KR20230091585A - 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판 및 강관과 이들의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판 및 강관과 이들의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판 및 강관과 이들의 제조방법에 관한 것이다.
도로의 지하화를 위한 지하 터널, 지하 환승 센터 및 지하 쇼핑 센터 등의 시설이 늘어남에 따라, 그 시설물의 기반이 되는 지반 보강재의 필요성이 증대되고 있다. 이에 따라, 지반보강용 강관 규격(KS D 3872)이 신규 제정되었다. 토목, 건축 등의 지반 구조물 보강에 사용되는 지반보강용 강관은 길이방향으로 YS: 800 MPa, TS: 860 MPa, EL: 10% 이상을 만족해야 한다. 해당 물성을 만족하기 위해 열연강판에서는 YS: 700 MPa 이상, TS: 750 MPa 이상의 고강도와 EL: 15% 이상의 성형성이 요구된다. 베이나이트, 마르텐사이트 등의 저온 조직을 활용하면 고강도를 얻기는 용이하나, 해당 조직은 용접 후 느린 냉각속도로 인해 용접부 연화를 발생시켜 용접부의 물성을 저해하는 불리한 측면이 있다.
한편, 지반보강용으로 적합한 소구경 강관을 제조하기 위해서는, 강관의 작은 직경으로 인해 조관시 가공 경화를 많이 받게 되기 때문에 성형성이 우수해야 하고, 형상 불량없이 조관이 가능하기 위해서는 미세조직이 균일해야 한다.
본 발명의 일측면은, 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판 및 강관과 이들의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.05~0.1%, Si: 0.1% 이하(0%는 제외), Mn: 1.5~1.9%, Ti: 0.05~0.15%, Nb: 0.03~0.1%, Mo: 0.03~0.1%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.02% 이하(0%는 제외), N: 0.01% 이하(0%는 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 만족하며, 면적%로, 90% 이상의 페라이트를 포함하는 미세조직을 가지고, 상기 페라이트의 결정립은 15㎛ 이하의 평균 크기를 가지며, Ti, Nb, Mo를 단독 혹은 복합으로 함유하는 탄화물을 0.05중량% 이상 포함하고, 상기 탄화물은 20nm 이하의 평균 크기를 가지는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판을 제공한다.
[관계식 1] 0.002 ≤ (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.004
[관계식 2] 0.002 ≤ (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.006
(단, 상기 관계식 1 및 2에서 각 합금원소의 함량은 중량%를 의미함.)
본 발명의 다른 실시형태는 상기 열연강판을 이용하여 제조된 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.05~0.1%, Si: 0.1% 이하(0%는 제외), Mn: 1.5~1.9%, Ti: 0.05~0.15%, Nb: 0.03~0.1%, Mo: 0.03~0.1%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.02% 이하(0%는 제외), N: 0.01% 이하(0%는 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 강 슬라브를 1150~1300℃의 온도 범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 800~950℃의 온도 범위에서 마무리 열간 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 550~700℃의 온도 범위에서 권취하는 단계;를 포함하는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판의 제조방법을 제공한다.
[관계식 1] 0.002 ≤ (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.004
[관계식 2] 0.002 ≤ (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.006
(단, 상기 관계식 1 및 2에서 각 합금원소의 함량은 중량%를 의미함.)
본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 제조방법에 의해 제조된 열연강판을 조관하여 강관을 얻는 단계를 포함하는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판 및 강관과 이들의 제조방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 열연강판에 대하여 설명한다. 먼저, 본 발명의 합금조성에 대해서 설명한다. 하기 설명되는 합금조성의 함량은 중량%이다.
C: 0.05~0.1%
C는 고용강화 효과뿐만 아니라 Ti, Nb, Mo와의 탄화물 형성을 위해 첨가되며, 인장강도 확보를 위한 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 0.1%를 초과하는 경우 탄화물 조대화가 일어나 석출강화효과를 충분히 확보할 수 없고, 미세조직에서 펄라이트 분율이 증가하여, 본 발명에서 얻고자 하는 90% 이상의 페라이트를 확보할 수 없다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.05~0.1%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 C 함량의 하한은 0.06%인 것이 보다 바람직하고, 0.065%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.07%인 것이 가장 바람직하다. 상기 C 함량의 상한은 0.09%인 것이 보다 바람직하고, 0.085%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.08%인 것이 가장 바람직하다.
Si: 0.1% 이하(0%는 제외)
Si은 강의 탈산에 유용할 뿐만 아니라, 고용강화를 통한 강도 확보에 효과적이다. 다만, 상기 Si의 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 실리콘 산화물을 형성하여 도금을 어렵게 하는 단점이 있다. 따라서, 상기 Si의 함량은 0.1% 이하인 것이 바람직하다. 상기 Si 함량은 0.08%이하인 것이 보다 바람직하고, 0.065%이하인 것이 보다 더 바람직하며, 0.05%이하인 것이 가장 바람직하다.
