KR20200077701A - 형강 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 형강은 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 상온에서 인장강도가 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

형강 및 그 제조 방법{SHAPE STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 형강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내화/내진 성능을 가지는 고강도 및 고성능의 형강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
형강은 일반적으로 단면 형상이 다각적으로 변화를 가지는 강재를 의미한다. 최근에 형강은 대형 건축물의 기둥과 같은 구조용 강재로 적용되고 있으며, 지하철, 교량 등의 토목용 가설재와 기초용 말뚝으로도 적용되고 있다. 형강은 연속 주조로 제조된 블룸(Bloom), 빌렛(Billet), 빔블랭크(Beam blank) 등의 주편을 열간압연함으로써 제조될 수 있다.
최근 들어 전 세계적으로 대형 지진이 발생하고 있으며 이로 인해 막대한 인명과 재산 피해가 발생하고 있다. 한반도에서도 2016년과 2017년에 경주와 포항에서 진도 5.0 이상의 강진이 잇따라 발생하는 등 불안감이 커지고 있는 상황이다. 지진 발생 시, 건물 파손에 따른 1차적인 피해와 함께 2차적으로 발생할 수 있는 화재는 구조물을 떠받치고 있는 보강재의 연화를 일으킴으로써 지진에 따른 보강재의 소성변형과 더불어 건물붕괴를 촉진시키는 원인이 될 수 있다. 이에 따라 최근 지진이나 고층 건물 화재와 같은 재난 상황에서도 건축물의 붕괴를 지연 시켜 인명과 재산 피해를 최소화하기 위한 건축물 설계 기준이 강화되고 있다. 이러한 건축물의 안전성 강화를 위해서는 건축물 디자인 내진 설계, 스프링쿨러와 같은 방호시설 설치와 더불어 구조물 제작에 사용되는 건축구조용 소재의 내진 및 내화성능 향상이 필수적으로 요구된다. 이를 위하여 항복비 제어를 통해서 지진에 견딜 수 있는 내진성능을 확보한 내진강과 고온강도 개선을 통해 화재에 견딜 수 있는 내화강이 각각 개발되어 사용되고 있다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 지진 발생 시에 건물 파손에 따른 화재 발생이 뒤따를 수 있으므로 이러한 상황을 대비할 수 있도록 내진성능과 내화성능을 동시에 갖는 490MPa급 내화 및 내진 형강에 대한 요구가 증대되고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0056765호(2014.05.12 공개, 발명의 명칭 : 형강 및 그 제조 방법)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내화/내진 성능을 가지는 고강도 및 고성능의 형강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 형강은 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 상온에서 인장강도가 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 형강은 0℃ 충격 흡수에너지가 200J 이상일 수 있다.
상기 형강의 최종 미세조직은 베이나이트를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 1200 ~ 1250℃로 재가열하는 단계; (b) 상기 강재를 압연종료온도 910 ~ 950℃가 되도록 열간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간 압연된 강재를 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리하는 단계; 를 포함한다.
상기 형강의 제조방법에서, 상기 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리하는 단계는 수냉냉각 종료온도 및 셀프 템퍼링 온도가 765 ~ 800℃일 수 있다.
상기 형강의 제조방법에서, 상기 (c) 단계를 수행한 형강의 상온에서 인장강도는 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도는 273MPa 이상일 수 있다.
상기 형강의 제조방법의 상기 (b) 단계는 압연시작온도 1050 ~ 1100℃가 되도록 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내화/내진 성능을 가지는 고강도 및 고성능의 형강 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형강의 제조 방법을 도해하는 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
최근 건축 구조물이 고층화되는 추세에서 화재나 지진 등의 재해에 대비한 구조물 안전 설계가 필수적이며, 내화, 내진 등의 고기능성 건설 소재 개발이 절실한 상황이다. 한편, 화재시 건축물의 재난안전 확보를 위한 안전설계 요구도 강화되는 추세이다. 영국을 비롯한 유럽 및 미국, 호주 등에서는 초고층 건축물의 내화 설계에 대한 법규정 정비를 통한 안전설계 요구 수준이 증가되고 있다. 국내와 유사한 건축법 규정체계를 가지고 있는 일본의 경우에도 건축기준법을 개정하여 내화구조에 대한 성능규정 도입 및 내화성능에 관한 규정을 적용 중이다. 국내에서는 내화 후판재가 개발되었으나 상용화까지는 이르지 못하였으며, 형상이 있는 건축 구조물 강재 (H형강 등)에 대한 내화 강재 개발 및 성능 평가는 전무한 실정이다. 이하에서는 안정적인 내화/내진 성능을 가지는 고강도 고성능 형강과 그 제조방법을 제공하고자 한다.
