KR950013282B1

KR950013282B1 - 용접부 인성이 우수한 용접용 구조용강의 제조방법

Info

Publication number: KR950013282B1
Application number: KR1019930028640A
Authority: KR
Inventors: 정홍철
Original assignee: 포항종합제철주식회사; 조말수; 재단법인산업과학기술연구소; 백덕현
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1995-11-02
Also published as: KR950018517A

Abstract

내용 없음.

Description

용접부 인성이 우수한 용접용 구조용강의 제조방법

본 발명은 용접용 구조용강의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, Ti-Zr 복합산화물을 생성시키므로서 용접부의 인성을 향상시킬 수 있는 용접부 인성이 우수한 용접용 구조용강의 제조방법에 관한 것이다.

제강에 있어서 탈산처리중에 발생되어 응고과정중에 형성되는 산화물은 강의 성질을 저하시키는 개재물로 간주되어 산화물을 제거하려고 노력해 왔다. 그러나 결정립 내부에 미세, 균질하게 분산되어 있는 산화물은 오스테나이트 영역에서 냉각함에 따라 강의 변태과정중 결정립 미세화를 얻을 수 있는 결정립내부의 침상 페라이트의 핵생성 자리를 산화물이 제공하여, 최종제품의 품질을 개선시키는 중요한 역할을 한다. 그러나 모든 산화물이 결정립 내부의 페라이트의 핵생성 자리의 역할을 하는 것은 아니기 때문에 산화물의 종류와 크기등을 임의로 조절하는 것은 매우 어렵다.

종래에는 주조시 A1으로 탈산후에 Ti를 첨가하여 TiN을 형성시켜 오스테나이트의 성장을 억제하고 또한 TiN이 페라이트의 핵생성을 용이하게 하여 입도를 미세화함으로써 용접열영향부의 인성을 개선해왔다. 그러나 용접용강의 용접시 열영향부에서 최고 가열온도가 1350℃ 이상으로 상승하는 영역은 용접입열량이 증가하면 넓어지며, 이러한 고온용접열영향부(HAZ)에서는 석출되어 있던 TiN이 분해되거나 성장하여, 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 페라이트 변태를 촉진하는 본래의 기능을 상실하게 되어 인성이 급격히 저하하게 된다. 실제로 용접열싸이클중 평형상태가 유지된다는 가정하에 Ti가 0.01%, N가 0.005% 첨가한 강의 최고가열온도에 따른 TiN이 용해를 계산하여 보면 1400℃에서 약 65% 정도만이 Ti이 TiN로 존재하여 약 35%의 TiN이 용해된다. 이러한 질화물들의 결점에 반하여 산화물들은 용접열싸이클 과정중 극히 안정하여 1400℃ 이상의 온도에서도 소실되지 않아 냉각과정중 페라이트 변태의 핵으로 작용하게 된다.

이와 관련하여, 일본공개특허 (소) 61-229461호, (소) 58-204117호 및 (평) 1-150453호등에는 주조시 용강중의 산소농도가 150±50ppm에서 Ti 및 Ca를 첨가하여 응고시 냉각속도가 20-400℃/분으로 하여 Ti 함유 산화물의 갯수가 50-500개/m㎡범위로 하여 최종 산소농도를 10-50ppm 범위로 유지시켜 개재물을 미세분산시키는 방법이 제시되어 있다.

그러나 상기한 종래의 Ti 탈산에 의한 용접열영향부의 인성개선 방법은 Ti 함유 산화물의 개수가 50-500/mm²범위이므로 용접열영향부의 인성개선을 위해서는 더 많이 Ti 함유 산화물이 필요하며, 2차 Ti산하물의 미세균일 분산을 위해서 이용된 Ti 탈산과 Ca의 첨가는 첨가원소의 탈산력이 매우크고, 산화물의 비중이 작기 때문에 첨가하자마자 산화되어 부상분리에 의해 제거되기 때문에 효과적인 Ti 복합산화물의 형성이 곤란한 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 상기에 종래방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써 본 발명은 Ti와 Zr을 순차적으로 첨가하고 일정시간 유지하여 탈산처리하고 주조시 적절한 속도로 응고시키므로써, 2차 산화물의 개수를 중가시키고 미세하게 분산시켜 용접부(열영향부)의 인성을 증가시킬 수 있는 용접부 인성이 우수한 용접용 구조용강의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다