Mn: 1.5~1.9%
Mn은 고용강화 효과 및 용접 후 냉각시 용접부의 경화능을 확보하기 위해 첨가된다. 상기 효과를 얻기 위해서 1.5% 이상인 것이 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 1.9%를 초과하는 경우 Mn 편석이 증가하여 연속주조시 불량 및 재질 편차가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 1.5~1.9%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Mn 함량의 하한은 1.55%인 것이 보다 바람직하고, 1.6%인 것이 보다 더 바람직하며, 1.65%인 것이 가장 바람직하다. 상기 Mn 함량의 상한은 1.85%인 것이 보다 바람직하고, 1.8%인 것이 보다 더 바람직하며, 1.75%인 것이 가장 바람직하다.
Ti: 0.05~0.15%
Ti는 석출강화 효과 및 결정립 조대화 억제를 위해 첨가한다. 상기 Ti의 함량이 0.05% 미만인 경우 본 발명에서 목표로 하는 고강도를 얻기 힘들며, 0.15%를 초과하는 경우에는 조대한 탄화물이 형성되어 석출강화에 효과적이지 않게 된다. 따라서, 상기 Ti의 함량은 0.05~0.15%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Ti 함량의 하한은 0.07%인 것이 보다 바람직하고, 0.08%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.09%인 것이 가장 바람직하다. 상기 Ti 함량의 상한은 0.14%인 것이 보다 바람직하고, 0.13%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.12%인 것이 가장 바람직하다.
Nb: 0.03~0.1%
Nb은 석출강화 효과와 더불어 열간압연 중 재결정을 억제하여 보다 미세한 결정립 크기를 얻기 위해 첨가한다. 상기 Nb의 함량이 0.03% 미만인 경우 충분한 석출강화 효과를 얻기 어렵고, 0.1%를 초과하는 경우 조대한 석출물 형성으로 인해 강도가 하락할 수 있다. 따라서, 상기 Nb의 함량은 0.03~0.1%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Nb 함량의 하한은 0.035%인 것이 보다 바람직하고, 0.038%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.04%인 것이 가장 바람직하다. 상기 Nb 함량의 상한은 0.08%인 것이 보다 바람직하고, 0.07%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.06%인 것이 가장 바람직하다.
Mo: 0.03~0.1%
Mo는 석출물 성장을 억제하기 위해 첨가된다. 또한, 페라이트의 형성을 지연시켜 낮은 온도에서 페라이트가 형성되도록 하여 결정립 미세화에도 기여한다. 상기 Mo의 함량이 0.03% 미만인 경우 상기 효과를 충분히 얻기 힘들 수 있다. 반면, 0.1% 초과하는 경우 경제성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 Mo의 함량은 0.03~0.1%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Mo 함량의 하한은 0.035%인 것이 보다 바람직하고, 0.04%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.045%인 것이 가장 바람직하다. 상기 Mo 함량의 상한은 0.09%인 것이 보다 바람직하고, 0.08%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.07%인 것이 가장 바람직하다.
P: 0.02% 이하(0%는 제외)
P는 불순물 원소로서 결정립계에 편석되어 인성을 떨어뜨리므로 가능한 포함하지 않는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 그 상한을 0.02%로 제한한다. 상기 P 함량은 0.018% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.017% 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 0.015% 이하인 것이 가장 바람직하다.
S: 0.02% 이하(0%는 제외)
S는 불순물 원소로서 MnS를 형성시키는 주요 원소이며, 조대한 MnS의 형성으로 인해 인성을 저하시키므로, 본 발명에서는 그 함량을 0.02% 이하로 제한한다. 상기 S 함량은 0.015% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.01% 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 0.005% 이하인 것이 가장 바람직하다.
N: 0.01% 이하(0%는 제외)
N은 불순물 원소로서 그 함량이 0.01%를 초과하는 경우 고온에서 Ti, Nb와 반응하여 질화물을 형성하기 때문에 실질적으로 석출강화에 기여하는 Ti, Nb의 함량을 저감시켜 강재의 강도를 저하시키는 단점이 있다. 따라서, 상기 N의 함량은 0.01% 이하인 것이 바람직하다. 상기 N 함량은 0.008% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.007% 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 0.006% 이하인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 열연강판은 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 것이 바람직하다.
[관계식 1] 0.002 ≤ (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.004
상기 관계식 1은 석출강화원소인 Ti, Mo, Nb의 함량을 제어함으로써 강도를 향상시키기 위한 파라미터이다. 상기 (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93)의 값이 0.002 미만인 경우에는 석출물 양이 너무 적어 강도 향상에 효과적이지 못하다. 반면, 상기 (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93)의 값이 0.004를 초과하는 경우에는 석출물의 조대화로 인해 효과적인 석출강화 효과를 얻지 못할 수 있다.
