KR20190005271A - 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 저온인성, 용접 작업성 및 가공성이 우수한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.005~0.10%, Mn: 0.05~0.25%, Si: 0.05% 이하(0%는 제외), P: 0.0005~0.01%, S: 0.008% 이하(0%는 제외), Al: 0.005~0.06%, N: 0.0005~0.003%, Ni: 0.8~1.7%, Cr: 0.1~0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 정의되는 WN가 0.10~0.75인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
관계식 1: WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
본 발명의 일 측면에 따르면, 저온인성, 용접 작업성 및 가공성이 우수한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판을 제공함으로써 조선산업, 자재산업, 건축산업 등에 사용되는 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어형 용접봉 강대를 제공할 수 있다.

Description

플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법{COLD ROLLED STEEL SHEET FOR FLUX CORED WIRE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플럭스 코어드 와이어(Flux Cored Wire) 등에 적용되는 용접봉용 강대의 경우 다양한 사용 용도에 대응하기 위하여 원판으로 적용되는 강판 및 플럭스(Flux)재가 복합적으로 개발, 적용되고 있다. 특수 용도, 예를 들면 내마모성이 우수한 고Mn강의 용접 부재, 극저온에서의 인성이 우수한 극저온용 용접 부재, 방진 성능이 우수한 방진강용 용접 부재 등 다양한 특수 목적용 용접 부재의 개발이 이루어지고 있다. 이에 따라 이들 특수 용접용강에 부합하는 용접봉용 소재도 개발이 진행되고 있다.
일반적으로 용접 생산성이 가장 높고 다양한 위치에서 용접이 용이한 용접 방법으로는 플럭스 코어드 용접(FCW, Flux Cored Welding) 법이 있다. 이 용접 방법에 사용되는 용접 재료는 플럭스 코어드 와이어로서, 일반 냉연강판을 인발한 스트립(Strip)을 U자형으로 가공하고, 이 가공된 U자관에 무게비로 약 5~50% 수준의 플럭스 성분과 망간(Mn), 니켈(Ni) 등의 합금원소를 분말 형태로 혼합하여 첨가한 후 원형으로 가공하여 제조된다. 상기 플럭스 성분은 용접 작업성 확보를 위하여 첨가되고, 상기 합금원소는 용접봉의 사용 용도에 적합한 특성을 확보하기 위하여 첨가된다.
이때, 분말 형태로 첨가되는 코어 내 합금 성분의 종류 및 첨가량 변화를 통해 용접봉 소재에 요구되는 다양한 특성을 확보하게 된다. 예를 들어, 우수한 저온인성이 요구되는 용접 부재를 생산하기 위해서는 가공된 와이어 코어부에 저온인성을 개선하기 위한 합금 원소와 플럭스를 혼합하여 함께 장입하여야 한다.
한편, 플럭스 코어드 와이어 제조를 위해 사용되는 와이어용 냉연 강재로는 일반적으로 합금 원소가 많이 첨가되지 않는 일반 탄소강이 사용되며, 일부 특수 용도에서는 스테인리스강이 사용되고 있다.
일반 탄소강 베이스의 와이어용 강재는 연신율이 우수하여 인발시 강재의 찢어짐 현상이 발생하지 않고, 또한 가공경화 정도도 낮아 성형에서부터 최종 와이어 제조까지 별도의 열처리 공정을 거치지 않고 연속 제조가 가능하다는 장점 때문에 다양한 용도로 적용되고 있다. 그러나, 상기 탄소강 용접 강재는 저합금강이기 때문에 용도에 따른 용접봉 특성을 확보하기 위해서는 와이어 내부에 충진하는 플럭스 및 코어 내 합금원소의 첨가가 필요하다. 그러나, 용접 작업성을 확보하기 위해서는 기본적으로 적정 수준의 플럭스 첨가가 요구되므로, 코어 내 합금원소 투입량을 상향시키는데는 한계가 있는 것이 사실이다. 즉, 와이어 강재의 중심 부위에 다량의 산화제(Ti, Mn, Zr, Al 등), 슬래그 형성제(TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, MnO 등), 아크 안정제(K, Na 등) 및 합금성분(Si, Mn, Ni, Zr, Cr 등) 등이 모두 첨가되어야 하나, 와이어 강재에 플럭스를 포함하여 대략 30~60%의 용적량을 충진하는 것이 한계이며, 충진되는 분말에 따라 차이는 있지만 무게비로는 약 15~25% 수준이 한계로 알려져 있다. 이와 같은 경우 특성을 확보하기 위한 합금원소의 함량이 증가하게 되면 플럭스 성분 등이 제한되어 안정적인 용접 특성을 확보하기가 어렵게 되는 문제점이 있다. 또한, 이들 합금원소들은 분말 형태로 첨가됨에 따라 용접 작업시 용융된 코어 성분이 용접부 편석을 일으켜 용접 불량의 요인으로도 작용하는 문제점도 있다.