형강
본 발명의 일 실시예에 따르는 형강은 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 형강에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가되며, 용접성에 가장 큰 영향을 미치는 원소이다. 또한, 탄소는 Nb, Ti등과 반응하여 미세한 탄화물 생성을 촉진시킴으로써 석출강화를 통한 강도향상에 효과적으로 기여하는 한편 고온에서 전위이동을 방해함으로써 고온강도를 향상시켜 내화성능 확보에 효과적이다. 상기 탄소(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.08 ~ 0.17중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 탄소의 함량이 전체 중량의 0.08중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 함량이 전체 중량의 0.17중량%를 초과할 경우에는 조대한 탄화물이 생성되어 충격특성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 불연속 항복거동을 발생시킴으로써 항복비를 높여 내진성능을 떨어뜨릴 수 있고, 모재의 충격 인성을 저하시킬 수 있으며, 전기저항용접(ERW)시 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있을 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 고용강화 원소로서 강도확보에 기여할 뿐 만 아니라 강의 경화능을 향상시켜 베이나이트 조직 생성에 효과적인 원소이다. 망간은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.50 ~ 1.60중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 망간의 함량이 0.50중량% 보다 작을 경우, 고용 강화의 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 망간의 함량이 1.60중량%를 초과할 경우, S와 결합하여 MnS 개재물을 생성 시키거나 또는 잉곳에 중심편석을 발생시킬 수 있고 이에 따라 형강의 연성이 저하되고 내부식성이 저하될 수 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 알루미늄과 함께 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘은 고용강화 효과도 가질 수 있다. 상기 실리콘은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.10 ~ 0.50중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 실리콘의 함량이 전체 중량의 0.10중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘의 함량이 전체 중량의 0.50중량%를 초과하여 다량 첨가시 강의 용접성을 저하시키며, 재가열 및 열간압연 시에 적 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 강의 경화능을 향상시켜 베이나이트 미세조직 확보에 기여하는 원소이며, 페라이트 안정화 원소로 C-Mn강에 첨가시 용질 방해 효과로 탄소의 확산을 지연하여 입도 미세화에 영향을 미친다. 상기 크롬은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.10 ~ 0.70중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 크롬의 함량이 전체 중량의 0.10중량% 미만일 경우에는 크롬 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬의 함량이 전체 중량의 0.70중량%를 초과하여 다량 첨가시 강의 제조 단가를 높이며 입계에 조대한 탄화물을 형성시켜 강의 연성을 저하시킬 수 있으며, 인성 및 경화성의 관점에서 강의 특성이 저하되는 문제를 줄 수 있다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 페라이트에 고용되어 고용강화 효과를 나타내는 원소이다. 또한, 베이나이트 변태에 있어서 석출하지 않고 과포화된 구리가 상온에서는 조직 중에 고용하고, 내화강으로서의 사용 온도 600 ℃ 가열시에 베이나이트 변태에 의해 도입된 전위 상에 구리 상을 석출하고, 그 석출 경화에 의해 모재의 내력을 증가시킨다. 상기 구리는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0 초과 0.5중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 구리의 함량이 전체 중량의 0.5중량%를 초과하여 다량 첨가시 열간가공이 어려우며 석출 강화는 포화되며 인성을 저하시키며 적열취성의 원인이 되는 문제점이 발생한다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강의 경화능을 향상시켜 베이나이트 미세조직 확보에 기여할 수 있으며 고온강도 확보에 매우 효과적인 원소이며, 모재 강도 및 고온 강도의 확보에 유효한 원소이다. 상기 몰리브덴은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.30 ~ 0.70중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 몰리브덴의 함량이 전체 중량의 0.30중량% 미만이면 상술한 효과를 구현할 수 없으며, 몰리브덴의 함량이 전체 중량의 0.70중량%를 초과하여 다량 첨가시 강의 제조 단가를 높이며 입계 탄화물 생성을 촉진시켜 강의 연성을 저하시킬 수 있으며, 켄칭성이 지나치게 상승하여 모재 및 용접 열 영향부의 인성이 열화되는 문제점이 발생한다.
