KR20230172017A - 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents
고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에 관한 것으로, 그 화학 성분은 질량 백분율 기준으로 C: 0.06%~0.09%, Si: 0.15%~0.30%, Mn: 1.45%~1.60%, P: ≤0.012%, S: ≤0.003%, Ni: 0.40%~0.70%, Cu: 0.20%~0.50%, Ti: 0.005%~0.015%, Als: 0.06%~0.09%이고, 나머지는 Fe과 불가피한 불순물 원소이다. 본 발명의 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판은 TMCP 열기계 제어 압연 및 급속 냉각 공정으로 생산되고, 두께는 40mm~60mm이며, 160~210kJ/cm의 입열량으로 용접한 후 HAZ의 KV2(-40℃)는 ≥47J이고, 저온 충격 인성이 양호하며, 해수 내식 성능이 종래의 해양공학용 강에 비해 35% 이상 향상되고, 고강도 및 인성, 내식성, 고입열 용접성, 저비용 등 특성을 갖는다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2021년 12월 02일 제출된 중국 특허 출원 번호가 202111462807.3인 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 해당 특허 출원의 모든 내용은 여기에 참조로서 인용된다.
본 발명은 저합금강 기술분야에 관한 것으로, 구체적으로는 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
해양공학용 고강도 강판은 첨단 해양공학과 첨단 조선공학의 핵심 구조 재료이다. 초고강도와 우수한 저온 인성은 선박 및 해양공학용 강의 기본 요구 사항이다. 선체 구조의 안전성 요구 사항이 지속적으로 증가함에 따라 선박용 강판의 강도가 점차 향상되어 235MPa에서 315MPa 및 355MPa로 점차 업그레이드되었으며, 강의 품질 등급도 A 등급에서 E 등급 내지 F 등급으로 향상되었다. 고입열 용접이 가능한 고강도 강 역시 선박 및 해양공학 장비 제조 기업들이 관심을 갖는 핫스팟 중 하나이다. 용접 효율을 높이고 건설 주기를 단축하기 위해 가스 전기 수직 용접, 서브머지드 아크 용접, 일렉트로 슬래그 용접 등 방법과 같은 고입열 용접 방법이 점차 사용되기 시작하였다. 고입열 용접 조건, 특히 용접 입열량이 50 kJ/cm보다 큰 경우, 용접 입열량이 증가함에 따라, 용접 열영향 영역은 결정립계 페라이트, M-A 등 취성 조직을 형성하여 용접 열영향 영역의 인성이 현저히 저하되므로, 국부적인 취화 영역이 형성되어 용접 부품의 안전성을 감소시킨다. 선박 및 해양공학 장비는 해양 환경에서 작동하는 동안 온도, 습도 및 염소 이온의 상호 작용을 견딜 뿐만 아니라 풍력, 파도 충격과 같은 교번 하중의 결합 작용에 직면하여 심각한 부식 위험에 노출된다. 따라서, 고강도 및 인성, 내식성, 고입열 용접성 등 성능을 겸비한 해양공학용 강은 현재 선박 및 해양공학용 강 발전의 핵심이다.
특허문헌 CN102839320A 및 특허문헌 CN105256095A에서는 모두 고입열 용접 적응성이 양호한 강이 얻어졌으나, 양자 모두 B 원소를 사용하여 미세 합금화를 수행해야 하며, B 원소는 제련 과정에서 첨가하기가 쉽지 않고 편석이 발생하기 쉬워 생산 난이도가 높다.
특허문헌 CN102839330A에서는 Ni, Cr, Mo 원소를 첨가하여 40~100kJ/cm 용접 입열량에 적응할 수 있는 두께 30mm 미만의 강판을 개발하였지만, 첨가된 Ni, Cr, Mo 합금 함량이 최대 5%에 달할 수 있어 비용이 높다. 특허문헌 CN102286692A에서는 DQ+T 공정을 통해 고입열 용접에 견딜 수 있고 저온 성능이 양호한 강을 획득하지만, 담금질 및 템퍼링 열처리가 필요하여 공정 비용이 높다. 이상 두 특허 출원에서 제공하는 성분이나 생산 공정은 비용이 높아 보급에 불리하다.
