KR101129999B1

KR101129999B1 - 고강도 내후성강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101129999B1
Application number: KR1020090026035A
Authority: KR
Inventors: 박지환; 김성주; 김주남
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2012-03-26
Also published as: KR20100107775A

Abstract

본 발명은 고강도 내후성강 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄소(C) 0.07~0.15wt%, 망간(Mn) 1.2~1.8wt%, 인(P) 0.01~0.04wt%, 실리콘(Si) 0.02~0.15wt%, 구리(Cu) 0.10~0.50wt%, 니켈(Ni) 0.10~0.50wt%, 크롬(Cr) 0.10~0.40wt%, 티타늄(Ti) 0.01~0.03wt%, 보론(B) 0.0005~0.0030wt%, 질소(N) 0.004~0.012wt%, 알루미늄(Al) 0.02~0.04wt%를 포함하고, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성된다. 본 발명은 보론 첨가로 고가의 합금원소의 첨가량을 줄이고도 고강도가 확보되는 내후성강을 제조하므로 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

내후성강, 보론

Description

고강도 내후성강 및 그 제조방법{High-strength corrosion resistance steel, and method for producing the same}

본 발명은 고강도 내후성강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소입성이 향상된 고강도 내후성강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

내후성강은 일반강의 조성에 구리(Cu), 크롬(Cr), 인(P) 등의 합금원소를 첨가하여 일반강 대비 부식환경에서의 내식성을 4~8배 정도 향상시킨 강이다.

내후성강은 대기에 노출된 초기기간은 일반강과 유사하게 녹이 발생하지만 기간이 경과함에 따라 그 녹의 일부가 서서히 모재에 밀착되면서 치밀하고 안정된 녹을 형성하므로 그 녹층이 부식환경에 대한 보호막으로 작용한다. 이처럼 부식환경에 대한 보호막으로 작용할 수 있는 안정된 녹은 비정질 구조를 갖는 수산화철(FeOOH)이나 α-수산화철(α-FeOOH)로 알려져 있다.

이러한 내후성강은 주요 용도가 교량, 송전용 철탑, 빌딩 등이므로 내후성과 함께 저온에서도 취성파괴를 일으키지 않는 저온인성이 동시에 요구되며, 구조물의 경량화에 대한 요구로 인하여 고강도화가 요구된다.

즉, 내후성강은 겨울과 같은 저온의 환경에 사용될 경우에는 동결방지제인 염화칼슘 등이 다량 사용되고 이로 인하여 부식성 환경에 노출될 우려가 있으므로 충격천이온도(DBTT)를 가능한한 낮출 필요가 있다. 충격천이온도는(DBTT)는 연성파괴에서 취성파괴로 전이되는 온도를 나타내는 것으로 강의 저온 충격인성을 파악하는 중요한 척도가 된다.

그런데, 인장강고 600~800MPa 수준의 고강도 내후성강을 제조하기 위해서는 내후성을 향상시킬 수 있는 특수 합금원소인 인(P), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 실리콘(Si) 외에 몰리브덴(Mo)과 같은 고가의 합금원소를 첨가해야 한다.

이는 제조원가의 상승 문제를 유발하여 상업적 생산을 어렵게 한다, 또한, 내후성 향상을 위해 다량의 합금원소가 첨가됨에 의해 주조결함과 열간압연 결함이 유발되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고가의 합금원소의 첨가량을 줄이고도 저온 충격인성과 고강도가 모두 확보되는 고강도 내후성강 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내후성 향상을 위해 첨가되는 합금원소의 함량이 최소화되는 고강도 내후성강 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 탄소(C) 0.07~0.15wt%, 망간(Mn) 1.2~1.8wt%, 인(P) 0.01~0.04wt%, 실리콘(Si) 0.02~0.15wt%, 구리(Cu) 0.10~0.50wt%, 니켈(Ni) 0.10~0.50wt%, 크롬(Cr) 0.10~0.40wt%, 티타늄(Ti) 0.01~0.03wt%, 보론(B) 0.0005~0.0030wt%, 질소(N) 0.004~0.012wt%, 알루미늄(Al) 0.02~0.04wt%를 포함하고, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성된다.