용접 와이어용 스테인리스강의 경우에는 근본적으로 일반 탄소강에 비하여 소강 성분 중에 존재하는 니켈(Ni)이나 크롬(Cr) 등의 합금 원소의 양이 많으므로, 플럭스와 함께 첨가되는 코어 합금원소의 첨가량을 줄일 수 있지만 기본적으로 고합금재이기 때문에 원판 소재 가격이 높아 특수 용도 등에만 적용하고 있는 현실이다. 뿐만 아니라, 이들 스테인리스 용접 원판의 경우에는 용접봉 와이어 가공시 가공경화에 의해 단선이 발생할 우려가 높아 제조 공정간에 별도로 풀림 열처리를 실시하여야 하는 문제점도 있어 제조 원가의 상승 요인으로 작용하였다.
현재 가공성, 특히 인발 가공성 및 저온인성이 요구되는 극저온용 용접 와이어용 강재로는 일반 탄소강을 활용하여 조관 후 플럭스의 장입시 저온인성을 확보하기 위해 고가의 합금원소들을 고순도 분말 형태로 조제하여 다른 플럭스 성분들과 함께 투입함으로써 저온 인성을 개선하고 있지만, 이 경우에도 첨가되는 합금 분말이 고순도로 고가일 뿐만 아니라 투입량이 많음에 따라 용접 안정성을 확보하기 위한 플럭스 성분들의 첨가 조건에 제약이 따르는 문제점이 있었다. 또한, 이때 첨가되는 고가의 합금원소들이 플럭스 내에서 편석 현상을 일으켜 용접봉의 일부분에 집중되는 현상이 발생함에 따라 용접봉 가공 단계에서 찢어지는 등의 작업성을 열화시키는 문제점도 대두되고 있다.
이에 따라, 극저온용 환경에 바람직하게 적용될 수 있도록 우수한 저온인성과 용접 작업성을 갖는 용접 와이어용 강재의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 예를 들어, 극저온용으로 적합한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 특성을 확보하기 위해서 소재의 연신율 40% 이상, 용접부 편석 지수 0.15% 미만, -40℃에서의 충격에너지 값이 50J 이상을 확보하는 방안에 대한 검토가 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는 플럭스 코어드 와이어용 강판을 제조하기 위한 방법으로서, Mn 1.4~2.4%, Si 0.2~0.4%, Ni 2.8~6.4%를 함유하는 강에 Cr, Mo, Ti 등을 첨가함으로써 충격 인성 및 강도 특성이 우수한 용접봉용 강을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 1은 고가의 합금 원소를 많이 첨가하기 때문에 제조 원가가 상승하는 문제점이 있으며, 또한 합금 원소 첨가에 의해 고강도는 확보할 수 있으나, 연성이 낮아 인발 가공성을 확보하기는 어려운 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 플럭스 원료에 Ti, Mg 등을 첨가함으로써 용융 금속의 탈산 반응을 촉진하여 용접 결함을 저감하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 용융 금속의 탈산 효과를 충분히 얻기 위해서는 플럭스 중에 많은 합금 원소를 첨가할 필요가 있으나, 이와 같이 많은 합금 원소를 플럭스에 첨가하게 되면 용접시 미세한 입자가 주위로 튀어 나가는 스패터(spatter) 현상이 많이 발생하는 등 용접 작업성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 극저온용 환경에서 저온 인성이 우수한 용접부를 얻을 수 있으며, 용접 작업성 및 인발 가공성이 우수한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판을 활용한 용접 강대 및 그 제조 방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국 공개특허공보 제2006-107910호 일본 공개특허공보 소60-46896호
본 발명의 일 측면은 저온인성, 용접 작업성 및 가공성이 우수한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.005~0.10%, Mn: 0.05~0.25%, Si: 0.05% 이하(0%는 제외), P: 0.0005~0.01%, S: 0.008% 이하(0%는 제외), Al: 0.005~0.06%, N: 0.0005~0.003%, Ni: 0.8~1.7%, Cr: 0.1~0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 정의되는 WN가 0.10~0.75인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판을 제공한다.
