KR20150089581A - 강재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 용접부 영향부의 CTOD(crack tip opening displacement) 특성을 향상시킬 수 있는 강재 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강재는 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세조직이 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 페라이트 조직이 단면 면적율로 90 ~ 95%를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

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

본 발명은 강재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 용접열영향부의 CTOD(crack tip opening displacement) 특성을 향상시킬 수 있는 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전세계적인 석유 자원의 극심한 소비로 인해 향후에는 현재보다 더욱 가혹한 환경에서의 에너지 자원의 채굴을 요하고 있다. 이 같은 추세에 따라, 해양구조용 강판은 그 사용 환경에 있어서 더욱 낮은 온도에서의 강도 및 인성을 확보해야 하는 것이 필수불가결하다.

특히, 이런 환경에서의 강도를 확보하기 위해서는 더욱 두꺼운 강판을 사용해야만 하나, 이 경우 강재의 두께가 두꺼워짐에 따라 충격 인성 및 용접열영향부의 CTOD(crack tip opening displacement) 특성은 저하되므로, 이를 해결하고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-1997-0043155호(1997.07.26 공개)가 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 용용접열영향부의 CTOD(crack tip opening displacement) 특성을 향상시킬 수 있는 강재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 인장강도(TS) : 500 ~ 600MPa, 항복강도(YS) : 450 ~ 550MPa, 연신율(EL) : 20% 이상 및 -20℃에서의 최소한계 CTOD 값이 0.38mm 이상을 갖는 강재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 950 ~ 1100℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연된 판재를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 700 ~ 850℃ 조건으로 2차 압연하는 단계; 및 상기 2차 압연된 판재를 3 ~ 7℃/sec의 속도로 FCT(Finish Cooling Temperature) : 200 ~ 500℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강재는 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세조직이 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 페라이트 조직이 단면 면적율로 90 ~ 95%를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강재 및 그 제조 방법은 합금 성분 조절과 1차 압연 및 2차 압연의 압하비 및 압연 롤의 회전 속도 등을 엄격히 제어함으로써, 최종 미세조직이 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖되, 페라이트 조직이 단면 면적율로 90 ~ 95%를 갖도록 제어함으로써, 두께 중심부 조직의 미세화를 유도하여 용접열영향부의 CTOD(crack tip opening displacement) 특성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 강재 및 그 제조 방법은 인장강도(TS) : 500 ~ 600MPa, 항복강도(YS) : 450 ~ 550MPa, 연신율(EL) : 20% 이상 및 -20℃에서의 최소한계 CTOD 값이 0.38mm 이상을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 비교예 1에 따른 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 1에 따른 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따른 시편의 CTOD 측정 결과 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1에 따른 시편의 CTOD 측정 결과 값을 나타낸 그래프이다.

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 인장강도(TS) : 500 ~ 600MPa, 항복강도(YS) : 450 ~ 550MPa, 연신율(EL) : 20% 이상 및 -20℃에서의 최소한계 CTOD 값이 0.38mm 이상을 나타내는 것을 목표로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 강재는 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

또한, 강재는 Sn : 0.015 중량% 이하 및 Ca : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

이때, 강재는 최종 미세조직이 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 페라이트 조직이 단면 면적율로 90 ~ 95%를 갖는다.

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 0.05 ~ 0.12 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.12 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강 중 탈산제로 작용하며, 강도 확보에 기여한다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.1 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우에는 강판의 인성 및 용접성이 열화되는 문제가 있다.

망간(Mn)

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

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 1.0 ~ 2.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 2.0 중량%를 초과할 경우에는 템퍼 취화(Temper Embrittlement) 감수성을 증대시키는 문제점이 있다.

인(P)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 2차가공취성을 저하시키는 대표적인 원소이다.

상기 인(P)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.0005 ~ 0.01 중량%의 함량비로 함유되는 것이 바람직하다. 인(P)의 함량이 0.0005 중량% 미만일 경우에는 강도가 저하될 수 있다. 반대로, 인(P)의 함량이 0.01 중량%를 초과할 경우에는 2차가공취성이 발생할 수 있다.

황(S)

황(S)은 망간(Mn)과 반응하여 미세한 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킨다.