[관계식 2] 0.002 ≤ (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.006
상기 관계식 2는 석출강화 효과에 사용되는 C의 함량을 제외한 고용강화 효과에 사용되는 C의 함량을 나타내는 파라미터이다. 상기 (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93)의 값이 0.002 미만인 경우에는 페라이트 상이 충분한 강도를 얻지 못하기 때문에 본 발명에서 목표로 하는 고강도를 달성할 수 없다. 반면, 상기 (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93)의 값이 0.006를 초과할 경우 잔존하는 C의 함량이 과도하게 증가함에 따라 석출물이 쉽게 조대해져 목표 강도를 얻을 수 없고, 펄라이트 분율이 증가하여 본 발명에서 목표로 하는 90% 이상의 페라이트를 얻기 어렵다. 또한, 상대적으로 냉각속도가 느린 강판의 중심부에서 펄라이트의 형성이 촉진됨에 따라 표면과 내부의 경도차가 크게 발생하게 된다. 이로 인해, 강관에서도 두께방향으로 경도차가 발생하게 된다. 아울러, 전조 가공 시에 특정 부분이 가공을 많이 받아 형상 불량, 크랙 발생 등의 문제를 야기할 수 있다. 전조 가공이란 강관 표면에 돌기를 형성하는 공정을 의미한다.
상술한 강 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물은 통상의 철강 제조공정에서 의도되지 않게 혼입될 수 있는 것으로, 이를 전면 배제할 수는 없으며, 통상의 철강제조 분야의 기술자라면 그 의미를 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명은, 앞서 언급한 강 조성 이외의 다른 조성의 첨가를 전면적으로 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 열연강판은 면적%로, 90% 이상의 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 우수한 성형성을 확보하기 위하여 90% 이상의 페라이트를 확보하는 것이 중요하다. 본 발명의 미세조직은 이론적으로는 페라이트 단상인 것이 바람직하나, 제조공정 상 불가피하게 펄라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 하나 이상이 형성될 수 있다. 다만, 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 저온변태상이 많아지게 되면 성형성이 저하된다. 또한, 강관 표면에 펄라이트가 존재하게 되면 경질상인 시멘타이트에 의해 전조 가공 중 크랙이 발생하기 쉽다. 따라서, 상기 잔부 조직은 가능한 적을수록 바람직하다. 상기 페라이트의 분율은 93% 이상인 것이 보다 바람직하고, 95% 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 상기 페라이트는 폴리고날 페라이트, 베이니틱 페라이트 및 애시큘러 페라이트 중 하나 이상일 수 있다.
이 때, 상기 페라이트의 결정립은 15㎛ 이하의 평균 크기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 페라이트의 결정립 크키가 15㎛를 초과하는 경우에는 결정립 조대화로 인하여 충분한 강도를 얻지 못할 수 있다. 상기 페라이트의 결정립 크기는 12㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 10㎛ 이하인 것이 보다 더 바람직하다.
본 발명의 열연강판은 Ti, Nb, Mo를 단독 혹은 복합으로 함유하는 탄화물을 0.05중량% 이상 포함하는 것이 바람직하며, 상기 탄화물은 20nm 이하의 평균 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이, 평균 크기가 20nm 이하인 미세한 탄화물을 0.05중량% 이상으로 다량 형성시킴으로써, 탄화물의 파괴가 일어나지 않으면서도 우수한 강도 향상 효과를 얻을 수 있다. 상기 탄화물의 분율은 0.07중량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.08중량% 이상인 것이 보다 더 바람직하며, 0.05중량% 이상인 것이 가장 바람직하다. 상기 탄화물의 평균 크기는 15nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 10nm 이하인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 본 발명에서는 상기 탄화물이 다량 형성될수록 유리하므로, 그 상한에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 강에 포함되는 Ti, Nb, Mo의 함량을 고려하면, 0.2중량%를 초과하기는 어렵다.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 열연강판은 항복강도(YS): 700MPa 이상, 인장강도(TS): 750MPa 이상 및 연신율(EL): 15%이상으로서 우수한 강도와 성형성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 열연강판을 이용하여 제조된 강관을 제공할 수 있다.
본 발명의 강관은 항복강도(YS): 800MPa 이상, 인장강도(TS): 860MPa 이상, 연신율(EL): 10%이상으로서 우수한 강도와 성형성을 확보할 수 있다.
한편, 전조 가공시 강관의 두께 방향으로 균일하게 변형되어야 가공 중 응력집중에 의한 불량이 발생하지 않고 안정적인 전조 가공이 가능한데, 본 발명의 강관은 경도 편차가 15% 이하로서 균일한 경도를 확보하여 전조 가공에 유리한 장점이 있다. 상기 경도 편차는 강관의 표면으로부터 두께 방향으로 0.5mm, t/4, t/2 지점(t: 강관 두께)에서 측정된 각각의 경도값으로부터 [(최대경도값-최소경도값)/최대경도값×100]으로 정의될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 열연강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 전술한 합금조성과 관계식 1 및 2를 만족하는 강 슬라브를 1150~1300℃의 온도 범위에서 재가열한다. 상기 강 슬라브를 1150~1300℃의 온도 범위에서 재가열하는 것은 합금조성 및 미세조직을 균일하게 하기 위함이다. 상기 재가열온도가 1150℃ 미만인 경우에는 슬라브에 형성된 석출물이 미고용되어 이후 공정에서 최적의 석출강화 효과를 얻을 수 없다. 또한, 재가열온도가 1300℃를 초과하는 경우에는 과도한 결정립 성장이 발생하여 목표로 하는 재질 및 품질을 확보하기 어렵다. 따라서, 상기 강 슬라브의 재가열온도는 1150~1300℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 재가열온도의 하한은 1170℃인 것이 보다 바람직하고, 1180℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1200℃인 것이 가장 바람직하다. 상기 재가열온도의 상한은 1290℃인 것이 보다 바람직하고, 1270℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1250℃인 것이 가장 바람직하다.
