KR900007445B1 - 저온균열감수성 및 충격인성 이방성이 낮은 조질 고장력강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저온균열감수성 및 충격인성 이방성이 낮은 조절 고장력강의 제조방법

제1도는 모재에 있어서 압연방향 및 압연직각방향의 2mm 브이샤피충격 천이곡선이고,

제2도는 경사 Y형 구속균열시험 결과로서 본 발명강과 비교강의 저온균열감수성을 비교한 그래프이다.

본 발명은 예열없이 용접을 행하여도 저온균열발생의 위험이 없고 충격인성 이방성이 낮은 용접구조용 조질고장력강의 제조방법에 관한 것이다. 최근 용접구조물의 경량화추세에 따라 저장용 용기, 압력용기, 교량등에 널리 적용되고 있는 강도 60kg/mm²급 이상의 고장력강의 용접시 가장 우선적으로 고려되어야 할 점은 모재 및 용접부 인성 열화방지대책과 아울러 용접부 저온균열 발생방지대책을 수립하는 것이다.

일반적으로 강재의 강도가 60kg/mm²급 이상이 되면 강도확보를 위해 필수적으로 첨가되는 C, Mn을 비롯한 합금원소 첨가량이 많아지므로 용접시 저온균열 발생이나 용접부 취화현상이 수반되게 된다.

용접시공시 저온균열발생 방지를 위한 대책으로서는 저수소계 용접재료의 사용, 용접이음부 구속도 저감설계 또는 예열이나, 후열등이 행해지고 있으나 용접시공 비용이나 안정성 양편을 동시에 만족시킬 수 있는 가장 확실한 방법은 강재 재질의 개선을 통해 저온균열 감수성을 낮추는 것으로 밝혀져서 여타 성질의 저하를 초래하지 않으면서 저온균열에 대한 저항능이 높은 강재의 개발이 강력히 요청되고 있다.

지금까지 공지된 저균열감수성강의 기본적 제조사상은 용접성에 해로운 C, Mn함량을 낮추기 위해 Mo, Cr, Ni, V 등 소입성 향상원소를 통상 수준이상 첨가하거나 슬라브 열간압연 후 직접 소입을 행하여 소입성을 증대시켜 합금원소 첨가량을 줄이는 기술등이 발표되어있다. 그러나, 이러한 공지기술들은 전자의 경우 C, Mn함량의 감소에 따른 강도보상을 위한 고가의 합금원소 첨가량이 많아져서 강재 제조비의 상승요인이 되며 또한 강도수준이 높아지면 첨가원소의 과다에 기인하여 용점성 개선에 한계가 있다.

한편, 후자의 경우 슬라브 압연후 직접 소입에 의한 소입성 확보를 위해서는 제조가능판두께에 엄격한 제한이 따르면 용접열영향부의 연화현상이 수반되어 대형구조물의 건조시에나 용접후 열처리를 행하여 사용되는 용접구조물에의 적용은 불가능하다.

따라서 우수하고 안정된 용접성을 얻기위해서는 경제성 및 범용성을 동시에 만족하는 저온균열발생 방지대책수립과 함께 구조물 사용성능을 향상을 위해 모재 및 용접부 충격인성의 이방성을 줄이는 것이 동시에 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결한 것으로서 조질고장력강 제조에 있어서 중량%로 C : 0.06-0.09, Si : 0.1-0.5, Mn : 0.8-1.6, Al : 0.02-0.08, B : 0.0005-0.0030, Ca : 0.0005-0.0050, N : 0.0020-0.0080에 Cu : 1.0% 이하, Ni : 1.5%이하, Cr : 1.0%이하, Mo : 1.0%이하, V : 0.1%이하, Nb : 0.1% 이하로 이루어진 그룹중에 적어도 2종 또는 3종이상을 포함하고, 나머지가 Fe로 조성되는 강의 슬래브를 사상압연온도를 950℃ 이상으로 하여 열간압연한 후 소입, 소려처리하는 것을 특징으로 하는 저온균열감수성 및 충격인성이방성이 낮은 조질고장력강의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하에서 본 발명강의 성분조성 한정이유에 대해서 상세히 설명한다. C은 강의 강도를 증가시키는데 유효한 원소로서 60kg/mm²급 이상의 인장강도를 얻는데에는 최저 0.06%가 필요하다. 그러나, 과잉 C함량은 저온균열감수성을 높히고 인성의 열화도 현저해지므로 그 상한을 0.09%로 한다.