관계식 1: WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
(단, 상기 관계식 1에서 각 원소 함량의 단위는 중량%임.)
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.005~0.10%, Mn: 0.05~0.25%, Si: 0.05% 이하(0%는 제외), P: 0.0005~0.01%, S: 0.008% 이하(0%는 제외), Al: 0.005~0.06%, N: 0.0005~0.003%, Ni: 0.8~1.7%, Cr: 0.1~0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 정의되는 WN가 0.10~0.75인 슬라브를 1100~1300℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 마무리 열간압연 온도가 880~950℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 550~700℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 50~85%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및 상기 냉연강판을 700~850℃의 온도범위에서 연속소둔하는 단계를 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법을 제공한다.
관계식 1: WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
(단, 상기 관계식 1에서 각 원소 함량의 단위는 중량%임.)
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저온인성, 용접 작업성 및 가공성이 우수한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판을 제공함으로써 조선산업, 자재산업, 건축산업 등에 사용되는 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어형 용접봉 강대를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명 실시예의 발명예 2의 미세조직을 관찰한 사진이며, (a)는 발명예 2를 이용하여 제조된 플럭스 코어드 와이어를 관찰한 사진이고, (b)는 (a)의 외피 부분을 확대한 사진이다.
도 2는 본 발명 실시예의 비교예 5의 미세조직을 관찰한 사진이며, (a)는 발명예 2를 이용하여 제조된 플럭스 코어드 와이어를 관찰한 사진이고, (b)는 (a)의 외피 부분을 확대한 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판은 중량%로, C: 0.005~0.10%, Mn: 0.05~0.25%, Si: 0.05% 이하(0%는 제외), P: 0.0005~0.01%, S: 0.008% 이하(0%는 제외), Al: 0.005~0.06%, N: 0.0005~0.003%, Ni: 0.8~1.7%, Cr: 0.1~0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 정의되는 WN가 0.10~0.75인 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하 각 원소 함량의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.
C: 0.005~0.10%
탄소(C)는 일반적으로 강의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소이며, 용접 열영향부가 모재와 유사한 특성을 갖도록 하기 위하여 첨가하는 원소이다. C 함량이 0.005% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에, C 함량이 0.10% 초과인 경우에는 높은 강도 또는 가공 경화로 인해 인발 공정시 단선이 일어나는 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한 용접 이음부의 저온 균열이 발생하거나 충격 인성이 저하할 뿐만 아니라 높은 경도로 인해 다수의 열처리를 행하여야 목적하는 최종 제품으로 가공이 가능하다는 단점이 있다. 따라서, C 함량은 0.005~0.10%인 것이 바람직하며, 용접 열영향부의 특성 향상을 위해 보다 바람직하게는 0.01~0.06%일 수 있다.
Mn: 0.05~0.25%
망간(Mn)의 경우 고용강화 원소로서 강의 강도를 높이고 열간 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 다만, 과도한 첨가시에는 다량의 망간-설파이드(MnS) 석출물을 형성하여 강의 연성 및 가공성을 저해할 수 있다. Mn량이 0.05% 미만인 경우에는 적열취성의 발생 요인이 되고 오스테나이트의 안정화에 기여하기 어렵다. 반면에, Mn 함량이 0.25%를 초과한 경우에는 연성이 저하되고 중심 편석 발생의 요인으로 작용하여 용접봉 제조공정에서의 인발 작업시 단선을 유발할 수 있으므로, Mn량은 0.05~0.25%인 것이 바람직하다.
Si: 0.05% 이하(0%는 제외)
실리콘(Si)은 산소 등과 결합하여 강판의 표면에 산화층을 형성하여 표면 특성을 나쁘게 하고 내식성을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 뿐만 아니라 용접 금속내의 경질상 변태를 촉진하여 저온 충격 특성을 저하하는 요인으로 작용하므로 그 첨가량을 0.05% 이하로 한정한다.
