KR20210076398A - 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 [관계식 1]로 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상이며, 95면적% 이상의 오스테나이트를 미세조직으로 포함할 수 있다.
[관계식 1]
절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
(상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)

Description

산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재 및 그 제조방법 {High strength non-magnetic steel having excellent oxygen cutting property and manufacturing method for the same}
본 발명은 비자성 강재 및 그 제조방법에 관한 것이며, 상세하게는 우수한 비자성 특성을 가지면서도 산소 절단성이 우수하며, 고강도 특성을 가지는 오스테나이트계 고망간 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 고망간 강재는 오스테나이트의 안정성을 높여주는 원소인 망간(Mn)과 탄소(C)의 함량을 조율하여 상온에서도 오스테나이트가 안정하여 높은 인성을 가지는 특징이 있다. 오스테나이트는 상자성체로 투자율이 낮으며, 페라이트 대비 비자성 특성이 우수하다. 일반적으로 변압기, 배전반 등에 이용되는 소재는 1.05 이하 수준의 투자율을 가지는 반면, 오스테나이트계 고망간 강재는 1.02 이하 수준의 투자율을 가지므로, 기존의 소재 대비 우수한 비자성 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
다만, 이와 같이 비자성 특성이 우수한 오스테나이트계 고망간 강재를 구조물로 이용하기 위해서는 산소 절단 등에 의한 소재의 절단 및 가공이 필수적이나, 고망간 강재는 다량의 합금 성분을 포함하므로 산소 절단 작업 시 불꽃 발생 등에 의해 절단면 상태가 열위한 문제점이 존재한다. 즉, 절단성 향상을 위해 강재를 사전 예열하거나 절단 속도를 하양 조절하는바, 생산성 측면에서 바람직하지 않다. 따라서, 경제적이면서도 효과적인 산소 절단 가공 특성을 가지는 오스테나이트계 고망간 강재의 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0064473호 (2010.06.15. 공개)
본 발명의 일 측면에 따르면 우수한 비자성 특성을 가지면서도 산소 절단성이 우수한 오스테나이트계 고망간 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면 항복강도가 우수한 오스테나이트계 고망간 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하(0% 포함), 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 [관계식 1]로 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상이며, 95면적% 이상의 오스테나이트를 미세조직으로 포함할 수 있다.
[관계식 1]
절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
(상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)
상기 강재는, 중량%로, 0.0005~0.01%의 보론(B)을 더 포함할 수 있다.
상기 강재의 투자율은 1.02 이하일 수 있다.
상기 강재는 바나듐(V) 첨가 탄화물을 5면적% 미만으로 포함하며, 상기 탄화물의 평균 입도는 3~100nm일 수 있다.
상기 강재의 항복강도는 500MPa 이상이고, 인장강도는 900MPa 이상이며, 연신율은 25% 이상일 수 있다. 0.3~0.9Mpa의 가스압 및 300~700mm/min의 최대 절단속도로 상기 강재를 산소절단 하는 경우, 상기 강재 절단면의 평균 표면 조도는 5mm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하(0% 포함), 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 [관계식 1]로 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상인 슬라브를 1050~1300℃의 온도범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 800~1050℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하여 열연재를 제공하는 단계; 및 상기 열연재를 10~100℃/s의 냉각속도로 600℃ 이하의 온도범위까지 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
[관계식 1]
절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
(상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)
상기 슬라브는, 중량%로, 0.0005~0.01%의 보론(B)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 우수한 비자성 특성을 가지면서도 산소 절단성이 우수한 오스테나이트계 고망간 강재 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1의 (a)는 시편 2의 산소 절단 시 불꽃 발생 여부 및 산소 절단에 의한 절단면을 촬영한 사진이며, 도 1의 (b)는 시편 9의 산소 절단 시 불꽃 발생 여부 및 산소 절단에 의한 절단면을 촬영한 사진이다.
도 2는 시편 2의 미세조직 관찰 사진이다.