특허문헌 CN111926259A에서는 Ti, Mg, Zr 산화물 야금 기술을 통해 강에 배합비가 합리적인 Ti-X-O 미세 분산 복합 개재물을 형성하고, 제어 압연 및 제어 냉각 공정을 사용하여 강도와 인성이 잘 매칭되며, 100kJ/cm~200kJ/cm 고입열 용접에 적응되는 저합금 강판을 얻는다. 그러나 이러한 방법은 합금 비용의 경제성과 제품 내식성 측면에서 모두 단점이 있다.
종래 기술의 단점을 감안하여 본 발명은 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 해양 내식성을 갖고 고입열 용접이 가능한 해양공학용 강판은 설계가 합리적이고, 제품은 고강도 및 인성, 내식성, 고입열 용접성 등 우수한 성능을 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술적 해결수단을 채택한다.
본 발명은 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판을 제공하며, 그 조성은 질량 백분율 기준으로 C: 0.06%~0.09%, Si: 0.15%~0.30%, Mn: 1.45%~1.60%, P: ≤0.012%, S: ≤0.003%, Ni: 0.40%~0.70%, Cu: 0.20%~0.50%, Ti: 0.005%~0.015%, Als: 0.06%~0.09%이고, 나머지는 Fe과 불가피한 불순물 원소이며, CEV≤0.40%, Pcm≤0.23%이다. 여기서,
CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이고,
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B이다.
본 발명은 Ni, Cu 등 합금 원소의 함량을 합리적으로 설계하여 효과적인 강화 효과를 형성하고, 강판의 저온 인성 및 용접 성능을 향상시키며, 아울러 강판의 내식 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에서, 바람직한 실시형태로서, 강판의 질량에 기반하여, 상기 불가피한 불순물 원소의 함량은 질량 백분율 기준으로 H≤0.0002%, O≤0.003%, N≤0.004%, B≤0.0005%, As≤0.007%, Sb≤0.010%, Sn≤0.020%, Pb≤0.010%, Bi≤0.010%이다.
본 발명의 고입열 용접이 가능한 내식성 고강도 강판의 화학 성분을 선택한 이유는 다음과 같다.
Ti: Ti는 C, N 원소와 함께 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 형성하여 슬래브 가열 및 제조 과정에서 오스테나이트 결정립의 과도한 성장을 억제하며, 결정립 미세화 작용이 매우 우수하고, 강판의 저온 인성을 개선할 수 있다. 더욱 중요한 것은 용접 과정에서 열영향 영역 결정립의 성장을 억제하고 열영향 영역의 인성을 개선할 수 있으나, 너무 높으면 TiN의 큰 입자가 형성되어 미립 효과를 상실하기 쉬우므로, 본 발명에서는 합금 비용 및 강판 성능을 종합적으로 고려하여 Ti 함량을 0.005%~0.015%로 제어한다.
Cu: 고용 강화 역할이 매우 강하여 오스테나이트의 형성 및 안정성을 촉진하고, 적당량의 Cu는 저온 인성을 손상시키지 않으면서 강도를 향상시키며 내식 성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 Cu는 후속 냉각 과정에서 침전 강화 역할을 하여 조대한 중앙 조직으로 인한 강도 손실을 보상할 수 있다. Cu의 상기 역할을 보장하기 위해 Cu 함량은 0.20% 이상이어야 하나, Cu 함량이 너무 높으면, 가열 시 열 취성이 발생하여 표면 품질이 악화되고, 기재 및 열영향 영역의 저온 인성이 손상된다. 따라서, Cu 함량을 0.20%~0.50%로 제어한다.
