KR20230099407A - 저항복비 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

저항복비 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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김주은
권민성
김민수
이영호
정희정
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은, 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 저항복비 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YS): 550 MPa 이상, 인장강도(TS): 690 MPa 이상, 연신율(EL): 18% 이상, 및 항복비(YR): 85% 이하를 만족한다.

Description

저항복비 열연강판 및 그 제조방법{Hot rolled steel sheet having low yield ratio and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 국내에서 산발적으로 지진이 발생하여 이에 대비하기 위한 우수한 내진 특성을 갖는 안전 성능 강화용 강재에 대한 중요성이 대두되고 있다. 이러한 내진 특성은 소성 변형 능력에 의해 좌우되며 이를 향상시키기 위해 강재의 저항복비를 요구한다. 또한 내진용 열연 강판을 조관하여 건축 구조용으로 사용하기 때문에 강관 제조시 요구되는 용접성을 확보하기 위하여 탄소당량 및 용접 균열 감수성 등을 제어해야 한다.
일반적으로 내진용 강재의 경우에는 지진 진동 및 하중이 인가될 때 충분한 소성 변형을 수반할 필요가 있기 때문에 80% 이하의 항복비가 요구된다. 또한 조관 시 용접성을 향상시키기 위하여 낮은 탄소 당량 및 용접 균열 감수성을 확보할 필요가 있다.
일본특허출원번호 제2018-510136호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 저항복비 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YS): 550 MPa ~ 730 MPa, 인장강도(TS): 690 MPa ~ 860 MPa, 연신율(EL): 18% 이상, 및 항복비(YR): 85% 이하를 만족한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기타 불가피한 불순물로서 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% ~ 0.09%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 저항복비 열연강판은 0.5 이하의 탄소 당량(Ceq)을 가질 수 있다.
(여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 저항복비 열연강판은 0.3 이하의 용접균열 감수성 지수(Pcm)를 가질 수 있다.
(여기에서, Pcm = [C] + [Si]/30 + [Mn]/20 + [Cr]/20 + [Mo]/15 + [V]/10임)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 저항복비 열연강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,170℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 850℃ ~ 900℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 580℃ ~ 620℃의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 권취하는 단계를 수행한 후 제조된 상기 열연강판은 항복강도(YS): 550 MPa ~ 730 MPa, 인장강도(TS): 690 MPa ~ 860 MPa, 연신율(EL): 18% 이상, 및 항복비(YR): 85% 이하를 만족할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 85% 이하의 항복비 및 0.5 이하의 탄소당량과 0.3 이하의 용접 균열 감수성을 만족하는 70kg급 강재인 열연강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 실험예의 미세조직을 촬영한 사진이다.
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 발명의 기술적 사상은 열간 압연을 통해 용접성이 좋고 항복비가 낮은 70K급 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고강도 특성을 확보하기 위해서는 Nb, V과 같은 석출 경화형 합금 원소를 첨가하거나 압연 공정 중 마무리 압연 온도 및 권취 온도를 낮게 설정하여 미세 결정립에 의한 강도 향상 효과를 얻어야 한다. 그러나 석출 경화형 합금 원소 첨가량이 높거나 온도가 너무 낮을 경우, 인장강도 뿐 아니라 항복강도가 동시에 증가하여 저항복비를 확보하기가 어려워진다. 고강도와 저항복비를 동시에 확보하기 위해서는 Si, Mn, Mo과 같은 고용 강화형 합금 원소를 적절히 첨가하여 인장강도 대비 항복강도의 증가량를 제어해야 한다. 또한, 해당 열연 강판의 조관성을 확보하기 위하여 용접성을 저하시키는 원소 첨가량을 제어해야 하며, 탄소당량 및 용접균열 감수성 역시 고려해야 한다.
따라서 본 특허에서는 합금원소의 함량 및 압연 조건을 제어하여 저항복비를 만족하는 70kg급 열연 강재 및 그 제조 방법을 제시하고자 한다.
이하, 본 발명의 일 측면인 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판에 대하여 설명한다.
내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판
본 발명의 일 측면인 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 기타 불가피한 불순물로서, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%을 포함할 수 있다.