본 발명은 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하기 위하여 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 강 조성에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하, 특별히 달리 표시하지 않는 한 각 원소의 함량을 나타내는 %는 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하(0% 포함), 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
탄소(C): 0.1~0.5%
탄소(C)는 강재의 오스테나이트를 안정화시키고, 고용강화에 의해 강도를 확보하는데 효과적인 원소이므로, 본 발명은 비자성 특성 및 강도 확보를 위하여 탄소(C) 함량의 하한을 일정 범위로 제한할 수 있다. 즉, 탄소(C) 함량이 일정 수준에 이하인 경우, 오스테나이트의 안정도가 부족하여 상온에서 안정한 오스테나이트를 얻을 수 없으며, 외부 응력에 의해 쉽게 ε-마르텐사이트 및 α'-마르텐사이트로 가공유기변태를 일으켜 강재의 인성 및 강도를 감소시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 탄소(C) 함량의 하한을 0.1%로 제한할 수 있다. 바람직한 탄소(C) 함량의 하한은 0.15%이며, 보다 바람직한 탄소(C) 함량의 하한은 0.17%일 수 있다. 반면, 탄소(C) 함량이 일정 범위를 초과하는 경우, 강재의 산소 절단 시 불꽃 발생에 의해 절단면이 열위해지거나, 절단 속도를 낮추어 생산성이 열위해질 수 있는바, 본 발명은 탄소(C) 함량의 상한을 0.5%로 제한할 수 있다. 바람직한 탄소(C) 함량의 상한은 0.47%일 수 있으며, 보다 바람직한 탄소(C) 함량의 상한은 0.45%일 수 있다.
망간(Mn): 18~26%
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 중요한 원소이므로, 본 발명은 이와 같은 효과 달성을 위해 망간(Mn) 함량의 하한을 18%로 제한할 수 있다. 즉, 본 발명은 18% 이상의 망간(Mn)을 포함하므로 오스테나이트 안정도를 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 그에 따라 페라이트, ε-마르텐사이트 및 α'-마르텐사이트의 형성을 억제하여 강재의 비자성 특성을 효과적으로 확보할 수 있다. 반면, 망간(Mn) 함량이 일정 수준 범위를 초과하는 경우, 오스테나이트의 안정도 증가 효과는 포화되는 반면 제조원가가 크게 증가하고, 열간압연 중 내부산화가 과도하게 발생하여 표면품질이 열위해질 수 있는바, 본 발명은 망간(Mn) 함량의 상한을 26%로 제한할 수 있다. 따라서, 본 발명의 망간(Mn) 함량은 18~26%일 수 있으며, 보다 바람직한 망간(Mn) 함량은 18~24%일 수 있다.
실리콘(Si): 0.05~0.5%
실리콘(Si)은 알루미늄(Al)과 같이 탈산제로서 필수불가결하게 미량 첨가되는 원소이다. 다만, 실리콘(Si)이 과도하게 첨가되는 경우 입계에 산화물을 형성하여 고온연성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시킬 우려가 있는바, 본 발명은 실리콘(Si) 함량의 상한을 0.5%로 제한할 수 있다. 보다 바람직한 실리콘(Si) 함량의 상한은 0.4%일 수 있다. 반면, 강 중에서 실리콘(Si) 함량을 줄이기 위해서는 과도한 비용이 소요되는바, 본 발명은 실리콘(Si) 함량의 하한을 0.05%로 제한할 수 있다. 보다 바람직한 실리콘(Si) 함량의 하한은 0.1%일 수 있다.
바나듐(V): 0.1~1.5%
바나듐(V)은 탄소(C)와 결합하여 석출되어 강의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 효과 달성을 위해 0.1% 이상의 바나듐(V)을 포함할 수 있으며, 바람직한 바나듐(V) 함량의 하한은 0.3%일 수 있다. 반면, 바나듐(V) 함량이 일정 수준을 초과하는 경우, 강재의 강도는 증가하는 반면 연신율이 열위해질 수 있으며, 제조 원가 측면에서도 바람지하지 않은바, 본 발명은 바나듐(V) 함량의 상한을 1.5%로 제한할 수 있다. 바람직한 바나듐(V) 함량의 상한은 1.0%이며, 보다 바람직한 바나듐(V) 함량의 상한은 0.6%일 수 있다.