Ni: 오스테나이트의 형성 및 안정성을 촉진하고, 오스테나이트의 재결정을 억제하며, 결정립 크기를 미세화할 수 있으므로, Ni는 강판의 강도, 연신율 및 저온 인성을 동시에 향상시키는 기능을 갖고 있으며; 강에 Ni를 첨가하면 강의 구리 취성 현상도 감소시키고, 열간 압연 과정에서 결정립계 균열을 줄일 수 있으며; Ni는 강판 표면에 치밀한 보호성 녹층 형성을 촉진하고 강판의 내식성을 향상시킬 수 있다. 따라서 이론적으로 강 내 Ni 함량이 일정 범위 내에서 높을수록 좋지만 Ni 함량이 너무 높으면 용접 열영향 영역이 경화되어 강판의 용접성에 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 Ni 함량을 0.40%~0.70%로 제어한다.
Als: 강 내 Al은 강 내 자유 N을 고정시키고, 강판 및 용접 HAZ의 저온 인성을 개선할 수 있으며, 또한 AlN의 분산 및 석출은 가열 과정에서 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 오스테나이트 결정립 크기를 균일하게 미세화하며, 충격 인성을 향상시킨다. Al는 항산화성 및 내식 성능도 갖고 있으나, Al 함량이 너무 높으면 강의 개재물 수와 크기를 증가시키고, 강판 내부 품질을 저하시키며, 강의 열간 가공 성능, 용접 성능 및 절삭 가공 성능에 영향을 미치므로, 본 발명에서는 Als 함량을 0.06%~0.09%로 제어한다.
N: 함량이 너무 높으면 조대한 TiN, AlN이 원래의 오스테나이트 결정립계에 석출되어 강판 및 용접 열영향 영역의 충격 인성과 가소성을 손상시킨다. 아울러, N 원자는 또한 강 내 결함 위치에서 농축되어 기공과 다공성을 형성하여 강판의 역학적 성능을 더욱 저하시킨다. 따라서, 강 내 N이 깨끗이 제거되기 어려운 점을 고려하여 본 발명에서는 N 함량을 ≤0.004%로 제어한다.
B: 함량이 너무 높으면 강판 내 결정립계를 농축시켜 결정립계 에너지를 감소시키고, 냉각 과정에서 강판이 저온 상변화 조직을 형성하도록 하여 강판의 저온 충격 성능 및 피로 성능을 감소시킨다. 따라서, 본 발명에서 B의 함량은 ≤0.0005%이다.
O: 원소가 주편에 잔류하거나 표면층으로 확산되면 결정립계를 쉽게 산화시켜 취성 산화물 개재층을 형성함으로써, 오스테나이트 결정립을 고립시켜 후속 변형 가공 과정에서 결정립계 균열을 발생시켜 강판의 강도와 가소성을 현저히 감소시키므로, O 함량을 최대한 제어해야 한다. 강판의 가소성과 저온 인성을 확보하기 위해서는 강 내 개재물을 줄여야 하는데, 그 중 알루미나 개재물이 가장 유해하므로 강 내 O 함량은 ≤0.003%이다.
H: 수소 원소가 존재하면 흰 반점이 생기므로, H 함량을 ≤0.0002%로 제어한다.
CEV: 탄소 당량지수를 제어하는 것은 강판의 강도 및 용접성 확보에 유리하므로, 본 발명의 CEV는 ≤0.40%로 제어된다.
Pcm: 저온 균열 민감도 계수를 제어하는 것은 제품의 용접 성능 확보에 유리하므로, 본 발명의 Pcm은 ≤0.23%로 제어된다.
본 발명은 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은,
1) 제련 및 주조: 용철과 고철을 제련하여 용강을 얻은 후, 상기 용강을 정련, 주조하여 주편을 얻은 다음 상기 주편을 서냉시키는 단계;
2) 슬래브 가열: 상기 서냉된 상기 주편을 가열하여 열간 주편을 얻는 단계;
3) 압연: 상기 열간 주편을 압연하여 강판을 얻는 단계; 및
4) 냉각: 상기 강판을 냉각하여 상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판을 얻는 단계를 포함한다.
