KR20190077829A - 고강도 고인성 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바람직한 일 측면은 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고;
상기 합금원소들이 다음 관계식
[관계식 1]
1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
[관계식 2]
1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
[관계식 3]
3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
을 만족하고; 미세조직은 면적분율로 85% 이상의 다각형 페라이트 및 15% 이하의 퍼얼라이트를 포함하고 상기 다각형 페라이트의 결정립 크기가 10㎛ 이하이고; 그리고 폭방향 항복강도 편차가 35MPa이하인 고강도 고인성 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

고강도 고인성 열연강판 및 그 제조방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH-STRENGTH AND HIGH-TOUGHNESS AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 건축, 라인파이프 및 유정관용 등에 사용되는 고강도 고인성 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폭방향 항복강도 편차가 적은 고강도 고인성 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오일 및 개스를 채굴할 때, 유정용 강관은 유전 상부에서 하부 쪽으로 최대 5km까지 적용되고 있으며, 유정의 채굴 깊이가 깊어짐에 따라 유정관용으로 사용되는 강관은 고강도, 고내외압 압괴강도, 고인성, 우수한 내지연 파괴성 등이 요구된다.
또한, 채굴 환경이 가혹해 짐에 따라 채굴 비용이 급속히 증가하게 되어, 비용 저감을 위한 노력들이 지속되고 있다.
특히, 유정의 보수 및 유지에 사용되는 유정용 강관은 사용 중 반복적인 굽힘을 받게 되어 강관의 재질이 균일할 것을 요구하고 있다. 만약 강관의 강도가 원주 방향이나 길이 방향으로 균일하지 않으면, 반복 굽힙 시 강도가 약한 부위에서 우선적으로 좌굴이나 파단이 발생하는 문제점이 발생하게 된다.
이와 같은 유정의 보수 및 유지에 사용되는 강관을 만드는 데 사용되는 강재는 두께가 2~5mm 정도로, 열간 압연시 압연롤의 과도한 벤딩에 의하여 양 에지(edge)부에 두께 편차가 발생하고, 또한 수냉각 시 중심부에 비히여 양 에지(edge)부가 과도하게 냉각되어 폭방향 재질 편차가 발생하기 쉽다. 또한, 채굴이 극지방에서 이루어지는 경우 추가적으로 -40℃ 이하에서 우수한 저온 인성을 요구하고 있다.
이에, 열연 코일 폭 방향 강도 편차가 적으면서 저온 인성이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0077385호
본 발명의 바람직한 일 측면은 강판 폭 방향 강도 편차가 적으면서 저온 인성이 우수한 고강도 열연강판을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면은 성분 및 열간 압연 공정을 최적화하여 강판 폭 방향 강도 편차가 적으면서 저온 인성이 우수한 고강도 열연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 의하면, 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고;
상기 합금원소들이 다음 관계식
[관계식 1]
1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
[관계식 2]
1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
[관계식 3]
3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
을 만족하고; 미세조직은 면적분율로 85% 이상의 다각형 페라이트 및 15% 이하의 퍼얼라이트를 포함하고 상기 다각형 페라이트의 결정립 크기가 10㎛ 이하이고; 그리고 폭방향 항복강도 편차가 35MPa이하인 고강도 고인성 열연강판이 제공된다.
상기 열연강판은 단위 ㎟ 당 20nm 이하 석출물의 개수가 7X108 이상일 수 있다
상기 열연강판은 -60℃에서 샤르피 충격시험으로 측정된 충격 인성값이 95J 이상이고, 충격시편 파단면에서의 세퍼레이션(separation)이 0.01mm 이하이고, 상온 항복강도가 520MPa 이상이고, 상온 인장강도가 640MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 의하면, 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 합금원소들이 다음 관계식
[관계식 1]
1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
[관계식 2]
1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
[관계식 3]
3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계;
상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 가열하고 1160℃ 이상에서 30분 이상 유지한 후 추출하는 단계;
상기와 같이 가열되어 추출된 강 슬라브를 900~1000℃의 압연종료온도 및 10%이상의 재결정역 패스당 압하율의 조건으로 1차 열간압연한 다음, 750~870℃의 압연종료온도 및 85%이상의 미재결정역 누적 압하율의 조건으로 2차 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 10~50℃/s의 냉각속도로 500~580℃의 냉각종료온도까지 수냉한 후 권취하는 단계를 포함하고, 상기 수냉 시 강재의 중심부와 에지부의 냉각속도차이를 감소시키기 위하여 강판의 양 에지(edge) 부에 열에너지를 부여하는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법이 제공된다.
