KR20130034197A

KR20130034197A - 강재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130034197A
Application number: KR1020110098094A
Authority: KR
Inventors: 박기정; 고상기; 김규태; 전영민; 한종만; 황성두
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR101290356B1

Abstract

합금성분 조절 및 공정 조건의 제어를 통하여, 결정립의 평균 직경이 5㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 확보함으로써 취성연성천이온도가 -60℃ 이하를 갖는 450MPa급 강재 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강재 제조 방법은 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량%, 질소(N) : 0.005 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 강을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강을 노멀라이징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강재 및 그 제조 방법 {STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE STEEL}

본 발명은 강재 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정립의 평균 직경이 10㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 확보함으로써 450MPa급을 만족하면서도 두께 방향에 대하여 우수한 단면 수축율을 갖는 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 압력용기용 강판은 40mm 두께 이하일 경우에는 일반 압연재로 생산되고, 40mm 두께를 초과할 경우에는 노멀라이징 열처리 강으로 생산되고 있다.

원유사용 증가와 유가상승에 따른 원유 채굴 환경의 가혹화로 인해 -40℃ 이하의 저온에서도 우수한 충격 특성을 가질 것을 요구하고 있다. 이러한 저온 충격 특성을 확보하기 위해, 페라이트의 결정립 사이즈를 줄이고자 하는 노력이 진행중에 있다.

한편, 최근에는 -60℃의 극 저온으로 사용환경이 변화됨에 따라 페라이트의 결정립 사이즈에 영향을 미치는 오스테나이트 결정립 사이즈가 작은 강재를 제조하는 방법을 필요로 하고 있는 상황이다.

관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0530068호(2005.11.14. 등록)가 있다.

본 발명의 목적은 합금성분 조절 및 공정 조건의 제어를 통하여, 결정립의 평균 직경이 5㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 갖는 강재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 인장강도(TS) : 450 ~ 585MPa, 항복강도(YS) : 240MPa 이상 및 -60℃에서의 샤르피 충격에너지가 200J 이상을 갖는 강재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법은 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 오스테나이트 재결정 영역에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 강을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강을 노멀라이징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 강 슬라브에는 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량% 및 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량% 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강재는 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 결정립의 평균 직경이 5㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 강재는 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량% 및 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법으로 제조되는 강재는 피닝 효과(pinning effect)를 일으키는 티타늄(Ti) 및 니오븀(Nb)을 첨가하여 미세한 탄질화물을 형성시킴으로써, 오스테나이트의 입자 성장을 억제하여 결정립의 평균 직경이 10㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 갖는다.

이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 강재는 인장강도(TS) : 450 ~ 585MPa, 항복강도(YS) : 240MPa 이상 및 -60℃에서의 샤르피 충격에너지가 200J 이상을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 특징과 이를 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과, 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해진다. 그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하기 위함이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강재 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

강재

본 발명에 따른 강재는 결정립의 평균 직경이 5㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 포함하도록 형성함으로써, 인장강도(TS) : 450 ~ 585MPa 및 항복강도(YS) : 240MPa 이상을 만족하는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 강재는 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 강재는 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량% 및 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량% 중 1종 이상이 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 강재는 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 상기 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것이 더 바람직하다.

수학식 1 : 5 ≤ [Nb]/[Ti] ≤ 10

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

이하, 본 발명에 따른 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.14 ~ 0.18 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 탄소(C)의 함량이 0.14 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.18 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있으며, 전기저항용접(ERW)시 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강 중 탈산제로 작용하며, 강도 확보에 기여한다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.30 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 실리콘(Si)의 함량이 0.30 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.40 중량%를 초과할 경우에는 강재의 인성 및 용접성이 열화되는 문제가 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 인성을 열화시키지 않고 강도를 향상시키는데 유용한 원소이다.

상기 망간은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 1.0 ~ 1.3 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 망간(Mn)의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.3 중량%를 초과할 경우에는 템퍼 취화(Temper Embrittlement) 감수성을 증대시키는 문제점이 있다.

인(P), 황(S)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.

그러나, 인(P)은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 강재 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.

다만, 본 발명에서 황(P)의 함량이 0.005 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 MnS 개재물의 분율 증가로 인하여 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 강재 전체 중량의 0.005 중량% 이하로 제한하였다.

가용성 알루미늄(S_Al)

가용성 알루미늄(S_Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 가용성 알루미늄(S_Al)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.01 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.01 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 탈산 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 Al₂O₃를 형성하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C)와 결합하여 탄화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물은 열간압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강재의 강도와 저온인성을 향상시킨다.