이후, 상기 재가열된 강 슬라브를 800~950℃의 온도 범위에서 마무리 열간 압연하여 열연강판을 얻는다. 상기 마무리 열간압연 온도가 800℃ 미만인 경우에는 오스테나이트 일부가 페라이트로 변태하여 최종적으로 얻어지는 결정립의 크기가 불균일해지며, 950℃를 초과하는 경우에는 스케일 결함 등이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 마무리 열간압연 온도는 800~950℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 마무리 열간압연 온도의 하한은 820℃인 것이 보다 바람직하고, 825℃인 것이 보다 더 바람직하며, 850℃인 것이 가장 바람직하다. 상기 마무리 열간압연 온도의 상한은 940℃인 것이 보다 바람직하고, 920℃인 것이 보다 더 바람직하며, 900℃인 것이 가장 바람직하다.
이후, 상기 열연강판을 550~700℃의 온도 범위에서 권취한다. 상기 권취온도가 550℃ 미만인 경우에는 본 발명이 얻고자 하는 미세조직을 얻지 못할 뿐만 아니라, 탄화물 형성이 충분하지 않아 충분한 석출강화 효과를 얻을 수 없고, 700℃를 초과하는 경우에는 탄화물의 조대화가 일어나 목표하는 강도를 얻을 수 없다. 따라서, 상기 권취온도는 550~700℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 권취온도의 하한은 600℃인 것이 보다 바람직하고, 620℃인 것이 보다 더 바람직하며, 640℃인 것이 가장 바람직하다. 상기 권취온도의 상한은 680℃인 것이 보다 바람직하고, 665℃인 것이 보다 더 바람직하며, 650℃인 것이 가장 바람직하다. 한편, 상기 마무리 열간압연 후 권취시까지의 냉각은 런아웃 테이블에서 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에서는 전술한 공정을 통해 열연강판을 얻은 뒤, 상기 열연강판을 조관함으로써 강관을 얻을 수 있다. 이 때, 상기 조관시 용접 방법으로는 전기저항용접(ERW) 등이 이용될 수 있다. 아울러, 본 발명에서는 상기 강관을 얻는 단계 후 상기 강관을 전조 가공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1에 기재된 합금조성을 갖는 강 슬라브를 준비한 뒤, 하기 표 2에 기재된 조건으로 재가열, 마무리 열간압연 및 권취하여 2.8~6mm의 두께를 갖는 열연강판을 제조하였다. 이후, 이 제조된 열연강판을 조관하여 강관을 제조하였다. 이 때, 상기 조관시 일반적인 전봉강관 제조방법인 롤 성형과 전기저항용접을 이용하였으며, 소재의 두께(t)와 강관의 직경(D)에 따르는 조관 조건(t/D)은 14% 이상을 적용하였다. 이와 같이 제조된 열연강판 및 강관에 대하여 미세조직, 석출물 및 기계적 물성을 측정하였고, 강관에 대해서 추가적으로 두께방향 위치별 경도를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 3 및 4에 나타내었다.
미세조직의 종류 및 분율은 광학현미경(OM)을 사용하여 측정하였다. 또한, 페라이트 결정립 크기는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 촬영한 후 ASTM E 112의 Circular intercept 법을 활용하여 측정하였다.
석출물의 크기는 carbon replica 법을 이용하여 시편으로부터 석출물을 채취하고, 투과전자현미경(TEM)을 활용하여 측정하였다. 석출물의 분율은 잔사추출법을 활용하여 Ti, Nb, Mo의 함량을 측정함으로써 구하였다.
항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(EL) KS B 0802 규격의 인장시험 방법으로 인장시험을 진행하여 측정하였다. 열연강판의 경우 KS B 0801규격의 5호 시험편으로 길이방향을 열연 압연방향에 맞추어 인장시편을 가공하였다. 또한, 강관의 경우 KS B 0801 규격의 11호 시험편을 사용하여 인장시험을 진행하였다.
