KR101344610B1

KR101344610B1 - 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101344610B1
Application number: KR1020120020064A
Authority: KR
Inventors: 권승오; 고상기; 이동진
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-12-26
Also published as: KR20130098498A

Abstract

합금성분 조절 및 공정 조건의 제어를 통하여 중심부 조직이 미세하고 강도 및 충격인성치가 우수한 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0.05% 이하, P : 0.012% 이하, S : 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0.03% 이하, N : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1200℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브 판재를 오스테나이트 재결정 영역에서 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연된 판재를 오스테나이트 미재결정 영역에서 2차 압연하는 단계; 및 상기 2차 압연된 판재를 5 ~ 9℃/sec의 속도로 400 ~ 550℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강판 및 그 제조 방법{STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 저온에서 우수한 충격특성을 갖는 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 액화가스 산적운반선의 탱크 주위 선체구조, 냉동운반선 등의 외판으로 사용되는 강판에 대한 수요가 증가하고 있다.

이러한 선체구조, 냉동운반선 등의 외판으로 사용되는 강판은 대략 0 ~ -60℃의 저온에서 사용되고 있다. 특히, 40mm 이하의 두께를 갖는 저온용 압연강재의 사용이 점차 증가하고 있다.

그러나, 종래의 강판은 주로 니켈의 함량이 0.9% 이상을 함유하는 고 니켈 강을 열처리하여 사용하고 있으나, 이 경우 비교적 고가인 니켈 함량의 증가로 생산 원가의 상승 요인으로 작용하고 있으며, 열처리에 따른 제조 비용의 상승을 야기한다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0643361호(2006.11.10. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 저 항복비 석출강화형 라인파이프 강재의 제조방법 및 이방법에 의해 제조된 강재가 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 저온에서의 충격인성이 우수한 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa 및 연신율(El) : 21% 이상을 가지면서도, -60℃에서의 충격흡수에너지가 200 ~ 400J을 갖는 강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0.05% 이하, P : 0.012% 이하, S : 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0.03% 이하, N : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1200℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브 판재를 오스테나이트 재결정 영역에서 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연된 판재를 오스테나이트 미재결정 영역에서 2차 압연하는 단계; 및 상기 2차 압연된 판재를 5 ~ 9℃/sec의 속도로 400 ~ 550℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0.05% 이하, P : 0.012% 이하, S : 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0.03% 이하, N : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세조직이 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지며, 인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa 및 연신율(El) : 21% 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강판은 합금 성분 및 공정 조건을 적절히 조절함으로써, 인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa 및 -60℃에서의 충격흡수에너지 : 200 ~ 400J을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 강판은 490 ~ 630 MPa의 인장강도(TS)를 가지면서도 저온 충격인성이 우수하므로, 액화가스 산적운반선의 탱크 주위 선체구조용이나 냉동운반선용 판재로 널리 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 시편의 1/2t 지점의 절단면을 나타낸 미세 조직 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 다라 제조된 시편의 1/2t 지점의 절단면을 나타낸 미세 조직 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 온도별 충격흡수에너지 값을 나타낸 그래프이다.

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 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

강판

본 발명에 따른 강판은 인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa, 연신율(El) : 21% 이상 및 -60℃에서의 충격흡수에너지 : 200 ~ 400J 이상을 만족하는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 강판은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0 중량% 초과 ~ 0.05% 이하, P : 0 중량% 초과 ~ 0.012% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0 중량% 초과 ~ 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, N : 0 중량% 초과 ~ 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 강판은 Ni : 0.2 ~ 0.5% 및 Cu : 0.05 ~ 0.20% 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.

한편, 상기 강판은 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 상기 칼슘(Ca) 및 황(S)을 포함하는 것이 더 바람직하다.

수학식 1 : 1.5 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

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

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 강판의 강도를 확보하기 위해 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 제2상 조직의 분율이 저하되어 강도가 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 강판 전체 중량의 0.10 중량%를 초과할 경우에는 강판의 강도는 증가하나 저온 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

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

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 상기의 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우에는 강판 표면에 비금속 개재물을 과다 형성하여 인성을 저하시키는 문제점이 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로서, Ar₃점을 낮추어 제어압연 온도 영역을 확대시킴으로써 압연에 의한 결정립을 미세화시켜 강도 및 인성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 1.0 ~ 1.7 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우에는 제2상 조직의 분율이 저하되어 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.7 중량%를 초과할 경우에는 강에 고용된 황을 MnS로 석출하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

다만, 알루미늄(Al)의 함량이 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05 중량%를 초과할 경우에는 비금속 개재물인 Al₂O₃를 형성하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 알루미늄(Al)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.05 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.

