KR20210079692A - 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따르면, 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판을 제공할 수 있다.

Description

플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET FOR FLUX CORED WIRE AND MANUFACTURING THE SAME}
플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 실시예들은 합금 원소들의 함량을 최적화 함으로써, 강도, 저온 인성, 용접 작업성 및 가공성 특성이 현저하게 향상된 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 용접 생산성이 가장 높고 다양한 위치에서 용접이 용이한 용접 방법으로 플럭스 코어드 용접 (FCW, Flux Cored Welding)법이 있다. FCW 용접 방법에 사용되는 용접 재료는 플럭스 코어드 와이어로서, 용접봉용 냉연강판을 인발한 스트립 (Strip)을 유(U)자 형으로 가공한 후 가공된 유자관에 플럭스를 첨가하여 제조한다.
이러한 플럭스 코어드 와이어 제조에 사용되는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판으로는 통상적으로 탄소강 베이스의 냉연강판이 사용되고 있으며, 일부 특수 용도에는 스테인리스 강이 사용되기도 하고 있다.
탄소강 베이스의 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판은 저합금강 이므로 사용 환경에 따른 플럭스 코어드 와이어의 특성을 확보하려면 그 코어 내부에 충진하는 기본적인 플럭스 성분 외에도 사용 특성 확보를 위한 다량의 합금 원소 첨가가 필요하다.
그러나, 이와 같이 용접봉의 사용 특성을 확보하기 위한 합금원소의 함량이 증가하게 되면 플럭스 성분 등이 제한되어 안정적인 용접 특성을 확보하기가 어렵게 되는 문제점이 있었다. 또한, 이들 합금원소들은 대부분 고순도의 분말 형태로 첨가됨에 따라 원가 상승의 요인이 될 뿐만 아니라 첨가된 합금 원소들의 비중이 높아 용접시 용융된 첨가 성분들이 용접부 편석을 일으키는 등 용접 불량의 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.
예를 들어, 플럭스 코어드 와이어용 강판을 제조하기 위한 방법 중 하나로, 티타늄 (Ti) 등을 첨가하여 충격 인성 및 강도가 우수한 용접봉용 강을 제조하는 방법이 제시되었다. 그러나, 이는 고가의 합금 원소를 많이 첨가함에 따라 제조 원가가 상승하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 연성이 낮아 인발 가공성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 플럭스 원료에 티타늄 (Ti), 마그네슘 (Mg) 등을 첨가함으로써 용융 금속의 탈산 반응을 촉진하여 용접 결함을 저감하는 기술이 제안되었다. 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 발생 하는 등 용접 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 극저온용 환경에서 강도 및 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.
본 실시예에서는 니켈(Ni) 및 보론(B) 등을 적정량 첨가함으로써, 강도, 저온 인성, 용접 작업성 및 가공성이 현저하게 향상된 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계, 상기 슬라브를 가열하는 단계, 상기 가열된 슬라브를 마무리 열간압연 온도가 890 내지 950℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계, 상기 열연강판을 550 내지 700℃의 온도범위에서 권취하는 단계, 상기 권취된 열연강판을 50 내지 85%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계, 및 상기 냉연강판을 700 내지 850℃의 온도범위에서 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판은 합금 성분을 적절히 제어함으로써 가공성 및 생산성을 현저히 향상시킴과 동시에 플럭스 성분의 안정화에 따라 용접 작업성 확보도 용이한 바 작업의 효율성을 획기적으로 개선할 수 있다.
또한, 일 실시예에 의하면 조선산업, 자재산업, 건축산업 등에 사용되는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판을 저렴하게 제조할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판은 중량%로, 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이하, 냉연강판의 성분 한정의 이유를 설명한다.
