% 포함될 수 있다.
(2) 실리콘(Si) : 0.30 중량% 내지 0.40중량%
실리콘은 페라이트 안정화 원소이면서 탄소의 활동도를 향상시켜주는 원소이다. 열처리 시 퍼얼라이트 조직의 시메타이트 내의 탄소 이동을 도와 그 조직 내의 탄소 함량을 적어지게 하여 인성과 연성을 향상시켜 준다. 또한, 실리콘은 제강 공정 중에 강 중의 산소를 제거하는 탈산제로 첨가될 수 있다. 또한, 실리콘은 고용강화 효과에 의해 강도를 상승시킬 수 있다. 함량이 높을수록 강도는 증가하지만, 0.30 중량%보다 적게 첨가될 경우 탈산 효과의 저하가 발생할 수 있고, 0.40 중량%를 초과하는 경우에는 인성을 열화시킬 수 있으므로 상기 함량 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.35 중량% 포함될 수 있다.
(3) 망간(Mn) : 1.25 중량% 내지 1.35 중량%
망간은 고용 강화에 의해 강도를 향상시키는 원소로 첨가될 수 있다. 또한, 오스테나이트 안정화 원소로 A3 온도를 낮추어 압연 영역을 확대할 수 있고, 압연에 의한 결정립을 미세화시켜 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 망간은 1.25 중량% 미만으로 첨가될 때 강도 향상에 기여하는 효과가 저하될 수 있고, 1.35 중량%를 초과하여 첨가될 경우 담금질 균열이나 강재 사용 시 용접부의 인성이 취약해 질 수 있다. 따라서, 망간은 1.25 중량% 내지 1.35 중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.30 중량% 포함될 수 있다.
(4) 인(P) : 0.03 중량% 이하
인은 탁월한 고용강화 효과 및 내식성에 유리한 성분이다. 0.03 중량%를 초과하여 첨가될 경우 철과 결합하여 인화철(Fe3P)을 형성할 수 있는데, 이 화합물은 입계에 편석되어 풀림 처리를 해도 균질화되지 않고 충격저항을 감소시키며, 템퍼링 취성을 촉진한다. 따라서, 0.03 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02 중량% 포함될 수 있다.
인은 포함되지 않을 수도 있으나, 제강 공정의 한계 상 불가피하게 포함될 수도 있다.
(5) 황(S) : 0.015 중량% 이하
황은 일반적으로 망간, 아연, 티타늄, 몰리브덴과 결합하여 강의 피삭성을 개선시킨다. 0.015 중량%를 초과할 경우, 황화망간(MnS)과 같은 유화물계 개재물의 형성을 야기하여 열간 내지 냉간압연시 균열을 일으킬 수 있고, 샤르피 충격 흡수 에너지를 저하시켜 충격치를 저하시키는 원소로 작용할 수 있다. 따라서, 0.15 중량% 이하 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01 중량% 포함될 수 있다.
황은 포함되지 않을 수도 있으나 제강 공정의 한계 상 불가피하게 포함될 수도 있다.
(6) 니켈(Ni) : 0.05 중량% 내지 0.15 중량%
니켈은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킬 수 있다. 이에 따라 강재의 강도와 인성을 향상시킬 수 있다. 니켈은 0.05 중량% 이상 첨가될 때 인성을 향상시키는 데 효과적이나, 고가 원소이고 과다 첨가 시 취성을 유발할 수 있으므로, 0.15 중량% 이내로 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10 중량% 포함할 수 있다.
(7) 크롬(Cr) : 0.15 중량% 이하
크롬은 일반적으로 강의 내식성, 내산화성, 내유화성을 향상시킨다. 그러나 과다하게 첨가시 σ상이라고 하는 비자성의 취약한 상이 나타날 수 있다. 따라서, 0.15 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10 중량% 포함될 수 있다.
크롬은 포함되지 않을 수도 있으나 제강 공정의 한계 상 불가피하게 포함될 수도 있다.
