KR20220040532A - 강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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김민수
이영호
이정훈
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Abstract

본 발명은, 고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 인장강도(TS): 510 ~ 720 MPa, 항복강도(YS): 340 ~ 450 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족한다.

Description

강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법{High strength hot rolled steel sheet for steel pipe and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
포탄의 경우, 조관 및 단조 등의 가공 과정을 거쳐야 하므로, 열연강판 상태에서는 가공이 용이한 수준으로 강도를 확보하고, 가공을 마친 후 최종 열처리 과정을 통해 고강도 특성을 확보할 필요가 있다. 열연 강판의 강도가 높으면, 조관 공정에서 슬리팅 작업 중에 설비 파손 및 스켈프 단면 품질 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 조관재 용접부 품질 향상을 위해 인장강도 70K급 이하로 적정 강도를 확보할 필요가 있다.
또한, 열처리 후 70K급 이상의 고강도를 확보하기 위해서는 탄소 함량을 증가시켜 미세조직을 제어하거나, 크롬이나 보론 등과 같은 경화능 원소를 첨가하여 강도 향상 효과를 얻어야 한다. 경화능 원소를 첨가할 경우 경제성이 낮아지기 때문에 탄소 함량을 조정만으로 고강도를 확보하는 것이 바람직하나, 탄소 함량이 너무 높아지게 되면 조관 시 용접성이 저하될 가능성이 높다.
또한, 낮은 권취 온도를 적용하여 생산할 경우 열연강판의 강도가 높아져 조관 전 슬리팅 작업 시 소재 절단면 품질 저하가 발생할 수 있어 적정한 수준의 강도를 확보하는 것이 중요하다.
한국특허등록번호 제10-1546138호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 인장강도(TS): 510 ~ 720 MPa, 항복강도(YS): 340 ~ 450 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판은, 상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판은, 페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고, 상기 페라이트의 분율은 5% ~ 15%이고, 상기 펄라이트의 분율은 85% ~ 95%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판으로 형성된 강관은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 인장강도(TS): 720 ~ 980 MPa, 항복강도(YS): 480 ~ 890 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판으로 형성된 강관은, 상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판으로 형성된 강관은, 페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고, 상기 페라이트의 분율은 5% ~ 15%이고, 상기 펄라이트의 분율은 85% ~ 95%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,160℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 840℃ ~ 880℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 권취하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재는, 상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 권취하는 단계는 620℃ ~ 660℃의 권취온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판의 제조 방법에 의하여 제조된 열연강판은, 인장강도(TS): 510 ~ 720 MPa, 항복강도(YS): 340 ~ 450 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강관용 고강도 열연강판의 제조 방법에 의하여 제조된 열연강판은, 페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고, 상기 페라이트의 분율은 5% ~ 15%이고, 상기 펄라이트의 분율은 85% ~ 95%일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 조성 함량의 제어와 제조 공정 조건의 제어를 통하여, 목표하는 범위의 인장강도와 항복강도를 가지며, 고가공성을 함께 가지는 강관용 고강도 열연강판을 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강관용 고강도 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 합금원소의 함량 및 압연 조건을 제어하여, 용접성 및 성형성이 우수하고, 열처리 후 75K급 이상의 인장 강도를 확보할 수 있는, 고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판 및 그 제조방법을 제시한다.