두께방향 위치별 경도는 강관의 외측 표면으로부터 두께 방향으로 0.5mm, t/4, t/2 지점(t: 강관 두께)에 대하여 비커스경도계를 활용하여 1kg 하중으로 측정하였다. 이 때, 각 위치에서 5지점을 측정하여 평균값을 구하였다. 또한, 하기 표 3에 기재된 경도 편차는 상기 위치별로 측정된 각각의 경도값으로부터 [(최대경도값-최소경도값)/최대경도값×100]으로 계산하였다.
| 강종No. | 합금조성(중량%) | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Ti | Nb | Mo | N | 식 1 | 식 2 | |
| 발명강1 | 0.0699 | 0.012 | 1.668 | 0.0138 | 0.0038 | 0.0929 | 0.041 | 0.049 | 0.003 | 0.00289 | 0.00294 |
| 발명강2 | 0.0989 | 0.015 | 1.692 | 0.0134 | 0.0032 | 0.0895 | 0.038 | 0.051 | 0.003 | 0.00280 | 0.00544 |
| 발명강3 | 0.058 | 0.013 | 1.702 | 0.0138 | 0.0028 | 0.086 | 0.041 | 0.054 | 0.003 | 0.00280 | 0.00204 |
| 발명강4 | 0.071 | 0.015 | 1.892 | 0.0132 | 0.0042 | 0.103 | 0.04 | 0.052 | 0.003 | 0.00312 | 0.00280 |
| 발명강5 | 0.074 | 0.013 | 1.525 | 0.0133 | 0.0042 | 0.0989 | 0.038 | 0.054 | 0.003 | 0.00303 | 0.00314 |
| 발명강6 | 0.0846 | 0.012 | 1.725 | 0.0133 | 0.003 | 0.141 | 0.05 | 0.044 | 0.003 | 0.00393 | 0.00312 |
| 발명강7 | 0.0862 | 0.012 | 1.742 | 0.0135 | 0.0038 | 0.052 | 0.052 | 0.041 | 0.003 | 0.00207 | 0.00511 |
| 발명강8 | 0.0634 | 0.013 | 1.696 | 0.0138 | 0.0041 | 0.069 | 0.0951 | 0.064 | 0.004 | 0.00313 | 0.00216 |
| 발명강9 | 0.0653 | 0.014 | 1.667 | 0.0145 | 0.0042 | 0.082 | 0.032 | 0.065 | 0.004 | 0.00273 | 0.00271 |
| 발명강10 | 0.068 | 0.022 | 1.712 | 0.0175 | 0.0035 | 0.1011 | 0.043 | 0.092 | 0.003 | 0.00353 | 0.00214 |
| 발명강11 | 0.068 | 0.022 | 1.712 | 0.0175 | 0.0035 | 0.1011 | 0.043 | 0.033 | 0.003 | 0.00291 | 0.00275 |
| 비교강1 | 0.068 | 0.012 | 1.702 | 0.0151 | 0.0048 | 0.048 | 0.018 | 0.042 | 0.004 | 0.00163 | 0.00404 |
| 비교강2 | 0.072 | 0.013 | 1.682 | 0.0131 | 0.0035 | 0.16 | 0.041 | 0.049 | 0.003 | 0.00428 | 0.00172 |
| 비교강3 | 0.0702 | 0.015 | 1.435 | 0.0111 | 0.0042 | 0.1011 | 0.04 | 0.058 | 0.003 | 0.00314 | 0.00281 |
| 비교강4 | 0.073 | 0.014 | 1.698 | 0.011 | 0.0042 | 0.0956 | 0.12 | 0.051 | 0.003 | 0.00381 | 0.00274 |
| 비교강5 | 0.043 | 0.013 | 1.703 | 0.0113 | 0.0034 | 0.102 | 0.041 | 0.053 | 0.003 | 0.00312 | 0.00047 |
| 비교강6 | 0.115 | 0.018 | 1.688 | 0.0142 | 0.0044 | 0.1011 | 0.04 | 0.048 | 0.003 | 0.00304 | 0.00655 |
| 비교강7 | 0.0989 | 0.013 | 1.172 | 0.0113 | 0.0033 | 0.062 | 0.035 | 0.032 | 0.004 | 0.00200 | 0.00624 |
| 비교강8 | 0.082 | 0.014 | 1.55 | 0.0135 | 0.0042 | 0.123 | 0.072 | 0.082 | 0.003 | 0.00419 | 0.00264 |
| [식 1] (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) [식 2] (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) |
|||||||||||
| 구분 | 강종No. | 재가열온도(℃) | 마무리 열간압연온도(℃) | 권취온도(℃) |