C: 0.0005 내지 0.01 중량%
탄소(C)는 강의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소이며, 용접 열영향부가 모재와 유사한 특성을 갖도록 하기 위하여 첨가하는 원소이다. C 함량이 너무 적은 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에, C 함량이 너무 많은 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 0.0005 내지 0.01 중량%일 수 있다. 보가 구체적으로 예를 들면, 상기 탄소(C)의 함량은, 0.0005 내지 0.008 중량%, 0.0005 내지 0.005 중량%, 또는 0.001 내지 0.005 중량% 범위일 수 있다. 탄소 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 용접 열영향부의 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
Mn: 0.05 내지 0.25 중량%
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. Mn 함량이 너무 적은 경우에는 적열 취성(red shortness)의 발생 요인이 되고 오스테나이트의 안정화에 기여하기 어려울 수 있다. 반면에, Mn 함량이 너무 많은 경우에는 연성이 저하되고 중심 편석 발생의 요인으로 작용하여 용접봉 제조공정에서의 인발 작업시 단선을 유발할 수 있다. 따라서, Mn 함량은 0.05 내지 0.25 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, Mn의 함량은 0.07 내지 0.20 중량%일 수 있다.
Si: 0.03 중량% 이하
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 작용한다. 따라서, Si 함량 0.03 중량% 이하로 한정한다. 보다 구체적으로 예를 들면, Si의 함량은 0.001 내지 0.030 중량% 또는 0.001 내지 0.0020 중량%일 수 있다.
P: 0.0005 내지 0.01 중량%
인(P)은 강 중 고용원소로 존재하면서 고용강화를 일으켜 강도 및 경도를 향상시키는 원소이다. P의 함량이 너무 적으면, 일정 수준의 강성을 유지하기 어려울 수 있다. P 함량이 너무 많은 경우에는 주조시 중심 편석을 일으키고 연성이 저하되어 와이어 가공성을 열위하게 할 수 있다. 따라서, P 함량은 0.0005 내지 0.01 중량%가 될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, P의 함량은 0.001 내지 0.008 중량%가 될 수 있다.
S: 0.001 내지 0.008 중량%
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 발생할 수 있다. 따라서 S 함량은 0.001 내지 0.008 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, S의 함량은 0.0015 내지 0.007 중량% 일 수 있다.
Al: 0.0001 내지 0.010 중량%
알루미늄(Al)은 알루미늄 킬드강에서 탈산제 및 시효에 의한 재질 열화를 방지할 목적으로 첨가되는 원소이며 연성을 확보에 유리한 원소로서, 이러한 효과는 극저온일 때 보다 현저하게 나타난다. Al 함량이 너무 적은 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Al 함량이 너무 많은 경우에는 알루미늄-옥사이드(Al2O3)와 같은 표면 개재물이 급증하여 열간 압연재의 표면 특성을 악화시키고 가공성이 저하될 뿐만 아니라 용접 열영향부 결정립계에 국부적으로 페라이트가 형성되어 기계적 특성이 저하될 수 있다. 또한, 용접 후에 용접 비드(bead) 형상이 나빠지는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, Al 함량은 0.0001 내지 0.010 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, Al의 함량은 0.0005 내지 0.0100 중량%, 0.001 내지 0.007 중량% 또는 0.001 내지 0.006 중량%일 수 있다.
N: 0.0005 내지 0.003 중량%
질소(N)는 강 내부에 고용 상태로 존재하면서 재질 강화에 유효한 원소이다. N이 너무 적게 포함되면, 목표 강성을 확보하기 어려워 질 수 있다. 반면에 N 함량이 너무 많이 포함되는 경우에는 시효성이 급격히 나빠질 뿐만 아니라 강 제조 단계에서 탈질에 따른 부담을 증가시켜 제강 작업성이 악화될 수 있다. 따라서, N 함량은 0.0005 내지 0.003 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, N의 함량은 0.001 내지 0.0027 중량% 일 수 있다.
Ni: 0.5 내지 1.7 중량%
니켈(Ni)은 연성을 향상시켜 인발 가공성을 향상 시키는데 효과적일 뿐만 아니라 극저온에서도 안정된 조직을 형성하여 저온 충격 특성 개선을 위해 필요한 원소이다. 상기한 바와 같은 효과를 얻음과 동시에 플럭스 조성의 안정적인 운영을 위해서 Ni는 0.5 중량% 이상 포함될 수 있다. 다만, Ni의 함량이 너무 많은 경우에는 강도 상승에 의해 인발 가공성을 나쁘게 할뿐만 아니라, 표면 결함을 유발할 수 있다. 또한, 근본적으로 고가인 Ni를 다량 첨가하는 경우 제강 비용이 현저하게 상승할 수 있다. 따라서 Ni 함량은 0.5 내지 1.7 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, Ni의 함량은 0.5 내지 1.6 중량%, 0.6 내지 1.6 중량%, 또는 0.7 내지 1.5 중량% 일 수 있다.