상기 강판 양 에지(edge)부에의 열에너지 부여는 수냉 시 강판 폭방향 온도 편차가 150℃ 이하가 되도록 수행될 수 있다.
상기 강판의 양 에지(edge) 부에의 열에너지 부여는 에지 히터(edge heater) 및 에지 마스크(edge mask)를 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 저온인성이 우수하며 강판 폭방향 강도 편차가 적은 고강도 열연강재를 제공할 수 있다.
본 발명은 성분 및 성분범위, 성분관계식과 제조조건을 최적화하여 강판 폭 방향 강도 편차가 적으면서 저온 인성이 우수한 고강도 고인성 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판은 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고;
상기 합금원소들이 다음 관계식
[관계식 1]
1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
[관계식 2]
1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
[관계식 3]
3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
을 만족한다.
C: 0.07~0.13중량% (이하,"%"라고도 함)
상기 C는 강재의 경화능을 증가시키는 원소로서, 그 함량이 0.07% 미만인 경우에는 경화능이 부족하여 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보할 수 없다. 반면, 그 함량이 0.13%를 초과할 경우에는 항복강도가 지나치게 높아져서 가공이 어려워지거나 저온인성이 나빠질 수 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 C의 함량을 0.07~0.13%로 제어하는 것이 바람직하다.
Si: 0.20~0.50%
상기 Si은 페라이트 상 중의 C 활동도를 증가시키고, 페라이트 안정화를 촉진하는 작용을 하며, 고용강화에 의한 강도확보에 기여한다. 또한, 상기 Si은 ERW 용접시 Mn2SiO4 등의 저융점 산화물을 형성시키고 용접시에 산화물이 쉽게 배출되도록 한다. 그 함량이 0.2% 미만인 경우 제강상의 비용 문제가 발생하는 반면, 0.5%를 초과하는 경우 Mn2SiO4 이외에 고융점의 SiO2 산화물의 형성량이 많아지고 전기저항 용접시 용접부의 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 Si의 함량은 0.20~0.50%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn: 0.5~0.9%
상기 Mn은 오스테나이트/페라이트 변태 개시 온도에 큰 영향을 주고 변태 개시 온도를 저하시키는 원소로서, 파이프 모재부 및 용접부의 인성에 영향을 미치며, 고용강화 원소로써 강도 증가에 기여한다. 그 함량이 0.5%미만에서는 상기의 효과를 기대하기 어려운 반면 0.9%를 초과하는 경우 편석대가 발생할 가능성이 높다. 따라서 상기 Mn의 함량은 0.5~0.9%로 제한하는 것이 바람직하다.
P: 0.03%이하(0% 포함)
상기 P는 강제조시 불가피하게 함유되는 원소로서, 인이 첨가되면 강판의 중심부에 편석되고 균열 개시점 또는 진전 경로로 이용될 수 있다. 이론상 인의 함량을 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 불순물로서 첨가될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인의 함량의 상한은 0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.
S: 0.02% 이하(0% 포함)
상기 S은 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 Mn 등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 인성을 크게 손상시키기 때문에 가능한 한 감소시키는 것이 바람직하므로 그 상한을 0.02%로 정한다.
Nb: 0.005~0.03%
상기 Nb은 압연중 재결정을 억제하여 결정립을 미세화기키는데 아주 유용한 원소이며 동시에 강의 강도도 향상시키는 역학을 하기 때문에 적어도 0.005% 이상을 첨가하여야 하나, 0.03%를 초과하는 경우에는 과도한 Nb 탄질화물이 석출하여 강재의 인성에 유해하므로 0.005-0.03%로 제어하는 것이 바람직하다.