탄소(C) 0.07~0.15wt%, 망간(Mn) 1.2~1.8wt%, 인(P) 0.01~0.04wt%, 실리콘(Si) 0.02~0.15wt%, 구리(Cu) 0.10~0.50wt%, 니켈(Ni) 0.10~0.50wt%, 크롬(Cr) 0.10~0.40wt%, 티타늄(Ti) 0.01~0.03wt%, 보론(B) 0.0005~0.0030wt%, 질소(N) 0.004~0.012wt%, 알루미늄(Al) 0.02~0.04wt%를 포함하고, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 재가열하여 균질화 처리하고, 오스테나이트 재결정온도 이상에서 조압연을 실시하며, Ar3 이상의 온도구간에서 최종두께로 열간 마 무리 압연을 실시한 후 소입성 향상을 위해 200~450℃ 온도범위까지 급냉한다.

상기 열간 마무리 압연 후에는 200~450℃ 온도범위까지 30~50℃/sec의 냉각속도로 급냉한다.

본 발명은 고가의 합금원소인 크롬과 몰리브덴의 함량을 줄이고도 보론 첨가와 열간압연 후의 냉각속도 제어를 통해 저온 충격인성과 고강도가 확보되는 내후성강을 제조한다. 따라서 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 합금원소의 함량을 최소화하므로 제조 공정시 결함도 감소된다. 따라서 생산효율을 높일 수 있는 유용한 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 고강도 내후성강 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

탄소(C) 0.07~0.15wt%, 망간(Mn) 1.2~1.8wt%, 인(P) 0.01~0.04wt%, 실리콘(Si) 0.02~0.15wt%, 구리(Cu) 0.10~0.50wt%, 니켈(Ni) 0.10~0.50wt%, 크롬(Cr) 0.10~0.40wt%, 티타늄(Ti) 0.01~0.03wt%, 보론(B) 0.0005~0.0030wt%, 질소(N) 0.004~0.012wt%, 알루미늄(Al) 0.02~0.04wt%을 포함하고, 나머지 철(Fe)과 강의 제조시 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다.

이러한 강슬라브를 균질화 처리하고, 오스테나이트 재결정온도 이상에서 조압연을 실시하며, Ar3 이상의 온도구간에서 최종두께로 열간 마무리 압연을 실시한다.

이후, 30~50℃/sec의 냉각속도로 가속냉각을 실시하여 최종 조직이 마르텐사이트조직이 되도록 한다.

본 발명은 고가의 합금원소인 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo) 대신 저가의 합금원소인 보론(B)을 첨가하여 열간압연시 소입성을 향상시킨다. 그리고, 보론(B)은 인(P)에 의한 편석을 제어하기 위해서도 첨가된다.

이하, 본 발명의 합금원소들의 기능과 함유량은 다음과 같다.

탄소(C) 0.07~0.15wt%

탄소(C)는 강도향상을 위해 0.07wt% 이상 함유한다. 그러나 주조성, 용접성, 가공성, 응고시 포정점 균열 민감구역을 고려하여 상한치를 0.15wt%이하로 제한한다.

망간(Mn) 1.2~1.8wt%

망간(Mn)은 고용강화와 소입성을 개선하는 효과를 통해 강도를 확보한다.

망간은 1.2wt% 미만으로 첨가되면 소입성이 낮아져 강도확보가 어렵고, 1.8wt%를 초과하면 망간(Mn) 밴드조직이 형성되고 편석이 급격하게 증가하여 강의 가공성과 내식성 및 용접성을 저해하게 된다.

인(P) 0.01~0.04wt%

인(P)은 강 중에 존재시 표면에서 PO₄ ^-3이온을 형성하여 표면에 발생한 녹(산화피막)을 통한 염소이온의 투과를 제한하여 내후성을 향상시킨다.

인은 0.01wt% 미만으로 첨가되면 내후성 향상 효과가 없고, 0.04wt%를 초과하면 인성 및 용접성이 현저하게 저하된다.

실리콘(Si) 0.02~0.15wt%

실리콘(Si)은 고용강화 원소로서 강의 청정화에 기여한다. 실리콘(Si)은 적정 망간이 첨가되는 강에 첨가되면 용접시 용융금속의 유동성을 향상시켜 용접부 내 개재물 잔류를 최대한 감소시키고 항복비와 강도 및 연성의 균형을 저해하기 않으면서 강도를 향상시킨다.

실리콘은 0.02wt% 미만으로 첨가되면 강도 향상 효과가 없고, 0.15wt%를 초과하면 적스케일로 인한 표면결함을 발생시키고 용접성을 저하시킨다.

