KR920005617B1 - 인장강도 100kgf/㎟급 용접구조용 고장력강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인장강도 100kgf/mm2급 용접구조용 고장력강의 제조방법

제1도는 마무리 압연온도에 따른 기계적 성질의 변화를 나타내는 그래프.

제2도는 발명강과 비교강의 미세 조직도.

제3도는 Ac₁온도 이상에서 템퍼링한 미세 조직도.

본 발명은 도시가스 탱크용, 대형교량용, 수압철관용, 해양구조물용, 석유탱크용, 산업기계용 등의 용도로 쓰이는 인장강도 100kgf/mm²급 용접 구조용 고정력가의 제조방법에 관한 것이다.

인장강도 100kgf/mm²급 고장력강을 생산하기 위한 종래 방법으로는 C : 0.05-0.15%, Mn : 0.3-1.5%, Si : 0.01-0.50%, Ni : 2% 이하, Cr : 0.1-1.5%, Mo : 0.1-1.0%, V : 0.01-0.2%, Cu : 1%이하, B : 0.005%이하, Nb : 0.01-0.2%, Sol.Al : 0.001-0.10%, Ti : 0.2%이하, Zr : 0.2% 이하, Ca : 0.2%이하의 화학조성을 갖는 강을 1050℃이상으로 가열하여 열간 압연한 후, 곧바로 Ar₃변태온도 이상으로부터 담금질한 다음, 550℃에서 Ac₁변태온도 범위내에서 템버링(tempering)하는 직접 담금질법(Dirct Quenching)이 알려져 있는데, 이 직접 담금질법은 강판을 압연하여 공냉한 다음 다시 오스테나이트 단상구역까지 재가열하여 담금질한 다음 템퍼링하는 기존의 방법(재가열 담금질법)에서는 이용할 수 없었던 Nb의 석출강화 효과를 이용하여 강도를 증가시키게 된다. 재가열 담금질법에서는 압연판 재가열 온도(900-950℃)가 낮아 재가열시 Nb의 재용해가 이루어지지 않기 때문에 담금질 후 템퍼링시에 미세한 Nb 탄화물 석출이 어렵지만, 직접 담금질법에서는 슬라브(slab) 가열온도(1050℃이상)가 높아 Nb의 재용해가 충분히 이루어지며 압연 후 곧바로 담금질하여 템퍼링하기 때문에 템퍼링시 미세한 Nb 탄화물이 석출되어 석출강화를 이룬다. 즉 Nb의 석출강화를 이용하기 위해서는 Nb의 재용해가 선행되어야 하는데 Nb의 재용해는 직접 담금질법으로만 가능하지만, 이와 같은 Nb탄화물에 의한 석출강화는 강도는 증가시키지만 인성 향상에는 효과가 없다. 따라서, 본 발명은 Nb의 석출강화와 더불어 Nb의 재결정 억제효과를 이용한 결정립 미세화를 통하여 강도 및 인성이 동시에 우수한 인장강도 100kgf/mm²급 용접구조용 고장력강을 제조하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명은 상세히 설명한다.

본 발명은, 중량%로, C : 0.07-0.15%, Si : 0.1-0.3%, Mn : 0.6-1.0%, Ni : 0.7-1.5%. Cr : 0.4-0.6%, Mo : 0.4-0.6%, V : 0.05% 이하, Nb : 0.02-0.1%, Ti : 0.01-0.04%, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, B : 0.001-0.002%, Sol.Al : 0.02-0.08%, Cu : 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1100-1250℃로 가열하여 재결정온도 이하에서의 누적압하율를 40% 이상으로하고 마무리 압연온도를 Ar₃이상으로하여 제어압연한 다음 곧바로 수냉하여 580-680℃에서 탬퍼링하는 인장강도 100kgf/mm²급 용접구조용 고장력강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 상기한 강의 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다.

C의 함량이 높을 경우 강도는 증가하나 용접성이 저하되고, 함량이 낮은 경우에는 용접성은 향상되나 강도가 감소하므로 C 함량은 0.07-0.15%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 탈산제로 첨가되며 항복강도는 증가시키지만 충격 천이온도를 낮추고 용접성을 해치므로 0.1-0.3%으로 한정하는것이 바람직하다.