Cr: 0.3~0.6%
상기 Cr은 경화능, 부식저항성을 향상시키는 원소이다. 이러한 Cr의 함량이 0.3% 미만일 경우에는 첨가에 따른 부식저항성 향상 효과가 불충분하고, 반면 0.6%를 초과할 경우에는 용접성이 급격히 저하될 수 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, Cr의 함량은 0.3~0.6%로 제어하는 것이 바람직하다.
Ti: 0.005~0.03%
상기 Ti은 강 중의 질소(N)와 결합하여 TiN 석출물을 형성하는 원소이다. 본 발명의 경우 고온 열간 압연 시 일부 오스테나이트 결정립의 과대한 조대화가 발생할 수 있으므로, 상기 TiN을 적절하게 석출시킴으로서 오스테나이트 결정립 성장을 억제할 수 있다. 이러한 목적을 위해서는 Ti은 최소 0.005% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 다만, 그 함량이 0.03%를 초과하게 되면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 오히려 조대한 TiN이 정출됨으로써 그 효과가 반감될 수 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 Ti의 함량을 0.005~0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.
구리(Cu): 0.1~0.35%
상기 Cu는 모재나 용접부의 경화능 및 부식 저항성 향상에 유효하다. 그러나 그 함량이 0.1% 미만이면 부식저항성 확보에 불리하고, 반면 0.35%를 초과하면 제조원가가 상승하여 경제적으로 불리해지는 문제가 있어 그 범위를 0.1~0.35%로 제한하는 것이 바람직하다.
Ni: 0.05~0.3%
상기 Ni은 경화능 및 부식 저항성 향상에 유효하다. 또한 상기 Cu와 함께 첨가 시 Cu와 반응하여 융점이 낮은 Cu 상의 생성을 저해하므로 열간가공시 크랙이 발생하는 문제점을 억제하는 효과도 있다. 이러한 Ni은 모재의 인성향상에도 유효한 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상으로 Ni을 첨가할 필요가 있으나, 고가의 원소이므로 0.3%을 초과하여 첨가하는 것은 경제성 면에서 불리하다. 상기 Ni의 함량은 0.05~0.3%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mo: 0.01~0.15%
Mo는 소재의 강도를 상승시키는데 매우 유효하며, 펄라이트 조직의 생성을 억제하여 양호한 충격인성을 확보할 수 있다. 이를 위해 Mo은 0.01%이상을 첨가하여야 하나 고가의 원소이며 용접저온 균열을 억제하고, 모재에 저온변태상이 생성되어 인성이 저하되는 것을 막기 위해 0.15%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
N: 0.007% 이하
상기 N는 고용 상태에서는 시효 열화를 일으키는 원인이므로, Ti, Al등의 질화물로서 고정된다. 그 함량이 0.007%를 초과하는 경우 Ti, Al등의 첨가량 증가가 불가피하므로, 상기 N의 함량은 0.007%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Ca: 0.001~0.006%
상기 Ca은 유화물의 형태 제어를 위해 첨가한다. 그 함량이 0.006%를 초과하는 경우 소강중의 S량에 대하여 CaO 클러스터(cluster)의 CaS가 발생하는 반면, 0.001% 미만인 경우에는 MnS가 발생하고 인성의 저하를 초래할 수 있다. 또한 S량이 많다면 CaS 클러스터가 발생을 방지하기 위해 동시에 S량도 제어하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 Ca의 함량은 0.001~0.006%로 제한하는 것이 바람직하다.
Al: 0.01~0.05%
상기 Al은 제강시의 탈산을 위해 첨가한다. 그 함량이 0.01% 미만인 경우 이러한 작용이 부족한 반면, 0.05%를 초과하는 경우 전기저항 용접시 용접부에 알루미나 또는 알루미나 산화물을 포함하는 복합 산화물의 형성이 조장되고 용접부 인성을 손상시킬 수 있다. 따라서 상기 Al의 함량은 0.01~0.05%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Mo 및 P는 하기 관계식 1을 만족시켜야 한다.
