KR960009175B1

KR960009175B1 - 내화성 형강 재료 및 그 재료의 압연 형강을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR960009175B1
Application number: KR1019930019207A
Authority: KR
Inventors: 야마모또 고히찌; 요시다 스구루; 와따나베 가즈오
Original assignee: 다나까 미노루; 신니뽄세이데스 가부시끼가이샤
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1996-07-16
Also published as: EP0589435B1; CN1035891C; DE69316950T2; TW283737B; EP0589435A3; DE69316950D1; CN1084580A; EP0589435A2; CA2106266C; CA2106266A1; JP2661845B2; JPH06100923A; US5336339A; KR940007205A

Abstract

내용없음.

Description

내화성 형광 재료 및 그 재료의 압연 형강을 제조하는 방법

제 1 도는 알루미나-티타늄-기재 산화 화합물 및 침전체로 이루어진 컴포자이트로부터 핵생성된 입자내 페라이트(IGF)의 마이크로조직의 현미경사진;

제 2 도는 △Al%=[Al%]-1.1[0%] 및 -5℃에서 샤르피(charpy) 충격치 사이의 관계를 도시한 다이아그램, 여기서 △Al%가 본 발명에서 특정된 -0.004-0.006%일 때, 높은 샤르피치가 얻어짐;

제 3 도는 알루미나-티타늄-기재 산화 화합물 및 침전체로 이루어진 컴포자이트로부터 입자내 페라이트(IGF)를 핵생성하는 메카니즘을 도시한 개략 다이어그램;

제 4 도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 레이아웃의 개략 다이어그램; 및

제 5 도는 H-형강의 기계적 시험 피스에 대한 단면 형태와 샘플링 위치를 도시한 다이아그램.

본 발명은 건축용 구조재로서 사용되는 우수한 내화성과 인성을 가진 제어된(controlled) 압연 형강(rolled shape steel)에 관한 것이다.

건설부 장관은 빌딩 높이의 상당한 증가와 건축 설계 기술의 진보, 등으로 인해 빌딩의 내화 설계를 재고한 바 있으며, 새로운 내화 설계법이 1987년 3월에 제정되었다. 새로운 법에서, 화재증강 제품의 온도가 350℃ 이하에 유지되도록 방화처리되어야 하는 구법하의 제한이 제외되었고, 강 제품의 고온 강도와 빌딩의 설계 하중 사이의 균형에 따른 적합한 방화처리법을 결정할 수 있게 된 바 있다. 구체적으로 말하자면, 600℃에서 설계상의 고온 강도가 확보될 수 있을 때, 방화처리는 따라서 감소될 수 있다.

이러한 경향과 일치하기 위하여, 일본 미심사 특허공보(공개) 제 2-77523에서는 빌딩에 사용하는 우수한 내화성을 가진 낮은 항복비의 강 및 강 제품과 그의 제조방법을 제안하고 있다. 이러한 선행 출원의 주제는 600℃에서 항복점이 상온에서의 항복점의 70% 또는 그 이상인 양으로 Mo와 Nb를 첨가함으로서 고온 강도를 개선하는데 있다. 강 제품의 설계상 고온 강도는 600℃로 고정된 바 있으며 이와 같은 사실은 합금 성분으로 인한 강 생산비의 증가와 방화처리를 수행한 비용 사이의 균형의 관점에서 가장 이익이 많다는 지견을 근거로 하였다.

선행 기술에서 강의 Al 탈산화반응에 있어서, Al은 용융법에 의한 강의 제조중 초기 단계에서 첨가되어, 탈산화반응과 얻어진 Al₂O₃의 부유 분리를 수행하였고, 따라서 용강을 정제하였다. 환원하면, 그 주제는 용강의 산소 농도를 저하시키고 일차 탈산화반응의 제품으로서 산화물을 환원시키는 방법이었다.

본 발명의 개념은 상기에 기재된 선행 기술과 다르다. 구체적으로 말하자면, 본 발명은 입자내(intragranular) 페라이트 변태 핵으로서 유용한 미세 산화 화합물이 탈산화반응 과정을 조절함으로서 침전되고 이용된다는데 특징이 있다.

본 발명자들은 복잡한 형태 때문에 롤 성형에 의해 엄격히 제한받는 형강, 특히 H-형강용 재료에 상기에 기재된 선행기술에 의해 제조된 강을 적용시킨 바 있으며, 그 결과 롤 피니싱(finishing) 온도, 환원비(reduction ratio) 및 웨브(web), 플랜지(flange) 및 필렛(fillet)의 부위간 냉각 속도에서의 차이는 그 조직을 부위별로 상당히 다르게 하며, 따라서 상온에서 강도, 고온에서 강도, 연성과 인성이 다르며 어떤 부위는 용접 구조재를 위한 압연 강에 대한 JISG3106 조건에 만족하지 않는다는 사실을 발견한 바 있다.

상기에 기재된 문제점을 해결하기 위하여, 제강 장치를 통해 마이크로조직과 압연 방법의 개선을 성취하고 높은 이익성이 있는 낮은 경비에서 우수한 물질 특성, 내화성 및 인성을 가진 제어된 압연 형강의 제조방법을 제공할 필요가 있다.