상기 Mn은 소입성 증가에 의해 강도를 증가시키나 용접성을 해치며 또한 소려 취성을 유발시키므로 0.6-1.0%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Ni는 저온인성을 개선시키는 합금 원소이지만 고가이므로 0.7-1.5%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Cr, Mo 및 V은 소입성을 향상시키며 템퍼링시 합금 탄화물을 석출시켜 강도 증가에 기여하지만 용접성을 해치며 고가이므로 Cr : 0.40-0.65%, Mo : 0.4-0.6% 및 V : 0.05%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 P 및 S는 함량이 낮으면 낮을수록 좋으나 제강과정에서 피할 수 없는 불순물이므로 물성에 해로운 영향을 끼치지 않도록 P는 0.02% 이하, S는 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Nb은 압연시 재결정 온도를 상승시켜 미재결정 온도 범위를 확장시킴으로써 본 발명의 특징중의 하나인 미재결정역 압연이 용이하게. 되며, 또한, 마무리 압연온도가 낮아지면 압연중 대기시간이 길어져 생산성이 저하되는데, Nb는 마무리 압연온도를 높게 할 수 있기 때문에 생산성이 향상된다. 그리고 미재결정압연에 의한 결정립 미세화를 통한 강인화와 함께 템퍼링시 미세한 탄화물 형성에 의해 강도 증가에 기여하므로 Nb은 0.02% 이상으로 첨가하여야 하지만 다량 첨가하면 용접성이 저하되므로 0.1% 이하로 제한하는것이 바람직하다.

상기 Ti은 탄질화물 형성에 의해 용접시 용접 열영향부의 결정립 조대화를 억제하지만 제강시 편석 및 산화물 형성등의 문제가 있으므로 0.01-0.04%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 B는 소입성을 향상시키지만 많이 첨가되면 인성을 해치므로 0.002% 이하로 한다.

상기 Sol.Al은 탈산제 역할과 함께 질소와 결합하여 고용상태의 질소 농도를 감소시킴으로써 B의 소입성 향상 효과를 극대화하지만 다량 첨가시 개재물등의 문제가 있어 0.02-0.08%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Cu는 소입성을 향상시키지만 1% 이상이면 인성을 저하시키므로 1% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

이하, 상기한 압연 및 열처리 조건에 대하여 설명한다.

상기 슬라브를 1100℃이상으로 가열하는 이유는 Nb등 탄화물 석출원소의 완전한 재용해를 위한 것이여, Nb등 용질원자의 완전한 재용해는 소입성 향상 및, 미세한 탄화물 석출을 위해 반드시 필요하며, 또한, 1250℃ 이하로 한것은 그 이상에서는 더 이상 탄화물 재용해 효과가 없으며 결정립 성장, 가열 비등의 문제가 있기 때문이다.

또한, 재결정 온도(950℃) 이하에서의 누적압하율을 40% 이상으로 하며 Ar₃, 온도 이상에서 마무리 압연을 행한 후 곧바로 담금질 하는데, 재결정온도(950℃) 이하 즉, 미재결정역에서의 누적압하율을 40% 이상으로 하는 것은 연신된 오스테나이트로부터 변태된 마르텐사이트(martensite)의 유효결정립이 재결정된 오스테나이트로부터 변태된 마르텐사이트의 유효 결정립보다 작기 때문이며, 이는 결정립 미세화에 의한 강의 강인화를 위한 것이다. 그리고 마무리 압연온도를 Ar₃온도 이상으로 제한한 것은 100% 마르텐사이트 조직을 얻기 위한 것으로 마르텐사이트 이외의 조직이 생기면 강도가 저하되기 때문이다.

또한, 상기 템퍼링은 강에 인성을 부여하기 위한 것으로서, Ac₁온도 이상이 되면 템퍼링후 페라이트가 형성되어 강도 및 인성을 급격히 저하시키므로 템퍼링 온도는 280-680℃가 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1의 화학성분을 갖는 강 슬라브를 1200℃로 가열하고 마무리 압연온도는 하기 표 2와 같이 변화시키고, 마무리 압하율은 40%로 하여 열간압연한 다음, 곧바로 수냉하여 하기 표 2와 같은 템퍼링 온도에서 템퍼링하여 각각에 대한 기계적 성질을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었으며, 하기 표 3의 강판중 발명재(A∼C)에 대한 기계적 성질을 도식화 하여 제1도에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

상기 표 3 및 제1도에 나타난 바와 같이, 마무리 압연온도가 900℃인 발명재(B)와 비교재(1)을 비교하면 발명재(B)의 인장강도는 97.8kgf/mm²로 비교재(1)의 인장강도 84.1kgf/mm²보다 약 13kgf/mm²정도 높음을 알 수 있는데, 이러한 충격인성 감소 없이 인장강도가 증가한 것은 Nb 첨가와 미재결정역 압연에 의한 마르텐사이트 유효 결정립 미세화와 미세한 Nb 탄화물 석출에 기인된 것이다.