P: 0.0005~0.01%
인(P)은 강 중 고용원소로 존재하면서 고용강화를 일으켜 강도 및 경도를 향상시키는 원소로서 일정 수준의 강성을 유지하기 위해서는 0.0005% 이상 첨가되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.01% 초과인 경우에는 주조시 중심 편석을 일으키고 연성이 저하되어 와이어 가공성을 열위하게 할 수 있다. 따라서, P 함량은 0.0005~0.01%인 것이 바람직하다.
S: 0.008% 이하(0%는 제외)
황(S)은 강 중 망간과 결합해 비금속 개재물을 형성하고 적열 취성(red shortness)의 요인이 되므로 가능한 그 함량을 낮추는 것이 바람직하다. 또한, S 함량이 높은 경우 강판의 모재 인성을 저하시키는 문제점이 있으므로 S 함량은 0.008% 이하인 것이 바람직하다.
Al: 0.005~0.06%
알루미늄(Al)은 알루미늄 킬드강에서 탈산제 및 시효에 의한 재질열화를 방지할 목적으로 첨가되는 원소이며 연성을 확보에 유리한 원소로서, 이러한 효과는 극저온일 때 보다 현저하게 나타난다. Al 함량이 0.005% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Al 함량이 0.06% 초과인 경우에는 알루미늄-옥사이드(Al2O3)와 같은 표면 개재물이 급증하여 열간압연재의 표면 특성을 악화시키고 가공성이 저하될 뿐만 아니라 용접 열영향부 결정립계에 국부적으로 페라이트가 형성되어 기계적 특성이 저하될 수 있으며, 용접후에 용접 비드(bead) 형상이 나빠지는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, Al 함량은 0.005~0.06%인 것이 바람직하다.
N: 0.0005~0.003%
질소(N)는 강 내부에 고용 상태로 존재하면서 재질 강화에 유효한 원소로서, 목표 강성을 확보하기 위해서는 0.0005% 이상의 첨가가 필요하다. 반면에 N 함량이 0.003% 초과인 경우에는 시효성이 급격히 나빠질 뿐만 아니라 강 제조 단계에서 탈질에 따른 부담을 증가시켜 제강 작업성이 악화되는 문제점이 있다. 따라서, N 함량은 0.0005~0.003%인 것이 바람직하다.
Ni: 0.8~1.7%
니켈(Ni)은 연성을 향상시켜 인발 가공성을 향상시키는데 효과적일 뿐만 아니라 극저온에서도 안정된 조직을 형성하여 저온 충격 특성 개선을 위해 필요한 원소로써, 이와 같은 효과를 얻고 플럭스 조성의 안정적인 운영을 위해서는 0.8% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 반면에 Ni 함량이 1.7% 초과인 경우에는 강도 상승에 의해 인발 가공성이 열위해질 수 있으며, 표면 결함을 유발할 수 있다. 또한, Ni은 고가의 원소이므로 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서 Ni 함량은 0.8~1.7%인 것이 바람직하다.
Cr: 0.1~0.5%
크롬(Cr)은 용접 이음부의 강도에 유리한 원소로써 안정적인 녹층을 형성시키는 역할도 수행하여 내식성 향상에도 기여하는 원소로서 이와 같은 효과를 확보하기 위해서는 0.1% 이상의 첨가가 바람직하다. 반면에 Cr 첨가량이 0.5%를 초과하면 크롬계 탄화물들이 형성되어 취성을 일으킬 수 있고 이로 인해 가공이 안되는 문제점이 있으므로, Cr 함량은 0.1~0.5%의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
한편, 본 발명의 냉연강판은 전술한 합금조성을 만족할 뿐만 아니라, 하기 관계식 1로 정의되는 WFC가 0.10~0.75인 것이 바람직하다. 단, 하기 관계식 1에서 각 원소 함량의 단위는 중량%이다.