고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판
이하, 본 발명의 일 측면인 고강도 및 고가공성을 가지는 강관용 고강도 열연강판에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 측면인 강관용 고강도 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 강관용 고강도 열연강판은, 상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또는, 본 발명의 일 측면인 강관용 고강도 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 강관용 고강도 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강판 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.30% ~ 0.35%
탄소는 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다. 탄소의 함량이 0.30% 미만인 경우에는, 합금원소 첨가 등을 통하여 충분한 열연 강판의 인장 강도 확보는 가능하지만 열처리 후 원하는 고강도 확보가 어려울 수 있다. 탄소의 함량이 0.35%를 초과하는 경우 용접성을 저하시키며 펄라이트 상의 분율이 지나치게 높아져 원하는 미세조직을 제어하기 어려워진다. 따라서, 탄소는 열연강판 전체 중량의 0.30% ~ 0.35%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%
실리콘은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가한다. 실리콘의 함량이 0.1% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가효과가 미미할 수 있다. 실리콘의 함량이 0.3%를 초과하는 경우에는, 붉은형 스케일을 유발하여 표면 품질을 저하시키며, 도금성을 크게 저하시킨다. 따라서, 실리콘은 열연강판 전체 중량의 0.1% ~ 0.3%로 첨가되는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%
망간은 철과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화 에 매우 효과적인 원소이다. 또한 망간은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 망간의 함량이 1.1% 미만인 경우에는, 강도 확보가 어려울 수 있다. 망간의 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는, S와 결합하여 다량의 MnS가 형성되어 내식성이 저하된다. 따라서, 망간은 열연강판 전체 중량의 1.1% ~ 1.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%
알루미늄은 탈산제로 사용되는 동시에 실리콘과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하며 강도를 향상시키는 역할을 한다. 알루미늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 알루미늄의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 강 내에 존재하는 N과 결합하여 조대한 AlN계 질화물을 생성하고, 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 알루미늄은 열연강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%
칼슘은 황과의 결합력이 높아 CaS 개재물을 형성함으로써 용접성에 저해를 주는 MnS의 생성을 억제하기 위해 첨가한다. 칼슘의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는, MnS 제어 효과가 저하된다. 칼슘의 함량이 0.003 중량%를 초과하는 경우에는, 연주성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 칼슘은 열연강판 전체 중량의 0.001% ~ 0.003%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 바나듐(V): 각각 0% 초과 ~ 0.01%
티타늄, 니오븀, 및 바나듐은 탄소 및 질소와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도를 증가시킬 수 있는 석출 경화형 원소이다. 티타늄, 니오븀, 바나듐의 함량이 0.01%를 각각 초과하는 경우에는, 항복 강도 및 항복비가 증가하고 연신율이 감소하여 가공성을 저하시킨다. 본 발명에서는 티타늄, 니오븀, 및 바나듐은 의도적으로 첨가하지 않고, 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 따라서, 티타늄, 니오븀, 및 바나듐은 각각 열연강판 전체 중량의 0.01% 이하로, 또는 0% 초과 ~ 0.01%로 함유되는 것이 바람직하다.
보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%
보론은 냉각 중 페라이트 변태 억제를 통한 강도 확보를 위해 첨가한다. 보론의 함량이 0.001%를 초과하는 경우에는, 충격특성을 급격히 저하시킬 수 있다. 본 발명에서는 보론은 의도적으로 첨가하지 않고, 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 따라서, 보론은 열연강판 전체 중량의 0.001% 이하로, 또는 0% 초과 ~ 0.001%로 함유되는 것이 바람직하다.
크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%
크롬, 니켈, 및 몰리브덴은 고용강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시킨다. 그러나, 크롬, 니켈, 및 몰리브덴의 함량의 총합이 0.1% 초과하는 경우에는, 경화능이 증가하여 연신율이 감소하며, 탄소 당량을 증가시켜 용접성이 저하될 수 있다.
본 발명에서는 크롬, 니켈, 및 몰리브덴은 의도적으로 첨가하지 않고, 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 따라서, 크롬, 니켈, 및 몰리브덴의 총합은 열연강판 전체 중량의 0.1% 이하로, 또는 0% 초과 ~ 0.1%로 함유되는 것이 바람직하다.