상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에서, 바람직한 실시형태로서, 상기 단계 1)에서 상기 정련은 LF+RH 정련이고; 바람직하게는, LF 정련 과정에서, 전 공정에 걸쳐 바닥으로부터 아르곤을 취입하면서 교반하며, 알루미늄 입자와 탄화칼슘을 사용하여 탈산소화를 수행하고, 스테이션에서 나오기 전 최상부 슬래그는 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그이며, 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그의 유지 시간은 10min 이상이고, 최종 슬래그의 알칼리도는 2.5 이상으로 제어되며; 바람직하게는, LF 정련 과정에서, 금속 망간, 페로실리콘 등 합금을 사용하여 성분 미세 조정을 수행하고; 바람직하게는, 상기 RH 정련에서, 탈기 시간은 5min 이상이며; 상기 RH 정련 처리가 완료된 후, 각 용광로에 100~150m(예를 들어, 110m, 120m, 130m, 140m)의 칼슘-알루미늄 와이어를 공급하고, 12min 이상 소프트 블로잉한다.
상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에서, 바람직한 실시형태로서, 상기 단계 1)에서 주조 과정에서는 풀 프로텍션 주조 방식을 채택하고, 본 강종의 액상선 온도는 1514~1524℃(예를 들어, 1516℃, 1518℃, 1520℃, 1522℃)이며, 과열도는 25℃ 미만으로 요구되고, 부채형 구간 주편의 응고 말단에 소프트 리젝션 기술을 채택하여 주편을 서냉 피트에서 60h 이상 서냉시킴으로써, 냉각 과정에서 발생하는 주편의 조직 응력과 열 응력을 충분히 감소시킨다.
상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에서, 바람직한 실시형태로서, 상기 단계 2)에서, 가열 시간은 ≥9min/cm이고, 다단계 가열 및 승온을 통해 주편에 대해 균열 처리를 수행하며, 1단계 가열 온도는 1020~1140℃이고, 2단계 가열 온도는 1100~1190℃이며, 균열 단계 온도는 1110~1170℃이고, 균열 시간은 40min 이상이며, 주편 출구 온도는 1110~1150℃(예를 들어, 1120℃, 1130℃, 1140℃)이다. 주편이 가열로에서 나온 후, 상기 열간 주편에 대해 고압수로 스케일을 제거한다.
상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에서, 바람직한 실시형태로서, 상기 단계 3)에서, 상기 압연은 조압연 및 마무리 압연의 2단계 압연이고, 조압연은 재결정 압연이며, 마무리 압연은 미재결정 압연이고; 바람직하게는, 조압연 단계는 적어도 2패스의 변형량이 ≥20%가 되도록 보장하며, 고압에서 결정립을 미세화하고; 바람직하게는, 마무리 압연 시작 온도는 825~855℃(예를 들어, 830℃, 835℃, 840℃, 845℃, 850℃)이며, 마무리 압연 단계는 적어도 3패스 변형이 790~760℃(예를 들어, 785℃, 780℃, 775℃, 770℃, 765℃) 온도 범위 내에 있도록 보장해야 하며, 상기 3패스의 누적 변형량은 ≥20%이므로, 변형을 촉진하여 중심부까지 침투시켜 페라이트를 미세화하도록 한다.
상기 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판에서, 바람직한 실시형태로서, 상기 단계 4)에서, 냉각 속도는 10~15℃/s(예를 들어, 11℃/s, 12℃/s, 13℃/s, 14℃/s)이므로, 페라이트 핵 생성율을 증가시키고, 미세하게 분산된 석출 상을 형성하여 강의 강도 및 인성을 더욱 향상시킨다. 복귀 온도는 500℃~550℃(510℃, 520℃, 530℃, 540℃)이다.
종래 기술과 비교하여 본 발명의 이점은 다음과 같다.