B: 0.0005 내지 0.0030 중량%
보론(B)은 소입성을 높여 용접 이음부의 강도 확보 측면에서 유리한 원소이다. B가 너무 적게 포함되면 강도 확보에 어려울 수 있다. 반대로, B가 너무 많이 포함되면 재결정온도를 상승시켜 소둔 작업성이 저하할 뿐만 아니라 가공성이 현저히 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, B 함량은 0.0005 내지 0.0030 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, B의 함량은 0.0002 내지 0.004 중량%, 0.0005 내지 0.0030 중량%, 0.0006 내지 0.0027 중량% 또는 0.001 내지 0.0027 중량% 일 수 있다.
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 식 1로 정의되는 W,f가 2.0 내지 15.0일 수 있다.
[식 1]
W,f = (41×[C]+28×[Al]+3.4×[S]) * (25×[Ni] × 30×[B]) / (25×[N])
상기 식 1에서, [C], [Al], [S], [Ni], [B] 및 [N]는 각각 C, Al, S, Ni, B 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.
W,f는 용접 작업성 및 인발 가공성에 미치는 각 원소들의 상관 관계를 고려하여 설계한 것이다. W,f가 너무 작은 경우 용접부 조직의 경화도가 낮아 가공성은 좋아지지만 용접강도 및 저온 인성을 확보하지 못해 플럭스 내 합금 원소량을 증가시켜야 한다. 이에 따라 용접 작업성이 저하될 수 있다. 반면에, W,f가 너무 큰 경우에는 용접부의 경도가 급격히 증가하여 조관 및 인발 작업시 용접 부재의 파단이 일어날 수 있다. 따라서, W,f는 2.0 내지 15.0의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 예를 들면, W,f는 2.1 내지 14.8 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉연강판은 연신율이 우수하다. 구체적으로 연신율은 40% 이상일 수 있다. 이러한 물성을 만족함으로써 플럭스 코어드 와이어용 소재로 바람직하게 적용될 수 있다.
구체적으로, 플럭스 코어드는 냉연 강판 스트립을 롤 사이로 연속적으로 통과시켜 굽힘 변형량을 증가시킨 다음 U자형 절곡 부재로 성형한 후 내부에 플럭스를 공급하여 제조된다. 이 후, 플럭스가 충진된 소재를 다시 롤 사이에 연속적으로 통과시켜 내부에 플럭스가 충진된 원통 형상으로 만들고, 다시 길이 방향으로 잡아당겨 원하는 굵기로 인발하는 형태로 제조된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어용 소재로 적용되기 위해서는 높은 연신율이 요구된다.
연신율이 너무 낮은 경우에는 용접 와이어의 인발 가공 시 단면감소율이 낮아져 조관 가공성을 나쁘게 하고 가공시 찢어짐과 같은 균열이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로 일 실시예에 따른 냉연강판의 연신율은 40% 내지 60%, 44% 내지 55%, 또는 45% 내지 55%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법은, 슬라브를 제조하는 단계, 상기 슬라브를 가열하는 단계, 상기 가열된 슬라브를 압연하여 열연강판을 얻는 단계, 상기 열연강판을 권취하는 단계, 상기 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계, 및 상기 냉연강판을 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 슬라브를 제조한다. 제강 단계에서 C, Mn, Si, P, S, Al, N, Ni, B 등을 적정 함량으로 제어한다. 제강 단계에서 성분이 조정된 용강은 연속주조를 통하여 슬라브로 제조된다.
이때, 제조된 상기 슬라브는, 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
슬라브의 각 조성에 대해서는 전술한 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판에서 자세히 설명하였으므로, 중복되는 설명을 생략한다. 전술한 식 1도 슬라브의 합금 성분 내에서 동일하게 만족할 수 있다. 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조 공정 중에서 합금 성분이 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브와 최종 제조된 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 합금 성분이 동일할 수 있다.
