KR101277903B1

KR101277903B1 - 열연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101277903B1
Application number: KR1020110111600A
Authority: KR
Inventors: 문준오; 김성주; 박철봉
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-06-21
Also published as: KR20130046920A

Abstract

QT(Quenching & Tempering) 열처리를 실시하는 것 없이 API 5CT P110 규격의 기계적 물성을 만족할 수 있는 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800℃ ~ 900℃로 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 450 ~ 500℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열연강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE HOT-ROLLED STEEL SHEET}

본 발명은 열연강판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 QT(Quenching & Tempering) 열처리를 실시하지 않더라도 API 5CT P110 규격을 만족할 수 있는 비열처리 유정관용 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

유정용 강관은 석유나 가스의 시추를 위하여 사용되는 강관이다. 이러한 유정용 강관은 통상 열연강판을 조관하여 제조하고 있다.

일반적으로 열연강판은 슬라브 재가열(slab reheating) 과정, 열간압연(hot-rolling) 과정 및 냉각/권취(cooling/coiling) 과정을 통하여 제조된다.

슬라브 재가열 과정에서는 반제품 상태인 슬라브(slab) 판재를 재가열한다.

열간압연 과정에서는 압연롤을 이용하여 고온에서 슬라브 판재를 최종 두께로 압연한다.

냉각/권취 과정에서는 압연이 마무리된 판재를 권취 온도(Coiling Temperature : CT)까지 냉각하여 권취한다.

이러한 과정으로 제조되는 열연강판은 QT(Quenching & Tempering) 열처리를 통해 강도를 업그레이드하고 있으나, 이러한 열처리를 위해서는 많은 제조 비용이 소요될 뿐만 아니라 열처리 과정에서 강판의 표면 품질이 저하될 수 있다.

관련 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-0770572호(2007.10.26 공고)가 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 열연공정 조건 제어를 통하여 QT(Quenching & Tempering) 열처리를 실시하는 것 없이 API 5CT P110 규격을 만족하는 비열처리 유정관용 열연강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 인장강도(TS) : 862 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 758 ~ 965 MPa을 갖는 비열처리 유정관용 열연강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800℃ ~ 900℃로 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 450 ~ 500℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 인장강도(TS) : 862 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 758 ~ 965 MPa을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열연강판은 경화능 향상에 효과적인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 보론(B) 등을 첨가함과 더불어 권취온도를 500℃ 이하에서 실시함으로써, 저온상 생성을 유도하여 QT 열처리를 실시하는 것 없이 API 5CT P110(인장강도 : 862 MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965 MPa) 규격을 만족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

열연강판

본 발명에 따른 열연강판은 QT(Quenching and Tempering) 열처리를 실시 전 상태에서 미국석유협회(American Petroleum Institute : API)에서 규정한 API 5CT P110(인장강도 : 862 MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965 MPa) 규격을 만족시키는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 강판은 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 하나 이상이 포함되어 있을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도 확보 및 미세조직 제어를 위해 첨가되며, 저온압연 시 저온상 생성을 유도하기 위한 본 발명의 특성을 고려할 때, 고탄소로 첨가되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.2 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.3 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있으며, 전기저항용접(ERW)시 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

본 발명에서 실리콘(Si)은 알루미늄과 함께 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 가진다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.05 중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.40 중량%를 초과하여 다량 첨가시 강의 용접성을 저하시키며, 재가열 및 열간압연 시에 적 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있다. 또한, 용접후 도금성을 저해할 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 철(Fe)과 유사한 원자반경을 갖는 치환형 원소로서, 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 1.0 ~ 1.5 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 열연강판 전체 중량의 1.0 중량% 미만일 경우 고용강화 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 열연강판 전체 중량의 1.5 중량%를 초과할 경우에는 용접성이 크게 저하될 뿐만 아니라, MnS 개재물 생성 및 중심 편석(center segregation) 발생에 의하여 강판의 연성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 제강시 탈산을 위해 첨가된다.

상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.04 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.02 중량% 미만일 경우에는 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.04 중량%를 초과할 경우에는 연주성이 저해될 수 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 강의 경화능 및 내식성을 향상시시키는 역할을 한다. 특히, 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.01 중량% 미만일 경우에는 니켈 첨가에 따른 강도 향상 및 저온 충격인성 향상 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.20 중량%를 초과할 경우에는 적열취성을 유발하며, 제조 비용을 상승시키는 문제점이 있다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강의 경화능 및 내식성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.01 중량% 미만일 경우 그 첨가 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.20 중량%를 초과할 경우에는 강의 표면 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 경화능 향상 원소로 첨가되어, 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.