인(P)
인(P)은 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 인은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0 초과 0.020중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 인의 함량이 0.020중량%를 초과하는 경우에는 트랩 원소(Tramp element)로서 개재물 등을 생성하여 강의 연성을 떨어뜨릴 수 있으며, 석출거동에 의해 저온 충격치가 저하되는 문제가 있다.
황(S)
황(S)은 미세 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킬 수 있다. 상기 황은 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0 초과 0.01중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.01중량%를 초과할 경우, 트랩 원소(Tramp element)로서 개재물 등을 생성하여 강의 연성을 떨어뜨릴 수 있으며, 인성 및 용접성을 저해하고, 저온 충격치를 저하시킬 수 있다.
질소(N)
질소(N)는 AlN 등의 질화물계 석출물을 형성하여 결정립 미세화에 기여하고, 고온 강도를 확보하는 데 기여할 수 있다. 상기 질소는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0 초과 0.012중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 상기 질소의 함량이 0.012중량%를 초과하면 용접부 인성이 저하되고, 충격치가 저하될 수 있다.
붕소(B)
붕소(B)는 강력한 소입성 원소로서 강의 강도 향상에 기여한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 형강에서 붕소는 선택적으로 0 초과 0.003중량% 이하로 첨가할 수 있다. 만일, 붕소의 함량이 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 전체 중량의 0.003중량%를 초과할 경우에는 입계 편석에 의한 재질 편차를 발생시키는 문제점이 있다.
니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti)
니켈(Ni)은 경화능을 증대시키고, 인성을 향상시키는 원소이고, 바나듐(V)은 압연 중 석출물을 형성하여 강도를 증가시키는 효과가 있으며, 특히, 질소 첨가량에 따라 석출량을 제어할 수 있는 원소이고, 니오븀(Nb)은 NbC 또는 Nb(C,N)의 형태로 석출하여 모재 및 용접부의 강도를 향상시키는 원소이고, 티타늄(Ti)은 고온 TiN 형성으로 AlN의 형성을 억제하고 Ti(C,N) 등의 형성으로 결정립 크기 미세화 효과를 가지는 원소이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 형강은 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 1종 이상을 함유하되, 그 함량의 합이 형강의 전체 중량의 0.01 ~ 0.5중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 형강에 함유된 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 1종 이상의 함량의 합이 0.01중량% 보다 낮은 경우 상술한 첨가효과를 기대할 수 없으며, 0.5중량% 보다 높은 경우 부품의 제조원가가 높아지며, 취성 크랙이 발생하며, 모상 내 탄소 함량이 감소하여 강의 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강은 상온에서 인장강도가 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상일 수 있다. 또한, 0℃ 충격 흡수에너지가 200J 이상일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강에서, 최종 미세조직은 베이나이트를 포함할 수 있다.
이하에서는 상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 형강의 제조 방법을 설명한다.
형강의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 형강의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 우수한 내화 특성을 가지는 형강의 제조 방법은 재가열 단계(S100), 열간 압연 단계(S200) 및 QST(Quenching & Self-Tempering) 단계(S300)를 포함한다. 형강 압연공정은 재가열 과정, 열간변형 공정, 냉각 공정을 통하여 제조된다. 재가열 과정에서는 반제품 상태인 빔 블랭크를 1200 ~ 1250℃까지 재가열 한다. 다음으로, 열간 압연 공정은 각 압연롤 (RM, IM, FM)을 거치며 910 ~ 950℃에서 최종 마무리압연을 압연 완료 후, 표면가속냉각장치인 QST(Quenching and Self Tempering)설비를 통하여 STT 765 ~ 800℃를 확보하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 재가열 단계(S100)에서는, 상술한 소정의 조성의 강재를 재가열한다. 상기 강재는 제강 공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 강재는 일 예로서, 빌렛(Billet) 또는 빔 블랭크(Beam Blank)일 수 있다.