(8) 구리(Cu) : 0.20 중량% 이하
구리는 강재 내에 잔류할 수 있는 순환성 원소(Tramp element)로서 제강 공정에서 완전히 제거할 수 없는 불순물이다. 구리는 오스테나이트 안정화 원소로서 변태온도를 낮추어 소입성을 증가시킨다. 또한, 페라이트에 고용되어 강도 및 경도를 증가시키지만 연신율을 저하시키는 작용을 할 수도 있다. 다량 포함 시, 강의 연신율 및 표면 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서, 0.20 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.17 중량% 포함될 수 있다.
구리는 포함되지 않을 수도 있으나, 제강 공정의 한계 상 불가피하게 포함될 수도 있다.
(9) 바나듐(V) : 0.04 중량% 내지 0.06 중량%
바나듐은 냉각 중 탄소와 결합하여 바나듐카바이드(VC)를 형성하여 석출 강화 및 결정립 성장 억제에 기여한다. 바나듐은 뜨임 저항성을 증가시켜 강도, 인성 등의 기계적 성질을 전반적으로 향상시킨다. 소량 첨가시 기계적 성질 향상 효과가 미미하고, 과량 첨가시 경화능을 감퇴시키므로 0.04 중량% 내지 0.06 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05 중량% 포함될 수 있다.
(10) 알루미늄(Al) : 0.012 중량% 내지 0.017 중량%
알루미늄은 탈산제 성분으로 첨가될 수 있으며 질화물인 알루미늄나이트라이드(AlN)을 석출시켜 강의 결정립 미세화에 효과적이다. 또한, 고온산화 방지 및 내유화성에 효과적이며, 강 중의 용존 산소량을 낮춰 용존 산소량이 낮은 상태로 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 0.012 중량% 미만으로 첨가될 경우 탈산 기능이 저하될 수 있고, 0.017 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 연주 불량, 산화알루미늄의 과다 생성으로 충격 인성 저하와 같은 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 0.012 중량% 내지 0.017 중량% 범위에서 첨가되는 것이 바람직하다.
(11) 질소(N) : 0.008 중량% 내지 0.012 중량%
질소는 탄소와 동일하게 침입형 원소이고 강 중에서의 확산속도가 빠르다. 질소는 강의 인장강도, 항복강도를 증가시키며, 다른 합금원소와 결합하여 질화물을 형성하여 오스테나이트 결정립 미세화에 기여한다. 그러나 과량의 질소는 고온 인성을 해치므로 0.012 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하며, 질소 함량의 제어는 제강 부하를 증가시키기 때문에 하한을 0.008 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재는 전술한 성분들을 포함하고, 나머지의 잔부량으로 철(Fe)을 포함한다. 또한, 불가피하게 포함되는 원소들이 혼입될 수도 있으나, 이러한 원소들은 원료, 자재, 제조설비 등에서 불가피하게 혼입되는 원소들이다.
한편, 본 발명의 강재는 티타늄과 니오븀을 포함하지 않는다. 즉, 티타늄과 니오븀의 함량이 0 중량%이다.
티타늄은 산소, 질소, 탄소, 황 등과 강한 친화력을 나타내므로 탈산제, 탈질제, 탄유제로서 흔히 사용된다. 또한, 티타늄은 니오븀과 마찬가지로 페라이트 안정화 원소이며 결정립을 미세화시키는 원소이다. 본 발명은 티타늄을 첨가하지 않음으로써 강재의 원가를 절감하면서도 고인장강도, 낮은 항복비 및 높은 저온 충격치를 구현할 수 있다.