본 발명은 상기에 기재된 문제점을 해결한다는 관점에서 이루어진 바 있으며, 본 발명의 주제는 다음과 같다.

① 중량%로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%, V 0.04-0.20% 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성된 용강을 예비탈산화 처리하여 용해된 산소 농도를 0.003-0.015중량%로 조절하고, 금속 알루미늄 또는 페로알루미늄을 첨가하여 Al함량을 0.005-0.015중량%로 생성하고 식: -0.004 [Al%]-1.1[0%]≤0.006으로 표시된 Al 함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%]사이의 관계에 대한 조건을 만족하도록 탈산화반응을 수행하고, 정출화한 다음 강에 20입자/㎟ 또는 그 이상의 양으로 알루미늄-티타늄 산화 화합물을 분산함으로서 제조된 캐스트 슬라브(cast slab).

② 중량%로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50% Mn 0.4-2.0%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%, V 0.04-0.20 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고, 추가로 Cr 0.7% 또는 그 이하, Nb 0.05% 또는 그 이하, Ni 1.0% 또는 그 이하, Cu 1.0% 또는 그 이하, Ca 0.003% 또는 그 이하 및 REM(회토류 금속) 0.010% 또는 그 이하중에서 선택된 적어도 한가지 성분으로 이루어지고, 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성된 용강을 예비탈산화 처리하여 용해된 산소 농도를 0.003-0.015중량%로 조절하고, 금속 알루미늄 또는 페로알루미늄을 첨가하여 Al 함량을 0.005-0.015중량%로 생성하고 식: -0.004 [Al%]-1.1[0%]≤0.006으로 표시된 Al 함량 [Al%]와 용해된 산소 농도 [0%] 사이의 관계에 대한 조건을 만족하도록 탈산화반응을 수행하고, 정출화한 다음 강에 20입자/㎟ 또는 그 이상의 양으로 알루미늄-티타늄 산화 화합물을 분산함으로서 제조된 캐스트 슬라브.

③ 다음 단계로 이루어진, 산화물을 함유한 내화성의 제어된 압연 형강의 제조방법: 중량%로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%, V 0.04-0.20% 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고, 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성된 용강을 예비탈산화 처리하여 용해된 산소 농도를 0.003-0.015중량%로 조절하고, 금속 알루미늄 또는 페로알루미늄을 첨가하여 Al 함량을 0.005-0.015중량%로 생성하고 식: -0.004≤[Al%]-1.1[0%]≤0.006으로 표시된 Al 함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%] 사이의 관계에 대한 조건을 만족하도록 탈산화반응을 수행하고, 정출화한 다음 강에 20입자/㎟ 또는 그 이상의 양으로 알루미늄-티타늄 산화 화합물을 분산시키고, 이로서 캐스트 슬라브를 제조하며, 캐스트 슬라브를 1,100-1,300℃의 온도로 재가열한 다음, 압연을 개시하고, 압연 단계의 패스간에, 700℃ 또는 그 이하로 얻어진 강 슬라브 표면층 부분의 적어도 일회 수냉각을 수행하고 이어서 강 표면의 순환(recurrence) 과정에서 압연시키고, 압연 완료후에 압연 강을 냉각 속도 1-30℃/초에서 650-400℃로 냉각한 다음 냉각된 강을 방치시킨다.

④ 다음 단계로 이루어진, 산화물을 함유한 내화성의 제어된 압연 형강의 제조방법; 중량%로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%, V 0.04-0.20 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고, 추가로 Cr 0.7% 또는 그 이하, Nb 0.05% 또는 그 이하, Ni 1.0% 또는 그 이하, Cu 1.0% 또는 그 이하, Ca 0.003% 또는 그 이하 및 REM(회토류 금속) 0.010% 또는 그 이하중에서 선택된 적어도 한가지 성분으로 이루어지고, 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성된 용강을 예비탈산화 처리하여 용해된 산소 농도를 0.003-0.015중량%로 조절하고, 금속 알루미늄 또는 페로알루미늄을 첨가하여 Al 함량을 0.005-0.015중량%로 생성하고 식:-0.004≤[Al%]-1.1[0%]≤0.006으로 표시된 Al함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%] 사이의 관계에 대한 조건을 만족하도록 탈산화반응을 수행하고, 정출화한 다음 강에 20입자/㎟ 또는 그 이상의 양으로 알루미늄-티타늄 산화 화합물을 분산시키고, 이로서 캐스트 슬라브를 제조하며, 캐스트 슬라브를 1,100-1,300℃의 온도로 재가열한 다음, 압연을 개시하고, 압연 단계의 패스간에, 700℃ 또는 그 이하로 얻어진 강 슬라브의 표면층 부분의 적어도 일회 수냉각을 수행하고 이어서 강 표면의 순환과정에서 압연시키고, 압연 완료후에 압연 강을 냉각 속도 1-30℃/초에서 650-400℃로 냉각한 다음 냉각된 강을 방치시킨다.

본 발명을 수행하는데 가장 좋은 모드를 상세히 기재할 것이다.