알루미늄(Al): 0.05% 이하
알루미늄(Al)은 탈산제로 첨가되는 대표적인 원소이다. 다만, 알루미늄(Al)은 탄소(C) 및 질소(N)와 반응하여 석출물을 형성할 수 있으며, 이들 석출물에 의해 열간 가공성이 저하될 수 있는바, 본 발명은 알루미늄(Al) 함량의 상한을 0.05%로 제한할 수 있다. 바람직한 알루미늄(Al)의 함량은 0.005~0.05% 일 수 있다.
크롬(Cr): 3% 이하(0% 포함)
크롬(Cr)은 적정 첨가량의 범위까지는 오스테나이트를 안정화시켜 비자성 특성 향상에 기여하며, 오스테나이트 내에 고용되어 강재의 강도를 증가시키는 윈소이다. 또한, 크롬(Cr)은 강재의 내식성을 향상시키는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 효과를 달성하기 위하여 크롬(Cr)을 첨가할 수 있다. 다만, 크롬(Cr)은 산소 절단 시 산화물의 용융온도를 높여 첨가 함량이 증가할수록 산소 절단성이 열위해지는 경향을 나타내는바, 본 발명은 크롬(Cr) 함량의 상한을 3%로 제한할 수 있으며, 보다 바람직한 크롬(Cr) 함량의 상한은 2.5%일 수 있다.
인(P): 0.03% 이하
인(P)은 강 중에 불가피하게 유입되는 원소일 뿐만 아니라, 쉽게 편석되는 원소로서 주조 시 균열발생을 유발하거나, 용접성을 저하시키는 원소이다. 따라서, 본 발명은 주조성 악화 및 용접성 저하를 방지하기 위하여 인(P) 함량의 상한을 0.03%로 제한할 수 있으며, 보다 바람직한 인(P) 함량의 상한은 0.02%일 수 있다.
황(S): 0.05% 이하
황(S) 역시 강 중에 불가피하게 유입되는 원소일 뿐만 아니라, 개재물 형성에 의해 열간취성 결함을 유발한 원소이다. 따라서, 본 발명은 열간취성 발생을 억제하기 위하여 황(S) 함량의 상한을 0.05%로 제한할 수 있으며, 보다 바람직한 황(S) 함량의 상한은 0.02%일 수 있다.
질소(N) 0.03% 이하
질소(N) 역시 강 중에 불가피하게 유입되는 원소일 뿐만 아니라, 고용강화에 기여하는 원소이기도 한다. 다만, 질소(N)의 함량이 과다한 경우 조대한 질화물을 형성하여 오히려 강재의 강도를 저하시키는 문제가 존재하므로, 본 발명은 질소(N) 함량의 상한을 0.03%로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는 상기한 성분 이외에 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이들을 전면적으로 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. 더불어, 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가가 전면적으로 배제되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는, 중량%로, 0.0005~0.01%의 보론(B)을 더 포함할 수 있다.
보론(B): 0.0005~0.01%
보론(B)은 오스테나이트 입계를 강화하는 입계 강화 원소로서, 소량 첨가에 의하더라도 오스테나이트 입계를 강화하여 강재의 고온 균열 민감도를 효과적으로 낮출 수 있는 원소이다. 따라서, 이와 같은 효과를 달성하기 위하여, 본 발명은 0.0005% 이상의 보론(B)을 첨가할 수 있다. 바람직한 보론(B) 함량의 하한은 0.001%일 수 있다. 반면, 보론(B) 함량이 일정 범위를 초과하는 경우, 오스테나이트 입계에 편석을 유발하여 강재의 고온 균열 민감도를 증가시키므로, 강재의 표면 품질이 열위해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 보론(B) 함량의 상한을 0.01%로 제한할 수 있으며, 보다 바람직한 보론(B) 함량의 상한은 0.006%일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 설단성이 우수한 고강도 비자성 강재는, 하기의 [관계식 1]에 의해 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는 하기의 [관계식 1]에 의해 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 500 이상일 수 있다.
