KR920005616B1 - 저온인성이 우수한 고장력열연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저온인성이 우수한 고장력열연강판의 제조방법

제1도는 본 발명에 따라 열간압연된 열연강판의 온도에 따른 충격흡수에너지 변화를 나타내는 그래프.

제2도는 본 발명에 부합되는 열연강판의 충격파단면(-120℃)에 대한 주사전자현미경 조직사진.

제3도는 본 발명에 부합되는 열연강판의 광학 및 투과전자현미경 조직사진.

본 발명은 저온에서의 충격인성이 우수하면서도 강도가 높은 고인성 고장력열연강판의 제조방법에 관한것이다.

종래의 고장력강 제조방식은 0.1% C, 1.0% Mn 정도의 탄소강에 Nb, V, Ti 등의 합금원소들을 미량첨가하여 오스테나이트의 미재결정 영역을 넓히고, 미재결정영역에서 마무리압연을 하여 오스테나이트를 변형시킨 후, 가공받은 오스테나이트로부터 미세한 페라이트가 변태되도록 하는 방식이었다. 그러나 이와 같은 통상의 가공열처리를 통하여 얻을 수 있는 페라이트의 결정립 크기는 약 5um 정도로 높은 강도와 인성을 동시에 요구하는 저온재료로서 사용하기에는 한계가 있어왔다. 그리하여 최근에는 보다 낮은 권취온도를 유지하여 최종조직을 미세한 베이나이트나 혹은 미세한 페라이트 및 베이나이트로하는 비조질 고강도강을 제조하고 있다.

그러나 이와 같은 방법으로 제조된 고강도 강에 있어서 베이나이트조직을 안정적으로 형성시키기 위한 탄소 및 합금원소의 첨가때문에 높은 강도를 얻을 수는 있지만 충격인성, 연성 및 용접성의 저하를 가져오고, 또 권취온도가 극히 낮아야 하므로 실제 열연조업이 어려운 문제점들을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 페라이트의 결정립을 미세화시키는 합금설계와 제조조건을 통하여 높은 강도를 갖으면서도 저온에서의 충격인성이 우수하고, 또한 탄소당량이 적어 용접성도 우수한 고인성 고강도 열연강판을 제조하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 wt%로, C : 0.02% 이하, Mn : 0.8-1.6%, Nb : 0.05-0.4%와, 나머지 Fe 및 기타불순물로 조성되는 강을 1000-1200℃로 재가열하여 Ar₃-Ar₃+100℃에서 압하율 40% 이상이 되도록 마무리압연하고 20℃/sec 이상의 냉각속도로 450-550℃까지 수냉한 후 이 온도에서 권취하는 저온인성이 우수한 고장력열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본발명은 wt%로, C : 0.02%이하, Mn : 0.8-1.6%, Nb : 0.05-0.4%, Ni : 1.0 이하와 나머지 Fe 및 기타불순물로 조성된 강을 1000-1200℃로 재가열하여 Ar₃∼Ar₃+100℃에서 압하율 40% 이상이되도록 마무리압연 하고 20℃/sec 이상의 냉각속도로 450-550℃까지 수냉한 후 이 온도에서 권취하는 저온인성이 우수한 고장력열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 wt%로, C:0.02% 이하, Mn : 0.8-1.6%, Nb : 0.05-0.4%, Ni : 10% 이하, 와 나머지 Fe 및 기타불순물로 조성된 강을 1000-1200℃로 재가열하여 Ar₃∼Ar₃+1000℃에서 압하율이 40% 이상이 되도록 마무리압연을 하고 20℃/sec 이상의 냉각속도로 450-550℃까지 수냉한 후 이 온도에서 권취하는 저온인성이 우수한 고장력열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 상기 수치한정이유에 대하여 설명한다.