[관계식 1]
1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
상기 관계식 1은 P의 입계편석을 막기 위한 것이다. 관계식 1의 값이 1.6 미만인 경우 Fe-Mo-P 화합물 형성에 의한 P 입계편석 효과가 충분하지 못하며, 관계식 1의 값이 6을 초과하는 경우에는 경화능 증가에 따른 저온 변태상 형성으로 충격에너지가 감소하게 된다.
상기 Ca 및 S는 하기 관계식 2를 만족시켜야 한다.
[관계식 2]
1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
관계식 2는 충격시험 및 강관의 확관 시 크랙의 형성 및 전파의 경로로 작용하는 비금속 개재물의 형성을 억제하기 위한 것이다. 1.7 미만에서는 MnS 형성이 용이하여 압연중에 연신되어 크랙의 전파 경로로 작용하며, 3 초과시에는 Ca 계 비금속개재물이 증가하여 강재와 강관의 충격시험시 충격시편 파단면에 세퍼레이션이 발생하여 충격에너지가 감소하게 된다.
상기 C 및 Mn은 하기 관계식 3을 만족시켜야 한다.
[관계식 3]
3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
관계식 3은 경한 제 2상인 베이나이트 및 MA (martensite and/or austenite) 상의 형성을 억제하기 위한 것이다. C과 Mn의 증가는 슬라브의 응고온도를 낮추어 슬라브 중심의 편석을 조장하며, 또한 델타 페라이트의 구간을 좁게하여 연주 중 슬라브의 균질화를 어렵게 한다. 또한 Mn은 슬라브 중심부에 편석되는 대표적인 원소로서 파이프의 연성을 해치는 제2상의 형성을 조장하며, C의 증가는 연주시 고상 및 액상의 공존 구간을 넓혀 편석을 심화시키게 된다. 따라서 관계식 3의 값이 5보다 크게 되면 강도는 증가하나 상기의 이유로 슬라브의 비균질성이 증가하여 슬라브에 경한 제 2상이 형성되게 되어 강재 및 파이프의 저온인성을 떨어 뜨리게 된다. 따라서, 강재의 충격인성을 확보하기 위하여 관계식 3의 값이 5 이한인 것이 바람직하다. 하지만, C 및 Mn의 함량이 관계식 3의 값이 3.5미만으로 적어 지면 강도가 하락하는 문제가 있게 된다
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판은 면적분율로 85% 이상의 다각형 페라이트 및 15% 이하의 퍼얼라이트를 포함하고 상기 다각형 페라이트의 결정립 크기가 10㎛ 이하인 미세조직을 포함한다.
상기 퍼얼라이트 분율이 15%를 초과하게 되면, 충격시험시 크랙 생성 및 세퍼레이션 발생의 기점이 되어 충격 에너지가 낮아지게 된다. 따라서, 상기 퍼얼라이트 분율은 15%이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 다각형 페라이트의 결정립이 크기가 10㎛를 초과하게 되면 크랙 전파에 대한 저항성이 감소하게 되어 충격 특성이 열위하게 되며 또한 강도가 하락하게 될 수 있다. 따라서, 상기 다각형 페라이트의 결정립 크기는 10㎛ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 다각형 페라이트 분율이 85%를 초과하게 되면 연한상의 분율이 증가하여 충격 특성은 향상되나 강도가 미달하게 될 수 있으므로, 상기 다각형 페라이트 분율은 85%이상으로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 열연강판은 단위 ㎟ 당 20nm 이하 석출물의 개수가 7X108 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판은 폭방향 항복강도 편차가 35MPa이하이다.
상기 열연강판은 -60℃에서 샤르피 충격시험으로 측정된 충격 인성값이 95J 이상일 수 있다.
상기 열연강판은 충격시편 파단면에서의 세퍼레이션(separation)이 0.01mm 이하일 수 있다.