다음으로, 상기 슬라브를 가열한다. 이는 후속되는 열간압연 공정을 원활히 수행하고, 슬라브를 균질화 처리하기 위함이다. 상기 슬라브는, 예를 들면, 1100 내지 1300℃로 가열할 수 있다. 슬라브 가열 온도가 너무 낮으면 후속하는 열간압연시 하중이 급격히 증가하는 문제가 있다. 이에 반해 슬라브 가열 온도가 너무 높으면 에너지 비용이 증가할 뿐만 아니라, 표면 스케일의 양이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있다. 보가 구체적으로, 상기 슬라브 가열 온도는 1150 내지 1280℃ 범위일 수 있다.
다음으로, 상기 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조한다. 이 때, 열간압연의 마무리 압연온도는 890 내지 900℃ 범위일 수 있다. 마무리 압연온도가 너무 낮은 경우에는 저온 영역에서 열간압연이 마무리됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 열간 압연성 및 가공성의 저하를 초래할 수 있다. 이에 반해, 마무리 압연온도가 너무 높은 경우에는 표면 스케일의 박리성이 떨어지며, 두께 전반에 걸쳐 균일한 열간압연이 이루어지지 않아 결정립 미세화가 불충분하게 되어 결정립 조대화에 기인한 충격 인성의 저하가 나타날 수 있다. 보다 구체적으로, 열간압연의 마무리 압연온도는 895 내지 940℃ 범위일 수 있다.
다음으로, 상기 열연강판을 권취한다. 이 때, 권취온도는 550 내지 700℃ 범위일 수 있다. 열간압연 후 권취 전 열연강판의 냉각은 런-아웃-테이블(ROT, Run-out-table)에서 행할 수 있다. 권취온도가 너무 낮은 경우, 냉각 및 유지하는 동안 폭 방향 온도 불균일에 의해 저온 석출물의 생성 거동이 차이를 나타내어 재질 편차를 유발함으로써 가공성에 좋지 않은 영향을 준다. 이에 반해, 권취온도가 너무 높은 경우에는 최종 제품의 조직이 조대화됨에 따라 표면 재질 연화 및 조관성을 악화시키는 문제점이 발생한다. 보다 구체적으로, 상기 열연강판의 권취온도는 580 내지 690℃ 범위일 수 있다.
열연강판을 권취한 이후, 권취된 열연강판을 냉간압연하기 전에 권취된 열연강판을 산세하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다음으로, 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조한다. 이 때, 압하율은 50 내지 85% 범위일 수 있다. 압하율이 너무 적은 경우, 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. 이에 반해, 압하율이 너무 높은 경우에는 재질이 경화되어 인발시 균열의 원인이 될 뿐만 아니라, 압연기의 부하로 냉간압연 작업성을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서 압하율은 50 내지 85% 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로 65 내지 80% 범위일 수 있다.
다음으로, 냉연강판을 소둔한다. 냉간압연에서 도입한 변형에 의해 강도가 높아져 있는 상태로부터, 소둔을 실시함으로써 목표로 하는 강도 및 가공성을 확보할 수 있다. 이 때, 소둔 온도는 700 내지 850℃일 수 있다. 소둔 온도가 너무 낮으면, 냉간압연에 의해 형성된 변형이 충분히 제거되지 않음에 따라 가공성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 이에 반해, 소둔 온도가 너무 높으면, 판 파단과 같은 소둔 통판성에 문제가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 소둔 온도는 730 내지 845℃일 수 있다. 소둔은 냉연강판의 권취 없이 연속하여 진행할 수 있다.
냉연강판을 소둔하는 단계 이후, 소둔된 냉연강판을 조질압연하는 단계를 더 포함할 수 있다. 조질압연을 통하여 소재의 형상을 제어하고 목표로 하는 표면조도를 얻을 수 있지만 조질 압하율이 너무 높으면 재질은 경화되나 가공성을 저하하는 문제점이 있으므로 조질 압연은 압하율 3% 이하로 적용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 조질압연의 압하율은 0.3 내지 2.0%일 수 있다.