상기 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판은, 항복강도(YS): 550 MPa ~ 730 MPa, 인장강도(TS): 690 MPa ~ 860 MPa, 연신율(EL): 18% 이상, 및 항복비(YR): 85% 이하를 만족할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.05% ~ 0.10%
탄소는 강의 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다. 탄소의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 합금원소 첨가 등을 통하여 충분한 열연 강판의 인장 강도 확보는 가능하나 합금원소를 첨가하지 않는 경우보다 항복 강도가 높아져 저항복비 확보에 어려움이 있으며, 다량의 합금원소 첨가로 인한 경제성 역시 저하되게 된다. 탄소의 함량이 0.10%를 초과하는 경우에는, 용접성을 저하시키며 펄라이트 상의 분율이 지나치게 높아져 저온 충격 물성 확보가 어려우며 원하는 미세조직을 제어하기 어려워질 수 있다. 따라서, 탄소는 강판 전체 중량의 0.05% ~ 0.10%로 첨가되는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%
실리콘은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 및 고용강화 효과를 얻기 위해 첨가한다. 또한 페라이트 안정화 원소로, 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는 데에 효과적이다. 실리콘이 0.3% 미만인 경우 상술한 첨가 효과를 기대하기 어려우며, 0.5%를 초과하여 포함하는 경우에는 붉은형 스케일을 유발하여 표면 품질을 저하시키며, 도금성을 크게 저하시킨다. 따라서, 실리콘은 강판 전체 중량의 0.3% ~ 0.5%로 제어하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%
망간은 철과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적인 원소이고, 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 망간의 함량이 1.5% 미만인 경우에는, 강도 확보에 어려움이 있는바 상술한 첨가 효과가 불충분하다. 망간의 함량이 2.0%를 초과하는 경우에는, 황과 결합하여 다량의 MnS가 형성되어 소재의 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 망간은 강판 전체 중량의 1.5% ~ 2.0%로 첨가되는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인은 황과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강재의 입계에 편석되어 재질 편차를 발생하게 하며 강의 인성을 저하시키고 용접성을 저하시키므로, 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 인을 0.02%를 초과하여 포함하는 경우에는, 용접성 및 인성이 저하될 수 있다. 따라서, 인은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.01%
황은 인과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 가공성을 저하시킬 수 있으며 조관 시 후크 크랙과 같은 용접부 결함이 발생할 수 있다. 황을 0.01%를 초과하여 포함하는 경우에는, 유화물계 개재물(MnS)을 형성하여 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있고, 그 결과 강의 내부식성을 저하시킬 수 있다. 황은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.01%로 제한하는 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% 미만일 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 강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%로 첨가되는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%
니오븀은 열간 압연시 재결정을 지연시켜 결정립 미세화를 도모할 수 있다. 열간 압연중 고용 니오븀은 재결정의 핵생성 및 성장을 지연시키는 것으로 알려져 있으며, 이러한 재결정 지연은 전위 등의 결함 자리를 소모하지 않기 때문에 상변태시 핵생성을 촉진하여 결정립을 미세하게 한다. 또한 변형 유기 석출된 탄화물은 상변태시 페라이트의 핵생성 자리 역할을 하므로 상변태를 촉진하여 결정립을 미세화 할 수 있다. 이러한 결정립 미세화는 저온 인성을 0℃ 미만에서도 확보 가능케 할 수 있다. 그러나 많은 양의 Nb 첨가는 결정립 미세화로 인한 항복 강도 상승을 야기하므로 저항복비형 재질에는 접합하지 않다. 따라서 본 발명에서는 저항복비 재질 및 저온 인성을 확보하기 위한 적정 니오븀 함량을 0.02% ~ 0.06%로 제한하였다. 니오븀 함량이 0.02% 미만인 경우 충분한 강화 효과를 기대하기 어려우며 0.06%를 초과하는 경우, 탄소 및 질소와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도를 증가시킬 수 있는 석출 경화형 원소로 함량이 증가하여 항복 강도 및 항복비가 증가하고 연신율이 감소하여 가공성을 저하시킨다.
바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%
바나듐(V)은 니오븀(Nb)과 함께 열간 압연시 재결정을 지연시켜 결정립 미세화를 도모할 수 있다. 또한, 고용 강화 및 복합 석출물 형성을 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 바나듐은 상기 열연 강판 전체 중량에 대해 0.02% ~ 0.06%로 포함된다. 바나듐이 0.06%를 초과하여 첨가되는 경우, 용접성을 저하시키고 저온에서의 과다 석출에 의하여 권취시 문제를 발생시킬 수 있다.