일반적으로 탄소의 함량이 많을수록 충격치가 떨어지고 연성-취성천이온도가 올라가므로 저온인성이 나쁘게 된다. 반면에 페라이트의 결정립을 미세화시키기 위해서는 Ar₃온도를 낮게하여 저온에서 페라이트 변태가 일어나는 것이 좋은데 탄소량이 증가할수록 Ar₃온도는 낮아지게 된다. 그러나 이같이 Ar₃온도를 저하시키기위하여 탄소함량을 0.02%C 이상 첨가하게 되면 펄라이트의 생성이 용이하여 인성 및 연성이 저하되므로 그 상한을 0.02%로 한정하였다. 또 Nb(C, N) 석출물이 많이 형성되는 것이 결정립 미세화에 효과적이긴 하지만 탄소함량이 많으면 이에 필요한 Nb의 양이 많아지게 되므로 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 저온인성과 용접성을 향상시키고자 탄소의 함량을 통상의 열연강보다 크게 낮추었다. 또한, 탄소의 함량이 적게됨에 따라 강도의 저하가 생기므로 Nb의 함량을 C,N과 화학양론적 비를 이루도록 조절 첨가하였다. 이러한 이유는 C, N이 Nb과 화학양론적 비를 이룰때 Nb(C, N)가 가장 많이 생겨 석출강화 효과가 가장 크게 나타나며 또, Nb(C, N)는 페라이트의 결정립성장을 억제하는 효과가 크므로 결정립을 미세화시키는데도 기여하기 때문인데, Nb의 양이 0.05%이하인 경우에는 Nb의 석출강화 및 고용강화 효과가 적게되고 또 0.4% 이상인 경우에는 슬라브 재가열시 Nb이 완전히 분해고용하기가 어렵고 원료비가 많아지는 단점이 있으므로 그 첨가량은 0.05-0.4%로 한정하는 것이 바람직하다.

Mn은 고용강화 효과가 크고, Ar₃변태온도를 낮추어 페라이트의 결정립을 미세화시켜 강도와 인성을 동시에 향상시키는 것으로 알려져 있으나, 0.8% 이하에서는 첨가효과가 없고 1.6% 이상인 경우에는 강의 소입성이 크게 증가되어 인성에 해로운 취약한 마르텐사이트조직이 생기게 되므로 그 첨가량은 0.8-1.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Ni은 본 발명의 효과를 더욱 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로서, 상기 Mn과 같이 고용강화 효과가 크고, Ar₃변태온도를 낮추어 페라이트의 결정립을 미세화시켜 강도와 인성을 동시에 향상시키나 그 첨가량이 1.0%이상이 되면 강의 소입성이 크게 증가되어 인성에 해로운 취약한 마르텐사이트조직이 생기게되므로 그 첨가량은 1.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. S와 P은 일반적으로 아주 적은 양으로도 저온인성을 크게 해치는 원소들이므로 가능한한 낮추는 것이 바람직하다.

상기의 조성을 갖는 강의 열간압연조건들을 설명하면 다음과 같다.

슬라브 재가열온도는 1000-1200℃로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 본 발명강에 있어서 Nb(C, N)가 완전히 분해되어 오스테나이트 내로 재고용되기에 충분할 뿐 아니라 열간압연시 초기 오스테나이트의 결정립 크기를 가능한한 작게 하여 최종페라이트의 결정립을 보다 미세화시키기 위한 것이다. 마무리 압연온도는 Ar₃-Ar₃+100℃로서 마무리 압연온도가 Ar₃온도보다 낮은 이상역에서는 이미 초석페라이트가 존재하게 되어 열간압연이 진행됨에 따라 페라이트가 변형을 받게되는데, 이 변형된 페라이트는 기계적 성질을 저하시키므로 열간압연 마무리온도는 Ar₃온도 이상이 되어야 하며, Ar₃+100℃ 이상의 온도에서는 압연온도가 높아 열간압연에 의해 최종 조직을 미세화시키는 효과가 크지 않으므로 위의 온도범위에서 마무리압연을 하여 미재결정 오스테나이트를 변형시키면 페라이트의 핵생성위치 및 핵생성 속도가 크게 증가하여 아주 미세한 페라이트를 얻을 수 있게 되기 때문에 본 발명에서는 마무리 압연온도를 Ar₃-Ar₃+100℃온도로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 마무리압연의 열간압하율이 40% 이상이 되도록 제한하였는데, 그 이유는 페라이트의 결정립 미세화 정도는 미재결정역에서의 가공량이 증가할수록 더욱 커지기 때문이며 40% 이하의 가공량으로는 결정립미세화에 큰 기여를 하지 못하므로 위와 같은 제한을 하였다.

이상과 같은 압연을 행한 후 통상의 열연조업과 같이 수냉각을 시켰는데, 이는 냉각시 페라이트의 결정립성장을 억제시키는데 효과가 있기 때문이다.

한편, 권취온도는 450-550℃정도로 제한하였는데, 이는 권취온도가 너무 낮게되면 인성에 해로운 제2상이 생기기 때문이고, 권취온도가 너무 높으면 폐라이트의 결정립이 권취후에 성장하기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명올 상세히 설명한다.