[관계식 1]
절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
(상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)
본 발명의 발명자는 고망간 강재의 산소 절단성과 관련하여 심도 있는 연구를 수행하였으며, 알루미늄(Al) 및 망간(Mn)은 고망간 강재의 산소 절단성에 긍정적인 영향을 미치는 원소인 반면, 탄소(C), 바나듐(V) 및 크롬(Cr)은 고망간 강재의 산소 절단성에 부정적인 영향을 미치는 원소인 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 발명자는 이들 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V) 및 알루미늄(Al) 함량의 상관관계에 대한 심도 있는 연구를 수행하였으며, [관계식 1]로 표시되는 절단성 민감도(Sc)가 일정 수준 이상인 경우에 한하여, 우수한 산소 절단성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는 [관계식 1]에 의한 절단성 민감도(Sc)가 450 이상을 만족하도록 합금 조성 함량을 제어하므로, 산소 절단 시 강재 절단면의 평균 표면 조도를 5mm 이하의 수준으로 관리할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는 95면적% 이상의 오스테나이트를 미세조직으로 포함할 수 있으며, 그에 따라 강재의 비자성 특성을 효과적으로 확보할 수 있다. 또한, 오스테나이트의 평균 결정립도는 5~150㎛일 수 있다. 제조 공정상 구현 가능한 오스테나이트의 평균 결정립도는 5㎛ 이상이며, 평균 결정립도가 크게 증가하는 경우 강재의 강도 저하가 우려되는바, 오스테나이트의 결정립도는 150㎛ 이하로 제한될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 항복강도가 우수한 오스테나이트계 고망간 강재는 오스테나이트 이외에 존재 가능한 조직으로서 탄화물 및/또는 ε-마르텐사이트를 포함할 수 있다. 탄화물 및/또는 ε-마르텐사이트의 분율이 일정 수준을 초과하는 경우, 강재의 인성 및 연성이 급격히 저하될 수 있는바, 본 발명은 탄화물 및/또는 ε-마르텐사이트의 분율을 5면적% 미만으로 제한할 수 있다. 또한, 본 발명의 탄화물은 바나듐(V) 첨가 탄화물일 수 있으며, 바나듐(V) 첨가 탄화물의 평균 입도는 3~100nm일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는 최적의 합금조성으로 구비되는바, 산소 절단 시 우수한 절단면을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 강재는, 산소 절단 시 불꽃 발생을 최소화하므로, 강재의 용융에 의해 절단면이 불균일해지는 현상을 최소화할 수 있으며, 산소 절단 시 절단속도의 저하를 효과적으로 방지하여 작업 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는, 우수한 산소 절단성뿐만 아니라, 우수한 비자성 특성 및 고강도 특성을 동시에 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 비자성 고망간 강재는, 1.02 이하의 투자율, 500MPa 이상의 항복강도, 900MPa 이상의 인장강도, 25% 이상의 연신율을 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하(0% 포함), 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 [관계식 1]로 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상인 슬라브를 1050~1300℃의 온도범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 800~1050℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하여 열연재를 제공하는 단계; 및 상기 열연재를 10~100℃/s의 냉각속도로 600℃ 이하의 온도범위까지 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
[관계식 1]
절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
(상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)
슬라브 재가열
본 발명의 제조방법에 제공되는 슬라브의 강 조성은, 전술한 강재의 강 조성과 대응하므로, 슬라브의 강 조성에 대한 설명은 전술한 강재의 강 조성에 대한 설명으로 대신한다.
전술한 강 조성으로 제공되는 슬라브를 1050~1300℃의 온도범위에서 재가열 할 수 있다. 재가열 온도가 일정 범위 미만인 경우, 열간압연 중에 과도한 압연부하가 걸리는 문제가 발생하거나, 합금성분이 충분히 고용되지 않는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명은 슬라브 재가열 온도범위의 하한을 1050℃로 제한할 수 있다. 반면, 재가열 온도가 일정 범위를 초과하는 경우, 결정립이 과도하게 성장하여 강도가 저하되거나, 강재의 고상선 온도를 초과하여 재가열 됨으로써 강재의 열간압연성이 열위해질 수 있으므로, 본 발명은 슬라브 재가열 온도범위의 상한을 1300℃로 제한할 수 있다.