구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%
구리 및 주석의 함량의 총합이 0.1%를 초과하는 경우에는, 낮은 녹는점에 의해 열간 압연 시 표면의 결정립계에서 용융하여 견고한 스케일을 생성시키거나 결정립계를 따라 파괴가 일어날 수 있다. 본 발명에서는 구리 및 주석은 의도적으로 첨가하지 않고, 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 따라서, 구리 및 주석의 총합은 열연강판 전체 중량의 0.1% 이하로, 또는 0% 초과 ~ 0.1%로 함유되는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인(P)은 강의 입계에 편석되어 재질 편차를 발생하게 하며 강의 인성을 저하시키는 원인으로 작용한다. 본 발명에서는 인은 의도적으로 첨가하지 않고, 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 따라서, 인의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.01%
황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 가공성을 저하시킨다. 본 발명에서는 황은 의도적으로 첨가하지 않고, 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 따라서, 황의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 강관용 고강도 열연강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 열연강판의 제조방법을 통해 제조한 강관용 고강도 열연강판은, 인장강도(TS): 510 ~ 720 MPa, 항복강도(YS): 340 ~ 450 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족할 수 있다. 예를 들어, 연신율(EL)은 16% ~ 40%일 수 있고, 예를 들어, 연신율(EL)은 16% ~ 35일 수 있다.
상기 강관용 고강도 열연강판은, 페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가질 수 있다. 상기 페라이트의 분율은, 예를 들어 5% ~ 15%일 수 있고, 상기 펄라이트의 분율은, 예를 들어 85% ~ 95%일 수 있다. 상기 분율은 미세조직 사진을 이미지 분석기를 통하여 도출한 면적비율을 의미한다.
상기 강관용 고강도 열연강판은 조관 공정, 단조 공정 및 열처리 공정을 통하여 강관으로 형성될 수 있다. 상기 강관은 상술한 조관 공정, 단조 공정 및 열처리 공정 등에 의하여, 상기 열연강판과 동일한 조성을 가짐에도 인장강도 및 항복강도가 증가되는 등과 같이 기계적 특성이 변할 수 있다.
본 발명의 일 측면인 상기 강관용 고강도 열연강판을 열처리하여 형성한 강관은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 상기 강관용 고강도 열연강판을 열처리하여 형성한 강관은, 상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또는, 상기 강관용 고강도 열연강판을 열처리하여 형성한 강관은, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 강관의 열처리 공정은 800 ℃ 내지 900℃ 의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 강관은, 인장강도(TS): 720 ~ 980 MPa, 항복강도(YS): 480 ~ 890 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족할 수 있다. 예를 들어, 연신율(EL)은 16% ~ 40%일 수 있고, 예를 들어, 연신율(EL)은 16% ~ 35 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 강관용 고강도 열연강판의 제조방법이 제공된다. 이에 따르면 전술한 합금 조성으로 이루어지는 강재를 1,160℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 840℃ ~ 880℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 냉각하는 단계는 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행될 수 있다.
상기 권취하는 단계는 620℃ ~ 660℃의 권취온도에서 수행될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 강관용 고강도 열연강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
강관용 고강도 열연강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강관용 고강도 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
상기 열연강판을 형성하기 위한 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 또한, 상기 강재는 상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강관용 고강도 열연강판의 제조방법은, 재가열단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 권취 단계(S140)를 포함한다.
재가열 단계(S110)
재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강재를, 예를 들어 슬라브 판재를, 1,160℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 약 2 시간 ~ 4시간 동안 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,160℃ 미만인 경우에는, 열간 압연시 압연 부하가 야기될 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,220℃를 초과하는 경우에는, 결정립의 조대화로 인해 강판의 강도가 저하될 수 있다.
열간압연 단계(S120)
상기 가열된 강재는 먼저 그 형상의 조정을 위해 가열 후에 열간압연을 실시한다. 상기 열간압연은 폭압연, 조압연, 및 사상압연으로 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 열간압연 단계에 의하여, 상기 강재는 강판을 형성할 수 있다.