상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.50 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.05 중량% 미만일 경우에는 크롬 첨가에 따른 경화능 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.50 중량%를 초과할 경우에는 인성이 급격히 저하될 수 있는 문제가 있다.

칼슘(Ca)

칼슘(Ca)은 CaS 개재물을 형성시킴으로써 MnS 개재물의 생성을 방해함으로써, 전기저항 용접성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 즉, 칼슘(Ca)은 망간(Mn)에 비하여 황과의 친화도가 높으므로 칼슘의 첨가시 CaS 개재물이 생성되고 MnS 개재물의 생성은 감소한다. 이러한 MnS는 열간압연 중에 연신되어 전기저항 용접(ERW)시 후크 결함 등을 유발함으로 전기저항 용접성이 향상될 수 있다.

상기 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.006 ~ 0.010 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 칼슘(Ca)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.006 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 칼슘(Ca)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.010 중량%를 초과할 경우에는 CaO 개재물의 생성이 과도해져 전기저항 용접성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

티타늄(Ti)

본 발명에서 티타늄(Ti)은 TiC, TiN 석출물 형성원소로서, 슬라브 재가열시 TiC, TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 강도를 증대시키는 역할을 한다. 특히, TiC, TiN 석출물은 높은 용해온도로 인하여 고온에서 쉽게 용해되지 않으며, 이로 인해 용접 열영향부(HAZ)에서 결정립을 미세화시키는 역할을 한다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.03 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.01 중량% 미만일 경우에는 상기의 티타늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.03 중량%를 초과할 경우에는 TiC, TiN 석출물 등이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 제조되는 강판의 표면 결함을 유발시킬 수 있다.

보론(B)

보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 인(P)의 편석을 막아 강도를 향상시키는 역할을 한다. 만일, 인(P)의 편석이 발생할 경우에는 2차가공취성이 발생할 수 있으므로, 보론(B)을 첨가하여 인(P)의 편석을 막아 가공취성에 대한 저항성을 증가시킨다.

상기 보론(B)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.001 ~ 0.003 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 보론(B)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.001 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 보론(B)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.003 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 보론 산화물의 형성으로 강판의 표면 품질을 저해하는 문제가 있다.

인(P)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.

그러나, 인은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간(Mn)과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.

따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.003 중량% 이하로 제한하였다.

질소(N)

질소(N)는 불가피한 불순물로써, 0.01 중량%를 초과하여 다량 함유될 경우 고용 질소가 증가하여 강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.01 중량% 이하로 제한하였다.

한편, 본 발명에 따른 열연강판은 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 망간(Mn) 및 실리콘(Si)을 첨가하는 것이 더 바람직하다.

수학식 1 : 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

이는 강관 제조를 위한 전기저항용접(ERW)시 Mn/Si비가 6~9사이로 일정 범위 내에 들어야 용접부 균열 발생이 현저히 감소하기 때문이다. Mn/Si 비율이 6 미만이거나, 또는 9를 초과할 경우에는 고온에서 안정한 MnO, SiO₂ 산화물을 생성시킴으로써 전기저항용접시 훅 크랙(Hook crack)을 유발하여 용접부 품질을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열연강판은 하기 수학식 2를 만족하는 범위에서 칼슘(Ca) 및 황(S)을 첨가하는 것이 더 바람직하다.

수학식 2 : 2.0 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

상기 황(S)의 함량 대비 칼슘(Ca)의 함량 비율이 2.0 미만일 경우에는 CaS 형성이 불충분하여 MnS 생성 억제 효과가 불충분하다. 반대로, 황의 함량 대비 칼슘의 함량비가 2.5를 초과할 경우 칼슘의 과다 첨가로 인하여 CaO와 같은 개재물이 형성되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 이 경우 황의 함량을 극소로 제어해야 하는 데 따른 비용 상승 문제가 있다.

열연강판 제조 방법

도 1을 참조하면, 도시된 열연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120) 및 냉각/권취 단계(S130)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해서는 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 열연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 슬라브 판재에는 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 하나 이상이 포함되어 있을 수 있다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열한다. 이러한 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용할 수 있다.

이때, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1150℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간압연

열간압연 단계(S120)에서는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃에서 마무리 열간압연한다.

마무리 열간압연온도가 800℃ 미만으로 너무 낮으면, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 마무리 열간압연온도(FDT)가 900℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다.

냉각/권취

냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 450 ~ 500℃까지 냉각하여 권취한다.