1) 본 발명은 Mo, Cr 등의 귀금속을 다량 첨가할 필요가 없이 Mn 원소를 사용하여 고용 강화를 수행하고, Ni, Cu 원소의 고용 강화 및 석출 강화 역할을 충분히 발휘하여 미세하고 균일하게 분포된 펄라이트+페라이트 혼합 조직을 얻음으로써, 적은 합금 함량으로 우수한 강도, 가소성 및 저온 인성을 얻을 수 있어 합금 비용 및 생산 비용을 절감하고, 강판의 용접 성능을 개선한다. 아울러, Ni, Cu 원소는 해양공학용 강 표면에 치밀하고 부착성이 좋은 보호성 녹층 형성을 효과적으로 촉진할 수 있어, H2O, O2, Cl- 등 부식성 매체가 강재 매트릭스에 침투하는 것을 방지함으로써, 내식 성능을 향상시킨다.
2) 본 발명은 제강 과정에서 성분, 순도 및 가스 함량을 제어하여 양호한 주편 원료를 제공한다. 가열로에서 다단계 가열 및 승온을 통해 주편을 균열 처리하고, 주편의 출구 온도를 제어함으로써, 빌렛이 열투과되고 충분히 오스테나이트되어 결정립이 조대화되지 않도록 확보하며, 각 합금 원소가 충분히 고용되어 후속 압연 제어를 위한 양호한 기반을 제공한다.
3) 본 발명은 복잡한 담금질 및 템퍼링 열처리 공정을 수행할 필요 없이 TMCP 열기계 제어 압연 및 급속 냉각 공정으로 생산된다. 조압연 단계에서는 고압에서 결정립을 미세화하고, 마무리 압연 단계에서는 미재결정 영역에서 압연을 제어하여 적어도 3패스의 저온 고압에서 압연 과정을 보장함으로써, 변형을 촉진하여 중심부까지 침투시켜 페라이트를 미세화하고, 다량의 전위를 형성하여 결정립의 성장을 효과적으로 방지하며, 성능을 향상시킨다. 압연 후 층류 냉각을 수행하고, 냉각 후 적색 복귀 온도를 제어하여 페라이트 핵 생성율을 증가시키며, 미세하게 분산된 석출 상을 형성하여 강의 강도 및 인성을 더욱 향상시킨다.
본 발명은 합리적인 공정 설계를 통해 상변화 과정에 대한 충분한 제어를 구현하여 두께가 40~60mm이고, 항복 강도가 ≥355MPa이며, 인장 강도가 490~630MPa이고, 160~210kJ/cm의 고입열 용접 후 HAZ의 KV2(-40℃)가 ≥47J이며, 저온 충격 인성이 양호하고, 해수 내식 성능이 종래의 해양공학용 강에 비해 35% 이상 향상된 해양공학용 강판을 얻는다. 제품은 고강도 및 인성, 내식성, 고입열 용접성, 저비용 등 특성을 갖는다.
이하, 구체적인 실시예를 참조하여 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판 및 이의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 해석의 목적을 위한 것일 뿐 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판 및 이의 제조 방법을 제공하며, 그 화학 성분은 중량 백분율 기준으로 C: 0.06%~0.09%, Si: 0.15%~0.30%, Mn: 1.45%~1.60%, P: ≤0.012%, S: ≤0.003%, Ni: 0.40%~0.70%, Cu: 0.20%~0.50%, Ti: 0.005%~0.015%, Als: 0.06%~0.09%이고, 나머지는 Fe과 불가피한 불순물 원소이다. 본 발명은 저 C+Ni, Cu 합금화 설계를 채택하고, TMCP 열기계 제어 압연+급속 냉각 생산 공정을 통해 고강도 및 인성, 내식성, 고입열 용접성, 저비용 등 특징을 갖는 해양공학용 강을 얻으며, 160~210kJ/cm의 고입열 용접 후, -40℃에서 용접 열영향 영역의 충격 인성은 ≥47J로, 저온 충격 인성이 양호하고, 해수 내식 성능이 종래의 해양공학용 강에 비해 35% 이상 향상된다.
본 발명은 제련, 연속 주조, 슬래브 가열, 압연, 냉각 단계를 포함하는 상기 강판의 제조 방법을 제공한다.