인(P), 황(S)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 저온 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.012 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)은 상기 인(P)과 함께 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS를 형성하여 저온 충격인성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.003 중량% 이하로 제한하였다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다.

상기 니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.03 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우에는 강판의 용접성을 저하시킨다. 또한, 니오븀의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우, 니오븀 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

보론(B)

보론(B)은 황(S)의 첨가로 인해 발생할 수 있는 2차 가공취성을 방지하는 역할을 한다.

다만, 보론의 함량이 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량%를 초과할 경우에는 편석에 의한 재질편차가 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 보론은 강판 전체 중량의 0.0005 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)

본 발명에서 티타늄(Ti)은 슬라브 재가열시 TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여, 강판의 조직을 미세화하는 역할을 한다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.02 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 상기의 티타늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우에는 TiN 석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되는 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.

다만, 칼슘(Ca)의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우에는 CaO 개재물의 생성이 과도해져 전기저항 용접성을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서, 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.03 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.

한편, 칼슘(Ca)과 황(S)은 하기 수학식 1을 만족하는 범위로 첨가하는 것이 더 바람직하다.

수학식 1 : 1.5 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

본 발명에서, 황(S)의 함량 대비 칼슘(Ca)의 함량 비율이 1.5 미만일 경우 CaS 형성이 불충분하여 MnS 생성 억제 효과가 불충분하다. 반대로, 황(S)의 함량 대비 칼슘(Ca)의 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 문제가 발생할 수 있다.

질소(N)

본 발명에서 질소(N)는 불가피한 불순물로, AlN, TiN 등의 개재물을 형성시켜 강판의 내부 품질을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명에서 질소(N)는 극소량으로 제어하는 것이 바람직하나, 이 경우 제조 비용이 증가하고 관리의 어려움이 있다. 따라서, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.0005 중량% 이하로 제한하였다.

니켈(Ni)

본 발명에서 니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.

상기 니켈은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.5 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니켈의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 니켈 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.5 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 적열취성을 유발하는 문제가 있다.

구리(Cu)

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

상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 구리의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 구리의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.20 중량%를 초과할 경우에는 고용 한도를 초과하기 때문에 더 이상의 강도 증가에 기여하지 못하며, 적열취성을 유발하는 문제가 있다.

강판 제조 방법

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

도 1을 참조하면, 도시된 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 1차 압연 단계(S120), 2차 압연 단계(S130) 및 냉각 단계(S140)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0 중량% 초과 ~ 0.05% 이하, P : 0 중량% 초과 ~ 0.012% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0 중량% 초과 ~ 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, N : 0 중량% 초과 ~ 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1200℃로 재가열한다. 여기서, 상기 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)에서는 연속주조공정을 통해 확보한 슬라브 판재를 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용한다.

본 단계에서, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1150℃ 미만일 경우에는 재가열 온도가 낮아 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 또한, Nb계 석출물인 NbC, NbN 등의 고용 온도에 이르지 못해 열간압연 시 미세한 석출물로 재석출되지 못하여 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1200℃를 초과할 경우에는 Ti 석출물(TiN)이 고용되어 오스테나이트 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되어 제조되는 강판의 강도 및 저온인성 확보가 어려운 문제점이 있다.

1차 압연 및 2차 압연

1차 압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 오스테나이트 재결정 영역에서 1차 압연한다. 1차 압연은 오스테나이트 재결정 영역에 해당하는 1100 ~ 1200℃에서 실시될 수 있다.

본 단계에서, 1차 압연 종료온도가 1100℃ 미만일 경우에는 혼립조직이 형성될 우려가 높아, 최종 페라이트 결정립 크기의 불균일을 초래하여 저온인성을 저해할 수 있다. 반대로, 2차 압연 종료온도가 1200℃를 초과할 경우에는 충분한 압하율을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

1차 압연의 압하율은 2차 압연의 누적 압하율에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 압연전 판재의 두께가 100mm, 제어압연 종료 후 두께가 40mm이고, 2차 압연의 누적압하율이 50%인 경우, 1차 압연 후의 판재 두께는 80mm가 되어야 한다(80mm→40mm). 따라서, 1차 압연의 압하율은 20%(100mm→80mm)가 된다.