니오븀은 니오븀카바이드(NbC) 또는 니오븀카보나이트라이드(NbCN) 형태로 석출되어 모재의 강도를 향상시키는 원소로 첨가되는 것이 보통이나 저온 충격치를 저하시킨다. 본 발명은 니오븀을 첨가하지 않음으로써 강재의 원가를 절감하면서도 고인장강도, 낮은 항복비 및 높은 저온 충격치를 구현할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법을 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열연장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 소재를 1,150℃ 내지 1,250℃에서 (재)가열한다. 가열 온도(T1)가 1,150℃ 이상일 경우에 압연 부하를 줄일 수 있고 재고용이 용이하다. 가열 온도(T1)가 1,250℃보다 높을 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며 공정비용을 상승시킬 수 있다. 따라서, 가열로의 가열온도(T1)는 1,150℃ 내지 1,250℃가 바람직하다.
한편, 본 발명에서 잉곳(Ingot), 슬라브(Slab), 바(Bar), 스트립(Strip) 등의 재료를 가리키는 용어로 소재를 사용하도록 한다. 상기 소재의 형태는 일정하지 않고 열간압연을 진행하는 동안에 그 두께, 길이 등이 변경될 수 있다.
가열로의 가열시간은 1시간 내지 3시간, 바람직하게는 2시간 정도일 수 있다. 상기 온도범위에서 압연 부하를 줄일 수 있고, 결정립의 조대화를 방지하여 강도 확보에 유리하다. 가열에 의해 주조시 편석된 성분을 재고용한 후 가열로에서 추출한다.
다음, 가열로에서 추출된 소재를 압연한다. 가열로에서 추출된 소재를 바로 압연을 할 수도 있고 일정시간 대기시켜 냉각한 후 압연을 할 수도 있다. 강제적 대기에 의한 냉각 없이 가열로와 압연기 사이의 이동 중 자연적으로 냉각되는 자연공냉을 제외한 기타 강제 냉각을 하지 않는 것이 바람직하다.
압연 시 패스 수는 총 9 내지 13 패스가 바람직하다. 압연시작 온도(T2)는 1,140℃ 내지 1,170℃일 수 있으며, 압연 시 총 압하율에 제한이 있는 것은 아니나 65% 내지 80%가 강도 확보 및 저온 충격치 향상에 보다 유리하다.
이때, 압연이 종료되는 시점의 온도, 즉 압연 종료온도(T3)는 1,020℃ 내지 1,070℃로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 1,020℃ 미만에서 압연이 수행되는 제어압연을 배제하여 압연기의 부하 발생을 억제할 수 있으며, 일반적인 압연 설비로 고인장강도를 보이는 고강도 강재를 구현할 수 있다.
다음, 압연이 종료된 소재를 상온에서 공냉(대기 중 방냉)한다. 공냉을 통해 냉각 조식 생성에 충격치 감소를 방지할 수 있고 원활한 석출물 생성을 유도할 수 있다.
본 발명은 상기 압연 공정을 포함하면 족하며, 기타 압연 시의 스케일러 적용 횟수 등의 공정 조건에 제한받지 않는다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압연장치는 가열로(102), 사이징 프레스(104), 조압연기(106), 에지히터(108), 디스케일러(110), 사상압연기(112), 런아웃테이블(114), 냉각부(116) 또는 권취기(118) 등을 포함할 수 있다.
통상, 가열로(102)에 장입되기 전의 소재(S)는 연주공장 또는 분괴공장 등에서 이송된 슬라브일 수 있으며, 조압연 후에는 바, 사상압연 후에는 스트립으로 불릴 수 있다.