상기 열연강판은 상온 항복강도가 520MPa 이상이고, 상온 인장강도가 640MPa 이상일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 합금원소들이 다음 관계식
[관계식 1]
1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
[관계식 2]
1.7 ≤ Ca/S ≤ 3
[관계식 3]
3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계;
상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 가열하고 1160℃ 이상에서 30분 이상 유지한 후 추출하는 단계;
상기와 같이 가열되어 추출된 강 슬라브를 900~1000℃의 압연종료온도 및 10%이상의 재결정역 패스당 압하율의 조건으로 1차 열간압연한 다음, 750~870℃의 압연종료온도 및 85%이상의 미재결정역 누적 압하율의 조건으로 2차 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 10~50℃/s의 냉각속도로 500~580℃의 냉각종료온도까지 수냉한 후 권취하는 단계를 포함하고, 상기 수냉 시 강재의 중심부와 에지부의 냉각속도차이를 감소시키기 위하여 강판의 양 에지(edge) 부에 열에너지를 부여한다.
슬라브 가열 및 추출 단계
상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 가열하고 1160℃ 이상에서 30분 이상 유지한 후 추출한다.
슬라브의 가열공정은 후속되는 압연공정을 원활히 수행하고 목표하는 강판의 물성을 충분히 얻을 수 있도록 강을 가열하는 공정이므로, 목적에 맞게 적절한 온도범위 내에서 가열공정이 수행되어야 한다.
슬라브를 가열하는 단계에서는 강판 내부의 석출형 원소들이 충분히 고용되도록 균일하게 가열하며, 너무 높은 가열온도에 의한 조대 결정립을 방지하여야 한다. 강 슬라브의 재가열 온도는 1100~1300℃가 되도록 행하여지는 것이 바람직한데, 이는 슬라브 제조 단계에서 생성되는 주조 조직 및 편석, 2차상들의 고용 및 균질화를 위한 것이며 1100℃미만인 경우 균질화가 부족하거나 가열로 온도가 너무 낮아 열간압연 시 변형저항이 커지는 문제가 있고 1300℃를 초과하는 경우 표면 품질의 열화가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 슬라브의 가열 온도는 1100~1300℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 아울러, 1160℃ 이상에서 30분 미만 유지 시, 슬라브 두께와 길이 방향의 균열도가 낮아 압연성이 열위하고 최종 강판의 물성편차를 야기할 수 있다
열연강판을 얻는 단계
상기와 같이 가열되어 추출된 강 슬라브를 900~1000℃의 압연종료온도 및 10%이상의 재결정역 패스당 압하율의 조건으로 1차 열간압연한 다음, 750~870℃의 압연종료온도 및 85%이상의 미재결정역 누적 압하율의 조건으로 2차 열간압연하여 열연강판을 얻는다.
즉, 상기와 같이 가열되어 추출된 강 슬라브의 1차 압연을 900~1000℃에서 종료하며, 재결정역 패스당 압하율을 10% 이상으로 압연하고, 2차 압연시 미재결정역에서의 누적압하율을 85% 이상으로 압연을 한 후 750~870℃에서 종료하는 것이 중요하다. 상기 온도영역대에서 열간압연이 수행되어야 효과적으로 결정립을 미세화시킬 수 있으며, 특히 압연 마무리 온도가 너무 높으면 최종 조직이 조대해져 원하는 강도를 얻을 수 없고, 반면 너무 낮으면 마무리 압연기 설비부하 문제가 발생할 수 있다. 또한, 패스당 압하율이 10% 미만이거나, 미재결정역 압하량이 85% 미만이면 충격 인성이 감소할 수 있다.
또한, 압연시 강판 에지(edge)부와 에지에서 100mm 지점의 두께 편차가 90mm 이하가 되도록 하는 것이 중요하다.
강판 에지부의 두께가 너무 얇아지게 되면 수냉시 과냉각에 의한 조직 편차로 재질 편차가 발생하게 될 수 있다.