관계식 1: WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
상기 관계식 1은 용접 작업성 및 인발 가공성에 미치는 각 원소들의 상관 관계를 고려하여 설계한 것이다. WN가 0.10 미만인 경우에는 상온 조직이 경질상으로의 변태량이 적어 가공성 측면에서는 유리하지만, 저온 인성을 확보하기 위해서는 플럭스의 합금 원소로 첨가되는 합금량이 증가함에 따라 용접 작업성이 열화되는 문제점이 있다. 반면에, WN가 0.75 초과인 경우에는 경한 변태 조직의 분율이 증가하여 조관 및 인발시 용접 부재의 파단이 일어나는 문제가 있을 뿐만 아니라 고가의 합금 원소를 다량 첨가함에 따라 제조원가가 상승하는 문제점이 있으므로, WN가 0.10~0.75의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 냉연강판은 면적%로, 세멘타이트: 1~6% 및 잔부 페라이트로 구성되는 미세조직을 갖는 것이 바람직하다. 상기 세멘타이트의 분율이 1% 미만으로 낮은 경우에는 탄화물의 석출이 촉진되지 않음에 따라 강중 고용 원소에 의해 변형시효 결함을 나타내는 요인으로 작용하며, 반면에 세멘타이트 분율이 6%를 초과하는 경우에는 인발 가공시 균열의 원인이 될 뿐만 아니라 내식성도 열화되는 문제점이 있으므로 상기 세멘타이트의 분율은 1~6%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉연강판은 연신율이 40% 이상일 수 있다. 이러한 물성을 만족함으로써 플럭스 코어드 와이어용 소재로 바람직하게 적용될 수 있다. 연신율이 40% 미만인 경우에는 용접 와이어의 인발 가공시 단면 감소율이 낮아져 조관 가공성을 나쁘게하고 가공시 찢어짐과 같은 균열이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 냉연강판은 용접부 편석지수가 0.15% 이하이고, -40℃에서의 저온 충격에너지가 50J 이상일 수 있다. 보다 구체적으로는 본 발명에 따른 냉연강판을 이용하여 제조된 플럭스 코어드 와이어로 용접한 용접부의 편석지수를 의미하며, 용접부 편석지수는 용접부의 전체 면적에서 첨가 원소들에 의한 편석부가 차지하는 면적의 비로 표시된다. 용접부에 편석이 발생하는 경우 가공시 편석부에 응력이 집중되어 파단의 요인으로 작용한다. 용접 후 2차 가공시 용접부 편석에 의한 찢어짐을 방지하기 위해서는 용접부의 편석지수가 0.15% 이하인 것이 바람직하다. 종래의 플럭스 코어드 와이어에서는 저온 인성을 확보하기 위해 모재가 아닌 플럭스의 합금원소로써 니켈(Ni) 등의 원소를 첨가함에 따라 용접부의 편석지수가 상승하는 문제가 발생하였으나, 본 발명에 따른 냉연강판을 이용한 경우에는 이와 같은 편석 요인을 현저히 감소시켜 용접부 편석지수를 0.15% 이하로 확보할 수 있다. 또한, 용접봉의 저온 안정성을 평가하는 충격실험시의 충격에너지가 실험온도 -40℃에서 50J 이상 확보하는 것이 필요하다. -40℃에서의 충격실험에서 얻어지는 충격에너지 값이 50J 이하로 떨어지면 저온 환경에서 용접부 등이 저온 쇼크 등에 의해 균열을 일으키는 요인이 되어 용접 구조물의 안전성에 문제를 일으킬 수 있으므로 50J 이상의 확보가 필요하다.
이하, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법은 전술한 합금조성을 만족하는 슬라브를 1100~1300℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 마무리 열간압연 온도가 880~950℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 550~700℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 50~85%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및 상기 냉연강판을 700~850℃의 온도범위에서 연속소둔하는 단계를 포함한다.
우선, 슬라브를 1100~1300℃로 가열한다. 이는 후속되는 열간압연 공정을 원활히 수행하고, 슬라브를 균질화 처리하기 위함이다. 슬라브 가열 온도가 1100℃ 미만이면 후속하는 열간압연시 하중이 급격히 증가하는 문제가 있으며, 반면 1300℃를 초과하게 되면 에너지 비용이 증가할 뿐만 아니라, 표면 스케일의 양이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있다.