| 발명예1 | 발명강1 | 1214 | 892 | 612 |
| 발명예2 | 발명강1 | 1156 | 888 | 614 |
| 발명예3 | 발명강1 | 1208 | 806 | 624 |
| 발명예4 | 발명강1 | 1231 | 945 | 631 |
| 발명예5 | 발명강1 | 1210 | 878 | 552 |
| 발명예6 | 발명강1 | 1212 | 869 | 692 |
| 비교예1 | 발명강1 | 1121 | 891 | 614 |
| 비교예2 | 발명강1 | 1213 | 789 | 621 |
| 비교예3 | 발명강1 | 1215 | 972 | 622 |
| 비교예4 | 발명강1 | 1208 | 885 | 518 |
| 비교예5 | 발명강1 | 1209 | 886 | 711 |
| 발명예7 | 발명강2 | 1210 | 895 | 615 |
| 발명예8 | 발명강3 | 1205 | 900 | 612 |
| 발명예9 | 발명강4 | 1214 | 895 | 613 |
| 발명예10 | 발명강5 | 1222 | 873 | 624 |
| 발명예11 | 발명강6 | 1205 | 865 | 618 |
| 발명예12 | 발명강7 | 1198 | 857 | 614 |
| 발명예13 | 발명강8 | 1202 | 858 | 611 |
| 발명예14 | 발명강9 | 1195 | 868 | 608 |
| 발명예15 | 발명강10 | 1194 | 884 | 603 |
| 발명예16 | 발명강11 | 1213 | 868 | 603 |
| 비교예6 | 비교강1 | 1211 | 890 | 620 |
| 비교예7 | 비교강2 | 1201 | 912 | 608 |
| 비교예8 | 비교강3 | 1205 | 968 | 612 |
| 비교예9 | 비교강4 | 1211 | 867 | 608 |
| 비교예10 | 비교강5 | 1205 | 901 | 621 |
| 비교예11 | 비교강6 | 1209 | 895 | 612 |
| 비교예12 | 비교강7 | 1210 | 876 | 618 |
| 비교예13 | 비교강8 | 1205 | 865 | 582 |
| 구분 | 미세조직 | Ti, Nb, Mo를 단독 혹은 복합으로 함유하는 탄화물 | |||
| 페라이트 (면적%) |
잔부 (면적%) |
페라이트 결정립 크기(㎛) | 분율(중량%) | 평균 크기(nm) | |
| 발명예1 | 98.9 | P:1.1 | 8.8 | 0.107 | 5.6 |
| 발명예2 | 99.0 | P:1.0 | 8.5 | 0.095 | 5.5 |
| 발명예3 | 97.2 | P:2.8 | 6.7 | 0.123 | 10.8 |
| 발명예4 | 95.9 | P:4.1 | 13.5 | 0.122 | 6.2 |
| 발명예5 | 92.8 | B:6.1, M:1.1 | 7.8 | 0.076 | 4.8 |
| 발명예6 | 90.3 | P : 9.7 | 7.9 | 0.128 | 7.5 |
| 비교예1 | 98.8 | P:1.2 | 8.3 | 0.046 | 6.2 |
| 비교예2 | 97.5 | P:2.5 | 6.5 | 0.102 | 28.4 |
| 비교예3 | 98.2 | P:1.8 | 15.3 | 0.093 | 6.8 |
| 비교예4 | 86.3 | B:12.5, M:1.2 | 8.0 | 0.044 | 5.5 |
| 비교예5 | 86.8 | P:13.2 | 10.3 | 0.106 | 23.1 |
| 발명예7 | 91.2 | P:8.8 | 8.8 | 0.111 | 14.2 |
| 발명예8 | 99.2 | P:0.8 | 9.2 | 0.092 | 4.8 |
| 발명예9 | 99.0 | P:1.0 | 9.8 | 0.087 | 7.0 |
| 발명예10 | 98.5 | P:1.5 | 9.7 | 0.114 | 4.5 |
| 발명예11 | 98.0 | P:2.0 | 7.5 | 0.141 | 18.2 |
| 발명예12 | 98.2 | P:1.8 | 8.3 | 0.072 | 5.9 |
| 발명예13 | 98.1 | P:1.9 | 5.2 | 0.115 | 6.8 |
| 발명예14 | 99.5 | P:0.5 | 9.2 | 0.106 | 7.2 |
| 발명예15 | 96.8 | B:2.1, RA:1.1 | 8.5 | 0.110 | 3.8 |
| 발명예16 | 98.2 | P:1.8 | 9.8 | 0.101 | 6.7 |
| 비교예6 | 97.8 | P:2.2 | 10.2 | 0.046 | 6.5 |
| 비교예7 | 97.5 | P:2.5 | 8.1 | 0.156 | 52.5 |
| 비교예8 | 99.5 | P:0.5 | 14.6 | 0.049 | 9.8 |
| 비교예9 | 98.2 | P:1.8 | 4.8 | 0.131 | 51.3 |
| 비교예10 | 99.2 | P:0.8 | 9.2 | 0.059 | 6.6 |
| 비교예11 | 87.7 | P:12.3 | 9.5 | 0.113 | 22.1 |
| 비교예12 | 90.5 | P:9.5 | 7.5 | 0.047 | 6.7 |
| 비교예13 | 94.8 | P:5.2 | 6.9 | 0.175 | 48.2 |