냉연 강판을 소둔한 후, 상기 소둔 판을 플럭스 코어드 와이어 제조에 이용할 수 있다. 즉, 다른 실시예에 따르면, 일 실시예에 다른 냉연강판으로 이루어진 외피 및 상기 외피 내에 충진된 플럭스 코어드 와이어를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 플럭스 코어드 와이어의 효과는 충진된 플럭스 종류와 무관하게, 냉연강판에 의해 발현되는 효과이다. 따라서, 플럭스는 플럭스 코어드 와이어 분야에서 사용되는 일반적인 플럭스를 제한 없이 사용할 수 있다. 플럭스에 대해서는 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 플럭스 코어드 와이어는 용접부 편석지수가 우수하다. 용접부 편석지수는 용접부의 전체 면적에서 첨가 원소들에 의한 편석부가 차지하는 면적의 비로 표시된다. 구체적으로 용접부 편석지수가 0.15% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 냉연 강판은 용접부 편석지수가 0.005 내지 0.13%일 수 있다.
또한, 상기 플럭스 코어드 와이어는 -20℃에서의 저온 충격에너지가 우수하다. 구체적으로 -20℃에서의 저온 충격에너지가 50J(주울, Joule) 이상일 수 있다. 저온 환경에서 용접부 등이 저온 쇼크 등에 의해 균열을 일으키는 요인이 되어 용접 구조물의 안전성에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 저온영역에서 일정한 충격 에너지를 확보하는 것이 필요하다. 보다 구체적으로 -20℃에서의 저온 충격에너지는 예를 들면, 50J 내지 130J, 또는 55J 내지 110J일 수 있다.
한편, 또 다른 실시예에 따르면, 일 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 용접한 용접 부재를 제공할 수 있다. 상기 용접 부재는 용접부 항복강도가 우수하다. 용접부의 항복강도는 모재와 무관하게 적정한 수준을 유지하는 것이 필요하며 구조부재로 적용시 용접부의 안정성 확보 측면에서 440MPa 이상의 고강도 특성이 확보되어야 한다. 상기 용접 부재의 용접부 항복강도는 보다 구체적으로 440MPa 내지 600MPa 또는 440MPa 내지 550MPa 범위일 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실시예 및 비교예
하기 [표 1]에 정리된 합금 성분, 잔부의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 제조하였다. 다음, 상기 슬라브를 1230℃로 가열한 후, 하기 [표 2]에 정리된 제조 조건으로, 열간압연, 권취, 냉간압연 및 소둔 공정을 수행하였다. 이와 같이 제조된 소둔판에 대하여 0.9%의 조질 압하율을 적용하여 조질 압하 하였다.
강종 합금조성 (중량%) W,f 값*)
C Mn Si P S Al N Ni B
발명강1 0.0014 0.14 0.011 0.005 0.002 0.004 0.0018 0.76 0.0025 5.580
발명강2 0.0019 0.11 0.017 0.002 0.004 0.002 0.0024 1.37 0.0011 2.779
발명강3 0.0026 0.19 0.008 0.007 0.003 0.006 0.0016 0.89 0.0016 7.604
발명강4 0.0034 0.08 0.015 0.004 0.006 0.003 0.0026 0.97 0.0023 6.276
발명강5 0.0031 0.15 0.004 0.003 0.003 0.005 0.0012 1.03 0.0019 13.567
비교강1 0.0027 0.16 0.009 0.035 0.006 0.019 0.0024 1.15 0.0000 0.000
비교강2 0.0031 0.19 0.012 0.005 0.024 0.006 0.0015 0.00 0.0018 0.000
비교강3 0.0118 0.36 0.015 0.003 0.006 0.032 0.0018 0.87 0.0016 32.485
비교강4 0.0372 0.15 0.242 0.004 0.007 0.007 0.0061 0.11 0.0001 0.094
비교강5 0.0415 0.45 0.017 0.009 0.037 0.042 0.0021 0.19 0.0045 36.683
비교강6 0.0682 0.12 0.021 0.045 0.004 0.005 0.0014 1.81 0.0005 57.205
*) W,f = (41×[C]+28×[Al]+3.4×[S]) * (25x[Ni] x 30x[B]) / (25x[N])로 각각의 합금원소에 대한 중량%로 계산
구분 강종 No. 마무리 열간 압연 온도
(℃)		 권취온도 냉간압하율 소둔온도
(℃) (%) (℃)
발명예1 발명강1 900 680 66 760
발명예2 발명강1 900 680 73 800
발명예3 발명강1 900 680 75 840
발명예4 발명강2 920 620 73 750
발명예5 발명강2 920 620 73 820
발명예6 발명강3 930 660 70 800
발명예7 발명강4 920 600 78 800
발명예8 발명강5 920 600 75 780
발명예9 발명강5 920 600 75 780
비교예1 발명강1 820 680 73 600
비교예2 발명강1 900 680 40 750
비교예3 발명강2 920 460 91 820
비교예4 발명강3 930 760 70 900
비교예5 비교강1 920 620 70 800
비교예6 비교강2 900 620 70 800
비교예7 비교강3 900 620 70 800
비교예8 비교강4 900 620 70 800
비교예9 비교강5 900 620 70 800
비교예10 비교강6 900 620 45 800
실험예
표 2와 같은 조건으로 제조된 냉연강판에 대하여 연신율, 통판성 및 인발 가공성을 측정하여 하기 [표 3]에 나타내었다.