상기 가열된 슬라브를 마무리 열간압연 온도가 880~950℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는다. 마무리 압연온도가 880℃ 미만인 경우에는 저온 영역에서 열간압연이 마무리됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 열간 압연성 및 가공성의 저하를 초래한다. 반면에, 마무리 압연온도가 950℃를 초과하는 경우에는 두께 전반에 걸쳐 균일한 열간압연이 이루어지지 않아 결정립 미세화가 불충분하게 되어 결정립 조대화에 기인한 충격 인성의 저하가 나타날 수 있다.
상기 열연강판을 550~700℃의 온도범위에서 권취한다. 이때, 열간압연 후 권취 전 열연강판의 냉각은 런-아웃-테이블(ROT, Run-out-table)에서 행할 수 있다. 권취 온도가 550℃ 미만인 경우에는 냉각 및 유지하는 동안 폭 방향 온도 불균일에 의해 저온 석출물의 생성 거동이 차이를 나타내어 재질 편차를 유발함으로써 가공성에 좋지 않은 영향을 준다. 반면에, 권취온도가 700℃ 초과인 경우에는 최종 제품의 조직이 조대화됨에 따라 표면 재질 연화 및 조관성을 악화시키는 문제점이 발생한다.
상기 권취된 열연강판을 50~85%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는다. 압하율이 50% 미만인 경우에는 재결정 구동력이 낮아 국부적인 조직 성장이 발생하는 등 균일한 재질을 확보하기 곤란할 뿐만 아니라, 최종 제품의 두께를 고려하면 열연강판의 두께를 낮추어 작업하여야 하므로 열간압연 작업성을 현저히 나쁘게 하는 문제점이 있다. 반면에 압하율 85% 초과인 경우에는 재질이 경화되어 인발시 균열의 원인이 될 뿐만 아니라, 압연기의 부하로 냉간압연 작업성을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서 압하율은 50~85%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 65~80%일 수 있다.
이때, 냉간압연 전에 권취된 열연강판을 산세하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
가공성 및 강성을 확보하기 위하여 상기 냉연강판을 연속소둔한다. 냉간압연에서 도입한 변형에 의해 강도가 높아져 있는 상태로부터, 변형 제거 소둔을 실시함으로써 목표로 하는 강도 및 가공성을 확보하는 것이다. 상기 연속소둔은 700~850℃의 온도 범위에서 행할 수 있다. 700℃ 미만의 소둔 온도에서는 냉간압연에 의해 형성된 변형이 충분히 제거되지 않음에 따라 가공성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 반면에 850℃를 넘는 소둔 온도에서는 고온 소둔에 따른 연속소둔로 통판성에 문제가 발생할 수 있다.
이후, 상기 연속소둔된 냉연강판은 조질압연하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 조질압연 후, 용접 와이어 제조에 이용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 슬라브를 1250℃로 가열한 후, 하기 표 2에 기재된 제조조건에 따라 냉연강판을 제조하였다. 상기 냉연강판의 미세조직은 페라이트 조직을 갖는 것으로 관찰되었다. 상기 냉연강판에 대하여 미세조직의 종류와 분율, 연신율, 통판성 및 인발 가공성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 상기 통판성은 냉간 및 열간 압연시 압연 부하가 없고 연속소둔시 히트 버클(Heat buckle)과 같은 결함이 발생하지 않으면 "○"로 표시하였으며, 압연 부하가 발생하거나 연속소둔시 히트 버클과 같은 결함이 발생한 경우 "×"로 표시하였다. 상기 인발 가공성은 단면 감소율 61%로 플럭스 코어드 와이어를 인발 가공시 찢어짐과 같은 가공 결함이 발생하면 "불량", 가공 결함이 발생하지 않으면 "양호"로 표시하였다.
또한, 상기 제조된 냉연강판을 활용하여 폭 14mm의 스트립으로 제조한 뒤, 이 스트립을 구부린 뒤 플럭스 및 합금성분을 충진시키고 이후 직경이 3.1mm인 용접 재료를 제조하였다. 이렇게 제조된 용접 재료를 인발하여 1.2mm의 직경을 가지는 플럭스 코어드 와이어를 제조하여 저온 충격 실험을 실시한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
아울러, 플럭스 코어드 와이어로 용접한 용접 부재에 대하여 용접부 편석 지수를 측정한 후, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이 때, 상기 용접부재는 직경 1.4mm의 와이어로 인발하였으며, 파일럿(Pilot) 용접기를 활용하여 전압 29볼트, 전류 150~180A, 용접속도는 분당 14cm의 조건으로 제조된 용접 부재를 대상으로 시험을 실시한 결과이다.