열간압연
열간압연 공정은 조압연 공정 및 마무리 압연 공정을 포함하며, 재가열된 슬라브는 열간압연되어 열연재로 제공될 수 있다. 이때 열간 마무리 압연은 800~1050℃의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 열간 마무리 압연 온도가 일정 범위 미만인 경우 압연 하중 증가에 따른 과도한 압연부하가 문제될 수 있으며, 열간 마무리 압연 온도가 일정 범위를 초과하는 경우 결정립이 조대하게 성장하여 목표하는 강도를 얻을 수 없기 때문이다.
냉각
열간압연된 열연재는 10~100℃/s의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각정지 온도까지 냉각될 수 있다. 이 때의 냉각 방식은 가속 냉각이 적용될 수 있다. 냉각속도가 일정 범위 미만인 경우 냉각 도중 입계에 석출된 탄화물에 의해 강재의 연성 감소 및 이로 인한 내마모성의 열화가 문제될 수 있으므로, 본 발명은 열연재의 냉각속도를 10℃/s 이상으로 제한할 수 있다. 다만, 냉각속도가 빠를수록 탄화물 석출 억제 효과에는 유리하나, 통상의 가속냉각에 있어서 100℃/s를 초과하는 냉각속도는 설비 특성상 구현하기 어려운 사정을 고려하여, 본 발명은 냉각속도의 상한을 100℃/s로 제한할 수 있다.
또한, 10℃/s 이상의 냉각속도를 적용하여 열연재를 냉각하더라도, 높은 온도에서 냉각이 정지되는 경우 탄화물이 생성 및 성장될 가능성이 높으므로, 본 발명은 냉각 정지 온도를 600℃ 이하로 제한할 수 있다.
상기와 같이 제조된 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재는 95면적% 이상의 오스테나이트를 미세조직으로 포함하고, 1.02 이하의 투자율, 500MPa 이상의 항복강도, 900MPa 이상의 인장강도 및 25% 이상의 연신율을 구비하며, 산소 절단 시 우수한 절단면을 가짐과 동시에 산소 절단 작업의 생산성 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.
(실시예 1)
하기 표 1의 합금조성을 만족하는 슬라브를 1200℃의 온도에서 재가열하고, 표 2의 조건으로 열간압연하여 12mm 두께의 열연재를 제조한 후 20℃/s의 냉각속도로 100℃의 냉각정지온도까지 가속냉각하여 시편을 제작하였다. 각 시편의 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하고, 투자율과 최대 절단속도 및 절단면 상태를 하기 표 2에 함께 나타내었다. 최대 절단속도는 평균 0.7MPa의 가스압으로 산소 절단을 실시하는 경우, 적용 가능한 최대 절단 속도를 의미한다. 절단면의 평점은 1, 1.5 및 2로 구분하여 평가하였다. 평점 1은 산소 절단 중 모재가 용융되었을 뿐만 아니라, 절단면의 평균 표면 조도가 5mm 초과인 경우를 의미하고, 평점 1.5는 산소 절단 중 모재의 일부 용융이 발생하였으나, 절단면의 평균 표면 조도가 5mm 이하인 경우를 의미하며, 평점 2는 산소 절단 중 모재의 용융이 발생하지 않았을 뿐만 아니라 절단면의 평균 표면 조도가 5mm 이하인 경우를 의미한다. 표 2의 절단성 지수는 각 시편의 최대 절단속도와 절단면 평점을 곱한 값을 의미한다.