구리(Cu) 0.10~0.50wt%

구리(Cu)는 녹(산화피막)층 결정입자의 미세화 치밀화를 유도하여 강의 내후성을 향상시킨다.

구리는 0.10wt% 미만으로 첨가되면 내후성 향상 효과가 없고, 0.50wt%를 초과하면 압연을 위한 슬라브 재가열시 융점이 낮은 구리가 강의 입계에 침투하여 열간가공시 크랙을 발생시킨다.

니켈(Ni) 0.10~0.50wt%

니켈(Ni)은 강의 내후성 향상에 기여하는 원소 중 하나이다. 니켈은 염소이 온의 투과를 억제하는 녹층의 미세화 및 치밀화 정도를 향상시킨다.

니켈은 0.10wt% 미만으로 첨가되면 효과가 없고, 고가의 니켈 다량 첨가는 제조비용이 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 니켈은 녹층의 미세화 치밀화가 향상되면서도 제조비용이 부담이 되지 않는 0.10~0.50wt% 범위로 함유한다.

크롬(Cr) 0.10~0.40wt%

크롬(Cr)은 내후성 향상 및 소입성에 기여하는 원소이다. 크롬은 보론과 함께 첨가시 소입성 향상 효과에 기여하나 0.40wt%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 고가의 합금원소이므로 제조원가의 상승을 유발한다. 그리고 크롬은 0.10wt% 미만으로 첨가되면 내후성 및 소입성 향상 효과가 없다.

티타늄(Ti) 0.01~0.03wt%

티타늄(Ti)은 강 중에서 미세한 산화물과 질화물을 형성하고 이들의 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 페라이트 결정립을 미세화하는 역할을 한다.

티타늄은 0.01 미만으로 첨가되면 상기 효과가 없고, 0.03wt%를 초과하면 질소에 비해 티타늄의 양이 증가하여 TiN입자가 조대해지므로 주조성 및 용접성과 인성을 저해하게 된다.

보론(B) 0.0005~0.0030wt%

보론(B)은 침입형 원소로 인(P)과의 자리경쟁효과(site competition effect) 로 인(P)의 입계편석을 방지한다.

즉, 보론(B)은 인(P)이 편석되는 자리를 차지하여 인(P)의 입계편석을 방지하는 것이다. 그리고 강 중에 존재하는 보론(B)은 0.0005~0.0030wt% 수준의 미량 첨가만으로도 소입성을 향상시키는 효과가 있다.

한편, 보론은 고가의 소입성 향상 원소인 크롬, 몰리브덴을 대체할 수도 있으며, 용접부의 인성을 향상시키는 효과도 있다.

질소(N) 0.004~0.012wt%

질소(N)는 AlN의 형성으로 결정립을 미세화하나 보론과 결합하여 BN으로 석출되어 강도 향상에 기여한다.

질소는 불순물 개념으로 0.004~0.012wt% 범위로 규제할 경우 연신율을 저하시키지 않으면서 강도향상에 기여할 수 있다.

알루미늄(Al) 0.02~0.04wt%

알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 알루미늄(Al)은 첨가량이 적으면 강중의 잔류 산소가 제강 시 보론(B), 망간(Mn), 크롬(Cr), 실리콘(Si) 등과 결합하여 산화물을 형성하므로 성분제어를 어렵게 하고, 경화능을 저하시키며, 산화물이 비금속 개재물로 존재하여 강의 기계적 성질과 피로특성을 저하시킨다.

알루미늄은 0.02wt% 미만으로 첨가되면 그 효과가 미비하고, 0.04wt%를 초과 하면 가공성을 저해하게 된다.

본 발명은 상술한 성분계를 함유하고, 나머지는 실질적으로 철(Fe) 및 불가피한 원소들이며, 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라 함유되는 원소로서 불가피한 불순물의 미세량 혼입도 허용된다.

이하 본 발명에 의한 합금조성을 갖는 고강도 내후성강의 제조방법을 일 실시예를 통해 상세히 설명한다.

- 내후성강의 제조방법

상술한 합금조성을 가지는 강슬라브를 재가열하여 균질화 처리하고, 오스테나이트 재결정온도 이상에서 조압연을 실시하며, Ar3 이상의 온도구간에서 최종두께로 열간 마무리 압연을 실시한다.

열간 마무리 압연 후 권취온도까지 30~50℃/sec의 냉각속도로 가속냉각한다. 냉각은 물, 공기, 기타 혼합체, 냉매를 사용한다.