크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)
크롬 및 몰리브덴은 고용강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시키나 과도하게 첨가할 경우 연신율이 감소하고 탄소 당량을 증가시켜 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 크롬은 강판 전체 중량의 0.2% ~ 0.5%로 제어하고, 몰리브덴은 강판 전체 중량의 0.2% ~ 0.5%로 제어하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti)
티타늄은 탄소와 결함하여 강도 증가에 영향을 끼치는 탄화물을 형성하지만 항복강도를 크게 향상시키는 원소로서, 저항복비를 확보하기 위해서는 본 발명에 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 열연강판에서 티타늄은 불가피한 불순물로서 함유될 수 있는 바, 불가피 불순물로서 티타늄의 함유량은 0.01% 이하로 관리하는 것이 필요하다.
니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합: 0.06% ~ 0.09%
본 발명의 열연강판에서 첨가되는 니오븀과 바나듐은 석출 강화형 원소로써 첨가시 탄소와 탄화물을 형성하거나, 질소와 결합하여 질화물을 형성하여 강도를 향상시킨다. 이러한 석출 강화형 원소의 함량이 증가되면, 항복비가 증가되고 연신율이 감소되어 가공성을 저하시킨다. 한편, 본 발명의 열연강판에서 티타늄은 의도적으로 첨가되는 것이 아니라 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 이러한 경우에는, 강재를 형성하는 2차 정련 과정에서 티타늄의 함량을 제거함으로써, 그 함량을 제어할 수 있다.
니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% 미만인 경우 석출 경화에 의한 강도 향상 효과를 기대하기 어려우며, 0.09%를 초과하는 경우에는, 연신율과 가공성이 저하될 수 있다. 따라서, 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합은 강판 전체 중량의 0.06% ~ 0.09%로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 그 밖의 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.
상기 강판의 탄소 당량(Ceq)은 식 1과 같다.
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
상기 식 1에서, [C], [Mn], [Cr], [Mo], 및 [V] 는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 바나듐(V)의 함량이며, 각각의 단위는 중량%이다.
상기 강재는 상기 식 1에 따른 탄소 당량(Ceq)이, 예를 들어 0.5 이하일 수 있다. 상기 식 1에 따른 탄소 당량(Ceq)이 0.5를 초과하는 경우, 본 발명의 용접성이 저하될 수 있다.
상기 강판의 용접균열 감수성 지수(Pcm)은 식 2와 같다.
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30 + [Mn]/20 + [Cr]/20 + [Mo]/15 + [V]/10
상기 식 2에서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], 및 [V] 는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 바나듐(V)의 함량이며, 각각의 단위는 중량%이다.
상기 강재는 상기 식 2에 따른 용접균열 감수성 지수(Pcm)가, 예를 들어 0.3 이하일 수 있다. 상기 식 2에 따른 용접균열 감수성 지수(Pcm)가 0.3을 초과하는 경우, 본 발명의 용접성이 저하될 수 있다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강판의 제조 방법을 통해 제조된 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판은, 항복강도(YS): 550 MPa ~ 730 MPa, 인장강도(TS): 690 MPa ~ 860 MPa, 연신율(EL): 18% 이상(예를 들어, 18% ~ 25%), 및 항복비(YR): 85% 이하(예를 들어, 75% ~ 85%)를 만족할 수 있다.
상기 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판은 펄라이트를 포함하지 않고, 단상의 페라이트 조직을 가질 수 있다. 예를 들어, 저항복비 열연강판은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트로 이루어진 페라이트 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 제조방법이 제공된다. 이에 따르면 전술한 합금 조성으로 이루어지는 강재를 1,170℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 850℃ ~ 900℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 580℃ ~ 620℃의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 강재를 냉각하는 단계는, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
강재의 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 강재의 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 강재는, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 나아가, 상기 강재는 상기 기타 불가피한 불순물로서 0.01% 이하의 티타늄(Ti)을 함유할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 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, 1,170℃ ~ 1,230℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 2 시간 이상, 예를 들어 2 시간 ~ 4시간 동안 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 재가열 온도가 1,170℃ 미만인 경우에는, 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않을 수 있고, 열간 압연 시 압연 부하가 야기될 수 있으며, 함유된 Nb, Ti와 같은 석출경화형 원소들이 충분히 재고용되지 못하여 석출물의 조대화로 인해 충분한 강도 확보가 불가능해진다. 반면, 상기 재가열 온도가 1,230℃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 열연강판을 형성할 수 있다.