제련 단계에서, 용광로에 유입되는 원료는 전로 공정 기술 요구 사항을 충족해야 하는데, 고로 내의 용철은 KR 전처리를 통해 탈황되고, 용광로에 유입되는 용철의 황 함량은 ≤0.015%이며, 탈황 완료 후 용철 표면의 슬래그를 제거한다. 용철을 정확하게 계량하고 장입량을 엄격하게 통제해야 하는데, 장입량 오차는 ±2톤이고, 고철과 함께 니켈판, 동판을 첨가하며; 1회용 카본 풀링을 사용하고, 종료점 3min 전에 슬래그 원료를 첨가하며; 이중 슬래그 심탈린 공정으로 제련하고, 최종 슬래그 알칼리도를 R＝3.0~4.0으로 제어하며; 슬래그를 출탕 차단하여 다량의 슬래그 발생을 방지하고, 태핑 시간은 3min 이상이며; 알루미늄페로망간 3.5~4.0kg/t 강을 사용하여 탈산소화를 수행하고, 용강이 1/4로 나오면, 금속 망간, 페로실리콘 합금을 배치로 첨가하며, 용강이 3/4로 나오면 첨가를 완료하고; LF 정련 과정에서, 전 공정에 걸쳐 바닥으로부터 아르곤을 취입하면서 교반하며, 용강의 2차 산화를 방지하기 위해 전체 제련 과정에서 용강이 노출되어서는 안되고, 알루미늄 입자와 탄화칼슘을 사용하여 탈산소화를 수행하며; 스테이션에서 나오기 전 최상부 슬래그는 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그이고, 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그의 유지 시간은 10min 이상이며, 최종 슬래그 알칼리도는 최대한 2.5 이상으로 제어되고; 금속 망간, 페로실리콘 등 합금을 사용하여 성분 미세 조정을 수행하여 성분이 내부 제어를 충족하도록 확보하며; LF 정련 시간은 45분 이상이고; RH 정련 시 화학적 승온을 피하고 순수 탈기 시간이 5min보다 길도록 확보하며; RH 처리가 완료된 후, 각 용광로에 100~150m의 칼슘-알루미늄 와이어를 공급하고, 12min 이상 소프트 블로잉하며; RH 제련 주기를 40~60min로 제어한다.
연속 주조 단계에서, 풀 프로텍션 주조 방식을 채택하고, 중간 규격 성분의 중간 한계를 기준으로 액상선 온도를 1519℃로 계산하며, 과열도는 25℃ 미만으로 요구되고, 부채형 구간 주편의 응고 말단에 소프트 리젝션 기술을 채택하여 주편을 60h 이상 서냉시킴으로써, 냉각 과정에서 발생하는 주편의 조직 응력과 열 응력을 충분히 감소시킨다. 175mm 주편 단면 두께의 드로잉 속도는 1.0~1.3m/min으로 제어되고, 200mm 주편 단면 두께의 드로잉 속도는 1.0~1.4m/min으로 제어되며, 250mm 주편 단면 두께의 드로잉 속도는 1.0~1.3m/min으로 제어되고, 300mm 주편 단면 두께의 드로잉 속도는 0.7~0.9m/min으로 제어된다.
슬래브 가열 단계에서, 연속 주조 주편을 가열로 내에 첨가하여 가열하고, 주편 장입 방식은 냉간 장입이며; 가열 시간은 ≥9min/cm이고, 다단계 가열 및 승온을 통해 주편을 균열 처리하며, 균열 시간은 40min 이상이고, 빌렛 각 점의 온도차는 20℃ 이하이며, 주편 출구 온도는 1110~1150℃이고; 주편이 가열로에서 나온 후, 상기 열간 주편에 대해 고압수로 스케일을 제거한다.
압연 단계에서, 과정은 조압연 및 마무리 압연의 2단계 압연이고, 조압연은 재결정 압연이며, 마무리 압연은 미재결정 압연이고; 바람직하게는, 조압연 단계는 적어도 2패스의 변형량이 ≥20%가 되도록 보장하며, 고압에서 결정립을 미세화하고; 마무리 압연 시작 온도는 825~855℃이며, 마무리 압연 단계는 적어도 3패스 변형이 790~760℃ 온도 범위 내에 있도록 보장해야 하고, 상기 3패스의 누적 변형량은 ≥20%이므로, 변형을 촉진하여 중심부까지 침투시켜 페라이트를 미세화하도록 한다.