철 융점의 약 1/2인, 온도 700℃ 또는 그 이하에서 강 제품의 고온 강도의 강화 메카니즘은 상온에서의 메카니즘과 실제로 동일하며 ① 페라이트 입자의 정련, ② 합금 성분에 의한 고용체 강화, ③ 경질상에 의한 분산 강화, ④ 미세 침전체에 의한 침전 강화, 등에 의해 좌우된다. 일반적으로, 고온 강도의 증가는 Mo및 Cr의 첨가를 통해 침전 강화에 의해 그리고 디스로케이션(dislocation)의 제거 또는 억제를 통해 고온에서 내연화성(softening resistance)의 증가에 의해 성취된 바 있다. 그러나, Mo 및 Cr의 첨가는 경화성에서 상당한 증가를 초래하며 기본 물질의 (페라이트+퍼얼라이트)조직을 베이나이트 조직으로 변환시킨다. 베이나이트 조직을 쉽게 형성할 수 있는, 성분으로 이루어진 강이 압연 강재(rolled shape)에 적용될 때, 특정강재는 웨브, 플랜지 및 필렛의 부위 사이에서 롤 피니싱 온도, 환원비 및 냉각 속도에서 차이를 발생시키며, 따라서 부위 마다 베이나이트 조직의 비율에 큰 변화가 존재한다. 그 결과, 상온에서의 강도, 고온에서의 강도, 연성 및 인성이 부위 마다 다르며 어떤 부위는 용접된 구조재용 압연 강에 대한 조건을 만족시키지 못한다. 또한, 이들 성분의 첨가는 용접부가 상당히 경화되게 하며, 인성의 감소를 유발한다.

본 발명의 특징은 주성분으로서 Al과 Ti, Mn, Si, Ca 및 REM 성분으로 이루어진 산화 화합물 입자를 탈산화 성분으로서 Ti의 첨가 과정과 함께 용강의 용해된 산소 농도의 조절의 조합에 의해 분산 상태로 결정화하고, MnS, TiN 및 V(C, N)을 정출화한 다음 핵으로서 산화 화합물 입자로 이루어진 컴포자이트의 형태로 분산시키는데 있다. 이 입자는 입자내 페라이트의 형성을 촉진하는 열압연중에 오오스테나이트 입자내에서 핵생성 부위로서 역할이 있다. 그 결과 입자내 페라이트는 고온에서 피니싱시킨 필렛 부분에서 형성되며, 그 결과 베이나이트 형성의 억제와 페라이트의 정련이 성취될 수 있다. 따라서 본 발명은 부위간롤 피니싱 온도와 냉각 속도에서 차이에 의해 야기된 H-형강의 부위간 베이나이트 및 페라이트 조직의 비율의 차이를 감소시켜 기본 물질의 기계적 특성의 균일화가 성취될 수 있으며 고온 강도는 V의 카르보니트리드의 침전 강화에 의해 증가된다는데 특징이 있다.

정출화된 알루미늄-티타늄-기재 산화 화합물이 입자내 페라이트의 형성에 대해 효과적으로 작용하는방식이 기재될 것이다. 알루미늄-티타늄-기재 산화 화합물은 많온 양이온 홀(cation hole)을 가진 결정체이며 Al₂O₃TiO로 이루어진다고 추정된다. 가열과 냉각의 과정에서 γ 온도 영역에서, 이러한 알루미늄-티타늄-기재 산화 화합물은 입자내에서 외각 쉘(shell)로 고유 양이온 홀을 통해 Al, Ti, Mn, 등을 확산하며이 쉘에서 확산된 Al, Ti, Mn, 등은 매트릭스 상에서 고용체 형태로 용해된 N과 S와 결합하며, AlN, TiN및 MnS를 바람직하게 침전되도록 한다. 추가의 냉각에 의한 온도 저하는 바람직하게도 V(C, N)이 Ti₂O₃에 석출된 AlN 및 TiN에 침전되도록 한다. TiN은 AlN보다 V(C, N)에 대한 바람직한 침전 부위로서 보다 양호한 효과를 나타낸다. 침전된 V(C, N)은 결정 격자에 의해 α와 접착성이 매우 높고,γ/α 핵의 형성에 의해 생성된 V(C, N) 계면에서 표면 에너지를 감소시키며 α 핵의 형성을 촉진한다. TiN 위에 V(C,N)의 바람직한 침전은 그들이 어뗘한 비율에서도 서로 고용체 형태로 용해된다는 점에서 TiN과 V(C, N)사이의 관계에 기여할 수 있다. 제 1도는 침전체로 부터 실제 핵생성된 입자내 페라이트의 마이크로조직에대한 광학 현미경사진(칼라 침식, color corrosion)이다. 제 2도는 실험실 시험에 의해 측정된 15℃에서의△Al%=[Al%-1.1[0%] 및 샤르피 충격치 사이의 관계를 도시한 다이아그램이다. 제 2 도에서 명백하듯이,△Al%rk-0.004-0.006%의 범위에서 높은 충격치가 얻어지지만, △Al%가 0.006%룰 초과하면, 조직의 조절이 불완전하며, 따라서 목표로 하는 충격치가 얻어질 수 없다,

침전과 α 변태 메카니즘이 제 3 도에 개략적으로 도시된다. 본 발명은 상기에 기재된 새로운 지견을 기초로 이루어진 바 있으며, H-형강의 부위간의 기계적 특성의 변화의 제거를 통해 균일화되며, 동시에 입자를 정련하여 충격 특성을 증가시킨다.