| P: 펄라이트, RA: 잔류 오스테나이트, B: 베이나이트, M: 마르텐사이트 | |||||
| 구분 | 열연강판 | 강관 | ||||||||
| YS (MPa) |
TS (MPa) |
EL (%) |
YS (MPa) |
TS (MPa) |
EL (%) |
두께방향 위치별 경도(Hv) | 경도 편차 (%) |
|||
| 표면으로부터 0.5mm | t/4 | t/2 | ||||||||
| 발명예1 | 733 | 793 | 22.4 | 867 | 922 | 14 | 267 | 288 | 296 | 10 |
| 발명예2 | 712 | 769 | 23.1 | 825 | 882 | 14 | 273 | 275 | 297 | 8 |
| 발명예3 | 717 | 760 | 20.3 | 835 | 878 | 13 | 268 | 274 | 282 | 5 |
| 발명예4 | 734 | 797 | 21.5 | 872 | 922 | 14 | 272 | 290 | 288 | 6 |
| 발명예5 | 715 | 762 | 22.4 | 847 | 890 | 14 | 268 | 275 | 276 | 3 |
| 발명예6 | 712 | 775 | 21.8 | 821 | 894 | 14 | 268 | 279 | 288 | 7 |
| 비교예1 | 679 | 735 | 23.3 | 789 | 852 | 15 | 257 | 267 | 264 | 4 |
| 비교예2 | 651 | 743 | 24.1 | 774 | 848 | 15 | 260 | 265 | 267 | 3 |
| 비교예3 | 671 | 735 | 22.3 | 788 | 842 | 14 | 251 | 263 | 265 | 5 |
| 비교예4 | 672 | 752 | 21.1 | 781 | 862 | 14 | 255 | 272 | 277 | 8 |
| 비교예5 | 685 | 760 | 19.1 | 792 | 876 | 13 | 255 | 273 | 276 | 8 |
| 발명예7 | 711 | 798 | 20.1 | 838 | 932 | 14 | 273 | 291 | 294 | 7 |
| 발명예8 | 705 | 760 | 24.4 | 824 | 877 | 15 | 268 | 275 | 272 | 3 |
| 발명예9 | 736 | 807 | 21.4 | 843 | 911 | 14 | 271 | 285 | 278 | 5 |
| 발명예10 | 711 | 761 | 19.4 | 829 | 875 | 15 | 268 | 273 | 268 | 2 |
| 발명예11 | 781 | 853 | 18.4 | 935 | 1012 | 13 | 298 | 315 | 311 | 5 |
| 발명예12 | 706 | 759 | 23.1 | 816 | 861 | 14 | 254 | 265 | 268 | 5 |
| 발명예13 | 738 | 792 | 19.5 | 880 | 906 | 13 | 272 | 288 | 292 | 7 |
| 발명예14 | 711 | 761 | 21.5 | 836 | 878 | 14 | 260 | 272 | 276 | 6 |
| 발명예15 | 754 | 812 | 22.3 | 868 | 911 | 15 | 271 | 284 | 284 | 5 |
| 발명예16 | 714 | 772 | 22.3 | 851 | 885 | 14 | 264 | 275 | 272 | 4 |
| 비교예6 | 626 | 728 | 24.6 | 745 | 844 | 17 | 255 | 264 | 268 | 5 |
| 비교예7 | 679 | 746 | 23.2 | 786 | 856 | 16 | 257 | 269 | 266 | 4 |
| 비교예8 | 692 | 767 | 23.1 | 782 | 815 | 15 | 252 | 268 | 275 | 8 |
| 비교예9 | 675 | 772 | 24.0 | 781 | 878 | 16 | 265 | 274 | 285 | 7 |
| 비교예10 | 682 | 745 | 28.2 | 782 | 848 | 20 | 255 | 268 | 274 | 7 |
| 비교예11 | 684 | 788 | 18.3 | 782 | 887 | 13 | 258 | 315 | 278 | 18 |
| 비교예12 | 648 | 736 | 24.8 | 756 | 848 | 17 | 251 | 304 | 272 | 17 |
| 비교예13 | 681 | 742 | 20.2 | 787 | 851 | 14 | 259 | 272 | 268 | 5 |
상기 표 1 내지 4로부터 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성, 관계식 1 및 2와 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 16의 경우에는 본 발명이 얻고자 하는 미세조직 및 석출물을 확보함에 따라 우수한 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라, 강관의 두께방향 위치별 경도의 편차 또한 낮은 수준임을 알 수 있다.