Si은 본 발명에 있어서 강의 강도확보에 유효한 원소로서 0.1-0.5% 범위에서 첨가한다. Si에 의한 강도증가에 따른 인성의 저하는 비교적 적지만 과잉의 Si첨가는 용접시 저온균열감수성을 높히기 때문에 보다 바람직한 조성범위는 0.1-0.3%이다. Mn에 대해서는 0.8% 미만에서는 강도가 부족하므로 그 하한을 0.08%로 하지만, Mn함량이 1.6%를 넘으면 용접부 인성이 열화되고 용접경화성을 높히는 경향이 있으므로 그 상한을 1.6%로 한정한다. Cu를 1.0% 이하로 한정한 것은 Cu는 소입성, 강도를 높히는데 유효한 원소이지만 1.0%를 넘으면 용접성 및 인성을 동시에 악화시키기 때문이며, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하이다. Ni은 높은 인성을 얻기위해 첨가하는 원소로서 1.5% 이하가 적절하며 제조원가의 상승을 고려하여 1.0% 이하가 더욱 바람직하다. Mo은 본 발명에 있어서 B와 함께 소입성을 증대시켜 강도를 증가시키는데 유효한 성분이다.

특히 Mo은 소려취화에 대한 저항능을 향상시키는데 필수적인 성분으로 그 범위는 1.0% 이하가 바람직하며, Mo의 과잉함유시 용접부 저온균열감수성을 높히므로 0.6% 이하가 더욱 바람직하다.

Cr은 강의 강도확보에 유효한 원소이지만 과잉함유시 Cr탄화물이 다량으로 생성되어 강의 인성을 열화시키고 동시에 저온균열감수성을 높히므로 그 범위는 1.0% 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.8% 이하이다. V은 모재 및 용접부의 강도를 증가시키는데 유효한 석출 강화형 원소이다.

그러나, 함유량이 0.1%를 초과하면 그 효과는 포화되고 오히려 용접성을 해치므로 그 상한을 0.1%로 하며, 더욱 바람직한 조성범위는 0.06% 이하이다.

Nb도 V과 같이 강도향상에 유효하지만 0.1%를 넘으면 용접경화성을 높히므로 그 상한을 0.1%로 하며, 더욱 바람직한 조성범위는 0.06% 이하이다.

Al은 탈산을 위해 본 발명과 같은 킬드강에 필수적으로 첨가되어야 하며 질소와 결합하여 AlN을 형성함으로써 강의 조직을 미세화시켜 인성을 향상시키고 B의 질소와의 결합을 감소시켜 B의 소입성효과를 촉진시키는 원소로서 0.02%미만에서는 그 효과가 없으며 0.08% 이상 함유시 그 효과는 포화되고 비금속개재물이 증가되어 인성을 해치므로 한정범위를 0.02-0.08%로하며, 더욱 바람직한 범위는 0.02-0.06%이다.

B은 본 발명강의 필수원소로서 미량첨가에 의해 강의 소입성을 증가시키는 원소이지만 0.0005%미만에서는 그 효과가 없고 0.0025%를 초과하면 오스테나이트 결정립계에 BN, Fe₂₃,(C, B)₆등의 화합물이 생성되어 소입성 효과를 상실하고 인성을 저하시킨다. Ca은 강중에 CaO나 CaS 등의 고온에서도 매우 안정한 화합물을 만들어 용접부에서 수소에 의해 야기되는 저온균열 발생 및 전파에 대한 저항성을 증대시키고 특히 MnS 개재물 대신 형성된 CaS 개재물은 압연 가공시 연신됨이 없이 구형에 가까운 형성을 유지하여 충격인성의 이방성을 줄이는 원소로서, 0.0005%미만에서는 S계 개재물의 개선효과가 없고 0.0050%를 넘으면 개재물이 현저히 증가하여 강의 인성에 해로우므로 조성범위를 0.0005-0.0050%로 하며 더욱 바람직한 범위는 0.002-0.005%이다.