이것은 또한 용접 열영향부(이후 자HAZ''로서 언급됨)에 대해 사실이다. 특히, HAZ는 철의 융점 바로 밑의 온도로 가열되며, 오오스테나이트는 상당히 조질화되며, 이것은 조직의 조질화를 유도하고, 그 결과 인성이 상당히 저하된다. 본 발명에 따른 강에 분산된 산화 화합물 침전체는 침상의 입자내 페라이트를 형성하는 우수한 성능을 가지므로, HAZ 부분에서 열안정성이 또한 우수하며 인성의 개선은 그 조직을 상당히개선하는 용접부의 냉각중에 핵으로서 산화 화합물 입자를 사용한 입자내 페라이트 조직의 형성에 의해 성취될 수 있다.

본 발명의 강에서 기본 성분의 한정 이유를 기재할 것이다.

우선, C는 강의 강도를 개선하는데 유용한 성분으로서 첨가된다. C 함량이 0.04% 이하일 때, 구조용 강으로서 사용하는데 필요한 강도가 제공될 수 없다. 다른 한편, 0.20% 이상의 과량으로 C의 첨가는 기본 물질의 인성, 용접 내크릭킹, HAZ 인성, 등을 상당히 열화시킨다. 이러한 이유로, C 함량의 상한선은 0.20%이다.

Si는 기본 물질의 강도를 보장하고, 예비탈산화반응을 성취하며 다른 목적을 성취하는데 필요하다. Si함량이 0.5%를 초과할 때, 경질 조직인, 높온 카본 마르텐사이트가 열처리 조직내에 형성되며, 그 결과 인성이 상당히 저하된다. 다른 한편, 0.05% 이하일 때, 불필요한 Si-기재 산화물이 형성되며, Si 함량은 0.05-0,5%로 한정된다.

Mn은 인성을 확보할 목적으로 0.4% 또는 그 이상으로 첨가되어야 한다. Mn 함량의 상한선은 용접에서 허용가능한 인성과 내크래킹성의 관점에서 2.0%이다.

N은 VN과 TiN의 침전에 매우 중요한 성분이다. N 함량이 0.003% 또는 그 이하일 때, TiN과 V(C, N)의 침전량이 불충분하며, 그 결과 페라이트 조직의 형성량이 만족스럽지 못하다. 또한, 이 경우에, 600℃의 고온에서 강도를 확보할 수 없다. 이러한 이유로, N 함량은 0.003% 이상으로 한정된다. 함량이 0.015%를초과할 때, 기본 물질의 인성이 열화되며, 이것은 연속 주조중에 강 슬라브의 표면 크래킹을 발생시키며, 따라서 N 함량은 0.015% 또는 그 이하로 한정된다.

Mo는 기본 물질의 강도와 고온 강도를 확보하는데 유용한 성분이다. Mo 함량이 0.3% 이하일 때, 심지어 V(C, N)외 첨전 강화와 함께 Mo의 조합 작용에 의해서도 만족스럽지 못한 고온 강도가 얻어질 수 있다. 한편, Mo 함량이 0.7%를 초과할 때, 경화성이 과도하게 증가되므로, 기본 물질의 인성과 HAZ 인성이 열화된다. 따라서 Mo 함량이 0.3-0.7%로 한정된다.

Ti가 알루미늄-티타늄-기재 산화물에 함유되며 입자내 페라이트 핵생성을 증가시키는 효과를 가지고, 동시에 미세 TiN올 첨전시켜 오오스테나이트를 정련하며(refine), 이젓은 기본 물질과 용접부의 인성 증가에 기여한다. 이러한 이유로, 강의 Ti 합량이 0.005% 또는 그 이하일 때, 산화물의 Ti 함량은 불충분하며 입자내 폐라이트를 형성하는 핵으로서 산화물의 작용이 감소된다. 따라서 Ti 함량이 0.025%를 초과할 때, 과량의 Ti는 TiC를 형성하고 침전 경화를 발생시키며, 이것은 용접 열영향부의 인성을 상당히 저하시키며, 그 결과 Ti 함량은 0.025% 이하로 한정된다.

V는 페라이트를 정련하는 입자내 폐라이트를 핵생성하는데 필요한 V(C, N)으로서 침전되며, 동시에 고온 강도를 보장한다. V가 0.04% 이하의 양으로 함유될 때, V(C, N)으로서 침전될 수 없으며, 그 결과 상기에 기재된 효과가 얻어질 수 없다. 그러나,0.2%를 초과하는 양으로 V의 첨가는 V(C, N)의 침전량을 과량으로 되게 하며, 이것은 기본 물질의 인성과 용접부의 인성을 저하시킨다. 따라서 V 함량은 0.05-0.2%로 한정된다.