상기 강재는 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 강재는 1200 ~ 1250℃의 온도에서 재가열될 수 있다. 상기 강재는 상술한 온도에서 재가열될 때, 연속주조 공정 시에 편석된 성분이 재고용될 수 있다. 재가열온도가 1200℃보다 낮을 경우, 각종 탄화물의 고용이 충분하지 않을 수 있으며, 연속주조공정시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제가 있을 수 있다. 재가열온도가 1250℃를 초과할 경우, 매우 조대한 오스테나이트 결정립이 형성되어 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한, 1250℃를 초과할 경우 가열 비용이 증가하고 공정 시간이 추가되어, 제조 비용 상승 및 생산성 저하를 가져올 수 있다.
열간 압연 단계(S200)에서, 재가열된 상기 강재를 열간 압연한다. 상기 열간 압연은 압연종료온도가 910 ~ 950℃가 되도록 제어될 수 있다. 상기 압연종료온도가 910℃ 미만이면, 미재결정 영역에서의 압연이 진행됨으로써, 압연 부가가 커질 수 있으며, 압연 결과물인 형강의 항복비가 높아질 수 있다. 또한, 상기 압연종료온도가 950℃를 초과하면, 목표하는 강도 및 인성 확보가 어려울 수 있다. 한편, 상기 열간 압연은 압연시작온도 1050 ~ 1100℃가 되도록 제어될 수 있다.
QST(Quenching & Self-Tempering) 단계(S300)에서, 상기 열간 압연된 형강을 냉각 및 자가 템퍼링 처리한다. 상기 냉각은 상기 형강에 대해 냉각수를 분사하는 켄칭(quenching) 방법을 적용한다. 또한 상기 QST 단계는, 상기 형강의 이송 속도, 또는 분사되는 냉각수의 수량을 제어함으로써, 수냉냉각 종료온도 및 셀프 템퍼링 온도가 765 ~ 800℃로 제어된 상태로 진행될 수 있다.
상술한 강재 제조 공정을 요약하면, 재가열 과정, 열간변형 공정, 냉각 공정을 통하여 제조된다. 재가열 과정에서는 반제품 상태인 빌렛(Billet) 및 빔블랭크(Beam Blank)를 1200 ~ 1250℃에서 재가열 한다. 다음으로, 재가열된 상기 소재를 열간 압연하며 최종 마무리압연을 910 ~ 950℃에서 변형 완료 후, 수냉냉각 종료온도 및 셀프 템퍼링 온도가 765 ~ 800℃로 제어된 상태로 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리를 수행할 수 있다. 즉, 압연 판재를 제조하기 위해서 먼저 잉곳을 1200 ~ 1250℃에서 재가열한 후 열간압연을 실시하여 H형강을 제조하였으며, 이 때 마무리 압연온도는 910 ~ 950℃ 범위로 제어하였다. H형강의 플랜지(Flange)부를 기준으로 두께 15mm까지 열간압연 후 냉각을 실시하였다. 열간압연 후에 수냉을 실시하였으며 이때 수냉냉각 종료온도를 765 ~ 800℃로 변경하여 수냉을 실시하였다.
본 발명의 실시예에서는, 통상적으로 활용되는 고가의 석출경화형 합금원소인 니오븀(Nb)이나 티타늄(Ti)을 사용하지 않거나 소량만 사용하면서도 강도와 인성이 동시에 향상될 수 있도록 크롬(Cr) 및 일부 합금원소를 첨가한 강종 설계 및 공정 조건을 적용한다. 또한, 저온인성확보는 상기 냉각시의 셀프 템퍼링 온도 제어를 통해 진행할 수 있다.
