KR20140118313A

KR20140118313A - 열연강판 및 그 제조 방법

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Publication number: KR20140118313A
Application number: KR1020130033951A
Authority: KR
Inventors: 천부현; 김민수; 장진영; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-08

Abstract

고강도, 저항복비를 나타내기 위해 탄소(C) 및 망간(Mn)의 함유량을 최대한 유지하고 니오븀(Nb)을 소량 첨가하여 결정립을 미세화한 열연강판으로써, 저항복비, 고강도, 고충격 특성을 지닐 수 있는 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브 판재를 SRT(Slab reheating temperature) : 1000 ~ 1200℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 570 ~ 670℃RK지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열연강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 열연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절 및 공정 조건을 제어함으로써, 고강도를 가지면서 높은 충격 특성을 가지는 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

산업의 발전에 따라 건축물, 교량 등 많은 구조물들이 대형화되고 있으며, 구조물들의 기둥재로 장기허용내력이 우수한 각형강관이 많이 사용되고 있다. 이러한 각형강관은 대형구조물의 높은 하중을 견디기 위하여 높은 강도와 충격 특성이 요구되며, 심지어 최근에는 지진에 대한 피해를 최소화하기 위하여 저항복비가 요구되어지고 있다.

하지만 구조용 철강 재료는 강도가 높아질수록 충격 특성은 낮아지는 경향을 나타내며, 특히 각형강관의 경우 모서리 부분에 가혹한 굴곡이 가해지기 때문에 사용에 어려움을 겪고 있다. 이러한 급격한 취성 파괴를 막기 위해서는 낮은 연성-취성 천이 온도를 갖는 동시에 가공 후에도 충격 특성을 유지하는 것이 중요하다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0047011호(2010.05.07. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 기존재와 비교하여 저항복비, 고강도, 고충격 특성을 나타내는 내지진 각형강관에 효과적으로 사용할 수 있는 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 탄소(C), 망간(Mn), 니오븀(Nb)의 함량 및 공정조건을 제어함으로써, 항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa, 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa, 연신율(El) : 15% 이상 및 0℃에서의 충격 에너지 : 100 ~ 150 J을 만족하는 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브 판재를 SRT(Slab reheating temperature) : 1000 ~ 1200℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 570 ~ 670℃로 냉각 및 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa 및 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열연강판 및 그 제조 방법은 고강도, 저항복비를 나타내기 위해 탄소(C) 및 망간(Mn)의 함유량을 최대한 유지하고 니오븀(Nb)을 소량 첨가하여 결정립을 미세화한 열연강판으로써, 저항복비, 고강도, 고충격 특성을 지닐 수 있다.

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

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

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

열연강판

본 발명에 따른 열연강판은 항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa, 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa, 연신율(El) : 15% 이상 및 0℃에서의 충격 에너지 : 100 ~ 150 J을 갖는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

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

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 강도 확보 및 미세조직 제어를 위해 첨가된다.

탄소(C)는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.13 ~ 0.18 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.13 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.18 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 저온 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘( Si )

본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강판의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 갖는다.

다만, 실리콘(Si)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 강의 용접성을 떨어뜨리고 재가열 공정 및 열간 압연 시 적스케일을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있으며 용접 후 도금성을 저해할 수 있다.

따라서, 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.1 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.

망간( Mn )

망간(Mn)은 고용강화 원소로써 강의 경화능을 향상시켜 강도확보에 효과적인 원소이다. 또한, 오스테나이트 안정화 원소로써 페라이트, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써, 강의 내부식성을 크게 떨어뜨린다.

망간(Mn)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 1.3 ~ 1.7 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.3 중량% 미만일 경우에는 탄소(C) 함량이 높아도 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.7 중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하는 데 기인하여 용접 시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다.

인(P), 황(S)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 슬라브 중심 편석에 의해 내부식성을 저하시키는 원소로써 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.01 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강의 인성 및 용접성을 저해하고 MnS 비금속 개재물을 형성하여 강의 내부식성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.005 중량% 이하로 제한하였다.

니오븀( Nb )

니오븀(Nb)은 강도에 큰 영향을 주는 원소 중 하나로써, 강 중에 탄질화 석출물을 석출하거나 철(Fe) 내 고용강화를 통하여 강판의 강도를 향상시킨다.

니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.05 중량% 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 재고용되기 어려워 재질 및 내부식성을 열위(劣位)시킬 수 있다.

열연강판 제조 방법

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

도 1을 참조하면, 도시된 열연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간 압연 단계(S120) 및 냉각 및 권취 단계(S130)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 강 슬라브 판재는 탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브는 재가열 온도(SRT, Slab Reheating Temperature) : 1000 ~ 1200℃로 실시한다.

슬라브 재가열 온도가 1000℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하여 표면 특성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 재가열 온도가 1200℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있고 압연을 실시하기 힘들다.

열간 압연

열간 압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 열간 압연한다.

열간 압연 단계(S120)에서, FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 실시하는 것이 바람직하다. 마무리 압연온도(FDT)가 800℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 연성을 저하시킬 수 있다. 반대로, 마무리 압연온도(FDT)가 900℃를 초과할 경우에는 제조되는 강판의 강도가 급격히 저하되는 문제점이 있다.

냉각 및 권취

냉각 및 권취 단계(S130)에서는 열간 압연된 판재를 냉각한 후, CT(Coiling Temperature) : 570 ~ 670℃ 온도 범위로 권취한다.