(1) 연신율은 만능 인장시험기를 활용하여 표점거리(Gauge Length) 50mm인 시험편을 분당 10mm로 인장하면서 시험편이 파단될 때까지의 변형량을 측정하여 구하였다.
(2) 통판성은 냉간 및 열간 압연시 압연 부하가 없고 연속소둔시 히트 버클(Heat buckle)과 같은 결함이 발생하지 않으면 "○"로 표시하였으며, 압연 부하가 발생하거나 연속소둔시 판파단과 같은 결함이 발생한 경우 "X"로 표시하였다.
(3) 인발 가공성은 단면 감소율 61%로 플럭스 코어드 와이어를 인발 가공시 찢어짐과 같은 가공 결함이 발생하면 "불량", 가공 결함이 발생하지 않으면 "양호"로 표시하였다.
(4) 또한, 제조된 냉연강판을 활용하여 폭 14mm의 스트립으로 제조한 뒤, 이 스트립을 유(U)자형으로 가공하여 플럭스 성분을 충진시키고 이후 직경이 3.1mm인 오(O)자형의 용접 재료를 제조하였다. 이렇게 제조된 용접 재료를 인발하여 1.2mm의 직경을 가지는 플럭스 코어드 와이어를 제조하였으며 이를 이용하여 저온 충격 실험 및 인장실험을 실시하고 용접부 편석 지수를 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(5) 그리고, 플럭스 코어드 와이어로 용접한 용접 부재에 대하여 용접 작업성을 측정한 후, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이 때, 용접 부재는 직경 1.2mm의 와이어로 인발 하였으며, 파일럿(Pilot) 용접기를 활용하여 전압 29볼트, 전류 150 내지 180A, 용접속도는 분당 40cm의 조건으로 제조된 용접 부재를 대상으로 시험을 실시한 결과이다. 용접 작업성의 경우 이들 용접 부재를 제조 함에 있어 스페터 (Spatter) 현상 등의 작업성 저하 현상이 발생하면 "불량", 작업 저하 현상이 발생하지 않은 경우에는 "양호"로 나타내었다.
구분 통판성 연신율 (%) 용접부 편석 지수 (%) 충격인성
(J, @-20℃)		 용접부재
항복 강도 (MPa)		 인발
가공성		 용접
작업성
발명예1 ○ 46 0.09 87 481 양호 양호
발명예2 ○ 48 0.08 91 472 양호 양호
발명예3 ○ 49 0.09 99 470 양호 양호
발명예4 ○ 47 0.02 89 494 양호 양호
발명예5 ○ 50 0.04 95 509 양호 양호
발명예6 ○ 45 0.05 96 497 양호 양호
발명예7 ○ 50 0.07 94 524 양호 양호
발명예8 ○ 47 0.03 91 515 양호 양호
발명예9 ○ 48 0.06 88 549 양호 양호
비교예1 X 24 0.16 39 382 불량 불량
비교예2 X 31 0.18 45 374 불량 불량
비교예3 X 36 0.15 47 391 불량 불량
비교예4 X 28 0.14 41 392 불량 양호
비교예5 ○ 43 0.19 26 369 양호 불량
비교예6 ○ 38 0.62 32 381 불량 불량
비교예7 ○ 39 0.31 46 406 불량 불량
비교예8 ○ 38 0.48 37 382 불량 불량
비교예9 ○ 28 0.53 42 423 불량 불량
비교예10 X 30 0.17 45 417 양호 불량
상기 [표 1] 내지 [표 3]을 통해 알 수 있듯이, 합금조성 및 제조 공정의 각 조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 9는 통판성이 양호할 뿐만 아니라, 목표로 하는 플럭스 코어드 와이어 용접봉용 냉연강판의 재질 기준인 연신율 40% 이상, 용접부재로 제조된 와이어의 편석 지수도 0.15% 이하임을 확인할 수 있다. 즉, 2차 가공시 용접부의 찢어짐이나 균열이 발생하지 않아 우수한 가공성을 확보할 수 있었을 뿐만 아니라 용접 작업성도 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
아울러, -20℃에서의 충격에너지도 50J 이상이고, 용접부재의 항복강도도 440MPa 이상으로 우수한 강도 및 저온 인성을 확보할 수 있었다.