냉각 단계에서, 냉각 속도는 10~15℃/s이므로, 페라이트 핵 생성율을 증가시키고, 미세하게 분산된 석출 상을 형성하여 강의 강도 및 인성을 더욱 향상시키며; 복귀 온도는 500~550℃이고; 압연 후 최대한 빨리 오프라인되어 서냉 피트에 진입하고, 적층하여 서냉되며, 서냉 시간은 48h 이상이다.
실시예 1: 강판의 두께 50mm
본 발명은 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판을 제공하며, 상기 강의 화학 성분 및 중량 백분율은 C: 0.085%, Si: 0.19%, Mn: 1.47%, P: 0.0086%, S: 0.0014%, Ni: 0.50%, Cu: 0.35%, Ti: 0.010%, Als: 0.064%이고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이며, CEV=0.39%, Pcm=0.19%이다.
슬래브 출구 온도는 1140℃이고; 마무리 압연 시작 온도는 834℃이며, 마무리 압연 단계의 마지막 3패스 변형은 775℃~763℃ 온도 범위 내에 있고, 누적 변형량은 22.08%이며, 적색 복귀 온도는 550℃이다.
실시예 2: 강판의 두께 50mm
본 발명은 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판을 제공하며, 상기 강의 화학 성분 및 중량 백분율은 C: 0.080%, Si: 0.18%, Mn: 1.48%, P: 0.009%, S: 0.0016%, Ni: 0.55%, Cu: 0.37%, Ti: 0.010%, Als: 0.062%이고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이며, CEV=0.39%, Pcm=0.19%이다.
슬래브 출구 온도는 1150℃이고; 마무리 압연 시작 온도는 825℃이며, 마무리 압연 단계의 마지막 3패스 변형은 781~769℃ 온도 범위 내에 있고, 누적 변형량은 22.65%이며, 적색 복귀 온도는 523℃이다.
본 발명의 각 실시예의 강판 성능 및 용접 조인트 성능은 표 1에 나타낸 바와 같고; 실시예의 강종을 실험실 모의 해수(3.5% NaCl 용액)에 시험 온도(30±2)℃ 조건으로 7일 동안 담근 후 결과는 표 2에 나타낸 바와 같으며, 여기서, 대조군인 기존 EH36강의 화학 성분은 중량 백분율 기준으로 C: 0.14%, Si: 0.30%, Mn: 1.25%, P: 0.015%, S: 0.003%, Nb: 0.020%, Al: 0.037%, Ti: 0.015%이다.
이로부터 본 발명의 강판은 160~210kJ/cm의 고입열 용접 후 저온 인성이 여전히 양호하여 강판의 고효율적인 용접에 조건을 제공하고; 해수 내식 성능이 종래의 해양공학용 강판에 비해 35% 이상 향상되어 작동 수명과 안전성이 크게 향상됨을 알 수 있다.
종합하면, 본 발명의 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 강판은 고강도 및 인성, 내식성, 고입열 용접성 등 우수한 종합적 성능을 가지며, 또한 비용이 상대적으로 저렴하고, 공정이 간단하여 보급 및 적용이 쉽다.
본 발명에서 상세하게 설명되지 않은 내용은 모두 본 분야의 통상적인 기술 지식을 채택할 수 있다.
마지막으로 설명해야 할 것은, 상기 실시예는 본 발명의 기술적 해결수단을 설명하기 위한 것일 뿐 제한하는 것이 아니다. 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 기술적 해결수단에 대한 수정 또는 등가 대체는 모두 본 발명의 기술적 해결수단의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며, 모두 본 발명의 청구범위에 포함되어야 함을 이해해야 한다.