또한, 마무리 압연온도가 950℃인 발명재(A)의 경우에는 -86°C에서의 샤피(charpy)충격에너지가 15.7joule이며, 900℃인 발명재(B)의 경우에는 34.5joule이고 850℃인 발명재(C)인 경우에는 53.5joule로 마무리 압연온도가 감소할수록 충격 인성이 향상되고 있음을 알 수 있는데, 이는 마무리 압연온도가 낮아짐에따라 미재결정역 압연에 의해 오스테나이트가 연신되어, 연신된 오스테나이트로부터 변태된 마르텐사이트의 결정립이 미세화되기 때문이다. 따라서 재결정온도(950℃) 이하에서의 누적압하율이 40% 이상이어야 한다.

또한, 제3도에는 상기 표 2의 비교재(2)에 대한 미세조직이 나타나 있는데, 이로부터 알 수 있는 바와같이, 700℃(Ac₁이상의 온도)에서 템퍼링한 비교재(2)는 검게 부식(etching)된 마르텐사이트와 희게 부식된 페라이트로 이루어져 있다.

상기 표 3의 기계적 성질을 살펴보면 700℃에서 템퍼링한 비교재(2)는 Ac₁온도이하(650℃)에서 템퍼링한 비교재(1)에 비해 인장강도(84.1→64.6kgf/mm²),-86℃에서의 충격에너지(42.4→11.8joule) 둘다 감소했음을 알 수 있는데. 이는 템퍼링온도는 반드시 Ac₁온도 이하이어야 한다는 것을 의미하는 것이다.

[실시예 2]

상기 실시예 1의 하기 표 1에 나타난 발명강 및 비교강 슬라브를 1200℃로 가열하고 마무리 압연온도는 950℃, 마무리 압하율은 40%로 하여 열간압연한 다음, 각각에 대한 미세조직을 관찰하여 그 결과를 제 2 도에 나타내었는데, 제2도(a)에는 발명강이, 제2도(b)에는 비교강이 나타나 있다.

제2도에 나타난 바와 같이, 발명강(제2도(a))은 미재결정 오스테나이트 조직이고, 비교강(제2도(b))은 재결정 오스테나이트 조직임을 알 수 있는데, 이는 0.039%의 Nb를 함유한 발명강의 재결정온도는 950℃이상이며, Nb를 함유하지 않은 비교강은 재결정온도가 950℃ 이하임을 알 수 있다. 따라서 미재결정역 압연을 특징중의 하나로 하며, 생산성 증대를 위해 마무리 압연온도를 높이고자 하는 본 발명강에서는 0.02% 이상의 Nb 첨가가 필수적이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 합금 원소증가가 아니라 높은 슬라브 가열온도에 의한 용질원소의 완전한 재용해를 통해 소입성 향상과 템퍼링시 석출강화 증가를 이룸으로써 첨가된 합금 원소를 효율적으로 강도증가에 이용하였으며, 또한 미재결정역에서의 압연을 통해 결정립 미세화를 이룸으로써 인성 및 강도를 동시에 향상시켰다. 따라서 소입성 향상 합금원소 및 석출강화 합금원소의 절감, 합금원소 감소에 의한 용접성 향상, 재가열 과정 생략에 의한 열원단위감소 등의 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로 C : 0.07-0.15%, Si : 0.1-0.3%, Mn : 0.6-1.0%, Ni : 0.7-1.5%, Cr : 0.4-0.6%, Mo : 0.4-0.6%, V : 0.05% 이하, Nb : 0.02-0.1%, Ti : 0.01-0.04%, P : 0.02% 이하, S:0.01% 이하, B : 0.001-0.002%, Sol.Al : 0.01-0.08%, Cu : 1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1100-1250℃로 가열하여 재결정온도 이하에서의 누적압하율을 40% 이상으로 하고 마무리 압연온도를 Ar₃이상으로 하여 제어압연한 다음 곧바로 수냉하여 580-680℃에서 템퍼링하는 것을 특징으로 하는 인장강도 100kgf/mm²급 용접구조용 고장력강의 제조방법.

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