상기 열간압연 중 상기 사상압연은 850℃ ~ 900℃의 마무리 압연 종료온도(finish rolling temperature, FRT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 850℃ 미만인 경우에는, 결정립이 미세화되어 항복비가 높아지거나 2상 영역의 압연에 의해 혼립 조직이 발생하여 강판의 가공성 저하 및 압연 공정에 부하를 야기할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료 온도가 900℃를 초과하는 경우에는, 강판의 표면 스케일 발생으로 인한 강판의 품질이 저하될 수 있으며, 결정립 조대화로 인한 충분한 강도 확보가 어려울 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 580℃ ~ 620℃까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 방식 또는 수냉 방식으로 수행될 수 있다. 상기 냉각속도에서는 조대한 결정립 성장을 최대한 억제할 수 있다. 상기 냉각속도가 20℃/초 미만인 경우에는, 충분히 냉각이 이루어지지 않아 고온에서 생성되는 스케일을 야기할 가능성이 있으며, 낮은 냉속에 의해 충분한 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 상기 냉각속도가 60℃/초를 초과하는 경우에는, 판재의 형상 제어가 용이하지 않아 평탄도를 확보하기 어려우며, 목표 강도를 초과하여 가공성이 저하될 가능성이 있으며, 저항복비 확보가 어려울 수 있다.
권취 단계(S140)
상기 냉각이 종료되어, 상기 강재를 580℃ ~ 620℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 권취온도가 580℃ 미만인 경우에는, 결정립 미세화로 강도가 증가하여 조관 및 용접성 확보가 어려울 수 있으며, 동시에 냉속이 지나치게 높아져 판재의 형상 제어가 어려움이 있을 수 있다. 상기 권취온도가 620℃를 초과하는 경우에는, 충분한 강도 확보가 어렵고 표면 스케일을 제거하기 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. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
표 1 및 표 2는 비교예들과 실시예의 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 조성을 나타낸다. 표 1 및 표 2에서 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 각각의 성분의 함량 단위는 중량%이다.
구분 C Si Mn P S Al
실시예1 0.07 0.395 1.687 0.01 0.002 0.02
비교예1 0.051 0.022 1.338 0.014 0.003 0.028
비교예2 0.061 0.18 1.496 0.014 0.003 0.031
비교예3 0.064 0.23 1.546 0.012 0.001 0.046
구분 Nb V Ti Ti+Nb+V Cr Mo
실시예1 0.044 0.033 0 0.077 0.261 0.249
비교예1 0.025 0 0.118 0.143 0.03 0.01
비교예2 0.061 0.057 0.002 0.12 0.03 0.01
비교예3 0.07 0.04 0.021 0.131 0.23 0.1
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예1은 본 발명이 제시한 목표 성분 함량을 만족한다. 구체적으로, 실시예1은 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe)의 조성을 만족한다. 나아가, 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% ~ 0.09%의 범위를 만족한다. 또한, 실시예1은 상술한 식 1에 의한 탄소 당량(Ceq): 0.5 이하의 범위를 만족하고, 상술한 식 2에 의한 용접균열 감수성 지수(Pcm): 0.3 이하의 범위를 만족한다.
비교예1은 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5%의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 티타늄(Ti): 0.01%이하의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% ~ 0.09%의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
비교예2는 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5%의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% ~ 0.09%의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
비교예3은 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01%이하의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% ~ 0.09%의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
표 3은 비교예와 실시예의 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판을 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 재가열온도(℃) 압연종료 온도(℃) 권취온도(℃)
실시예1 1,200 851 600
비교예1 1,201 898 612
비교예2 1,197 861 599
비교예3 1,198 789 484
표 3을 참조하면, 실시예1, 비교예1, 비교예2는 본 발명이 제시한 공정조건을 만족한다. 구체적으로, 실시예1, 비교예1, 비교예2는 재가열온도: 1,170℃ ~ 1,230℃, 압연종료 온도: 850℃ ~ 900℃, 권취온도: 580℃ ~ 620℃의 범위를 만족한다.