반면, 비교예 1 내지 4는 본 발명에서 제시하는 합금조성은 만족하였으나, 제조 공정 조건을 만족하지 못한 경우로서, 압연 통판성 (비교예 1 내지 3) 및 소둔 통판성 (비교예 4)이 나빠지는 문제점이 있었다. 또한, 연신율이 목표 대비 낮거나, 용접부재 항복강도가 440MPa 미만이거나, -20℃에서의 충격에너지 값이 50J 이하이거나, 용접부재 인발 가공성이 불량한 것을 확인할 수 있어 전체적으로 목표로 하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 특성을 확보할 수 없었다.
비교예 5 내지 9는 본 발명에서 제시한 제조 공정 조건은 만족하였으나 합금 조성을 만족하지 못한 경우이며, 비교예 10은 합금조성 및 제조 공정 조건을 모두 만족하지 못하는 경우이다. 비교예 5 내지 10은 대부분 본 발명의 목표 연신율, 용접부 편석지수, 충격에너지, 용접부 항복강도 및 인발 가공성 등을 만족하지 못하였고, 비교예 10의 경우 통판성 또한 양호하지 않았으며, 대부분의 경우 용접 작업성도 떨어지는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
  2. 제1항에 있어서,
    하기 식 1로 정의되는 W,f가 2.0 내지 15.0인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
    [식 1]
    W,f = (41×[C]+28×[Al]+3.4×[S]) * (25×[Ni] × 30×[B]) / (25×[N])
    (식 1에서, [C], [Al], [S], [Ni], [B] 및 [N]는 각각 C, Al, S, Ni, B 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉연강판은 연신율이 40% 이상인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판.
  4. 중량%로, 탄소(C)0.0005 내지 0.01, 망간(Mn) 0.05 내지 0.25%, 실리콘(Si) 0.03% 이하 (0%는 제외), 인(P) 0.0005 내지 0.01%, 황(S) 0.001 내지 0.008%, 알루미늄(Al) 0.0001 내지 0.010%, 질소(N) 0.0005 내지 0.003%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1.7, 보론(B) 0.0005 내지 0.0030%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 마무리 열간압연 온도가 890 내지 950℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 550 내지 700℃의 온도범위에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판을 50 내지 85%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및
    상기 냉연강판을 700 내지 850℃의 온도범위에서 소둔하는 단계를 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라브는 하기 식 1로 정의되는 W,f가 2.0 내지 15.0인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
    [식 1]
    W,f = (41×[C]+28×[Al]+3.4×[S]) * (25×[Ni] × 30×[B]) / (25×[N])
    (식 1에서, [C], [Al], [S], [Ni], [B] 및 [N]는 각각 C, Al, S, Ni, B 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다)
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판을 얻는 단계에서, 상기 압하율은 65 내지 80% 범위인 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 소둔하는 단계는, 730 내지 845℃ 범위에서 수행되는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판을 소둔하는 단계 이후, 소둔된 냉연강판을 조질압연하는 단계를 더 포함하는 플럭스 코어드 와이어용 냉연강판의 제조방법.
  9. 제1항에 기재된 냉연강판으로 이루어진 외피; 및
    상기 외피 내에 충진된 플럭스를 포함하는 플럭스 코어드 와이어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플럭스 코어드 와이어는, 20℃에서의 충격 에너지가 50J 이상인 플럭스 코어드 와이어.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 플럭스 코어드 와이어는, 용접부 편석지수가 0.15% 이하인 플럭스 코어드 와이어.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 용접한 것으로 항복강도가 440MPa 이상인 용접 부재.
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