강종 합금조성(중량%) WN
C Mn Si P S Al N Ni Cr
발명강1 0.014 0.13 0.011 0.006 0.005 0.021 0.0022 0.92 0.24 0.122
발명강2 0.018 0.07 0.009 0.008 0.002 0.014 0.0013 1.23 0.41 0.264
발명강3 0.047 0.12 0.008 0.005 0.004 0.009 0.0027 1.48 0.16 0.241
발명강4 0.035 0.23 0.011 0.004 0.006 0.034 0.0018 1.63 0.35 0.644
발명강5 0.064 0.21 0.021 0.003 0.003 0.028 0.0011 1.13 0.28 0.503
비교강1 0.003 0.14 0.008 0.006 0.006 0.025 0.0024 0.43 0 0
비교강2 0.036 0.03 0.014 0.009 0.004 0.038 0.0014 0.09 0.19 0.019
비교강3 0.049 0.2 0.011 0.008 0.016 0.019 0.0029 0 0.29 0
비교강4 0.028 0.118 0.009 0.032 0.005 0.084 0.0068 1.03 0.92 1.500
비교강5 0.016 0.21 0.024 0.006 0.007 0.027 0.0022 2.21 0.03 0.045
비교강6 0.164 0.84 0.352 0.009 0.004 0.036 0.0023 0.98 1.42 5.197
WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
구분 강종 No. 재가열온도
(℃)		 마무리 열간압연 온도
(℃)		 권취온도
(℃)		 냉간압하율
(%)		 소둔온도
(℃)
발명예1 발명강1 1250 900 660 68 750
발명예2 1250 900 660 75 800
발명예3 1250 900 660 78 820
발명예4 발명강2 1250 890 560 75 780
발명예5 1250 890 560 75 840
발명예6 발명강3 1250 925 640 70 780
발명예7 발명강4 1250 930 620 78 780
발명예8 발명강5 1250 910 680 72 780
발명예9 1250 910 680 72 830
비교예1 발명강1 1250 780 660 75 580
비교예2 1250 900 660 40 750
비교예3 발명강2 1250 890 500 90 820
비교예4 발명강3 1250 925 720 70 880
비교예5 비교강1 1250 920 660 75 820
비교예6 비교강2 1250 900 660 70 820
비교예7 비교강3 1250 900 660 70 820
비교예8 비교강4 1250 900 660 70 800
비교예9 비교강5 1250 910 660 70 800
비교예10 비교강6 1250 890 580 48 800
구분 세멘타이트
분율(면적%)		 통판성 연신율
(%)		 용접부 편석 지수 (%) 충격인성
(J, @-40℃)		 인발가공성
발명예1 3.5 ○ 44 0.08 65 양호
발명예2 3.1 ○ 47 0.09 58 양호
발명예3 1.6 ○ 46 0.11 63 양호
발명예4 3.8 ○ 44 0.07 92 양호
발명예5 2.5 ○ 47 0.08 85 양호
발명예6 4.7 ○ 42 0.03 87 양호
발명예7 4.0 ○ 45 0.05 104 양호
발명예8 5.3 ○ 41 0.06 97 양호
발명예9 3.8 ○ 45 0.09 113 양호
비교예1 0.4 × 25 0.09 43 불량
비교예2 6.4 × 33 0.08 61 불량
비교예3 0.9 × 36 0.13 45 불량
비교예4 6.8 × 44 0.17 39 양호
비교예5 0.1 ○ 42 0.53 41 불량
비교예6 2.3 ○ 38 0.34 31 불량
비교예7 3.1 ○ 36 0.42 35 불량
비교예8 2.8 ○ 33 0.21 46 불량
비교예9 0.7 ○ 37 0.46 28 불량
비교예10 7.8 × 26 0.64 33 불량
상기 표 1 내지 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제시하는 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 9는 통판성이 양호할 뿐만 아니라, 목표로 하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 재질 기준인 연신율 40% 이상을 만족하였다. 또한, 용접 부재로 제조된 와이어의 편석 지수도 0.15% 미만으로 2차 가공시 용접부의 찢어짐이나 균열이 발생하지 않아 우수한 가공성을 확보할 수 있었다. 아울러, -40℃에서의 충격에너지도 50J 이상으로 우수한 저온 인성을 확보할 수 있었다.