2차 압연 단계(S130)에서는 1차 압연된 판재를 오스테나이트 미재결정 영역에서 2차 압연한다. 이때, 2차 압연은 제어 압연이 적용되도록 복수의 압연 패스를 이용할 수 있다.

이때, 2차 압연 종료온도는 Ar₃ - 50℃ ~ Ar₃ + 50℃일 수 있으며, 구체적으로 700 ~ 800℃를 제시할 수 있다. 2차 압연 종료온도는 강도 및 저온인성에 밀접한 연관성을 갖는다. 상기 2차 압연 종료온도가 Ar₃ - 50℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 균일하지 못한 조직이 형성됨으로써 저온 충격인성을 크게 저하시킬 수 있다. 반대로, 2차 압연 종료온도가 Ar₃+ 50℃를 초과할 경우에는 연성 및 인성은 우수하나, 강도가 급격히 저하되는 문제가 있다.

이때, 2차 압연은 미재결정 영역에서의 누적압하율이 40 ~ 60%가 되도록 실시될 수 있다. 2차 압연의 누적압하율이 40% 미만일 경우에는 균일하면서도 미세한 조직을 확보하는 것이 어려워 중심부의 조직이 조대화되어 저온 충격 특성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 2차 압연의 누적압하율이 60%를 초과할 경우에는 압연 공정 시간이 길어져 생선성이 저하되는 문제가 있다.

한편, 본 발명에서는 각 패스마다 충분한 압연이 이루어질 수 있도록, 각 패스당 평균 압하율은 10 ~ 30%가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 만일, 각 패스당 평균 압하율이 10% 미만으로 실시될 경우에는 두께 중심부까지 스트레인이 충분히 가해지지 못하여 냉각 후 미세한 결정립을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 각 패스당 평균 압하율이 30%를 초과할 경우에는 압연기의 부하로 인하여 제조가 불가능해지는 문제가 있다.

냉각

냉각 단계(S140)에서는 2차 압연이 완료된 판재를 가속냉각 방식으로 베이나이트 변태온도 영역에 해당하는 냉각종료온도 : 400 ~ 550℃까지 냉각함으로써, 결정립 성장을 억제한다.

본 단계에서, 냉각종료온도가 400℃ 미만일 경우에는 저온변태조직이 다량 형성되어 강도는 증가하나, 저온 충격인성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 냉각종료온도가 550℃를 초과할 경우에는 조대한 미세조직 형성으로 인하여 강도 확보가 불충분해지는 문제가 있다.

한편, 냉각 단계(S140)에서 냉각속도는 5 ~ 9℃/sec로 실시하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 5℃/sec 미만으로 실시될 경우에는 강판의 두께 중심부의 결정립 성장이 촉진되어 강도 확보에 어려움이 따른다. 반대로, 냉각 속도가 9℃/sec를 초과할 경우에는 저온 충격인성이 급격히 저하되는 문제가 있다.

냉각 단계(S140) 이후에는 상온까지 공냉이 진행될 수 있다.

상기의 과정(S110 ~ S140)으로 제조되는 강판은 합금성분 조절 및 공정조건 제어를 통하여, 최종 미세조직이 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지며, 페라이트 및 베이나이트의 평균 결정립 사이즈가 10㎛ 이하를 갖는다.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 강판은 인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa, 항복강도(YS) : 355 MPa 이상 및 연신율(El) : 21% 이상을 가지면서도, -60℃에서의 충격흡수에너지가 200 ~ 400J 이상을 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 강판은 490 ~ 630 MPa의 인장강도(TS)를 가지면서도 저온 충격인성이 우수하므로, 액화가스 산적운반선의 탱크 주위 선체구조용이나 냉동운반선용 판재로 널리 활용될 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 1 및 표 2에 기재된 조성 및 표 3에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다. 이후, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편에 대하여 인장시험과 샤르피(charpy) 충격시험을 수행하였다.

[표 1](단위 : 중량%)

[표 2](단위 : 중량%)

[표 3]

2. 기계적 물성 평가

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

[표 4]

표 1 내지 표 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들은 각 시편의 두께 방향(T) 및 길이 방향(L)과 무관하게 목표값에 해당하는 항복강도(YS) : 355 MPa 이상, 인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa 및 연신율(El) : 21% 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 1/2t 지점(중심부)에서의 -60℃ 충격흡수에너지가 목표값에 해당하는 200 ~ 400J을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우 두께 중심부에서의 조직이 미세하고, 강도 및 충격인성이 모두 우수하다는 것을 확인하였다.