본 발명에서의 냉각 과정은 열간압연된 판재를 수냉 등의 방식을 통하여 450 ~ 500℃까지 급속 냉각함으로써, 강판의 결정립 성장을 억제하여 미세한 베이나이트 결정립을 가지는 기지 조직을 형성시키고, 또한 마르텐사이트 조직을 형성시킴으로써 고강도 및 고인성을 확보할 수 있다. 이때, 냉각 속도는 대략 1~100℃/sec 정도가 될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 권취 온도(CT)가 450℃ 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보할 수는 있으나, 권취 설비 부하에 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 권취 온도(CT)가 550℃를 초과할 경우에는 목표로 하는 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

상기의 과정(S110 ~ S130)으로 제조되는 열연강판은 베이나이트(bainite) 및 마르텐사이트(martensite)를 포함하는 복합 조직을 가질 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 열연강판은 탄소(C)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%로 첨가하고, 경화능 향상에 효과적인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 보론(B) 등을 첨가함과 더불어 권취온도를 500℃ 이하에서 실시함으로써, 저온상 생성을 유도하여 QT(Quenching & Tempering) 열처리를 실시하는 것 없이 API 5CT P110(인장강도 : 862 MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965 MPa) 규격을 만족시킬 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

표 1과 표 2에 기재된 조성 및 표 3에 기재된 공정 조건으로 비교예 1 ~ 3 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다. 이때, 비교예 1 ~ 3 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시편의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열, 열간압연 및 냉각의 열연공정을 모사하고 권취로에 장입하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2] (단위 : 중량%)

[표 3]

2. 기계적 물성 평가

표 4는 비교예 1 ~ 3 및 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 4]

표 1 ~ 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, API 5CT P110 규격에 해당하는 인장강도(TS) : 862 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 758 ~ 965 MPa을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.

이때, 실시예 1 ~ 3의 경우, 탄소(C)의 함량을 0.2 ~ 0.3 중량%로 첨가하고, 경화능 향상에 효과적인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 보론(B) 등을 첨가함과 더불어 권취 온도를 비교예 2 ~ 3에 비하여 대략 70℃ 정도 하향함으로써, QT(Quenching and Tempering) 열처리를 수행하는 것 없이 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직의 형성에 기인하여 API 5CT P110 규격을 만족한 것으로 판단된다.

반면, 실시예 1과 비교하여 니오븀(Nb)이 더 첨가되고, 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)이 첨가되지 않으며, 권취 온도(CT)가 141℃ 정도 높은 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, API 5CT P110 규격에 모두 미달하는 인장강도(TS) : 620 MPa 및 항복강도(YS) : 490 MPa를 갖는 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 구리(Cu)가 첨가되지 않으며, 권취 온도(CT)가 75℃ 정도 높은 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우, API 5CT P110 규격에 모두 미달하는 인장강도(TS) : 681 MPa 및 항복강도(YS) : 523 MPa를 갖는 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 크롬(Cr)이 첨가되지 않으며, 권취 온도(CT)가 대략 71℃ 정도 높은 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우, API 5CT P110 규격에 모두 미달하는 인장강도(TS) : 685 MPa 및 항복강도(YS) : 519 MPa를 갖는 것을 확인할 수 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열연강판은 탄소(C)의 함량을 0.2 ~ 0.3 중량%로 첨가하고, 경화능 향상에 효과적인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 보론(B) 등을 첨가함과 더불어 권취 온도를 500℃ 이하에서 실시함으로써, 저온상 생성을 유도하여 QT(Quenching & Tempering) 열처리를 실시하는 것 없이 API 5CT P110(인장강도 : 862 MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965 MPa) 규격을 만족시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계

Claims

탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800℃ ~ 900℃로 열간 압연하는 단계; 및
상기 열간 압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 450 ~ 500℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
수학식 1 : 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
제1항에 있어서,
상기 슬라브 판재에는
인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 하나 이상이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
하기 수학식 2를 만족하는 범위에서 황(S) 및 칼슘(Ca)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
수학식 2 : 2.0 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
탄소(C) : 0.2 ~ 0.3 중량%, 실리콘(Si) : 0.05 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.5 중량%, 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.04 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 구리(Cu) : 0.01 ~ 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 칼슘(Ca) : 0.006 ~ 0.010 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.003 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
인장강도(TS) : 862 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 758 ~ 965 MPa을 갖는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판.
수학식 1 : 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
제5항에 있어서,
상기 강판은
인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하 중 하나 이상이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 강판은
하기 수학식 2를 만족하는 범위에서 황(S) 및 칼슘(Ca)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판.
수학식 2 : 2.0 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)