열연강판의 냉각 및 권취단계
상기 열연강판을 10~50℃/s의 냉각속도로 500~580℃의 냉각종료온도까지 수냉한 후 권취하며, 상기 수냉 시 강재의 중심부와 에지부의 냉각속도차이를 감소시키기 위하여 강판의 양 에지(edge) 부에 열에너지를 부여한다.
상기 냉각 종료 온도가 580℃보다 높으면 표면 품질이 저하되고, 조대한 탄화물이 형성되어 인성과 강도가 저하하고, 500℃보다 낮으면 권취 시 다량의 냉각수가 필요하며, 권취시 하중이 크게 증가하게 된다. 따라서, 냉각종료온도는 500~580℃로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 강판 양 에지(edge)부에의 열에너지 부여는 수냉 시 강판 폭방향 온도 편차가 150℃ 이하가 되도록 수행될 수 있다.
예를 들면, 수냉 시 에지 히터(edge heater)를 사용하여 강판 에지(edge)부를 가열하여 강판 에지부와 에지에서 100mm 지점의 내부의 온도 편차가 150℃ 이하가 되도록 열에너지를 양 에지부에 부여할 수 있다.
상기 강판의 양 에지(edge) 부에의 열에너지 부여는 에지 히터(edge heater) 및 에지 마스크(edge mask)를 사용하여 수행될 수 있다.
수냉 시 에지 히터(edge heater) 등을 사용하여 강판의 양 에지(edge) 부에의 열에너지를 부여하지 않게 되면 양 에지부의 온도가 중심부보다 낮아지게 되어 강판 폭방향 강도 편차가 증가하게 되며, 이는 강관 제조 후 강관의 원주 방향 강도 편차를 유발하게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법에 의하면, 면적분율로 85% 이상의 다각형 페라이트 및 15% 이하의 퍼얼라이트를 갖고 상기 다각형 페라이트의 결정립 크기가 10㎛ 이하인 미세조직을 포함하고, 폭방향 항복강도 편차가 35MPa이하인 고강도 고인성 열연강판이 제조될 수 있다.
상기 열연강판은 단위 ㎟ 당 20nm 이하 석출물의 개수가 7X108 이상일 수 있다.
상기 열연강판은 -60℃에서 샤르피 충격시험으로 측정된 충격 인성값이 95J 이상일 수 있고, 충격시편 파단면에서의 세퍼레이션(separation)이 0.01mm 이하일 수 있고, 상온 항복강도가 520MPa 이상이고, 상온 인장강도가 640MPa 이상일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다
(실시예)
하기 표 1 및 2와 같은 화학성분을 갖는 강을 연속주조법에 의해 슬라브로 제조한 후, 이를 하기 표 3의 열간압연 조건으로 압연하여 두께 4mm의 열연강판을 제조하였다.
상기 열연강판에 대하여 20nm 이하 석출물 수 (개/mm2), 페라이트 및 퍼얼라이트 분율, MA 분율 (%), 세퍼레이션길이(mm) 및 페라이트 결정립 크기(㎛)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
또한, 상기 열연강판에 대하여 항복강도(TS), 인장강도(TS), 항복강도 재질편차 및 충격에너지 Full size 환산(@-60℃)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 하기 표 5에서 강도는 일반적으로 통용되는 ASTM A370에 준하여 측정한 것이고, 충격에너지는 -60℃에서 샤르피(Charpy) 충격시험을 실시하여 측정한 것이다.