상기 황(S)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.0005 ~ 0.01 중량%의 함량비로 함유되는 것이 바람직하다. 황(S)의 함량이 0.0005 중량% 미만일 경우에는 MnS의 석출량이 적을 뿐만 아니라 석출되는 석출물의 숫자가 매우 적을 수 있다. 반대로, 황(S)의 함량이 0.01 중량%를 초과할 경우에는 고용된 황(S)의 함량이 너무 많아 연성 및 성형성이 크게 낮아질 수 있으며, 적열취성의 우려가 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 소입성을 향상시키면서 인성개선에 유효하다.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.1 ~ 1.2 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 1.2 중량%를 초과할 경우에는 강재의 냉간가공성을 저하시킨다. 또한 과다한 니켈(Ni)의 첨가는 강재의 제조 비용을 크게 상승시킨다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.

상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.25 ~ 1.00 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.25 중량% 미만일 경우에는 몰리브덴 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 1.00 중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

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

상기 알루미늄은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.01 ~ 0.06 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.06 중량%를 초과할 경우에는 비금속 개재물인 Al₂O₃를 형성하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 고용강화에 기여하여 강도를 향상시키는 역할을 한다.

상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.2 ~ 0.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우에는 강판의 열간가공성을 저하시키고, 용접후 재열균열(Stress Relief Cracking) 감수성을 높이는 문제점이 있다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시킴으로써 열연 강판의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.012 ~ 0.030 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.012 중량% 미만일 경우에는 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.030 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다.

니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.005 ~ 0.030 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.005 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.030 중량%를 초과할 경우에는 강판의 용접성을 저하시키며, 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 석출물 형성에 의한 석출강화 효과를 통하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.

상기 바나듐(V)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.005 ~ 0.080 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 바나듐(V)의 함량이 0.005 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 바나듐(V)의 함량이 0.080 중량%를 초과할 경우에는 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.

보론(B)

보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 인(P)의 편석을 막아 강도를 향상시키는 역할을 한다. 만일, 인(P)의 편석이 발생할 경우에는 2차가공취성이 발생할 수 있으므로, 보론(B)을 첨가하여 인(P)의 편석을 막아 가공취성에 대한 저항성을 증가시킨다.

상기 보론(B)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.0005 ~ 0.0040 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 보론(B)의 함량이 0.0005 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 보론(B)의 함량이 0.0040 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 보론 산화물의 형성으로 강의 표면 품질을 저해하는 문제를 유발할 수 있다.

질소(N)

본 발명에서 질소(N)는 불가피한 불순물로서, AlN, TiN 등의 개재물을 형성시켜 강판의 내부 품질을 저하시키는 문제가 있다.

상기 질소는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.01 ~ 0.02 중량%의 함량비로 제한하는 것이 바람직하다. 질소의 함량이 강재 전체 중량의 0.01 중량% 미만일 경우에는 제조 비용이 증가하고 관리의 어려움이 있다. 반대로, 질소(N)의 함량이 강재 전체 중량의 0.02 중량%를 초과할 경우에는 고용질소에 의해 시효성이 저하될 수 있다.

주석(Sn)

주석(Sn)은 내식성을 확보하기 위해 첨가된다.

다만, 주석(Sn)의 함량이 0.015 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 내식성 향상 효과의 기여 효과보다는 제조 원가의 상승 요인으로 작용할 우려가 크다. 따라서, 상기 주석(Sn)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.015 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

칼슘(Ca)

칼슘(Ca)은 CaS 개재물을 형성시킴으로써 MnS 개재물의 생성을 방해함으로써, 전기저항 용접성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 즉, 칼슘(Ca)은 망간(Mn)에 비하여 황과의 친화도가 높으므로 칼슘의 첨가시 CaS 개재물이 생성되고 MnS 개재물의 생성은 감소한다. 이러한 MnS는 열간압연 중에 연신되어 전기저항 용접(ERW)시 후크 결함 등을 유발함으로 전기저항 용접성이 향상될 수 있다.

다만, 칼슘(Ca)의 함량이 0.005 중량%를 초과할 경우에는 CaO 개재물의 생성이 과도해져 연주성 및 전기저항 용접성을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서, 상기 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.005 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

강재 제조 방법

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

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 1차 압연 단계(S120), 2차 압연 단계(S130) 및 냉각 단계(S140)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해서는 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 강재 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

또한, 슬라브 판재에는 Sn : 0.015 중량% 이하 및 Ca : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.