반면, 비교예 1 내지 4는 본 발명에서 제시하는 합금조성은 만족하였으나 제조조건을 만족하지 못한 경우로서, 압연 통판성 (비교예 1 내지 3) 및 소둔 통판성 (비교예 4)이 나빠지는 문제점이 있었으며, 연신율이 목표 대비 낮거나, -40℃에서의 충격에너지 값이 -50J 이하이거나, 인발 가공성이 불량한 것을 확인할 수 있다.
비교예 5 내지 9은 본 발명에서 제시한 제조조건은 만족하였으나 합금조성을 만족하지 못한 경우이며, 비교예 10은 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하지 못하는 경우이다. 비교예 5 내지 10은 대부분 본 발명의 목표 연신율, 용접부 편석지수 및 충격에너지 등을 만족하지 못하였고, 통판성 또한 양호하지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 인발 가공시 찢어짐 또는 균열이 발생하였다.
도 1 및 2는 각각 발명예 2 및 비교예 5의 미세조직을 관찰한 사진이며, (a)는 발명예 2를 이용하여 제조된 플럭스 코어드 와이어를 관찰한 사진이고, (b)는 (a)의 외피 부분을 확대한 사진이다. 도 1의 경우에는 외피가 비교적 균질한 상태임을 알 수 있고, 이에 따라, 양호한 인발 가공성을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 반면, 도 2의 경우에는 외피가 균질하지 못한 것을 확인할 수 있고, 이에 따라, 양호한 인발 가공성을 확보하고 곤란함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 합금조성 및 제조조건의 적절한 제어를 통하여 용접부의 편석 발생을 현저히 개선함과 아울러 플럭스내 합금원소의 저감을 가능하게 하여 용접 작업성 개선을 위한 플럭스 함량을 높일 수 있음에 따라 저온 인성 및 용접 작업성이 우수한 플럭스 코어드 용접용 냉연강판을 얻을 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 냉연강판을 이용하는 경우 공정비 상승의 요인이 되는 플럭스내 합금원소 첨가량을 줄일 수 있으며 용접부내 편석을 현저히 감소함에 따라 용접부 균열 발생을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용접부재의 안정적인 작업성 확보가 가능하므로 제품의 재질 편차 발생을 감소시킬 수 있어 원가 절감 및 작업성 개선 측면에서도 효과적이었다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.005~0.10%, Mn: 0.05~0.25%, Si: 0.05% 이하(0%는 제외), P: 0.0005~0.01%, S: 0.008% 이하(0%는 제외), Al: 0.005~0.06%, N: 0.0005~0.003%, Ni: 0.8~1.7%, Cr: 0.1~0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 정의되는 WN가 0.10~0.75인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
    관계식 1: WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
    (단, 상기 관계식 1에서 각 원소 함량의 단위는 중량%임.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉연강판은 면적%로, 세멘타이트: 1~6% 및 잔부 페라이트로 구성되는 미세조직을 갖는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉연강판은 연신율이 40% 이상인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉연강판은 용접부 편석지수가 0.15% 미만인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉연강판은 -40℃에서의 충격 에너지가 50J 이상인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
  6. 중량%로, C: 0.005~0.10%, Mn: 0.05~0.25%, Si: 0.05% 이하(0%는 제외), P: 0.0005~0.01%, S: 0.008% 이하(0%는 제외), Al: 0.005~0.06%, N: 0.0005~0.003%, Ni: 0.8~1.7%, Cr: 0.1~0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 정의되는 WN가 0.10~0.75인 슬라브를 1100~1300℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 마무리 열간압연 온도가 880~950℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 550~700℃의 온도범위에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판을 50~85%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및
    상기 냉연강판을 700~850℃의 온도범위에서 연속소둔하는 단계를 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
    관계식 1: WN = (31×C+0.5×Mn+20×Al)×(Ni)×(0.6×Cr)
    (단, 상기 관계식 1에서 각 원소 함량의 단위는 중량%임.)
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉간압연 전에 상기 권취된 열연강판을 산세하는 단계를 추가로 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연속소둔된 냉연강판을 조질압연하는 단계를 추가로 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
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