상술한 제조 방법을 통하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 형강을 제조할 수 있다. 상기 제조된 형강은, 상온에서 인장강도는 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도는 273MPa 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 형강에서, 최종 미세조직은 베이나이트를 포함할 수 있다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 실험예의 주요 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이며, 표 2는 본 실험예의 시편을 제조하는 공정 조건과 이에 따라 구현된 시편의 기계적 물성을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 표 1의 조성을 갖는 빔블랭크를 전기로를 이용하여 제조한 후 열간압연을 거쳐 플랜지(Flange)부 두께 15mm의 H형강을 제조하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1을 참조하면, 본 발명의 조성계2의 성분은 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)로 이루어진 조성을 만족한다. 이에 반하여, 본 발명의 조성계1의 성분은 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하의 조성을 만족하지 못한다.
표 2를 참조하면, 본 실험예의 실시예1에 의한 시편은 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)로 이루어진 조성을 만족하며, 공정조건은 재가열온도가 1200 ~ 1250℃의 범위를 만족하며, 압연시작온도가 1050 ~ 1100℃의 범위를 만족하며, 압연종료온도가 910 ~ 950℃의 범위를 만족하며, QST(Quenching & Self-Tempering) 처리에서 셀프 템퍼링 온도인 복열온도가 765 ~ 800℃의 범위를 만족한다. 이러한 조성과 공정 조건을 만족하는 실시예1은 상온에서 인장강도가 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상이라는 요구사항을 모두 만족한다.
본 실험예의 비교예1에 의한 시편은 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하의 조성범위를 만족하지 못하며, QST(Quenching & Self-Tempering) 처리에서 셀프 템퍼링 온도인 복열온도가 765 ~ 800℃의 범위를 만족하지 못한다. 이에 따른 비교예1은 상온 인장강도가 490 ~ 620MPa의 범위를 만족하지 못하며, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상을 만족하지 못한다.
본 실험예의 비교예2에 의한 시편은 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하의 조성범위를 만족하지 못하며, QST(Quenching & Self-Tempering) 처리에서 셀프 템퍼링 온도인 복열온도가 765 ~ 800℃의 범위를 만족하지 못한다. 이에 따른 비교예2는 상온 인장강도가 490 ~ 620MPa의 범위를 만족하지 못하며, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상을 만족하지 못한다.
본 실험예의 비교예3, 비교예4, 비교예5, 비교예6에 의한 시편은 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리에서 셀프 템퍼링 온도인 복열온도가 765 ~ 800℃의 범위를 만족하지 못한다. 이에 따른 시편은 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상을 만족하지 못한다.
본 실험예의 비교예7에 의한 시편은 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리에서 셀프 템퍼링 온도인 복열온도가 765 ~ 800℃의 범위를 만족하지 못한다. 이에 따른 시편은 상온 항복강도가 355MPa 이상을 만족하지 못하고, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상을 만족하지 못한다.
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.

Claims (7)

  1. 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
    상온에서 인장강도가 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도가 273MPa 이상인 것을 특징으로 하는,
    형강.
  2. 제 1 항에 있어서,
    0℃ 충격 흡수에너지가 200J 이상인 것을 특징으로 하는,
    형강.
  3. 제 1 항에 있어서,
    최종 미세조직은 베이나이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    형강.
  4. (a) 탄소(C): 0.08 ~ 0.17중량%, 망간(Mn): 0.50 ~ 1.60중량%, 실리콘(Si): 0.10 ~ 0.50중량%, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.70중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0.30 ~ 0.70중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.012중량% 이하, 붕소(B): 0 초과 0.003중량% 이하, 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 합: 0.01 ~ 0.5중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 1200 ~ 1250℃로 재가열하는 단계;
    (b) 상기 강재를 압연종료온도 910 ~ 950℃가 되도록 열간 압연하는 단계; 및
    (c) 상기 열간 압연된 강재를 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리하는 단계; 를 포함하는,
    형강의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 QST(Quenching & Self-Tempering) 처리하는 단계는 수냉냉각 종료온도 및 셀프 템퍼링 온도가 765 ~ 800℃인 것을 특징으로 하는,
    형강의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계를 수행한 형강의 상온에서 인장강도는 490 ~ 620MPa이고, 항복강도가 355MPa 이상이고, 항복비가 0.8 이하이고, 600℃ 고온항복강도는 273MPa 이상인 것을 특징으로 하는,
    형강의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 압연시작온도 1050 ~ 1100℃가 되도록 열간 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    형강의 제조 방법.




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