상기 열간압연은, 840℃ ~ 880℃의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 880℃를 초과하는 경우에는, 강판의 표면 스케일 발생으로 인한 강판의 품질이 저하될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 840℃ 미만인 경우에는, 결정립이 미세화되어 항복비가 높아지거나 이상영역의 압연에 의해 혼립 조직이 발생하여 강판의 가공성이 저하되거나 또는 압연 공정에 부하를 야기할 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 620℃ ~ 660℃로 냉각을 수행한다. 상기 냉각은 공냉 및 수냉 모두 가능하다. 상기 냉각속도는 조대한 결정립 성장을 최대한 억제할 수 있는 범위로 설정될 수 있다. 상기 냉각속도가 20℃/초 미만인 경우에는, 충분히 냉각이 이루어지지 않아 고온에서 생성되는 스케일을 생성할 수 있다. 상기 냉각속도가 60℃/초를 초과하는 경우에는, 열연강판의 평탄도를 확보하기 어려울 수 있다.
권취 단계(S140)
상기 냉각된 강재를 620℃ ~ 660℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 강재를 권취한다. 상기 권취온도가 620℃ 미만이 경우에는, 결정립 미세화로 강도가 증가하여 조관이 어려워지고, 용접성이 저하될 수 있다. 상기 권취온도가 660℃를 초과하는 경우에는, 충분한 강도 확보가 어려울 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 1 및 표 2는 비교예들과 실시예들의 열연강판들의 조성을 나타낸다. 표 1 및 표 2에서 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 단위는 중량%이다.
구분 C Mn Al Ca Si Ti Nb
실시예 0.32 1.28 0.031 0.0012 0.20 0.002 0
비교예1 0.32 1.26 0.039 0.0016 0.20 0.002 0.001
비교예2 0.11 0.45 0.025 0.0023 0.092 0.001 0.001
비교예3 0.34 1.25 0.021 0.0003 0.17 0.019 0.001
비교예4 0.28 1.37 0.018 0.0016 0.19 0.020 0.001
구분 V B P S Cr+Ni+Mo Cu+Sn
실시예 0.001 0 0.015 0.0011 0.030 0.047
비교예1 0.001 0.0002 0.0066 0.0020 0.030 0.025
비교예2 0 0.0001 0.011 0.0015 0.030 0.020
비교예3 0.002 0.0018 0.012 0.0012 0.180 0.024
비교예4 0.001 0.0015 0.013 0.0019 0.080 0.033
표 3은 비교예들과 실시예들의 열연강판들을 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 재가열온도 (℃) 열간압연 종료온도 (℃) 권취온도 (℃)
실시예 1,184 842 646
비교예1 1,196 837 593
비교예2 1,190 892 579.2
비교예3 1,223 897 629
비교예4 1,195 831 583
표 4는 상기 제조된 열연강판 및 강관에 대하여, 기계적 물성으로서, 항복강도(YS), 인장강도(TS), 및 연신율(EL)을 각각 측정하여 그 결과를 나타낸다.
구분 열연강판 강관
인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)		 인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)
실시예 626 357 31 915 767 18
비교예1 757 471 30 - - -
비교예2 424 273 39 376 240 43
비교예3 748 477 22 - - -
비교예4 653 403 31 996 904 23
표 1 내지 표 4를 참조하면, 본 발명이 제시한 합금 원소의 조성비 및 제조 조건을 모두 만족한 실시예의 열연강판은 목표로 하는 인장강도, 항복강도 및 연신율을 만족하였다. 또한, 상기 열연강판을 이용하여 형성한 강관은 상기 열연강판의 인장강도와 항복강도에 비하여 높은 목표의 인장강도, 항복강도를 만족하고, 연신율 또한 만족하였다. 따라서, 열연강판은 강관을 형성하기에 적절한 인장강도, 항복강도 및 연신율을 가지며, 이에 따라 형성된 강관은 열처리 공정 등에 의하여 인장강도 및 항복강도의 증가가 발생하게 되어 목표 물성을 확보할 수 있다.