불가피한 불순물로서 함유된 P와 S의 함량은 특히 한정되지 않는다. 그러나, 그들이 용접 크래킹, 인성저하 및 고체화 응리(segregation)로 인한 다른 불가피한 현상을 발생시키므로, 그들이 가능한 한 많이 감소되어야 한다. P와 S 함량은 각각 0.02% 이하가 바람직하다.

상기에 기재된 성분은 본 발명의 강의 기본 성분을 구성한다. 본 발명의 강은 기본 물질의 강도를 증가시키고 기본 물질의 인성을 개선하기 위한 목적으르 Cr, Nb, Ni, Cu, Ca 및 REM증에서 선택된 적어도 한가지 성분을 추가로 함유할 수 있다.

Cr은 기본 물질을 강화시키고 고온 강도를 증가시키는데 유용하다. 그러나, 과량으로 그의 첨가는 인성과 경화성에 치명적이므로, Cr 함량의 상한선은 0.7％이다.

Nb는 기본 물질의 인성을 증가시키는데 유용하다. 그러나, 과량으로 그의 첨가는 인성과 경화성에 치명적이므로, Nb 함량의 상한선은 0.05% 이하이다.

Ni는 기본 물질의 인성을 증가시키는데 매우 유용한 성분이다. 1.0% 또는 그 이상의 양으로 첨가하면 합금의 경비를 증가시키고 따라서 이롭지 못하므로, Ni 함량의 상한선은 1.0%이다.

Cu는 기본 물질을 강화하고 내후성을 성취하는데 유용한 성분이다. Cu 함량의 상한선은 조질 취성(temper brittleness), 용접 크래킹 및 스트레스 완화 아닐링에서 유발된 열가공 크래킹의 관점에서 1.0％이다.

Ca와 REM은 UST 결함 및 열간 압연중에 MnS의 연신(stretching)에 의해 야기된 인성의 감소를 방지할 목적을 위해 첨가된다. 그들은 MnS 대신에 낮은 고온 변형성을 가진, Ca-O-S 또는 REM-O-S를 형성하며 MnS에 반대로 압연에서 조차 연신을 야기시키지 않도록 혼재물의 조성과 형상을 조절할 수 있다. Ca와 REM이 각각 0.003중량％를 초과하는 양으로 첨가될 때, Ca-O-S 및 REM-O-S가 많은 양으로 형성되며 조립 혼재물이 되며, 이것은 기본 물질과 용접부의 인성을 열화시키며, 그 결과 Ca와 REM 함량은 각각 0.003% 또는 그 이하 및 0.01% 또는 그 이하로 한정된다.

상기에 기재된 성분으로 이루어진 용강을 예비탈산화반응 처리하여 용해된 산소 농도를 조절한다. 용해된 산소 농도의 조절은 용융 금속을 정련하고, 동시에 캐스트 슬라브에 미세한 산화물을 분산시키는데 매우 중요하다. 용해된 산소 농도가 0.003-0.015중량％의 범위로 조절되는 이유는 예비탈산화 반응의 완료후에 [0] 농도가 0.003% 이하일 때, 입자내 페라이트 변태를 촉진하는, 입자내 페라이트를 형성하는 핵으로서 산화 화합물의 양이 감소되며 입자가 정련될 수 없으며, 그 결과 인성에서 어뗘한 개선도 얻어질 수 없다는 것이다. 다른 한편, [0] 농도가 0.015%를 초과할 때, 산화물은 다른 조건이 만족될 때조차 조립이며, 취성 파단의 원인이 되며 인성을 저하시킨다. 이러한 이유로, 예비탈산화반응의 완료후에 [0] 농도는 0.003-0.015중량％로 한정된다.

예비탈산화반응 처리는 진공 탈기와 Al 및 Si로서 탈산화반응에 의해 수행된다. 이것은 진공 탈기처리가가스 및 CO 가스의 형태로 용강에 함유된 산소를 직접 제거하고 강한 탈산화제 Al과 Si에 의해 형성된 산화물-기재 혼개물의 용이한 부유 및 제거에 의해 용강을 정련하는데 Al과 Si가 매우 효과적이기 때문이다.