[실시예]

하기 표 1의 화학조성을 갖는 강을 하기 표 2의 열간압연조건으로 열간압연하여 열연강판을 제조하고 시편을 채취하여 각 시편에 대한 기계적 성질 즉, 인장강도, 항복 강도, 연신율 및 충격에너지값을 측정하고, 그 측정결과를 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 발명재 C에 대한 저온충격치를 제1도에, -120°C에서의 충격파단면에 대한 주사전자현미경 조직사진을 제2도에, 그리고 광학 및 투과전자현미경 조직사진을 제3도(a) 및 (b)에 각각 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에서 비교재(a)는 일반 미량합금원소 첨가강을 통상의 열연조업에 따라 압연하여 제조된 것이며 비교재(b)는 동일 조성의 강을 본 발명에서 행한 압연과정을 통하여 제조된 것이다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명강이 비교강에 비해 탄소당량이 작아 용접성이 우수하리라고 예측된다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 마무리 압연온도 권취온도가 낮은 비교재(b)의 경우가 비교재(a)보다 강도가 증가하였을 뿐만 아니라 저온에서의 충격인성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.

이와 같은 이유는 저온압연으로 인한 페라이트의 결정립 미세화에 기인한 것으로 본 발명에서 행한 열연조건이 기계적 성질을 향상시키는데 효과가 있음을 알 수 있다. 그러나, 비교재(b)와 본 발명재(A-D)와의 기계적 성질을 비교해 보면 상기 표 2 및 제1도에서 알 수 있는 바와 같이 거의 동일한 압연과정이었음에도 불구하고 본 발명재(A-D)들이 강도와 저온인성이 훨씬 우수하게 나타났다. 특히 발명재 C의 경우에는 약 30kg/mm²에 가까운 정도의 강도 상승을 나타내고 또한, 제1도에 나타난 바와 같이, 저온에서의 충격인성도 매우 우수하여 -120℃까지 거의 연성-취성 천이온도가 나타나지 않음을 알 수 있으며, 충격파단면도 제2도에 나타난 바와 같이 연성파괴의 특징인 딤풀(dimple)을 나타내고 있다.

이러한 이유는 본 발명에서 강도 및 인성을 향상시키기 위한 적절한 합금설계로 인한 석출강화, 저온변태강화 및 결정립미세화 강화효과와 페라이트의 결정립을 미세화시키는 열연조건의 조화에 기인한다.

본 발명재(C)의 최종열연상태의 미세조직을 나타내는 제3도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 얻어진 강의 미세조직은 결정립계가 불분명하고, 불규칙한 침상페라이트 조직으로 되어 있음을 알 수 있다. 이러한 침상페라이트 조직은 많은 하부조직을 갖고 있으며 또 연신된 모양을 하고 있어 그 결정립 크기를 정확하게 측정하기는 어렵다. 그러나, 보통의 페라이트와 비교해 보면 높은 전위밀도를 갖고 있으며, 결정립이 훨씬 미세함을 알 수 있다.

본 발명에서 얻어진 침상페라이트의 결정립 크기는 0.5μm-2μm정도로써 앞에서 설명한 통상의 미량 합금원소 첨가강의 평균페라이트 결정립 크기 5μm 보다 훨씬 미세화 되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강도와 인성이 최적 조화를 이룰 수 있는 합금설계와 페라이트의 결정립을 미세화시키는 열간압연조건을 통하여 탄소당량이 0.24 정도로 낮으면서도 80kg/mm²이상의 높은 강도와 -120℃의 극저온에서 조차 충격흡수 에너지가 155joule에 달하는 우수한 저온인성을 동시에 갖는 고인성 고장력 초세립 침상페라이트 열연강판을 제조할 수 있어 추후 극한지에서도 용접이 용이하고 잘 깨지지않는 극저온용 강을 제공할 수 있는 효과가 있는것이다.

Claims (2)

1. wt%로, C : 0.02% 이하, Mn : 0.8-1.6%, Nb : 0.05-0.4%, 잔부 Fe 및 기타불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강을 1000-1200°C로 재가열하여 Ar₃-Ar₃+100℃에서 압하율이 40%이상이 되도록 마무리 압연하고 20℃/sec 이상의 냉각속도로 450-550℃까지 수냉한 후 이 온도에서 권취하는 것을 특징으로하는 저온인성이 우수한 고장력 열연강판의 제조방법.
2. wt%로, C : 0.02% 이하, Mn : 0.8-1.6%, Nb : 0.05-0.4%, Ni : 1.0% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강을 1000-1200℃로 재가열하여 Ar₃-Ar₃+100℃에서 압하율이 40%이상이 되도록 마무리 압연하고 20℃/sec 이상의 냉각속도로 450-550℃까지 수냉한 후 이 온도에서 권취하는 것을 특징으로 하는 저온인성이 우수한 열연강판의 제조방법.

Images