상기 니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.01 ~ 0.02 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 니오븀(Nb)의 함량이 0.01 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.02 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 강재의 용접성을 저하시킨다. 또한, 니오븀(Nb)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우, 니오븀 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로 강도 향상에 기여한다. 또한 크롬(Cr)은 δ페라이트영역을 확대하고, 아포정(hypo-peritectic)역을 고탄소 측으로 이행시켜 슬라브 표면품질을 개선하는 역할을 한다.

상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 크롬(Cr)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.3 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 강관 제조시 용접 열영향부(HAZ)의 인성 열화를 초래하는 문제점이 있다.

티타늄( Ti )

본 발명에서 티타늄(Ti)은 TiC, TiN 석출물 형성원소로서, 슬라브 재가열시 TiC, TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 강도를 증대시키는 역할을 한다. 특히, TiC, TiN 석출물은 높은 용해온도로 인하여 고온에서 쉽게 용해되지 않으며, 이로 인해 용접 열영향부(HAZ)에서 결정립을 미세화시키는 역할을 한다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.001 ~ 0.005 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 티타늄(Ti)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 상기의 티타늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.005 중량%를 초과할 경우에는 TiN석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 제조되는 강재의 표면 결함을 유발시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 강재는 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것이 더 바람직하다.

수학식 1 : 5 ≤ [Nb] / [Ti] ≤ 10

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

만일, 수학식 1에서, 니오븀(Nb)에 대한 티타늄(Ti)의 함량비가 5 미만일 경우에는 니오븀(Nb)의 함량이 상대적으로 낮아지는 관계로 연성이 급격히 저하되는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 니오븀(Nb)에 대한 티타늄(Ti)의 함량비가 10을 초과할 경우에는 티타늄의 함량이 상대적으로 낮아지는 관계로 피닝 효과를 일으키는 TiC, TiN 등의 석출물의 크기가 커지는 데 기인하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되어 제조되는 강재의 강도 및 저온인성이 낮아지는 문제가 있다.

질소(N)

질소(N)는 불가피한 불순물로써, 본 발명에서 질소(N)의 함량이 강재 전체 중량의 0.005 중량%를 초과할 경우에는 고용질소에 의해 시효성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 강재 전체 중량의 0.005 중량%의 함량비로 제한하였다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 고용강화에 기여하여 강도를 향상시키는 역할을 한다.

상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.10 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 구리(Cu)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.20 중량%를 초과할 경우에는 강재의 열간가공성을 저하시키고, 용접후 재열균열(Stress Relief Cracking) 감수성을 높이는 문제점이 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 소입성을 향상시키면서 인성개선에 유효하다.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.15 ~ 0.25 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 니켈(Ni)의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.25 중량%를 초과할 경우에는 강재의 냉간가공성을 저하시킨다. 또한 과다한 니켈(Ni)의 첨가는 강재의 제조 비용을 크게 상승시킨다.

강재 제조 방법

도 1을 참조하면, 도시된 강재 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 노멀라이징 단계(S140)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 슬라브 재가열 단계(S110)를 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 열연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

수학식 1 : 5 ≤ [Nb]/[Ti] ≤ 10

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강 슬라브를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1100 ~ 1250℃로 재가열한다. 상기 슬라브 재가열 단계(S110)에서는 강 슬라브의 재가열을 통하여, 주조시 편석된 성분을 재고용한다.

만일, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1100℃ 미만일 경우에는 재가열 온도가 너무 낮아 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 또한, Nb계 석출물인 NbC, NbN 등의 고용 온도에 이르지 못해 열간압연 시 미세한 석출물로 재석출되지 못하여 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과할 경우에는 Ti 석출물(TiN)이 고용되어 오스테나이트 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되어 제조되는 강판의 강도 및 저온인성 확보가 어려운 문제점이 있다.

열간 압연

열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연온도(Finishing Delivery Temperature: FDT) : 850 ~ 950℃에서 열간압연한다.

만일, 마무리 열간압연온도(FDT)가 850℃ 미만으로 실시될 경우에는 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 마무리 열간압연온도(FDT)가 950℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다.

이때, 본 발명에서는 각 패스마다 충분한 압연이 이루어질 수 있도록, 각 패스당 평균 압하율은 5 ~ 15%가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 만일, 각 패스당 평균 압하율이 5% 미만으로 실시될 경우에는 두께 중심부까지 스트레인이 충분히 가해지지 못하여 냉각 후 미세한 결정립을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 각 패스당 평균 압하율이 15%를 초과할 경우에는 압연기의 부하로 인하여 제조가 불가능해지는 문제가 있다.