가열로(102)는 소재(S)를 열간압연하기 위해 (재)가열하는 로(Reheating furnace)로서, 가열로(102)에 사용되는 연료로는 중유, 천연가스, 코크 오븐 가스(COG: Coke Oven Gas) 등이 사용될 수 있다. 가열로(102)에서의 가열온도는 전술한 것과 같이 1,150℃ 내지 1,250℃가 바람직하며, 1시간 내지 3시간 가열하는 것이 바람직하다. 가열로(102)는 소재(S)의 진행방향을 따라 예열대, 가열대 및 균열대를 포함할 수 있으며, 예열대 이전에 장입대를 더 포함할 수 있다. 예열대에서는 낮은 온도로 소재(S)를 가열하고, 가열대에서는 온도를 높여 소재(S)를 목표온도에 도달시키며, 균열대에서는 소재(S)의 모든 부분에서 온도가 균일하게 분포되도록 할 수 있다. 장입대 또는 예열대는 급속한 온도 상승에 의해 소재(S)에 파열, 균열, 크랙이 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
사이징 프레스(104, Slab Sizing Press)는 소재(S) 길이 방향의 폭 편차를 줄이고 최종 수요자의 요구에 맞춰 일정 폭으로 압연하는 폭압연기일 수 있다.
조압연기(106, Roughing Mill)는 사상압연에서 요구되는 적정 두께와 폭으로 압연할 수 있다. 조압연기(106)의 입측으로부터 출측으로의 소재(S)의 이동 또는 출측으로부터 입측으로의 소재(S)의 이동, 즉 패스를 복수 회 수행할 수 있으며, 각 패스 후 복열현상을 이용해 소재(S)의 온도구배를 저감시키기 위한 대기시간을 설정하지 않고 바로 압연하는 것이 생산성 측면에서 유리하다.
에지히터(108)는 소재(S)의 에지부의 온도 강하를 막는 용도로 설치될 수 있으며, 디스케일러(110)는 고압수로 소재(S) 표면의 스케일을 제거할 수 있다.
사상압연기(112)는 강재를 고객 또는 냉간압연 공정에서 요구하는 두께, 폭 등의 최종 형상으로 제조하는 기기이다. 사상압연기(112)에서 압연이 종료된 시점의 소재(S)dml 온도는 1,020℃ 내지 1,070℃로 설정할 수 있으며, 총 압하율을 65% 내지 80%가 되도록 설정하는 것이 고강도, 저항복비, 고충격치 구현에 유리하다.
사상압연기(112)를 통과한 소재(S)는 런아웃테이블(114)을 통과하는 데, 이때 냉각부(116)의 냉각수 공급을 중지하고 공냉에 의해 소재(S)를 냉각할 수 있다. 이후 권취기(118)에 의해 권취될 수 있다.
전술한 압연장치는 일 실시예에 불과하고 상기 압연장치를 구성하는 기기 중 일부는 생략될 수도 있고, 다른 추가적인 기기가 더 포함될 수도 있다. 예를 들어, 조압연기 전, 후 또는 그 내부에 디스케일러가 추가될 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 열간상태의 소재 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위하여 가열로 내에 디스케일러가 존재할 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 사이징 프레스에 의해 발생하는 폭 편차를 균일화하기 위한 에저(Edger Mill)를 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 기기의 명칭의 편의상 붙여진 것이며 다른 명칭을 사용할 수도 있다.
< 실시예 및 비교예 >
전술한 화학성분을 갖는 실시예의 소재와 이와 비교되는 화학성분을 갖는 비교예의 소재를 제조하여 항복강도, 인장강도, 항복비 및 -5℃에서의 충격치를 평가하였고 실시예와 비교예의 화학성분을 아래 표 1에, 특성 평가결과를 아래 표 2에 나타내었다.
구체적으로, 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 내지 비교예 2의 조성을 갖는 소재를 1,200℃에서 2시간 재가열하였다. 가열로에서 수재를 추출한 후 바로 압연하였으며 대기시간 없이 최종 패스까지 연속적으로 압연하였다. 압연 후 대기중에서 방냉하였고, 총 압하율은 약 70%로 유지하였다.