그후, 소량의 Al을 첨가하고, 캐스팅을 수행하여 제강 공정을 완료한다. 이와 관련하여, Al이 강한 탈산화력을 가지므로,0.015%를 초과하는 양으로 함유된다면, 입자내 페라이트 변태를 촉진하는, 산화 화합물이 형성되지 않는다. 또한, 고용체 형태로 과량의 Al은 N과 결합하여 V(C, N)의 침전량을 감소시키는 AlN을형성한다. 이러한 이유로, Al 함량은 0.015%로 한정된다. 다른 한면, Al 함량이 0.005% 이하일 때, 목적하는 Al-함유 산화 화합물이 형성될 수 없으며, 그 결과 Al 함량이 0.005% 또는 그 이하로 한정된다. 이와관련하여 Al 함량 [Al％]이 식:-0.004≤[Al％]-1.1[0％]≤0.006%에 의해 표시된, 중량％로 용해된 산소 농도 [0％]와의 관계를 만족시켜야 하는 이유는 다음과 같다. 이 식에서, Al 함량이 중량％로 [0] 농도보다 과도하게 클 때, 산화 화합물의 입자수가 감소되며 입자내 페라이트를 형성하기 위한 핵으로서 역할이 없는 Al₂O₃가 형성되고 조직의 개선이 얻어질 수 없으며, 그 결과 인성이 떨어진다. 다른 한편, Al 함량이 중량％로 [0] 농도 보다 훨씬 적을 때, 캐스트 슬라브에서 입자내 페라이트를 제외한 핵으로서 역할이 있는 산화화합물 입자의 수가 본 발명에서 필요한 20입자/mm²을 초과할 수 없다. 따라서, 상기에 기개된 한계가 제공되었다. 산호물 입자의 수가 20입자/mm²또는 그 이상으로 한정되는 이유는 산화물 입자의 수가 20입자/mm²이하일 때, 형성된 입자내 페라이트 핵의 수가 감소되며, 그 결과 페라이트를 정련할 수 없게 된다는데 있다. 입자의 수는 X-선 마이크로분석기로서 측정되고 구체화되었다. Al은 초기 단계에서 Al의 첨가가 높은 탈산화력으로 인해 안정한 Al₂O₃를 형성하게 하며 양이온 홀을 가진 목적하는 산화 화합물을 형성할 수 없도록 하므로 제강 공정의 후기 단계에서 첨가된다.

그후 상기에 기개된 산화 화합물을 함유한 캐스트 슬라브를 1,100-1,00℃의 온도로 재가열한다. 재가열온도를 이 온도 범위로 한정한 이유는 다음과 같다. 열처리에 의한 형강의 제조에서, 소성 변형을 용이하게할 목적에 1,100℃ 또는 그 이상으로 가열하는 것이 필요하며, V와 Mo에 의한 고온에서 항복점을 증가시키기 위해, 이들 성분이 고용체 형태로 용해되어야 하며, 그 결과 재가열 온도의 하한선은 1,100℃이다. 재가열 온도의 상한선은 가열로의 성능과 이익성의 관점에서 1,300℃이다.

가열된 강을 조압연(rough rolling), 중간 압연 및 마무리 압연 단계에 의해 롤성형한다. 본 발명에 따른방법에서, 압연 단계는 압연 패스간에 중간 압연 밀(mill)에서, 캐스트 슬라브의 표면층 부분의 700℃ 또는그 이하로 냉각과 이어서 강의 표면의 순환 과정에서 열간 압연을 중간 압연 단계에서 1회 또는 그 이상의 회수로 수행하는데 특징이 있다. 이 단계는 낮은 압연 환원(reduction) 조건하에서도 처리가 강의 내부로침투할 수 있도록 패스간에 수냉각에 의해 표면층 부분에서 강 슬라브의 내부쪽으로 온도 기울기를 부여하고, 동시에 저온 압연에 의해 효율을 증가시키도록 패스간의 대기 시간을 단축하는 목적을 위해 수행된다. 수냉각과 순환 압연의 반복회수는 목적하는 압연 강 제품의 두께, 예를 들어 H-형강의 경우에 플랜지dml 두께에 따르며, 두께가 클 때, 이 단계는 복수의 회수로 수행된다. 강 슬라브의 표면층 부분이 냉각되는 온도가 700℃ 또는 그 이하로 한정되는 이유는 촉진된 냉각이 수행되고 이어서 압연이 수행되므로, 통상의γ 온도 범위에서 냉각이 표면층 부분을 경화시켜 경질상을 형성하며, 이것은 가공성, 이를테면 드릴링을 열화시킨다는 것이다. 특히, 700℃ 또는 그 이하로 냉각하는 경우에,γ/α 변태 온도가 일단 중단되고 표면층 부분의 온도가 다음의 압연이 수행되는 시간에 의한 순환으로 인해 증가하므로, 저온 γ 또는 γ/α2상 공존 온도영역에서 가공이 수행되며, 이것은 경화성에서 상당한 감소와 촉진 냉각에서 유발된 표면층의 경화 방지에 기여한다.

압연의 완료후에, 페라이트의 입자 성장을 억제하고 저합금강에서 목표 강도를 성취하는 퍼얼라이트와 베이나이트 조직의 비율을 증가시키기 위한 목적으로 초당 1-30℃의 냉각 속도에서 강을 650-400℃로 냉각한다. 촉진 냉각을 650-400℃에서 중단하는 이유는 다음과 같다. 촉진 냉각이 650℃를 초과하는 온도에서 중단된다면, 온도는 Ar₁점 또는 그 이상이며 γ 상이 부분적으로 남아 있어서, 페라이트의 입자 성장을 억제하고 퍼얼라이트와 베이나이트 조직의 비율을 증가시킬 수 없게 된다. 이러한 이유로, 촉진 냉각을 중단하는 온도가 650℃ 또는 그 이하로 한정된다. 온도가 400℃ 이하로 도달될 때까지 촉진 냉각을 수행한다면, 후속 방치 단계에서 과포화 고용체 형태에서 페라이트 상에 용해된 C와 N이 카바이드와 니트리드로서 침전될 수 없으며, 그 결과 페라이트 상의 연성이 저하된다. 따라서, 촉진 냉각이 중단되는 온도는 상기에 기재된 온도 범위로 한정된다.