냉각

냉각 단계(S130)에서는 열간 압연된 강을 냉각한다. 여기서, 냉각은 상온까지 자연 냉각 방식으로 수행되는 공냉이 이용될 수 있다.

상기 냉각 속도는 1 ~ 50℃/sec로 실시될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 만일, 냉각속도가 1℃/sec 미만일 경우에는 충분한 강도 및 인성 확보가 어렵다. 반대로, 냉각 속도가 50℃/sec를 초과할 경우에는 냉각 제어가 어려우며, 과도한 냉각으로 경제성이 저하될 수 있다.

노멀라이징

노멀라이징 단계(S140)에서는 냉각된 강을 870 ~ 910℃에서 열처리하는 노멀라이징을 실시한다.

만일, 노멀라이징 열처리 온도가 870℃ 미만으로 실시될 경우에는 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 노멀라이징 열처리 온도가 910℃를 초과할 경우에는 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 저해하는 문제가 있다.

한편, 노멀라이징 단계에서, 노멀라이징 열처리 시간은 20 ~ 27mm의 두께당 1 ~ 2시간 동안 실시하는 것이 바람직한 데, 이는 노멀라이징 열처리 시간이 상기의 범위를 벗어날 경우, 잔류 응력의 제거가 용이하지 못하기 때문이다.

상기의 과정으로 제조되는 강재는 피닝 효과(pinning effect)를 일으키는 티타늄(Ti) 및 니오븀(Nb)을 첨가하여 미세한 탄질화물을 형성시킴으로써, 오스테나이트의 입자 성장을 억제하여 결정립의 평균 직경이 10㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 확보할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

표 1 및 표 2의 조성 및 표 3의 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다.

[표 1](단위 : 중량%)

[표 2](단위 : 중량%)

[표 3]

2. 기계적 특성 평가

표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편에 대한 기계적 물성 결과를 나타낸 것이다.

[표 4]

표 1 ~ 표 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 인장강도(TS) : 450 ~ 585MPa, 항복강도(YS) : 240MPa 이상 및 -60℃에서의 충격에너지 : 200J 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들은 모두 페라이트 결정립의 평균 직경이 14㎛ 이하를 갖는 것을 알 수 있다.

반면, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)이 미첨가되고 노멀라이징 시간이 본 발명에서 제시하는 시간을 벗어나는 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 인장강도(TS) 및 항복강도(YS)는 목표값을 만족하였으나, -60℃에서의 샤르피 충격에너지가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 페라이트 결정립의 평균 직경(D_f)이 목표값을 초과하는 14㎛를 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 니오븀(Nb)이 과다 첨가되어 Nb/Ti의 함량비가 10을 초과하고 구리(Cu)가 미첨가된 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우, 인장강도(TS) 및 항복강도(YS)는 목표값을 만족하였으나, -60℃에서의 샤르피 충격에너지가 57J에 불과하였다. 또한, 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우, 페라이트 결정립의 평균 직경(D_f)이 목표값을 초과하는 13㎛를 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 티타늄(Ti)이 미첨가되고 노멀라이징 온도 및 노멀라이징 시간이 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어난 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우, 인장강도(TS) 및 항복강도(YS)는 목표값을 만족하였으나, -60℃에서의 샤르피 충격에너지가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우, 페라이트 결정립의 평균 직경(D_f)이 목표값을 초과하는 17㎛를 갖는 것을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 노멀라이징 단계

Claims

탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량%, 질소(N) : 0.005 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하는 단계;
상기 열간 압연된 강을 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 강을 노멀라이징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 재가열 단계에서,
상기 강 슬라브는 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1100 ~ 1250℃에서 1 ~ 3시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 강 슬라브에는
구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량% 및 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량% 중 1종 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 강 슬라브는
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 상기 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
수학식 1 : 5 ≤ [Nb]/[Ti] ≤ 10
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
제1항에 있어서,
상기 노멀라이징 단계에서,
노멀라이징 열처리는 870 ~ 910℃에서 1 ~ 2시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각 단계에서,
냉각은 공냉으로 실시하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.3 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.3 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 크롬(Cr) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 티타늄(Ti) : 0.001 ~ 0.005 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
결정립의 평균 직경이 5㎛ 이하인 페라이트 기지의 미세 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
제7항에 있어서,
상기 강재는
구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량% 및 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
제7항에 있어서,
상기 강재는
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 상기 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
수학식 1 : 5 ≤ [Nb]/[Ti] ≤ 10
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
제7항에 있어서,
상기 강재는
인장강도(TS) : 450 ~ 585MPa 및 항복강도(YS) : 240MPa 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 강재.
제7항에 있어서,
상기 강재는
-60℃에서의 샤르피 충격에너지가 200J 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 강재.