이에 반하여, 비교예3은 압연종료 온도: 850℃ ~ 900℃, 권취온도: 580℃ ~ 620℃의 범위를 하회하여 만족하지 못한다.
표 4는 상기 제조된 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판에 대한 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(EL), 항복비(YR) 및 충격인성(CVN)을 나타낸다.
구분 인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)		 항복비
(%)		 CVN
(J)
실시예1 788 610 24 77 87
비교예1 707 675 17 95 -
비교예2 664 611 27 92 117
비교예3 728 648 28 89 528
표 4를 참조하면, 실시예1은 항복강도, 인장강도, 연신율, 항복비 및 충격인성에 관한 물성에서 본 발명이 제시한 범위를 만족한다. 구체적으로, 실시예1은 항복강도(YS): 550 MPa ~ 730 MPa, 인장강도(TS): 690 MPa ~ 860 MPa, 연신율(EL): 18% 이상, 항복비(YR): 85% 이하 및 충격인성(CVN): 47J 이상(@-5℃)을 만족한다.
비교예1은 연신율(EL): 18% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 항복비(YR): 85% 이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
비교예2는 인장강도(TS): 690 MPa ~ 860 MPa의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 항복비(YR): 85% 이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
비교예3은 항복비(YR): 85% 이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
표 1 내지 표 4를 함께 참조하면, 비교예1은 열연 제조 조건은 만족하나, 실시예1 대비 석출경화형 원소인 티타늄이 다량 첨가됨과 동시에 고용강화형 원소인 Si, Mn, Mo 등의 함량은 적어 인장강도 대비 항복강도 상승폭이 커지면서 항복비가 기준보다 초과하고 연신율이 미달하는 실적이 발생하였다.
비교예2는 실시예1 대비 석출경화형 원소가 다량 첨가되고 반면에 인장 강도 상승에 영향을 주는 기타 원소(Si, Mn, Cr, Mo)들이 적어도 일부 적게 첨가됨으로 인해 인장강도가 미달하고 항복비가 초과하는 실적이 발생하였다.
비교예3은 실시예1 대비 석출경화형 원소인 Nb, Ti가 초과하여 포함되며, 압연종료온도(FRT) 및 권취온도(CT)가 낮게 적용되어 항복비가 기준을 초과하는 실적이 발생하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내진 특성이 우수한 저항복비 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 실험예의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2를 참조하면, 표 1 내지 표 4의 실시예1에 의한 열연강판의 미세조직은 펄라이트를 포함하지 않고, 단상의 페라이트 조직을 가지는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 저항복비 열연강판은 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트로 이루어진 페라이트 조직을 가질 수 있다.
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 (8)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    항복강도(YS): 550 MPa 이상, 인장강도(TS): 690 MPa 이상, 연신율(EL): 18% 이상, 및 항복비(YR): 85% 이하를 만족하는,
    저항복비 열연강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기타 불가피한 불순물로서 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.01%을 포함하는,
    저항복비 열연강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    니오븀(Nb), 바나듐(V)과 티타늄(Ti)의 총합이 0.06% ~ 0.09%인 것을 특징으로 하는,
    저항복비 열연강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항복비 열연강판은 0.5 이하의 탄소 당량(Ceq)을 가지는,
    (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
    저항복비 열연강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항복비 열연강판은 0.3 이하의 용접균열 감수성 지수(Pcm)를 가지는,
    (여기에서, Pcm = [C] + [Si]/30 + [Mn]/20 + [Cr]/20 + [Mo]/15 + [V]/10임)
    저항복비 열연강판.
  6. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.5%, 망간(Mn): 1.5% ~ 2.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.06%, 바나듐(V): 0.02% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.2% ~ 0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.2% ~ 0.5% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,170℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 가열된 강재를 850℃ ~ 900℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 강재를 580℃ ~ 620℃의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함하는,
    저항복비 열연강판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행하는,
    저항복비 열연강판의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 권취하는 단계를 수행한 후 제조된 상기 열연강판은,
    항복강도(YS): 550 MPa 이상, 인장강도(TS): 690 MPa 이상, 연신율(EL): 18% 이상, 및 항복비(YR): 85% 이하를 만족하는,
    저항복비 열연강판의 제조 방법.
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