이때, 상기 조성을 갖는 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 950 ~ 1100℃로 재가열한다. 이러한 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.

본 단계에서, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 950℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1100℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직의 페라이트가 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조비용만 상승할 수 있다.

1차 압연

1차 압연 단계(S120)는 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연한다. 이때, 오스테나이트 재결정영역은 RDT(Roughing Delivery Temperature) : 900 ~ 950℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.

본 단계에서, 1차 압연 마무리 온도(RDT)가 900℃ 미만일 경우에는 조압연 패스 중 공랭시간 확보를 위한 시간이 필요하며 이로 인해 생산성이 떨어질 위험이 있다. 이와 반대로, 1차 압연 마무리 온도(RDT)가 950℃를 초과할 경우에는 충분한 압하율을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

이러한 1차 압연시, 1차 압하율은 45 ~ 55%로 실시하는 것이 바람직하다. 1차 압하율이 45% 미만일 경우에는 중심부와 표면 간의 편차가 심하게 발생할 우려가 크다. 반대로, 1차 압하율이 55%를 초과할 경우에는 압연 부하로 인해 생산성이 저하되는 문제가 있다.

2차 압연

2차 압연 단계(S130)에서는 1차 압연된 판재를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 700 ~ 850℃ 조건으로 2차 압연한다.

본 단계에서, 2차 압연 마무리 온도(FRT)가 700℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 균일하지 못한 조직이 형성됨으로써 저온 충격인성을 크게 저하시킬 수 있다. 반대로, 2차 압연 마무리 온도(FRT)가 850℃를 초과할 경우에는 연성 및 인성은 우수하나, 강도가 급격히 저하되는 문제가 있다.

이때, 2차 압연시, 2차 압하율은 35 ~ 50%로 실시하는 것이 바람직하다. 2차 압하율이 35% 미만일 경우에는 균일하면서도 미세한 조직을 확보하는 것이 어려워 강도 및 충격인성의 편차가 심하게 발생할 수 있다. 반대로, 2차 압하율이 50%를 초과할 경우에는 압연 공정 시간이 길어져 생선성이 저하되는 문제가 있다.

특히, 1차 및 2차 압연 단계에서, 1차 압연기 및 2차 압연기 각각은 10 ~ 40rpm의 회전 속도로 구동하는 것이 바람직하다. 회전 속도가 10rpm 미만일 경우에는 압연 속도가 너무 느린 관계로 심부까지 충분한 압연이 이루어지지 못하는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 회전 속도다 40rpm을 초과할 경우에는 압연 속도가 빠른 관계로 중심부와 표면 간의 재질 편차가 심화될 우려가 크다.

냉각

냉각 단계(S140)에서는 2차 압연된 판재를 3 ~ 7℃/sec의 속도로 FCT(Finish Cooling Temperature) : 200 ~ 500℃까지 냉각한다.

본 단계에서, 냉각종료온도(FCT)가 200℃ 미만일 경우에는 강의 제조비용이 증가하며, 저온 조직이 생성되어 강도 확보에는 유리하나, 저온 인성에 취약해지는 문제가 있다. 반대로, 냉각종료온도(FCT)가 500℃를 초과할 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

또한, 냉각 속도가 3℃/sec 미만일 경우에는 충분한 강도 및 인성 확보가 어렵다. 반대로, 냉각 속도가 7℃/sec를 초과할 경우에는 냉각 제어가 어려우며, 과도한 냉각으로 인해 강재의 형상에 변형이 일어나는 문제를 유발할 수 있다.

상기의 과정(S110 ~ S140)으로 제조되는 강재는 합금 성분 조절과 1차 압연 및 2차 압연의 압하비 및 압연 롤의 회전 속도 등을 엄격히 제어함으로써, 최종 미세조직이 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖되, 페라이트 조직이 단면 면적율로 90 ~ 95%를 갖도록 제어함으로써, 두께 중심부 조직의 미세화를 유도하여 용접열영향부의 CTOD(crack tip opening displacement) 특성을 향상시킬 수 있다.