본 발명은 중량%로, C : 0.2%이하, Si : 0.55%이하, Mn : 1.60%이하, P : 0.035%이하, S : 0.035%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 용강을 탈산 및 주조함을 포함하여 용접용 구조용강을 제조하는 방법에 있어서, 탈산처리시, 상기 용강중의 산소량을 50-200ppm 범위로 유지한 다음, 0.005-0.025중량%의 Ti를 첨가하여 탈산시킨 후, 0.001-0.050중량%의 Zr을 첨가한 다음, 0.5-10분동안 유지시켜 탈산시키고 ; 그리고 주조시 용강의 응고속도를 50-600℃/min이 되도록 조절하므로써 용접부 인성이 우수한 용접용 구조용강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대해서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 산화물이 탈산원소와 산소가 반응하여 생성되기 때문에 최적의 산화물의 분산과 입도제어를 위해서는 강중의 산소량과 냉각속도의 조절이 매우 중요하다. 필요한 2차 산화물의 조절을 위한 요소는 다음과 같다.

[탈산원소의 선택과 조합]

탈산원소의 탈산역([0]와 친화력)을 비교하여 보면 Ca〉Al〉Ti〉Si〉Mn〉Cr〉Fe의 순서로 탈산이 일어나기 때문에 Al로 탈산을 하는 경우에는 강중의 산소와 Al이 먼저 결합하여 Al₂O₃를 형성하기 때문에 Ti산화물이 형성되지 않는다. 그러므로 탈산원소로 Al 대신에 Ti로 탈산을 행한다. Ti로 탈산하는 경우에는 조대한 1차 탈산물(Primary Incusion)은 스토크(Stoke)법칙에 따라 용탕내에서 부상하게 된다. 그래서 Zr의 첨가를 통하여 응고과정에 있어서 덴트라이트 아암 (dentrite arm)사이에 고용되지 못한 Ti와 Zr이 산소와 반응하여 2차 탈산물(Secondary Incusion)이 생성되지 압연과정을 통해서도 산화물이 안정하기 때문에 그대로 존재하여 강재의 용접시 용접열영향부에서 결정립 내부의 침상페라이트의 변태로 인하여 인성이 우수한 강재를 얻을 수 있다.

[탈산원소의 첨가순서]

탈산원소의 첨가순서는 충분한 양의 산화물을 얻기 위해서는 Ti 탈산후에 Zr을 첨가한다. Ti와 산소의 양이 매우 적으면 Ti 산화물이 형성되지 않고, 반대로 양이 매우 많으면, 각각의 Ti 산화물이 서로 결합하여 거대한 Ti 산화물이 형성하기 때문에 바람직하지 못하다.

즉, Ti의 첨가량이 0.005중량%(이하 "%"라 칭함) 이하인 경우에는 Ti 산화물의 형성량이 매우 적거나 부상분리에 의해 모두 제거되고, 0.025%인 이상인 경우에는 너무 많은 Ti 산화물이 형성되어 조대화되기 때문에, 상기 Ti의 첨가량은 0.005-0.025%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Zr의 첨가량이 0.001% 이하인 경우에는 Ti-Zr복합산화물의 개수가 너무 적고, 0.050% 이상인 경우에는 산화물끼리 결합하여 산화물의 크기가 커지므로, 상기 Zr의 첨가량은 0.001-0.050%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti 탈산전의 용강중의 산소량은 50-200ppm으로 관리하는 것이 바람직한데, 그 이유는 용강중의 산소량이 너무 적으면 2차 산화물의 형성량이 적고, 너무 많으면, 목표로하는 원소와만 반응하는 것이 아니라 타합금 첨가원소를 산화시키므로, 정확한 화학성분을 얻기가 곤란하기 때문이다.

[접종후의 유지시간]

Ti ＋ Zr의 탈산원소를 첨가한 후 용탕(용강)을 유지한다.

유지시간이 너무 짧은 경우에는 조대한 1차 산화물이 부상하지 못하게 되어서 응고후에 잔존하여, 산화물의 평균크기가 증가하게 되고, 너무 유지시간이 긴 경우에는 산화물끼리 서로 결합하여 부상되기 때문이다.