비교예 1의 경우에는 본 발명의 합금조성은 만족하나, 강 슬라브 재가열온도가 낮음에 따라 석출강화원소 재고용이 부족하여 충분한 석출강화효과를 얻지 못하였다. 이로 인해, 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 2의 경우에는 본 발명의 합금조성은 만족하나, 마무리 열간압연온도가 낮음에 따라 압연 중 조대한 석출물의 형성으로 인해 충분한 석출강화효과를 얻지 못하였다. 이로 인해, 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 3의 경우에는 본 발명의 합금조성은 만족하나, 마무리 열간압연온도가 높음에 따라 결정립이 조대화되어 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 4의 경우에는 본 발명의 합금조성은 만족하나, 권취온도가 낮음에 따라 본 발명이 얻고자 하는 미세조직을 얻지 못하였을 뿐만 아니라, 충분한 석출강화효과를 얻지 못하여 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 5의 경우에는 본 발명의 합금조성은 만족하나, 권취온도가 높음에 따라 조대한 탄화물이 형성되어 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 6의 경우에는 Ti 및 Nb의 함량이 낮음에 따라 충분한 석출강화효과를 얻지 못하여 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 7의 경우에는 Ti 함량이 높음에 따라 조대한 탄화물의 형성으로 인해 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 8의 경우에는 Mn 함량이 낮음에 따라 고용강화 효과가 낮고, 냉각 중 상변태 조건의 변화로 인해 충분한 석출강화효과를 얻지 못하여 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 9의 경우에는 Nb 함량이 높음에 따라 조대한 탄화물의 형성으로 인해 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 10의 경우에는 관계식 2를 만족하지 않을 뿐만 아니라 C 함량이 낮음에 따라 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
비교예 11의 경우에는 C 함량이 높음에 따라 고용 C 함량이 높아져 펄라이트 함량이 증가하여 본 발명이 얻고자 하는 미세조직을 얻지 못하였고, 관계식 2를 만족하지 않음에 따라 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였을 뿐만 아니라 강관의 두께방향 위치별 경도의 편차 또한 커졌음을 알 수 있다.
비교예 12의 경우에는 관계식 2를 만족하지 않음에 따라 본 발명이 제안하는 석출물과 고용 C의 적절한 균형을 얻지 못하여 고강도를 확보하지 못하였을 뿐만 아니라 강관의 두께방향 위치별 경도의 편차가 커졌음을 알 수 있다.
비교예 13의 경우에는 관계식 1을 만족하지 않음에 따라 충분한 석출강화효과를 얻지 못하여 본 발명이 목표로 하는 고강도를 확보하지 못하였다.
Claims (9)
- 중량%로, C: 0.05~0.1%, Si: 0.1% 이하(0%는 제외), Mn: 1.5~1.9%, Ti: 0.05~0.15%, Nb: 0.03~0.1%, Mo: 0.03~0.1%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.02% 이하(0%는 제외), N: 0.01% 이하(0%는 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 관계식 1 및 2를 만족하며,
면적%로, 90% 이상의 페라이트를 포함하는 미세조직을 가지고,
상기 페라이트의 결정립은 15㎛ 이하의 평균 크기를 가지며,
Ti, Nb, Mo를 단독 혹은 복합으로 함유하는 탄화물을 0.05중량% 이상 포함하고,
상기 탄화물은 20nm 이하의 평균 크기를 가지는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판.
[관계식 1] 0.002 ≤ (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.004
[관계식 2] 0.002 ≤ (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.006
(단, 상기 관계식 1 및 2에서 각 합금원소의 함량은 중량%를 의미함.)
- 청구항 1에 있어서,
상기 미세조직은 잔부 조직으로서 펄라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 하나 이상을 포함하는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판.
- 청구항 1에 있어서,
상기 열연강판은 항복강도(YS): 700MPa 이상, 인장강도(TS): 750MPa 이상 및 연신율(EL): 15%이상인 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판.
- 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 열연강판을 이용하여 제조된 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관.
- 청구항 4에 있어서,
상기 강관은 항복강도(YS): 800MPa 이상, 인장강도(TS): 860MPa 이상 및 연신율(EL): 10%이상인 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관.
- 청구항 4에 있어서,
상기 강관은 경도 편차가 15% 이하인 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관.
(단, 상기 경도 편차는 강관의 표면으로부터 두께 방향으로 0.5mm, t/4, t/2 지점(t: 강관 두께)에서 측정된 각각의 경도값으로부터 [(최대경도값-최소경도값)/최대경도값×100]으로 정의됨.)
- 중량%로, C: 0.05~0.1%, Si: 0.1% 이하(0%는 제외), Mn: 1.5~1.9%, Ti: 0.05~0.15%, Nb: 0.03~0.1%, Mo: 0.03~0.1%, P: 0.02% 이하(0%는 제외), S: 0.02% 이하(0%는 제외), N: 0.01% 이하(0%는 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 강 슬라브를 1150~1300℃의 온도 범위에서 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 800~950℃의 온도 범위에서 마무리 열간 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 550~700℃의 온도 범위에서 권취하는 단계;를 포함하는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 열연강판의 제조방법.
[관계식 1] 0.002 ≤ (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.004
[관계식 2] 0.002 ≤ (C/12) - (Ti/48 + Mo/96 + Nb/93) ≤ 0.006
(단, 상기 관계식 1 및 2에서 각 합금원소의 함량은 중량%를 의미함.)
- 청구항 7에 기재된 제조방법에 의해 제조된 열연강판을 조관하여 강관을 얻는 단계를 포함하는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관의 제조방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 강관을 얻는 단계 후, 상기 강관을 전조 가공하는 단계를 추가로 포함하는 강도 및 성형성이 우수한 지반보강용 강관의 제조방법.
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