비
고		 강
종		 C Si Mn P S Nb Cr Ti Cu Ni Mo N Ca Al
발
명
재		 A1 0.12 0.35 0.85 0.008 0.001 0.02 0.55 0.015 0.27 0.15 0.08 0.005 0.0021 0.032
A2 0.08 0.33 0.90 0.0089 0.0013 0.03 0.54 0.02 0.272 0.14 0.08 0.004 0.0025 0.038
A3 0.10 0.35 0.89 0.0067 0.0017 0.02 0.53 0.018 0.279 0.142 0.08 0.003 0.0028 0.034
A4 0.11 0.34 0.85 0.0124 0.0013 0.022 0.52 0.019 0.262 0.148 0.08 0.004 0.0025 0.034
A5 0.12 0.35 0.70 0.0107 0.0015 0.021 0.54 0.011 0.274 0.141 0.08 0.005 0.0029 0.035
비
교
재		 B1 0.14 0.32 1.1 0.015 0.0019 0.02 0.55 0.012 0.3 0.23 0.01 0.004 0.0015 0.035
B2 0.15 0.33 1.2 0.012 0.002 0.02 0.59 0.013 0.28 0.17 0.03 0.006 0.002 0.035
B3 0.09 0.32 0.88 0.011 0.0021 0.01 0.58 0.014 0.29 0.24 0.02 0.007 0.0014 0.035
B4 0.11 0.35 0.82 0.011 0.0015 0.011 0.6 0.014 0.3 0.17 0.04 0.004 0.0018 0.035
B5 0.12 0.35 0.9 0.011 0.002 0.02 0.6 0.014 0.3 0.17 0.03 0.004 0.002 0.035
비고 강종 (Mo/96)/(P/31) (Ca/S) {3*C/12+Mn/55}
*100
발명재 A1 3.3 2.1 4.5
A2 3.0 1.9 3.6
A3 4.0 1.6 4.1
A4 2.0 1.9 4.3
A5 2.5 1.9 4.2
비교재 B1 0.2 0.8 5.5
B2 0.8 1.0 5.9
B3 0.6 0.7 3.9
B4 1.2 1.2 4.2
B5 0.9 1.0 4.6
비고 강
종		 재가열 온도
(℃)		 1160℃ 이상에서
가열로
유지시간 (분)		 재결정역 평균
압하율 (%)		 미재결정역 압하율
(%)		 1차
압연
온도
(℃)		 2차 압연
온도
(℃)		 냉각
속도(℃/s)		 권취 온도(℃) Edge heater 사용 Edge
Mask
150mm
사용
발
명
재

 A1 1195 65 15 90 930 820 15 520 사용 사용
A2 1187 66 15 85 955 835 20 530 사용 사용
A3 1187 61 20 92 945 855 22 545 사용 사용
A4 1195 60 25 92 935 823 31 529 사용 사용
A5 1193 66 15 90 923 831 26 545 사용 사용
비
교
재



 B1 1277 78 15 92 944 828 18 550 사용 사용
B2 1105 62 15 91 968 819 22 564 사용 사용
B3 1310 63 13 87 932 822 24 576 미사용 미사용
B4 1186 68 20 88 923 861 25 590 미사용 미사용
B5 1192 71 15 92 943 862 18 561 미사용 미사용
A1 1080 58 15 91 948 833 20 620 미사용 미사용
A2 1124 53 15 88 937 867 18 530 미사용 미사용
비고 강종 폭방향
두께
편차
(mm)		 폭방향
온도
편차
(℃)		 20nm 이하 석출물 수 (개/mm²) 페라이트 분율(%) 퍼얼라이트 분율(%) MA 분율 (%) 세퍼레이션
길이
(mm)		 페라이트 결정립 크기
(㎛)
발명재 A1 32 80 7.2X108 89 11 0 0.005 7
A2 45 95 7.5X108 88 12 0 0 8
A3 89 120 8.7X108 90 10 0 0 9
A4 30 111 7.9X108 92 8 0 0.006 8
A5 65 123 8.1X108 88 12 0 0 9
비교재 B1 101 190 5.3X108 78 21 1 0.15 11
B2 102 220 6.8X108 77 21.8 1.2 0.25 12
B3 112 245 6.3X108 88 12 0 0.1 14
B4 123 310 5.8X108 87 13 0 0.05 16
B5 123 285 6.1X108 82 18 0 0.13 12
A1 142 387 6.2X108 76 24 0 0.08 18
A2 121 293 5.8X108 75 25 0 0.09 19
비고 강종 YS (MPa) TS (MPa) YS 재질편차
(MPa)		 충격에너지
Full size 환산
(@-60℃)
발명재 A1 548 676 25 100
A2 552 677 22 108
A3 552 681 18 116
A4 556 682 27 120
A5 531 667 30 124
비교재 B1 589 691 26 52
B2 601 712 22 40
B3 562 691 64 84
B4 515 628 62 88
B5 540 647 26 92
A1 490 613 78 48
A2 488 609 72 44