본 발명에서 냉각 과정은 압연된 판재를 2 ~ 20℃/sec의 냉각 속도로 CT(Coiling Temperature) : 570 ~ 670℃ 온도범위에서 권취함으로써, 오스테나이트에서 페라이트로 조직 변태가 일어나고, 변태 시 미세한 석출상 형성을 통해 고강도강을 제조할 수 있다. 권취 온도(CT)가 570℃ 미만일 경우 조대한 미세조직의 형성으로 인해 강도가 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도(CT)가 670℃를 초과할 경우에는 베이나이트 분율이 증가하여 강도는 상승하나, 인성 및 부식성을 확보하기 어렵다.

또한, 냉각 속도가 2℃/sec 미만으로 실시될 경우, 펄라이트 밴드가 생성되어 저온인성이 저해된다. 반대로, 냉각 속도가 20℃/sec를 초과할 경우, 베이나이트와 마르텐사이트 조직이 생성되어 인성 및 수소유기균열 저항성이 저해된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 제조 방법으로 형성되는 열연강판은 항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa, 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa, 연신율(El) : 15% 이상 및 0℃에서의 충격 에너지 : 100 ~ 150 J을 가질 수 있다.

한편, 상기한 제조 방법을 통해 형성된 열연강판은 냉각 및 권취 단계(S130)이후, 노멀라이징 단계(S140)을 더 수행할 수 있다.

노멀라이징

노멀라이징 단계(S140)에서는 오스테나이트로 상변태가 일어나고 이때 재결정에 의하여 오스테나이트 결정립이 미세화되므로 노멀라이징 처리에 의한 결정립미세화에 의해 저온인성이 향상된다.

노멀라이징 처리 시 강판의 모든 부위에서 오스테나이트 변태가 일어날 수 있도록 890 ~ 930℃의 온도범위에서 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 노멀라이징을 890℃미만의 온도에서 실시하면 결정립 미세화의 효과를 충분히 보기 힘들다. 반대로, 노멀라이징을 930℃를 초과하는 온도에서 실시하면 오스테나이트 변태 후 오스테나이트 결정립이 성장하므로 오히려 저온인성을 저해할 수 있다.

노멀라이징 시 강판의 중심부까지 오스테나이트 변태가 완전히 일어날 수 있는 시간이 필요하며 그 시간은 강판의 두께에 따라 변화하므로 노멀라이징 시간은 1.5*t+(10분~30분)(단, t는 강재의 두께(mm)를 의미)동안 실시하는 것이 바람직하다. 노멀라이징 실시 시간이 너무 길어지면 오스테나이트 결정립 성장이 일어나 오히려 강도 및 인성을 저해할 수 있다. 반대로, 노멀라이징 시간이 너무 짧을 경우는 충분한 조직의 균질화가 어렵다.

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. 시편 제조

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

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

2. 기계적 물성 평가

표 3은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 3]

표 1 ~ 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 열연물성은 본 발명의 목표값에 해당하는 항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa, 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa , 연신율(El) : 15% 이상 및 0℃에서의 충격 에너지 : 100 ~ 150 J을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.

반면, 실시예 1과 비교하여 망간(Mn)이 본 발명에서 제시하는 범위보다 적게 첨가된 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 인장강도(TS) 및 연신율(El)은 목표값을 만족하나, 항복강도(YP) 및 충격 에너지는 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 탄소(C)가 적게 첨가되며, 냉각 단계에서 CT가 본 발명에서 제시하는 범위보다 낮은 온도로 실시한 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우, 탄소(C)에 의한 강도의 확보가 어렵고 조대한 미세조직의 형성으로 인해 인장강도(TS) 및 연신율(El)은 목표값을 만족하나, 항복강도(YP) 및 충격에너지는 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하고 니오븀(Nb)이 미첨가되고, 노멀라이징을 실시하지 않은 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우, 조직의 균질화가 이루어지지 않고 니오븀(Nb)을 첨가하지 않아 강의 강도를 확보하기 힘들다. 따라서, 인장강도(TS), 항복강도(YP), 연신율(El) 및 충격 에너지 모두 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

지금까지 살펴온 바와 같이, 본 발명에 따른 열연강판 및 그 제조 방법은 고강도, 저항복비를 나타내기 위해 탄소(C) 및 망간(Mn)의 함유량을 최대한 유지하고 니오븀(Nb)을 소량 첨가하여 결정립을 미세화함으로써, 저항복비, 고강도, 고충격 특성을 지닌 열연강판을 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 열연강판은 항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa, 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa, 연신율(El) : 15% 이상 및 0℃에서의 충격 에너지 : 100 ~ 150 J을 가질 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 : 재가열 단계
S120 : 열간 압연 단계
S130 : 냉각 및 권취 단계
S140 : 노멀라이징 단계

Claims

(a) 탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브 판재를 SRT(Slab reheating temperature) : 1000 ~ 1200℃로 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 열간 압연하는 단계; 및
(c) 상기 열간 압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 570 ~ 670℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 냉각은
2 ~20℃/sec의 냉각 속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후,
(d) 상기 권취된 판재를 언코일링하여 890 ~ 930℃에서 노멀라이징 열처리 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 노멀라이징은
1.5*t+(10분~30분) (단, t는 강재의 두께(mm)를 의미) 시간동안 실시하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
탄소(C) : 0.13 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.3 ~ 1.7 중량%, 인(P) : 0.01 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
항복강도(YP) : 450 ~ 550 MPa 및 인장강도(TS) : 550 ~ 650 MPa을 가지는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 열연강판은
연신율(El) : 15% 이상 및 0℃에서의 충격 에너지 : 100 ~ 150 J을 가지는 것을 특징으로 하는 열연강판.