N은 오스테나이트 결정립의 미세화를 위해 0.002% 이상의 필요하지만 0.008%를 넘으면 B와의 반응으로 B의 소입성을 해치므로 성분을 0.002-0.008%범위로 한정하며, 더욱 바람직하게는 0.003-0.007% 범위이다. 다음은 압연온도 한정 및 제조 조건에 대해 상세히 설명한다. 압연온도가 높을수록 기지(matrix)에 대한 개재물의 상대적 변형저항이 낮아져서 개재물 주위의 공동(void)형성이 용이해 지므로 개재물의수소트랩(trap)효과가 증대되어 용접부 수소의 확산을 더욱 늦출수 있으므로 사상압연을 950℃ 이상에서 실시하여야 한다.

열간압연 한 후판은 Ac₃이상의 온도로 가열하여 급냉하는 소입처리를 행하여 강의 강도를 높히고 Ac₁이하의 온도에서 소려처리를 행함으로써 경하고 취약해진 강에 적당한 인성을 부여한다.

본 발명강은 공지된 합금원소 절감이나 소입온도증대를 통한 용접성에 유해한 원소의 저간에 대한 보완인자로서 Ca개 개재물을 이용한다. 일반적으로 용접부의 수소에 의한 저온균열의 발생, 전파에 미치는 개재물의 영향에 관한 기구는 여러가지 요인으로 설명되고 있으나 가장 유력한 이론은 개재물에 의한 수소트랩효과로서 균열선단에서의 수소집적을 완화시켜 균열 발생을 낮추고 수소확산을 지연시켜 균열 선단으로의 수소집적을 늦추므로써 균열전파속도를 저하시킨다고 생각된다. 따라서 이러한 개재물의 수소 트랩효과를 유효하게 적용함으로써 동일한 화학조성의 강일지라도 저온균열감수성을 상당히 낮출 수 있었다. 용강중에 CaC나 Ca-Si로서 Ca을 첨가하면 첨가된 Ca는 먼저 용강의 탈산, 슬래그 환원에 사용되어 CaO를 생성시키고 계속해서 Ca 기포가 용강중을 부상하는 과정에서 탈황반응이 일어나 최종적으로 CaO, CaS개재물을 형성한다.

이 개재물들은 거의 구형이고 열간압연시 늘어나지않고 구형으로 남아 있으며 크기는 10μ 이하의 미세한 것들이 대부분이다. 이와반면 통상의 강에서는 황화물계 개재물은 대부분 MnS로서 존재하며 이 MnS계개재물은 강판압연시 압연방향으로 길게 늘어나 최종적으로 압연직각 방향의 충격인성을 현저하게 저하시켜 충격인성 이방성을 나타내게 하는 가장 큰 요인으로 작용한다.

따라서, 이러한 충격인성 이방성의 개선을 물론 앞서 언급한 용접부에서 발생되는 수소에 의한 저온균열발생 및 전파에 대한 저항성을 증대시키기 위해사는 연신된 MnS 개재물의 저감이 필수적이며 이는 Ca첨가에 의해 MnS개재물을 CaS계로 변환시킴으로서 가능해진다.

이 CaS개재물은 크기가 미세하고 압연시 연신됨이 없이 구형으로 존재하여 최총제품의 압연직각 방향의 충격인성 저하방지와 함께 용접 중이나 용접 후 응력집중부로의 수소확산을 지연시켜 저온 균열발생에 필요한 한계 수소량의 집적을 어렵게하므로써 동일조성의 장재라 할지라도 저온균열감수성을 현저히 낮출 수 있었다.