상기 표 1 내지 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 성분 및 성분범위, 성분 관계식과 제조조건에 따라 제조된 발명재의 경우, 적절한 분율의 다각형 페라이트와 퍼얼라이트를 형성하여 항복강도와 인장강도를 각각 520MPa와 640MPa 이상을 나타냄을 알 수 있다. 또한 에지 히터를 사용하여 양 에지부의 과냉을 방지한 결과 폭방향 항복강도 편차를 35MPa 이하로 억제할 수 있었으며, -60℃에서 충격에너지 95J 이상이 확보됨을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고;
    상기 합금원소들이 다음 관계식
    [관계식 1]
    1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
    [관계식 2]
    1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
    [관계식 3]
    3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
    을 만족하고; 미세조직은 면적분율로 85% 이상의 다각형 페라이트 및 15% 이하의 퍼얼라이트를 포함하고 상기 다각형 페라이트의 결정립 크기가 10㎛ 이하이고; 그리고 폭방향 항복강도 편차가 35MPa이하인 고강도 고인성 열연강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열연강판은 단위 ㎟ 당 20nm 이하 석출물의 개수가 7X108 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열연강판은 -60℃에서 샤르피 충격시험으로 측정된 충격 인성값이 95J 이상이고 충격시편 파단면에서의 세퍼레이션(separation)이 0.01mm 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열연강판은 상온 항복강도가 520MPa 이상이고, 상온 인장강도가 640MPa 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판.
  5. 중량%로, C: 0.07~0.13%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 0.5~0.9%, P: 0.03%이하, S: 0.02%이하, Nb: 0.005 ~ 0.03%, Cr: 0.3~0.6%, Ti: 0.005~0.03%, Cu: 0.1~0.35%, Ni: 0.05~0.3%, Mo: 0.01~0.15%, N: 0.007%이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 합금원소들이 다음 관계식
    [관계식 1]
    1.6 ≤ (Mo/96)/(P/31) ≤ 6
    [관계식 2]
    1.7 ≤ (Ca/S) ≤ 3
    [관계식 3]
    3.5 ≤ (3*C/12+Mn/55)*100 ≤ 5
    을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 가열하고 1160℃ 이상에서 30분 이상 유지한 후 추출하는 단계;
    상기와 같이 가열되어 추출된 강 슬라브를 900~1000℃의 압연종료온도 및 10%이상의 재결정역 패스당 압하율의 조건으로 1차 열간압연한 다음, 750~870℃의 압연종료온도 및 85%이상의 미재결정역 누적 압하율의 조건으로 2차 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
    상기 열연강판을 10~50℃/s의 냉각속도로 500~580℃의 냉각종료온도까지 수냉한 후 권취하는 단계를 포함하고, 상기 수냉 시 강재의 중심부와 에지부의 냉각속도차이를 감소시키기 위하여 강판의 양 에지(edge) 부에 열에너지를 부여하는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열간압연은 강판 에지(edge)부와 에지에서 100mm 지점의 두께 편차가 90mm 이하가 되도록 실시되는 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 강판 양 에지(edge)부에의 열에너지 부여는 수냉 시 강판 폭방향 온도 편차가 150℃ 이하가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 강판의 양 에지(edge) 부에의 열에너지 부여는 에지 히터(edge heater) 및 에지 마스크(edge mask)를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 열연강판의 폭방향 항복강도 편차가 35MPa이하이고, -60℃에서 샤르피 충격시험으로 측정된 충격 인성값이 95J 이상이고, 충격시편 파단면에서의 세퍼레이션(separation)이 0.01mm 이하이고, 상온 항복강도가 520MPa 이상이고, 상온 인장강도가 640MPa 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 열연강판의 제조방법.
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