Claims (10)
- 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판으로서,
상기 강판의 화학 조성은 질량 백분율 기준으로 C: 0.06%~0.09%, Si: 0.15%~0.30%, Mn: 1.45%~1.60%, P: ≤0.012%, S: ≤0.003%, Ni: 0.40%~0.70%, Cu: 0.20%~0.50%, Ti: 0.005%~0.015%, Als: 0.06%~0.09%이고, 나머지는 Fe과 불가피한 불순물 원소인 것을 특징으로 하는 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판. - 제1항에 있어서, 상기 강판의 CEV는 ≤0.40%이고, Pcm은 ≤0.23%인 것을 특징으로 하는 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판.
- 제1항에 있어서, 상기 불가피한 불순물 원소의 함량은 질량 백분율 기준으로 H≤0.0002%, O≤0.003%, N≤0.004%, B≤0.0005%, As≤0.007%, Sb≤0.010%, Sn≤0.020%, Pb≤0.010%, Bi≤0.010%인 것을 특징으로 하는 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강판의 두께는 40~60mm이고, 항복 강도는 ≥355MPa이며, 인장 강도는 490~630MPa이고, 160~210kJ/cm의 고입열 용접 후 -40℃에서 HAZ의 KV2는 ≥47J인 것을 특징으로 하는 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 고강도 강판의 제조 방법으로서,
1) 제련 및 주조: 용철과 고철을 예비 제련하여 예비 제련 용강을 얻은 후, 상기 예비 제련 용강을 정련, 주조하여 주편을 얻은 다음 상기 주편을 서냉시키는 단계;
2) 슬래브 가열: 상기 서냉된 주편을 가열하여 열간 주편을 얻되, 주편은 다단계 가열 및 승온을 통해 균열 처리되고, 균열 시간은 40min 이상이며, 슬래브 출구 온도는 1110℃~1150℃인 단계;
3) 압연: 상기 열간 주편을 압연하여 강판을 얻되, 압연은 조압연과 마무리 압연의 2단 제어 압연이고, 상기 조압연은 재결정 영역 압연이며, 상기 마무리 압연은 미재결정 영역 압연인 단계; 및
4) 냉각: 상기 강판을 냉각하여 고입열 용접이 가능한 해양공학용 내식성 강판을 얻는 단계;를 포함하는 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 단계 1)에서 정련은 LF+RH 정련이되;
LF 정련 과정에서, 전 공정에 걸쳐 바닥으로부터 아르곤을 취입하면서 교반하며, 알루미늄 입자와 탄화칼슘을 사용하여 탈산소화를 수행하고, 스테이션에서 나오기 전 최상부 슬래그는 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그이며, 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그의 유지 시간은 10min 이상이고, 최종 슬래그의 알칼리도는 2.5 이상으로 제어되며; LF 정련 과정에서, 금속 망간 및/또는 페로실리콘 합금을 사용하여 성분 미세 조정을 수행하고;
RH 정련에서, 탈기 시간은 5min 이상이며; RH 정련 처리가 완료된 후, 각 용광로에 100m~150m의 칼슘-알루미늄 와이어를 공급하고, 12min 이상 소프트 블로잉하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제5항에 있어서, 상기 단계 1)에서, 주조 과정에서는 풀 프로텍션 주조 방식을 채택하고, 액상선 온도는 1514~1524℃이며, 과열도는 25℃ 미만이고, 부채형 구간 주편의 응고 말단에 소프트 리젝션 기술을 채택하여 주편을 피트에 넣고, 적층하여 60h 이상 서냉시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 단계 2)에서, 가열 시간은 ≥9min/cm이고, 상기 다단계 가열 및 승온은 1단계 가열 온도가 1020~1140℃이며, 2단계 가열 온도가 1100~1190℃이고, 균열 단계 온도가 1110~1170℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 단계 3)에서, 조압연 단계에서는 적어도 2패스의 변형량이 ≥20%가 되도록 보장하고, 마무리 압연 시작 온도는 825~855℃이며, 마무리 압연 단계에서는 적어도 3패스 변형이 790~760℃ 온도 범위 내에 있도록 보장해야 하고, 상기 3패스의 누적 변형량은 ≥20%인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 단계 4)에서, 복귀 온도는 500~550℃이고, 냉각 속도는 10~15℃/s인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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