구분 합금조성(중량%) 관계식 1
C Si Mn P S Al V Cr N
시편 1 0.40 0.18 22.2 0.019 0.005 0.025 - 2.05 0.0084 755
시편 2 0.40 0.19 22.2 0.017 0.005 0.024 0.32 2.04 0.010 704
시편 3 0.40 0.20 22.1 0.017 0.005 0.023 0.50 2.00 0.010 680
시편 4 0.40 0.21 22.1 0.018 0.005 0.024 1.00 2.02 0.011 595
시편 5 0.39 0.21 22.1 0.017 0.004 0.025 1.48 2.06 0.012 521
시편 6 0.40 0.14 22.3 0.018 0.005 0.047 - - 0.011 1084
시편 7 0.40 0.17 22.1 0.018 0.005 0.034 0.52 - 0.012 997
시편 8 0.40 0.20 22.0 0.019 0.006 0.025 0.98 - 0.011 921
시편 9 0.4 0.21 22 0.014 0.005 0.02 - 6.09 0.018 106
시편 10 0.8 0.21 22 0.015 0.008 0.026 - 4.05 0.019 33
구분 마무리압연
온도
(℃)		 YS
(MPa)		 TS
(MPa)		 El
(%)		 투자율 최대 절단
속도
(mm/min)		 절단면
평점		 절단성
지수
시편 1 855 483 986 57 1.006 300 2.0 600
시편 2 867 539 983 50 1.003 300 2.0 600
시편 3 860 578 929 30 1.002 300 2.0 600
시편 4 888 609 1043 32 1.005 300 2.0 600
시편 5 820 720 1137 26 1.005 300 1.5 450
시편 6 859 380 934 54 1.004 500 2.0 1000
시편 7 876 566 995 50 1.004 500 2.0 1000
시편 8 892 638 1077 32 1.005 500 2.0 1000
시편 9 860 619 997 48 1.001 300 1.0 300
시편 10 860 745 1196 33 1.001 300 1.0 300
표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 시편 2 내지 5, 7 및 8의 경우, 항복강도가 500MPa 이상일 뿐만 아니라, 절단면 평균 표면 조도가 5mm 이하인 반면, 본 발명의 범위를 만족하지 않는 시편 1, 6, 9 및 10은 항복강도가 500MPa 미만이거나, 절단면 평균 표면 조도가 5mm를 초과하는 것을 확인할 수 있다.
도 1의 (a)는 시편 2의 산소 절단 시 불꽃 발생 여부 및 산소 절단에 의한 절단면을 촬영한 사진이며, 도 1의 (b)는 시편 9의 산소 절단 시 불꽃 발생 여부 및 산소 절단에 의한 절단면을 촬영한 사진이다. 도 1의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이, 시편 2의 경우 우수한 절단면을 가지는 반면, 시편 9의 경우 산소 절단 시 과도한 불꽃이 발생하여 모재의 용융이 발생하며, 그에 따라 균일하지 못한 절단면이 구현되는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 시편 2의 미세조직 관찰 사진으로 미세한 바나듐(V) 첨가 탄화물이 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (8)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 [관계식 1]로 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상이며,
    95면적% 이상의 오스테나이트를 미세조직으로 포함하는, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재.
    [관계식 1]
    절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
    (상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강재는, 중량%로, 0.0005~0.01%의 보론(B)을 더 포함하는, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강재의 투자율은 1.02 이하인, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강재는 바나듐(V) 첨가 탄화물을 5면적% 미만으로 포함하며,
    상기 탄화물의 평균 입도는 3~100nm인, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강재의 항복강도는 500MPa 이상이고, 인장강도는 900MPa 이상이며, 연신율은 25% 이상인, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재.
  6. 제1항에 있어서,
    0.3~0.9Mpa의 가스압 및 300~700mm/min의 최대 절단속도로 상기 강재를 산소절단 하는 경우, 상기 강재 절단면의 평균 표면 조도는 5mm 이하인, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재.
  7. 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 18~26%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 바나듐(V): 0.1~1.5%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 3% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.05% 이하, 질소(N): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 [관계식 1]로 계산되는 절단성 민감도(Sc)가 450 이상인 슬라브를 1050~1300℃의 온도범위에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 슬라브를 800~1050℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하여 열연재를 제공하는 단계; 및
    상기 열연재를 10~100℃/s의 냉각속도로 600℃ 이하의 온도범위까지 냉각하는 단계;를 포함하는 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재의 제조방법.
    [관계식 1]
    절단성 민감도(Sc) = 1251 - 1000*[C] +10.4*[Mn] + 28*[Al] - 163*[V] - 160*[Cr]
    (상기 [관계식 1]에서 [C], [Mn], [Al], [V] 및 [Cr]은 각각 강재에 포함되는 C, Mn, Al, V 및 Cr의 중량%를 의미하며, 해당 성분이 첨가되지 않는 경우 0을 의미한다.)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬라브는, 중량%로, 0.0005~0.01%의 보론(B)을 더 포함하는, 산소 절단성이 우수한 고강도 비자성 강재의 제조방법.
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