C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo Nb V Al N
실시예 1 0.15 0.35 1.30 0.02 0.01 0.17 0.10 0.10 0.05 0 0.05 0.015 0.011
실시예 2 0.15 0.35 1.30 0.02 0.01 0.17 0.10 0.10 0.05 0 0.04 0.012 0.008
실시예 3 0.15 0.35 1.30 0.02 0.01 0.17 0.10 0.10 0.05 0 0.06 0.017 0.012
비교예 1 0.15 0.35 1.30 0.02 0.01 0.17 0.10 0.10 0.05 0.04 0.05 0.015 0.011
비교예 2 0.15 0.35 1.30 0.02 0.01 0.17 0.10 0.10 0.05 0 0.05 0 0.011
항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 항복비(%) 충격치(-5℃, J)
실시예 1 420 546 77 99
실시예 2 412 538 77 92
실시예 3 431 560 77 94
비교예 1 459 628 73 55
비교예 2 416 518 80 85
상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 실시예 1 내지 실시예 3의 경우, 500MPa 이상의 인장강도, 80% 미만의 항복비, -5℃에서 90J 이상의 충격치를 보이고 있다.
그러나, 니오븀 함량이 0.04 중량%인 비교예 1의 경우 인장강도와 항복비는 우수하나 -5℃에서의 충격치가 55J로 매우 낮음을 알 수 있다. 즉, 니오븀 첨가에 의해 저온 충격치가 크게 낮아지는 것을 알 수 있다.
또한, 알루미늄 함량이 0 중량%인 비교예 2의 경우 인장강도는 518MPa을 나타내고 있으나, 항복비가 80%로 높게 나타나고 있으며, -5℃에서의 충격치가 85J로 낮게 나타남을 알 수 있다. 즉, 알루미늄 첨가에 의해 결정성장을 억제하여 결정립 미세화를 통한 강도 상승과 저온 충격치 향상을 꾀할 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명은 티타늄, 바나듐, 니오븀, 알루미늄, 질소 등의 화학성분을 조절하고 재가열 온도 등의 압연 조건을 제어함으로써, 강재의 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 500MPa 이상의 인장강도, 80% 미만의 항복비 및 -5℃에서 90J 이상의 충격치를 가지는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한, 전술한 압연장치는 일 실시예에 불과하며 다른 압연장치에서도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
102 : 가열로 104 : 사이징 프레스
106 : 조압연기 108 : 에지히터
110 : 디스케일러 112 : 사상압연기
114 : 런아웃테이블 116: 냉각부
118 : 권취기

Claims (7)

  1. 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강재는 500MPa 이상의 인장강도, 항복비 80% 미만 및 -5℃에서 90J 이상의 충격치를 갖는 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강재는 탄소 0.15 중량%, 실리콘 0.35 중량%, 망간 1.30 중량%, 인 0.02 중량%, 황 0.01 중량%, 구리 0.17 중량%, 니켈 0.10 중량%, 크롬 0.10 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재.
  4. 탄소 0.14 중량% 내지 0.17 중량%, 실리콘 0.30 중량% 내지 0.40 중량%, 망간 1.25 중량% 내지 1.35 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.015 중량% 이하, 니켈 0.05 중량% 내지 0.15 중량%, 크롬 0.15 중량% 이하, 구리 0.20 중량% 이하, 바나듐 0.04 중량% 내지 0.06 중량%, 티타늄 0 중량%, 알루미늄 0.012 중량% 내지 0.017 중량%, 니오븀 0 중량%, 질소 0.008 중량% 내지 0.012 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 소재를 1,150℃ 내지 1,250℃에서 재가열하는 단계;
    상기 소재를 가열로에서 추출한 후 압연하는 단계; 및
    상기 소재를 공냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소재를 1,150℃ 내지 1,250℃에서 재가열하는 단계에서, 가열시간은 1시간 내지 3시간인 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 소재를 가열로에서 추출한 후 압연하는 단계에서, 압연시작 온도는 1,140℃ 내지 1,170℃이며, 압연 종료온도는 1,020℃ 내지 1,070℃인 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소재를 가열로에서 추출한 후 압연하는 단계에서, 총 압하율은 65% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 저온 충격 특성이 우수한 고강도 강재 제조방법.
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