상기의 개재물에 의한 수소트랩효과는 개재물주위의 공동형성과 밀접한 관계가 있으므로 열간압연시 사상압연온도를 높혀 기지에 대한 개재물의 상대적 변형저항을 낮춤으로써 Ca계 개재물의 수소트랩 효과를 증대시킬 수 있었다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

하기 표 1과 같이 조성된 본 발명강 및 비교강의 슬라브를 사상압연온도를 950℃로하여 통상의 방법으로 열간압연한 후, 소입, 소려처리 하여 각각에 대한 기계적 성질, 즉, 항복강도, 인장강도, 연신율, 충격치 및 파면천이온도를 측정하여 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 A-D강은 60kg/mm², E, F강은 80kg/mm²급 고장력강과 동등의 강도를 지니는 것이고 G-L강 및 M, N강은 각각 통상의 60, 80kg/mm²급 고장력 강이다.

본 발명에 의한 고장력강의 기계적 특성은 비교강에 비해 동등하거나 그 이상의 수준을 지니며 특히 저온에서의 인성이 우수하다.

실시예 2

상기 표 1의 본 발명강(A)과 비교강(G, I)을 실시예 1과 같이 제조하여 압연방향 및 압연직각방향에 대한 샤르피 충격시험(2mmV)을 실시하여 그 결과치를 제1도에 나타내었다.

상기 제1도에 나타난 바와 같이 본 발명강(A)는 비교강(G, I)에 비하여 이방성이 거의 없음을 알 수 있다.

실시예 3

상기 표 1의 본 발명강(A)과 비교강(I)의 성분으로 조성된 강재의 사상압연온도를 변화시켜 제조한 다음, 예열온도에 따른 단면균열율 (%)을 측정하여 제2도에 나타내었다.

상기 제2도에서 알 수 있는 바와 같이, 비교강(I)의 균열방지를 위한 예열온도가 100℃, 본 발명강과 동일한 화학조성의 강을 900℃ 이하에서 저온압연한 경우 그 온도가 50℃인데 비하여 본 발명강(A, 사상압연온도 980℃)은 예열없이 용집하여도 균열이 발생되지 않는다.

실시예 4

상기 표 1의 본 발명강 및 비교강을 실시예 1과 같이 제조하여 경사 Y형 구속균열시험(JIS Z3158)을 실시하고, 그 결과치를 하고 표 3에 나타내었다.

[표 3]

상기 경사 Y형 구속균열시험은 강 용접부의 저온균열감수성을 평가하는 각종 시험법중에서도 특히 엄격한 방법이므로 구속조건이 심한 구조물의 저온균열방지용 예열온도를 안전하게 구하기 위해 강제조업체나 용접시공체에서 널리 이용되고 있는 방법이다.

이 시험법 의해 얻어진 상기 표 3의 결과에서 알 수 있듯이 본 발명강은 비교강에 비해 매우 낮은 저온균열감수성을 지니며 본 발명강은 80kg/mn²급 고장력강에 있어서도 상온에서 예열 없이 용접하여도 저온균열이 발생하지 않았다.

이와 같이 본 발명은 충격인성 이방성이 없으며 예열없이 상온에서도 용접이 가능하여 구조물의 사용성능 향상은 물론 용접작업공수의 절감 및 비용절감에 상당히 기여할 수 있으며 강 제조시 고가의 합금원소 첨가량을 줄일 수 있어 강의 경제적 제조측면에서도 유리한 것이다.

Claims (1)

1. 인장강도 60kg/mm²급 이상의 용접구조용 고장력강 제조에 있어서, 중량%로, C : 0.06-0.09, Si : 0.1-0.3, Mn : 0.8-1.6, Al : 0.02-0.06, B : 0.0005-0.0025, Ca : 0.002-0.005, N : 0.003-0.007에 Cu : 0.5% 이하, Ni : 1.0%이하, Mo : 0.6%이하, Cr : 0.8%이하, V : 0.06%이하, 및 Nb : 0.06% 이하로 이루어진 그룹중에서 적어도 2종 또는 3종이상을 포함하고 나머지 Fe로 조성되는 강의 슬래브를 사상압연 온도를 950℃ 이상으로 하여 열간압연한 후 소입, 소려처리하는 것을 특징으로 하는 저온균열감수성 및 충격인성 이방성이 낮은 고장력강의 제조방법.

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