[실시예]

용융법에 의해 강을 제조하고, 강을 진공 탈기중에 애비탈산화 처리하고, 합금을 첨가하고, 용강의 산소농도를 측정하고, 산소의 양에 상응하는 양으로 Al을 첨가하고, 강을 연속주조하여 두께 250-300mm인 캐스트 슬라브를 제조한 다음 캐스트 슬라브를 제 4 도에 도시된 조 압연(rough mlling) 및 유니버셜 압연(universal rolling)시킴으로서 H-형강을 실험적 기초로 제조하였다. 중간 유니버셜 압연밀(4) 및 리버스롤링(reverse rolling) 앞에 및 뒤에 있는 플랜지(5a)의 내부 표면 및 외부 표면의 스프레이 냉각의 반복에의해 롤링 패스간에 수냉각을 수행하였고, 압연의 완료후에 마무리 압연밀(6) 뒤에 있는 플랜지와 웨브(5b)를 스프레이 냉각하여 촉진 냉각을 수행하였다.

제 5 도에 도시된 플랜지(2)의 시트 두께, t₂의 중앙(즉,1/2t₂)에서 전체 폭길이(B)의 1/4 및 1/2 위치(즉,1/4B 및 1/2B) 및 웨브(3)의 시트 두께 중앙에서 웨브의 높이, H의 1/2 위치(즉,1/2H)에서 시편을 분취하였다. 이들 위치의 특성이 측정되는 이유는 플랜지의 1/4F 부분과 웨브의 1/2w 부분이 각각 플랜지 부분과 웨브 부분의 평균 기계적 특성을 가지고 있으며, 플랜지의 1/2F 부분에서, 기계적 특성이 가장 낮으며, 그 결과 이들 세 위치는 H-형강(1)의 기계적 시험 특성을 나타낸다는 것이다.

표 1은 설험적 기초로 강의 화학적 조성 퍼센트와 캐스트 슬라브에서 알루미늄-티타늄-기재 산화 화합물의 입자수를 제시하며, 표 2는 기계적 시험 특성과 다같이 압연 및 촉진 냉각 조건을 제시한다. 압연에서 가열 온도가 모든 샘플에 대해 1280℃인 이유는 다음과 같다. 일반적으로 가열 온도의 저하는 기계적 특성을 증가시키고, 고온 가열 조건은 기계적 특성의 가장 낮은 값을 제공하는 것으로 생각되며, 따라서 이들 가장 낮은 값은 보다 낮은 가열온도에서의 특성을 나타낼 수 있다고 알려져 있다.

[표 1]

[표 1] (continued)

(wt. %)

[표 2]

[표 2] (continued)

표 2에서 명백하듯이, 본 발명에 따른 강(1-6)은 600℃에서 목표의 고온 강도 및 기본 물질 강도 조건(상기에 기재된 JlSG3106) 및 -5℃어서 47(J) 또는 그 이상의 샤르피치를 충분히 만족서킨다. 다른 한편, 비교강(7,8 및 9)에서, 종래의 Al 탈산화반응이 본 발명에 따른 산화 화합물의 분산을 채택함이 없이 수행되며 압연중에 그리고 그후에 촉진 냉각처리가 수행되지 않으므로, 기본 물질의 상온 강도와 고온 강도가 빌딩에 대한 조건에 만족하고 YP 비가 0.8 또는 그 이하이지만, 조직 및 저합금의 정련이 성취될 수 없고, 따라서 인성이 저하되며, 특히 플랜지의 1△시트 두께에서 1/2 폭 부분의 인성이 목표치에 만족되지 않는다. 본 발명에서, 플랜지의 표면층 부분이 압연 완료후에 촉진 냉각처리에 의해 경화되어 가공성을 감소시키는 현상은 압연 패스간에 수냉각에 의한 V의 정련에 의해 방지되며, 외부 측표면의 표면 경도는 240 또는 그 이하의 목표 Vickers 경도, HV를 만족시킨다.

즉, 표 2에 제시된 형강 시트(1-6)와 같이, 본 발명의 모든 조건이 만족될 때, 내화성과 인성에서 우수하고 심지어 압안 형강의 기계적 특성 조건을 만족시키는데 가장 어려운 플랜지의 1/2 시트 두께에서 1/2폭의 위치에서 상온 및 600℃에서의 충분한 강도를 가진 압연 형강을 제조할 수 있게 된다. 본 발명에서 예상된 압연 형강이 상기 실시예에 기재된 H-형강에 국한되지 않으며, I 형강, 앵글, 구형재(channel) 및 불규칙적이고 고르지 않은 두께의 앵글을 포함한다.