균질화 처리는 1150~1250℃에서 2~3시간 동안 실시한다. 균질화 처리 온도는 1150℃ 미만인 경우 편석된 성분이 재고용되지 못하고, 1250℃ 를 초과하면 오스테나이트 결정입도가 증가하여 페라이트 입도가 조대화되므로 강도 감소를 초래한다.

열간 마무리 압연은 Ar3 ~ Ar3+50℃의 온도범위에서 실시한다. 열간압연 마무리 온도는 재결정 온도 이하 오스테나이트-페라이트 변태온도 이상으로 열간압연 후 냉각전까지 강판의 조직이 오스테나이트 조직을 갖도록 한다. 이는 냉각 후 최종조직이 마르텐사이트가 되도록 하기 위함이다.

냉각속도는 30℃/sec 미만이면 펄라이트나 페라이트가 생성되어 강도가 저하 되고, 50℃/sec를 초과하면 빠른 냉각속도로 인하여 균열이 발생할 수 있다.

권취는 200~450℃에서 실시한다. 권취온도는 200℃보다 낮으면 취성이 증가하고 450℃보다 높으면 페라이트가 생성되거나 베이나이트의 분율이 높아져 강도가 저하될 수 있다.

미세조직은 마르텐사이트를 기본으로 하되 일부 베이나이트가 생성될 수 있다.

아래의 표 1은 각각의 성분 요소가 다른 발명강과 비교강을 나타낸 것이다.

(단위:wt%)

구분	C	Mn	Si	Al	P	Cu	Ni	Cr	Mo	Ti	B	N	인장강도	열간압연시 냉각속도
비교강	0.07	2.0	0.03	0.03	0.04	0.30	0.20	0.70	0.20	0.100	-	0.060	815	일반냉각 (20℃/sec)
발명강1	0.15	1.60	0.03	0.03	0.02	0.30	0.20	0.30	-	0.015	0.003	0.060	810	가속냉각 (50℃/sec)
발명강2	0.07	1.40	0.03	0.03	0.02	0.30	0.20	0.30	-	0.015	0.003	0.060	720	가속냉각 (50℃/sec)

비교강은 내후성 향상에 효과적인 인의 첨가량을 0.04wt% 수준으로 유지하고, 몰리브덴과 크롬을 첨가하여 고강도를 확보한 강이다.

발명강 1과 발명강 2는 인의 첨가량을 줄이고, 고가인 크롬과 몰리브덴을 첨가하지 않거나 함량을 1/2 수준으로 감소시켰으며 대신 보론을 첨가하였다. 그리고 소입성 향상을 위해 열간압연 후 가속냉각을 실시하였다.

표 1을 살펴보면, 크롬, 몰리브덴 등 고가의 합금원소를 줄이고도 보론을 첨가하고 열간압연 후의 냉각을 제어하는 방식으로 비교강과 동일한 수준의 인장강도를 확보할 수 있음을 알 수 있다.

일반적으로 다량의 합금원소 첨가시 연속주조와 열간압연시 주조결함과 열간압연 결함 발생 비율이 높다. 이러한 결함은 생산성을 저하시키게 되는데, 본 발명의 경우에는 합금원소의 함량을 최소화하므로 제조 공정시 결함도 감소되어 생산효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims

삭제
탄소(C) 0.07~0.15wt%, 망간(Mn) 1.2~1.8wt%, 인(P) 0.01~0.04wt%, 실리콘(Si) 0.02~0.15wt%, 구리(Cu) 0.10~0.50wt%, 니켈(Ni) 0.10~0.50wt%, 크롬(Cr) 0.10~0.40wt%, 티타늄(Ti) 0.01~0.03wt%, 보론(B) 0.0005~0.0030wt%, 질소(N) 0.004~0.012wt%, 알루미늄(Al) 0.02~0.04wt%를 포함하고, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를

재가열하여 균질화 처리하고, 오스테나이트 재결정온도 이상에서 조압연을 실시하며, Ar3 이상의 온도구간에서 최종두께로 열간 마무리 압연을 실시한 후 소입성 향상을 위해 200~450℃ 온도범위까지 급냉하는 것을 특징으로 하는 고강도 내후성강의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 열간 마무리 압연 후에는 200~450℃ 온도범위까지 30~50℃/sec의 냉각 속도로 급냉하는 것을 특징으로 하는 고강도 내후성강의 제조방법.