반면, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 보론(B) 및 칼슘(Ca)이 첨가되지 않으며, 본 발명에서 제시하는 냉각종료온도 및 냉각 속도 범위를 벗어난 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 각 시편의 두께 방향(T) 및 길이 방향(L)과 무관하게 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(El)은 목표값을 만족하였으나, 두께 방향에 대한 1/2t 지점에서의 -60℃ 충격흡수에너지가 187J에 불과하였다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)이 첨가되지 않으며, 2차 압연종료온도가 본 발명에서 제시하는 온도 범위를 벗어난 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우 역시, 각 시편의 두께 방향(T) 및 길이 방향(L)과 무관하게 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(El)은 목표값을 만족하였으나, 두께 방향에 대한 1/2t 지점에서의 -60℃ 충격흡수에너지가 166J에 불과하였다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)가 첨가되지 않으며, 본 발명에서 제시하는 냉각종료온도 및 냉각 속도 범위를 벗어난 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우 역시, 각 시편의 두께 방향(T) 및 길이 방향(L)과 무관하게 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(El)은 목표값을 만족하였으나, 두께 방향에 대한 1/2t 지점에서의 -60℃ 충격흡수에너지가 179J에 불과하였다.

한편, 도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 1/2t 지점의 절단면에 대한 미세 조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 실시예 2에 따라 제조된 시편의 1/2t 지점의 절단면에 대한 미세 조직을 나타낸 사진이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편의 경우, 1/2t 지점에서의 미세 조직이 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이 결과, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편의 경우, 490 ~ 630MPa의 인장강도(TS)를 가지면서도, -60℃에서의 충격흡수에너지가 200 ~ 400J을 만족하는 것을 확인하였다.

도 4는 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편에 대한 온도별 충격흡수에너지 값을 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 0 ~ -80℃에서의 충격흡수에너지 값이 200 ~ 400J을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 특히, -60℃에서의 충격흡수에너지 값이 251, 326, 302J로 각각 측정된 것을 알 수 있다.

위의 실험 결과를 토대로, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 비하여 동등 이상의 강도를 가지면서도 두께 중심부의 조직이 미세하여 충격인성치가 우수하다는 것을 확인하였다.

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 : 1차 압연 단계
S130 : 2차 압연 단계
S140 : 냉각 단계

Claims

중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0 중량% 초과 ~ 0.05% 이하, P : 0 중량% 초과 ~ 0.012% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0 중량% 초과 ~ 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, N : 0 중량% 초과 ~ 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1200℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 슬라브 판재를 오스테나이트 재결정 영역에서 1차 압연하는 단계;
상기 1차 압연된 판재를 오스테나이트 미재결정 영역에서 2차 압연하는 단계; 및
상기 2차 압연된 판재를 5 ~ 9℃/sec의 속도로 400 ~ 550℃까지 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 2차 압연 종료온도는 Ar₃ - 50℃ ~ Ar₃ + 50℃이고, 2차 압연은 미재결정 영역에서의 누적 압하율이 40 ~ 60%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 판재에는
Ni : 0.2 ~ 0.5% 및 Cu : 0.05 ~ 0.20% 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 압연 단계에서,
1차 압연 종료온도는 1100 ~ 1200℃인 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
삭제
중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.2 ~ 0.4%, Mn : 1.0 ~ 1.7%, Al : 0 중량% 초과 ~0.05% 이하, P : 0 중량% 초과 ~ 0.012% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.003% 이하, Nb : 0.01 ~ 0.03%, B : 0 중량% 초과 ~ 0.0005% 이하, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, N : 0 중량% 초과 ~ 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
최종 미세조직이 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직을 가지며,
인장강도(TS) : 490 ~ 630 MPa, 연신율(El) : 21% 이상 및 -60℃에서의 충격흡수에너지가 200 ~ 400J 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
Ni : 0.2 ~ 0.5% 및 Cu : 0.05 ~ 0.20% 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 상기 칼슘(Ca) 및 황(S)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.
수학식 1 : 1.5 ≤ [Ca]/[S] ≤ 2.5
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
삭제