본 발명의 압연 형강에 있어서, 충분한 강도와 인성은 심지어 기계적 시험 특형을 확보하는데 가장 어려운 플랜지의 1/2 시트 두께에서 1/2 폭의 부분에서 성취될 수 있으며, 우수한 내화성과 인성을 가지며, 내화제의 고온 특성과 피복 두께가 선행 기술의 20-50%일 때조차 내화성을 성취할 수 있는 제어된 냉각 압연 형강의 효율적인 인-라인 생산을 수행할 수 있게 되며, 이것은 건축비의 감소와 공기의 단축에 의해 상당한 비용 감소에 기여하며, 따라서 산업적인 효과, 이를테면 신뢰성, 안정성 및 대량 건축의 이익성에서의 개선이 매우 크다.

Claims

중량％로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Al 0.005-0.0l5%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%,O 0.002-0.010%, V 0.04-0.20% 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고 잔량이 Fe와 블가피한 불순물로 구성되며, Al 함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%]이 식: -0.004≤[Al％]-1.1[0％]≤0.006을 만족시키며, 강에 Al-Ti 산화물이 20입자/mm²또는 그 이상 분산되어 있는, 산화물을 함유하고 조절된 내화성 압연형강 캐스트 슬라브.
중량％로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Al 0.005-0.015%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%, O 0.002-0·010%, V 0.04-0.20% 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고, 추가로 Cr 0.7 또는 그 이하, Nb 0.05% 또는 그 이하, Ni 1.0% 또는 그 이하, Cu 1.0% 또는 그 이하, Ca 0.003% 또는 그 이하 및 REM0.010% 또는 그 이하 중에서 선택된 적어도 한가지 성분으로 이루어지고, 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성되며, Al 함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%]이 식:-0.004≤[Al％]-1.1[0％]≤0.006을 만족시키며, 강에 Al-Ti 산화물이 20입자/mm²또는 그 이상 분산되어 있는, 산화물을 함유하고 조절된 내화성 압연 형강 캐스트 슬라브.
다음 단계로 이루어지며, 산화물을 함유하는 내화성의 우수한 내화성과 인성을 가지는 제어된 압연형강의 제조방법;중량%로 C 0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.0l5%, V 0.04-0.20% 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고, 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 용강을, 진공 탈기시키고 Al과 Si로 탈산시킴에 의해 예비탈산화하여 산소 농도를 0.003-0.015중량%로 조절하고;금속 알루미늄 또는 페로알루미늄을 첨가하여 Al을 0.005-0.015증량%로 생성시키고 Al 함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%]이 식:-0.004≤[Al%]-1.1[0%]≤0.006을 만족시키도록 탈산화 반응을 수행하고; 강에 Al-Ti 산화 화합물을 20입자/mm²또는 그 이상의 양으로 정출시켜 분산시키고; 이로서 캐스트 슬라브를제조하며;캐스트 슬라브를 1,100-1,300℃의 온도로 재가열한 다음 1200℃-950℃에서 압연을 개시하고, 압연 단계의 패스 사이에, 강 슬라브의 표면층 부분의 적어도 일회 이상 700℃ 또는 그 이하로 수냉각(water-cooling)시키고 이어서 강 표면의 순환 과정에서 압연시키고, 950℃-800℃에서 압연을 끝내고;압연 완료후에 압연 강올 냉각 속도 1-30℃/초에서 650-400℃로 냉각한 다음 냉각된 강을 방치시킨다.
다음 단계로 이루어지며, 우수한 내화성과 인성을 가지는 제어된 압연 형강의 제조방법;중량%로 C0.04-0.20%, Si 0.05-0.50%, Mn 0.4-2.0%, Mo 0.3-0.7%, N 0.003-0.015%, V 0.04-0.20% 및 Ti 0.005-0.025%로 이루어지고, 추가로 Cr 0.7 또는 그 이하, Nb 0.05% 또는 그 이하, Ni 1.0% 또는 그 이하, Cu1.0% 또는 그 이하, Ca 0.003% 또는 그 이하 및 REM 0.010% 또는 그 이하로 구성되는 군에서 선택된 적어도 한가지 성분으로 이루어지며, 잔량이 Fe와 불가피한 불순물로 구성된 용강을, 진공 탈기시키고 Al과Si로 탈산시킴에 의해 예비탈산화하여 산소 농도를 0.003-0.015중량%로 조절하고; 금속 알루미늄 또는 페로알루미늄을 첨가하여 Al을 0.005-0.015중량%로 생성시키고 Al 함량 [Al%]과 용해된 산소 농도 [0%]이 식: -0.004≤[Al%]-1.1[0%]≤0.006을 만족시키도록 탈산화반응을 수행하고; 강에 Al-Ti 산화 화합물을 20입자/mm²또는 그 이상의 양으로 정출시켜 분산시키고; 이로서 캐스트 슬라브를 제조하며; 캐스트 슬라브를 1,100-1,300℃의 온도로 재가열한 다음 1200℃-950℃에서 압연을 개시하고, 압연 단계의 패스 사이에, 강 슬라브의 표면층 부분을 적어도 일회 이상 700℃ 또는 그 이하로 수냉각(water-cooling)시키고 이어서 강 표면의 순환 과정에서 압연시키고, 950℃-800℃에서 압연을 끝내고; 압연 완료후에 압연 강을 냉각 속도 1-30℃/초에서 650-400℃로 냉각한 다음 냉각된 강을 방치시킨다.