비교예1의 경우에는, 본 발명이 제시한 합금 원소의 조성비를 만족하지만, 권취온도가 낮은 경우로서, 열연강판의 인장강도와 항복강도가 목표 범위에 비하여 높게 나타났다. 이와 같이 인장강도와 항복강도가 높은 경우에는, 상기 열연강판의 성형 시에 높은 하중을 인가하여야 하므로, 완제품인 강관을 형성하기 어려울 수 있다.
비교예2의 경우에는, 탄소(C)와 망간(Mn)이 목표 함량 범위에 비하여 낮으며, 권취 온도가 낮은 경우로서, 열연강판 및 완제품인 강관의 인장강도와 항복강도가 목표 범위에 비하여 낮게 나타났다. 따라서, 강관의 목표 물성을 확보하지 못하였다.
비교예3의 경우에는, 석출경화형 원소인 티타늄(Ti), 경화능 원소인 크롬(Cr)과 보론(B)이 목표 함량 범위에 비하여 높은 경우로서, 열연강판의 인장강도와 항복강도가 목표 범위에 비하여 높게 나타났다. 이와 같이 인장강도와 항복강도가 높은 경우에는, 상기 열연강판의 성형 시에 높은 하중을 인가하여야 하므로, 완제품인 강관을 형성하기 어려울 수 있다.
비교예4의 경우에는, 탄소(C)가 목표 함량 범위에 비하여 낮으며, 석출경화형 원소인 티타늄(Ti)과 경화능 원소인 크롬(Cr)이 목표 함량 범위에 비하여 높은 경우로서, 완제품인 강관의 인장강도와 항복강도가 목표 범위에 비하여 높게 나타났다. 따라서, 강관의 목표 물성을 확보하지 못하였다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (12)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    인장강도(TS): 510 ~ 720 MPa, 항복강도(YS): 340 ~ 450 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족하는,
    강관용 고강도 열연강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관용 고강도 열연강판은,
    상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    강관용 고강도 열연강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관용 고강도 열연강판은,
    페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고,
    상기 페라이트의 분율은 5% ~ 15%이고,
    상기 펄라이트의 분율은 85% ~ 95%인,
    강관용 고강도 열연강판.
  4. 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    인장강도(TS): 720 ~ 980 MPa, 항복강도(YS): 480 ~ 890 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족하는,
    강관.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 강관은,
    상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    강관.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관은,
    페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고,
    상기 페라이트의 분율은 5% ~ 15%이고,
    상기 펄라이트의 분율은 85% ~ 95%인,
    강관.
  7. 중량%로, 탄소(C): 0.30% ~ 0.35%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.3%, 망간(Mn): 1.1% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 칼슘(Ca): 0.001% ~ 0.003%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,160℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 가열된 강재를 840℃ ~ 880℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 강재를 권취하는 단계;를 포함하는,
    강관용 고강도 열연강판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 강재는,
    상기 기타 불가피한 불순물로서, 중량%로, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.01%, 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%, 보론(B): 0% 초과 ~ 0.001%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 및 구리(Cu) 및 주석(Sn)의 총합: 0% 초과 ~ 0.1%, 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    강관용 고강도 열연강판의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행되는,
    강관용 고강도 열연강판의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 권취하는 단계는 620℃ ~ 660℃의 권취온도에서 수행되는,
    강관용 고강도 열연강판의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 강관용 고강도 열연강판의 제조 방법에 의하여 제조된 열연강판은, 인장강도(TS): 510 ~ 720 MPa, 항복강도(YS): 340 ~ 450 MPa, 및 연신율(EL): 16% 이상을 만족하는,
    강관용 고강도 열연강판의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 강관용 고강도 열연강판의 제조 방법에 의하여 제조된 열연강판은,
    페라이트와 펄라이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고,
    상기 페라이트의 분율은 5% ~ 15%이고,
    상기 펄라이트의 분율은 85% ~ 95%인,
    강관용 고강도 열연강판의 제조 방법.
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KR101546138B1 (ko) 2013-08-30 2015-08-21 현대제철 주식회사 열연강판 및 그 제조 방법

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