이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 강재는 인장강도(TS) : 500 ~ 600MPa, 항복강도(YS) : 450 ~ 550MPa, 연신율(EL) : 20% 이상 및 -20℃에서의 최소한계 CTOD 값이 0.38mm 이상을 가질 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 조성과 표 3의 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다. 이때, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열, 1차 압연, 2차 압연 및 냉각의 열연공정을 모사하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2] (단위 : 중량%)

[표 3]

2. 기계적 물성 평가

표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 4]

표 1 내지 표 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따른 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 인장강도(TS) : 460 ~ 500MPa, 항복강도(YS) : 350 ~ 500MPa, 연신율(EL) : 20 ~ 30%를 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1 ~ 3에 따른 시편들의 경우, 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS) 및 항복강도(YS)가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

도 2는 비교예 1에 따른 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 실시예 1에 따른 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 비교예 1 및 실시예 1에 따른 시편 모두 최종 미세조직이 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 알 수 있다.

그러나, 비교예 1에 따른 시편의 경우에는 페라이트의 조직 분율이 단면 면적율로 85%에 불과할 뿐만 아니라, 페라이트 조직의 평균 직경이 37.5㎛로 조대한 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1에 따른 시편의 경우에는 페라이트 조직 분율이 단면 면적율로 91.6%를 차지하며, 페라이트 조직의 평균 직경이 20㎛를 갖는 것을 확인하였다.

3. CTOD 특성 평가

CTOD 시험은 BS7448 규격에 따라 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편의 길이가 압연 방향에 수직하게 B(두께) X 2B(폭) 크기로 시험편을 가공하고 피로 균열을 삽입한 후 -20℃, -40℃에서 3번씩 평가하였고 3회 시험값 중 최소값을 한계 CTOD 값을 나타내었다.

도 4는 비교예 1에 따른 시편의 CTOD 측정 결과 값을 나타낸 그래프이고, 도 5는 실시예 1에 따른 시편의 CTOD 측정 결과 값을 나타낸 그래프이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따른 시편의 경우에는 인장강도는 높게 나타났으나, -20℃에서의 최소 한계 CTOD 값이 0.38 이상을 만족하지 못하는 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1에 따른 시편의 경우에는 -20℃ 및 -40℃에서의 최소 한계 CTOD 값이 0.38 이상을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.

위의 실험 결과를 토대로, 실시예 1에 따른 시편이 비교예 1에 따른 시편에 비하여, 극저온 환경에서도 높은 강도를 보유하고 취성 파괴 저항성도 우수하다는 것을 확인하였다.

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 : 1차 압연 단계
S130 : 2차 압연 단계
S140 : 냉각 단계

Claims (8)

1. 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 950 ~ 1100℃에서 재가열하는 단계;
   상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계;
   상기 1차 압연된 판재를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 700 ~ 850℃ 조건으로 2차 압연하는 단계; 및
   상기 2차 압연된 판재를 3 ~ 7℃/sec의 속도로 FCT(Finish Cooling Temperature) : 200 ~ 500℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬라브 판재에는
   Sn : 0.015 중량% 이하 및 Ca : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 1차 및 2차 압연 단계에서,
   1차 압연기 및 2차 압연기 각각은 10 ~ 40rpm의 회전 속도로 구동하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 1차 및 2차 압연은
   45 ~ 55% 및 35 ~ 50%의 압하비로 각각 압연하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
   
5. 중량%로, C : 0.05 ~ 0.12%, Si : 0.1 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 2.0%, P : 0.0005 ~ 0.01%, S : 0.0005 ~ 0.01%, Ni : 0.1 ~ 1.2%, Mo : 0.25 ~ 1.00%, Al : 0.01 ~ 0.06%, Cu : 0.2 ~ 0.5%, Ti : 0.012 ~ 0.030%, Nb : 0.005 ~ 0.030%, V : 0.005 ~ 0.080%, B : 0.0005 ~ 0.0040%, N : 0.01 ~ 0.02% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
   최종 미세조직이 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 페라이트 조직이 단면 면적율로 90 ~ 95%를 갖는 것을 특징으로 하는 강재.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 강재는
   Sn : 0.015 중량% 이하 및 Ca : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 강재는
   인장강도(TS) : 500 ~ 600MPa, 항복강도(YS) : 450 ~ 550MPa 및 연신율(EL) : 20% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 강재.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 강재는
   -20℃에서의 최소한계 CTOD 값이 0.38mm 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 강재.

Images