즉, Ti-Zr의 탈산원소를 첨가한 후 용강이 유지시간이 0.5분 이하인 경우에는 조대한 1차 산화물이 부상분리될 시간적 여유가 없고, 10분 이상인 경우에는 산화물끼리의 결합으로 인하여 대조화될 우려가 있으므로 상기 유지시간은 0.5-10분으로 제한하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, Ti 첨가전에 용탕은 Ar가스와 보호가스 분위기를 유지하여 첨가된 Ti의 손실을 방지하는 것이다.

[주조시 응고속도]

미세한 2차 산화물의 균일분산을 위해서는 일정한 응고속도를 응고시켜야 한다.

이것은 각각의 Ti 산화물의 결합으로 조대화되는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 응고시 고액계면의 이동에 따른 Ti-Zr의 복합산화물이 덴트라이트에 포함되기 위해서는 응고속도가 빠른 것이 바람직하다.

즉, 응고속도가 너무 늦은 경우에는 응고시 산화물이 덴트라이트내에 흡수되지 못하게 되며, 응고속도가 너무 빠른 경우에는 Ti-Zr 복합산화물이 형성되지 못하고 기지내에 고용되므로, 상기 응고속도는 50-600℃/분으로 한정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 적용될 수 있는 용접 용구조용강은 통상의 것이면 어느 것이나 가능하지만, 바람직한 것은 중량%로, C : 0.2%이하, Si : 0.55%이하, Mn : 1.60%이하, P : 0.035%이하, S : 0.035% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 구조용강이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1 ]

진공유도로에서 하기표 1에 나타낸 성분으로된 강종들을 단중이 15kg되게 용해하여 강괴를 제조하였다. 용해시 Ti의 양과 Zr의 양을 변화시켰고, Ti 첨가전의 용강중의 산소농도를 측정하였다. 또한 용강의 유지시간을 변화시키고 응고(냉각)속도를 변화시켜 강괴를 제조하여 열간압연을 통하여 15mmt의 두께로 만들었다. 이렇게 하여 제조한 강판을 절단후 연마하여 용접시 열영향부의 인성에 중요한 영향을 미치는 개재물의 개수 및 평균크기를 측정하고, 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표1에 나타난 바와같이, 본 발명에 따라 제조된 강(A-F)의 경우 적정 산화물의 개수가 크게 증가하고, 산화물의 크기도 1.5-2.4μm로 적정크기를 갖게 됨을 알 수 있다.

이러한 적정크기(1-3μm)의 Ti 산화물은 300-600개/mm²범위에서 분포되어 강재의 용접시 용접열영향부의 인성을 증가시키는 중요한 역할을 하게 된다.

[실시예 2]

하기 표 2와 같은 조성을 갖는 용강에 대하여 알루미늄으로 1차 탈산처리를 행한 후, 2차로 Ti으로 탈산처리하고 하기 표 2와 같이 주조하여 강괴를 제조하였다.

제조된 강괴를 열간압연을 통하여 15mm두께의 강판으로 만든후 절단한 다음 연마하여 실시예 1과 같은 방법으로 개재물의 개수와 평균크기를 측정하고, 그 결과를 발명강(D)와 비교하기 위해 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표2에 나타난 바와같이, 종래강의 경우에는 Ti 첨가전 Al으로 먼저 탈산을 하기 때문에 용강중의 산소와 Al이 먼저 결합하여 알루미나 개재물이 형성되고 Ti 산화물이 형성되지 않은 반면 Ti 질화물이 생성됨을 알 수 있다.

이에 반하여 발명강(D)의 경우에는 구조용강중에 평균크기가 2.4μm인 Ti-Zr복합 산화물이 427개/mm²분포되어 있어 종래강에 비하여 모재의 용접시 용접 열영향부의 인성이 증가될 수 있음을 알 수 있다.

Claims

중량%로, C : 0.2%이하, Si : 0.55%이하, Mn : 1.60%이하, P : 0.035%이하, S : 0.035% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 용강을 탈산 및 주조함을 포함하여 용접용 구조용강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 탈산처리시, 상기 용강중의 산소량을 50-200ppm범위로 유지한 다음, 0.005-0.025중량%의 Ti을 첨가하여 탈산시킨 후, 0.001-0.050중량%의 Zr을 첨가한 다음, 0.5-10분 동안 유지시켜 탈산시키고 ; 그리고 주조시 용강의 응고속도를 50-600℃/min이 되도록 조절함을 특징으로 하는 용접부 인성이 우수한 용접용 구조용강의 제조방법.